对于客机的航程载荷又需要更细致的分析。我们知道客机客舱装人,机身下部的货舱装货物,客机的最大可用载荷取决于人和货的总量。大家在wiki上会常常看到满载多少人飞多少公里这样的数据,那么我们再分析下具体情况。

看看wiki上对于777-200ER客机的航程描述,有最大载荷航程,也有最大载满航程的数据

这个是波音给出的载荷图,用RR引擎的777有三款机型,我们只看777-200ER的数据。当客舱装满人,货舱装货到最大载荷上限55吨时,航程10740公里。而只装满客人(波音是按三舱布局305座算)及行李载荷30吨时候,实现最大载满(客)航程14260公里。所以wiki上很多参数都不具体,很容易混淆

看图不要忘记上面提到的载荷图运营规则,可用看到波音左下角给出的数据,三舱,中远程,典型任务规则

这个资料是777-300ER,用GE90-115B引擎的,来自波音给派签员使用的飞机性能pdf。大家可以看着这个图,学会看懂上面的规则,记得分清楚,这个图最上面的就是最大零燃油重量,而不是常见的载荷重量。试着理解下为什么777-300ER怎样飞都能赚钱
无论军用还是民用,对飞机的载荷能力最熟悉的应该是签派员。他们会根据飞机的航程,天气,性能参数表决定这次航程装的货物和装多少油。
了解了航程曲线后,就可以理解不同机型到底是偏重什么性能。比如说很多人认为日本的XC-2有CF6引擎,推力比运-20大,必然运得多,但是大家看看XC的空重,明显是偏弱。从XC-2的设计理念就可用看出这款运输机是希望飞得远,能装大体积货物,但是对重载和短距离起降能力是弱化的,结构强度做得比较低。
大家应该知道压强这个物理单位,这个是很看结构的设计。比如说能载76吨的C-17,地板梁当初是按M1重量算的。当然,C-17之后也试过运M1A1,证明结构可用支持到M1A1的压强。
客机地板梁强度要求不高,直接用复合材料减重就好。但是对货机而言,则需要改为耐压性能更好的铝锂合金。军用运输机为了能重载和宽机身,结构上牺牲太多重量,所以飞行能力上比民航货机有很大差距。

这个图是紫色部分就是客机地板梁,是飞机重要的承力构件。现在747和767货机的地板梁都是由西飞制造的,而铝材则用中南铝业提供。所以不要以为我们提供给波音铝锂合金地板梁就是落后,其它客机用复合材料就是先进,目的不同选择不同而已
起飞降落曲线图,限制飞机发挥最大性能的因素
我们从上面的载荷航程曲线得知了大型机的性能,但那是在最理想情况下的性能。在实际运营中,往往很难飞出理想性能(尤其是军用运输机),主要会受到以下的因素的影响:
飞行场——跑道长度,机场高度,飞行场等级(跑道硬度)
温度——跑道场温
起降环境——起降航线障碍物
单发失效——飞机单发性能
在说明起降能力影响前,也要了解STD和ISA气压。STD是海平面标准大气压,对应温度0度,ISA是国际标准大气压,对应海平面15度。下面的图表来自777-200LR起飞性能图表,使用的是STD。从这个图表可以看温度和机场高度对起飞性能的影响。

先看条件,这个是STD+15摄氏度的数据。纵坐标是起飞滑跑距离,横坐标则是最大起飞重量。而不同的曲线则代表是不同的机场高度。上图还有标柱不同的襟翼角度下的滑跑距离。可以看出,777-200LR在这个温度下,海平面达到最大起飞重量(347吨)大约需要3000米距离。如果机场高度到2000英尺,要实现最大起飞重量,滑跑距离则增加到3500米,如果机场高度再高到10000英尺(3400米)就算滑跑4000米跑道,最大起飞重量只能去到270吨不到

这个是STD+33摄氏度的数据。可以看到当温度上升了15度,即使在滑跑4500米的距离,海平面高度下,最大起飞重量也只有327吨左右(温度上升15度最大起飞重量就少了20吨)。而海平面增高情况下,数据会更低
降落的情况又怎样?飞机有最大着陆重量,超过了这个重量,飞机就有损坏和出事故危险了。再次用777-200LR看,最大着陆重量是223吨左右。看看跑道干湿和机场高度的影响,用襟翼25度获得的数据。

可以看到海平面下干跑道,可以实现最大着陆重量,滑跑距离是1800米,湿跑道则要约2000米(最大刹车下的最短距离)。如果机场高度增加到10000英尺,干跑道下实现最大着陆重量要2200米,湿跑道2500米距离
其它襟翼角度的数据会不同,最大襟翼角度可以获得更低的着陆速度,但飞机机动性也随之降低,更难操作。所以在阵风或者雷暴中,往往都不会用到最大襟翼角度降落。
大家可以看到起降条件对大型机的影响,其实任何固定翼机型,这个法则都是通用的。我们看一个报道,说C-17在“持久自由”行动中的平均运载量只有40吨不到,很多任务往往只运-20吨不到。正是山区野战机场条件大大影响了C-17的最大运输能力。而C-17已经是起降能力最好的机型了,我们的运-20暂时还没有用上C-17的增升技术,因起降环境恶化导致的减重影响也会很大。而且其它的单发性能,越障能力也会影响到飞机的最大载荷。
我们会说客机有高原型,其实就是俗称的大马拉小车,引擎推力要大。而且飞高原航线的机型需要特别改装,我们知道如果座舱失压,客舱的氧气罐只能支持15分钟,飞行员需要在这段时间内把飞机降到3000米高度,可以不增压维持正常呼吸。但高原处于山区,不可能降低高度(撞山),只能维持在较高高度。这样就要求高原型客机能维持很久的氧气供给旅客呼吸。FAA这方面的规定是1小时,满足飞机飞出山区到达备降机场的要求。所以高原机型的氧气罐都要特别改装,增加数量,当然也会增加重量。
ARJ21特别强调设计之初就考虑了高原飞行要求,应该有这方面考虑,相信以后C919的高原型也要进行相应的改装。
题外话1:
发动机高原推力下降,当高原空气密度下降,涡扇发动机的推力是下降的。而且外涵道下降比内涵道更多。大家如果知道图-95在高空飞行,基本上推力都来自涡桨机的尾喷管就能理解了。所以4引擎机型的推力下降损失会比2引擎机型小一点。当777在很多地方大卖时候,南非航空、伊比利亚航空依然选择A340,看看他们的飞行目的地机场就知道原因了。至于汉莎的A340,那个确实是政治任务。
