ACC牧鹰者论坛浅析马赫数的应用

牧鹰者论坛第十七期

是空管中心区管人自己的业务交流平台，定期分享各类与管制员日常工作息息相关的业务知识，欢迎留言探讨、欢迎投稿。

machnumber

浅析马赫数的应用

本期知识主理人

张嘉维

团总支特约青年讲师

团总支影音小组组长

区管四室团支部学习委员

刘亚欧

团总支组织委员

区管二室团支部书记

管制教员

编者按：

“A航，由于间隔，马赫数增大到.77”

“C航，由于追赶，马赫数减小到.70”

在日常工作中，速度控制是雷达管制员的基本技能也是常用的调配手段，通过控制速度，保持间隔，减少雷达引导。高空管制中，控制速度主要调整马赫数，本文将以此展开，浅析马赫数的应用。由于篇幅所限，本文主要引用相关结论，略去公式推导步骤。

Part1

什么是马赫数？

01

定义

马赫数是速度与音速的比值，这是一个无因次量，没有单位。

马赫的命名是为了纪念奥地利物理学家恩斯特·马赫，其在空气动力学方面有重要成就。音速（即声音的传播速度）在不同高度、温度与大气密度等状态下具有不同数值。常用的飞行马赫数是飞机真空速与飞行高度上的音速的比值。

对给定的气体种类来说，音速仅取决于温度。空气中的音速在1个标准大气压和15℃的条件下约为m/s，随着高度的升高（对流层内），温度逐渐降低，音速逐渐减小，因而即使同样是M=.77，不同高度下其对应的真空速也是不同的。一般在高空高速飞行时，需要使用马赫数。

M1亚音速；M=1音速；M1超音速；M5高超音速

M0.3，认为空气可压缩

02

马赫数和表速、真空速与地速的区别

表速也称为指示空速IAS，是直接在空速表上读到的速度，它是通过空速管（皮托-静压管）测量总压与静压，由“总压=静压+动压”，基于总压与静压的压差获得动压，进而以速度的形式显示此压力。

随着高度增加，空气密度减小，飞机需要以更快的真空速才可以达到相同的动压来实现相同的表速。飞机制造商使用表速作为确定飞机性能的基础。

真空速TAS即飞机事实上在空气中移动的速度，也就是经气压换算成海平面高度的指示空速。

地速是飞机相对于地面坐标系的运动速度，它是真空速与风速的矢量和。

地速随逆风而减小，随顺风而增大，当静风时，地速等于真空速。管制自动化系统的飞机标牌中显示的就是地速。

那为什么高空飞行需要使用马赫数呢？

这是由于高度越高，表速会变小，如果一直保持等表速飞行，则马赫数会很大。例如米，M.76对应的表速一般为节；而在米，M.76对应的表速则为节左右。马赫数过大容易导致飞机超速。飞机超速会导致机体各部分受力超过设计上限，严重的会导致机体空中解体。

Part2

为什么米以上

管制员调速要用马赫数？

这里先引入一个概念：转换高度（crossoveraltitude）。

飞机在上升过程中，为了便于飞行员操纵，一般采用等表速（低空）/等马赫数（高空）爬升的方式，例如设定kt/M.78，当上升到某个高度，表速kt对应的马赫数刚好等于M.78，这个高度就称为转换高度，飞机由等表速爬升转换为等马赫数爬升。

转换高度只与爬升方式设定的表速和马赫数有关，例如设定kt/M.78的转换高度固定为ft。

kt/M.78爬升方式剖面

IAS从kt开始依据《一般运行和飞行规则》第91.条，除经局方批准并得到空中交通管制的同意外，航空器驾驶员不得在修正海平面气压高度0米（英尺）以下以大于千米/小时（海里/小时）的指示空速运行航空器。

常见的等表速/等马赫数爬升方式及对应的转换高度如下所示：

依据《民用航空空中交通管理规则》第一百六十四条，管制员调整速度时，米是区分调整马赫数还是调整表速的一个高度界限，那么为什么是米呢？

依据ICAODoc《AirTrafficManagement》第4.6.1.5条，规定调速方式的区分高度为米（FL）。

与上图中若干转换高度相比，比较接近的是kt/M.82对应的ft，这是一个速度设定接近上限的爬升方式，B的VMO（最大操作速度）/MMO（最大操作马赫）即kt/M.82。

对于大多数民用客机来说，VMO/MMO的转换高度为米（FL）左右，规定此高度作为区分高度，目的主要是防止飞机超速。

国内高度层划分中，最接近FL的高度层为米，因此规定管制员以米作为调速方式的区分高度。

Part3

马赫数技术（MNT）

依据ICAODoc《ATSPlanningManual》在21世纪初提出的概念：“马赫数技术是指让同一航线飞行的涡轮喷气式飞机保持特定的马赫数，从而使在同一高度进行飞行或爬升/下降至同一高度的航空器保持所规定的纵向间隔”。

马赫数技术应用主要有两个目的，一是确保在长航线航段上连续飞行的航空器之间保持持续的纵向间隔，最大限度地减少管制员对航空器运行的频繁干预；二是提高相关航路航线的利用率，从而有助于更经济地运行。

《民用航空空中交通管理规则》第二百三十二条也规定了采用马赫数技术为航空器配备纵向间隔的相关要求：

Part4

调整马赫数的参考

01

区域内常见机型巡航马赫数

仅供参考，实际运行中，可调速的范围受多种因素影响，具体以机组报告为准。

上述主流的民用客机，均为亚音速飞行（M1），在航空发展史上，于年代末也出现过目前仅有的两种，曾批量生产并投入商业运行的超音速客机（M1），分别是协和与图-，两机最大巡航马赫数均可大于2。

协和（上）与图-（下）

超音速飞行最直观的感受就是快，相同距离下飞行时间明显缩短，但随之而来的高昂的使用、维护成本，环境及噪声污染等问题，以及对其发展不利的时代背景，最终导致超音速客机“昙花一现”

02

航空公司间的差异

在日常运行中我们不难发现，巡航阶段，即使是相同的机型，不同的航空公司之间对于速度的要求也会有所区别，这里引入一个概念：成本指数CI（CostIndex），它是飞行时间成本CT(CostofTime)与燃油成本CF(CostofFuel)之比，CI概念旨在降低直接营运成本。

CI=0对应于最少的燃油消耗（最大航程），CI=（或99，依据飞行管理计算机系统不同）对应于最少的时间。CI值越小，飞行速度越慢，CI值越大，飞行速度越快。

每家航空公司的成本结构、经营战略、经营能力等都不尽相同，使得最后算出的CI值也不尽相同。飞行管理系统会根据设定的CI值来计算最佳的速度，从而合理分配时间成本和燃油成本。

此外，巡航阶段的速度调整还包括远程巡航速度、颠簸速度、固定速度、最大速度等，结合飞机性能及运行政策，不同航空公司对其的规定可能有所区别，需要我们加以

转载请注明：http://www.abuoumao.com/hykh/553.html