基于飛行員負荷的某機型高原運行能力研究

上海飛機客戶服務(wù)有限公司 徐龍安 王媛媛/文

研究表明，70% 左右的飛行事故發(fā)生在負荷較高的爬升和進近著陸過程。在近20 年的飛行事故中，約有35%的飛行事故與飛行員工作負荷過高有關(guān)。為提高飛行安全，降低飛行事故，飛行員工作負荷的研究具有越來越重要的意義。飛行員工作負荷一直以來也是飛行員和航空科研人員關(guān)注的問題。

高原機場因海拔高，氣壓低，空氣稀薄，人體缺氧，容易造成思維遲鈍，飛行員反應(yīng)能力下降。此外，飛機在高原機場飛行操縱難度加大，機動性能較差。因此，在高原機場和高原航線的飛行員工作負荷評估研究對于提高飛行安全尤為重要。

本文首先分析了高原運行對飛行員操作負荷的影響，然后對比空客、波音以及國內(nèi)某機型的高高原操作程序?qū)︼w行員的負荷，最后通過飛行員負荷分析提出飛機系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化建議。

高原運行對飛行員的操作影響分析

（一）高原機場定義

根據(jù)《AC-121-21 航空承運人高原機場運行管理規(guī)定》，高原機場包括一般高原機場和高高原機場兩類：

一般高原機場：海拔高度在4922 ft及以上，但低于8000 ft的機場；

高高原機場：8000 ft及以上的機場。

（二）高原運行的特殊性

高原機場存在諸多特殊性，增加了飛行員操作的難度。主要包括：

1.機場標高高

高原機場標高高，空氣密度和大氣壓力小，氧氣稀??；部分高原機場地面支持設(shè)施不完善。

2.機場周圍地形復(fù)雜

高原機場往往又是地形復(fù)雜機場，機場周圍凈空條件差，飛行程序設(shè)計、導(dǎo)航設(shè)施布局都很困難，導(dǎo)致飛機起降、復(fù)飛操縱難度大。另外，高原機場可用的機動空域和機動高度很少，飛機空中調(diào)配困難。

嚴重的低空風(fēng)切變通常發(fā)生在低空急流即狹長的強風(fēng)區(qū)，對飛行安全威脅極大。

3.通信、導(dǎo)航受影響大

由于受地形的遮蔽和反射，導(dǎo)致高原機場無線電波產(chǎn)生多路徑干擾。地面通信作用距離短，信號微弱；通信和測距儀器作用距離、覆蓋范圍較小，指示不穩(wěn)定。

4.氣象條件變化異常

高原機場海拔高，由于高空風(fēng)通常很大，接近地面的空氣因太陽照射導(dǎo)致向陽和背陰方向的受熱不均衡，再加上地形對風(fēng)的阻擋、加速，使得高原機場經(jīng)常出現(xiàn)大風(fēng)，風(fēng)速、風(fēng)向變化也很大，極易形成亂流和風(fēng)切變。

高原機場晝夜溫差大，氣象復(fù)雜多變，有明顯的時間差異，還存在地域性和局部性特征，如浮塵、揚沙、雷雨、暴雪、濃積云、雷雨云、低云，濃霧、低能見度、結(jié)冰、低溫等，對飛行很不利，對安全構(gòu)成很大的威脅，對航班的正常性影響較大。

5.高原生理反應(yīng)明顯

飛行員心理壓力大。高原地區(qū)海拔高，氣壓低，空氣稀薄，人體缺氧，容易造成思維遲鈍，反應(yīng)能力下降。

高原運行對飛行員操作的風(fēng)險分析

（一）增壓系統(tǒng)

座艙壓力高度8000 ft（2438 m）是使人比較舒適的壓力環(huán)境；座艙壓力高度15000 ft（4500m）是人能承受的外部壓力的極限，超出該極限（一定時間內(nèi)），人會因氣壓過低，嚴重缺氧導(dǎo)致呼吸困難，直至有生命危險。

由于高原機場機場標高高，座艙壓力控制制度必須針對高原機場進行適應(yīng)性設(shè)計，否則飛機在高原機場起飛、下降或著陸過程中座艙壓力高度很容易超出8000 ft。因此，飛行員必須熟練掌握座艙壓力控制制度高原模式的操作要求和操作特點。

（二）飛機的供氧能力

以渦輪發(fā)動機為動力的飛機（含渦槳飛機）客艙釋壓后對旅客的供氧有如下規(guī)定：①座艙氣壓高度＞4500 m（15000 ft）時要為機上全部旅客供氧；②座艙氣壓高度＞4200 m（14000 ft）但≤4500 m（15000 ft）時要為機上30% 旅客供氧；③座艙氣壓高度＞3000 m（10000 ft）但≤4200 m（14000 ft）時對超過30 min 的那段飛行時間，為10%的旅客供氧（如在此高度范圍飛行時間不超過30 min 則無須為旅客供氧）。

由于以渦輪發(fā)動機為動力的飛機機載氧氣系統(tǒng)對旅客供氧時間至少10 min以上，一般在平原地區(qū)的航線上飛機客艙釋壓后都能在10 min 內(nèi)由巡航高度直接緊急下降到3000 m（10000 ft），旅客供氧量不是問題。而高原山區(qū)航線受到航路地形限制，最低安全高度一般均高于3000 m（10000 ft），因此飛機故障后，在緊急下降過程中飛行員必須考慮機組及乘客的供氧問題。

（三）飛機的高原起降性能

相對于平原機場，高溫高原機場飛機最大允許起飛和著陸重量受到較大限制，商載航程能力較差，提高最大允許起降重量十分重要，每增加100 kg 就能增加1 個乘客或100 kg 貨物的商載能力，從而提高經(jīng)濟效益。飛行員在滿足飛機各種性能限制要求的前提下，結(jié)合具體機型狀況，還需采取相關(guān)措施來優(yōu)化飛機的起降性能。

飛行員在起飛時需要關(guān)閉空調(diào)引氣并用較小的起飛襟翼位置。因為高溫高原機場空氣密度小，發(fā)動機有效推力減小，一般通過關(guān)閉空調(diào)引氣實現(xiàn)增加發(fā)動機推力，達到提高性能限重的目的。襟翼偏度小，升力系數(shù)?。ㄉπ。?，但升阻比大；偏度大，升力系數(shù)大（升力大），但升阻比小；后者有利于場長限重，前者有利于爬升和越障限重。而高原機場通常有較長的跑道，起飛重量一般受爬升或超障性能限制。所以使用較小的起飛襟翼位置和關(guān)閉引氣，可獲得較大的起飛性能限制重量。

表1：不同機型高原操作工作負荷對比分析

同理，飛行員在著陸時需要使用較小的復(fù)飛和著陸襟翼位置并關(guān)閉引氣，這樣可較大地改善著陸爬升能力或提高著陸限制重量。

（四）異常的氣象條件

在結(jié)冰天氣條件下的起飛著陸階段，飛行員應(yīng)采用防冰/除冰程序或者設(shè)備。因為飛機在低速起飛著陸階段，或穿越濃密云層飛行中可能產(chǎn)生嚴重積冰，積冰使飛機的空氣動力性能變壞，影響飛機的穩(wěn)定性和操縱性。

（五）剎車溫度的限制

飛行員在著陸時需根據(jù)實際著陸重量和可用著陸距離選擇較低的自動剎車等級，控制進場高度、速度和接地點等，以減少作用在剎車上的能量。因為高原/高溫機場空氣密度小，不利于剎車散熱。剎車系統(tǒng)散熱較慢，且散熱速度與機型（剎車系統(tǒng)）有關(guān)。對于選裝有剎車風(fēng)扇裝置的飛機（如空客飛機），剎車風(fēng)扇能有效加快剎車系統(tǒng)的散熱，飛行員一般不考慮快捷過站重量限制，性能分析軟件和飛機飛行手冊中也沒有相應(yīng)的限制內(nèi)容。而沒有安裝剎車風(fēng)扇裝置的飛機（如波音飛機），在高原機場場面溫度較高時著陸重量易超過最大快速過站限制重量。性能分析軟件和FPPM（飛行計劃和性能手冊）中都提供了快捷過站的限制重量內(nèi)容。當(dāng)實際著陸重量超過最大快捷過站限制重量時，剎車溫度可能過高，飛行員必須按飛行手冊要求停留足夠時間后，經(jīng)檢查確認輪胎保險塞未熔化和剎車溫度沒有超過限制后才能正常起飛。

機型的高原操作工作負荷對比分析

目前，國內(nèi)高高原機場運行的機型主要有波音B737-700、B757-200、 空 客A319-115和113、A320 233、A330-243 和A340-313。本部分對比了A319、B737-700和某國產(chǎn)機型各飛行階段的高原操作工作負荷，見表1。

后續(xù)優(yōu)化建議

通過以上三種機型在高原條件下的操作程序?qū)Ρ确治隹芍?，對于國?nèi)某機型在高原條件下運行與國外成熟機型相比較存在以下問題：

（1）起飛和著陸關(guān)鍵飛行階段，由于飛機系統(tǒng)邏輯和氣動特點，飛機存在增壓異常或接地速度大等風(fēng)險，增大飛行員的心理壓力；

（2）巡航和下降階段，飛行員操作程序數(shù)量比其他機型復(fù)雜，增加工作負荷。

基于以上風(fēng)險點，為減低高高原操作的飛行員工作和心理負荷，提高飛行安全，建議針對飛機設(shè)計和飛行員機型培訓(xùn)關(guān)注以下內(nèi)容：

（1）優(yōu)化飛機增壓系統(tǒng)設(shè)計，減少飛機在單發(fā)起飛過程中出現(xiàn)客艙失壓的風(fēng)險，降低巡航過程中飛行員操作的復(fù)雜性；

（2）降低進近參考速度，降低輪胎超速以及沖出跑道的風(fēng)險；

（3）強化高高原運行機型特點培訓(xùn)，降低飛行員人為差錯。