飛機(jī)性能降級(jí)對(duì)高原機(jī)場(chǎng)著陸的風(fēng)險(xiǎn)研究

段黃科，羅鳳娥

(1.中國(guó)國(guó)際航空股份有限公司運(yùn)行控制中心 西南分控中心，成都 6102022；2.中國(guó)民航飛行學(xué)院 空中交通管理學(xué)院，四川 廣漢 618307)

我國(guó)是世界上高原機(jī)場(chǎng)最多的國(guó)家。根據(jù)民航局咨詢通告AC-121-FS-2015-21R1《高原機(jī)場(chǎng)運(yùn)行》規(guī)定，高原機(jī)場(chǎng)按海拔高度分為一般高原機(jī)場(chǎng)和高高原機(jī)場(chǎng)兩類。高高原機(jī)場(chǎng)是指高于海平面高度2 438 m及以上的機(jī)場(chǎng)[1]，飛機(jī)在高高原機(jī)場(chǎng)運(yùn)行需要進(jìn)行特殊的高原適航審定，對(duì)飛機(jī)的性能有特殊要求。目前對(duì)高原機(jī)場(chǎng)運(yùn)行性能研究中，段鈞劍[2]將高原的特殊性因素融入飛機(jī)起飛過程各性能參數(shù)的數(shù)學(xué)模型中，總結(jié)了高原起飛的特點(diǎn)。趙煒[3]對(duì)高原機(jī)場(chǎng)與航線的飛行性能進(jìn)行研究，分析不同機(jī)型的起飛與著陸性能，重點(diǎn)研究了一發(fā)失效的飄降性能。吳勁松[4]結(jié)合具體機(jī)型，對(duì)高原機(jī)場(chǎng)、高原航線的飛機(jī)性能研究方法和管理策略進(jìn)行提煉，其研究主要側(cè)重在最大起飛重量限制、航線單發(fā)飄降與供氧方面，只考慮一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效的單一性能降級(jí)。陳紅英[5-6]結(jié)合實(shí)例研究飛機(jī)到達(dá)時(shí)著陸距離評(píng)估方法，分析污染道面飛機(jī)的著陸性能，但未結(jié)合飛機(jī)性能降級(jí)對(duì)著陸的影響進(jìn)行分析，未全面考察高原機(jī)場(chǎng)污染道面運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

本文以高原機(jī)場(chǎng)的特殊性為基礎(chǔ)，結(jié)合氣象環(huán)境條件分析飛機(jī)性能降級(jí)后的著陸性能，旨在更加精確指導(dǎo)高原運(yùn)行下的應(yīng)急處置與決斷，為正確的應(yīng)急處置和決策提供理論支撐。

1 高原機(jī)場(chǎng)著陸的性能限制

對(duì)機(jī)場(chǎng)進(jìn)行著陸性能分析時(shí)，需要考慮以下影響因素：跑道長(zhǎng)度限制、道面條件限制、飛機(jī)進(jìn)近爬升和著陸爬升梯度限制、飛機(jī)結(jié)構(gòu)最大著陸質(zhì)量等。高原機(jī)場(chǎng)另外一個(gè)重要的限制條件是飛機(jī)輪速限制。

1.1 飛機(jī)著陸場(chǎng)地長(zhǎng)度顯著增加

當(dāng)OAT(外界大氣溫度)一定時(shí)，機(jī)場(chǎng)氣壓越高，空氣密度越小，著陸真空速大于表速越多。如在OAT為17 ℃的條件下，邦達(dá)機(jī)場(chǎng)海拔4 334 m,著陸真空速將會(huì)偏高30%以上。因此，在高原機(jī)場(chǎng)著陸需要更長(zhǎng)的減速距離；同時(shí)高原地區(qū)空氣稀薄，空氣阻力較小，飛機(jī)減速慢，如果出現(xiàn)飛機(jī)減速設(shè)備故障(如反推、剎車故障等)，所需著陸距離易超出可用著陸距離。

1.2 飛機(jī)進(jìn)近爬升和越障能力下降

由于高原機(jī)場(chǎng)空氣密度小，發(fā)動(dòng)機(jī)可用推力減小，飛機(jī)的空氣動(dòng)力性能變差，故飛機(jī)的爬升和越障性能變差[7]。加上高原氣流復(fù)雜，機(jī)場(chǎng)周邊超高障礙物多，飛機(jī)一旦出現(xiàn)性能降級(jí)，如一發(fā)失效，進(jìn)近和復(fù)飛過程中無法飛越障礙物便成為潛在風(fēng)險(xiǎn)[8]。

著陸過程中如出現(xiàn)飛機(jī)性能降級(jí)且航班無法安全著陸時(shí)，如達(dá)不到程序要求的復(fù)飛梯度，機(jī)組可選用進(jìn)近方向的起飛應(yīng)急程序[9]。

1.3 道面環(huán)境對(duì)著陸性能的影響

當(dāng)飛機(jī)在跑道濕滑的環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，因受道面污染物影響，飛機(jī)與跑道的摩擦阻力變小，影響飛機(jī)的減速性能，并極大增加著陸滑跑距離[10]。如果遇上飛機(jī)減速設(shè)備故障造成性能降級(jí)，飛機(jī)很容易沖出跑道，所以航空公司規(guī)定，中雨條件下禁止飛機(jī)在高原機(jī)場(chǎng)起降。

1.4 高原運(yùn)行的輪速限制

以A319機(jī)型為例，地面滑跑最大限制地速(GS)是361 km/h，一旦超過有可能導(dǎo)致輪胎失效并影響方向控制，甚至發(fā)生爆胎。如果輪胎碎片撞擊到飛機(jī)，就會(huì)損傷機(jī)體結(jié)構(gòu)及飛機(jī)系統(tǒng)。高原機(jī)場(chǎng)由于海拔高,夏季氣溫高，容易出現(xiàn)超輪速情況。

以拉薩機(jī)場(chǎng)為例，已知，地速(GS)=真空速(TAS)+風(fēng)修正。

真空速與高度的關(guān)系：高度每上升1 km，真空速比指示空速增加5%，不足1 km按1 km計(jì)算。

真空速與溫度的關(guān)系：溫度(ISA溫度)每升高10 ℃，真空速比指示空速增加5.5 km/h，不足10 ℃按10 ℃計(jì)算。如拉薩機(jī)場(chǎng)標(biāo)高3600 m，真空速增加4×5%=20%；拉薩機(jī)場(chǎng)ISA為-8 ℃[11]，在外界溫度20 ℃的條件下，比ISA溫度高28 ℃,真空速比指示空速增加16.7 km/h。

由此可以得出：標(biāo)高越高，真空速與表速的差值越大；溫度越高，真空速與表速的差值越大。高原機(jī)場(chǎng)溫度偏高ISA標(biāo)準(zhǔn)較多，同時(shí)滿足這兩個(gè)條件，在進(jìn)近表速相同的情況下，輪速極大增加。如疊加飛機(jī)性能降級(jí)(如襟翼卡阻)，為保持飛機(jī)足夠的升力，需要飛機(jī)進(jìn)近速度比正常大，這必然會(huì)超出輪胎限制速度。

2 飛機(jī)性能降級(jí)對(duì)著陸性能的影響

飛機(jī)性能降級(jí)從狹義上講指的是因飛機(jī)自身故障、操作或動(dòng)力降級(jí)，使飛機(jī)無法保持應(yīng)有的飛行性能；從廣義講，還包括外界環(huán)境變差，如外界大氣溫度升高、道面污染、機(jī)身積冰等對(duì)飛行性能影響的因素，高海拔機(jī)場(chǎng)本身也是一種性能降級(jí)因素。2018年10月25日，廈門航空MF8411航班在飛往拉薩貢嘎機(jī)場(chǎng)途中，出現(xiàn)襟翼卡阻故障，無法減速。飛機(jī)在機(jī)場(chǎng)上空盤旋超過1 h。這次事件引起民航有關(guān)部門對(duì)高原運(yùn)行應(yīng)急處置的關(guān)注。本文將主要從擾流板故障、襟翼卡阻兩方面研究飛行中系統(tǒng)失效對(duì)著陸性能的影響。

2.1 擾流板故障對(duì)著陸性能的影響

地面擾流板在飛機(jī)著陸時(shí)放出，破壞機(jī)翼氣流，卸除升力，增大氣動(dòng)阻力的同時(shí)，提高機(jī)輪剎車效率，從而減少飛機(jī)著陸滑跑距離。航班起飛前在確定最大允許著陸質(zhì)量時(shí)，會(huì)留有一定裕度，即干道面所需著陸距離[11]=審定著陸距離×1.67。如果在飛行中出現(xiàn)影響著陸性能的系統(tǒng)失效，可用著陸距離LDA=無故障的實(shí)際著陸距離ALD×失效著陸距離系數(shù)，此系數(shù)在FCOM3.02.80和QRH中給出[12]。與航班放行前不同，所需著陸距離RLD的概念此時(shí)已不再適用。

以飛機(jī)在九寨機(jī)場(chǎng)著陸為例，機(jī)場(chǎng)標(biāo)高3 447 m，可用跑道長(zhǎng)度3 168 m,假設(shè)飛機(jī)預(yù)計(jì)著陸質(zhì)量60 t，3號(hào)和4號(hào)擾流板發(fā)生故障，著陸襟翼手柄為3，靜風(fēng)，溫度為ISA+20，反推工作正常，跑道剎車效應(yīng)為好(見表1)。

表1 A319操作系統(tǒng)有失效著陸距離[13]

根據(jù)到達(dá)九寨機(jī)場(chǎng)時(shí)的實(shí)際條件進(jìn)行著陸性能評(píng)估，得出實(shí)際著陸距離=1 820-10×3+11.3×100+90×2-90×2=2 920 m。民航規(guī)章要求在此基礎(chǔ)上再加上15%的安全余量，仍要小于可用著陸距離[14]。如本例ALD×115%=3 358 m,大于3 168 m(九寨可用跑道長(zhǎng)度)，不滿足安全著陸要求。

非高原機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)性能降級(jí)，修正后的實(shí)際著陸距離一般不超過無故障時(shí)所需著陸距離。但對(duì)于高原機(jī)場(chǎng)，修正高海拔的影響后可導(dǎo)致迅速超過所需著陸距離[15]，因此著陸前必須仔細(xì)評(píng)估各種不利因素對(duì)可用著陸距離的影響，避免任何影響飛機(jī)減速性能的故障,包括與順風(fēng)、污染道面等環(huán)境因素在著陸時(shí)出現(xiàn)相互疊加的情況。

2.2 襟翼或縫翼卡阻故障對(duì)著陸性能的影響

作為一種增升裝置，在飛機(jī)降落時(shí)，襟翼以較大角度打開，使飛機(jī)的升力和阻力同時(shí)增大，并增加失速迎角，降低著陸速度，使飛機(jī)不易失速，同時(shí)縮短地面滑跑距離。本文以拉薩機(jī)場(chǎng)為例，分析襟翼卡阻對(duì)著陸的影響。

拉薩機(jī)場(chǎng)著陸條件：

(1)起飛后或著陸期間襟翼或縫翼卡阻，典型故障導(dǎo)致飛機(jī)非正常形態(tài)著陸；

(2)標(biāo)高為3 570 m；

(3)跑道規(guī)格為4 000 m×45 m；

(4)平均場(chǎng)面溫度為ISA溫度(-8 ℃)+20 ℃=12 ℃；

(5)靜風(fēng)；

(6)雙發(fā)反推；

(7)著陸襟翼手柄為1或3；

(8)人工著陸，采取最大人工剎車；

(9)進(jìn)近速度=基準(zhǔn)速度+速度增量。

拉薩機(jī)場(chǎng)屬于典型高高原機(jī)場(chǎng)，相較于平原機(jī)場(chǎng)，飛機(jī)在相同的著陸重量下，著陸距離明顯增加。

2.2.1 拉薩機(jī)場(chǎng)著陸距離分析

以A319為例，襟翼或縫翼卡阻存在各種位置組合，對(duì)其中4種最不利的情況進(jìn)行研究。

(1)襟翼小于1，縫翼正常；

(2)縫翼小于1，襟翼正常；

(3)襟翼小于1，縫翼小于1；

(4)襟翼和縫翼都卡阻在“0”位。

由表2計(jì)算數(shù)據(jù)可知，干跑道條件4種卡阻情況下，所需著陸距離均小于可用跑道長(zhǎng)度4 000 m。由表3計(jì)算數(shù)據(jù)可知，濕跑道條件4種卡阻情況下，只有當(dāng)襟翼和縫翼都卡阻在“0”位，所需著陸距離大于可用跑道長(zhǎng)度?？梢娭灰笠砘蚩p翼卡阻不是同時(shí)在“0”位，拉薩機(jī)楊跑道長(zhǎng)度理論上均可以滿足干跑道直接超重著陸和濕跑道耗油減重后的著陸。如果故障導(dǎo)致襟翼或縫翼放出緩慢或者故障后程序要求使用FLAP3落地，實(shí)際上襟翼或縫翼并未完全失效，都是在放出可用狀態(tài)，雖然涉及拉薩機(jī)場(chǎng)的著陸性能問題，但都在滿足限制的標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。

表2 干跑道所需著陸距離

表3 濕跑道所需著陸距離

而在濕跑道上發(fā)生襟翼或縫翼均失效，飛機(jī)著陸距離將超出限制；如果部分襟翼或縫翼失效，需要根據(jù)具體情況計(jì)算。

2.2.2 拉薩機(jī)場(chǎng)著陸速度分析

如果按照A319飛機(jī)在拉薩機(jī)場(chǎng)正常落地預(yù)計(jì)剩油8 t計(jì)算，出現(xiàn)了襟翼或縫翼卡阻需要在拉薩落地，那么最多再耗油4 t，即FOB為4 t時(shí)就必須考慮進(jìn)近。根據(jù)不同無油質(zhì)量(絕大部分ZFW在45.0～54.5 t之間)計(jì)算得出，故障情況下耗油后拉薩機(jī)場(chǎng)落地質(zhì)量在49.0～58.5 t之間。而襟翼或縫翼卡阻典型的極端速度增量分別為13、15、23、25。依據(jù)此質(zhì)量：假設(shè)在ISA+20(溫度12℃)、靜風(fēng)條件下由電子飛行包性能模場(chǎng)計(jì)算得出。

由表4可知：

表4 拉薩機(jī)場(chǎng)著陸輪速

(1)如果襟翼或縫翼故障導(dǎo)致的△VREF≤30時(shí)，即襟翼或縫翼卡阻位置至少有一個(gè)≥1時(shí)，正常耗油后滿足A319機(jī)型輪速限制。

(2)如果襟翼或縫翼故障導(dǎo)致的△VREF=45或50時(shí)，即襟翼和縫翼同時(shí)卡阻在<1的位置時(shí)，拉薩機(jī)場(chǎng)落地理論上都會(huì)超A319機(jī)型輪速限制。

(3)在ISA+20(溫度12℃)靜風(fēng)條件下，以拉薩-北京航班為例，由EFB性能計(jì)算得出，拉薩機(jī)場(chǎng)最大起飛重量約為67.5t,此時(shí)若襟翼或縫翼出現(xiàn)故障，導(dǎo)致△VREF=13時(shí),TAS/GS為361 km/h；△VREF≥15時(shí),TAS/GS 將超出輪胎限制速度361 km/h。

由此可見，起飛后如果出現(xiàn)襟翼或縫翼卡阻故障，需要返航拉薩，建議最好的方法是先耗油，減小著陸重量，以此降低超輪速的風(fēng)險(xiǎn)。

無論是拉薩機(jī)場(chǎng)起飛或者進(jìn)近期間出現(xiàn)了襟翼或縫翼卡阻時(shí)，綜合著陸距離和速度分析可得出結(jié)論：

(1)如果襟翼或縫翼卡阻位置至少有一個(gè)≥1時(shí)，在所有跑道狀況下，跑道長(zhǎng)度均滿足最大允許落地質(zhì)量(62.5t)直接落地且不超輪速，緊急情況下干跑道狀況還可滿足超重著陸質(zhì)量達(dá)69.5t(濕跑道不滿足超重著陸)；

(2)如果襟翼或縫翼都卡阻在伸出位置且同時(shí)<1，拉薩機(jī)場(chǎng)落地超輪速風(fēng)險(xiǎn)無法避免。但是可以滿足最大著陸質(zhì)量(62.5t)所有跑道狀況下著陸跑道長(zhǎng)度的限制。

3 高原航線飛機(jī)性能降級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)管控流程

風(fēng)險(xiǎn)管理過程包括系統(tǒng)和工作分析、危險(xiǎn)源識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)控制5個(gè)環(huán)節(jié)。各高原運(yùn)輸航空公司需要建立高原運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系。依據(jù)《航空承運(yùn)人運(yùn)行控制風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)實(shí)施指南》(AC-FS-121-2015-125)要求并結(jié)合公司航班實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、安全風(fēng)險(xiǎn)管控需要搭建數(shù)字化指標(biāo)體系，從人(機(jī)組)、機(jī)(飛機(jī))、環(huán)(環(huán)境)3個(gè)方面量化評(píng)估航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)和趨勢(shì)(見表5)。

表5 高原運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估單

高原運(yùn)行可能的危險(xiǎn)源包括：

(1)惡劣、極端天氣，如大風(fēng)、冰雹、揚(yáng)沙、顛簸、降水等；

(2)地球物理事件，如火山灰、地震、滑坡等；

(3)航路最低安全高度高，空中機(jī)動(dòng)空域小；

(4)空中交通管制擁堵，航路靠近國(guó)境線；

(5)飛機(jī)機(jī)械故障，飛機(jī)性能降級(jí)；

(6)航路通訊信號(hào)差，監(jiān)視存在空中盲區(qū)；

(7)機(jī)場(chǎng)限制，如機(jī)場(chǎng)標(biāo)高高、跑道長(zhǎng)度短、跑道臨時(shí)關(guān)閉、救援消防服務(wù)能力等；

(8)備降機(jī)場(chǎng)距離遠(yuǎn)，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，選擇困難；

(9)高原環(huán)境對(duì)人的影響，機(jī)組存在畏難情緒；

(10)機(jī)場(chǎng)不具備加油、除冰雪能力；

(11)其他可能給航空器運(yùn)行帶來安全風(fēng)險(xiǎn)的條件。

航空公司要建立高原運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，風(fēng)險(xiǎn)要從人、機(jī)、環(huán)3個(gè)方面有針對(duì)性地開展預(yù)防。事故發(fā)生的原因一般可歸納為人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)。人的不安全行為通過控制參與航班運(yùn)行的機(jī)組、簽派、機(jī)務(wù)和空管人員的資質(zhì)與工作作風(fēng)來避免；物的不安全狀態(tài)需要建立安全風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫，對(duì)影響高原飛機(jī)性能的危險(xiǎn)源進(jìn)行評(píng)估，制定安全風(fēng)險(xiǎn)控制措施，形成安全管理閉環(huán)。

4 高原航線飛機(jī)性能降級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施

高原運(yùn)行一旦出現(xiàn)飛機(jī)性能降級(jí)的情況，為降低風(fēng)險(xiǎn)，最常用的選擇是航班備降到非高原機(jī)場(chǎng)降落，確保充足的安全裕度，便于后續(xù)的飛機(jī)維修甚至應(yīng)急救援。但是由于高原航線最低安全高度高，能否撤離到低海拔機(jī)場(chǎng)，還要考慮故障情況對(duì)航路的飄降性能和客艙釋壓的供氧能力的限制。如在高原機(jī)場(chǎng)起飛出現(xiàn)襟翼無法收起的情況，飛機(jī)應(yīng)去其他機(jī)場(chǎng)備降。但因?yàn)轱w機(jī)性能限制，飛機(jī)出現(xiàn)襟縫翼失效后，飛機(jī)的飛行高度不能超過6 096 m，而該航路最低安全高度都超過6 096 m，所以飛機(jī)必須選擇就近高原機(jī)場(chǎng)降落。

將飄降定義為一個(gè)程序，在這個(gè)程序里，飛機(jī)臨界發(fā)動(dòng)機(jī)失效，其余的發(fā)動(dòng)機(jī)在最大連續(xù)推力狀態(tài)下工作，并保持規(guī)定的速度(最大升阻比速度)，下降到飛機(jī)可以保持高度且具有正梯度的高度[16]。例如A319-115 機(jī)型，在成都-拉薩航段發(fā)生一發(fā)失效，飄降程序(北線：經(jīng)B213)以KADSA航路點(diǎn)作為決斷點(diǎn)，飛過決斷點(diǎn)KADSA，飛機(jī)就只能繼續(xù)飛往拉薩機(jī)場(chǎng)著陸，因?yàn)榇藭r(shí)飛機(jī)的高度保持能力不足以使飛機(jī)越過航路障礙物。

飛機(jī)的性能降級(jí)還會(huì)影響到飛機(jī)的燃油消耗，增加航路耗油，可能無法滿足飛機(jī)飛往計(jì)劃備降機(jī)場(chǎng)。通過查詢?nèi)加蛽p耗系數(shù)表，可得襟翼全部伸出時(shí)燃油消耗系數(shù)為120%，可見耗油大大增加，可能滿足不了備降回平原機(jī)場(chǎng)的油量要求。

飛機(jī)高原運(yùn)行應(yīng)急處置難度大，限制因素多。如果沒有制定詳細(xì)的運(yùn)行控制預(yù)案，提前規(guī)劃好航路決斷點(diǎn)，將無法應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。高原運(yùn)行的航空公司應(yīng)定期進(jìn)行高原特情演練，在制定風(fēng)險(xiǎn)控制措施時(shí)，著重考慮性能降級(jí)對(duì)巡航高度、飛機(jī)耗油、進(jìn)近速度的影響，結(jié)合跑道污染情況、風(fēng)向風(fēng)速、氣溫等因素做好到達(dá)時(shí)著陸距離的評(píng)估。

5 結(jié)論

我國(guó)民航局對(duì)高原運(yùn)行的飛機(jī)性能、人員資質(zhì)、飛行程序設(shè)計(jì)、適航維修和運(yùn)行監(jiān)控都提出了極高的要求。但高原機(jī)場(chǎng)運(yùn)行安全裕度極小，任何造成飛機(jī)性能降級(jí)的故障都可能導(dǎo)致飛行事故。

(1)在平原機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)性能降級(jí)，修正后實(shí)際著陸距離一般不超過無故障時(shí)所需著陸距離。但是對(duì)高原機(jī)場(chǎng)修正高度影響后，將會(huì)導(dǎo)致著陸距離超過跑道可用著陸距離。

(2)飛機(jī)性能降級(jí)同時(shí)出現(xiàn)影響飛機(jī)著陸的不利氣象條件，將會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)實(shí)際著陸距離超出跑道的可用著陸距離，造成飛機(jī)沖出跑道。

(3)運(yùn)行中需避免任何影響飛機(jī)減速性能的故障(擾流板、襟翼、剎車、反推等)與順風(fēng)、污染道面等環(huán)境因素在著陸時(shí)出現(xiàn)正向疊加，著陸前必須仔細(xì)評(píng)估負(fù)面因素對(duì)可用著陸距離的影響。

(4)目前各航空公司的應(yīng)急處置程序多為單一故障處理，未考慮到高原的復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境疊加飛機(jī)的系統(tǒng)故障,有很大安全隱患。

(5)高原航線可用備降機(jī)場(chǎng)少，為應(yīng)急處置增加了難度。航空公司運(yùn)控部門須做好應(yīng)急預(yù)案編寫和演練，民航局加強(qiáng)對(duì)高原應(yīng)急的指導(dǎo)，規(guī)劃好高原應(yīng)急機(jī)場(chǎng)的建設(shè)，確保高原運(yùn)行安全。