民用飛機(jī)應(yīng)急撤離影響因素試驗(yàn)研究

封文春 李偉

摘要：為了分析影響應(yīng)急撤離的因素，基于動(dòng)態(tài)客艙應(yīng)急撤離試驗(yàn)環(huán)境，開(kāi)展了多工況約1000多人次的應(yīng)急撤離試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，迫降后的不利姿態(tài)對(duì)群體撤離時(shí)間有一定的影響，10°俯仰角的影響可達(dá)25.8%；取行李人員的行為對(duì)群體撤離速率有27%左右的影響；在應(yīng)急撤離試驗(yàn)中，參試人員對(duì)較高滑梯的恐懼和在滑梯處的猶豫對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有著重要的影響，不正確的跳下滑梯姿勢(shì)嚴(yán)重影響撤離時(shí)間和滑梯撤離效率。客艙內(nèi)的煙霧和燈光對(duì)撤離的影響可以忽略。乘務(wù)員在應(yīng)急撤離中起著重要的作用，尤其是在處理參試人員面對(duì)較高滑梯時(shí)的猶豫或恐懼心理，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有著較大的影響。研究結(jié)論對(duì)客艙安全設(shè)計(jì)和提升應(yīng)急撤離效率具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急撤離；乘務(wù)員；不利姿態(tài)；應(yīng)急撤離試驗(yàn)；應(yīng)急撤離速度

中圖分類(lèi)號(hào)：V233+文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2022.03.002

應(yīng)急撤離是民航客機(jī)緊急迫降后乘員逃生的重要方法。適航規(guī)章明確要求對(duì)客座數(shù)大于44座的飛機(jī)，需通過(guò)全尺寸地面應(yīng)急撤離演示驗(yàn)證試驗(yàn)，所有人員能夠在90s內(nèi)安全撤離至地面[1]。在適航標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制要求下，大多數(shù)民航飛機(jī)在出現(xiàn)緊急情況迫降后，人員能夠快速逃生。如2016年8月3日，阿聯(lián)酋航空公司的一架波音777飛機(jī)起火并迫降，機(jī)上282名乘客及機(jī)組人員在90s內(nèi)安全撤離，隨后飛機(jī)發(fā)生爆炸。但是仍有一些因素影響人員的撤離過(guò)程，如迫降后飛機(jī)的不利姿態(tài)、乘務(wù)員的指揮能力、客艙煙霧等，均會(huì)影響撤離效率。

早在1974年，美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）和美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)（NTSB）就基于搭建的民機(jī)客艙模擬設(shè)施開(kāi)展了多項(xiàng)人員應(yīng)急撤離試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，出口寬度對(duì)人員總撤離時(shí)間影響比較顯著，I型和III型應(yīng)急出口的疏散速率差距高達(dá)50%左右[2]；出口離地高度也有較大影響，出口離地高度過(guò)高會(huì)大幅減小出口處的單位時(shí)間人員通過(guò)數(shù)量[3]。FAA的CAMI實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展的試驗(yàn)表明，撤離過(guò)程中的人為因素具有關(guān)鍵影響力，甚至能在一定程度上掩蓋其他因素的影響[4-5]。中國(guó)民航大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)波音737-800的模擬環(huán)境開(kāi)展了過(guò)道寬度與競(jìng)爭(zhēng)合作模式對(duì)應(yīng)急撤離過(guò)程的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)過(guò)道寬度從0.43m增加至0.63m時(shí)，撤離效率有所提升，撤離速率差距為13%左右。但當(dāng)過(guò)道寬度大于0.63m時(shí)，撤離速率逐漸趨于穩(wěn)定[6]。

有大量學(xué)者對(duì)民用飛機(jī)應(yīng)急撤離進(jìn)行了研究。他們研究的重點(diǎn)是應(yīng)急出口和過(guò)道，針對(duì)迫降后不利姿態(tài)、乘務(wù)員指揮能力、艙內(nèi)煙霧、撤離滑梯、取行李人員等因素對(duì)撤離效率的影響的相關(guān)研究相對(duì)較少。本文基于航空工業(yè)一飛院所建設(shè)的動(dòng)態(tài)客艙應(yīng)急撤離試驗(yàn)環(huán)境，針對(duì)上述影響應(yīng)急撤離的關(guān)鍵因素進(jìn)行了試驗(yàn)研究，為改進(jìn)客艙安全設(shè)計(jì)和提高應(yīng)急撤離效率提供技術(shù)支持。

1試驗(yàn)環(huán)境

1.1試驗(yàn)平臺(tái)

動(dòng)態(tài)客艙應(yīng)急撤離試驗(yàn)環(huán)境的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，實(shí)物環(huán)境如圖2所示。試驗(yàn)環(huán)境由多自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、客艙環(huán)境、照明裝置、監(jiān)控裝置和滑梯等組成?？团摓槿叽鐔瓮ǖ?-3布局模擬艙，共包含18排座椅，座椅間距810mm，過(guò)道寬510mm，如圖3所示。迫降后的不利姿態(tài)通過(guò)多自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)調(diào)節(jié)不同支柱實(shí)現(xiàn)俯仰、橫滾以及二者組合的不利迫降姿態(tài)。試驗(yàn)環(huán)境有一個(gè)C形登機(jī)門(mén)，兩個(gè)III型翼上應(yīng)急門(mén)，可實(shí)現(xiàn)俯仰角±15°和滾轉(zhuǎn)角±15°調(diào)整。

為了準(zhǔn)確測(cè)量并記錄參試人員的運(yùn)動(dòng)軌跡及生理狀態(tài)，試驗(yàn)平臺(tái)使用高精度室內(nèi)超寬帶（UWB）定位設(shè)備以及無(wú)線可穿戴式生理參數(shù)記錄儀。參試人員攜帶的設(shè)備如圖4所示，定位基站及生理參數(shù)采集系統(tǒng)在客艙內(nèi)的布置如圖5所示。

UWB定位設(shè)備采用1GHz以上頻率納秒級(jí)非正弦波窄脈沖進(jìn)行定位和傳輸數(shù)據(jù)，定位誤差最低可達(dá)厘米級(jí)，且較寬的頻譜可以使設(shè)備支持最高200人·Hz/s的總定位頻率（人數(shù)×每人的定位頻率）。

腕戴式生理參數(shù)記錄儀支持測(cè)量心率、EDA皮膚電、SKT皮膚溫度等生理信號(hào)以及ACC人體姿態(tài)等數(shù)據(jù)，總參數(shù)采樣頻率高達(dá)2048Hz。其數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線射頻2.4GHz頻段進(jìn)行傳輸，最多可同時(shí)對(duì)15名人員進(jìn)行測(cè)試。

1.2試驗(yàn)工況

本文主要分析迫降后不利姿態(tài)、取行李人員、應(yīng)急出口、乘務(wù)員、應(yīng)急滑梯和艙內(nèi)煙霧等因素對(duì)撤離過(guò)程的影響。迫降后不利姿態(tài)的影響通過(guò)群體（18人）在不同姿態(tài)下進(jìn)行撤離試驗(yàn)進(jìn)行分析，試驗(yàn)工況見(jiàn)表1。

對(duì)取行李人員和應(yīng)急滑梯等因素影響的研究，設(shè)置三個(gè)場(chǎng)景，招募5組試驗(yàn)人員；每組18名，年齡分布在25～45歲之間。每組試驗(yàn)人員隨機(jī)坐在艙內(nèi)第38～40排，共坐18個(gè)座椅。試驗(yàn)工況見(jiàn)表2。

對(duì)應(yīng)急出口、乘務(wù)員和煙霧等因素影響的研究，通過(guò)多人多次的試驗(yàn)進(jìn)行分析，每次試驗(yàn)人員30～100人不等，撤離中使用的應(yīng)急出口不同。共進(jìn)行了16次試驗(yàn)，共1002人次。試驗(yàn)工況見(jiàn)表3，場(chǎng)景僅區(qū)分有煙和無(wú)煙，其他為正常撤離場(chǎng)景。

2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1不利姿態(tài)的影響

在實(shí)際發(fā)生的事故中，飛機(jī)在迫降過(guò)程中可能由于起落架故障或迫降時(shí)的沖擊使得飛機(jī)迫降后處于不利姿態(tài)，即存在一定的傾斜角度。不利的姿態(tài)環(huán)境會(huì)對(duì)人員的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不利影響[7]，進(jìn)而影響撤離效率。2019年5月，俄羅斯航空公司一架SSJ100客機(jī)發(fā)生事故，飛機(jī)迫降后起火并處于異常姿態(tài)。應(yīng)急撤離時(shí)，55s內(nèi)僅37人撤離，事故造成41人死亡[8]。

各種不利姿態(tài)試驗(yàn)所得的應(yīng)急撤離時(shí)間如圖6所示。由圖6可知，飛機(jī)不利姿態(tài)對(duì)參試人員的運(yùn)動(dòng)速度和人群的運(yùn)動(dòng)規(guī)律產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而影響總的撤離時(shí)間。以水平姿態(tài)平均撤離時(shí)間為基準(zhǔn)來(lái)衡量不利姿態(tài)對(duì)疏散效率的影響，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算可知：5°滾轉(zhuǎn)角為-5.2%，10°滾轉(zhuǎn)角為-14%，-10°俯仰角達(dá)到-5.35%，-5°俯仰角為7%，5°俯仰角為7%，10°俯仰角達(dá)到-25.8%。橫滾角對(duì)撤離時(shí)間的影響近似呈對(duì)稱(chēng)關(guān)系，俯仰角為正（仰角）時(shí)的影響大于俯角。

2.2取行李人員的影響

雖然民航運(yùn)營(yíng)規(guī)章和安全須知中明確要求乘客在應(yīng)急撤離時(shí)不能取行李和攜帶行李，但在實(shí)際民航客機(jī)迫降事故中，仍然多次出現(xiàn)乘客在撤離前在過(guò)道取自己行李的情況。例如，在2019年5月俄羅斯航空公司SSJ100客機(jī)迫降撤離時(shí)，在視頻畫(huà)面及后續(xù)報(bào)道發(fā)現(xiàn)，有部分先撤離的乘客攜帶了行李及衣物，并且是在應(yīng)急撤離過(guò)程中從行李架取出的。

在試驗(yàn)中，安排第一個(gè)撤離人員進(jìn)行取行李的行為，試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如圖7所示。由圖7可知，除取行李人員之外的人員平均速度均與場(chǎng)景A對(duì)應(yīng)次序的人員存在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的差值（0.2～0.4m/s），且差值逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定。這是由于在取行李人員的影響下，先于此人撤離的幾名人員在撤離過(guò)程中必須在狹小的過(guò)道中側(cè)身越過(guò)該人員，從而引起其撤離速度的降低。由平均疏散時(shí)間的對(duì)比分析可知，取行李的惰性人員將對(duì)疏散速率有27%左右的影響。由于參與疏散試驗(yàn)的人數(shù)相對(duì)真實(shí)撤離過(guò)程較少，所以影響程度可能偏高[9-11]。

2.3應(yīng)急出口的影響

應(yīng)急出口對(duì)應(yīng)急撤離效率起著至關(guān)重要的作用。適航條款（CCAR-25.807）中明確規(guī)定了機(jī)身每側(cè)的特定類(lèi)型出口最大許可乘客座椅數(shù)。FAA也通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試了各型應(yīng)急出口的平均疏散人流量：I型和III型應(yīng)急艙門(mén)的平均疏散人流量為1.282s/人和1.565s/人，A型和C型艙門(mén)的平均疏散人流量為0.475s/人和0.937s/人。

本試驗(yàn)環(huán)境的應(yīng)急出口有兩種，即一個(gè)C型前艙門(mén)，兩個(gè)III型翼上應(yīng)急出口。試驗(yàn)所得平均疏散人流量見(jiàn)表4。與FAA的試驗(yàn)結(jié)果相比，本文的翼上應(yīng)急出口疏散人流量較為接近，前艙門(mén)疏散流量有極大差距。引起此誤差的原因?yàn)镕AA在測(cè)試前艙門(mén)時(shí)艙門(mén)外直接連接較短的平臺(tái)和坡道，沒(méi)有配置充氣滑梯。

2.4應(yīng)急撤離滑梯的影響

應(yīng)急撤離滑梯是民航客機(jī)應(yīng)急撤離的重要輔助設(shè)施，直接影響應(yīng)急撤離時(shí)間。

在本文試驗(yàn)中，通過(guò)統(tǒng)計(jì)得到充氣滑梯的單人平均下滑時(shí)間為1.91s，與前人文獻(xiàn)中滑梯的單人平均下滑時(shí)間1.82s基本一致。但遠(yuǎn)高于CTSO C69中對(duì)充氣滑梯撤離人流量70人/min（1.167s/人）的要求。通過(guò)試驗(yàn)錄像及視頻分析，較大誤差的原因如下：

（1）參試人員能夠確認(rèn)自己在試驗(yàn)中無(wú)安全隱患，盡快撤離的欲望不夠強(qiáng)烈。

（2）部分乘客會(huì)恐高，在跳下滑梯時(shí)出現(xiàn)猶豫。FAA試驗(yàn)得出，艙門(mén)外高度增加9in（22.86cm），對(duì)疏散速率產(chǎn)生18.4%的影響。本試驗(yàn)環(huán)境客艙地板離地高度3.47m，部分參試人員出現(xiàn)恐懼而沒(méi)有按照標(biāo)準(zhǔn)撤離姿勢(shì)跳下滑梯，如圖8所示。左側(cè)是實(shí)際撤離照片，右側(cè)是試驗(yàn)錄像截圖。

（3）在撤離時(shí)，部分乘客會(huì)等待前方人員到達(dá)滑梯底部才跳下滑梯?；荽蠖鄷r(shí)間處于單人使用的狀態(tài)，而實(shí)際單個(gè)滑梯按適航標(biāo)準(zhǔn)最大可支持3人同時(shí)承載在滑梯上下滑。

由此可知，在應(yīng)急撤離試驗(yàn)中，如果要保證滑梯的有效撤離率，需要對(duì)參試人員采取激勵(lì)競(jìng)爭(zhēng)或其他有效措施，使其進(jìn)入緊張狀態(tài)；同時(shí)，在應(yīng)急出口處應(yīng)有乘務(wù)員的指導(dǎo)，促使參試人員盡快撤離，這樣才能使試驗(yàn)盡可能接近真實(shí)場(chǎng)景。

2.5乘務(wù)員的影響

乘務(wù)員在應(yīng)急撤離中起著舉足輕重的作用。為了在試驗(yàn)中分析乘務(wù)員對(duì)應(yīng)急撤離過(guò)程的影響，以S4為基礎(chǔ)對(duì)照組，其可以在無(wú)特殊因素下進(jìn)行快速撤離。S5和S7在基礎(chǔ)試驗(yàn)條件下在前艙門(mén)及翼上應(yīng)急出口處各設(shè)置一名乘務(wù)員，協(xié)助撤離。試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表5。通過(guò)計(jì)算得出，乘務(wù)員能明顯提高應(yīng)急撤離過(guò)程中的疏散速率，提高比例為18.3%。

2.6煙霧及燈光的影響

迫降后客艙著火是影響人員撤離和造成人員傷亡的主要因素?？团撝饘?dǎo)致的主要結(jié)果是客艙充滿煙霧。在試驗(yàn)中，為了分析煙霧及燈光對(duì)應(yīng)急撤離過(guò)程的影響，利用舞臺(tái)發(fā)煙器在客艙后部發(fā)煙，模擬客艙著火情況。

試驗(yàn)以S7為基礎(chǔ)對(duì)照組，在無(wú)煙霧和燈光不利影響因素下進(jìn)行快速撤離。S8和S9在此基礎(chǔ)上加入燈光及煙霧的影響。S8在撤離警報(bào)前發(fā)煙并降低燈光照度，S9在撤離警報(bào)前發(fā)煙照度正常。煙霧于客艙尾部發(fā)出，蔓延至客艙中部時(shí)開(kāi)始撤離。試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表6。

通過(guò)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)及視頻得出，煙霧及燈光對(duì)應(yīng)急撤離速率的影響較為復(fù)雜。對(duì)比S7與S8，在煙霧和降低照度的情況下，由于環(huán)境變化導(dǎo)致人員緊張程度增加，進(jìn)而使得人員的運(yùn)動(dòng)速度增加，撤離速率變快。但當(dāng)人員適應(yīng)了煙霧環(huán)境后，人員撤離速度又恢復(fù)到了常規(guī)狀態(tài)，如S9的疏散速率所示。在不考慮人員吸入煙霧導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)能力下降的情況下，煙霧的出現(xiàn)能加快平均疏散速率3.1%。考慮單通道客艙內(nèi)乘客路線較為單一，疏散目標(biāo)較為確定，所以單純的煙霧造成視野受阻或光線減弱在試驗(yàn)中幾乎無(wú)影響。

各因素影響程度相對(duì)大小如圖9所示。綜合來(lái)看，雖然影響應(yīng)急撤離的因素在適航規(guī)章中均有相關(guān)規(guī)定，但是通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，仍有很多因素會(huì)影響應(yīng)急撤離效率。其中，對(duì)應(yīng)急撤離過(guò)程中有極大限制的因素有：出口寬度、出口滑梯高度、取行李等行為以及過(guò)大的仰角等。在飛機(jī)應(yīng)急撤離系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)著重關(guān)注這些因素。乘務(wù)員的指揮與協(xié)助能夠提高應(yīng)急撤離的效率。

3結(jié)論

通過(guò)應(yīng)急撤離影響因素試驗(yàn)研究，得到如下結(jié)論：

（1）不利姿態(tài)對(duì)應(yīng)急撤離有一定的影響。滾轉(zhuǎn)姿態(tài)和俯仰姿態(tài)對(duì)應(yīng)急撤離的影響程度不同；不利姿態(tài)對(duì)群體撤離中撤離速度的影響整體上與不利姿態(tài)對(duì)個(gè)體運(yùn)動(dòng)的影響類(lèi)似。

（2）取行李的人員會(huì)影響緊隨其后的幾名人員的撤離速度。由平均疏散時(shí)間的對(duì)比分析可知，取行李的惰性人員將對(duì)疏散速率有27%左右的影響。

（3）在應(yīng)急撤離試驗(yàn)中應(yīng)采取激勵(lì)競(jìng)爭(zhēng)或其他措施，以消除參試人員在較高滑梯處的恐懼或猶豫對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

（4）在應(yīng)急撤離試驗(yàn)中，煙霧及燈光幾乎對(duì)撤離沒(méi)有影響。

（5）乘務(wù)員對(duì)應(yīng)急撤離起著非常重要的作用，尤其是參試人員在較高滑梯處猶豫或恐懼時(shí)，乘務(wù)員的協(xié)助可促使人員撤離。

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Test Research on the Influencing Factors of Civil Aircraft Emergency Evacuation

Feng Wenchun，Li Wei

AVIC The First Aircraft Institute，Xi’an 710089，China

Abstract： In order to analize the factors influencing emergency evacuation， emergency evacuation test based on the dynamic cabin emergency evacuation test environment is performed. The test result shows that adverse attitude of landing has effects on the evacuation times. The effects to average evacuation times can reach about 25.8% at 10°pitch angle. The person taking baggage during evacuation has effects about 27% to group evacuation rate. On the evacuation test， the fear and hesitation of participants at slide because of the height have important effects to the test result. Improper attitude of participants jumping slide have vital effects to evacuation times and efficiency of slide evacuation. The smokes and light exerting on the test has negligible effects to the evacuation. Attendants play an important role when dealing with the participants fear and hesitate when facing the higher slide which has an important effect on test results. The conclusion has the important instructions for cabin safety design and emergency evacuation efficiency improvement.

Key Words： emergency evacuation； attendant； adverse attitude； emergency evacuation test； emergency evacuation speed