段黃科，羅鳳娥

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

我國是世界上高原機場最多的國家。根據(jù)民航局咨詢通告AC-121-FS-2015-21R1《高原機場運行》規(guī)定，高原機場按海拔高度分為一般高原機場和高高原機場兩類。高高原機場是指高于海平面高度2 438 m及以上的機場[1]，飛機在高高原機場運行需要進行特殊的高原適航審定，對飛機的性能有特殊要求。目前對高原機場運行性能研究中，段鈞劍[2]將高原的特殊性因素融入飛機起飛過程各性能參數(shù)的數(shù)學模型中，總結(jié)了高原起飛的特點。趙煒[3]對高原機場與航線的飛行性能進行研究，分析不同機型的起飛與著陸性能，重點研究了一發(fā)失效的飄降性能。吳勁松[4]結(jié)合具體機型，對高原機場、高原航線的飛機性能研究方法和管理策略進行提煉，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，只考慮一臺發(fā)動機失效的單一性能降級。陳紅英[5-6]結(jié)合實例研究飛機到達時著陸距離評估方法，分析污染道面飛機的著陸性能，但未結(jié)合飛機性能降級對著陸的影響進行分析，未全面考察高原機場污染道面運行風險。

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

1 高原機場著陸的性能限制

對機場進行著陸性能分析時，需要考慮以下影響因素：跑道長度限制、道面條件限制、飛機進近爬升和著陸爬升梯度限制、飛機結(jié)構最大著陸質(zhì)量等。高原機場另外一個重要的限制條件是飛機輪速限制。

1.1 飛機著陸場地長度顯著增加

當OAT(外界大氣溫度)一定時，機場氣壓越高，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，邦達機場海拔4 334 m,著陸真空速將會偏高30%以上。因此，在高原機場著陸需要更長的減速距離；同時高原地區(qū)空氣稀薄，空氣阻力較小，飛機減速慢，如果出現(xiàn)飛機減速設備故障(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 飛機進近爬升和越障能力下降

由于高原機場空氣密度小，發(fā)動機可用推力減小，飛機的空氣動力性能變差，故飛機的爬升和越障性能變差[7]。加上高原氣流復雜，機場周邊超高障礙物多，飛機一旦出現(xiàn)性能降級，如一發(fā)失效，進近和復飛過程中無法飛越障礙物便成為潛在風險[8]。

著陸過程中如出現(xiàn)飛機性能降級且航班無法安全著陸時，如達不到程序要求的復飛梯度，機組可選用進近方向的起飛應急程序[9]。

1.3 道面環(huán)境對著陸性能的影響

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

1.4 高原運行的輪速限制

以A319機型為例，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，就會損傷機體結(jié)構及飛機系統(tǒng)。高原機場由于海拔高,夏季氣溫高，容易出現(xiàn)超輪速情況。

以拉薩機場為例，已知，地速(GS)=真空速(TAS)+風修正。

真空速與高度的關系：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計算。

真空速與溫度的關系：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 ℃計算。如拉薩機場標高3600 m，真空速增加4×5%=20%；拉薩機場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。高原機場溫度偏高ISA標準較多，同時滿足這兩個條件，在進近表速相同的情況下，輪速極大增加。如疊加飛機性能降級(如襟翼卡阻)，為保持飛機足夠的升力，需要飛機進近速度比正常大，這必然會超出輪胎限制速度。

2 飛機性能降級對著陸性能的影響

飛機性能降級從狹義上講指的是因飛機自身故障、操作或動力降級，使飛機無法保持應有的飛行性能；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、機身積冰等對飛行性能影響的因素，高海拔機場本身也是一種性能降級因素。2018年10月25日，廈門航空MF8411航班在飛往拉薩貢嘎機場途中，出現(xiàn)襟翼卡阻故障，無法減速。飛機在機場上空盤旋超過1 h。這次事件引起民航有關部門對高原運行應急處置的關注。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)失效對著陸性能的影響。

2.1 擾流板故障對著陸性能的影響

地面擾流板在飛機著陸時放出，破壞機翼氣流，卸除升力，增大氣動阻力的同時，提高機輪剎車效率，從而減少飛機著陸滑跑距離。航班起飛前在確定最大允許著陸質(zhì)量時，會留有一定裕度，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的概念此時已不再適用。

以飛機在九寨機場著陸為例，機場標高3 447 m，可用跑道長度3 168 m,假設飛機預計著陸質(zhì)量60 t，3號和4號擾流板發(fā)生故障，著陸襟翼手柄為3，靜風，溫度為ISA+20，反推工作正常，跑道剎車效應為好(見表1)。

表1 A319操作系統(tǒng)有失效著陸距離[13]

根據(jù)到達九寨機場時的實際條件進行著陸性能評估，得出實際著陸距離=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(九寨可用跑道長度)，不滿足安全著陸要求。

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

2.2 襟翼或縫翼卡阻故障對著陸性能的影響

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

拉薩機場著陸條件：

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

(2)標高為3 570 m；

(3)跑道規(guī)格為4 000 m×45 m；

(4)平均場面溫度為ISA溫度(-8 ℃)+20 ℃=12 ℃；

(5)靜風；

(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)進近速度=基準速度+速度增量。

拉薩機場屬于典型高高原機場，相較于平原機場，飛機在相同的著陸重量下，著陸距離明顯增加。

2.2.1 拉薩機場著陸距離分析

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

(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度4 000 m。由表3計算數(shù)據(jù)可知，濕跑道條件4種卡阻情況下，只有當襟翼和縫翼都卡阻在“0”位，所需著陸距離大于可用跑道長度。可見只要襟翼或縫翼卡阻不是同時在“0”位，拉薩機楊跑道長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)，雖然涉及拉薩機場的著陸性能問題，但都在滿足限制的標準以內(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)具體情況計算。

2.2.2 拉薩機場著陸速度分析

如果按照A319飛機在拉薩機場正常落地預計剩油8 t計算，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時就必須考慮進近。根據(jù)不同無油質(zhì)量(絕大部分ZFW在45.0～54.5 t之間)計算得出，故障情況下耗油后拉薩機場落地質(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：假設在ISA+20(溫度12℃)、靜風條件下由電子飛行包性能模場計算得出。

由表4可知：

表4 拉薩機場著陸輪速

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

(2)如果襟翼或縫翼故障導致的△VREF=45或50時，即襟翼和縫翼同時卡阻在<1的位置時，拉薩機場落地理論上都會超A319機型輪速限制。

(3)在ISA+20(溫度12℃)靜風條件下，以拉薩-北京航班為例，由EFB性能計算得出，拉薩機場最大起飛重量約為67.5t,此時若襟翼或縫翼出現(xiàn)故障，導致△VREF=13時,TAS/GS為361 km/h；△VREF≥15時,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險。

無論是拉薩機場起飛或者進近期間出現(xiàn)了襟翼或縫翼卡阻時，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≥1時，在所有跑道狀況下，跑道長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<1，拉薩機場落地超輪速風險無法避免。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度的限制。

3 高原航線飛機性能降級的風險管控流程

風險管理過程包括系統(tǒng)和工作分析、危險源識別、風險分析、風險評價、風險控制5個環(huán)節(jié)。各高原運輸航空公司需要建立高原運行風險指標體系。依據(jù)《航空承運人運行控制風險管控系統(tǒng)實施指南》(AC-FS-121-2015-125)要求并結(jié)合公司航班實際運行經(jīng)驗、安全風險管控需要搭建數(shù)字化指標體系，從人(機組)、機(飛機)、環(huán)(環(huán)境)3個方面量化評估航班運行風險狀態(tài)和趨勢(見表5)。

表5 高原運行風險評估單

高原運行可能的危險源包括：

(1)惡劣、極端天氣，如大風、冰雹、揚沙、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，空中機動空域?。?/p>

(4)空中交通管制擁堵，航路靠近國境線；

(5)飛機機械故障，飛機性能降級；

(6)航路通訊信號差，監(jiān)視存在空中盲區(qū)；

(7)機場限制，如機場標高高、跑道長度短、跑道臨時關閉、救援消防服務能力等；

(8)備降機場距離遠，運行環(huán)境復雜，選擇困難；

(9)高原環(huán)境對人的影響，機組存在畏難情緒；

(10)機場不具備加油、除冰雪能力；

(11)其他可能給航空器運行帶來安全風險的條件。

航空公司要建立高原運行的風險預警，風險要從人、機、環(huán)3個方面有針對性地開展預防。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行的機組、簽派、機務和空管人員的資質(zhì)與工作作風來避免；物的不安全狀態(tài)需要建立安全風險數(shù)據(jù)庫，對影響高原飛機性能的危險源進行評估，制定安全風險控制措施，形成安全管理閉環(huán)。

4 高原航線飛機性能降級的風險控制措施

高原運行一旦出現(xiàn)飛機性能降級的情況，為降低風險，最常用的選擇是航班備降到非高原機場降落，確保充足的安全裕度，便于后續(xù)的飛機維修甚至應急救援。但是由于高原航線最低安全高度高，能否撤離到低海拔機場，還要考慮故障情況對航路的飄降性能和客艙釋壓的供氧能力的限制。如在高原機場起飛出現(xiàn)襟翼無法收起的情況，飛機應去其他機場備降。但因為飛機性能限制，飛機出現(xiàn)襟縫翼失效后，飛機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，所以飛機必須選擇就近高原機場降落。

將飄降定義為一個程序，在這個程序里，飛機臨界發(fā)動機失效，其余的發(fā)動機在最大連續(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)，下降到飛機可以保持高度且具有正梯度的高度[16]。例如A319-115 機型，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航路點作為決斷點，飛過決斷點KADSA，飛機就只能繼續(xù)飛往拉薩機場著陸，因為此時飛機的高度保持能力不足以使飛機越過航路障礙物。

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

飛機高原運行應急處置難度大，限制因素多。如果沒有制定詳細的運行控制預案，提前規(guī)劃好航路決斷點，將無法應對突發(fā)情況。高原運行的航空公司應定期進行高原特情演練，在制定風險控制措施時，著重考慮性能降級對巡航高度、飛機耗油、進近速度的影響，結(jié)合跑道污染情況、風向風速、氣溫等因素做好到達時著陸距離的評估。

5 結(jié)論

我國民航局對高原運行的飛機性能、人員資質(zhì)、飛行程序設計、適航維修和運行監(jiān)控都提出了極高的要求。但高原機場運行安全裕度極小，任何造成飛機性能降級的故障都可能導致飛行事故。

(1)在平原機場出現(xiàn)性能降級，修正后實際著陸距離一般不超過無故障時所需著陸距離。但是對高原機場修正高度影響后，將會導致著陸距離超過跑道可用著陸距離。

(2)飛機性能降級同時出現(xiàn)影響飛機著陸的不利氣象條件，將會導致飛機實際著陸距離超出跑道的可用著陸距離，造成飛機沖出跑道。

(3)運行中需避免任何影響飛機減速性能的故障(擾流板、襟翼、剎車、反推等)與順風、污染道面等環(huán)境因素在著陸時出現(xiàn)正向疊加，著陸前必須仔細評估負面因素對可用著陸距離的影響。

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

(5)高原航線可用備降機場少，為應急處置增加了難度。航空公司運控部門須做好應急預案編寫和演練，民航局加強對高原應急的指導，規(guī)劃好高原應急機場的建設，確保高原運行安全。