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飞机雨天冲出跑道,是因为路滑吗?

文章来源:   发布时间:2020-08-24 23:26:00   点击量:0

事件回顾


《印度斯坦时报》8月7日报道,当地时间周五傍晚7点40分,印度快运航空(Air India Express)一架从迪拜飞往印度南部喀拉拉邦科泽科德市的波音737-800客机在机场降落时滑出跑道,断成了两截,目前已造成至少20人死亡,123人受伤。事故发生时机场附近正下着大雨,能见度约为2000米,这是印度近10年来死伤最严重的一起商业航空事故。

印度快运航空是该国最大的廉价航空公司,隶属印度航空旗下,2005年4月正式开航营运,主营中东和东南亚航线,执飞机型均为波音737-800。

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图一  事故现场

 

现代飞机安全性极高,飞行机组有极严格的训练要求,大部分民用机场也都设施完备,具备复杂天气下运营的条件,那为何会出现冲出跑道这样的事件,是路滑胎软,还是飞行员眼花手抖,还是有别的原因?

 

黑色10分钟

 

下图是民机典型任务剖面各阶段的事故率,地面准备、滑行起飞、着陆等阶段是事故高发的重点阶段。以窄体客机最为常见的1.5小时飞行任务计,滑行起飞、初始爬升、进近、着陆只占到飞行总时间6%左右,发生的事故量却占到了总数的近58%,其中着陆阶段的事故数量明显高于其他阶段,飞行员的操纵、特殊天气、突发情况等都可能造成事故,典型的如飞机重着陆后的回弹,刹车距离不足冲出跑道等,业界也将起飞过程的3分钟,着陆过程的7分钟,合并称为“黑色十分钟”。

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图二  起飞降落时事故高发阶段

是因为路滑吗?是因为手抖吗?

 

开车的人都知道,雨天路滑,小心驾驶。首先是降速,其次是安全停车。但飞机飞在空中,不能轻易降速,否则飞机失速更加危险。

 

  遭遇大雨、大雪或大雾等复杂天气,飞行员着陆心理压力会更大,同时对周边环境的观测能力会下降,更容易导致一些操作失误,如着陆点判断偏差、进场速度和姿态控制等;另一方面,大雨天机场跑道上积水来不及排干,也会造成飞机轮胎与跑道道面间的摩擦力下降,如果飞机着陆后速度偏大,着陆姿态超限,或着陆点位置偏离,都可能使得有效刹车距离不足,导致飞机在跑道区内不能有效制动,严重时可能以较大的末速度冲出跑道,与周边环境的障碍物发生各类碰撞事故,严重时可能导致起火、爆炸、机体断裂破坏等后果,并危及乘员的生命安全。

 

  2005年,载有297名乘客和12名机组人员的法国航空358航班(空客A340飞机执飞),由巴黎戴高乐国际机场飞往多伦多皮尔逊国际机场,遭遇了恶劣雷雨天气,因机组失误,飞机冲出跑道并起火燃烧,幸运的是机上309人全部逃出机舱无人死亡,仅有43人轻伤。

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图三  法航358号班机事故

 

  是因为机场选址有问题吗?

 

  飞机冲出跑道有恶劣天气原因(如低云、风雪等低能见度等)、操作原因(如飞行姿态不佳、刹车未达等)、场地原因(跑道的有效长度不足、摩擦系数不足等)、机械故障原因等,上述引起飞机冲出跑道的各类原因互为诱因、互相影响。为减少因为冲出跑道造成的重大安全事故,国际民航组织(ICAO)在国际民用航空公约中要求机场必须设置跑道的末端安全区,其中一类、二类机场安全区长度为90米,三类、四类机场安全区长度为240米,但这只是世界范围内的最低建议标准,ICAO补充说明即使240米的建议距离之内也尚有17%的飞机冲出跑道无法拦停。

 

  受特殊地理位置的限制,全球范围内有相当数量的机场难以按照ICAO要求设置安全区(在我国,如云南腾冲机场、四川攀枝花机场等),这种机场也常被称为“桌面机场“,即指建在丘陵、高原或山顶上的机场,典型的桌面机场的跑道中间平坦、跑道一端或两端尽头有高度差,在这种机场降落时会给飞行员造成视觉误导,尽管已经到了悬崖的边缘,但是跑道看上去还没有到达尽头。而且,桌面跑道给飞行员的容错空间很小,冲出跑道事故一旦发生将造成极为严重的后果。

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图四  “桌面机场”

 

  对于特殊天气或其他原因造成跑道污染情况下,飞机的安全着陆距离相比正常情况下要求更高。如在美国联邦航空管理局(FAA)的机场咨询通告中对飞机在污染跑道运行的着陆距离也有如下规定:湿滑跑道可用着陆距离至少是干跑道所需着陆距离的 115%。而我国民航局在 CCAR121 部和 FAR121 部的咨询通告中,同样给出了飞机在污染道面运行时最小可用着陆距离不得小于干跑道着陆所需距离的 115%的规定。这样以来,对于受污染的“桌面机场“跑道而言,飞机的着陆安全性更差。

 

  如何确保极限安全?

 

  1充分验证保安全

  充分的地面试验验证是确保飞机极限安全的核心问题。对于极端天气环境下飞机的着陆安全性能,需要通过飞机起落架湿滑道面刹车实验和最小刹车距离实验来进行全方位极限考核。

 

  01 湿滑道面刹车实验

  飞机在湿滑道面运行时,在高速运动条件下,轮胎会挤压周围的水体,使水膜侵入道面与轮胎胎面的接触区域,隔离道面与胎面的接触,同时会使轮胎与道面之间产生动水压强,使轮胎接地区域完全被水膜隔离,从而引起轮胎在道面出现打滑等现象即为滑水。滑水现象(图五所示)会造成飞机刹车失灵和操控性能降低,同时会引起跑道偏离事故。

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图五  飞机的滑水现象

 

  图六所示为轮胎在连续积水条件下的试验装置,该装置由标准轮胎、道面以及水膜喷洒装置三部分组成。在试验过程中,轮胎以一定的速度沿图六中所示方向行驶,通过调整水流大小控制轮胎前缘水膜厚度,保证轮胎在均匀连续积水条件下行驶,逐步提高行驶速度以达到临界滑水状态,然后进行刹车制动,验证湿滑道面下起落架系统的刹车性能。

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图六  湿滑道面刹车实验

 

  02  最小刹车距离实验

飞机的最小刹车距离对其在极端着陆环境下的安全性具有关键影响,飞机的防滑刹车系统是保证飞机安全着陆、制动的重要设备,其可靠性、安全性意义重大。一般可通过惯性试验台来给飞机起落架施加不同的载荷,驱动装置提供不同的转速,滚轮装置提供不同的路面约束,通过驱动装置与刹车系统的联合工作来测试起落架系统在特定道面环境和载荷环境下的最小刹车距离。其试验装置与湿滑道面刹车实验类似,只是缺少水膜喷洒装置。

 

  2气象预报早预警

  随着我国气象预报技术的日益成熟,高精度的气象预报在飞机安全运行中发挥越来越关键的作用。对于起降条件不好的机场,如临近江/海、居民区,以及陡坎或悬崖的机场,可结合高效的天气预报技术对这些机场的气象条件进行实时监测和分析,动态反馈给待起降航班以保障飞机安全。

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图七  气象预报

 

  3神器加持加保险

 

  飞机跑道端拦阻系统(也叫工程材料拦阻系统,Engineering Material Arresting System)是近年来发展的一种用于机场跑道末端应急拦阻装置,将具有特定力学性能的溃缩材料(一般是泡沫混凝土)设计好的厚度与长度铺设到跑道末端,形成一个拦阻床,其宽度与跑道一致,长度在数十米到一百多米之间。飞机一旦冲出跑道即进入其中,溃缩材料在机轮的碾压下破碎,以此吸收飞机的动能,在保证飞机和机上人员安全的前提下,让飞机逐渐减速并最终停止在拦阻床内。

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图八  EMAS对飞机的拦阻效果

 

  虽然EMAS不能阻止飞机冲出跑道事件的发生,但可以通过飞机撞上它后,吸收飞机的动能,使飞机迅速减速并停住,从而减少人员的伤亡和降低飞机的损伤,为民航旅客提供了一份挽救生命的保险,为航空公司提供了一项重要安全保障。

 

  4飞机结构守底线

  飞机冲出跑道后,主要与障碍物发生正面碰撞,只要碰撞条件不过于极端,可以通过部分结构的变形和破坏,如主要是机翼结构和部分机身结构的失效,也可以通过部分质量体的丢失,如起落架与发动机断离等,耗散部分或全部能量,并尽可能的保持乘员舱的结构完整和应急撤离设施的有效,为乘员在飞机制动后尽快撤离飞机提供有利条件,避免遭受后续可能的起火、爆炸等严重次生灾害的影响。

 

  另外对成员安全有重要影响的就是座椅系统,座椅系统设计中,要求对纵向冲击工况进行考核,要求座椅系统在16g纵向冲击条件下保持与地板的连接,并限制乘员的伤害指数,但是前提条件是乘员要正确使用安全带,何谓正确使用安全带?两个要求,一是系好,二是系紧。
  总结航空安全需要体系保障,飞机、机场、空管、机组、乘客等缺一不可。飞机设计要考虑典型的意外情况,并开展综合的试验验证,提供足够的安全冗余;机组要通过应急训练,保持紧急事态的有效处置能力;乘客也需要了解安全知识,关键时候保持冷静;机场要提供足够安全边界,并保持设施有效运行;空管要提供有效信息支持和指挥等。