關(guān)于民航高原運行方案的探討

關(guān)于民航高原運行方案的探討

在中國西部發(fā)展的過程中，在平原上修建了大量的機場。這些機場通常位于山區(qū)的高原，表明有許多空氣條件差、氣候多變、準(zhǔn)備和投降場難以控制。因此，運營和控制的要求非常高。面對著越來越多的高原航線,伴隨而至的安全壓力也越來越大,而進(jìn)行高原航線航路性能分析是確保飛行安全的一個重要方面。本文通過對典型的高原航線航路進(jìn)行全面系統(tǒng)的了解,歸納總結(jié)出一套標(biāo)準(zhǔn)合理的方法,從而達(dá)到對高原航線在單發(fā)飄降程序上的優(yōu)化分析。1機場運行管理方面,相關(guān)符合以下規(guī)定公司高原運行是在公司一般運行的基礎(chǔ)上,考慮到高原地區(qū)地形特殊、氣象條件反復(fù)無常、飛機性能衰減、可用機場少、設(shè)備工作受限、保障能力不足、運行控制難度大、特殊情況處置困難以及對人體生理影響大等特點,為了提高高原運行安全管理能力,有效地為公司運行安全服務(wù),根據(jù)民航規(guī)章要求制定的特殊運行政策。其總體原則是:制定特殊訓(xùn)練程序、選拔優(yōu)秀運行人員、嚴(yán)格運行標(biāo)準(zhǔn)程序、選擇優(yōu)勢飛機運行、實施有效運行控制,不斷為提高公司安全運行品質(zhì),努力實現(xiàn)高原機場平穩(wěn)安全飛行提供全力保障。高原復(fù)雜機場的運行,民航局CCAR-121部(《大型飛機公共航空運輸承運人運行合格審定規(guī)則》)、《航空承運人高原機場運行管理規(guī)定》及《國航特殊運行手冊(高原部分)》等相關(guān)文件的內(nèi)容主要是對機組、飛機和參與運行的人員進(jìn)行了限制和要求。而具體對運行簽派人員而言,在高原簽派放行時,必須確認(rèn)飛機適航狀況、機組人員資格、氣象條件、航行通告、起飛油量、平衡配載等方面符合特定高原航線、高原機場的運行限制等內(nèi)容要求。2拉薩機場的自然環(huán)境和氣候特點2.1山西大陸海區(qū)機場拉薩機場位于雅魯藏布江河谷,東西長約42km,南北寬6~9km,南北山腳之間寬僅為3~4km。四周環(huán)山,海拔均在5000m以上,東端凈空稍好,西端較差。機場南側(cè)有拉薩—澤當(dāng)公路,北側(cè)有雅魯藏布江。位于27R跑道五邊約7.5nmile的橫條山高度為3800m,對進(jìn)近影響較大。2.2天氣背景和天氣影響本機場氣象特點為春風(fēng)、夏雨、秋晴、冬干。干季(11月~次年4月)多東、西大風(fēng),常帶有揚沙或者浮塵,影響本場能見度,上午多東風(fēng)下午多西風(fēng)。時有低云出現(xiàn),有時還伴有降水、降雪。早晚溫差大,河灘氣流變化明顯,在動力亂流和熱力亂流的綜合影響下飛行常伴有中度以上顛簸和風(fēng)切變;雨季(6~9月)多對流云和雷陣雨,尤以傍晚到夜間為盛,全年降水量幾乎集中在此季。地面多吹東風(fēng),能見度較好。航路上常有中度以上的顛簸,時有雷雨和積冰現(xiàn)象出現(xiàn)。2.3不提供機場通播服務(wù)航路上受地形影響,VHF的通訊有效距離受限,注意使用HF通訊;拉薩機場不提供機場通播服務(wù);拉薩27號跑道為ILS和VOR進(jìn)近;09號為目視進(jìn)近,VOR/DME受山區(qū)地形影響指示不穩(wěn)定,飛行中注意觀察。2.4場和心理基本條件由于拉薩地區(qū)特殊的地理環(huán)境和惡劣的天氣條件,大大增加了航空公司在成都—拉薩的運行難度。據(jù)機場和航線的基本條件,總的來說可概括為兩大、兩不足、三高、三復(fù)雜。分別是對人體生理影響較大,特情處置難度大(兩大);通訊能力不足導(dǎo)航性能不足,保障能力不足(兩不足);機場海拔高度高,運行標(biāo)準(zhǔn)高,航線最低安全高度高(三高);地形條件復(fù)雜,氣象條件復(fù)雜,進(jìn)離場程序復(fù)雜(三復(fù)雜)。3分析的目3.1降低飛行高度當(dāng)飛機在飛行過程中發(fā)生發(fā)動機空中停車時,剩余的發(fā)動機推力不足以維持適當(dāng)?shù)难埠剿俣群推胶庾枇?機組在空中最好的處置方法就是下降飛行高度,到一個合適的高度層,在此高度層滿足飛機的可用推力不低于所需推力,以便飛機能夠及時的改平飛行。然而,在高原地區(qū)飛行時,受航路安全高度因素的限制,無法下降到太低的高度上飛行,這就要求航空公司必須制定出飛機在高原機場飛行過程中出現(xiàn)發(fā)動機失效的飄降應(yīng)急處置程序。3.2客艙釋壓后是否可以降低海拔高度航空公司在運行高原復(fù)雜機場航線時,必須評估飛機在高原航線運行時最不利情況發(fā)生客艙釋壓后是否能夠下降到海拔高度3000m(不需要使用機載氧氣系統(tǒng)為人體供氧的高度)或以下,以確保飛機在飛至適宜的機場著陸的過程中機載氧氣能夠滿足旅客供氧要求,保證旅客的生命安全。4對絲綢之路相關(guān)因素和趨勢的綜合分析4.1外來環(huán)境影響飛機重量對飄降凈航跡有較大的影響,飛機重量越重,飄降凈航跡越低,飄降凈升限越小,越障能力越差,如表1所示。發(fā)動機失效時飛機的巡航高度對于飄降凈航跡有較大的影響,但對于凈改平高度幾乎沒有影響,如圖1所示。外界溫度越高,發(fā)動機推力越小,飛機飄降凈航跡越低,飛機凈升限越小,相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2所示。高空風(fēng)對飄降凈改平高度沒有影響,對飄降凈航跡有一定影響。順風(fēng)使相同高度的水平距離增加,更有利于越障,相關(guān)的分析如圖2所示。飛機在高原航線航路中發(fā)動機失效通常選擇最小阻力速度(綠點速度),以獲得盡量高的飄降凈航跡,數(shù)據(jù)分析如表3所示。4.2航空助力飛機通航的可行性分析由于西部地區(qū)高原航線航路沿線地形復(fù)雜,航路安全高度很高,航程遠(yuǎn),備降機場稀少,客艙釋壓后所需供氧時間長,飛機的全發(fā)飛行高度與一發(fā)失效的高度相差很大,因而必須檢查飄降和供氧問題。且航線的飄降和供氧必須根據(jù)《大型飛機公共航空運輸承運人運行合格審定規(guī)則》(CCAR-121-R4)、《民用飛機運行的儀表和設(shè)備要求》(AR93001R2)以及總局飛標(biāo)司咨詢通告《飛機航線運營應(yīng)進(jìn)行的飛機性能分析》的航線運行要求進(jìn)行分析。由于飄降和供氧分析較復(fù)雜,工作量較大,合理的分析策略十分必要,下面給出航線分析的策略。CCAR121.191渦輪發(fā)動機驅(qū)動的飛機航路性能限制(一臺發(fā)動機不工作)規(guī)定,渦輪發(fā)動機驅(qū)動的飛機不得超過某一重量起飛。在該重量下,航路凈飛行軌跡數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)符合下列兩項要求之一:(1)在預(yù)定航跡25km(13.5nmile)范圍內(nèi)的所有地形和障礙物上空至少300m(1000ft)的高度上有正梯度,并且在發(fā)動機失效后飛機要著陸的機場上空450m(1500ft)的高度上有正梯度。(2)凈飛行軌跡允許飛機允許由巡航高度繼續(xù)飛到可以按照本規(guī)則第121.197條要求進(jìn)行著陸的機場,能以至少600m(2000ft)的余度垂直超越預(yù)定航跡兩側(cè)各25km(13.5nmile)范圍內(nèi)所有地形和障礙物。且在發(fā)動機失效后飛機要著陸的機場上空450m(1500ft)的高度上有正梯度。按照CCAR121.191的要求,建議分析策略如下。4.2.1結(jié)構(gòu)改投后根據(jù)實際起落架安全按照計劃航路走向,使用高/低空航線圖檢查確定航路最低安全高度,與計劃使用機型的結(jié)構(gòu)限制的最大起飛重量對應(yīng)的一發(fā)失效凈升限進(jìn)行比較,由于任何航班實際起飛重量不可能超過此結(jié)構(gòu)起飛重量,隨著飛行燃油的消耗,飛機重量越來越輕,所以使用結(jié)構(gòu)起飛重量對應(yīng)的一發(fā)失效凈升限最小而且最保守,若航路最低安全高度小于或等于結(jié)構(gòu)起飛重量對應(yīng)的一發(fā)失效凈升限,則該機型在該航線任意一點一發(fā)失效后均能滿足安全超越航路地形障礙物要求。4.2.2飛重量分析的意義若航路最低安全高度大于起飛重量對應(yīng)的一發(fā)失效凈升限,則進(jìn)一步測算計劃使用機型在該航線上預(yù)計的最大起飛重量,由于預(yù)計最大起飛重量已考慮到該航線起降機場性能分析表中最低溫度情況下性能限制的最大允許起飛、著陸重量、航線起飛油量、備份油量、商載能力等因素的影響,即預(yù)計最大起飛重量對應(yīng)的一發(fā)失效凈升限最小而且最保守,若航路最低安全高度小于或等于預(yù)計最大起飛重量對應(yīng)的一發(fā)失效凈升限,則該機型在該航線任意一點一發(fā)失效后也能滿足安全超越航路地形障礙物要求。圖3為成都—拉薩航路的最低安全高度剖面。4.2.3安全高度計算若航路最低安全高度大于預(yù)計最大起飛重量對應(yīng)的一發(fā)失效凈升限,則使用高/低空航線圖進(jìn)一步確定航路分段安全高度,以縮小分析計算范圍減少工作量。對應(yīng)特殊航路地形,則進(jìn)行地圖作業(yè)(1∶50萬地形圖以能滿足航路地形障礙物的檢查和讀取),確定航路安全高度剖面后,選擇一個或幾個一發(fā)失效飄降的關(guān)鍵點,并考慮航線高空風(fēng)和溫度的影響,利用性能軟件或飛行手冊計算相關(guān)機型的一發(fā)失效飄降的凈航跡,檢查超障能力。4.2.4計劃使用機動不適航若一發(fā)失效后找不到安全改航(或逃逸)方案,則說明計劃使用機型在該航線上不適航,解決辦法一是減輕飛機起飛重量,提高超障能力,但應(yīng)考慮對商載的影響;二是更換機型。4.3飛行時關(guān)鍵藻類1)成都—拉薩的航班向成都方向飛行時關(guān)鍵障礙物,見表4、圖4。(2)成都—拉薩的航班向拉薩方向飛行時關(guān)鍵障礙物,見表5、圖5。(3)全部障礙物,見圖6。4.4飛沖機飛沖機和最安全的航線高度的關(guān)鍵位置4.4.1優(yōu)化了節(jié)點a發(fā)展該航路需要確定兩個關(guān)鍵的航路點,分別為:關(guān)鍵點A,發(fā)動機在關(guān)鍵點A一發(fā)失效后返回成都機場,飛機的凈航跡正好能夠滿足越障的要求。關(guān)鍵點B,發(fā)動機在關(guān)鍵點B一發(fā)失效后繼續(xù)飛往拉薩機場,飛機的凈航跡正好能夠滿足越障的要求,飛行剖面如圖7所示。4.4.2發(fā)動機恢復(fù)情況拉薩—成都方向同樣根據(jù)要求選取兩個關(guān)鍵點,分別為:關(guān)鍵點A,發(fā)動機在關(guān)鍵點A一發(fā)失效后返回拉薩機場,飛機的凈航跡正好能夠滿足越障的要求。關(guān)鍵點B,發(fā)動機在關(guān)鍵點B一發(fā)失效后繼續(xù)飛往成都機場,飛機的凈航跡正好能夠滿足越障的要求,飛行剖面如圖8所示。4.4.3成都向拉伸飄降當(dāng)往返航段的關(guān)鍵點范圍有重疊時,為了方便機組操作,應(yīng)盡量把往返航段的關(guān)鍵點位置統(tǒng)一。經(jīng)過分析,成都到拉薩的航班在距成都817km后才可向拉薩飄降。對于成都到拉薩的航班向成都的飄降,同樣可計算得到向成都飄降的關(guān)鍵點在距成都1244km處。結(jié)合考慮兩個點,可確定成都到拉薩的航班飄降關(guān)鍵點(決斷點)為:單發(fā)飄降返航?jīng)Q斷點為LEDIM,過該點繼續(xù)飛往拉薩,未過該點返航成都,座艙釋壓決斷點為P232,過該點繼續(xù)飛往拉薩,未過該點則返航成都,如圖9所示。5客艙釋壓方面的故障當(dāng)飛機出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞、空調(diào)/增壓系統(tǒng)故障(包括客艙壓力控制器故障、空調(diào)組件故障、發(fā)動機引氣故障等)都會導(dǎo)致客艙釋壓的發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計,中國民航自2005年1月—2006年6月共發(fā)生與客艙壓力有關(guān)的事件16起,其中巡航階段7起,爬升階段8起,起飛階段1起,原因包括客艙增壓系統(tǒng)故障、設(shè)備冷卻供氣風(fēng)扇異常、貨艙門上部封嚴(yán)條損壞和脫落、登機門出現(xiàn)裂縫等。5.1好氧氣瓶仿真結(jié)果以A319-115機型為例,旅客座位128個,客艙乘務(wù)員座位6個?？紤]到有攜帶嬰兒的旅客及氧氣面罩出現(xiàn)故障等原因,通常氧氣面罩的安裝數(shù)量大于旅客座位數(shù)。在計算氧氣量時,根據(jù)CCAR-25.1447(C)的規(guī)定,氧氣面罩的總數(shù)至少要超出座位數(shù)的10%。因此,在計算氧氣量時,氧氣面罩?jǐn)?shù)量按照下面的公式計算:客艙旅客座位總數(shù)×110%+客艙乘務(wù)員座位數(shù)。對于A319-115機型來說,按照147個氧氣面罩進(jìn)行分析計算。A319-115機型氧氣系統(tǒng)安裝了6個氧氣瓶,在標(biāo)準(zhǔn)條件下氧氣瓶最大瓶壓1850PSI可提供的氧氣量為116.9ft3,可供旅客和客艙乘務(wù)員使用的氧氣量為105ft3。氧氣量(1600Pa)=氧氣量(1850Pa)×1600Pa/1850Pa-5.97ft3=105ft3×0.8649-5.97ft3=84.84ft3=2402(L)6個氧氣瓶(1600Pa)共可提供14412升氧氣。其中5.97ft3(100Pa)是為確保氧氣壓力調(diào)節(jié)器能正常工作的最小壓力,不可使用的部分。5.2客艙釋壓前后的最佳巡航速度本航路上確定兩個關(guān)鍵點,分別如下:關(guān)鍵點A,飛機在關(guān)鍵點A發(fā)生客艙釋壓后飛往成都機場,機載氧氣正好用完,也就是說關(guān)鍵點A是滿足旅客供氧要求且距成都最遠(yuǎn)的點。關(guān)鍵點B,飛機在關(guān)鍵點B發(fā)生客艙釋壓后飛往拉薩機場,機載氧氣正好用完,也就是說關(guān)鍵點B是滿足旅客供氧要求且距拉薩最遠(yuǎn)的點,如圖10所示。選擇關(guān)鍵點A至B間的中點,作為客艙釋壓決斷點。通過迭代計算,確定出滿足旅客用氧要求的最小巡航速度。319-115機型執(zhí)行成都—拉薩航線客艙釋壓的決斷點距離成都435nmile,客艙釋壓后使用緊急下降模式,最小下降速度0.78M/300