關(guān)于民航高原運(yùn)行方案的探討

關(guān)于民航高原運(yùn)行方案的探討

在中國(guó)西部發(fā)展的過程中，在平原上修建了大量的機(jī)場(chǎng)。這些機(jī)場(chǎng)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(chǎng)難以控制。因此，運(yùn)營(yíng)和控制的要求非常高。面對(duì)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(gè)重要方面。本文通過對(duì)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(duì)高原航線在單發(fā)飄降程序上的優(yōu)化分析。1機(jī)場(chǎng)運(yùn)行管理方面,相關(guān)符合以下規(guī)定公司高原運(yùn)行是在公司一般運(yùn)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(jī)性能衰減、可用機(jī)場(chǎng)少、設(shè)備工作受限、保障能力不足、運(yùn)行控制難度大、特殊情況處置困難以及對(duì)人體生理影響大等特點(diǎn),為了提高高原運(yùn)行安全管理能力,有效地為公司運(yùn)行安全服務(wù),根據(jù)民航規(guī)章要求制定的特殊運(yùn)行政策。其總體原則是:制定特殊訓(xùn)練程序、選拔優(yōu)秀運(yùn)行人員、嚴(yán)格運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)程序、選擇優(yōu)勢(shì)飛機(jī)運(yùn)行、實(shí)施有效運(yùn)行控制,不斷為提高公司安全運(yùn)行品質(zhì),努力實(shí)現(xiàn)高原機(jī)場(chǎng)平穩(wěn)安全飛行提供全力保障。高原復(fù)雜機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行,民航局CCAR-121部(《大型飛機(jī)公共航空運(yùn)輸承運(yùn)人運(yùn)行合格審定規(guī)則》)、《航空承運(yùn)人高原機(jī)場(chǎng)運(yùn)行管理規(guī)定》及《國(guó)航特殊運(yùn)行手冊(cè)(高原部分)》等相關(guān)文件的內(nèi)容主要是對(duì)機(jī)組、飛機(jī)和參與運(yùn)行的人員進(jìn)行了限制和要求。而具體對(duì)運(yùn)行簽派人員而言,在高原簽派放行時(shí),必須確認(rèn)飛機(jī)適航狀況、機(jī)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(jī)場(chǎng)的運(yùn)行限制等內(nèi)容要求。2拉薩機(jī)場(chǎng)的自然環(huán)境和氣候特點(diǎn)2.1山西大陸海區(qū)機(jī)場(chǎng)拉薩機(jī)場(chǎng)位于雅魯藏布江河谷,東西長(zhǎng)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(jī)場(chǎng)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(duì)進(jìn)近影響較大。2.2天氣背景和天氣影響本機(jī)場(chǎng)氣象特點(diǎn)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(yáng)沙或者浮塵,影響本場(chǎng)能見度,上午多東風(fēng)下午多西風(fēng)。時(shí)有低云出現(xiàn),有時(shí)還伴有降水、降雪。早晚溫差大,河灘氣流變化明顯,在動(dòng)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(duì)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(shí)有雷雨和積冰現(xiàn)象出現(xiàn)。2.3不提供機(jī)場(chǎng)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(jī)場(chǎng)不提供機(jī)場(chǎng)通播服務(wù);拉薩27號(hào)跑道為ILS和VOR進(jìn)近;09號(hào)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(chǎng)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(yùn)行難度。據(jù)機(jī)場(chǎng)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(duì)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(jī)場(chǎng)海拔高度高,運(yùn)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(chǎng)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(jī)在飛行過程中發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車時(shí),剩余的發(fā)動(dòng)機(jī)推力不足以維持適當(dāng)?shù)难埠剿俣群推胶庾枇?機(jī)組在空中最好的處置方法就是下降飛行高度,到一個(gè)合適的高度層,在此高度層滿足飛機(jī)的可用推力不低于所需推力,以便飛機(jī)能夠及時(shí)的改平飛行。然而,在高原地區(qū)飛行時(shí),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(jī)在高原機(jī)場(chǎng)飛行過程中出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(yùn)行高原復(fù)雜機(jī)場(chǎng)航線時(shí),必須評(píng)估飛機(jī)在高原航線運(yùn)行時(shí)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(jī)載氧氣系統(tǒng)為人體供氧的高度)或以下,以確保飛機(jī)在飛至適宜的機(jī)場(chǎng)著陸的過程中機(jī)載氧氣能夠滿足旅客供氧要求,保證旅客的生命安全。4對(duì)絲綢之路相關(guān)因素和趨勢(shì)的綜合分析4.1外來環(huán)境影響飛機(jī)重量對(duì)飄降凈航跡有較大的影響,飛機(jī)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(dòng)機(jī)失效時(shí)飛機(jī)的巡航高度對(duì)于飄降凈航跡有較大的影響,但對(duì)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(dòng)機(jī)推力越小,飛機(jī)飄降凈航跡越低,飛機(jī)凈升限越小,相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示。高空風(fēng)對(duì)飄降凈改平高度沒有影響,對(duì)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(jī)在高原航線航路中發(fā)動(dòng)機(jī)失效通常選擇最小阻力速度(綠點(diǎn)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(jī)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(jī)場(chǎng)稀少,客艙釋壓后所需供氧時(shí)間長(zhǎng),飛機(jī)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(jī)公共航空運(yùn)輸承運(yùn)人運(yùn)行合格審定規(guī)則》(CCAR-121-R4)、《民用飛機(jī)運(yùn)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(jī)航線運(yùn)營(yíng)應(yīng)進(jìn)行的飛機(jī)性能分析》的航線運(yùn)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)航路性能限制(一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作)規(guī)定,渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)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(xiàng)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(dòng)機(jī)失效后飛機(jī)要著陸的機(jī)場(chǎng)上空450m(1500ft)的高度上有正梯度。(2)凈飛行軌跡允許飛機(jī)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(jī)場(chǎng),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(dòng)機(jī)失效后飛機(jī)要著陸的機(jī)場(chǎng)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(shí)際起落架安全按照計(jì)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(jì)劃使用機(jī)型的結(jié)構(gòu)限制的最大起飛重量對(duì)應(yīng)的一發(fā)失效凈升限進(jìn)行比較,由于任何航班實(shí)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(jī)重量越來越輕,所以使用結(jié)構(gòu)起飛重量對(duì)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(duì)應(yīng)的一發(fā)失效凈升限,則該機(jī)型在該航線任意一點(diǎn)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(duì)應(yīng)的一發(fā)失效凈升限,則進(jìn)一步測(cè)算計(jì)劃使用機(jī)型在該航線上預(yù)計(jì)的最大起飛重量,由于預(yù)計(jì)最大起飛重量已考慮到該航線起降機(jī)場(chǎng)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(jì)最大起飛重量對(duì)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(jì)最大起飛重量對(duì)應(yīng)的一發(fā)失效凈升限,則該機(jī)型在該航線任意一點(diǎn)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(jì)算若航路最低安全高度大于預(yù)計(jì)最大起飛重量對(duì)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(jì)算范圍減少工作量。對(duì)應(yīng)特殊航路地形,則進(jìn)行地圖作業(yè)(1∶50萬(wàn)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(gè)或幾個(gè)一發(fā)失效飄降的關(guān)鍵點(diǎn),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(cè)計(jì)算相關(guān)機(jī)型的一發(fā)失效飄降的凈航跡,檢查超障能力。4.2.4計(jì)劃使用機(jī)動(dòng)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(jì)劃使用機(jī)型在該航線上不適航,解決辦法一是減輕飛機(jī)起飛重量,提高超障能力,但應(yīng)考慮對(duì)商載的影響;二是更換機(jī)型。4.3飛行時(shí)關(guān)鍵藻類1)成都—拉薩的航班向成都方向飛行時(shí)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(shí)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(jī)飛沖機(jī)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(diǎn)a發(fā)展該航路需要確定兩個(gè)關(guān)鍵的航路點(diǎn),分別為:關(guān)鍵點(diǎn)A,發(fā)動(dòng)機(jī)在關(guān)鍵點(diǎn)A一發(fā)失效后返回成都機(jī)場(chǎng),飛機(jī)的凈航跡正好能夠滿足越障的要求。關(guān)鍵點(diǎn)B,發(fā)動(dòng)機(jī)在關(guān)鍵點(diǎn)B一發(fā)失效后繼續(xù)飛往拉薩機(jī)場(chǎng),飛機(jī)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(dòng)機(jī)恢復(fù)情況拉薩—成都方向同樣根據(jù)要求選取兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),分別為:關(guān)鍵點(diǎn)A,發(fā)動(dòng)機(jī)在關(guān)鍵點(diǎn)A一發(fā)失效后返回拉薩機(jī)場(chǎng),飛機(jī)的凈航跡正好能夠滿足越障的要求。關(guān)鍵點(diǎn)B,發(fā)動(dòng)機(jī)在關(guān)鍵點(diǎn)B一發(fā)失效后繼續(xù)飛往成都機(jī)場(chǎng),飛機(jī)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(diǎn)范圍有重疊時(shí),為了方便機(jī)組操作,應(yīng)盡量把往返航段的關(guān)鍵點(diǎn)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(duì)于成都到拉薩的航班向成都的飄降,同樣可計(jì)算得到向成都飄降的關(guān)鍵點(diǎn)在距成都1244km處。結(jié)合考慮兩個(gè)點(diǎn),可確定成都到拉薩的航班飄降關(guān)鍵點(diǎn)(決斷點(diǎn))為:單發(fā)飄降返航?jīng)Q斷點(diǎn)為L(zhǎng)EDIM,過該點(diǎn)繼續(xù)飛往拉薩,未過該點(diǎn)返航成都,座艙釋壓決斷點(diǎn)為P232,過該點(diǎn)繼續(xù)飛往拉薩,未過該點(diǎn)則返航成都,如圖9所示。5客艙釋壓方面的故障當(dāng)飛機(jī)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(dòng)機(jī)引氣故障等)都會(huì)導(dǎo)致客艙釋壓的發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì),中國(guó)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(jī)門出現(xiàn)裂縫等。5.1好氧氣瓶仿真結(jié)果以A319-115機(jī)型為例,旅客座位128個(gè),客艙乘務(wù)員座位6個(gè)。考慮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(jì)算氧氣量時(shí),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(jì)算氧氣量時(shí),氧氣面罩?jǐn)?shù)量按照下面的公式計(jì)算:客艙旅客座位總數(shù)×110%+客艙乘務(wù)員座位數(shù)。對(duì)于A319-115機(jī)型來說,按照147個(gè)氧氣面罩進(jìn)行分析計(jì)算。A319-115機(jī)型氧氣系統(tǒng)安裝了6個(gè)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(gè)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(gè)關(guān)鍵點(diǎn),分別如下:關(guān)鍵點(diǎn)A,飛機(jī)在關(guān)鍵點(diǎn)A發(fā)生客艙釋壓后飛往成都機(jī)場(chǎng),機(jī)載氧氣正好用完,也就是說關(guān)鍵點(diǎn)A是滿足旅客供氧要求且距成都最遠(yuǎn)的點(diǎn)。關(guān)鍵點(diǎn)B,飛機(jī)在關(guān)鍵點(diǎn)B發(fā)生客艙釋壓后飛往拉薩機(jī)場(chǎng),機(jī)載氧氣正好用完,也就是說關(guān)鍵點(diǎn)B是滿足旅客供氧要求且距拉薩最遠(yuǎn)的點(diǎn),如圖10所示。選擇關(guān)鍵點(diǎn)A至B間的中點(diǎn),作為客艙釋壓決斷點(diǎn)。通過迭代計(jì)算,確定出滿足旅客用氧要求的最小巡航速度。319-115機(jī)型執(zhí)行成都—拉薩航線客艙釋壓的決斷點(diǎn)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