成都—拉薩高原航線飄降和客艙釋壓問題分析

陳 琳 ，張 序，劉雪濤 ，周冠宇，黃宇豐，徐 馳

（1.中國民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院，天津 300300；2.中國國際航空股份有限公司 a.運(yùn)行控制中心西南分控中心飛行簽派室；b.運(yùn)行控制中心西南分控中心計劃監(jiān)控室；c.西南分公司成都飛行部，成都 610202）

中國西部開發(fā)工作的推進(jìn)過程中在高原地區(qū)建設(shè)了一大批機(jī)場，這些機(jī)場多處于山地高原地帶，表現(xiàn)出了凈空環(huán)境差、氣候復(fù)雜多變、備降場不易控制等問題，因此航班的運(yùn)行控制要求極高。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 高原運(yùn)行政策

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[1]。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)場平穩(wěn)安全飛行提供全力保障。

高原復(fù)雜機(jī)場的運(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)場運(yùn)行管理規(guī)定》及《國航特殊運(yùn)行手冊（高原部分）》等相關(guān)文件的內(nèi)容主要是對機(jī)組、飛機(jī)和參與運(yùn)行的人員進(jìn)行了限制和要求。而具體對運(yùn)行簽派人員而言，在高原簽派放行時，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)場的運(yùn)行限制等內(nèi)容要求。

2 拉薩機(jī)場自然環(huán)境及氣候特點(diǎn)

2.1 地形特點(diǎn)

拉薩機(jī)場位于雅魯藏布江河谷，東西長約42 km，南北寬6～9 km，南北山腳之間寬僅為3～4 km。四周環(huán)山，海拔均在5 000 m以上，東端凈空稍好，西端較差。機(jī)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7.5 n mile的橫條山高度為3 800 m，對進(jìn)近影響較大。

2.2 氣象特點(diǎn)

本機(jī)場氣象特點(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[2]。

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 通訊導(dǎo)航特點(diǎn)

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)場不提供機(jī)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 拉薩機(jī)場運(yùn)行的特殊性

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[3]。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(jī)場海拔高度高，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)離場程序復(fù)雜（三復(fù)雜）。

3 分析目的

3.1 發(fā)動機(jī)失效飄降分析目的

當(dāng)飛機(jī)在飛行過程中發(fā)生發(fā)動機(jī)空中停車時，剩余的發(fā)動機(jī)推力不足以維持適當(dāng)?shù)难埠剿俣群推胶庾枇Γ瑱C(jī)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(jī)的可用推力不低于所需推力，以便飛機(jī)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(jī)在高原機(jī)場飛行過程中出現(xiàn)發(fā)動機(jī)失效的飄降應(yīng)急處置程序。

3.2 客艙釋壓供氧分析目的

航空公司在運(yùn)行高原復(fù)雜機(jī)場航線時，必須評估飛機(jī)在高原航線運(yùn)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3 000 m（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 航路相關(guān)及飄降程序綜合分析

4.1 影響飄降的因素

飛機(jī)重量對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。

表1 A319-115機(jī)型飛機(jī)重量對應(yīng)的凈升限Tab.1 Net ceiling corresponding with relevant weight of A319-115

發(fā)動機(jī)失效時飛機(jī)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(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)計數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 A319-115機(jī)型不同ISA偏差對應(yīng)的飄降凈升限Tab.2 Net ceiling corresponding with different ISA deviation of A319-115

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(jī)在高原航線航路中發(fā)動機(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 高原運(yùn)行飄降程序設(shè)計

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)場稀少，客艙釋壓后所需供氧時間長，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[4]。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。

表3 A319-115機(jī)型飄降速度對改平高度的影響

CCAR121.191渦輪發(fā)動機(jī)驅(qū)動的飛機(jī)航路性能限制（一臺發(fā)動機(jī)不工作）規(guī)定，渦輪發(fā)動機(jī)驅(qū)動的飛機(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25 km（13.5 n mile）范圍內(nèi)的所有地形和障礙物上空至少300 m（1 000 ft）的高度上有正梯度，并且在發(fā)動機(jī)失效后飛機(jī)要著陸的機(jī)場上空450 m（1 500 ft）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，能以至少600 m（2 000 ft）的余度垂直超越預(yù)定航跡兩側(cè)各25 km（13.5 n mile）范圍內(nèi)所有地形和障礙物。且在發(fā)動機(jī)失效后飛機(jī)要著陸的機(jī)場上空450 m（1 500 ft）的高度上有正梯度[5]。按照CCAR121.191的要求，建議分析策略如下。

4.2.1 結(jié)構(gòu)起飛重量對應(yīng)的最低安全高度

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(jī)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(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(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[6]。

4.2.2 預(yù)計最大起飛重量對應(yīng)的最低安全高度

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(jī)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(jī)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(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[7]。圖3為成都—拉薩航路的最低安全高度剖面。

4.2.3 航路分段安全高度或航路地形高度超障能力

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(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計算相關(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 計劃使用機(jī)型不能滿足飄降超障時的建議

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(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)考慮對商載的影響；二是更換機(jī)型。

4.3 成都—拉薩航線航路地形障礙物數(shù)據(jù)

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 飄降凈航跡與航路最低安全高度關(guān)鍵點(diǎn)位置

4.4.1 成都—拉薩方向的關(guān)鍵點(diǎn)確定

該航路需要確定兩個關(guān)鍵的航路點(diǎn)，分別為：關(guān)鍵點(diǎn)A，發(fā)動機(jī)在關(guān)鍵點(diǎn)A一發(fā)失效后返回成都機(jī)場，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，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。

表4 成都到拉薩的航班向成都方向飛行時關(guān)鍵障礙物Tab.4 Key obstruction when flying from Lhasa to Chengdu

表5 成都—拉薩的航班向拉薩方向飛行時關(guān)鍵障礙物Tab.5 Obstruction when fly from Chengdu to Lhasa

4.4.2 拉薩—成都方向的關(guān)鍵點(diǎn)確定

拉薩—成都方向同樣根據(jù)要求選取兩個關(guān)鍵點(diǎn)，分別為：關(guān)鍵點(diǎn)A，發(fā)動機(jī)在關(guān)鍵點(diǎn)A一發(fā)失效后返回拉薩機(jī)場，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，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 關(guān)鍵點(diǎn)（決斷點(diǎn)）優(yōu)化

當(dāng)往返航段的關(guān)鍵點(diǎn)范圍有重疊時，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817 km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(diǎn)在距成都1 244 km處。結(jié)合考慮兩個點(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LEDIM，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 客艙釋壓供氧分析

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)動機(jī)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(jī)門出現(xiàn)裂縫等。

5.1 確定A319-115機(jī)型氧氣面罩?jǐn)?shù)量及氧氣瓶壓力

以A319-115機(jī)型為例，旅客座位128個，客艙乘務(wù)員座位6個。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(jī)型來說，按照147個氧氣面罩進(jìn)行分析計算。

A319-115機(jī)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116.9 ft3，可供旅客和客艙乘務(wù)員使用的氧氣量為105 ft3。

氧氣量（1 600 Pa）=氧氣量（1 850 Pa）×1 600 Pa/1850Pa-5.97ft3=105ft3×0.8649-5.97ft3=84.84 ft3=2402（L）

6個氧氣瓶（1 600 Pa）共可提供14 412升氧氣。其中5.97 ft3（100 Pa）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 航路最低安全高度確定關(guān)鍵點(diǎn)最大氧氣剖面

本航路上確定兩個關(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，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，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435 n mile，客艙釋壓后使用緊急下降模式，最小下降速度0.78M/300 kt，備降成都機(jī)場巡航高度21 000 ft，備降拉薩機(jī)場巡航高度25 000 ft，機(jī)載氧氣量限制的最小巡航速度310 kt。分析的模型剖面如圖11所示。

6 結(jié)語

本文結(jié)合高原運(yùn)行手冊與簽派放行知識，初步地完成了在成都至拉薩航線中的簽派放行研究。其中重點(diǎn)研究了一發(fā)失效情況下的飄降程序和客艙釋壓的分析，通過系統(tǒng)的研究分析與實(shí)際數(shù)據(jù)結(jié)合，進(jìn)行了成都至拉薩高原航線的單發(fā)飄降程序和客艙釋壓模型的建立，建立的模型能夠較好的用來解決單發(fā)飄降問題。同時，在現(xiàn)有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合航路具體相關(guān)數(shù)據(jù)，得到相關(guān)的運(yùn)行操作。

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