EMAS飛機攔停系統在云南騰沖機場的應用與研究

1，3.中交第四航務工程勘察設計院有限公司 廣州 510230；

2.上海民航新時代機場設計研究院有限公司廣州分公司 廣州 510405

摘要：本文介紹了EMAS飛機攔停系統的發展歷史和工作原理，研究了云南騰沖機場的現狀和其作為高填方機場對飛行安全的影響，通過計算模型分析出了EMAS系統的效能，最終確定了EMAS床的安裝長度。

關鍵詞：飛機攔停系統；跑道端安全區；沖出跑道；高填方機場

[Abstract]The paper presents the history and working principle of Engineered Materials Arresting Systems（EMAS）.The existing situation of Tengchong airport，and the influences of aviation flight safety caused by the high fill slope，are studied in this paper.According to analyse the performance of the EMAS with the mathematical model，the length of the EMAS bed is proposed.

[Key words]EMAS Engineered Materials Arresting Systems Runway end safety area overrun high fill slope airport

飛機攔停系統英文全稱：Engineered Materials Arresting Systems，簡稱EMAS，是安裝在機場跑道端安全區內的一種特殊的泡沫混凝土材料，材料外面由防護層包裹，在飛機的重量之下材料會被壓碎，通過被壓碎材料與飛機起落架間的相互作用為飛機提供制動力。在保證對飛機損壞和乘客及機組人員傷害最小化的前提下，設計的攔阻材料和系統可為飛機提供最大制動效能。

騰沖機場于2009年1月投入使用后，迅速開通了較多的航線航班。2009年，機場完成旅客吞吐量達25.8萬人次，貨郵吞吐量達134噸，起降架次達3016架次。從機場的使用情況來看，各方面運轉正常。由于騰沖機場是山區機場，機場兩端為高填方區域，同時山區在雨季的天氣條件也較差，這都對飛行員產生了較大的心理壓力。

為降低上述風險，可以延長跑道或是加裝EMAS系統。延長跑道可同時增加飛機載量，但成本高、工程復雜、工期長。加裝EMAS僅用于飛機沖出跑道情況，使用后需維護費用，但造價低、工程簡單、工期短。兩種方式優缺點均較突出。

從國外已經安裝EMAS系統的機場所發生的事件來看，該系統有效地發揮了攔停的作用。截至2012年底，世界各地共安裝系統78套（美國74套，中國2套，西班牙2套）。在我國的2套EMAS分別安裝在四川九寨黃龍機場的跑道兩端。騰沖機場為我國第二個安裝有EMAS系統的機場，EMAS系統在我國尚處于發展初期，隨著我國民航機場網絡的逐步擴大以及泡沫混凝土材料制備工藝的不斷發展，EMAS飛機攔停技術的研究與推廣對提高我國民用機場的安全保障能力具有重要意義。

1.EMAS系統的發展歷史

EMAS最早由FAA（美國聯邦航空局）聯合戴頓大學和美國ESCO公司于20世紀90年代初共同研發成功，第一套系統被安裝在紐約肯尼迪國際機場。截至2012年底，世界各地共安裝系統78套（美國74套，中國2套，西班牙2套）。我國于2010年由中國民航科學技術研究院正式開始研發，于2012年7月通過了中國民用航空總局的審定并獲得工程應用批準。

自從1996年引用時起，截至2012年底，EMAS系統共實現8次攔停，如下表所示：

2.騰沖機場概況

騰沖（駝峰）機場位于距騰沖縣城約10公里的清水鄉駝峰村，于2005年開始建設，2009年1月23日通航，按滿足年旅客吞吐量48萬人次、年貨運吞吐量2100噸、年客機起降架次6244架次規模設計，機場可起降波音737系列和空客A320系列及以下機型。機場擁有一條長2350米、寬45米的跑道，一條寬18米的聯絡滑行道，7個C類機位的站坪，4000平方米的航站樓以及通信、導航等各項配套設施。

目前機場已經批準開通昆明、西雙版納、麗江、成都至騰沖4條航線。2009年全年旅客吞吐量為25.8萬人次。目前通航的公司有東方航空公司、海南航空公司（翔鵬航空）及南方航空公司（重慶航空）。

3.高填方對飛行安全的影響

騰沖機場屬于山區機場，跑道兩端均是高填方。根據機場建設階段相關飛行性能計算的公司進行的性能計算，跑道長度從飛機性能上完全滿足起飛與降落的使用要求。

但騰沖當地雨季漫長，跑道經常處于濕滑狀態。飛機制動性能受一定影響。如果有飛機接地點太遠，或是剎車失效，或是一發失效中止起飛等情況發生，則容易出現沖出跑道的情況。

騰沖機場為山區高填方機場，兩端跑道邊坡末端與坡底高差高達43米（北端）和83.6米（南端）。雖然兩端的跑道端安全區滿足相關的規范要求，但由于跑道短，且飛行區邊坡之后就緊接著深溝，萬一飛機沖出跑道，極有可能帶來災難性事故。

根據1975年-1987年關于飛機沖出跑道事件的統計數據表明，約90%的沖出跑道事故發生在70節（129.64km/h）或更低速度，并且大部分事故發生在跑道端1000英尺（304.8m）內的跑道延伸線上。因此有必要增加EMAS系統來提高機場的安全保障能力。

4.EMAS系統使用機型與效能分析

4.1 EMAS系統效能分析

根據FAA咨詢通告AC No：150/5220-22B的研究成果，EMAS系統優于按150米長度設置的跑道端安全區（RESA），其可以在任何天氣條件及無飛機反推力的情況下，實現對速度高達70節（129.64km/h）的任何商用飛機的安全攔停，并保證對飛機損壞和乘客、機組成員傷害的最小化。跟ICAO推薦的300米RESA相比，EMAS可以在少得多的空間內提供更優的安全保障。

在美國，FAA已經確定EMAS可以替代1000英尺（304.8m）的RESA，以及在長度小于1000英尺的RESA中安裝可攔停70節以下（包括70節）所有大型飛機的EMAS系統的機場完全符合FAA適航規定。ICAO也即將發布類似的規定，并且有望于近期發布最新的RESA指導方案。

4.2 EMAS系統設計目標機型

騰沖機場是4C級機場，使用飛機為C類。根據機場總體規劃報告中對各年份的機型預測如下：

根據騰沖機場原設計機型，及機場通航后的運營情況，均為C類飛機。同時考慮到我國目前正在大力推進國產飛機的計劃，星舟60、ARJ21等飛機將逐漸增加。因此騰沖機場的機型組合預測如下表：

由上表可以看出，機場在遠期才考慮D類飛機的使用，近期只考慮C類飛機。

C類飛機中，考慮騰沖機場建設初期的設計機型，是滿足B737-700以下機型，因此本次EMAS計算的目標機型是B737-700 。為便于比較其它機型的效果，同時完成了針對其它機型的計算以作比較。

4.3計算模型

EMAS的計算機模型主要用來模擬各條件下的作用和反作用力。須要代入的參數主要有：泡沫混凝土材料的特性、模擬機型的參數（各種重量、進入速度、結構特性等）。經計算后，可得到飛機的減速度和機械荷載，并可模擬出攔阻效果。

EMAS系統的工作原理如圖1所示，模型主要用來模擬飛機輪胎與被壓碎的泡沫混凝土材料之間的弧形交界面。共有三種三維分析模型（參考文獻2）分別模擬出了飛機主起落架的非線性擾動、輪胎和下部柔性結構各自的狀況。通過上述三個模型可計算出飛機在沖入攔阻床系統后，輪胎與壓碎的泡沫混凝土材料之間的摩擦力。此外，還可分析出未壓碎的泡沫混凝土材料與飛機輪胎豎向面之間的相互作用力。

輪胎可以看做是由不同徑向單元組成的彈性體。首先根據泡沫混凝土在受壓后自身增大的材料應力得出輪胎在弧形交界面所受的作用力。該作用力可以分解為輪胎在垂直方向和水平方向（材料間摩擦力）所受的力。而由上述兩個方向的合力就可以計算出輪軸在水平和垂直方向的作用力。在該模型中輪軸在垂直方向的滑移忽略不計。

4.4計算條件

針對初步配置，利用飛機性能模型對EMAS進行性能計算。針對EMAS系統的設計性能，基于為所有設計飛機提供最大的保護。性能按照最大起飛重量（MTOW）和80%最大著陸重量（80% MLW）計算，以便覆蓋從放棄起飛到著陸的潛在沖出跑道的所有情況。

典型狀況的性能假設條件如下：

-預測性能是飛機離開跑道（即，經過跑道末端）時的速度

-在穿過跑道末端和EMAS開始之間的間距時，飛機制動計算基于0.35的摩擦系數（良好制動）。

- 一旦飛機進入EMAS，不再考慮來自飛機制動的額外貢獻

- 來自飛機反推力對制動的貢獻會在預測中加以考慮

- EMAS制動力（減速）保持在保證飛機前起落架瓦解和/或乘客/機組成員傷害最小化的水平

-在系統末端時，飛機前起落架達到零速度

4.5計算結果

從場地條件看，可設置的從跑道端到EMAS末端總長為240米，可將其中137米設置為EMAS床（其中81.5米為本次工程項目建設EMAS使用），其余長度為緩沖區及防吹坪。該距離可滿足B737類飛機高于75節的速度的攔停，滿足B757類飛機高于70節的速度的攔停，B767類飛機高于70節的速度的攔停。

出于成本的考慮，本次可安裝的EMAS按B737類考慮，即EMAS按81.5米考慮。其前部下沉的EMAS床部分采用回填土。

結語

EMAS系統在已經發生過的多次飛機沖出跑道事件中，成功發揮了攔停飛機，保障人機安全的作用。中國民航經過飛速發展的十幾年已成為全球第二大航空運輸系統，而EMAS系統在我國尚處于發展初期，EMAS飛機攔停技術的研究與推廣對提高我國民用機場的安全保障能力具有重要意義。

參考文獻：

[1]FAA.AC 150/5220- 22B，Engineered Materials Arresting Systems（EMAS）for Aircraft Overruns.FAA，2012

[2]Cook，R.F.Aircraft Operating on Soil-Prediction Techniques.ESL-TR-84-04，U.S.Air Force，July 1985，Tyndall AFB，FL

[3]DOT/FAA/CT- 93/4，Soft ground arresting systems for commercial aircraft，Interim Report，Feb.1993 by Robert Cook.FAA，1993

[4]DOT/FAA/CT- 93/80，Soft ground arresting system for airports，Interim Report，Dec.1993 by James C.White，Satish K.Agrawal，Robert Cook，Comrise Tech.Inc.FAA，199

作者簡介：

郭華（1983-），男，內蒙古鄂爾多斯人，工學學士，工程師，從事機場場道工程專業設計工作。