基于QAR 數(shù)據(jù)的飛機(jī)著陸載荷預(yù)測模型

葉晶晶 南京航空航天大學(xué) 春秋航空股份有限公司

鄭佳峰 孟斌 春秋航空股份有限公司

飛機(jī)著陸作為飛行員人工操作的關(guān)鍵階段，其安全性受到多方面因素的影響和制約。飛機(jī)著陸載荷超限更是落地階段頻發(fā)的不安全事件。著陸載荷超限也就是平時說的“重著陸”，主要是指著陸瞬間垂直加速度≥2G，或著陸前下降率瞬間變大，超過該機(jī)型給定的限制值。民航局相關(guān)規(guī)定中，著陸載荷三級超限的標(biāo)準(zhǔn)為1.75G，超過1.75G即被認(rèn)為是需要主動報告的一般不安全事件[1]。

文章選定A320CEO 機(jī)型，僅研究分析該型號飛機(jī)在虹橋機(jī)場18 號跑道著陸過程中的各類參數(shù)，研究直觀地影響著陸載荷的各項因素。針對可能影響飛行員操作的參數(shù)進(jìn)行分析，通過相關(guān)性分析等篩選出關(guān)聯(lián)性高的六個變量。通過多元線性回歸分析建立預(yù)測模型，驗證模型。通過該模型，航空公司可以考慮動態(tài)監(jiān)控著陸載荷情況，同時量化查找著陸載荷不安全事件的原因，提升事件調(diào)查和風(fēng)險管理的效能。

一、著陸載荷影響因素分析

（一）著陸載荷超限的行業(yè)研究

目前，行業(yè)中針對飛機(jī)著陸載荷的研究，基本上均著眼于飛機(jī)的設(shè)計與制造，通過對飛機(jī)起落架構(gòu)型的研究，改變飛機(jī)起落架的構(gòu)型；或者通過對飛機(jī)重量與重心的研究，提出解決方案，提升飛機(jī)著陸載荷的效能[2]。

同時，對于發(fā)生的著陸載荷超限事件，行業(yè)的研究在原因分析環(huán)節(jié)主要包括以下三個方面：天氣、機(jī)組人為操作及其他原因[3]。其中，天氣的原因主要在于天氣因素會影響機(jī)組對進(jìn)近過程的判斷，以及著陸時氣象條件對飛機(jī)的影響。機(jī)組人為操作主要是進(jìn)近、著陸過程中的操作。其他原因主要是機(jī)組的配合、機(jī)組人員疲勞等。可以發(fā)現(xiàn)，目前對著陸載荷超限原因的研究更多的是通過定性的角度，綜合分析各類影響因素[4]。

（二）篩選判斷著陸載荷核心影響因素

從人機(jī)環(huán)的維度分析影響著陸載荷的情況，可以發(fā)現(xiàn)除了人為的操作過程，著陸的機(jī)型、著陸過程中的環(huán)境等均會對著陸載荷產(chǎn)生影響[5]。從雙重預(yù)防機(jī)制的角度來看，運(yùn)行過程中涉及的機(jī)型、航班落地的環(huán)境屬于危險源，屬于固有的特性，而機(jī)組的操作情況屬于可控的隱患類型。

通過組織行業(yè)以及企業(yè)內(nèi)部機(jī)長、教員等從業(yè)人員、專家通過頭腦風(fēng)暴等方式，初步找到了對著陸載荷可能產(chǎn)生影響的因素：著陸全重、著陸姿態(tài)、著陸坡度、著陸地速、著陸前1 秒下降率、著陸前最大順風(fēng)分量、200 英尺至接地最大頂風(fēng)、200 英尺至接地最大側(cè)風(fēng)、接地前1 秒空速和VAPP 差值、收油門高度、接地點距離和著陸靜溫12 項內(nèi)容。

需要說明的是，雖然著陸全重并非人為直接控制的因素，但是在頭腦風(fēng)暴過程中，所有參與者一致認(rèn)為著陸全重對于著陸載荷的影響較大，同時，著陸全重在運(yùn)行過程中的變化較大，在目前得到的13270 條數(shù)據(jù)中，差值達(dá)18.4 噸，標(biāo)準(zhǔn)誤差值達(dá)到20.84，可見著陸全重在樣本中的變化量較大。由于目前已知的12 項變量僅是通過定性的方式獲得的，相關(guān)變量實際對著陸載荷的影響情況需要量化測試，才能確定有效的影響因素。因此，文章通過對“相關(guān)性分析”及“擬合度”的分析，對上述12 項變量進(jìn)行篩選。

通過收集歷史數(shù)據(jù)，共獲得2019 年1 月至2023 年7 月以來A320CEO 機(jī)型航班在虹橋18 號跑道上的全部落地數(shù)據(jù)，合計13740 個航班。將上述實際航班中的“著陸載荷”作為因變量、所有分析獲得的影響因素作為自變量開展相關(guān)性分析，最終可得“著陸地速”“200 英尺至接地最大頂風(fēng)”“收油門高度”及“著陸靜溫”與著陸載荷的相關(guān)性較低，因此將這四項因素予以剔除。相關(guān)結(jié)果詳見圖1。為確定著陸載荷與各自變量之間的函數(shù)關(guān)系，需要對通過相關(guān)性篩選后得到的8 個自變量確認(rèn)擬合程度。從表1 數(shù)據(jù)可以看出，“200 英尺至接地最大頂風(fēng)”及“接地點距離”的P＞|t|均大于0，而其他6 個變量的P＞|t|均等于0。故此，確定“著陸全重”“著陸姿態(tài)”“著陸坡度”“著陸前1 秒下降率”“著陸前最大順風(fēng)分量”“接地前1 秒空速和VAPP 差值”作為測算著陸載荷的最終變量。

圖1 相關(guān)性分析結(jié)果

表1 著陸載荷影響變量擬合度分析

二、著陸載荷模型構(gòu)建

（一）著陸載荷模型確定

通過前述相關(guān)性分析及擬合度模擬后，可以得到著陸載荷分析的相關(guān)關(guān)系式為：

為了能夠確定相關(guān)因素與著陸載荷的具體數(shù)量關(guān)系，需要再次進(jìn)行回歸預(yù)測。通過第二次的多元回歸，仍舊將2019 年至2023 年的13740 個航班的歷史數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，最終得出著陸載荷的具體量化關(guān)系式。根據(jù)表2，可以看到所有的P>|t|均等于0，說明所有自變量的擬合程度均非常可靠。因此，最終得到的著陸載荷與各相關(guān)變量數(shù)據(jù)值的關(guān)系式為：

表2 回歸分析預(yù)測結(jié)果

（二）著陸載荷模型檢驗

為驗證相關(guān)模型的有效性，需要對模型進(jìn)行假設(shè)檢驗。相關(guān)假設(shè)檢驗主要包括回歸方程總體的情況及方程中各系數(shù)的檢驗情況。方差分析見圖2。

首先，通過Significance F 確定回歸方程總體顯著性的檢驗情況，可以看到Significance F 的值為0，說明自變量與因變量的線性關(guān)系非常顯著。

其次，在T檢驗方面，針對95%的置信區(qū)間，目前看到6 個因變量的P-value 均小于0.05，說明得到的回歸模型中各因變量的系數(shù)均具有顯著性。

再次，為了測算模型預(yù)測的結(jié)果與實際結(jié)果之間的差異，按照構(gòu)建的模型重新運(yùn)用過去5 年的數(shù)據(jù)計算。用歷史實際發(fā)生的著陸載荷與模型計算的著陸載荷結(jié)果計算誤差，得到誤差的平均數(shù)為0.000252，其方差僅為0.004508406。可以看出，誤差的離散程度很小，誤差的平均數(shù)僅占實際著陸載荷的0.02%，說明目前模型的計算結(jié)果基本可信。

最后，使用同樣的方法，利用2019 年至2023 年A320NEO 機(jī)型在虹橋18 號跑道以及A320CEO 機(jī)型在浦東機(jī)場某跑道的著陸運(yùn)行數(shù)據(jù)測算，可以看到平均數(shù)、方差等均與A320CEO 的誤差值相似，模型的計算結(jié)果得到了驗證，見圖3。

圖3 差異機(jī)場/機(jī)型模型誤差率

（三）模型的適用性及局限性

通過著陸載荷影響因素的定性、定量分析，科學(xué)地開展多元回歸模擬及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募僭O(shè)檢驗后，目前得到的著陸載荷模型基本能夠準(zhǔn)確地、數(shù)據(jù)化地給出運(yùn)行過程中各項變量對著陸載荷的影響。對于其他機(jī)型、其他機(jī)場、跑道的運(yùn)行情況，可能在計算過程中存在一定的差異。但是作為測算性的嘗試，模型的思路及結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)整相關(guān)數(shù)值得到對應(yīng)的模型結(jié)果。

三、關(guān)于著陸載荷控制模型的運(yùn)用

（一）做好運(yùn)行過程監(jiān)控

根據(jù)現(xiàn)行的著陸載荷模型，分析各因素與著陸載荷的相關(guān)性，可以得到表3 的結(jié)果。依據(jù)上述結(jié)論，在運(yùn)行過程中，簽派人員可以重點根據(jù)落地順風(fēng)情況提示機(jī)組，機(jī)組人員可以針對當(dāng)天航班著陸全重情況，通過關(guān)注并控制其他四個變量，控制著陸載荷情況。

表3 各影響因素相關(guān)性及系數(shù)情況

（二）著陸載荷超限預(yù)測

通過目前的模型測算，除“著陸全重”在每個航班運(yùn)行過程中相對固定以外，其他5 個因素均涉及機(jī)組的操作。在運(yùn)行過程中，可以通過模型持續(xù)模擬機(jī)組人員在著陸過程中行為最終導(dǎo)致的結(jié)果，持續(xù)動態(tài)地監(jiān)控相關(guān)因素。當(dāng)監(jiān)控過程中發(fā)現(xiàn)某因素變化較大，可能導(dǎo)致著陸載荷過大的情況時，可以及時提醒機(jī)組人員，讓機(jī)組人員及時調(diào)整，減少著陸載荷超限的情況發(fā)生。

（三）著陸載荷超限關(guān)鍵原因推演

在實際發(fā)生著陸載荷超限時，往往只能復(fù)盤機(jī)組人員的著陸動作，最終只能泛泛地得出是由于機(jī)組人員的技能原因?qū)е虏话踩录陌l(fā)生，不具備參考性。但通過著陸載荷模型可以收集該航班的相關(guān)信息，通過數(shù)字化的方式，分析是哪些因素導(dǎo)致了著陸載荷超限事件的發(fā)生，有針對性地提出解決措施。

四、結(jié)語

文章通過研究，找到了一些影響著陸載荷的高相關(guān)因素，然后通過多元回歸的方式模擬了相關(guān)因素與著陸載荷之間的定量關(guān)系，最后依據(jù)得到的模型對機(jī)組的著陸操作及對機(jī)組著陸載荷超限等事件提出了一些建議。