民航飛機(jī)沖/偏出跑道的風(fēng)險(xiǎn)分析與防控

彭夢(mèng)啟 首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué) 春秋航空股份有限公司

沖/偏出跑道已經(jīng)成為造成飛機(jī)損傷事件中比例最大的事件[1]，也是航空公司重點(diǎn)監(jiān)測(cè)和管控的風(fēng)險(xiǎn)。參照國(guó)際民用航空組織（ICAO）的事故分類，空客（Airbus，空中客車公司）統(tǒng)計(jì)了20年全球所有飛機(jī)全損事故數(shù)據(jù)，其中，沖/偏出跑道事故的數(shù)量最多，位列世界第一，約占所有事故類別的三分之一。波音（即波音飛機(jī)公司）針對(duì)10 年間全球全重在6 萬(wàn)磅以上的商用噴氣飛機(jī)（渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)）發(fā)生的事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)[2]，從事故數(shù)量、死亡人數(shù)（包括機(jī)上和外部）來(lái)看，位居前三位的是沖/偏出跑道、失去控制和可控飛行撞地。當(dāng)前，不同組織機(jī)構(gòu)對(duì)于航空器沖/偏出跑道的定義并不一致[3]。

ICAO 的事故/事故征候數(shù)據(jù)報(bào)告（Accident/Incident Data Reporting，ADREP）系統(tǒng)、飛行安全基金會(huì)和國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)將沖/偏出跑道定義為：跑道上的航空器從側(cè)方偏出（run-way veeroff）或從末端沖出跑道（run-way overturn）。按照《民用航空器征候等級(jí)劃分辦法》的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，起飛或著陸中，沖出、偏出跑道或跑道外接地，屬于運(yùn)輸航空嚴(yán)重征候[4]。

沖/偏出跑道事件的發(fā)生，往往會(huì)導(dǎo)致機(jī)體結(jié)構(gòu)損傷、起火等后果，不僅會(huì)對(duì)飛行運(yùn)行安全造成極大影響，而且會(huì)對(duì)民航業(yè)帶來(lái)較大的輿論沖擊。機(jī)體結(jié)構(gòu)損傷可能會(huì)產(chǎn)生巨額的維修費(fèi)用，影響航空公司的收入。研究分析民用航空飛機(jī)沖/偏出跑道的相關(guān)問(wèn)題，不僅能有效探索飛行運(yùn)行過(guò)程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，而且能為航空公司的安全運(yùn)行提供有實(shí)際應(yīng)用意義的建議和技術(shù)理論的指導(dǎo)，降低民航飛機(jī)沖/偏出跑道事件發(fā)生的概率，提高民航業(yè)在社會(huì)公眾心中的安全分。

一、沖/偏出跑道風(fēng)險(xiǎn)概述

2005—2022 年，統(tǒng)計(jì)全球范圍內(nèi)發(fā)生的沖/偏出跑道事件248 起，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，波音機(jī)型發(fā)生沖/偏出跑道事件的概率高于空客機(jī)型；東南亞地區(qū)發(fā)生沖/偏出跑道事件的次數(shù)較多；著陸階段發(fā)生沖/偏出跑道的概率高于起飛階段和脫離階段，其中著陸階段發(fā)生沖/偏出跑道事件的概率最高。飛機(jī)起飛和著陸的關(guān)鍵階段約占總飛行時(shí)間的6%，但發(fā)生沖/偏出跑道事件的總概率高達(dá)89%，在起飛和著陸的關(guān)鍵階段，多重復(fù)雜運(yùn)行條件的存在會(huì)提高沖/偏出跑道事件發(fā)生的概率。

在248 起沖/偏出跑道事件中，空客機(jī)型110 起，占比44%；波音機(jī)型138 起，占比56%。

統(tǒng)計(jì)的沖/偏出跑道事件發(fā)生地遍布世界五大洲，其中亞洲地區(qū)發(fā)生事件最多，占比49%，主要集中在東南亞。這與IATA 對(duì)全球范圍內(nèi)商業(yè)航空運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果基本吻合[3]。沖/偏出跑道事件發(fā)生地涉及71 個(gè)國(guó)家，其中發(fā)生事件數(shù)量排在前10 名的國(guó)家為中國(guó)、印度尼西亞、美國(guó)、俄羅斯、印度、德國(guó)、加拿大、法國(guó)、泰國(guó)和巴西。

統(tǒng)計(jì)的248 起沖/偏出跑道事件中，發(fā)生在起飛階段的28 起，占比11%；發(fā)生在著陸階段的45 起，占比18%；發(fā)生在脫離階段偏出跑道的27 起，占比11%。由此數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，沖/偏出跑道事件發(fā)生概率最高的階段為著陸階段，其中發(fā)生偏離跑道事件的概率較高。

由于氣候因素的變化，氣象條件影響飛行安全具有季節(jié)性的規(guī)律，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來(lái)看，沖/偏出跑道事件發(fā)生在第二、三季度的概率更高。除季度規(guī)律，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，全年之中6—8 月份發(fā)生沖/偏出跑道事件最為集中，8 月份發(fā)生的事件數(shù)最多，其他月份分布不均。

二、沖/偏出跑道原理

起飛是指飛機(jī)從跑道上開(kāi)始加速滑跑到離地高度35英尺、速度不小于起飛安全速度V2的過(guò)程。正常情況下，當(dāng)飛機(jī)起飛速度到達(dá)V2+15～25 節(jié)、距離地面35 英尺的高度時(shí)，飛機(jī)離跑道末端還應(yīng)剩余多于跑道長(zhǎng)度15%的距離。中斷起飛是指在飛機(jī)起飛加速過(guò)程中出現(xiàn)警告、管制指令或其他不安全因素且飛機(jī)速度未達(dá)到VEF時(shí)，機(jī)組需要收油門、使用剎車、減速板等，使飛機(jī)安全停止在跑道上。著陸是指從50 英尺高度過(guò)跑道頭開(kāi)始，下降接地滑跑直至全停的全過(guò)程。著陸是飛機(jī)不斷下降高度、不斷減小速度的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

雖然飛機(jī)存在幾何外形、運(yùn)行階段和運(yùn)行環(huán)境的差異，但飛機(jī)發(fā)生沖/偏出跑道的原理為飛機(jī)在與跑道道面互相接觸階段，未能在可用滑跑距離內(nèi)完全停下來(lái)。這里的可用滑跑距離不僅包含長(zhǎng)度距離，也包括寬度距離。飛機(jī)在起飛滑跑過(guò)程中，受到發(fā)動(dòng)機(jī)推力、地面摩擦力、氣動(dòng)阻力、升力和重力的共同作用，通過(guò)力學(xué)模型分析發(fā)現(xiàn)，影響起飛滑跑距離的因素有空氣密度、機(jī)翼面積、升力系數(shù)、阻力系數(shù)、摩擦系數(shù)、飛機(jī)重量、發(fā)動(dòng)機(jī)推力及機(jī)組操作等。

飛機(jī)在著陸滑跑過(guò)程中，當(dāng)主輪接地后開(kāi)啟反推，主要作用力有重力、升力、氣動(dòng)阻力、摩擦力和反推力，通過(guò)力學(xué)模型分析發(fā)現(xiàn)，影響著陸滑跑距離的因素有空氣密度、機(jī)翼面積、升力系數(shù)、阻力系數(shù)、摩擦系數(shù)、飛機(jī)重量、發(fā)動(dòng)機(jī)的反推力及機(jī)組操作等。綜合考慮發(fā)現(xiàn)，影響飛機(jī)沖/偏出跑道的主要變量因素為跑道摩擦系數(shù)和機(jī)組操作。

三、沖/偏出跑道的主要因素

（一）濕滑/污染跑道的影響

跑道包括干跑道、濕滑跑道和污染跑道三種道面。污染跑道是指正在或計(jì)劃使用的跑道長(zhǎng)度和寬度范圍內(nèi)的表面區(qū)域，有很大一部分（不管是否為孤立區(qū)域）都覆蓋有壓實(shí)的雪、干雪、濕雪、雪漿、霜、冰和積水等一種或多種污染物。當(dāng)飛機(jī)在污染跑道起飛滑跑時(shí)，跑道摩擦系數(shù)變小，飛機(jī)增速越快，滑跑的距離就越短；當(dāng)飛機(jī)在污染跑道著陸滑跑時(shí)，跑道摩擦系數(shù)變小，飛機(jī)減速越慢，滑跑的距離就越長(zhǎng)。研究表明，飛機(jī)在污染跑道上著陸沖出跑道的風(fēng)險(xiǎn)是在干跑道上運(yùn)行的13倍[5]。由于跑道道面摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)由機(jī)場(chǎng)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)公布，因此，在文章中使用天氣報(bào)文數(shù)據(jù)代替，分析污染跑道對(duì)加速度、減速距離的影響。

如圖1、圖2 所示，當(dāng)在污染跑道上減速至40 節(jié)、80 節(jié)時(shí)，使用了更小的加速度，且使用的減速距離更短。這個(gè)結(jié)果說(shuō)明了污染跑道情況下運(yùn)行對(duì)機(jī)組操縱的要求更高。

圖1 不同跑道條件下減速至40 節(jié)所需距離

圖2 不同跑道條件下減速至80 節(jié)所需距離

（二）接地速度大的影響

根據(jù)動(dòng)能定律可知，將飛機(jī)接地后的阻力假定為一個(gè)常數(shù)，那么著陸后的滑跑距離與飛機(jī)接地時(shí)的動(dòng)能呈正相關(guān)關(guān)系，接地速度增加，著陸距離將隨之增加。如圖3、圖4 所示，當(dāng)接地速度較大時(shí)，需要使用更大的縱向加速度用于減速，那么減速至80 節(jié)、40 節(jié)需要的滑跑距離也就更長(zhǎng)。

圖3 不同接地速度下減速至80 節(jié)所需距離

圖4 不同接地速度下減速至40 節(jié)所需距離

（三）帶交叉接地的影響

進(jìn)近著陸過(guò)程中遭遇大側(cè)風(fēng)情況下，在偏流角階段，機(jī)組要做好準(zhǔn)備向風(fēng)增加小的坡度角，使飛機(jī)保持在跑道中心線上。飛機(jī)可能需要用部分偏流角著陸，防止坡度過(guò)大。如果疊加飛行機(jī)組修正能力較弱等風(fēng)險(xiǎn)因素，會(huì)出現(xiàn)帶交叉接地的狀況。通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，側(cè)風(fēng)會(huì)影響飛機(jī)的接地角度，接地角度會(huì)影響飛行機(jī)組對(duì)于方向舵的操縱。

（四）手輪使用速度的影響

波音及空客飛機(jī)均有手輪，其中波音是機(jī)長(zhǎng)側(cè)有手輪，副駕駛側(cè)沒(méi)有，而空客機(jī)型是兩側(cè)都有。手輪使用起來(lái)較為靈活，可操作的角度很大，使用速度必須控制在低速。如果高速階段使用手輪，如同在高速公路上猛打汽車方向盤一樣危險(xiǎn)，高速使用手輪對(duì)沖/偏出跑道有較大的影響。

四、結(jié)語(yǔ)

第一，沖/偏出跑道事件的發(fā)生有明顯的規(guī)律和特征，從時(shí)間上主要分布在6-8 月，從飛行階段上主要分布在著陸階段，從分布區(qū)域上要重點(diǎn)關(guān)注東南亞航班運(yùn)行，從機(jī)型分布上無(wú)明顯規(guī)律。

第二，著陸階段造成沖/偏出跑道事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)因素很多，包括污染跑道、側(cè)風(fēng)、機(jī)組操作等，其中機(jī)組操作中對(duì)沖/偏出跑道影響較大的包括接地速度大、帶交叉接地、高速使用手輪等。當(dāng)多種風(fēng)險(xiǎn)因素同時(shí)存在，沖/偏出跑道事件發(fā)生的概率會(huì)高于線性疊加的風(fēng)險(xiǎn)。

第三，航空公司應(yīng)歸納出導(dǎo)致沖/偏出跑道事件發(fā)生的主要風(fēng)險(xiǎn)因素，結(jié)合QAR 等方式將風(fēng)險(xiǎn)因素具化為可量化的數(shù)據(jù)，通過(guò)層次分析法、組合賦權(quán)法等方法建立沖/偏出跑道事件的指標(biāo)體系，構(gòu)建沖/偏出跑道事件的評(píng)估模型，直觀量化沖/偏出跑道的風(fēng)險(xiǎn)值。

第四，航空公司應(yīng)加強(qiáng)對(duì)沖/偏出跑道主要風(fēng)險(xiǎn)因素事件的監(jiān)控，結(jié)合EBT 針對(duì)飛行員開(kāi)展專項(xiàng)訓(xùn)練，特別要提高飛行員準(zhǔn)確有效執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)操作程序、明確穩(wěn)定進(jìn)近標(biāo)準(zhǔn)的意識(shí)，訓(xùn)練飛行員正確把握接地速度、找準(zhǔn)合適時(shí)機(jī)使用反推、避免高速使用手輪等，也要訓(xùn)練其操縱飛行器的能力，如污染跑道上的運(yùn)行、側(cè)風(fēng)的應(yīng)對(duì)等。