基于航線適應(yīng)性的航路釋壓評(píng)估

摘"要：近年來，座艙失壓事故呈現(xiàn)上升的趨勢，針對當(dāng)前情況，結(jié)合新機(jī)型投運(yùn)前航線適應(yīng)性分析中重要的安全性分析，提供系統(tǒng)的航路釋壓評(píng)估方案，并對實(shí)際運(yùn)行提出安全可行的參考解決辦法，并運(yùn)用空客性能軟件對北京到加德滿都飛行案例進(jìn)行了評(píng)估，得出了階梯下降曲線以及對應(yīng)航段所消耗的氧氣瓶數(shù)量，進(jìn)一步調(diào)整釋壓點(diǎn)的位置，使結(jié)果對航司運(yùn)行與飛行員決策更有參考意義。

關(guān)鍵詞：性能計(jì)算；座艙失壓；飛機(jī)氧氣系統(tǒng)；氧氣瓶供氧

1"概述

1.1"國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

對于高海拔地區(qū)的航線，日常飛行動(dòng)態(tài)的監(jiān)控顯得尤為重要，完善易用的氧氣系統(tǒng)是失壓供氧的必要基礎(chǔ)。2012年，陳峘等對A320機(jī)組氧氣系統(tǒng)做了詳盡的介紹，在氧氣系統(tǒng)日常維護(hù)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防等方面，提出了切實(shí)可行的措施［1］。2017年，賀海光等對波音機(jī)型便攜氧氣數(shù)量做出分析評(píng)估，從121部最根本的氧氣標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，結(jié)合波音777實(shí)例分析，使結(jié)果更加直觀易于理解［2］。2013年，梅永輝等對供氧的內(nèi)在機(jī)理與設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)闡述［3］。2019年，魏志強(qiáng)等對失壓后供氧系統(tǒng)的性能、供需氧氣總量及失壓后等效生理高度變化做了研究［4］。施興燦等在其研究中以旅客為主體，設(shè)置相關(guān)影響供氧方式與供氧總量的參數(shù)進(jìn)行研究建模［5］。

1.2"規(guī)章中的供氧規(guī)定

121部根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞渦輪的不同以及是否具有增壓座艙，對應(yīng)急下降與補(bǔ)充氧氣有相關(guān)要求。25部的251438、25.1453條款從供氧設(shè)備、最小流量、氧氣分配、化學(xué)設(shè)備介紹以及防患設(shè)備規(guī)定等方面對供氧提出了詳細(xì)的要求。

2"空客機(jī)型氧氣瓶供氧航路釋壓評(píng)估方案設(shè)計(jì)

2.1"PEP軟件性能計(jì)算

首先從五項(xiàng)基本要素：空客機(jī)型、飛行計(jì)劃、航圖、障礙圖、失壓處置規(guī)章要求出發(fā)，借助空客軟件winpep計(jì)算緊急下降相關(guān)數(shù)據(jù)：氣動(dòng)參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、大氣參數(shù)和計(jì)算參數(shù)，得出重量，時(shí)間，航程，速度等參數(shù)隨高度變化數(shù)據(jù)表。

2.2"ROUTE軟件供氧計(jì)算

進(jìn)一步使用route軟件，選取合適的階梯下降方式，一般為2～3個(gè)障礙物下降一次，并計(jì)算各階段真空速，結(jié)合（winpep結(jié)果），繪制下降曲線，分別存入繼續(xù)前進(jìn)下降（航路風(fēng)設(shè)置頂風(fēng)96節(jié)，填入失壓點(diǎn)距離目的地的地面距離），返航下降表格中（轉(zhuǎn)彎時(shí)間2.5min，風(fēng)為0）。綜上計(jì)算出放行壓以及放行氧氣瓶的數(shù)量。

3"空客機(jī)型氧氣瓶供氧航路釋壓案例分析

3.1"障礙物剖面建立

通過航路軟件等相關(guān)渠道獲得航路點(diǎn)信息，便于釋壓點(diǎn)選取參考，對于實(shí)際運(yùn)行中飛行員執(zhí)行釋壓程序有重要作用，障礙物的信息主要統(tǒng)計(jì)關(guān)鍵的障礙物，同樣按照航路走向，以累計(jì)程的形式來分端給出，以便繪制障礙物剖面簡圖時(shí)易于觀察高度變化走勢。下面以北京到加德滿都為例計(jì)算緊急下降的相關(guān)性能參數(shù)：首先選擇A319機(jī)型，緊急下降模塊，在氣動(dòng)數(shù)據(jù)一欄中重點(diǎn)選擇，凈構(gòu)型（clear）以及空氣剎車打開（Airbrakes"extended）。

3.2"PEP實(shí)例性能分析計(jì)算

在發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)一欄中選擇發(fā)動(dòng)機(jī)平均水平（Average），以及所有引擎正常工作（Allengine"operative）；在大氣數(shù)據(jù)中按照要求，輸入溫度偏差I(lǐng)SA+13；重量一欄用MTOW和MLWD求得的平均重量參與計(jì)算，升限39000ft與釋壓程序結(jié)束點(diǎn)飛機(jī)降至10000ft以下，將兩高度輸入對應(yīng)位置結(jié)合航路走向，按照管制規(guī)定高度層，選取合適的高度進(jìn)行計(jì)算，并以Table格式進(jìn)行輸出，其中對于輸出結(jié)果，時(shí)間一欄為倒序排列，其差值代表高度層之間的下降時(shí)間，距離一欄為飛機(jī)飛過的地面距離，可用于計(jì)算下降段飛機(jī)速度的水平分量。

3.3"下降軌跡初步建立

初步選擇航路中間的一個(gè)合適點(diǎn)為釋壓發(fā)生的點(diǎn)，通過飛機(jī)不同高度平飛與下降的速度時(shí)間計(jì)算，將相關(guān)的決策點(diǎn)（即失壓發(fā)生點(diǎn)）位置信息、真空速、時(shí)間等參數(shù)輸入對應(yīng)位置，從而初步建立階梯下降曲線。

首先將北京至加德滿都航線整體考慮，建立剖面后，計(jì)算出無論是繼續(xù)前進(jìn)還是返航必有一方耗氧量超過A319機(jī)型手冊中所規(guī)定的最多8瓶氧氣的限度，所以進(jìn)一步考慮選取兩個(gè)航路備降場來分段建立釋壓程序，計(jì)算耗氧總量。

然后將航線分為北京至成都、成都至拉薩、拉薩至加德滿都三段，分別重新建立合適的接替下降曲線，運(yùn)用同樣的方式得出速度、高度、時(shí)間等信息后最終計(jì)算出每段耗氧總量均符合要求。具體參數(shù)與飛行剖面分別如圖1所示：

圖1"具體參數(shù)與飛行剖面

3.4"優(yōu)化決策點(diǎn)選取及耗氧量計(jì)算

以上結(jié)果的釋壓點(diǎn)均是根據(jù)每段航段的歷程取其近似中間的一個(gè)合適點(diǎn)，在SHIF選項(xiàng)卡中設(shè)置而得到的結(jié)果，該結(jié)果初步滿足了氧氣瓶最大數(shù)量的需求。但考慮到實(shí)際運(yùn)行過程安全、成本以及飛行員操作的相關(guān)因素，該結(jié)果并不是最優(yōu)的參考結(jié)果，所以進(jìn)行了如下優(yōu)化。首先，分別比較同航段、同方向飛行時(shí)兩種下降方式的耗氧總量，這個(gè)數(shù)值作為計(jì)算的中間參量可以在PEP軟件黃色表格區(qū)域計(jì)算后查找到，進(jìn)一步在移動(dòng)釋壓點(diǎn)位置的同時(shí)，同步且合理地調(diào)整飛行軌跡使其繼續(xù)滿足越障需求，目的是找到一點(diǎn)使兩種下降方式的耗氧總量趨于相等，然后以該點(diǎn)為基礎(chǔ)，找尋其最近的航路點(diǎn)最作為釋壓點(diǎn)，計(jì)算氧氣量并設(shè)置合理的放行壓，從而得出最終的方案。優(yōu)化后的各剖面如圖2所示，并將優(yōu)化前后耗氧量對照與航路點(diǎn)選取整理如下表所示：

3.5"實(shí)際運(yùn)行方案提出

為便于飛行員在失壓發(fā)生后能準(zhǔn)確決策備降方式，同時(shí)準(zhǔn)確判斷多個(gè)下降點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，在上述優(yōu)化選取決策點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合route軟件下降軌跡建立過程中軟件計(jì)算，并在黃色區(qū)域呈現(xiàn)出來距離等相關(guān)參數(shù)，結(jié)合相鄰航路點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，得出多個(gè)下降點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)，并得出如下方案。

3.5.1"北京至加德滿都航線

當(dāng)飛機(jī)在北京至成都段發(fā)生失壓時(shí)，發(fā)生在決策點(diǎn)SUBUL之后選擇繼續(xù)前進(jìn)至成都備降，初始巡航高度為36000ft，下降至13800ft改平，隨后平飛至（N34°13.3′，E108°51.2′）時(shí)下降至10000ft以下；在決策點(diǎn)SUBUL之前則選擇返航北京備降，初始巡航高度為36000ft，下降至12800ft改平，隨后平飛至（N30°36.4′，E104°29.5′）時(shí)下降至10000ft以下。

當(dāng)飛機(jī)在成都至拉薩段發(fā)生失壓時(shí)，發(fā)生在決策點(diǎn)PARGU之后則選擇繼續(xù)前進(jìn)至拉薩備降，初始巡航高度為36000ft，下降至25600ft改平，隨后平飛至（N30°17.5′，E93°51.2′）時(shí)開始下降，下降至21700ft時(shí)改平，隨后平飛至（N29°44′，E92°1.3′）時(shí)開始下降，隨后下降至10000ft以下；在決策點(diǎn)PARGU之前則選擇返航成都備降，初始巡航高度為36000ft，下降至20700ft改平，隨后平飛至（N30°39.1′，E103°35.5′）時(shí)開始下降，隨后下降至10000ft以下。

當(dāng)飛機(jī)在拉薩至加德滿都段發(fā)生失壓時(shí)，發(fā)生在決策點(diǎn)NONIM之后則繼續(xù)前進(jìn)至加德滿都降落，初始巡航高度為36000ft，下降至17700ft改平，隨后平飛至（N27°40.4′，E85°20.9′）時(shí)開始下降，隨后下降至10000ft以下；在決策點(diǎn)NONIM之前則選擇返航拉薩備降，初始巡航高度為36000ft，下降至24600ft改平，隨后平飛至（N29°18.5′，E90°42.7′）時(shí)開始下降，下降至22600ft改平，隨后平飛至（N29°18.1′，E90°53.6′）時(shí)開始下降，隨后下降至10000ft以下。

3.5.2"加德滿都至北京航線

當(dāng)飛機(jī)在加德滿都至拉薩段發(fā)生失壓時(shí)，發(fā)生在決策點(diǎn)NONIM之后則繼續(xù)前進(jìn)至拉薩降落，初始巡航高度為37000ft，下降至24600ft改平，隨后平飛至（N27°40.4′，E85°20.9′）時(shí)開始下降，隨后下降至10000ft以下；在決策點(diǎn)NONIM之前則選擇返航拉薩備降，初始巡航高度為36000ft，下降至24600ft改平，隨后平飛至（N29°19.5′，E90°14.5′）時(shí)開始下降，隨后下降至10000ft以下；在決策點(diǎn)NONIM之前則選擇返航加德滿都備降，初始巡航高度為37000ft，下降至24600ft改平，隨后平飛至（N27°28′，E87°15.8′）時(shí)開始下降，下降至17700ft改平，隨后平飛至（N27°35.3′，E85°44.3′）時(shí)開始下降，隨后下降至10000ft以下。

當(dāng)飛機(jī)在拉薩至成都段發(fā)生失壓時(shí)，發(fā)生在決策點(diǎn)DHC之后則選擇繼續(xù)前進(jìn)至成都備降，初始巡航高度為37000ft，下降至22600ft改平，隨后平飛至（N30°41.9′，E102°57.5′）時(shí)開始下降，隨后下降至10000ft以下；在決策點(diǎn)DHC之前則選擇返航拉薩備降，初始巡航高度為37000ft，下降至25600ft改平，隨后平飛至（N29°57.4′，E94°15.1′）時(shí)開始下降，下降至23600ft改平，隨后平飛至（N29°15.3′，E91°15.9′）時(shí)開始下降，隨后下降至10000ft以下。

當(dāng)飛機(jī)在成都至北京段發(fā)生失壓時(shí)，發(fā)生在決策點(diǎn)SUBUL之后選擇繼續(xù)前進(jìn)至北京備降，初始巡航高度為37000ft，下降至12800ft改平，隨后平飛至（N34°13.3′，E108°51.2′）時(shí)繼續(xù)下降，隨后下降至10000ft以下；在決策點(diǎn)SUBUL之前則選擇返航成都備降，初始巡航高度為37000ft，下降至13800ft改平，隨后平飛至（N30°41.1′，E104°6.6′）時(shí)繼續(xù)下降，隨后下降至10000ft以下。

4"結(jié)論

本文結(jié)合國內(nèi)外研究文獻(xiàn)，從飛機(jī)的氧氣系統(tǒng)、供氧規(guī)章條例以及失壓對人的影響等方面出發(fā)，結(jié)合性能軟件與航路軟件的使用流程設(shè)計(jì)出空客機(jī)型氧氣瓶供氧航路釋壓評(píng)估方案。然后針對北京至加德滿都的實(shí)例，建立障礙物航路點(diǎn)結(jié)合的剖面圖，最后根據(jù)已有的航路風(fēng)溫等信息，利用性能軟件計(jì)算出下降參數(shù)，從而初步建立合適的階梯下降軌跡。考慮到實(shí)際運(yùn)行的參考意義，對決策點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，并計(jì)算出下降點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，從而對下降軌跡進(jìn)行便于飛行員操作的描述，最終設(shè)置合適的放行壓并得出所需瓶氧數(shù)量。

參考文獻(xiàn)：

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［3］梅永輝，盧齊英.飛機(jī)供氧原理與結(jié)構(gòu)［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（02）：108.

［4］魏志強(qiáng)，龐西寧.民用飛機(jī)客艙失壓后供氧量計(jì)算［J］.航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程，2019，32（05）：426431.

［5］施興燦，雷鳴俊.民用飛機(jī)旅客氧氣系統(tǒng)研究［J］.科技信息，2011（22）：429430.

作者簡介：李尚仁（1978—"），男，漢族，青海樂都人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：機(jī)場工程建設(shè)、管理和研究相關(guān)工作。