成都—拉萨高原航线飘降和客舱释压问题分析

陈 琳 ，张 序，刘雪涛 ，周冠宇，黄宇丰，徐 驰

（1.中国民航大学空中交通管理学院，天津 300300；2.中国国际航空股份有限公司 a.运行控制中心西南分控中心飞行签派室；b.运行控制中心西南分控中心计划监控室；c.西南分公司成都飞行部，成都 610202）

中国西部开发工作的推进过程中在高原地区建设了一大批机场，这些机场多处于山地高原地带，表现出了净空环境差、气候复杂多变、备降场不易控制等问题，因此航班的运行控制要求极高。面对着越来越多的高原航线，伴随而至的安全压力也越来越大，而进行高原航线航路性能分析是确保飞行安全的一个重要方面。本文通过对典型的高原航线航路进行全面系统的了解，归纳总结出一套标准合理的方法，从而达到对高原航线在单发飘降程序上的优化分析。

1 高原运行政策

公司高原运行是在公司一般运行的基础上，考虑到高原地区地形特殊、气象条件反复无常、飞机性能衰减、可用机场少、设备工作受限、保障能力不足、运行控制难度大、特殊情况处置困难以及对人体生理影响大等特点，为了提高高原运行安全管理能力，有效地为公司运行安全服务，根据民航规章要求制定的特殊运行政策[1]。其总体原则是：制定特殊训练程序、选拔优秀运行人员、严格运行标准程序、选择优势飞机运行、实施有效运行控制，不断为提高公司安全运行品质，努力实现高原机场平稳安全飞行提供全力保障。

高原复杂机场的运行，民航局CCAR－121部（《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》）、《航空承运人高原机场运行管理规定》及《国航特殊运行手册（高原部分）》等相关文件的内容主要是对机组、飞机和参与运行的人员进行了限制和要求。而具体对运行签派人员而言，在高原签派放行时，必须确认飞机适航状况、机组人员资格、气象条件、航行通告、起飞油量、平衡配载等方面符合特定高原航线、高原机场的运行限制等内容要求。

2 拉萨机场自然环境及气候特点

2.1 地形特点

拉萨机场位于雅鲁藏布江河谷，东西长约42 km，南北宽6～9 km，南北山脚之间宽仅为3～4 km。四周环山，海拔均在5 000 m以上，东端净空稍好，西端较差。机场南侧有拉萨—泽当公路，北侧有雅鲁藏布江。位于27R跑道五边约7.5 n mile的横条山高度为3 800 m，对进近影响较大。

2.2 气象特点

本机场气象特点为春风、夏雨、秋晴、冬干。干季（11月～次年4月）多东、西大风，常带有扬沙或者浮尘，影响本场能见度，上午多东风下午多西风。时有低云出现，有时还伴有降水、降雪。早晚温差大，河滩气流变化明显，在动力乱流和热力乱流的综合影响下飞行常伴有中度以上颠簸和风切变；雨季（6～9月）多对流云和雷阵雨，尤以傍晚到夜间为盛，全年降水量几乎集中在此季。地面多吹东风，能见度较好[2]。

航路上常有中度以上的颠簸，时有雷雨和积冰现象出现。

2.3 通讯导航特点

航路上受地形影响，VHF的通讯有效距离受限，注意使用HF通讯；拉萨机场不提供机场通播服务；拉萨27号跑道为ILS和VOR进近；09号为目视进近，VOR/DME受山区地形影响指示不稳定，飞行中注意观察。

2.4 拉萨机场运行的特殊性

由于拉萨地区特殊的地理环境和恶劣的天气条件，大大增加了航空公司在成都—拉萨的运行难度。据机场和航线的基本条件，总的来说可概括为两大、两不足、三高、三复杂[3]。分别是对人体生理影响较大，特情处置难度大（两大）；通讯能力不足导航性能不足，保障能力不足（两不足）；机场海拔高度高，运行标准高，航线最低安全高度高（三高）；地形条件复杂，气象条件复杂，进离场程序复杂（三复杂）。

3 分析目的

3.1 发动机失效飘降分析目的

当飞机在飞行过程中发生发动机空中停车时，剩余的发动机推力不足以维持适当的巡航速度和平衡阻力，机组在空中最好的处置方法就是下降飞行高度，到一个合适的高度层，在此高度层满足飞机的可用推力不低于所需推力，以便飞机能够及时的改平飞行。然而，在高原地区飞行时，受航路安全高度因素的限制，无法下降到太低的高度上飞行，这就要求航空公司必须制定出飞机在高原机场飞行过程中出现发动机失效的飘降应急处置程序。

3.2 客舱释压供氧分析目的

航空公司在运行高原复杂机场航线时，必须评估飞机在高原航线运行时最不利情况发生客舱释压后是否能够下降到海拔高度3 000 m（不需要使用机载氧气系统为人体供氧的高度）或以下，以确保飞机在飞至适宜的机场着陆的过程中机载氧气能够满足旅客供氧要求，保证旅客的生命安全。

4 航路相关及飘降程序综合分析

4.1 影响飘降的因素

飞机重量对飘降净航迹有较大的影响，飞机重量越重，飘降净航迹越低，飘降净升限越小，越障能力越差，如表1所示。

表1 A319-115机型飞机重量对应的净升限Tab.1 Net ceiling corresponding with relevant weight of A319-115

发动机失效时飞机的巡航高度对于飘降净航迹有较大的影响，但对于净改平高度几乎没有影响，如图1所示。

外界温度越高，发动机推力越小，飞机飘降净航迹越低，飞机净升限越小，相关的统计数据如表2所示。

表2 A319-115机型不同ISA偏差对应的飘降净升限Tab.2 Net ceiling corresponding with different ISA deviation of A319-115

高空风对飘降净改平高度没有影响，对飘降净航迹有一定影响。顺风使相同高度的水平距离增加，更有利于越障，相关的分析如图2所示。

飞机在高原航线航路中发动机失效通常选择最小阻力速度（绿点速度），以获得尽量高的飘降净航迹，数据分析如表3所示。

4.2 高原运行飘降程序设计

由于西部地区高原航线航路沿线地形复杂，航路安全高度很高，航程远，备降机场稀少，客舱释压后所需供氧时间长，飞机的全发飞行高度与一发失效的高度相差很大，因而必须检查飘降和供氧问题。且航线的飘降和供氧必须根据《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》（CCAR-121-R4）、《民用飞机运行的仪表和设备要求》（AR93001R2）以及总局飞标司咨询通告《飞机航线运营应进行的飞机性能分析》的航线运行要求进行分析[4]。由于飘降和供氧分析较复杂，工作量较大，合理的分析策略十分必要，下面给出航线分析的策略。

表3 A319-115机型飘降速度对改平高度的影响

CCAR121.191涡轮发动机驱动的飞机航路性能限制（一台发动机不工作）规定，涡轮发动机驱动的飞机不得超过某一重量起飞。在该重量下，航路净飞行轨迹数据应当符合下列两项要求之一：①在预定航迹25 km（13.5 n mile）范围内的所有地形和障碍物上空至少300 m（1 000 ft）的高度上有正梯度，并且在发动机失效后飞机要着陆的机场上空450 m（1 500 ft）的高度上有正梯度。②净飞行轨迹允许飞机允许由巡航高度继续飞到可以按照本规则第121.197条要求进行着陆的机场，能以至少600 m（2 000 ft）的余度垂直超越预定航迹两侧各25 km（13.5 n mile）范围内所有地形和障碍物。且在发动机失效后飞机要着陆的机场上空450 m（1 500 ft）的高度上有正梯度[5]。按照CCAR121.191的要求，建议分析策略如下。

4.2.1 结构起飞重量对应的最低安全高度

按照计划航路走向，使用高/低空航线图检查确定航路最低安全高度，与计划使用机型的结构限制的最大起飞重量对应的一发失效净升限进行比较，由于任何航班实际起飞重量不可能超过此结构起飞重量，随着飞行燃油的消耗，飞机重量越来越轻，所以使用结构起飞重量对应的一发失效净升限最小而且最保守，若航路最低安全高度小于或等于结构起飞重量对应的一发失效净升限，则该机型在该航线任意一点一发失效后均能满足安全超越航路地形障碍物要求[6]。

4.2.2 预计最大起飞重量对应的最低安全高度

若航路最低安全高度大于起飞重量对应的一发失效净升限，则进一步测算计划使用机型在该航线上预计的最大起飞重量，由于预计最大起飞重量已考虑到该航线起降机场性能分析表中最低温度情况下性能限制的最大允许起飞、着陆重量、航线起飞油量、备份油量、商载能力等因素的影响，即预计最大起飞重量对应的一发失效净升限最小而且最保守，若航路最低安全高度小于或等于预计最大起飞重量对应的一发失效净升限，则该机型在该航线任意一点一发失效后也能满足安全超越航路地形障碍物要求[7]。图3为成都—拉萨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预计最大起飞重量对应的一发失效净升限，则使用高/低空航线图进一步确定航路分段安全高度，以缩小分析计算范围减少工作量。对应特殊航路地形，则进行地图作业（1∶50万地形图以能满足航路地形障碍物的检查和读取），确定航路安全高度剖面后，选择一个或几个一发失效飘降的关键点，并考虑航线高空风和温度的影响，利用性能软件或飞行手册计算相关机型的一发失效飘降的净航迹，检查超障能力。

4.2.4 计划使用机型不能满足飘降超障时的建议

若一发失效后找不到安全改航（或逃逸）方案，则说明计划使用机型在该航线上不适航，解决办法一是减轻飞机起飞重量，提高超障能力，但应考虑对商载的影响；二是更换机型。

4.3 成都—拉萨航线航路地形障碍物数据

1）成都—拉萨的航班向成都方向飞行时关键障碍物，见表 4、图 4。

（2）成都—拉萨的航班向拉萨方向飞行时关键障碍物，见表 5、图 5。

（3）全部障碍物，见图6。

4.4 飘降净航迹与航路最低安全高度关键点位置

4.4.1 成都—拉萨方向的关键点确定

该航路需要确定两个关键的航路点，分别为：关键点A，发动机在关键点A一发失效后返回成都机场，飞机的净航迹正好能够满足越障的要求。关键点B，发动机在关键点B一发失效后继续飞往拉萨机场，飞机的净航迹正好能够满足越障的要求，飞行剖面如图7所示。

表4 成都到拉萨的航班向成都方向飞行时关键障碍物Tab.4 Key obstruction when flying from Lhasa to Chengdu

表5 成都—拉萨的航班向拉萨方向飞行时关键障碍物Tab.5 Obstruction when fly from Chengdu to Lhasa

4.4.2 拉萨—成都方向的关键点确定

拉萨—成都方向同样根据要求选取两个关键点，分别为：关键点A，发动机在关键点A一发失效后返回拉萨机场，飞机的净航迹正好能够满足越障的要求。关键点B，发动机在关键点B一发失效后继续飞往成都机场，飞机的净航迹正好能够满足越障的要求，飞行剖面如图8所示。

4.4.3 关键点（决断点）优化

当往返航段的关键点范围有重叠时，为了方便机组操作，应尽量把往返航段的关键点位置统一。经过分析，成都到拉萨的航班在距成都817 km后才可向拉萨飘降。对于成都到拉萨的航班向成都的飘降，同样可计算得到向成都飘降的关键点在距成都1 244 km处。结合考虑两个点，可确定成都到拉萨的航班飘降关键点（决断点）为：单发飘降返航决断点为LEDIM，过该点继续飞往拉萨，未过该点返航成都，座舱释压决断点为P232，过该点继续飞往拉萨，未过该点则返航成都，如图9所示。

5 客舱释压供氧分析

当飞机出现结构损坏、空调/增压系统故障（包括客舱压力控制器故障、空调组件故障、发动机引气故障等）都会导致客舱释压的发生。据统计，中国民航自2005年1月—2006年6月共发生与客舱压力有关的事件16起，其中巡航阶段7起，爬升阶段8起，起飞阶段1起，原因包括客舱增压系统故障、设备冷却供气风扇异常、货舱门上部封严条损坏和脱落、登机门出现裂缝等。

5.1 确定A319-115机型氧气面罩数量及氧气瓶压力

以A319-115机型为例，旅客座位128个，客舱乘务员座位6个。考虑到有携带婴儿的旅客及氧气面罩出现故障等原因，通常氧气面罩的安装数量大于旅客座位数。在计算氧气量时，根据CCAR-25.1447（C）的规定，氧气面罩的总数至少要超出座位数的10%。因此，在计算氧气量时，氧气面罩数量按照下面的公式计算：客舱旅客座位总数×110%+客舱乘务员座位数。对于A319-115机型来说，按照147个氧气面罩进行分析计算。

A319-115机型氧气系统安装了6个氧气瓶，在标准条件下氧气瓶最大瓶压1850PSI可提供的氧气量为116.9 ft3，可供旅客和客舱乘务员使用的氧气量为105 ft3。

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

6个氧气瓶（1 600 Pa）共可提供14 412升氧气。其中5.97 ft3（100 Pa）是为确保氧气压力调节器能正常工作的最小压力，不可使用的部分。

5.2 航路最低安全高度确定关键点最大氧气剖面

本航路上确定两个关键点，分别如下：

关键点A，飞机在关键点A发生客舱释压后飞往成都机场，机载氧气正好用完，也就是说关键点A是满足旅客供氧要求且距成都最远的点。关键点B，飞机在关键点B发生客舱释压后飞往拉萨机场，机载氧气正好用完，也就是说关键点B是满足旅客供氧要求且距拉萨最远的点，如图10所示。

选择关键点A至B间的中点，作为客舱释压决断点。通过迭代计算，确定出满足旅客用氧要求的最小巡航速度。319-115机型执行成都—拉萨航线客舱释压的决断点距离成都435 n mile，客舱释压后使用紧急下降模式，最小下降速度0.78M/300 kt，备降成都机场巡航高度21 000 ft，备降拉萨机场巡航高度25 000 ft，机载氧气量限制的最小巡航速度310 kt。分析的模型剖面如图11所示。

6 结语

本文结合高原运行手册与签派放行知识，初步地完成了在成都至拉萨航线中的签派放行研究。其中重点研究了一发失效情况下的飘降程序和客舱释压的分析，通过系统的研究分析与实际数据结合，进行了成都至拉萨高原航线的单发飘降程序和客舱释压模型的建立，建立的模型能够较好的用来解决单发飘降问题。同时，在现有文献的基础上，结合航路具体相关数据，得到相关的运行操作。

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[2] 何光勤，罗凤娥，马志刚.签派程序与方法[M].重庆：西南交大出版社，2004.

[3] 张 序，王 凌，徐 驰.浅析我国高原机场运行的地面及空勤特殊保障[J].成都航空职业技术学院学报，2011（4）：59-61.

[4] 吴劲松.浅析高原机场及航线的飞机性能管理[J].中国民航学院学报，2005，2（6）：33-38.

[5]许培贞.高原机场的复杂天气与航空气象服务[J].空中交通管理，2004（5）：36-40.

[6] 罗凤娥，卢元龙.高原机场签派放行策略研究[J].桂林航天工业高等专科学校学报，2011，4（64）：461-462.

[7] 蔡良才，郑汝海，种小雷，等.高原机场飞机起飞着陆滑跑距离测试分析[J].空军工程大学学报，2000，1（2）：4-7.