基于飞行员负荷的某机型高原运行能力研究

2020-08-19上海飞机客户服务有限公司徐龙安王媛媛

民航管理 2020年3期

上海飞机客户服务有限公司徐龙安王媛媛/文

研究表明，70% 左右的飞行事故发生在负荷较高的爬升和进近着陆过程。在近20 年的飞行事故中，约有35%的飞行事故与飞行员工作负荷过高有关。为提高飞行安全，降低飞行事故，飞行员工作负荷的研究具有越来越重要的意义。飞行员工作负荷一直以来也是飞行员和航空科研人员关注的问题。

高原机场因海拔高，气压低，空气稀薄，人体缺氧，容易造成思维迟钝，飞行员反应能力下降。此外，飞机在高原机场飞行操纵难度加大，机动性能较差。因此，在高原机场和高原航线的飞行员工作负荷评估研究对于提高飞行安全尤为重要。

本文首先分析了高原运行对飞行员操作负荷的影响，然后对比空客、波音以及国内某机型的高高原操作程序对飞行员的负荷，最后通过飞行员负荷分析提出飞机系统设计优化建议。

高原运行对飞行员的操作影响分析

（一）高原机场定义

根据《AC-121-21 航空承运人高原机场运行管理规定》，高原机场包括一般高原机场和高高原机场两类：

一般高原机场：海拔高度在4922 ft及以上，但低于8000 ft的机场；

高高原机场：8000 ft及以上的机场。

（二）高原运行的特殊性

高原机场存在诸多特殊性，增加了飞行员操作的难度。主要包括：

1.机场标高高

高原机场标高高，空气密度和大气压力小，氧气稀薄；部分高原机场地面支持设施不完善。

2.机场周围地形复杂

高原机场往往又是地形复杂机场，机场周围净空条件差，飞行程序设计、导航设施布局都很困难，导致飞机起降、复飞操纵难度大。另外，高原机场可用的机动空域和机动高度很少，飞机空中调配困难。

严重的低空风切变通常发生在低空急流即狭长的强风区，对飞行安全威胁极大。

3.通信、导航受影响大

由于受地形的遮蔽和反射，导致高原机场无线电波产生多路径干扰。地面通信作用距离短，信号微弱；通信和测距仪器作用距离、覆盖范围较小，指示不稳定。

4.气象条件变化异常

高原机场海拔高，由于高空风通常很大，接近地面的空气因太阳照射导致向阳和背阴方向的受热不均衡，再加上地形对风的阻挡、加速，使得高原机场经常出现大风，风速、风向变化也很大，极易形成乱流和风切变。

高原机场昼夜温差大，气象复杂多变，有明显的时间差异，还存在地域性和局部性特征，如浮尘、扬沙、雷雨、暴雪、浓积云、雷雨云、低云，浓雾、低能见度、结冰、低温等，对飞行很不利，对安全构成很大的威胁，对航班的正常性影响较大。

5.高原生理反应明显

飞行员心理压力大。高原地区海拔高，气压低，空气稀薄，人体缺氧，容易造成思维迟钝，反应能力下降。

高原运行对飞行员操作的风险分析

（一）增压系统

座舱压力高度8000 ft（2438 m）是使人比较舒适的压力环境；座舱压力高度15000 ft（4500m）是人能承受的外部压力的极限，超出该极限（一定时间内），人会因气压过低，严重缺氧导致呼吸困难，直至有生命危险。

由于高原机场机场标高高，座舱压力控制制度必须针对高原机场进行适应性设计，否则飞机在高原机场起飞、下降或着陆过程中座舱压力高度很容易超出8000 ft。因此，飞行员必须熟练掌握座舱压力控制制度高原模式的操作要求和操作特点。

（二）飞机的供氧能力

以涡轮发动机为动力的飞机（含涡桨飞机）客舱释压后对旅客的供氧有如下规定：①座舱气压高度＞4500 m（15000 ft）时要为机上全部旅客供氧；②座舱气压高度＞4200 m（14000 ft）但≤4500 m（15000 ft）时要为机上30% 旅客供氧；③座舱气压高度＞3000 m（10000 ft）但≤4200 m（14000 ft）时对超过30 min 的那段飞行时间，为10%的旅客供氧（如在此高度范围飞行时间不超过30 min 则无须为旅客供氧）。

由于以涡轮发动机为动力的飞机机载氧气系统对旅客供氧时间至少10 min以上，一般在平原地区的航线上飞机客舱释压后都能在10 min 内由巡航高度直接紧急下降到3000 m（10000 ft），旅客供氧量不是问题。而高原山区航线受到航路地形限制，最低安全高度一般均高于3000 m（10000 ft），因此飞机故障后，在紧急下降过程中飞行员必须考虑机组及乘客的供氧问题。

（三）飞机的高原起降性能

相对于平原机场，高温高原机场飞机最大允许起飞和着陆重量受到较大限制，商载航程能力较差，提高最大允许起降重量十分重要，每增加100 kg 就能增加1 个乘客或100 kg 货物的商载能力，从而提高经济效益。飞行员在满足飞机各种性能限制要求的前提下，结合具体机型状况，还需采取相关措施来优化飞机的起降性能。

飞行员在起飞时需要关闭空调引气并用较小的起飞襟翼位置。因为高温高原机场空气密度小，发动机有效推力减小，一般通过关闭空调引气实现增加发动机推力，达到提高性能限重的目的。襟翼偏度小，升力系数小（升力小），但升阻比大；偏度大，升力系数大（升力大），但升阻比小；后者有利于场长限重，前者有利于爬升和越障限重。而高原机场通常有较长的跑道，起飞重量一般受爬升或超障性能限制。所以使用较小的起飞襟翼位置和关闭引气，可获得较大的起飞性能限制重量。

表1：不同机型高原操作工作负荷对比分析

同理，飞行员在着陆时需要使用较小的复飞和着陆襟翼位置并关闭引气，这样可较大地改善着陆爬升能力或提高着陆限制重量。

（四）异常的气象条件

在结冰天气条件下的起飞着陆阶段，飞行员应采用防冰/除冰程序或者设备。因为飞机在低速起飞着陆阶段，或穿越浓密云层飞行中可能产生严重积冰，积冰使飞机的空气动力性能变坏，影响飞机的稳定性和操纵性。

（五）刹车温度的限制

飞行员在着陆时需根据实际着陆重量和可用着陆距离选择较低的自动刹车等级，控制进场高度、速度和接地点等，以减少作用在刹车上的能量。因为高原/高温机场空气密度小，不利于刹车散热。刹车系统散热较慢，且散热速度与机型（刹车系统）有关。对于选装有刹车风扇装置的飞机（如空客飞机），刹车风扇能有效加快刹车系统的散热，飞行员一般不考虑快捷过站重量限制，性能分析软件和飞机飞行手册中也没有相应的限制内容。而没有安装刹车风扇装置的飞机（如波音飞机），在高原机场场面温度较高时着陆重量易超过最大快速过站限制重量。性能分析软件和FPPM（飞行计划和性能手册）中都提供了快捷过站的限制重量内容。当实际着陆重量超过最大快捷过站限制重量时，刹车温度可能过高，飞行员必须按飞行手册要求停留足够时间后，经检查确认轮胎保险塞未熔化和刹车温度没有超过限制后才能正常起飞。