民航飞机冲/偏出跑道的风险分析与防控

彭梦启 首都经济贸易大学 春秋航空股份有限公司

冲/偏出跑道已经成为造成飞机损伤事件中比例最大的事件[1]，也是航空公司重点监测和管控的风险。参照国际民用航空组织（ICAO）的事故分类，空客（Airbus，空中客车公司）统计了20年全球所有飞机全损事故数据，其中，冲/偏出跑道事故的数量最多，位列世界第一，约占所有事故类别的三分之一。波音（即波音飞机公司）针对10 年间全球全重在6 万磅以上的商用喷气飞机（涡轮风扇发动机）发生的事故进行了统计[2]，从事故数量、死亡人数（包括机上和外部）来看，位居前三位的是冲/偏出跑道、失去控制和可控飞行撞地。当前，不同组织机构对于航空器冲/偏出跑道的定义并不一致[3]。

ICAO 的事故/事故征候数据报告（Accident/Incident Data Reporting，ADREP）系统、飞行安全基金会和国际航空运输协会将冲/偏出跑道定义为：跑道上的航空器从侧方偏出（run-way veeroff）或从末端冲出跑道（run-way overturn）。按照《民用航空器征候等级划分办法》的标准规定，起飞或着陆中，冲出、偏出跑道或跑道外接地，属于运输航空严重征候[4]。

冲/偏出跑道事件的发生，往往会导致机体结构损伤、起火等后果，不仅会对飞行运行安全造成极大影响，而且会对民航业带来较大的舆论冲击。机体结构损伤可能会产生巨额的维修费用，影响航空公司的收入。研究分析民用航空飞机冲/偏出跑道的相关问题，不仅能有效探索飞行运行过程中可能存在的风险因素，而且能为航空公司的安全运行提供有实际应用意义的建议和技术理论的指导，降低民航飞机冲/偏出跑道事件发生的概率，提高民航业在社会公众心中的安全分。

一、冲/偏出跑道风险概述

2005—2022 年，统计全球范围内发生的冲/偏出跑道事件248 起，从统计数据来看，波音机型发生冲/偏出跑道事件的概率高于空客机型；东南亚地区发生冲/偏出跑道事件的次数较多；着陆阶段发生冲/偏出跑道的概率高于起飞阶段和脱离阶段，其中着陆阶段发生冲/偏出跑道事件的概率最高。飞机起飞和着陆的关键阶段约占总飞行时间的6%，但发生冲/偏出跑道事件的总概率高达89%，在起飞和着陆的关键阶段，多重复杂运行条件的存在会提高冲/偏出跑道事件发生的概率。

在248 起冲/偏出跑道事件中，空客机型110 起，占比44%；波音机型138 起，占比56%。

统计的冲/偏出跑道事件发生地遍布世界五大洲，其中亚洲地区发生事件最多，占比49%，主要集中在东南亚。这与IATA 对全球范围内商业航空运行的统计分析结果基本吻合[3]。冲/偏出跑道事件发生地涉及71 个国家，其中发生事件数量排在前10 名的国家为中国、印度尼西亚、美国、俄罗斯、印度、德国、加拿大、法国、泰国和巴西。

统计的248 起冲/偏出跑道事件中，发生在起飞阶段的28 起，占比11%；发生在着陆阶段的45 起，占比18%；发生在脱离阶段偏出跑道的27 起，占比11%。由此数据可以发现，冲/偏出跑道事件发生概率最高的阶段为着陆阶段，其中发生偏离跑道事件的概率较高。

由于气候因素的变化，气象条件影响飞行安全具有季节性的规律，根据数据统计来看，冲/偏出跑道事件发生在第二、三季度的概率更高。除季度规律，统计发现，全年之中6—8 月份发生冲/偏出跑道事件最为集中，8 月份发生的事件数最多，其他月份分布不均。

二、冲/偏出跑道原理

起飞是指飞机从跑道上开始加速滑跑到离地高度35英尺、速度不小于起飞安全速度V2的过程。正常情况下，当飞机起飞速度到达V2+15～25 节、距离地面35 英尺的高度时，飞机离跑道末端还应剩余多于跑道长度15%的距离。中断起飞是指在飞机起飞加速过程中出现警告、管制指令或其他不安全因素且飞机速度未达到VEF时，机组需要收油门、使用刹车、减速板等，使飞机安全停止在跑道上。着陆是指从50 英尺高度过跑道头开始，下降接地滑跑直至全停的全过程。着陆是飞机不断下降高度、不断减小速度的运动过程。

虽然飞机存在几何外形、运行阶段和运行环境的差异，但飞机发生冲/偏出跑道的原理为飞机在与跑道道面互相接触阶段，未能在可用滑跑距离内完全停下来。这里的可用滑跑距离不仅包含长度距离，也包括宽度距离。飞机在起飞滑跑过程中，受到发动机推力、地面摩擦力、气动阻力、升力和重力的共同作用，通过力学模型分析发现，影响起飞滑跑距离的因素有空气密度、机翼面积、升力系数、阻力系数、摩擦系数、飞机重量、发动机推力及机组操作等。

飞机在着陆滑跑过程中，当主轮接地后开启反推，主要作用力有重力、升力、气动阻力、摩擦力和反推力，通过力学模型分析发现，影响着陆滑跑距离的因素有空气密度、机翼面积、升力系数、阻力系数、摩擦系数、飞机重量、发动机的反推力及机组操作等。综合考虑发现，影响飞机冲/偏出跑道的主要变量因素为跑道摩擦系数和机组操作。

三、冲/偏出跑道的主要因素

（一）湿滑/污染跑道的影响

跑道包括干跑道、湿滑跑道和污染跑道三种道面。污染跑道是指正在或计划使用的跑道长度和宽度范围内的表面区域，有很大一部分（不管是否为孤立区域）都覆盖有压实的雪、干雪、湿雪、雪浆、霜、冰和积水等一种或多种污染物。当飞机在污染跑道起飞滑跑时，跑道摩擦系数变小，飞机增速越快，滑跑的距离就越短；当飞机在污染跑道着陆滑跑时，跑道摩擦系数变小，飞机减速越慢，滑跑的距离就越长。研究表明，飞机在污染跑道上着陆冲出跑道的风险是在干跑道上运行的13倍[5]。由于跑道道面摩擦系数数据由机场实时统计公布，因此，在文章中使用天气报文数据代替，分析污染跑道对加速度、减速距离的影响。

如图1、图2 所示，当在污染跑道上减速至40 节、80 节时，使用了更小的加速度，且使用的减速距离更短。这个结果说明了污染跑道情况下运行对机组操纵的要求更高。

图1 不同跑道条件下减速至40 节所需距离

图2 不同跑道条件下减速至80 节所需距离

（二）接地速度大的影响

根据动能定律可知，将飞机接地后的阻力假定为一个常数，那么着陆后的滑跑距离与飞机接地时的动能呈正相关关系，接地速度增加，着陆距离将随之增加。如图3、图4 所示，当接地速度较大时，需要使用更大的纵向加速度用于减速，那么减速至80 节、40 节需要的滑跑距离也就更长。

图3 不同接地速度下减速至80 节所需距离

图4 不同接地速度下减速至40 节所需距离

（三）带交叉接地的影响

进近着陆过程中遭遇大侧风情况下，在偏流角阶段，机组要做好准备向风增加小的坡度角，使飞机保持在跑道中心线上。飞机可能需要用部分偏流角着陆，防止坡度过大。如果叠加飞行机组修正能力较弱等风险因素，会出现带交叉接地的状况。通过数据分析可以发现，侧风会影响飞机的接地角度，接地角度会影响飞行机组对于方向舵的操纵。

（四）手轮使用速度的影响

波音及空客飞机均有手轮，其中波音是机长侧有手轮，副驾驶侧没有，而空客机型是两侧都有。手轮使用起来较为灵活，可操作的角度很大，使用速度必须控制在低速。如果高速阶段使用手轮，如同在高速公路上猛打汽车方向盘一样危险，高速使用手轮对冲/偏出跑道有较大的影响。

四、结语

第一，冲/偏出跑道事件的发生有明显的规律和特征，从时间上主要分布在6-8 月，从飞行阶段上主要分布在着陆阶段，从分布区域上要重点关注东南亚航班运行，从机型分布上无明显规律。

第二，着陆阶段造成冲/偏出跑道事件发生的风险因素很多，包括污染跑道、侧风、机组操作等，其中机组操作中对冲/偏出跑道影响较大的包括接地速度大、带交叉接地、高速使用手轮等。当多种风险因素同时存在，冲/偏出跑道事件发生的概率会高于线性叠加的风险。

第三，航空公司应归纳出导致冲/偏出跑道事件发生的主要风险因素，结合QAR 等方式将风险因素具化为可量化的数据，通过层次分析法、组合赋权法等方法建立冲/偏出跑道事件的指标体系，构建冲/偏出跑道事件的评估模型，直观量化冲/偏出跑道的风险值。

第四，航空公司应加强对冲/偏出跑道主要风险因素事件的监控，结合EBT 针对飞行员开展专项训练，特别要提高飞行员准确有效执行标准操作程序、明确稳定进近标准的意识，训练飞行员正确把握接地速度、找准合适时机使用反推、避免高速使用手轮等，也要训练其操纵飞行器的能力，如污染跑道上的运行、侧风的应对等。