飘降释压特情下运行监控支援浅析

飘降释压特情下运行监控支援浅析

赵恒星

山东航空股份有限公司，山东省济南市， 250107

摘 要：由于我国西南、西北以及新疆特殊的地形，高原机场和航线十分复杂，一旦发生特情将极大的危险航空安全。飞机在空中发动机空中停车或者座舱释压就是典型的空中特情，如何通过有效的信息手段及时处理，在特情情况下给予机组的支持是航空运行保障人员不断探究的课题。本文通过对运行监控中飞机在空中一发失效以及座舱释压的特情，将专业的性能分析与实际的需求结合起来，通过系统支持第一时间让机组掌握相关信息，尽最大努力保障航班安全。

关键词：特殊地形/单发失效/座舱释压/系统支持

1. 研究背景及意义

现阶段基于计划的航路是飞行派遣的依据，然而空中情况千变万化，实际飞行却不一定按照设计的航路执行，比如雷雨绕飞、空管流量控制抑或是其他用户占用空域等等；西方国家得地形相对平坦得多，研究得比较少，而我国的地形就复杂得多，尤其是我国西南、西北以及新疆地区；2008年张清江利用基于VSD与LOD算法对大规模三维地形实时显示进行了研究^[1]，2009年李伟杰从机务维修的角度阐述了飞机空中释压的故障^[2]，2019年张序等人对“邦达-拉萨”典型航线的一发失效和客舱释压紧急下降程序进行了设计与研究^[3]。

随着新材料新工艺的出现，全球两大飞机生产制造商争相推出最新的机型，空客推出的A320NEO最初的时期，发动机经常出现故障，导致飞行的小时循环大大降低；而Boeing推出的737MAX新机型，由于系统的不可靠，更是发生了两次空难，遭至全球停飞，至今未能获得监管部门的认可；历经多年民航的高速发展，老旧飞机大量增加，其设备和系统的不可靠风险大大增加，2018年川航3U8633事情仍历历在目，航班驾驶舱右座前风挡玻璃破裂脱落，近万米高空机组沉着冷静，与死神赛跑挽救了许多生命。2019年多起的释压事件，2020年多起空中飞机的故障不断出现。

随着5G时代的到来，人工智能将会是今后航空运输业必然趋势，未来的空中交通互联互通，第一时间将数据传递给机组实现人机交互；从这些特情看来，地面人员如何事前和事中做好安全保障，对于空中的机组予以及时的支持，是本文探究的最大意义。

二、系统的建设方向

本文从实际的运行应用出发，将海量的数据通过系统将已知晓的静态数据与飞机实时的动态数据相结合，实时得出飞机走向和操作的建议。静态数据如飞机的无油重量，实际的数字地形图、航路图，飞机的性能数据库以及软件；动态数据如飞机的实时燃油、飞机的坐标、实时的风温数据；利用实时的数据调用Boeing或Airbus性能软件实时计算飘降的轨迹与其实际地形图叠加；生成客户化的单发飘降或释压操作的建议，通过系统（未来的星链技术直接呈现机组示意图）传递给机组予以地面支持。流程如图1，具体如下：

1、系统将每个航班起飞前的舱单数据进行分解，可实时提取ZFW（无油重量）；

2、系统评估实时抓取飞机的参数，结合QAR系统、机载卫星技术实时了解飞机的机载燃油，利用ZFW和飞机实际燃油的重量得出飞机的实际重量；

3、对飞机生产制造商软件的调用，实时计算释压和飘降的轨迹；

4、将点对点的地图进行实时的纵向分析，形成纵向的障碍物剖面；此项工作是重点和难点，不同的地形数据库软件解析的精度不同；精度越高，参数条件越复杂；

5、形成产品报告（释压/飘降简令）

6、客户化提供机组；

对于将各个系统之间的接口通过系统链接起来是另外一个难点。

二、规章要求

在民航系统运输的规章中CCAR.25《运输类飞机适航标准》中对飞机在应急情况下的设计进行了明确的适航要求，CCAR.121《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》中分别对旅客生命保障用氧和应急下降情况下的供氧进行了明确的运行要求等；

1、CCAR.25.123 航路飞行轨迹

（1）单发停车净飞行轨迹数据必须为真实爬升性能数据减去一定数值的爬升梯度，所减去的爬升梯度，对于双发飞机为1.1%，对于三发飞机为1.4%，对于四发飞机为1.6%。^[4]

其次在实际运行中的需要遵守：

2、CCAR.121.189 涡轮发动机驱动的飞机的航路限制—一台发动机不工作

（1）在预定航迹两侧各25公里范围内的所有地形和障碍物上空至少300米的高度上有正梯度，并且在发动机失效后飞机要着陆的机场上空450米的高度上有正梯度；

（2）净飞行轨迹允许飞机由巡航高度继续飞到可以满足要求的着陆机场，能以至少600米的余度垂直超越预定航迹两侧各25公里范围内所有地形和障碍物，并且在发动机失效后飞机要着陆的机场上空450米的高度上有正梯度。

3、CCAR.121.329 涡轮发动机飞机用于生命保障的补充供氧要求

每个合格证持有人应当按照下列要求为旅客提供氧气：

（1）对于座舱气压高度3000米（10000英尺）以上至4300米（14000英尺）（含）的飞行，如果在这些高度上超过30分钟，则对于30分钟后的那段飞行应当为10%的旅客提供足够多的氧气；

（2）对于座舱气压高度4300米（14000英尺）以上至4600米（15000英尺）（含）的飞行，足以为30%的旅客在这些高度的飞行中提供氧气；

（3）对于座舱气压高度4600米（15000英尺）以上的飞行，在此高度上的整个飞行时间内为机上每一旅客提供足够多的氧气^[5]。

三、 系统建设分析

1、无油重量的获取。目前国内大多数航空公司基本使用中航信的离港系统，将标准的电子舱单机型的分解，得出每项的参数，提取所需的不同参数，飞机的无油重量的数据便在其中；

2、飞机的实时数据

目前我国的北斗卫星已正式组网运行，习近平总书记于2020年7月31日在北京正式宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通^[6]，未来的星空互联技术大有可为。通过星空互联技术（机载网络、skyview、ACARS等）系统可以实时下传飞机的实时数据：飞机实际的位置，实际燃油数据和风温数据以及飞行高度层等，如图2所示；

3、飞机的选择与系统分析软件

执行特殊的航段应选择飞机性能相对较好的飞机执行，比如B737-800飞机的26K推力就较24K推力在同等条件下，空中单发的改平高度上有一定的优势。如表1，不同推力情况下飞机改平高度的不同，可以明显看出26K推力的飞机在同等条件下比24K的性能要好的多,尤其是重量越大，差别越大。

表1 不同推力空中单发改平高度

应急的释压/飘降分析软件以Boeing软件为例，对于B737系列的飞机而言，利用波音公司INFLT软件将实时的数据进行输入固定的参数行，对于实际运行需要具体编辑算法。如图3,波音公司PET软件实时输出的单发飘降轨迹图。

4、航空地形图

航空地形分析一般要求使用比例尺1：100万或以上精度的地形图，对于1：100万的航空地形图一方面不涉及国家地图保密的要求；另一方面对于精度的要求也能满足要求，当然对于航空安全的地图精度越高当然更好；我国地形2012年我国已成功研制出首幅3D地形图^[7]，误差控制1毫米以内；民用版的3D打印地图也于2016年进行了发布；美国NASA发布了世界最完整的地球地形图，NASA的全球数字高程模型(The Global Digital Elevation Model)采用日本制相机在美国宇航局的航天器上搜集了将近130万张地球照片。

5、产品提供

将实际地形图从一点指向任何一点的纵向剖面，再加上一定安全裕度得出的航迹轨迹纵向剖面图，即可供飞行人员飞行参考。

四、系统的安全风险

1、地形数据的应用风险。此风险为所有系统建设中最为关键的风险，所有的关键运行操作都基于地形的准确，没有准确的地形，所有的操作分析都是不准确的，对运行的安全也毫无益处，因此核心的地形障碍物数据需要足够的精确度。但地形参数的应用对于各行各业的开发商没有统一的标准，使用不同的坐标系；其次飞机执行的高度是气压高度，与实时的地形海拔高度并不一致，不同温度下的高度对于越障来说也不尽相同；从图6不同温度下的飘降下降剖面来看，温度越高，飞行实际改平高度越低，温度越低飞行的实际轨迹下降时会较高而改平时与ISA基本一致，这是因为单发条件下温度低的有利条件远远被发动机的风车阻力所掩盖了。

2、安全裕度的考量。虽然相关的地形障碍物数据可以通过技术得以实现，但需要着重探讨相关超障裕度的标准，因为紧急情况下和正常情况下对飞行的要求是截然不同的；其次，可通过飞机的VSD（垂直状态显示）地形背景，如图7地形显示图，地形剖面线代表航路范围内最高地形，VSD地形使用的颜色与EGWPS地形颜色代码是相同的，地形绿色代表飞机超越障碍物500英尺以上，琥珀色代表低于飞机500英尺至高于飞机2000英尺之间的地形，红色表示高于飞机2000英尺以上的地形^[8]作为参考对裕度的补充。

3、核心技术的风险。机型系统软件核心以及数据库的动态更新，世界两大飞机制造商波音与空客的核心软件采取了加密技术，其次动态的数据库更新也仅仅适用于各自的软件兼容，航空用户需要对不同的机型进行编制统一的接口，扩大了相应的成本。

4、系统的稳定风险。将多个不同系统进行调用并实时计算，实时动态掌握飞机状况，给出最短时间内最及时的支援需要不断的测试以及海量数据的运算，高标准的服务器是确保系统稳定可靠的保障。

5、专业团队的建设风险。大中型航空公司对于安全的风险意识已取得足够的认识，但是专业的团队意识需要不断的提升避免各自为战；例如在紧急情况下需要飞行、机务、签派、性能等专业的岗位专家从飞行角度、飞机可靠性角度、运行环境角度、飞机性能角度等共同做好相关空中机组的支持。

五、 结论

通过对系统以及风险的详细分析可以得出空中单发飘降以及客舱释压情况下的特情进行实时支援是可行的，对于相关的系统的分析，可以有得出如下方面系统建设的建议：首先地形图的选择，地形图是所有系统建设的基础，精确的地形图对于航空特情下的应用尤为关键；其次是系统之间的集成，在设计系统软件时一方面考量生产制造商的核心软件兼容，一方面需要考量数据提取得准确度；再次应始终遵守飞机生产制造商得标准操作程序的要求，飞机不同构型下遵循速度的限制等要求。最后，要提到的是航空救援作为我们国家的战略支援以及航空应急救援体系建设，一方面需要专业的人员，对于人才的建设需要统筹成本、制度、流程，民航运输企业需要对特情情况下的需要足够的重视，做好应急情况下的联动，需要做最坏的打算去得出最好的结果。

参考文献

[1] 张清江.基于VSD与LOD算法的大规模三维地形实时显示方法研究.哈尔滨工程大学硕士学位论文，2008.

[2] 李伟杰.浅析飞机空中释压故障，航空维修与工程,2009/6,P92.

[3] 张序,徐菡悦,郝帅.“邦达-拉萨”航线的一发失效和客舱释压紧急下降程序设计与研究,长沙航空职业技术学院学报，2019.12.

[4] 中国民用航空局.运输类飞机适航标准：CCAR-25-R5,北京:中国民用航空局，2011：13

[5] 中国民用航空局.大型飞机公共运输航空承运人运行合格审定规则：CCAR-121-R6,北京:中国民用航空局，2020：110，113

[6] 新华网，习近平出席建成暨开通仪式并宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通 李克强韩正出席仪式，http://www.xinhuanet.com/politics/2020-07/31/c_1126310703.htm，2020.7

[7]央广网，我国研制成功首幅3D地形图，http://news.cnr.cn/native/gd/201402/t20140221_514900717.shtml，2014.2

[8]Boeing,Flight Crew Opeations Manual,2020.6,P2005