2005年12月8日美國西南航空由華盛頓飛往芝加哥中途島機場的1248航班,B737飛機降落時沖出跑道,撞破圍墻,于中央大街和55大道交匯處與兩輛轎車相撞,造成汽車中1名6歲男孩死亡,另有11人受傷,其中3人為機上人員。 2019年1月19日下午(當?shù)貢r間),美聯(lián)航UA656航班,波音737客機從鳳凰城飛往芝加哥。在芝加哥奧黑爾機場降落后沖出跑道,事發(fā)時,芝加哥正遭遇暴風雪天氣。當?shù)貎蓚€國際機場19日取消了1000多架次進出航班。 …… 冬季污染跑道運行,一直是民航業(yè)界最頭疼的問題之一!污染跑道下飛機性能的評估,該何去何從?又如何將風險盡可能降低?機組和地面支持人員又該如何操作? 如果您從事民航相關工作,請停下腳步,花幾分鐘的時間,我將向您介紹關于污染跑道運行、特別是污染跑道下著陸性能評估相關知識!為安全民航,儲備一些應該了解的知識! 一、污染跑道定義 1.潮跑道(DAMP RUNWAY): Getting to Grips withCold Weather Operations: 跑道表面不干燥,但跑道表面的水并不使跑道反光時,視為潮的跑道。FAA建議將潮跑道的適用性能考慮為濕跑道。 2.濕跑道(WET RUNWAY): Getting to Grips withCold Weather Operations: 跑道表面由于薄層積水引起反光為濕跑道,這層積水未超過3MM(1/8”),不會產(chǎn)生嚴重的滑水危險。當跑道上的污染物層很薄,也被認為是濕跑道,而不是污染跑道。 《AC-121-FS-2009-33》: 當跑道表面覆蓋有厚度等于或小于3毫米(0.118英寸)的水,或者當量厚度等于或小于3毫米(0.118英寸)深的融雪、濕雪、干雪;或者跑道表面有濕氣但并沒有積水時,這樣的跑道被視為濕跑道。 3.污染跑道(CONTAMINATED RUNWAY): 《AC-121-FS-2009-33》: 飛機起降需用距離的表面可用部分的長和寬內(nèi)超過25%的面積(單塊或多塊區(qū)域之和)被超過3毫米(0.118英寸)深的積水,或者被當量厚度超過3毫米(0.118英寸)水深的融雪、濕雪、干雪,或者壓緊的雪和冰(包括濕冰)等污染物污染的跑道。如果跑道的重要區(qū)域,包括起飛滑跑的高速段或起飛抬輪和離地段的跑道表面被上述污染物覆蓋,也應該算作污染跑道。 FAA AC 25-31: A runway is considered contaminated when more than 25 percent of the runway surface area(within the reported length and the width being used) is covered by frost, ice,and any depth of snow, slush, or water. EASA CS-25: A contaminated runway is a runway where more than 25% of therequired field length, within the width being used, is covered by standingwater or slush more than 3·2 mm (0·125 inch) deep, or that has an accumulationof snow or ice. However, in certain other situations it may be appropriate to considerthe runway contaminated. For example, if the section of the runway surface that is covered with standing water or slush is located where rotation and lift-off will occur, or during the high speed part of the take-off roll, the retardation effect will be far more significant than if it were encountered early in thetake-off while at low speed. In this situation, the runway might better beconsidered ‘contaminated’ rather than ‘wet’. 二、污染物類型&性能影響 1.液體污染物(FLUID CONTAMINANTS): 干雪(DRY SNOW):用手壓實時,一松手不會保持壓實的雪,風可以吹起干雪。其密度約為0.2 kg/l (1.7 lb/US Gal)。 濕雪(WET SNOW):若用手壓實,松開時會保持壓實,并且能形成雪球的雪,但不會有水被擠出。其密度約為0.4 kg/l (3.35 lb/US Gal)。 積水(STANDINGWATER):由于大雨和/或跑道排水不充分造成的,其深度大于3MM。 雪漿(SLUSH):被水浸濕的雪,當用力踩時會濺灑;氣溫約5℃時會出現(xiàn),其密度約為0.85 kg/l (7.1lb/US Gal)。 2.固體污染物(HARD CONTAMINANTS): 壓實的雪(COMPACTED SNOW):機場維護人員使用除雪機將跑道上的雪壓實以獲得堅硬的道面;(當環(huán)境溫度低于-15℃時,機場特意將跑道上的雪壓實“specially prepared winter runway”;但當環(huán)境溫度高于-15℃時,已經(jīng)不再是完全意義上的壓實的雪,為了安全運行,此時應該考慮風險裕度。) 霜(FROST):跑道上冰晶的沉淀物被稱為霜,當跑道表面的溫度低于冰點,跑道上空氣中的濕氣直接凝華形成霜; 積冰(冷且干)(ICE (COLD ANDDRY)):在干且冷的條件下,跑道上形成的積冰。 濕冰(WET ICE): 當跑道上的冰融化時,或冰上有松散/液體污染物時,被稱為“濕冰”。當跑道上有濕冰(濕冰、壓實的雪表面有水、冰面上的干雪或濕雪)時,因為跑道道面非?;?,剎車和方向控制較為困難或不能進行剎車和方向控制。 3.液體污染物與固體污染物分別如何影響飛機性能 1)道面上的液體類污染物首先會減小摩擦系數(shù),并且會導致滑水;其次,由于道面上的污染物飛濺在起落架、機身上,或者輪胎排擠前方道面的污染物都會產(chǎn)生額外的阻力。因此,液體污染物將同時影響減速和加速性能。 2)道面上的固體類污染物,僅會降低摩擦系數(shù),從而影響飛機的減速性能。 三、摩擦系數(shù)(μ) 飛機地面減速能力,可由四種方式獲得:機輪剎車、氣動阻力、擾流板和反推。并且,機輪剎車是主要的減速方法。機輪剎車效率主要取決于摩擦系數(shù),摩擦系數(shù)是最大減速摩擦力與作用在輪胎上的垂向載荷之比。 reported μ:報告摩擦系數(shù)是機場通過測量設備(測量車)測量的值發(fā)布一個的摩擦系數(shù); effective μ:有效摩擦系數(shù)(飛機運行時的真正μ),是輪胎和跑道的相互作用的結果,取決于輪胎胎壓、輪胎磨損程度、飛機速度、飛機重量、防滯系統(tǒng)。(輪胎速度與防滯性能共同作用于摩擦力,從而改變摩擦系數(shù)。) 那么reportedμ和effective μ之間如何進行聯(lián)系與轉化呢? 想要進行將他倆進行關聯(lián),有兩個主要的問題需要解決:
截止目前,全世界范圍內(nèi),行業(yè)內(nèi)雖然做了很多努力,仍尚未在reported μ和effectiveμ之間建立明確的相關關系,而且,就算是不同的測量設備之間測量的reported μ值,也基本沒有定量關系。 因此:僅僅依靠機場公布的reported μ,很難得到污染跑道的實際性能數(shù)據(jù)。 但是,如果當reportedμ=effective μ時,便可以根據(jù)reportedμ得到污染跑道的性能數(shù)據(jù)。那么,什么時候reported μ=effectiveμ呢? 只有當機場的測量設備在重量、速度、胎壓上與實際運行的飛機基本一致時,才有可能達到這么理想的結果。 也就是說,想要精確地評估一架A340以胎壓240PSI、著陸重量150000KG、140KT著陸速度著陸時的剎車效果,機場得有一架類似的A340當做測量設備。 空客一直在做把飛機當做測量設備的工作,空客飛機上,可以實現(xiàn)一種叫做BACF (Braking ActionComputation Function)的功能,“an operationally feasible airplane-based braking ability / runway surface condition measurement and communication system”,可以通過當前著陸飛機的相關數(shù)據(jù),報告基于飛機的有效剎車效應。詳細參見:https://safetyfirst./using-aircraft-as-a-sensor-on-contaminated-runways/ 四、目前簽派、機組能收到的道面狀況報告類型 道面條件的三種報告方式: 1)Contaminant type & depth (污染物類型&深度) SNOTAM中的F 和G 項分別代表了污染物的類型和深度: 2)Estimatedsurface friction (估算道面摩擦) IACO提倡減少向機組報告ESF,因為對于大部分污染物來說,地面測量設備的摩擦估計值與飛機性能之間沒有建立有意義的相關性。但世界上任有部分地區(qū)報告ESF,一般ESF以摩擦系數(shù)μ或者GOOD / GOOD TO MEDIUM /MEDIUM / MEDIUM TO POOR / POOR 的形式報告,ICAO 附件14中,關于μ和報告剎車效應(并非實際剎車效應)報告的關系如下: 3) Pilot Reports of Braking Action (PiRep of BA 駕駛員報告剎車效應) 駕駛員報告剎車效應,因地域不同,其使用也千差萬別。主要是通過前機落地后向管制單位報告跑道的剎車效應,具有很強的個人主觀性。與機組是否熟悉污染跑道運行、熟悉特定的污染物,以及所駕駛的飛機類型以及減速設備的使用等等都有很大關系。同時,剎車效應是輪胎和道面的相互作用,但飛機整體的減速效果是機輪剎車、空氣動力阻力、反推等減速設備的共同作用,報告機組很難準確的將機輪剎車效應從整體減速效果中單獨提取出來。而且,不同的接地點,意味著使用的跑道部分也不是完全一致,這也會造成報告與實際的偏差。但是,由于是PiRep of BA通常(不總是)能提供動態(tài)天氣條件下的最新的道面信息,其作用也是不可忽視的。 我們簡單了解一下促進污染跑道道面狀況評估的歷史背景:2005年12月8日美國西南航空由華盛頓飛往芝加哥中途島機場的1248航班,B737飛機降落時沖出跑道,撞破圍墻,于中央大街和55大道交匯處與兩輛轎車相撞,造成汽車中1名6歲男孩死亡,另有11人受傷,其中3人為機上人員。 這次事件之后,F(xiàn)AA當局成立了“起降性能評估航空立法委員會”(The Takeoff and Landing Performance Assessment (TALPA) AviationRulemaking Committee (ARC)),旨在改進行業(yè)政策、管理冬季運行安全風險。 在主要飛機制造商、航空公司、美國國內(nèi)及國際管理當局、機場等方面的參與下,經(jīng)過幾年的時間,在污染跑道運行方面有了很大的進步。其中,最重要的研究成果之一,就是全世界機場、航司目前正在使用的用于評估道面狀況的一種工具——RCAM(the Runway Condition Assessment Matrix.) 機場報告使用的RCAM版本 機組使用的RCAM版本 需要注意的是,該矩陣僅僅適用于鋪筑道面,對于草坪、泥土、礫石甚至水上道面,是不能使用該矩陣的。 另外,RwyCC(道面條件等級代碼)僅僅適用于跑道,對于停機坪、滑行道等任何低速的環(huán)境,也是不適用的。 如何使用該RCAM? ① 識別跑道上的污染物類型和深度,從左向右使用RCAM(非陰影部分),找到污染物相應的代碼; ② 如果沒有其他的信息,那么就可以根據(jù)①的判斷結果發(fā)布信息(機場)/計算性能(航司); ③ 如果有其他額外的信息(陰影部分):測量得到的道面μ值,那么可以根據(jù)μ值對第一步的代碼進行升級或者降級。值得注意的是,僅僅只有一種情況下可以進行升級:僅對于一條處理過的積冰跑道(treated ice)(跑道代碼1或2),如果跑道每1/3測量得到的μ值均高于0.4(跑道代碼5),并且其他所有的觀測、判斷、設備測量報告結果都顯示并能支持該結果,才能將道面狀況等級代碼升級為“中”(跑道代碼3),而且,法規(guī)表明,這種升級僅僅能在處理積冰跑道很有經(jīng)驗的機場才可以,比如Scandinavia 和 Alaska。 ④ 如果有其他額外的信息(陰影部分):Vehicle deceleration and directional control或ESF或PiRep of BA,則應該根據(jù)這三個參數(shù)進行降級,而且這三個參數(shù)只能用于降級由污染物類型和深度所確定的跑道狀況代碼,不能升級。 ⑤ 從設計來說,RCAM是不能進行升級的。在很苛刻的條件下,僅僅對于RwyCC 1或0可以升級,其余的RwyCC(2/3/4/5)不可以升級。 ⑥ 相對于道面污染物類型&深度來說,摩擦系數(shù)、Vehicle deceleration and directional control、ESF、PiRep of BA具有更強的人為主觀性(雖然,測量人員會將污染物類型&深度報告的很保守)。 ⑦ 因此,空客建議,使用RCAM時,永遠不要對由污染物深度和類型決定的跑道代碼進行升級! 在空客FCOM/QRH中,RCAM是長這樣的: 可以看出,目前FAA公布的機組使用的RCAM版本和空客版本的RCAM,與機場使用版本最大的區(qū)別就是對于摩擦系數(shù)μ的刪減。 對于機組來說,通過道面等級代碼,可以迅速對即將使用的跑道建立摩擦效應的心理預期;另外,由于道面等級代碼是基于飛機性能的一個參數(shù),而摩擦系數(shù)則不是,機組可以通過道面等級代碼去實際計算飛機的性能。 那么問題來了,機組/簽派員/性能工程師什么時候應該使用這個RCAM呢? ① 起飛前做起飛性能計算是否可以?不可以! 決定起飛性能和著陸性能的參數(shù)是不一樣的!首先,該RCAM僅能單向輸出道面狀況代碼,用于評估著陸性能,而不能輸出污染物類型和深度的逆向運用。而起飛性能的計算需要污染物的類型和深度。其次,對于著陸,一些性能等級是被簡化了的:積水和雪漿,僅僅被分類為一個性能等級:2——MEDIUM TO POOR;該分級并未考慮污染物的深度;但是,如前所述,液體污染物的深度對起飛性能會產(chǎn)生不同的影響。 ② 放行時計算所需著陸距離可不可以?不可以! 放行時,著陸性能的計算同樣需要污染物的類型,而不是道面等級代碼。而通過道面等級代碼逆向輸出污染物類型是對RCAM的錯誤用法! ③ 著陸前飛行機組/簽派評估著陸距離可不可以?可以,而且是唯一可以! 換句話說,該RCAM僅用于著陸距離評估,并且僅僅用于空中著陸距離評估!從它被設計時,就是這么定義的! 五、空客RCAM 使用舉例 1) (RCAM降級使用) ZCZC YUA0714 150559 2)(強烈建議不要對特殊情況升級) 報告積冰,摩擦系數(shù)0.42。 冰對應的著陸性能代碼1-POOR,摩擦系數(shù)0.42大于0.4,對應Rwycc為5-GOOD;是否可以將其當做特殊情況,將著陸性能等級代碼升級為3-MEDIUM呢? 答案是否定的!前面提過,要進行此特殊情況升級,必須要結合其他的道面狀況報告信息,并且針對的是對積冰處理有經(jīng)驗的機場!并且,空客也不建議進行升級運用!因此,該跑道道面著陸性能等級為1-POOR。 3)(RCAM不升級使用) 報告冰上有干雪,剎車效應中。 冰上覆蓋干雪,對應著陸等級代碼NIL,不建議著陸;報告剎車效應MEDIUM,是否可以升級呢? 不可以!該跑道道面著陸性能無對應等級,不可著陸。 六、關于污染跑道運行的問題思考與建議 1.什么情況下,不可以進行污染跑道運行? 1) AC-121-FS-2009-33(航空承運人濕跑道和污染跑道運行管理規(guī)定)中明確指出: “對應剎車效應為“劣”的條件是不安全的,因此,當報告或預期的道面的剎車效應為劣時,禁止在該道面上運行?!?/p> “跑道表面有超過13毫米(0.5英寸)(含)深的積水或當量厚度的其他污染物時禁止起降?!?/p> 2)我司飛行運行手冊中9.9節(jié)明確規(guī)定如下: “禁止機長在剎車性能報告不可靠或摩擦系數(shù)為0.3(不含)以下的跑道上起飛和著陸” 就是說,對于我司,當評估后的著陸性能代碼為2-MEDIUM TO POOR及以下時,即便空中著陸距離評估可以滿足著陸需求,也不可以進行著陸! 2.什么時候應該做空中著陸距離的評估?15%的安全裕度是強制的嗎? AC-121-FS-2009-33中指出: “多數(shù)情況下,由于起飛前的計算準則已經(jīng)計入了較大的安全余量,所以在到達時的著陸距離能夠滿足至少15%的安全余量要求。只有在航路飛行中目的地機場的相關條件(例如:道面條件、將要使用的跑道、風、飛機的著陸重量/構形/速度/減速設備等)變差的情況下,或者起飛是基于CCAR-121部195(c)(e)款來實施的前提下,通常就需要采用計算或其他方法來確定實際著陸距離?!?/p> 也就是說,并不是每一次著落前都需要進行空中著陸距離評估。如果著陸當前條件(天氣、道面、飛機等狀況)和放行時的條件基本一致或者有轉好,則機組可以不進行空中著陸距離評估。 另外,關于空中著陸距離評估安全裕度方面,F(xiàn)AA、空客、國內(nèi)三方面的有一定的差異。 FAA和空客建議:評估完空中實際著陸距離以后,非緊急/特殊情況下,應至少再增加15%的安全裕度。但是如果處于緊急情況時,則可以不進行相關裕度的增加。 下圖為空客QRH中無故障空中著陸距離評估的流程,其中紅色框里:“Airbus recommends a 15% margin. Under exceptional circumstances, theflight crew may disregard this margin.”
但是,根據(jù)AC-121-FS-2009-33的明確要求: “航空公司應為飛行機組提供相關的程序以便其根據(jù)到達時的實際條件而不是簽派放行時的預報條件來進行著陸性能的評估。這些實際條件包括氣象條件(機場氣壓高度、風向和風速等)、跑道條件、進場速度、飛機重量和構形以及將要使用的減速設備等。根據(jù)上述條件得到實際著陸距離后,應該再加上15%的安全余量,并且仍然不大于跑道的可用著陸距離。飛行機組使用上述相關程序進行了著陸距離的評估之后,如果不能保證至少15%的安全余量,就不得進行著陸?!?/p> 國內(nèi)對于15%的安全裕度,沒有任何的偏離,任何時候必須滿足LD X 1.15≥LDA方可進行著陸。 因此,對于符合CCAR121的運行來說,15%的安全裕度的強制的! 3.簽派放行時,可以使用空中著陸距離作為放行依據(jù)嗎? 依據(jù)目前的法規(guī)要求來說,是不可以的,任何時候,空中著陸距離都不應該成為簽派放行的依據(jù)!對于放行時的所需著陸距離和到達時的實際著陸距離,咨詢通告中都有明確的規(guī)定,二者依據(jù)的參數(shù),是完全不一樣的。 AC-121-FS-2009-33 6.2.b.(4) 條明確規(guī)定了污染跑道放行要求如下: “在有關的氣象報告和預報表明目的地機場跑道在預計著陸時刻可能是污染的時,該目的地機場的有效跑道長度應當至少為以下距離中的較大者:CCAR-121部195條(b)款所要求的跑道長度的115%,以及根據(jù)認可的污染跑道實際著陸距離數(shù)據(jù)確定的著陸距離的115%。否則,該飛機不得起飛。如果上述污染跑道的道面已經(jīng)進行了特殊處理,而且實際著陸技術證明,對特定型號的飛機,已經(jīng)批準了某一較短但不小于CCAR-121部195條(b)款要求的著陸距離,并且已經(jīng)載入飛機飛行手冊,則可以按照手冊的要求執(zhí)行。” 簡單來說,放行污染跑道的所需著陸距離是:MAX{濕跑道所需著陸距離,1.15×根據(jù)認可的污染跑道實際著陸距離數(shù)據(jù)確定的著陸距離}; 而著陸當前空中著陸距離評估的所需著陸距離是:1.15×污染跑道實際著陸距離 關于評估著陸距離,F(xiàn)AA、AIRBUS、CAAC各自的參數(shù)如下: 其中涉及的定義與系數(shù)關系,這里不再一一贅述。 4.在著陸當前使用著陸分析表決斷是否可以著陸? 不可以!著陸分析表是基于固定條件下(QNH、引氣、反推、著陸構型等)的飛機著陸性能,而實際運行時飛機的實際情況與制表計算標準條件有很大差異。因此,在進行空中著陸距離評估時,任何情況下著陸分析都只應該是參考,而不是依據(jù)!如有必要進行著陸距離評估時,一定要進行著陸距離評估,安全才是主題,安逸不是! 5.關于液體污染物深度的問題(僅針對液體污染物) 前面我們提過,液體污染物深度不同,將產(chǎn)生不同的的加速、減速效果。 1)對于著陸來說:液體污染物深度越深,減速效果越好,越有利于著陸。但是,有一個問題,機場污染物觀測人員在報告污染物深度的時候,為了保守起見,往往導致報告的深度高于實際的深度! 那么是否會導致計算的著陸性能優(yōu)于實際著陸性能呢? 對于空中著陸距離評估,F(xiàn)AA建議數(shù)據(jù)提供商(即飛機制造商)在計算著陸距離時,不考慮污染物深度帶來的阻力,即便考慮,最多不應該超過50%報告深度所帶來的阻力。 空客方面則表示在空客性能軟件在計算著陸性能的時候,數(shù)據(jù)庫會針對性的使用各種污染物深度較淺的一個深度。在空客性能軟件中,進行著陸分析/空中著陸距離評估計算時,只能選定污染物類型,而不能選定深度,相信空客提供的數(shù)據(jù)應該是足夠保守的。 所以,在這一點,對于空客來說,應該不需要擔心數(shù)據(jù)是否足夠安全。 2) 對于起飛來說:污染物深度帶來的阻力將會有利于減速,不利于加速;
深度越深,減速效果越好,有利于加速停止距離,不利于起飛距離、起飛滑跑距離! 所以FAA建議數(shù)據(jù)提供商(即飛機制造商)在確定加速停止距離時,考慮使用污染物深度的50%。 而對于起飛距離和起飛滑跑距離,由于污染物越深,結果越保守,也就越有利于安全(當然也是在法規(guī)允許的深度范圍內(nèi))!
空客軟件計算起飛性能提供的可選的深度如下: 干雪:10MM&100MM 濕雪:5MM&15MM&30MM 雪漿:6MM&13MM 積水:6MM&13MM 當收到一個SNOTAM說污染物深度間于二者之間時,怎么考慮?直接選較大的一個進行計算? 各位考慮下這樣一個問題: 假如報告10MM雪漿,直接使用13MM的選項計算,是什么效果? 使用的深度比報告的深度大,考慮的阻力更大,不利于起飛滑跑距離和起飛距離,保守,可以接受。但是對于加速停止距離,比實際更大的阻力將導致比實際更小的加速停止距離,存在安全隱患,不可接受! 同理,如果直接使用6MM深度的選項計算,將導致保守的加速停止距離和相對樂觀的起飛距離和起飛滑跑距離,存在安全隱患,不可接受! 現(xiàn)在問題來了,性能工程師該怎么做? 空客建議兩個深度都做一下起飛分析,用最保守的結果!所以是不是性能工程師需要做兩張表呢? 不是!在進行污染起飛分析制作時,選擇較深的深度,然后進入Performance Data Modification模塊,勾選Check vs. thenext lower contaminant depth ,軟件將會自動檢查并輸出更安全的數(shù)據(jù)。 (PerformanceData Modification) 6.本文參考資料、網(wǎng)站: ① 航空承運人濕跑道污染跑道運行管理規(guī)定(AC-121-FS-2009-33) ② In-Flight Landing Distances Ref:00.00.00005 ③ Getting to Grips with ColdWeather Operations ④ EASA CS-25 ⑤ AC_25-31/32 ⑥ https://www./about/initiatives/talpa/ ⑦ https://safetyfirst./using-aircraft-as-a-sensor-on-contaminated-runways/ 本文純屬個人收集、翻譯、整理的資料,如各位看官有任何疑問,歡迎留言共同探討! 你這么可愛,一定會點贊的對嗎? (づ ̄3 ̄)づ╭?~ |
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