一发失效的复飞梯度问题探讨

一发失效的复飞梯度问题探讨

在高原机场，特别是高高原机场（机场标高高于2560米），由于地形复杂，净空条件差，气象条件变化异常，飞行程序设计和导航设施布局困难，发动机推力明显衰减。飞机在一发失效的情况下，复飞过程中能否安全越障是必须认真考虑的问题。本文以拉萨/贡嘎机场为例，探讨飞机在高原机场一发失效复飞的安全越障问题。

1、一发失效复飞安全越障问题的提出

依照ICAO8168设计的传统仪表飞行程序具有“普遍性”，即在进行飞行程序设计时不具体考虑某一型别航空器的飞行性能，导航设备的精度，显示系统等，也不考虑诸如一台发动机失效、导航设备失效、自动飞行设备失效等非正常情况。这就导致在实际飞行中，如果发生机载设备失效，特别是一台发动机失效时，飞机的性能可能无法达到仪表飞行程序的设计值，那么此时也就无法确保安全越障。

CCAR25《运输类飞机适航标准》，CCAR121《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》等现有规章要求航空公司针对飞机在起飞阶段和航路中的一发失效越障问题进行飞机性能分析并给出操作预案，但对飞机复飞爬升梯度的限制并未考虑传统仪表程序设计的具体值。换句话说，现有规章未对飞机在复飞点（MAPt）复飞的越障性能，特别是在一台发动机失效的情况下安全越障问题提出要求。因此航空公司根据现有规章的有关要求进行性能计算，当然也不会考虑一台发动机失效等特殊情况，并且航空公司在一些性能计算的参数设置方面，例如复飞襟翼、复飞速度等过于理想化，没有考虑飞行员实际运行中的操作程序。因此，飞行员在未了解上述问题的情况下，无法预先识别在运行中潜在的风险。

在高原机场，特别是高高原机场（机场标高高于2560米），由于地形复杂，净空条件差，气象条件变化异常，飞行程序设计和导航设施布局困难，发动机推力明显衰减。飞机在一发失效的情况下，复飞过程中能否安全越障是必须认真考虑的问题。

2、飞行程序、规章和运行中复飞越障的差异

传统仪表程序设计在设计复飞程序时，依照ICAO8168的标准，根据复飞障碍物的具体情况设计程序并在进近图上公布安全越障的复飞爬升梯度，例如拉萨27R跑道ILS进近的复飞爬升梯度为3%。根据ICAO8168的有关内容，传统仪表飞行程序设计的复飞分为三个阶段：起始阶段（Initial Phase）、中间阶段(Intermediate Phase)和最后阶段（Final Phase）。下面针对复飞程序的三个阶段，分析一下传统仪表程序设计与实际运行的差异。

（1）传统仪表程序设计的复飞程序

（a）起始阶段（Initial Phase）

从复飞点(MAPt)至开始爬升点SOC(StartOfClimb)结束。在此阶段要考虑飞行员建立爬升航迹和改变飞机形态（设置复飞襟翼、复飞速度、收起落架等）。

开始爬升点(SOC)的计算方法为复飞点的位置容差（MAPt tolerance）与过渡距离（transitional distance）之和，过渡距离如图1中的“X”。传统仪表程序设计不针对不同机型的性能计算过渡距离，更不考虑一台发动机失效的情况，而是采取相对固定的计算方法。即基于着陆机场标高，场温ISA+15，顺风10Kts，以该类别飞机最后进近速度(final approach speed)的最大值，15秒钟所对应的水平距离作为过渡距离。以C类飞机（最后进近速度的最大值为160Kts）在拉萨机场27R跑道ILS进近复飞程序为例，过渡距离“X”计算如下：

X=(160×1.2347+10)×1.852×1000×15/3600=1601****米

注：其中1.2347为指示空速换算为真空速的转换系数，该系数与高度和大气温度有关。

但是在一些高原机场，如果飞机进近过程中发生一台发动机失效，继续进近到决断高度后立即复飞，由于飞机空气动力性能和发动机可用推力的衰减，其实际的过渡距离“XEO”（用于改变襟翼形态、收起落架等）将显著增加。以拉萨/贡嘎机场为例，计算条件为飞机着陆重量62.5吨，决断高度4200米（13779英尺），外界温度ISA+30，一台发动机失效的过渡距离XEO为3124米。

从前面计算可知，由于飞机在拉萨/贡嘎机场起始复飞阶段的实际过渡距离XEO远大于仪表程序设计理论上计算的过渡距离X。因此即使飞机能够达到公布的复飞爬升梯度，还是不能保证所需的越障余度。飞机进近过程中一发失效复飞的实际航迹如图1中的虚线所示。

图1

（b）中间阶段(Intermediate Phase)：

从开始爬升点(SOC)到第一个达到50米（164英尺）越障余度（H类飞机为40米（131英尺））并能够保持的点。该阶段的爬升梯度通常为2.5%（如图1）。根据具体情况，经过有关部门的批准，如果航空器具备相应的爬升性能，也可以定义3%，4%或5%的复飞爬升梯度，并公布在进近图上（如拉萨/贡嘎机场27R跑到ILS进近公布的复飞爬升梯度为3%）。

尽管目前承担公共航空运输的大型客机普遍具备较好的爬升性能，特别是针对高原机场运行而进行了特殊选型（主要是发动机、增压系统、旅客供氧系统等）的飞机，如B757、B737NG系列、A330、A319等机型，起飞爬升和着陆复飞性能更加优越，在全发的情况下完全能够满足进近图上公布的复飞爬升梯度要求。然而，在一些地形复杂的高原机场（特别是高高原机场），当发生一台发动机失效后飞机性能显著衰减，我们从A319-115飞机在上海/浦东和拉萨/贡嘎机场爬升性能的对比（如表1所示）中不难看出，飞机的爬升性能受海拔高度和气温的影响，在高原机场明显降低，特别是在一台发动机失效的情况下。

表1 A319-115在上海/浦东和拉萨/贡嘎机场爬升性能对比
A319-115飞机（发动机型号CFM56-5B7）

计算基于飞机着陆重量62.5吨，飞机形态1+F，起落架收起，外界大气温度ISA+30

以拉萨/贡嘎机场为例，假设A319-115飞机以其最大允许的着陆重量在一台发动机失效的情况下进近至决断高度复飞，由于在复飞起始阶段的实际过渡距离显著增加（如图1的XEO）并且中间阶段的复飞爬升梯度小于公布的设计值（3%），所以无法保证飞机的安全越障余度，如图2所示。

（c）最后阶段（Final Phase）：

从达到50米（164英尺）越障余度（H类飞机为40米（131英尺））并能够保持的点直到可以重新开始进近的点或加入等待航线或加入航路。此阶段飞机已经获得安全的越障余度，因此本文不做具体的描述。

（2）规章对飞机复飞爬升性能的限制

• CCAR25.119条着陆爬升：全发工作“…着陆形态的定常爬升梯度不得小于3.2％…”。
• CCAR25.121条爬升：单发停车的(d)款“进场…以相应于正常全发工作操作程序的进场形态（在此程序中该形态的VS不超过对应着陆形态VS的110％）定常爬升梯度，对于双发飞机不得小于2.1％，对于三发飞机不得小于2.4％，对于四发飞机不得小于2.7％…”

从上述规章中可以看出，CCAR-25对飞机复飞爬升性能（包括着陆爬升和进近爬升）的限制是固定值，未考虑复飞程序中为了满足越障要求而公布的的程序设计梯度。

• CCAR121.195条涡轮发动机驱动的飞机的着陆—目的地机场（a）款“……使飞机到达时的重量不得超过该飞机飞行手册中对该目的地机场或者备降机场的气压高度以及着陆时预计的环境温度所确定的着陆重量。”
• CCAR121.195条涡轮发动机驱动的飞机的着陆—目的地机场（b）款“……由超障面与该跑道交点上方15.2米（50英尺）处算起，在判断的有效长度60%内做全停着陆。……”

从上述规章中可以看出，CCAR121.195条的(a)款中所提到的飞机手册中对“机场的气压高度”以及“环境温度确定着陆重量”的限制是指飞机经过适航部门审定的起飞和着陆的飞行包线和CCAR25规定的着陆爬升梯度(全发)以及进近爬升梯度(单发停车)的限制。CCAR121.195条的(b)款的限制则仅针对着陆场长，均未对飞机的复飞爬升越障性能提出要求。

（3）航空公司的着陆性能分析

航空公司进行的着陆性能分析主要是根据上述有关规章的限制，使用性能计算软件计算出不同气象条件下（场温，风向/风速等）各个限制因素对应的最大着陆重量，然后以最小值作为最大允许的着陆重量。以A319-115在拉萨/贡嘎机场的着陆重量限制因素及相应限重（如表2所示）为例，可知在高原复杂机场，进近爬升梯度限制的最大着陆重量通常是最苛刻的，因此最大允许着陆重量大多受此限制。但是着陆性能分析对进近爬升梯度的限制仅考虑CCAR25·121条的有关规定（双发飞机在单发失效的情况下，以进场形态的定常爬升梯度不小于2.1%），而不针对具体的仪表飞行程序公布的复飞爬升梯度进行计算（以拉萨/贡嘎机场为例，公布的复飞爬升梯度为3%），更不考虑飞机在复飞过程中从着陆构型改变为复飞构型所需的过渡距离大于设计值等不利因素，因此按照这种分析计算方法得到的最大着陆重量在实际运行中存在安全隐患，即飞机以最大允许着陆重量，一台发动机失效的情况下进近到决断高度复飞，飞机的爬升剖面将无法保证安全的越障余度。

表2 A319-115在拉萨/贡嘎机场的着陆重量限制因素及相应限重
A319-115飞机（发动机型号CFM56-5B7）

计算基于拉萨/贡嘎机场外界大气温度ISA+30、跑道风分量0

综上所述，传统仪表程序设计标准的缺陷、规章对飞机复飞越障性能限制不够全面以及着陆性能分析与实际飞行的矛盾等方面问题导致了飞机在高原机场一台发动机失效情况下的复飞存在一定的安全隐患。

3、一发失效复飞安全越障的解决方法

由于传统仪表飞行程序设计、CCAR25和CCAR121部的规定以及航空公司的着陆分析之间存在矛盾之处，因此在一些高原机场出现一发失效复飞时可能无法保证安全越障。为确保在一发失效复飞时能安全越障可以考虑以下几方面的工作。

（1）进行着陆性能分析时，考虑飞机在一发失效的情况下能够满足公布的复飞爬升梯度

该方法适合在一般高原机场（如贵阳/龙洞堡机场）和净空条件比较好的高高原机场(如格尔木机场)，目前大多数飞机的爬升性能在一般高原机场的衰减不十分显著，再加上复飞程序的爬升梯度较小，航空公司考虑一台发动机失效的情况进行着陆性能计算，通常不会有太大的业载损失。但是在一些高原复杂机场受到周围地形的限制，复飞爬升梯度较高（例如拉萨），如果要求飞机在一台发动机失效的情况下满足复飞爬升梯度要求，会对航空公司运行的经济性带来极大的负面影响。

以拉萨/贡嘎机场为例，计算条件为A319-115（发动机型号CFM56-5B7）机型，外界大气温度ISA+30，跑道风分量0。航空公司目前着陆分析计算的“最大允许着陆重量”为60.63吨，该重量受进近爬升梯度（2.1%）限制。如果考虑一发失效满足公布的复飞爬升梯度3%限制的着陆重量为55.88吨。两者相差4.75吨，如果旅客按照每人75Kg计算，要减少63名旅客，客座减少50%，当然这一结果对航空公司来说是不能接受的。

（2）参考制定起飞一台发动机失效离场程序的方法，设计一台发动机失效的复飞程序。

AC—121FS－006《飞机航线运营应进行的飞机性能分析》的附录中有相关描述“……如在着陆过程中出现一发失效且无法安全着陆的情况时，可选用同方向的起飞应急程序飞行。………”

但问题在于目前航空公司制定的一台发动机失效离场程序很多是基于目视飞行（特别是在高原特殊机场），而飞机复飞的主要原因之一就是“不能建立所需的目视参考”，因此使用基于目视飞行的一台发动机失效离场程序作为一台发动机失效复飞的程序在实际操作上有一定的困难，因此应该参考一台发动机失效的离场程序，专门制定一台发动机失效的复飞程序。

在制定一台发动机失效的复飞程序时应该考虑航迹定义、地面导航设备提供的航迹引导、导航系统误差、飞行技术误差等不利因素，特别是应该考虑飞行技术误差，因为在一台发动机失效的情况下复飞会产生较大的偏转力矩，对航迹的控制会产生一定的影响。

（3）RNP技术的应用

RNP作为目前最先进的导航方法，可以在导航设备信号覆盖的范围内沿任意航迹飞行。使用RNP技术可以充分利用机载导航系统、显示系统、飞行管理系统、自动飞行指引系统等先进设备，选择地形最佳的飞行航迹。RNP飞行程序不仅提供正常的进离场程序和起飞一发失效应急程序，而且其复飞程序能够满足飞机在一台发动机失效的情况下的越障要求。

中国民航是率先应用RNP技术的国家之一，特别是中国国际航空公司在拉萨、邦达、林芝等高高原机场已成功地实施了RNP运行，不仅大大提高了航班正点率，减少了返航和备降，同时也提高了高原机场运行的安全水平。随着RNP技术的应用和推广将有效地解决飞机在高原机场一台发动机失效的复飞安全越障的问题。