起飞与着陆中的滑水现象、侧风影响及机组训练

起飞与着陆中的滑水现象 侧风影起飞与着陆中的滑水现象 侧风影 响及机组训练响及机组训练 大雨和侧风的不利气象条件给减速停机带来许多问题 在这种 情况下如果因飞机故障要求中断起飞或着陆接地后将飞机停住 而不冲出或偏离跑道对机组来说是一种挑战 近几年的研究成果和技术改进使这类问题有所缓解 但问题仍 然存在 有关在湿跑道上高速着陆或中断起飞而冲出跑道的事 故和事故征候每年都还发生 导致高速着陆和中断起飞时发生 事故的因素是非常相似的 一 冲出跑道事故不断发生 波音公司最近一份研究报告表明 在 30 年的喷气机运输中与中 断起飞有关的冲出跑道事故有 48 起 死亡 400 多人 另外还有 28 起严重的事故征候 同时报告还指出 在冲出跑道的事故率 方面至今还没有明显的改善 喷气机运输事故统计表明 3000 次起飞中有一次中断起飞 大约 有 1 3 的中断起飞是不成功的 导致严重的冲出跑道事故或事 故征候 按照这一比率 每年的 1500 万次起飞中至少会出现 5 起中断起飞冲出跑道事故或事故征候 一些研究报告指出过去发生的中断起飞冲出跑道的事故和事故 征候中有 80 是可以避免的 当飞机在跑道上快速加速时 飞 行员在驾驶舱这样紧张的环境中做出中断起飞的决定不象事后 经仔细研究分析做出的决定那样可靠 波音公司的研究表明 大约 74 的中断起飞是与发动机毫无关 系的 虽然在模拟机训练中 中断起飞通常都用因发动机异常 情况来模拟 但是实际只有 26 的中断起飞是因发动机情况异 常 继之还有 24 因轮胎 起落架支柱故障 13 因飞机构形不 正确 其余的造成中断起飞的还有鸟击 机组配合等其他原因 及时地把对飞机的操纵权从副驾驶手里转到机长手里 对中断 起飞的决策是十分重要的 研究得出的结论是大多数中断起飞冲出跑道事故是可以预防的 同时研究还指出 58 的事件发生 v1 以后 在这样高的速度下 即使是在理想的气象条件 要在剩余跑道上减速并停机也是有 问题的 研究报告还指出 1 3 冲出跑道事故的主要原因与跑 道面的湿滑有关 二 滑水现象 与滑水现象有关的因素为人们所认识大约仅 30 年的时间 在这 之前与湿跑道有关的事故被认为是飞行员的过错 英国于 1956 年开展了最早的滑水现象的研究 这以后美国航空 航天局 nasa 也开展了许多这方面的研究 nasa 的研究发现 与滑水速度有直接关系的是轮胎的冲气压力 而不是轮胎的花 纹 nasa 的结论是轮胎冲气压力越高 滑水速度越大 现在 制造商已生产出更高压力的轮胎 其他的技术改进 如 防滑刹车装置和反推装置的改进 使喷气飞机在所有气象条件 下的高速着陆性能有所改善 1 滑水现象原理 滑水现象很复杂 对这一现象的研究工作一直没有停止 要完 整 详细地解释滑水现象原理是相当困难的 简单地说滑水现 象是指 冲气的飞机轮胎在有水 冰或融雪覆盖的跑道上滚动 时 轮胎接地表面与道面之间会产生流体动压力 随着地速的 增加 这一动压力也在增加 当达到某一临界速度时 流体动 压力等于飞机的重量 这时即达到滑水速度 当速度大于滑水 速度时 飞机轮胎将被流体动压力完全抬离地面 由水膜支持 着 使轮胎在跑道的水面上产生滑动 造成方向控制困难 前 轮转向失效和失去刹车 轮胎冲气不足会直接影响滑水速度 每降低 2 3 磅压力 滑水 速度将减小一节 造成轮胎冲气不足的原因很多 当飞机从气 温很低的高度快速下降 航前检查或维护不仔细等可能造成轮 胎的冲气不足 2 滑水速度计算方法 滑水速度是可以预测或计算的 它可用两个数字公式来表达 轮胎与地面的接触压力近似等于轮胎的充气压力 由此 用流 体动力学公式可导出两个不同情况下的滑水速度公式 第一个 公式是表示轮胎旋转减慢的情况 如飞机落地后减速和中断起 飞的情况 滑水速度等于 9 倍的轮胎冲气压力平方根 这一 公式用于计算各种飞机的近似滑水速度已有很多年了 第二个公式适用于着陆接地时的情况 这时轮胎是在旋转加速 过程中 滑水速度等于 7 7 倍的充气压力平方根 当跑道水深 大于轮胎纹理深度时 这个公式仍是适用的 假设轮胎的充气压力为 100 磅 用第一个公式计算 滑水速度 是 90 节 用第二个公式计算 滑水速度是 77 节 为了提高滑 水速度 防止滑水现象发生 大多数喷气飞机主轮胎的充气压 力至少达到 150 200 磅 平方英寸 3 三类滑水现象 nasa 将滑水现象划分为 3 类 1 动力滑水 dynamic hydroplaning 2 粘性滑水 viscous hydroplaning 3 橡胶复原滑水 revertedrubber hydroplaning 动力滑水的条件是跑道上的水深要达到 1 10 英寸以上 由于轮 胎与跑道间流体动压力的作用使轮胎被抬离地面 轮胎由水膜 支持 粘性滑水发生在水膜非常薄 大约 1 1000 英寸 的情况 粘性 滑水速度比动力滑水速度低得多 橡胶复原滑水的条件是有一段长时间的抱轮刹车滑动过程 以 及橡胶复原和跑道表面湿滑 橡胶复原的作用就像是轮胎与跑 道之间密封条 使聚积在轮胎接地面里的水不能很快地排出 这部分水被加热后产生蒸气 蒸气可以将轮胎抬离地面 从而 造成滑水现象 橡胶复原滑水现象会在跑道上留下一道白色的 痕迹 新的高性能的防滑刹车系统可以防止抱轮刹车时橡胶复 原滑水 三 侧风的影响 在跑道有积水或融雪的同时再加上存在侧风 这是一种最难控 制的情况 这种情况会严重减少轮胎与跑道的摩擦 容易造成 滑水现象 侧风引起的侧向力有推动飞机偏离跑道的趋势 这 种侧向力与侧风速度的平方成正比 也就是说 10 节侧风引起 的对飞机的侧向力是 5 节侧风的 4 倍 对着陆事故的回顾表明飞机偏出跑道的滑水事件远多于冲出跑 道的事件 这大多与侧风有关 近几年中 许多有关冲出跑道 的滑水事故 如 1989 年在纽约拉瓜迪亚机场波音 737 发生的一 起事故 是因高速中断起飞而引起的 nasa 正在支持 faa 开展 一项试验 评估用硬泡沫延长跑道端头区的作用 最近对航空 企业的调查表明 美国大约有 2 3 的民用机场有小于 1000 英尺 的跑道延伸区 四 机组训练 为了预防滑水现象 减少飞机在起飞和着陆时的冲出或偏出跑 道事故 近年来采取了一些技术措施 如轮胎设计的改进 跑 道开槽技术和刹车力测量技术的应用 防滑刹车系统的应用和 改进等 这些技术改进和新技术应用在减少飞机的起飞和着陆 事故方面起到了良好的作用 但是事故统计表明 大多数的起 飞和着陆事故与机组行为有关 因此 要更好地解决这类事故 问题 必须要进一步研究飞行机组的行为 改进飞行机组的训 练 由于起飞时的飞机构形与着陆时不同 飞行员的心理与思想准 备也不一样 因此 中断起飞后的减速停机与着陆时的减速停 机情况会有所不同 但就安全地减速停机这一目标来说两者是 相同的 波音公司于 1991 年应用波音 737 飞行模拟器进行了飞行员行为 的研究 这项研究观察了 24 名航线飞行员在中断起飞各个阶段 中的情况 模拟机模拟的意外情况包括 发动机故障 火警 系统故障指示和轮胎爆裂指示 根据研究结果 提出了如下几 项训练建议 1 要求机组更好地理解 v 速度的含意 2 必须强调正确的中断起飞刹车技术 3 必须考核中断起飞时对自动速度刹车的应用技术 4 训练中对于轮胎爆裂和轮胎故障应有更多的注意 5 在进行中断起飞的模拟机训练时应引入非发动机故障的 其他意外事件 6 机长应作出继续或中断起飞的决定 必要时亲自执行中 断起飞操纵 通过对飞行员的行为研究 波音公司制定出一项中断起飞安全 训练计划 takeoff safety training aid 以下是这项计划 比较重要的有关训练和操纵建议的内容 1 高速时大声报告 所有操作人员应采用大声报告的方式 提醒机组已进入起飞滑跑的高速 高风险工作状态 2 v1 时大声报告 v1 时必须大声报告 以便及时做出中断 起飞的决定和采取措施 3 中断起飞措施 在执行中断起飞机动时 每个操纵人员 应强调正确的指令和及时地应用减速力 同时 每个操纵人员 应采用标准的大声报告用语 清楚地而不是含糊不清地宣布中 断起飞的开始 4 中断起飞自动刹车 如果飞机装配有自动刹车系统 在 起飞滑跑前应将自动刹车开关设在中断起飞的位置 5 起飞简令 建议做起飞简令 包括对中断起飞的考虑 6 正确理解 v1 速度 在训练计划中要开展现状喷气运输机 性能中 v1 速度的讨论 并掌握正确运用 v1 速度概念的方法 7 湿滑跑道性能 在训练计划中每个操作人员应讨论跑道 表面成分的影响 即在有跑道表面污染和不利气象条件下各类 飞机的减速停机性能 8 反推性能 在训练计划中每个操作人员应讨论反推和速 度刹车分别在干的和湿滑的跑道上的减速停机性能 9 平衡跑道中断起飞 平衡跑道是指跑道长度等于某型飞 机所需的临界跑道长度 在训练计划中应包括在这种跑道起飞 时 当速度接近或达到 v1 中断起飞的情况下 每个操作人员以 最大努力减速停机的行为 10 警报 警告 系统异常 在训练计划中应训练在低速或高 速工作状态出现主警报或系统异常时机组的正确措施 11 轮胎故障 在训练计划中应训练在高速中发生轮胎故障 时机组的正确措施 12 刹车技术 在训练计划中应包括正确的刹车技术和要求 达到最大减速停机性能时的脚踏力 13 中断起飞时飞机控制的转交 在训练计划中应强调在中 断起飞过程中机组协作的重要性 除了波音公司开展的研究外 美国航空运输协会 ata 和美国 宇航工业协会 aia 组成的一个研究小组最近向