極端氣候環境條件下民用飛機典型飛行事故研究

張惠，吳敬濤

極端氣候環境條件下民用飛機典型飛行事故研究

張惠，吳敬濤

（中國飛機強度研究所三十一室，陜西 西安 710065）

綜述歷年來極端氣候環境條件導致的民用飛機典型事故，分析不同氣候環境條件對飛機系統以及飛行條件造成的影響，并討論飛機地面氣候環境試驗的重要性。以飛機事故產生的原因分析為出發點，給出了不同條件下飛機地面氣候環境試驗下飛機的重點檢查部位。

極端氣候；飛機事故；氣候試驗；飛機系統

在民用航空全球化的今天，民用飛機已在全球范圍內廣泛使用，在其經歷的多種任務剖面內，極可能遭遇世界各地的地表氣候條件。在運營階段，民用飛機不可避免地要遭遇高溫、高寒、濕熱、結冰等極端氣候環境。如果飛機的環境適應性能力不足，極端氣候輕則可能降低飛機的使用性能，影響飛機運行；重則可能導致飛機發生安全性事故，嚴重時甚至還會發生機毀人亡的災難。

在分析歷年來典型民機飛行事故的基礎上，對極端氣候環境條件導致的飛行事故原因進行深層次剖析，分析結果可為民用飛機在設計階段的氣候環境適應性要求的確定和運營使用階段的氣候環境適應性能力改進提供參考。文中給出的不同氣候環境條件下的重點檢查部位要求，可用于指導飛機地面氣候環境試驗工作。

1 民機系統定義

民用飛機的主要系統包括燃油系統、液壓系統、起落架系統、飛行操縱系統、氣源系統、空調系統、氧氣系統、防火系統、防冰除雨系統、艙門以及機上設施等。在不同的氣候環境條件下，飛機可能會出現不同的系統故障。譬如低溫條件可能會造成燃油系統的滲漏，結冰造成發動機系統故障，高溫會導致機載設備出現閥值故障等。因此，在分析極端氣候環境對飛機造成的影響時，應從飛機系統出發，并結合具體的飛行事故案例進行分析。

2 飛機事故定義

飛機事故是指在所有人登上飛機直至所有人下飛機為止的時間內，所發生的與飛機運行有關的事件。此事件中包括人員遭受致命傷害或重傷、飛機受到損壞或結構故障、飛機失蹤或者處于完全無法接近的地方。

飛機發生飛行事故的原因眾多，與極端氣候環境相關的主要因素如下：①由于氣候環境引起機身失效，發動機、操縱舵面、儀表、系統、起落架的損壞或者功能失效；②由于氣候環境引起的尾流；③由于氣候環境引起的外來物損壞；④由于可視度低，造成駕駛員的操作失誤；⑤由于閃電、暴雨等，造成飛機信號中斷；⑥由于風切變，造成的飛機氣動性能的改變；⑦由于結冰，導致飛機的流場變化；⑧由于結冰，發動機吸冰而造成發動機熄火停車等。

3 典型氣候條件下的飛機事故綜述

中國的民航事業起步于20世紀初，在最初的二三十年里空難頻發。飛機事故發生的主要原因在于早期的飛機適航標準和適航條例不夠完備。既有飛機在安全性、可靠性設計方面的設計經驗欠缺因素，也有主機廠所、適航當局等對飛機的環境適應性能力認識不足等問題。由于耐候性品質先天不足，在遭遇惡劣氣候環境影響時，飛機的不同部位就會受到不同程度的損害。因此，對歷年來極端氣候環境導致的民機典型飛行事故進行統計分析就顯得十分重要。

各種惡劣天氣引發的飛機飛行事故比例如圖1所示。從圖1中可以看出，在各種惡劣天氣引起的典型飛行事故中，主要的天氣因素有六大類，其中風切變是導致飛行事故發生最主要的因素，占47.7%，然后依次是結冰、大雨、暴風雪、太陽輻照、低溫、大霧。飛行中太陽輻照對飛機造成的影響主要是使得飛機艙體和電氣設備表面的誘發溫度過高，所以文中研究的太陽輻照對飛機的影響主要歸結為高溫對飛機造成的影響。

圖1 各種惡劣天氣引發的飛機飛行事故比例

文中的飛機事故統計數據均來自與氣候環境相關的事件數據庫，涉及到客運、貨運、通用類飛機在飛行中因遭遇大霧、結冰、暴風雪、大雨、風切變、極端高、低溫等氣候環境因素所引發的相關飛機事故數據信息[1-2]。

3.1 風切邊引起的飛機事故

歷年來風切變是導致飛行事故發生的最主要因素。飛機在低空飛行時，會遇到風切變，發生在低空的風切變是飛機起飛和著陸階段的一個主要危險因素，被人們稱為“無形殺手”。風切變導致的飛行事故都發生在飛行高度低于300 m的起飛和著陸階段。

由風切變導致的典型飛行事故案例如下：①2004年，臺灣的ATR72-500客機在臺灣省澎湖縣墜毀。事故原因為特大暴雨中的垂直風切邊，導致飛機因升力不足墜毀，造成飛機上48人遇難，15人受傷。②2007-09-16，泰國航空公司一架MD-82客機從曼谷飛往普吉島，飛機降落時恰逢暴風雨，遭遇了風切變，導致降落失敗，滑出跑道，與附近建筑發生碰撞，造成飛機起火爆炸。③2018-08-28，首都航空由北京飛往澳門的JD5759航班，降落時疑似遭遇風切變，在機體受損、前起落架斷裂的情況下，飛機復飛并成功備降寶安機場。

風切變中的低空風切變是飛機起飛降落階段威脅飛機安全的主要危險因素。風切變常伴隨有其他惡劣氣候條件如暴風雨等。風切變可能會導致飛機周圍的氣流速度和方向突然發生變化，飛機升力也發生變化，從而使得飛機無法保持平衡。由于風切變在飛機的氣候環境實驗中難于模擬，所以只進行風吹雨氣候環境試驗，風吹雨試驗需要重點檢查飛機的密封性、發動機性能、起落架系統以及操縱系統的穩定性。

在進行風吹雨試驗時，在風速達到65節時，檢查艙門的密封性能是否良好，增壓泄漏量以及漏水量是否滿足設計要求；發動機的各項性能指標是否滿足設計要求，起落架系統是否可以準確地釋放和收起；操縱系統的各項指標信號顯示是否正常，可操縱性是否滿足設計要求。

3.2 結冰引起的飛機事故

結冰天氣嚴重威脅飛機的飛行安全。1975—2018年期間，由結冰引起的災難性飛行事故占總事故的14.30%左右。飛機結冰被認為是航空領域影響飛機飛行安全的六大主要氣候因素之一[3-5]。

由結冰所導致的空難如下：①2006-06，An-1-2飛機由于結冰失去控制，最終在山區墜毀，死亡40人。②1993-11-

13，由北京飛往烏魯木齊的飛機MD-82，在烏魯木齊機場降落過程中，由于云中有輕度結冰，地面人員指揮飛行員按盲降進行。由于跑道端頭的霧越來越厚，飛機撞擊高壓線后墜地，飛機墜地后燒毀。機上8名乘客和4名機組人員遇難。③2009-10-28，空客A330-200型飛機在起飛至關島附近時，機組人員收到一系列飛機中央電子監控儀錯誤信息，飛機被迫提前降落。

目前，飛機的除冰系統都是按照25部附錄C結冰條件進行的。CCAR25.1323中要求空速指示系統盡可能防止結冰而失靈。適航當局發布的防除冰適航性要求中，也加入了防除冰系統的設計要求。飛機在結冰環境條件下進行氣候環境試驗，需要重點檢查飛機的防冰、除冰系統是否能正常工作，飛機的發動機系統是否能正常工作，飛機的皮托管測試數據是否準確。飛機的起落架系統是否收放正常。

飛機在實驗室進行結冰試驗時，結冰條件按照CCAR25部規章附錄C的結冰氣象包線設計。驗證飛機的防除冰系統的告警系統、控制系統是否正常工作，其除冰能力能否保持風擋玻璃外表面有足夠的清潔區域，以滿足駕駛員外部視野清晰度要求；驗證飛機部件的結冰特征、防護性能；驗證發動機系統的啟動性能；檢查飛機皮托管表面的結冰情況等。

3.3 大雨引起的飛機事故

大雨對飛機的飛行也會造成致命的影響，飛機事故統計數據顯示，大雨造成的飛行事故占12.15%。大雨造成的典型飛行事故案例如下：①1994-07-20，波音737由西雙版納出發前往中國昆明，由于雨大、能見度差，機組使用風擋刷在高速位，并噴防雨劑，效果不明顯，跑道模糊。飛機強行降落，造成飛機左右發動機嚴重受損、飛機報廢。②1999-03-24，一架空客A300-600飛機，在希臘羅得島迪亞戈拉斯機場著陸時滑出跑道，前起落架折斷。事故原因為飛機在大雨條件下著陸時沖出跑道，前起落架折斷。③2010-03，波音727-200飛機，從加拿大哈密爾頓起飛，在跑道著陸時，沖出跑道，飛機起落架陷入泥土[1]。事故原因為飛機在下降至距離地面600 ft高度時，遭遇大雨，飛機在返回跑道中心線時，由于推力過大，沖出跑道。

通過分析大雨造成的飛行事故，不難發現，雨水對飛機的影響大致可分為五種：①潮濕環境下，雨水滲透進入燃油系統，會對飛行安全造成影響。②雨水形成的水霧可能會阻礙飛行員的視線，進而影響飛行員的目視距離。③雨天在低空區域可能會產生下降氣流，造成飛機升力減小，高度下降。雨量越大，下降氣流越大。所以，在大雨和暴雨情況下飛機不適合起降。④大雨會使飛機失去控制，飛機跑道被污染，飛機滑出跑道。⑤發動機吸入雨水，造成停車。

大雨條件下，進行飛機氣候環境試驗，需要重點檢查飛機的艙體密封性、電氣設備的密封性、飛機的發動機功能以及性能，而且在大雨條件下飛行員的目視距離也應列入檢查范圍。

3.4 暴風雪引起的飛機事故

飛機在飛行過程中遇到暴風雪，暴風雪對飛機的飛行也會造成致命的影響，暴風雪造成的飛行典型事故案例如下：①1977-04-04，DC-9客機載著81名乘客及4名機組人員從亨茨維爾起飛，當飛機起飛10 min后，機組人員發現飛機遭遇了暴風雪，飛機緊急降落，機翼撞擊路旁樹木、加油站和加油站內的車輛，機上62人及地面8人喪生。事故原因為飛機的除冰系統發生故障，在遭遇暴風雪時，飛行員視野模糊，導致飛機下降過程中撞樹造成飛機墜毀。②1982-01-13，佛羅里達航空公司90號班機波音737-222自華盛頓機場起飛時因發動機吸入冰雪導致推力不足而失速墜落。③2008-07，MD-88飛機在執行包機任務時，由于大雪污染跑道，導致飛機在機場著陸時失去控制。

除了暴風雪導致的上述事故以外，飛機在飛行過程中遇到暴風雪，還可能造成以下危害：①如果飛行外界溫度升高，暴風雪在飛機座艙蓋附近融化，水滴的滲透可能會造成電子電氣設備短路而產生故障；②暴風雪可能覆蓋在機身表面，導致飛機表面結冰、飛機進氣道結冰；③在遇到暴風雪時，可能會使飛行員視野模糊，飛行員無法維持正常的起飛和降落；④暴風雪可能會造成跑道結冰，導致飛機無法起飛。在進行暴風雪的地面氣候環境試驗時，需要重點檢查飛機防除冰系統、發動機、操縱系統、起落架系統是否正常工作。

3.5 極端高、低溫引起的飛機事故

高溫、低溫是飛機在運行過程中所遇到的最為常見的環境。飛機的機載電子電氣設備、液壓系統、燃油系統能夠正常工作也有一定的溫度限制。極端溫差可能會導致飛機系統上的相應結構（譬如方向舵上的液壓器出現卡滯等）出現故障等。由于極端溫度導致的飛行事故如下：①1991-03-03，一架波音737-200飛機，載著20名乘客及5名機組人員前往羅拉奪泉機場，到達目的機場后，由于飛機方向舵的液壓器在經歷極端溫差后，被卡滯，飛機向右傾側，并立即失速翻滾，25人全部喪生；②1994-09，波音737客機在飛行過程中，飛機方向舵的液壓器經歷高、低溫后，被卡住，導致飛機墜毀在一森林中，死亡132人；③2004年，CRJ200飛機從中國內蒙古包頭起飛，由于溫度原因，在包頭北海公園墜毀。

極端高溫可能會導致電子電氣設備性能下降、結構承載能力下降，溫度太低會導致電子、電氣設備無法正常啟動、液壓油和燃油結冰等。極端溫差可能會導致飛機因為連接固定零件收縮率不同，導致機件卡死。

在進行極端高溫氣候環境試驗時，要檢查飛機上所有電氣設備是否能正常工作，飛機的環控系統是否能正常工作。

在進行低溫環境條件試驗時，要檢查飛機的起落架系統、操縱系統和飛機的發動機系統、APU是否能正常工作。

實驗室氣候環境試驗的低溫環境條件為﹣55 ℃，一般飛機在進行低溫環境試驗時，在﹣55 ℃環境下保溫6 h，升溫至﹣40 ℃，檢查飛機發動機的功能和性能、起落架系統的收放性能、操縱系統的操縱性能以及環控系統的通風性能、電子設備的功能和性能。

高溫高濕環境試驗以及高溫結合太陽輻照的環境試驗都屬于高溫試驗范疇，此時需要考核飛機環控系統的降溫能力、液壓系統的功能和性能以及所有的電子電氣設備的工作能力。

3.6 大霧引起的飛機事故

由于大霧所導致的典型空難如下：①1931-11-19，“濟南號”郵政飛機因大霧而撞山墜毀；②1946-03-17，一架美制C-47運輸機在從青島飛往南京途中，因氣候惡劣在南京西郊的岱山撞山墜毀，機上13人全部遇難；③1946-04-08，一架美制運輸機因氣候惡劣而迷失方向，在晉西北興縣東南部的黑茶山撞山墜毀，17人全部遇難；④1946-12-25，因上海大霧導致夜間能見度不佳，中央航空運輸公司48號、中國航空140號及115號客機先后墜毀，共造成74人死亡，8人受傷，史稱“黑色圣誕之夜空難”。

分析事故原因發現，這些安全事故都是由于大霧所引起的。大霧條件下的低能見度導致飛行事故發生的主要原因有：①在飛機著陸時看不清跑道，使飛機偏離跑道或過早、過遲接地；②飛行指揮員看不見飛機，造成指揮失誤；③飛行員看不清地標，憑借感覺和儀表飛行時，由于心理壓力產生操縱失誤，引發事故。

《大型飛機公共航空運輸承運人運行合格審定規則》（CCAR—121）和《最低氣象條件》中對于飛機的起飛能見度要求至少在600 m以上。當機場能見度低于350 m，航班無法起飛；低于500 m時，航班無法降落；如果能見度低于50 m，無法進行航班滑行。

在大霧條件下，儀表著陸系統需要引導飛機進行著陸。因此，在進行地面氣候環境試驗時，需要重點檢查儀表著陸系統在此環境條件下是否能正常工作，并對飛行員的目視距離進行檢查；還需要驗證風擋加熱系統功能是否正常，在進行環境試驗時，機組人員需要對其效能進行評估。

4 總結

本文研究了民機在極端氣候環境條件下的典型飛行事故案例，研究結果表明風切變引起的安全事故所占比例最高，但是風切變在地面氣候環境試驗中難以實現，只能分析風切變引起的系統失效機理，并在飛機系統設計中加以改進以及在系統級別的試驗中加以關注。結冰、大雨、暴風雪、大霧、極端高低溫都可以在整機環境實驗室中模擬，并針對飛機的主要關注部位進行考核。文中針對具體的實驗科目給出了具體的考核部位。對于考核要求，由于不同飛機的環境適應性要求不同，所以，需要在編寫試驗大綱時結合任務書和環境適應性設計要求來給出更為詳盡的試驗要求。本研究可用于指導飛機氣候環境試驗科目的選擇以及試驗過程中具體考核對象的檢查。

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V245.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.15.054

2095－6835（2019）15－0132－03

〔編輯：張思楠〕