基于航線適應性的航路釋壓評估

摘"要：近年來，座艙失壓事故呈現(xiàn)上升的趨勢，針對當前情況，結合新機型投運前航線適應性分析中重要的安全性分析，提供系統(tǒng)的航路釋壓評估方案，并對實際運行提出安全可行的參考解決辦法，并運用空客性能軟件對北京到加德滿都飛行案例進行了評估，得出了階梯下降曲線以及對應航段所消耗的氧氣瓶數(shù)量，進一步調(diào)整釋壓點的位置，使結果對航司運行與飛行員決策更有參考意義。

關鍵詞：性能計算；座艙失壓；飛機氧氣系統(tǒng)；氧氣瓶供氧

1"概述

1.1"國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

對于高海拔地區(qū)的航線，日常飛行動態(tài)的監(jiān)控顯得尤為重要，完善易用的氧氣系統(tǒng)是失壓供氧的必要基礎。2012年，陳峘等對A320機組氧氣系統(tǒng)做了詳盡的介紹，在氧氣系統(tǒng)日常維護與風險預防等方面，提出了切實可行的措施［1］。2017年，賀海光等對波音機型便攜氧氣數(shù)量做出分析評估，從121部最根本的氧氣標準出發(fā)，結合波音777實例分析，使結果更加直觀易于理解［2］。2013年，梅永輝等對供氧的內(nèi)在機理與設備本身的結構進行了詳細闡述［3］。2019年，魏志強等對失壓后供氧系統(tǒng)的性能、供需氧氣總量及失壓后等效生理高度變化做了研究［4］。施興燦等在其研究中以旅客為主體，設置相關影響供氧方式與供氧總量的參數(shù)進行研究建模［5］。

1.2"規(guī)章中的供氧規(guī)定

121部根據(jù)發(fā)動機活塞渦輪的不同以及是否具有增壓座艙，對應急下降與補充氧氣有相關要求。25部的251438、25.1453條款從供氧設備、最小流量、氧氣分配、化學設備介紹以及防患設備規(guī)定等方面對供氧提出了詳細的要求。

2"空客機型氧氣瓶供氧航路釋壓評估方案設計

2.1"PEP軟件性能計算

首先從五項基本要素：空客機型、飛行計劃、航圖、障礙圖、失壓處置規(guī)章要求出發(fā)，借助空客軟件winpep計算緊急下降相關數(shù)據(jù)：氣動參數(shù)、發(fā)動機參數(shù)、大氣參數(shù)和計算參數(shù)，得出重量，時間，航程，速度等參數(shù)隨高度變化數(shù)據(jù)表。

2.2"ROUTE軟件供氧計算

進一步使用route軟件，選取合適的階梯下降方式，一般為2～3個障礙物下降一次，并計算各階段真空速，結合（winpep結果），繪制下降曲線，分別存入繼續(xù)前進下降（航路風設置頂風96節(jié)，填入失壓點距離目的地的地面距離），返航下降表格中（轉(zhuǎn)彎時間2.5min，風為0）。綜上計算出放行壓以及放行氧氣瓶的數(shù)量。

3"空客機型氧氣瓶供氧航路釋壓案例分析

3.1"障礙物剖面建立

通過航路軟件等相關渠道獲得航路點信息，便于釋壓點選取參考，對于實際運行中飛行員執(zhí)行釋壓程序有重要作用，障礙物的信息主要統(tǒng)計關鍵的障礙物，同樣按照航路走向，以累計程的形式來分端給出，以便繪制障礙物剖面簡圖時易于觀察高度變化走勢。下面以北京到加德滿都為例計算緊急下降的相關性能參數(shù)：首先選擇A319機型，緊急下降模塊，在氣動數(shù)據(jù)一欄中重點選擇，凈構型（clear）以及空氣剎車打開（Airbrakes"extended）。

3.2"PEP實例性能分析計算

在發(fā)動機數(shù)據(jù)一欄中選擇發(fā)動機平均水平（Average），以及所有引擎正常工作（Allengine"operative）；在大氣數(shù)據(jù)中按照要求，輸入溫度偏差ISA+13；重量一欄用MTOW和MLWD求得的平均重量參與計算，升限39000ft與釋壓程序結束點飛機降至10000ft以下，將兩高度輸入對應位置結合航路走向，按照管制規(guī)定高度層，選取合適的高度進行計算，并以Table格式進行輸出，其中對于輸出結果，時間一欄為倒序排列，其差值代表高度層之間的下降時間，距離一欄為飛機飛過的地面距離，可用于計算下降段飛機速度的水平分量。

3.3"下降軌跡初步建立

初步選擇航路中間的一個合適點為釋壓發(fā)生的點，通過飛機不同高度平飛與下降的速度時間計算，將相關的決策點（即失壓發(fā)生點）位置信息、真空速、時間等參數(shù)輸入對應位置，從而初步建立階梯下降曲線。

首先將北京至加德滿都航線整體考慮，建立剖面后，計算出無論是繼續(xù)前進還是返航必有一方耗氧量超過A319機型手冊中所規(guī)定的最多8瓶氧氣的限度，所以進一步考慮選取兩個航路備降場來分段建立釋壓程序，計算耗氧總量。

然后將航線分為北京至成都、成都至拉薩、拉薩至加德滿都三段，分別重新建立合適的接替下降曲線，運用同樣的方式得出速度、高度、時間等信息后最終計算出每段耗氧總量均符合要求。具體參數(shù)與飛行剖面分別如圖1所示：

圖1"具體參數(shù)與飛行剖面

3.4"優(yōu)化決策點選取及耗氧量計算

以上結果的釋壓點均是根據(jù)每段航段的歷程取其近似中間的一個合適點，在SHIF選項卡中設置而得到的結果，該結果初步滿足了氧氣瓶最大數(shù)量的需求。但考慮到實際運行過程安全、成本以及飛行員操作的相關因素，該結果并不是最優(yōu)的參考結果，所以進行了如下優(yōu)化。首先，分別比較同航段、同方向飛行時兩種下降方式的耗氧總量，這個數(shù)值作為計算的中間參量可以在PEP軟件黃色表格區(qū)域計算后查找到，進一步在移動釋壓點位置的同時，同步且合理地調(diào)整飛行軌跡使其繼續(xù)滿足越障需求，目的是找到一點使兩種下降方式的耗氧總量趨于相等，然后以該點為基礎，找尋其最近的航路點最作為釋壓點，計算氧氣量并設置合理的放行壓，從而得出最終的方案。優(yōu)化后的各剖面如圖2所示，并將優(yōu)化前后耗氧量對照與航路點選取整理如下表所示：

3.5"實際運行方案提出

為便于飛行員在失壓發(fā)生后能準確決策備降方式，同時準確判斷多個下降點的準確位置，在上述優(yōu)化選取決策點的基礎上，進一步結合route軟件下降軌跡建立過程中軟件計算，并在黃色區(qū)域呈現(xiàn)出來距離等相關參數(shù)，結合相鄰航路點的經(jīng)緯度信息，得出多個下降點經(jīng)緯度坐標，并得出如下方案。

3.5.1"北京至加德滿都航線

當飛機在北京至成都段發(fā)生失壓時，發(fā)生在決策點SUBUL之后選擇繼續(xù)前進至成都備降，初始巡航高度為36000ft，下降至13800ft改平，隨后平飛至（N34°13.3′，E108°51.2′）時下降至10000ft以下；在決策點SUBUL之前則選擇返航北京備降，初始巡航高度為36000ft，下降至12800ft改平，隨后平飛至（N30°36.4′，E104°29.5′）時下降至10000ft以下。

當飛機在成都至拉薩段發(fā)生失壓時，發(fā)生在決策點PARGU之后則選擇繼續(xù)前進至拉薩備降，初始巡航高度為36000ft，下降至25600ft改平，隨后平飛至（N30°17.5′，E93°51.2′）時開始下降，下降至21700ft時改平，隨后平飛至（N29°44′，E92°1.3′）時開始下降，隨后下降至10000ft以下；在決策點PARGU之前則選擇返航成都備降，初始巡航高度為36000ft，下降至20700ft改平，隨后平飛至（N30°39.1′，E103°35.5′）時開始下降，隨后下降至10000ft以下。

當飛機在拉薩至加德滿都段發(fā)生失壓時，發(fā)生在決策點NONIM之后則繼續(xù)前進至加德滿都降落，初始巡航高度為36000ft，下降至17700ft改平，隨后平飛至（N27°40.4′，E85°20.9′）時開始下降，隨后下降至10000ft以下；在決策點NONIM之前則選擇返航拉薩備降，初始巡航高度為36000ft，下降至24600ft改平，隨后平飛至（N29°18.5′，E90°42.7′）時開始下降，下降至22600ft改平，隨后平飛至（N29°18.1′，E90°53.6′）時開始下降，隨后下降至10000ft以下。

3.5.2"加德滿都至北京航線

當飛機在加德滿都至拉薩段發(fā)生失壓時，發(fā)生在決策點NONIM之后則繼續(xù)前進至拉薩降落，初始巡航高度為37000ft，下降至24600ft改平，隨后平飛至（N27°40.4′，E85°20.9′）時開始下降，隨后下降至10000ft以下；在決策點NONIM之前則選擇返航拉薩備降，初始巡航高度為36000ft，下降至24600ft改平，隨后平飛至（N29°19.5′，E90°14.5′）時開始下降，隨后下降至10000ft以下；在決策點NONIM之前則選擇返航加德滿都備降，初始巡航高度為37000ft，下降至24600ft改平，隨后平飛至（N27°28′，E87°15.8′）時開始下降，下降至17700ft改平，隨后平飛至（N27°35.3′，E85°44.3′）時開始下降，隨后下降至10000ft以下。

當飛機在拉薩至成都段發(fā)生失壓時，發(fā)生在決策點DHC之后則選擇繼續(xù)前進至成都備降，初始巡航高度為37000ft，下降至22600ft改平，隨后平飛至（N30°41.9′，E102°57.5′）時開始下降，隨后下降至10000ft以下；在決策點DHC之前則選擇返航拉薩備降，初始巡航高度為37000ft，下降至25600ft改平，隨后平飛至（N29°57.4′，E94°15.1′）時開始下降，下降至23600ft改平，隨后平飛至（N29°15.3′，E91°15.9′）時開始下降，隨后下降至10000ft以下。

當飛機在成都至北京段發(fā)生失壓時，發(fā)生在決策點SUBUL之后選擇繼續(xù)前進至北京備降，初始巡航高度為37000ft，下降至12800ft改平，隨后平飛至（N34°13.3′，E108°51.2′）時繼續(xù)下降，隨后下降至10000ft以下；在決策點SUBUL之前則選擇返航成都備降，初始巡航高度為37000ft，下降至13800ft改平，隨后平飛至（N30°41.1′，E104°6.6′）時繼續(xù)下降，隨后下降至10000ft以下。

4"結論

本文結合國內(nèi)外研究文獻，從飛機的氧氣系統(tǒng)、供氧規(guī)章條例以及失壓對人的影響等方面出發(fā)，結合性能軟件與航路軟件的使用流程設計出空客機型氧氣瓶供氧航路釋壓評估方案。然后針對北京至加德滿都的實例，建立障礙物航路點結合的剖面圖，最后根據(jù)已有的航路風溫等信息，利用性能軟件計算出下降參數(shù)，從而初步建立合適的階梯下降軌跡。考慮到實際運行的參考意義，對決策點進行進一步優(yōu)化，并計算出下降點的經(jīng)緯度坐標，從而對下降軌跡進行便于飛行員操作的描述，最終設置合適的放行壓并得出所需瓶氧數(shù)量。

參考文獻：

［1］陳峘，王曉春.A320飛機機組氧氣系統(tǒng)［J］.江蘇航空，2012（04）：4445.

［2］賀海光.波音飛機便攜式氧氣瓶放行數(shù)量分析評估［J］.航空維修與工程，2017（11）：6466.

［3］梅永輝，盧齊英.飛機供氧原理與結構［J］.科技創(chuàng)新導報，2013（02）：108.

［4］魏志強，龐西寧.民用飛機客艙失壓后供氧量計算［J］.航天醫(yī)學與醫(yī)學工程，2019，32（05）：426431.

［5］施興燦，雷鳴俊.民用飛機旅客氧氣系統(tǒng)研究［J］.科技信息，2011（22）：429430.

作者簡介：李尚仁（1978—"），男，漢族，青海樂都人，本科，高級工程師，研究方向：機場工程建設、管理和研究相關工作。