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转自:航空制造网;作者:阿拉莹

在分析航空事故时我们发现,冲出跑道通常被认为是飞机整机损失的头号原因。这种事故很多都发生在由于污染导致刹车效应降低的跑道。


空客及其子公司NAVBLUE研究出一种新的技术:将飞机作为一种传感器,来测定跑道的刹车效应,空客还会将此数据分享,使后续到场飞机受益。

冲出跑道及其技术

冲出跑道被列为全球商用飞机三大事故之一。

事故的统计数据显示,1998年至2017年间,冲出跑道导致35%的整机损失事故,14%致命事故。根据此数据,空客及其他制造商正研究减少冲出跑道事故的技术。

一些产品,如空客的ROPS(Runway Overrun Prevention System跑道冲出预防系统)已经投入使用,并为机组提供了实时能量及着陆性能监控数据。


然而,对于着陆性能计算的有效性来说,精确的跑道状态信息十分关键,从而能够提高飞行员对跑道表面条件的感知。

确实,国家安全机构,包括美国NTSB(国家运输安全委员会)以及英国AAIB(航空事故调查局)以明确对“一种操作可行的飞机刹车能力/道面条件测量和通信系统”的需求。

当前测量道面条件的方法

当前,一般有三种方法用于评估跑道的表面状态:

跑道污染类型及深度观察地面摩擦测量飞行员报告的刹车效应


一般来说,第一种跑道污染类型及深度观察是由机场人员实施的,采用目视观察与污染点检查相结合的方式评估跑道状态。然而,采用这种方法,很难在跑道状态报告中使用简练的文字描述整条跑道中不同的表面状态差异。


此外,在降雨和/或结冰/融冰状态下,待报告发出时,其中的信息可能已经失去时效性。

地面摩擦测量能够为跑道具体点的测量提供更加量化的方式。然而,正如NTSB说述,这种方法对于识别跑道表面状态趋势十分有效,但是不建议用于预测飞机刹车性能。

这主要由于飞机刹车性能缺乏关联,以及设备设计和校准的多样性。

机场运营人负责生成跑道状态代码,飞行员负责提供精确的刹车效应报告。实际上,飞行员提供的刹车效应报告在预防飞机冲出跑道中起着十分重要的作用。

刹车效应报告内容包括飞行员对使用机轮刹车时飞行响应状态的评估。表1列出了此类报告中ICAO,FAA以及EASA规定的术语。


表1 污染跑道的跑道表面条件代码(RWYCC)定义

注:道面条件代码6指的是在干跑道和未污染跑道上的正常刹车效应

这些规则预计到2020年11月,将在全球范围实施。在这些规则下,飞行员需要在ATC要求时,或当飞行员人为刹车效应小于此前报告情况时,向其报告刹车效应。而ATC则需要将信息传递给机场运营人,并根据具体情况,向近进中的其他飞机播报。

这些规则还定义了当跑道状态恶化到连续收到两份“Poor(差)”时应采取的行动。在这种情况下,机场需要重新评估跑道状态。此外,如果收到“Less Than Poor (劣)”刹车效应报告,应关闭跑道直到机场运营人改善了跑道状态。

因此,这种报告在跑道表面状态评估及报告程序中发挥着重要作用。


刹车效应报告的难点

飞机减速源于多个力:气动阻力,由机身特别是导流片产生;反推力,如有;机轮刹车。

一般来说,一份刹车效应报告应该包括机轮刹车的可用情况(抑或没有)。对于飞行员来说,难点在于实时区分整个减速中哪些部分来源于机轮刹车。而在污染跑道上使用了自动刹车会增加这个难度。自动刹车系统控制减速率,当没有达到设定减速率时,飞行员能够发现机轮刹车不足,但是仍然很难确定每个部分为刹车贡献多少。

当飞机减速至较低的速度时(一般为低于60节),飞行员通常使用手动刹车,在此速度下,气动阻力以及反推力可以忽略。通常在此剖面时,飞行员能够通过使用刹车踏板知晓刹车效应,更容易“感受到”跑道。

综合这些复杂因素,对于飞行员来说做出精确的报告并不容易,而且刹车报告的质量还可能因人而异。为了解决这个问题,提供客观、标准的刹车效应报告,空客研究出一项技术:使用飞机地面运行测定的数据来确定刹车效应。


使用飞机作为测定道面条件的传感器

刹车效应计算功能

空客一直在研究飞机的一项新的功能来解决NTSB和其他国家安全机构的需求——一种操作可行的飞机刹车能力/道面条件测量和通信系统。

在空客的飞机上实现的这个功能被称作“刹车效应计算功能”(BACF)。

此功能基本原理为:在着陆之后,使用飞机在减速滑跑过程中测定的数据来确定刹车效应等级。使用飞机性能模型,能够区别出减速的哪些部分来自于空气动力、反推力或机轮刹车。

之后,通过将实际刹车性能与不同参考道面条件下的刹车性能进行对比,找到最接近的跑道状态,从而确定实际道面条件。

此外,在确定跑道状态后,利用机上导航系统的GPS数据也能够确定飞机所处的跑道的具体位置。此功能能够确定跑道上不同位置点的多种状态。

在飞机速度下降至30节以下几秒钟后,飞行员可以查看MCDU页面中的跑道状态详细信息(见下图)。如果飞行员认为跑道较滑,或者与ATS(空中交通服务)所播报的条件不一致时,飞行员可以在适当时机将此页面信息报告给ATS。



MCDU显示中BACF跑道状态数据页面


NAVBLUE开发的RunwaySense(跑道感知)

如图所示,除了飞行员能够通过MCDU查看信息之外,BACF计算出的数据也会通过ACARS(飞机通讯寻址与报告系统)自动发送至NAVBLUE。



机场及航空公司运营与BACF和NAVBLUE整合示意图


此项技术与很多手机交通应用软件相似,将交通数据实时分享给驾驶员从而避免交通拥堵。

空客——NAVBLUE的新技术的目的是为用户提供实时分享报告的平台,以此用户能够对道面条件趋势有更好的感知。参与分享的飞机越多,实时道面条件图就会越准确。

这项服务的用户能够查看整个机场的道面条件数据,或者单独查看某一特定跑道。机场级别的信息会提供机场的状态,而通过跑道级别的信息,用户能够根据不同气象条件,如风、温度及湿度等检查道面条件趋势。



NAVBLUE的RunwaySense软件跑道详情图示,包括最近着陆飞机提供的跑道状态信息


研究与测试

BACF技术原型的研究于2015年在空客开始进行。之后,自2017年开始,一直在同个别航空公司一起进行在线测试。

截止到今天,这项功能完成了对超过50,000个航班的监控,也证明了其能够探测跑道污染并确定道面条件的能力。

其中,在查看欧洲某机场几架装备BACF飞机雪天着陆的数据时发现,随着雪量增大,刹车效应随之发生变化。

在2mm厚度雪覆盖时,ATC播报“好到中”(RWYCC4)道面条件。



降雪条件下的使用测试阐明了飞机作为跑道状态传感器的优点

之后,在大约35分钟后,四架装备BACF飞机着陆时,报告“中到差”(RWYCC2)刹车效应。这也说明了使用飞机作为传感器能够增加准确性。

在ATC初始播报发出大约40分钟后,雪量增大。道面条件随后被五架飞机记录为“差”(RWYCC1)刹车效应。由此可以看出机场接收实时测定数据对于提高运行安全管理大有裨益。

最初BACF将会首先装备到A320系列飞机。计划从2018年9月开始,有6家航空公司率先投入使用。


A330系列将是第二个使用BACF的机型,计划在2020年进行初始加装。

在飞机的定义阶段,可以选择此项功能。也可以之后进行加装——将AOC(航空公司运行中心)应用程序下载至ATSU(空中交通服务单元)。

在2019年,空客将决定是否在A350XWB以及A380机型上使用BACF。

而这项功能将不会在A300/A310飞机上实现。

文章原文来源于外文网站,航空制造网编译整理