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Safety first | 将飞机用作污染跑道上的传感器

3系飞行员  · 公众号  ·  · 2020-10-28 21:58

正文


在任何航空事故分析中,跑道偏离(RE)通常被认为是机体损坏的主要原因。 其中许多事故发生在跑道上,其中跑道表面的污染物会降低刹车性能。

空中客车公司及其子公司NAVBLUE已经开发出一种新技术,可以将飞机本身用作传感器来测量可用的跑道刹车效果,并随后共享该数据以利于航班运行。


跑道偏离(RE)及其原因

在商用喷气机世界中,众所周知,跑道偏离(RE)是最常见的三种事故之一。在最新的 【1958-2019 商业航空事故统计分析】 数据显示:在1999-2019年之间,RE造成了36%的全损事故和16%的致命事故。


鉴于这种情况,空中客车公司和其他制造商正在投资技术开发以减少RE事故的发生。


空中客车公司的ROPS(跑道超速预防系统)等产品功能已经投入使用,可为机组人员提供实时的能量和着陆性能监控信息。


但是,对跑道状况的准确了解是着陆性能计算的关键,这需要提高飞行员对跑道表面状况的认识。 包括美国NTSB和英国AAIB在内的国家安全机构已经确定了开发“基于飞机的可操作制动能力/跑道表面状况测量和通信系统”的需求。


当今衡量跑道表面状况的手段

如今,通常可以使用三种方法来评估跑道表面状况:
•跑道污染物类型和深度观察
•地面摩擦力测量
•飞行员的刹车效果报告

通常由机场人员在跑道表面进行污染物类型和深度的观察。通过目视观察和现场检查相结合来评估条件。但是,将跑道的整个宽度和长度上可能不同的条件合并为简洁的跑道状态报告可能是一项艰巨的任务。

另外,在活跃的降水和/或冻结/融化条件下,信息的有效性可能在发布后不久就过时了。 地面摩擦力测量提供了一种更加定量的方法,可以沿着跑道上的某些点进行测量。 但是,正如NTSB指出的那样,它们可用于识别跑道表面状况的趋势,但不建议用于预测飞机的停机性能。

这是由于缺乏与飞机刹车性能的相关性,以及设备设计和校准的可变性。 机场运营商负责为跑道生成跑道状况代码,而飞行员负责提供准确的刹车效果报告。 提供刹车效果报告是飞行员在防止所有飞机的跑道偏离中所起的重要作用。

刹车效果报告包含飞行员机轮刹车效果的评估。这些报告的最新术语由ICAO,FAA和EASA的规则制定活动确定,并在表中进行了解释。

根据这些新规则(预计将在2020年11月成为全球适用标准),要求飞行员在要求时或飞行员评估的刹车效果少于先前报告的情况下,必须向ATC广播刹车效果报告。将要求ATC将信息传递给机场运营商,并视情况传递给正在进近的其他飞行员。


如果跑道表面状况恶化到足以连续两次收到“不良”状况报告,则即将出台的规则还定义了机场的预期响应。在这种情况下,预计机场将重新评估跑道状况。另外,如果报告“刹车效果差”,则跑道将关闭以进行进一步的操作,直到机场操作员可以改善跑道的状况为止。


因此,这些报告在跑道表面状况评估和报告的周期中起着重要的作用。


做出刹车效果报告涉及的困难


飞机减速是由多种力产生的:

  • 机身特别是地面扰流板产生的空气阻力
  • 反推(如果有)
  • 刹车


通常,刹车效果报告应表征机轮刹车效果的可用性(或缺乏机轮刹车)。飞行员的困难在于实时区分总减速的哪一部分来自机轮制动器。


在受污染的跑道上通常使用自动刹车会加剧这一困难。由于自动刹车命令整个飞机的减速率,飞行员能够在未达到目标减速时检测到机轮刹车不足,但是仍然很难区分每个装置对减速的贡献程度。


一旦飞机减速到较低的速度(通常低于60kt),飞行员通常会使用人工刹车,在这些速度下,空气阻力和反推可以忽略不计。


鉴于这些复杂性,对于飞行员而言,做出准确的报告可能是一项艰巨的任务,而刹车效果报告的质量可能会受到不同飞行员之间主观性的影响。为了解决这个问题并提供客观和一致的刹车效果报告,空中客车公司开发了一种技术,该技术利用在地面行驶期间测得的飞机数据来识别可用的刹车动力。


使用飞机作为传感器来测量跑道状况

刹车制动计算功能

空中客车公司一直在开发一种新的飞机功能,以满足NTSB和其他国家航空安全机构确定的“可操作的基于飞机的制动能力/跑道表面状况测量和通信系统”的需求。


在空中客车飞机上执行此功能的过程称为“刹车制动计算功能”(BACF)。 该功能的基本原理是在降落后使用飞机在减速滑跑期间测得的数据来识别刹车作用水平。 通过使用飞机性能模型,可以区分减速部分来自气动、反推或刹车。


随后,通过将实际的机轮制动性能与不同“参考”跑道条件下的机轮制动性能模型进行比较,可以确定与经历的减速度最相似的跑道状态。


另外,使用可从飞机导航系统获得的GPS数据,可以在识别跑道状态时识别飞机在哪条跑道上。该功能可以识别跑道上不同点的几种状态。 飞机速度降至30kts以下几秒钟后,飞行员可以在专用的MCDU页面上获得有关跑道状态的详细信息。

【具有来自BACF跑道状态输出的MCDU屏幕示例】


如果飞行员认为跑道很滑,或者与空中交通服务(ATS)所传达的状态不同,则飞行员可以访问此信息并在适当的时候通过无线电广播给ATS。


NAVBLUE的跑道感应

如图所示:

【运营中整合BACF和NAVBLUE的跑道感应】


除了飞行员可通过MCDU获得的信息之外,BACF计算出的数据还通过ACARS消息自动发送到NAVBLUE。


NAVBLUE将在称为RunwaySense的Web服务平台上收集并显示结果。预计该服务的用户包括机场,航空公司运营中心和空中交通管制。 这种技术方法类似于实时共享交通数据以允许驾驶员查看并避免交通拥堵的各种移动交通应用。


这种新的空中客车NAVBLUE技术的目标是提供一个平台,空域用户可以在该平台上实时共享报告,以更好地了解跑道状况的发展趋势,并使机场能够预测和缓解滑行状况。参与共享的飞机越多,条件的实时地图就越好。 服务的用户将能够查看整个机场的跑道状况信息,或者查看单个跑道的状况信息。



机场级别信息将提供不同跑道上的机场的高级别状态,而跑道级别信息将使用户可以检查跑道状况趋势与不同的气候状况(例如风,温度和湿度)之间的关系。


开发与测试


空客于2015年开始开发BACF技术原型。 随后,自2017年11月以来一直在与选定的航空公司进行在役测试。 迄今为止,该功能已经监测了50,000多个在役航班,确实证明了其检测跑道污染和识别跑道状况的能力。



ATC最初报告覆盖了2毫米的积雪,ATC向即将来临的飞机报告了“良好至中等”(RWYCC 4)的跑道状况。


在该报告之后,大约35分钟内,有4架装有BACF的飞机降落在跑道上,并记录了“中度不良”(RWYCC 2)的刹车效果。这证明了通过使用飞机作为传感器在准确性方面的优势。


最初的ATC报告发布后大约40分钟,降雪量增加了。随后五架飞机记录了“ POOR”(RWYCC 1)制动动作,记录了跑道状况。这突显了机场接收实时测量数据以及运营安全管理的潜在优势。







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