从一起重落地事件试析特殊机场运行风险
不安全事件描述:2019年3月28日,某航 A319飞机执行昆明至丽江航班飞行,17:29(北京时间)在丽江机场20号跑道进近过程中低高度突遇顺风切变接地后弹起复飞,更换02号跑道后正常落地。译码显示最大着陆载荷2.74G,飞机停场检修。经事后调查,飞机进跑道后,低高度遭遇29节顺风切变,飞机下沉趋势明显,触发两声“Sink Rate”警告。机组采取带杆、晚收油门等措施,在接地前达到最大向后操纵杆量(QAR译码“-16”个单位)仍未能明显减缓下沉趋势,在无线电高度5英尺,风速达到最大29节,风向基本转为正顺风,飞机能量损失较快,导致飞机以小速度、大姿态快速下沉撞击地面。
上图为A319飞机执行丽江航班QAR,在丽江20号跑道接地后复飞过程中,38英尺下降率1008英尺/ 分钟,触发SinkRate警告 ,2秒后主轮接地,最大过载2.74g。
一、情况分析:
“3.28”事件经事后调查分析,进近低高度遭遇顺风切变,可能同时遭遇下沉气流,导致接地前速度减小、下降率大,并触发 GPWS SinkRate警告。主观上机组存在未对丽江大风乱流风险引起足够重视的问题,对低空乱流可能带来的危害程度预判不足,复飞准备不充分,意识不强。
客观上,接地复飞过程时间短且飞机状态变化大,50英尺以下反应式风切变探测功能受抑制,没有决断或动作性提示,机组无法迅速做出复飞决断和动作。
落地过载大的结果应为外界气象条件在短时改变,且变化幅度大所致,飞机以小速度、大下降率、大姿态接地。
由于接地前拉杆量大且时间相对较长,主轮接地姿态较大。由于接地前升降舵偏转幅度大,形成较大横轴上的俯仰变化率,接地后地面扰流板伸出,尽管机组主轮接地后减小带杆量并迅速做出稳杆动作,但俯仰姿态进一步增大至13.7度。
整个过程中,由于外界气象环境瞬间变化,短时间内飞机状态变化大,机组很难及时准确改出。
二、其他因素:
1.查询A320系列机型飞机飞行手册,飞机在无线电高度低于50英尺后,机载反应式风切变警告自动抑制(如下图)。在低高度遭遇风切变时不会有“WINDSHEAR”音响警告,在一定程度上会造成机组的延迟响应。
这就是为什么在事件当中,尽管顺风变量很大,飞机告警系统依旧没有语音提示的缘故。
2. 咨询A320机型发动机维护厂家,空中高慢车加油门到TOGA推力的数据,空客机务检查工单无数据。但我们发现,机务工单中有推力响应测试,发动机在地面推力从慢车加到爬升,正常响应时间值范围。
国内空客A320系列飞机选装的两款发动机CFM56-5B和V2500,机务维护工作中包含油门响应及加速测试单,厂家数据显示响应时间分别为:
*发动机从N1值30%,加油门到FLEX/MCT推力的响应时间为7.5秒(下图);
*发动机从IDLE,加油门到CLM推力的响应时间为6.2秒(下图)。
飞机进近从跑道入口50英尺到接地,消耗时间约为3秒。受丽江高原外界空气、温度等因素影响,高原发动机响应时间会有延迟。
事件中实际飞机推力接地前到复飞TOGA推力的译码(如下):
图中黄色区域为双发油门接地前的角度和N1值,红色区域为机组加油门后的推力杆角度和N1值。从响应时间上看,飞机发动机用时约3秒达到N1值89以上,响应正常。
分析显示:以飞机从跑道入口62英尺到6英尺之间风向转变开始到接地用时3秒计,如果及时前推油门启动复飞马力,应该可以延缓下降率或者降低重落地过载值。
3.针对QAR译码的结果,航空公司在事后组织了多套演示机组进行模拟机验证。针对事件发生的译码数据,组织12套飞行组进行了测试,使用不同速度、构型,研究事件中的重落地是否可以避免。结果表明,改出的四个组,采用的进行速度及改出高度均高于事发飞机。
验证结论:场高500至100英尺,风速不大,气流较乱,飞机速度大,姿态小,飞机状态可控。
*正常操作,100英尺以下根据飞机下沉做出加油门动作和复飞决策,飞机无法改出。
*在有准备的情况下,低高度密切关注飞机速度和飞机能量,根据速度及速度趋势箭头及时迅速做 出加油门动作和复飞决策,飞机有机会改出,过程中飞机接地较重。
*增加进近速度到VLS加15节时(空客手册建议的最大值),在拉平过程中前推油门到TOGA位才能勉强落地。
从调查分析看,这起事件有偶发因素的影响。但是从事件分析看出,事件中,天气变化快的主要原因直接导致了事件的发生,在事后多套机组验证中,正常改出都存在难度。
三、风险因素分析:
为了更好的评估丽江运行存在的运行风险,我们对另一主力机型B737系列中比较典型的B737-800型机进行了数据分析。
B737-800基本数据分析(以辖区某公司该机型两种构型为例),发动机 CFM56-7B 推力26300磅(简称26K),按照入口速度分级 为D 类。
A、最大起飞重量79015KG,最大落地重量66360KG,座位布局8/162(SPF);
B、最大起飞重量74389KG 最大落地重量65317KG,座位布局8/162;
1.以上两种B737-800构型与B737-700的比较:
B737-800最大落地重量 |
相对于B737-700 |
最大落地重量增量 |
66360KG(SPF) |
增长率为14.3% |
8301KG |
65317KG |
增长率为12.5% |
7258KG |
B737-800推力由24K增长到了26K,增加比率为9.6%, |
丽江机场运行无论起飞离场还是复飞都对爬升梯度(也就是推重比)有较高要求。从性能上来说,B737-800总体是恶化的。RW20 复飞4% 离场5.8%; RW02 复飞4% 离场5.5%。
在高原飞机大重量导致性能恶化,正常爬升性能下降,单发时爬升梯度接近性能包线边界。在进近或离场中,程序限制只能沿狭长峡谷飞行,受地形、风向风速变化大影响,对飞行员操纵精准度也比较高。
监控数据显示,高原运行的大多数公司选择的B737-800飞机轮胎,在大载量起飞时,还存在高速滑跑超轮速的风险。
正常操作重量下,该机型为保证双发复飞超障裕度,会需要机组按FCOM程序使用关空调引气进近落地或起飞,程序复杂化和在性能飞行包线边缘运行加剧了飞行机组工作负荷和心理压力。
2.在重量65吨和60吨时B737-800飞机进近速度:
襟翼构型 着陆重量 |
FLAP 40 |
FLAP 30 |
FLAP 15 |
LW 65t |
140kt |
148kt |
154kt |
LW 60t |
134kt |
142kt |
148kt |
丽江机场RW20进近时,通过FAF以后下降角度3.5°,换算为梯度6.12%,较普通机场的下滑梯度陡,加上高原地速大,飞机能量积累,对操作精准度要求高。当出现襟翼故障或单发等特殊情况时,进近速度增大,操作难度又进一步增加.
民航局对C\D类飞机以进近入口速度来划分,据仪表进近程序设计要求参照表速计算。若丽江标高以2200米计算,在ISA+15条件下,大概的空地速转化比为1.14左右,也就是表速140KT约等于160KT的地速。下图计算了大气条件ISA+10 ,真空速和对应下降率
LW 65t着陆重量 |
IAS指示空速 |
TAS真空速 FAF点 |
V/S下降率 |
TAS真空速RDH点 |
V/S下降率 |
F40襟翼 |
139kt |
172 kt |
1052FT |
161 kt |
986FT |
F30襟翼 |
147kt |
182 kt |
1113 FT |
170 kt |
1040FT |
F15襟翼 |
153kt |
190 kt |
1162 FT |
177 kt |
1083FT |
LW 60吨着陆重量 |
IAS指示空速 |
TAS真空速 FAF |
V/S |
TAS RDH |
V/S |
F40 |
133kt |
166 kt |
1016FT |
154 kt |
943FT |
F30 |
141kt |
176 kt |
1078FT |
163 kt |
997FT |
F15 |
157kt |
196kt |
1199FT |
182 kt |
1115FT |
从此表可以看出,飞机在60吨重量下正常进近过程中,需要保持大约1000ft的下降率,才能跟随下滑道轨迹。这要求飞行员飞向最终进近航道以前,必须建立完全着陆形态以降低下降率,(因受风的影响及高原运行缘故,波音建议在高原使用襟翼30着陆有利于进近及复飞)根据丽江气象观测数据,丽江主降跑道20号,五边受地形影响,通常在丽江VOR台上空春季会出现较大上升气流或者顺风影响。当地速增加造成飞机高于正常下滑道时,修正动作将大大增加地形警告风险造成不稳定进近。单发时该风险进一步加剧。
冬春季,丽江阵风颠簸影响较大,按照该机型襟翼30的速度147KT,不修正风的数据与飞机该襟翼限制的最大速度175KT只相差28KT,修正后操作时很容易造成超速襟翼卸载发生。
3.B737-800在下滑角度为3度时进近姿态:襟翼40为0°,襟翼30为1.3°。在下滑角提高到3.5度后,操作难度提高。
受B737-800机身长影响,正常姿态接地会产生比实际姿态大的错觉,造成拉平的带杆量要比平时大。为了追求接地点,很多飞行员会选择少拉杆,或者不拉杆,导致拉平短,下沉快,接地姿态小,大大增加了重着陆,三点接地,弹跳擦尾的着陆风险。
4.着陆距离
丽江高原气象特点明显,进近中存在风切变风险,短五边过VOR台后,受地形和气流影响,容易造成下沉快和落地过载大,修正不当又将造成目测高,平飘距离远的风险。下表计算的数据是基于空中平飘距离445米,考虑15%的余度要求,顶风5kt,按照VREF计算的实际着陆距离。(使用性能软件计算)
65吨 FLAP30 IAS+10 标高7358FT 顶风+5KT |
|||||
干跑道 |
湿跑道 |
||||
MAX MAN |
MAXAUTO |
AB3 |
MAX MAN |
MAXAUTO |
AB3 |
1530m |
1819m |
2561m |
2083m |
2145m |
2581m |
65吨, FLAP40, IAS+10, 标高7358FT ,顶风+5KT |
|||||
干跑道 |
湿跑道 |
||||
MAX MAN |
MAXAUTO |
AB3 |
MAX MAN |
MAXAUTO |
AB3 |
1458m |
1701m |
2366m |
1955m |
2012m |
2387m |
60吨, FLAP30, IAS+10 , 标高7358FT ,顶风+5KT |
|||||
干跑道 |
湿跑道 |
||||
MAX MAN |
MAXAUTO |
AB3 |
MAX MAN |
MAXAUTO |
AB3 |
1434m |
1719m |
2400m |
1928m |
1988m |
2418m |
60吨, FLAP40 IAS+10 ,标高7358FT ,顶风+5KT |
|||||
干跑道 |
湿跑道 |
||||
MAX MAN |
MAXAUTO |
AB3 |
MAX MAN |
MAXAUTO |
AB3 |
1367m |
1607m |
2216m |
1810m |
1866m |
2236m |
以上数据是基于ISA+10计算的,也就是外界温度为10℃。65吨的最高温度限制为26℃,使用无引气襟翼40落地。从上表分析结果得出,在干跑道理想条件运行下:
着陆重量65T,使用最大人工刹车,需要着陆距离大约在1458米左右,湿跑道刹车效应好的理想状态下1955米。
着陆重量60T,使用最大人工刹车,需要着陆距离大约在1367米左右,湿跑道刹车效应好的理想状态下1810米。
受地速远大于真空速的缘故,机组实际操纵着陆距离会比平原机场稍大。而根据QAR长期统计监控来看,B737-800型机接地姿态小,平飘长事件,占据辖区公司该机型超限事件的三分之二,数据显示高原运行中发生的最长平飘距离为1633米。
5.其他影响因素:过站时间与刹车能量。以某航在丽江计划落地时刻12:30,回程航班起飞时刻13:15,过站时间45分钟计算,运行时段正值中午升温,尤其要注意过站时间与刹车能量的风险控制。
查询波音737飞机快速参考手册QRH,飞机在65T/60T着陆重量下刹车选择自动最大,或者自动刹3时,刹车能量如下表:
|
60吨 |
65吨 |
参考刹车能量 |
52.91百万英尺磅 |
55.86百万英尺磅 |
修正后MAX AUTO |
39.4百万英尺磅 |
40.24百万英尺磅 |
修正后AUTO 3 |
29.79百万英尺磅 |
31.84百万英尺磅 |
查询刹车冷却表,在落地重量60吨,正常选择刹车3 ,满足刹车冷却时间不进入警戒区,同时要求最少过站时间为53.3分钟。在夏季温度高和大载量时,过站刹车能量高又将成为一个严重的威胁。(空客A320飞机也与此相类似)
四、了解了两个主力机型运行的风险点,我们进一步关注到丽江的天气:
每年进入冬春大风季节后,受南支槽与西北高空气流影响,丽江机场下午易出现短时大风天气,2、3月份影响尤为明显,2019年大风天气导致的不安全事件同比增加175%,重落地、超速事件增加也多与此有关。从往年气象信息数据分析,丽江辖区常年盛行西风,冬、春季节最大风速可达17m/s,五边气流较乱,左右两侧均为高山,由于地形影响造成气流变化明显,易产生风切变或飞机状态的突然变化。
1.风切变的6年统计数据:2013年至2019年丽江机场气象台收集到的有关风切变的话音方式航空器空中报告共130份;2019年全年丽江辖区发生不安全事件共计60起,其中通航1起,运输航空59起,其中大风天气有关不安全事件35起,占比58.33%,其中2月份-5月份发生的大风天气不安全事件26起,占全年大风天气不安全事件的74.29%
a. 2-4月是风切变最高发的三个月,从季节划分看,冬春两季风切变频次最高,共发生120起占总数的92%;而六年间仅有一次出现在秋季。
b.在风切变高发的冬春季丽江机场风速较大,晴朗少云,空气干燥湿度小,降水较少,气温日较差大能见度较好,是一年中大风日数最多的时期。
2.从日分布情况统计:有75%的风切变发生在中午至傍晚时段(11:00-19:00),该时间段为丽江机场日最大风速时段。
3.从空间高度上统计:
a. 600米以下的风切变占到了全部发生次数的90%,其中150米-300米这一高度层发生的次数最多,达到了57次,占全部发生次数的44%。
b. 150米以下的风切变共发生了38次,达到了29%,这说明至少有29%的风切变过程导致了航空器在决断高度以下遭遇风切变,导致航班复飞或返航、备降。
4.时间分布统计:
据2019年统计数据显示3月、4月及11月是风切变最高发的三个月,其中3月最高达8起。从季节划分看,冬春两季风切变频次最高,共发生22起占总数的73%,6月-7月没有收到风切变告警。
从日分布情况来看,有76%的风切变发生在中午至傍晚时段(11:00-20:00),该时间段为丽江机场日最大风速时段。
五、结论和建议:
1.民用航空局发布AC-121-17《特殊机场的分类及运行要求》、AC-121-21《航空承运人高原机场运行管理规定》等咨询通告定义了丽江机场的特殊性。对于特殊机场,尤其需要公司综合考虑风险的控制。对于大重量、多座级的A320和B737机型系列,具有可以提高公司经济效益的优点,综合前面分析的两种机型及机场气象因素,我们认为:特定机型在丽江风季极端天气下运行风险较高,应引起执飞航司高度重视。
2.航空公司应分级管控飞行机组运行特殊机场资质,酌情考虑运行人员保持相对固定的可能性,以维持足够的熟练度和经验值。结合案例中机型EGPWS设备低高度风切变警告被抑制的特点,开展50英尺以下低高度风切变处置的技术研讨,分享运行经验,制定应对措施,提升机组通过速度、升降率等关键参数进行综合决断的能力,加强复飞意识和及时采取有利处置措施。通过模拟机训练等方式巩固稳定进近和风切变识别处置方法,提高机组对飞机能量管控能力。
3.航空公司市场部门应客观了解运行风险,合理安排运行时刻及过站时间,避开风切变高峰期和延长刹车降温时间,分季节配置运行机型座位级。
4.航空公司运控部门合理统筹油量选择备降场,部分程序可视情提高公司运行标准,根据各公司运行经验的逐步积累,有序放开运行限制。
5.航空公司机务部门加强维护品质,谨慎选择A320\B737部分构型执飞丽江。
6.极推进适用风切变探测设备,及时根据报告,选择指挥避开颠簸强烈及高发区,提高进近程序图实用性,通过ATIS适时发布前机报告的风切变发生高度位置及强度预警。(作者:丽江监管局 马林波)