0 引言

安全性是民用飞机的重要考核指标之一,最大程度保障乘客安全是政府机构、制造商、运营商以及旅客关注的焦点。客舱安全是民用飞机安全性的一个重要方面,其安全水平直接影响到民航整体安全水平。FAA开展了大量的客舱安全性方面的研究工作,包括改善坐垫可燃性、近地紧急逃生通道标记、卫生间灭火器及烟雾探测器、货舱内衬、内饰材料、III类出口通道、客舱隔热/隔音等,这些研究成果均已纳入适航规章,大幅提高了民用飞机的安全性水平。EASA在2009年底发布了针对客舱安全问题的研究报告《Project EASA.2008.C18Study on CS-25Cabin Safety Requirements》,这项研究的主要目的是确定客舱安全有关的威胁,并评估它们是否因CS-25的客舱安全要求而得到充分应对。客舱安全还是乘客重点关注因素,根据《中国民用航空》2008年第3期刊登的“2007年民航旅客构成分析报告”中旅客选择航班考虑的因素,选择安全的人数占54.53%,排在第一,选择服务的占26.1%,排在第四。

本文首先分析了客舱安全定义和客舱安全保障措施,然后基于航空工业一飞院所建设的动态客舱应急撤离实验环境对客舱安全保障措施进行了验证。

1 客舱安全定义及安全保障措施

1.1 客舱安全定义与内涵

早在1995年,关于客舱安全研究的国际会议上^[1],Robinson指出客舱安全包括两个方面:坠撞后生存(post-crash survivability)和飞行中安全(in-flight safety)。坠撞后生存包括坠撞身体防护、逃生和水上/环境生存;飞行中安全包括紊流、失压、防火以及医疗考虑。国际航协(IATA)对客舱安全的说明为^[2]:客舱安全重在强调乘务员必须完成维持客舱安全的相关任务。这些任务是为了确保飞机在正常、非正常或紧急情况下,既能保证安全,又能兼顾效力和效率的运营。有些研究人员将客舱安全定义为一种文化,即客舱安全文化^[3]。客舱安全文化结构分为四个层次,即物质层次、行为层次、制度层次和价值层次。物质层次是客舱安全文化直观地被感知的外在形态;行为层次,为实现航空安全目的所采取的措施,是精神文化的行为表现,制度文化的具体实施;制度层次,包括法律、政令法规、行业的各项标准和制度;价值层次,包括人们对安全的价值观和行为规范。

民用飞机客舱相当于一个小型社会,客舱安全范围广,涉及多方面的内容,既与飞机设计相关,又与运营管理相关,包括客舱内系统设计、客舱安全管理、乘客安全意识、乘务员责任和安全训练、飞机维修、飞行状态、人为因素等。准确地定义客舱安全并不容易,文献^[4]梳理了客舱常见的不安全事件,如图1所示,并统计了我国某地区民航客舱不安全事件,如图2所示。由图可知,客舱安全涉及多方面的内容。

实际上,可将客舱安全归纳为两大类,即客舱安全设计和客舱安全管理。客舱安全设计是在飞机研制期间,通过设计来满足客舱安全要求,可分为三个方面:1)乘员保护,包括飞行中失压、颠簸防护以及迫降时的坠撞防护等;2)阻燃防火,包括飞行中及地面客舱火警探测、灭火及材料阻燃;3)应急撤离,包括陆地和水上应急撤离以及相关的设施、设备和方法。客舱安全管理是飞机交付运营后由运营商按照航空安全管理相关规章对客舱安全进行管理,包括乘客行为管理、乘务员/安全员的职责等。

1.2 客舱安全保障措施

按照客舱安全内涵,乘员防护的客舱安全保障措施主要有连接强度、约束和应急供氧。连接强度主要是从坠撞考虑,保障措施应能使:1)座椅与客舱地板的连接能承受坠撞冲击,在坠撞中座椅的连接不能松脱;2)座椅变形不能影响乘员撤离,也不能导致乘员受伤;3)客舱中大物件的连接应能承受坠撞冲击,在坠撞中不能脱落;4)行李箱的锁扣应能承受坠撞中行李箱内物件的冲击而不打开。约束主要是指安全带,防止飞行中颠簸以及坠撞时乘员受伤。应急供氧是防止空中客舱失压时乘员缺氧而受伤。

阻燃防火的客舱安全保障措施主要有客舱材料阻燃、机身(含隔热/隔音层)抗烧穿、火警探测和灭火。根据民航事故统计,飞机迫降后客舱着火是导致人员伤亡的主要因素之一。

应急撤离的客舱安全保障措施主要有应急出口及通道、标记标识、应急设备的安装与使用、安全演示、安全卡片等。

客舱安全管理的保障措施主要有乘务员/安全员的定期培训、应急设备的使用、应急撤离演示演练等。

2 安全保障措施实验验证

2.1 验证项目

与客舱安全相关的内容,如座椅连接强度、材料阻燃、机身抗烧穿性能、应急出口大小、通道宽度等,在适航条款中均有明确的要求,在进行客舱设计时,会按照适航要求进行验证。本文主要基于所建设的动态客舱应急撤离实验环境,对应急舱门的打开方式和时间、氧气面罩脱落、舱内烟雾、乘务员的作用等这些保障措施进行实验验证,分析应急出口的平均撤离速率和平均人流量,以及面罩脱落、舱内烟雾、乘务员职责等对应急撤离的影响等。

2.2 实验环境

动态客舱应急撤离实验环境的结构设计如图3所示,实物环境如图4所示。实验环境由多自由度运动平台、客舱环境、照明装置、监控装置、滑梯等组成,客舱环境为全尺寸单通道3-3布局模拟舱,如图5所示,共18排座椅,满员状态可容纳106人。客舱仅为地板以上部分按照飞机实际机身结构加工,地板以下部分由多自由度平台支撑,离地高度等于飞机起落架放下正常停放时的实际离地高度。实验环境有一个B型舱门和两个III型翼上应急出口。B型舱门处为单通道滑梯,翼上应急出口处为双通道滑梯。

为了准确测量并记录参试人员的运动轨迹及生理状态,实验平台使用高精度室内超宽带UWB定位设备以及无线可穿戴式生理参数记录仪。参试人员携带的设备如图6所示,定位基站及生理参试采集系统在客舱内的布置如图7所示。

UWB定位设备采用1GHz以上频率纳秒级非正弦波窄脉冲进行定位和传输数据,定位误差最低可达厘米级,且较宽的频谱可以使设备支持最高200人·Hz/s的总定位频率(人数×每人的定位频率)。

腕戴式生理参数记录仪支持测量心率、EDA皮肤电、SKT皮肤温度等生理信号以及ACC人体姿态等数据,总参数采样频率高达2 048Hz。其数据通过无线射频2.4GHz进行传输,最多可同时对15名人员进行测试。

2.3 实验内容

根据实验验证项目,分2批人员进行了6次实验,具体实验人员数量及实验条件如表1所示,其中实验人员的年龄、性别比例组成按照CCAR 25部附录J的要求进行招募。座位号随机发放,参试人员按座位号就坐。

3 实验结果分析

图8是实验时舱内录像截屏,图9是舱内模拟发烟情况,图10是实验人员从滑梯的撤离情况。通过数据统计,前登机门的打开时间平均为4.45s,翼上III型应急出口的打开时间平均为3.75s,满足适航规定的“从开门装置启动到出口完全打开,不超过10秒”的要求。前登机门(C型出口)的平均撤离速率为0.41人/s,平均人流量为2.27s/人;翼上应急出口的平均撤离速率为1.12人/s,平均人流量为1.21s/人。在FAA实验中,I型和III型应急出口的平均人流量为1.282s/人和1.565s/人,A型和C型舱门的平均人流量为0.475s/人和0.937s/人。

与FAA的实验结果相比,本文的III型应急出口平均人流量较为接近,前舱门疏散流量有极大差距,原因在于FAA的实验没有配置充气滑梯,如图11所示。

通过统计得到滑梯的单人平均下滑时间为1.91s,与文献^[9]中滑梯的单人平均下滑时间1.82s基本一致。由于实验人员的犹豫和没有按照要求跳下滑梯,使得实验中统计得到的滑梯平均人流量约为2.03s/人,远低于CTSO C69中对充气滑梯撤离人流量70人/min的要求。

在实验中,分别在前登机门和翼上应急出口处各设置1名乘务员。乘务员的职责对比如表2所示,由表中数据可以看出,乘务员能明显提高应急撤离过程中的撤离速率。尤其是乘务员在前登机门处的催促和指挥,能够有效解决应急门前的堵塞,增加了应急门的利用率。

舱内出现烟雾对实验人员的行为有一定的影响,在一定程度上造成了实验人员内心的恐慌。面罩的脱落对应急撤离总体影响不大,这主要是面罩基本上位于座椅区域,撤离时,实验人员主要拥挤在过道,面罩的落下不影响人员从座位处移动到过道。

4 结论

本文通过分析客舱安全,初步将客舱安全归纳为两类,即客舱安全设计和客舱安全管理。通过试验对客舱安全保障措施进行了验证,得到以下结论:

1)乘务员对应急撤离起着重要的作用,乘务员的催促和指挥可以明显改善应急出口处的拥挤堵塞和滑梯的撤离率;

2)面罩脱落对应急撤离总体影响不大,可以忽略;

3)在滑梯处的犹豫和不正确的跳下滑梯姿势是影响滑梯平均人流量的主要因素。

参考文献