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0 引言
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我国西部地区高原机场复杂的地形特点、恶劣的气候条件和特殊的进离场程序及导航规则导致安全飞行难度大。为提升高原机场飞行的安全性，众多民航从业者和院校专家对高原机场运行的性能展开研究，如:民航西北地区管理局的李天宇[1]结合高原机场实际，探索运行标准，建议在高原机场的飞行中，应厘清安全监管边界，加强分级分类管理水平，完成空域和飞行计划管理水平，优化执飞机型的选型; 空军工程大学的邵斌[2]研究空客某机型轮胎速度、跑道长度、刹车能量和道面承载能力等因素对飞机起降质量的限制，制定了高原机场减载的判定准则和分析方法; 中国民航飞行学院的孙宏[3]建议从选择性能优良的发动机和优化飞机进近着陆复飞程序两个方面提升高原性能工作; 中国民航大学的葛飞[4]基于矩形模型和碰撞风险模型研究高度补偿修正量对障碍物碰撞风险概率的影响，将C类飞机的高度补偿修正量由2.88 m 改进至2 m。但前期的研究对飞机性能降级后，在高原机场实现安全起飞的风险管控措施研究偏少，因此，本文首先研究气象和飞机故障导致飞机性能降级的影响，之后制定出高原航线飞机性能降级后的风险控制措施。
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1 我国高原机场的分布情况
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根据规定[5]:高原机场分为一般高原机场和高高原机场，一般高原机场海拔高度在1 524 m及以上，但低于2 438 m，高高原机场海拔高度在2 438 m及以上，本文研究的主要对象为高高原机场。截止到2020年9月27日，我国一共有20个高高原机场，主要分布在我国西部地区，这里地质条件较差，经济发展相对落后，做好这些机场的安全、顺畅飞行，是助力国家乡村振兴的重点工作。
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2 高原机场起飞的性能限制
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空气稀薄是高原机场的特点，也是高原机场飞行最不利的自然条件之一，对飞机的起降、复飞等过程的飞机性能影响很明显，飞行各阶段的速度都较平原机场明显增大，飞机刹车的负荷同样增大。如果高原机场出现高温、大风等恶劣天气，飞机性能也会衰减。当飞机出现自身故障，飞机的原有性能不能保持会导致性能降级[6]，如2018年10月25日，厦门航空MF8411在拉萨机场发生襟翼卡阻故障，引起民航行业对高原机场飞机故障后运行应急处置的关注。
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2.1 发动机推力方面
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高原机场空气稀薄，结合大气密度与高度间的变化规律公式:
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可知:流层的高度h越高，对应的空气密度ρh会呈现较明显的下降趋势。按照该公式计算，拉萨/贡嘎机场（ICAO代码ZULS，IATA代码LXA，简称:拉萨机场）的空气密度只有上海/浦东机场（ICAO 代码ZSPD，IATA代码PVG，简称:浦东机场）空气密度的69%。发动机的进气量会大幅减少，发动机的推力水平将显著降低，所以发动机起飞阶段发生停车的风险也增加了。很多航空公司都对执飞高原飞行飞机的发动机进行了改进，如中国国际航空股份有限公司（Air China Limited，简称:国航）执行高原飞行的A319-115飞机，其发动机改装为推力等级27K的CFM56-5B7/P。
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2.2 起飞性能方面
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发动机推力减小让飞机加速能力变差，相同表速对应的真空速V和地速也增大[7]，飞机起飞和着陆时在跑道滑跑距离显著增加，参考民机起飞滑跑距离的计算公式（f为摩擦系数）:
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由上述公式，可知:在确定飞机重量G后，飞机的起飞滑跑距离S与单台发动机瞬时推力P成反比，当飞机滑跑方向的风为顺风（Vw为正值）时，地面滑跑距离会增加。结合大气压强换算公式，将飞机在高原机场起飞的地面滑跑距离计算公式优化为:
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可知:机场压力高度HP反向影响飞机在地面的滑跑距离，在高原机场起飞离地速度也较平原机场大大增加，较大的飞机重量或者较高的大气温度将导致飞机有冲出跑道的风险。
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2.3 着陆性能方面
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从飞机失速速度VS的公式:
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可知:在相同的机翼参考面积S和最大升力系数CLmax条件下，VS与空气密度ρ成反比，以拉萨机场为例，在国际标准大气条件下失速速度提升约20%，着陆速度提高20%，飞机着陆会出现垂直过载冲击更强的情况，有损伤飞机结构的风险，飞机在跑道刹车滑行距离会增加（同等条件下最长会提升40%），飞机冲出跑道的风险较平原机场更大。
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2.4 复飞性能方面
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高原机场的“高海拔+高温”是飞机发动机推力下降的直接原因之一，飞机复飞的最大限制重量会受影响，高原机场跑道长度都较长（如:拉萨机场跑道长度为4 000 m），飞机受适航规章规定的最小复飞爬升梯度的限制，复飞的爬升梯度会限制飞机的最大着陆重量，很多航空公司会采用增加进近速度、优化着陆襟翼构型等方式改进飞机的复飞爬升性能。
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2.5 刹车装置和轮胎方面
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飞机刹车时，飞机轮胎与地面、飞机轮毂与刹车片之间摩擦会产生大量热能，高原机场刹车的摩擦阻力小，更多的着陆动能由刹车吸收，明显影响飞机着陆重量，当大气温度升高后，对飞机刹车能力影响更明显。另一方面，刹车中的摩擦导致刹车片出现高温，不但会缩短飞机刹车片的使用寿命，也会因散热缓慢影响飞机的放行工作[8]，严重时还会导致飞机爆胎，是严重的飞行安全事故。
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2.6 轮速限制方面
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飞机起飞过程从静止到加速滑跑共三个阶段，包括三轮滑跑段（L01）、两轮滑跑段（L02）和主轮离地瞬间[9]，前两段的计算公式为:
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其中，地面滑跑滚动摩擦系数和刹车折算摩擦系数分别被定义为f1和f2，飞机在起飞构型条件下对应的停机迎角阻力系数和升力系数分别被定义为Cx1和Cy1，离地迎角对应的阻力系数和升力系数被定义为Cx2和Cy2，对L01和L02积分求解推导出起飞滑跑距离L1的求解公式（θ为跑道坡度）:
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从式（7）可知:飞机轮速对飞机滑跑距离、起飞重量有直接影响。当轮速超过限制后，也有引发飞机爆胎的风险，很多航空公司会要求机组在飞机起降前核实最大轮胎速度的限制，检查轮胎有无泄气或破损的情况，避免爆胎对机体结构和飞机系统的损害。
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综上所述，随着机场标高和高原机场日出后气温升高，如果再叠加飞机故障造成的性能降级，真空速与表速的差距明显增大，限速会大幅增加，也极易出现超过轮胎限制速度的情况，造成起飞过程很大的安全隐患。
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3 飞机性能降级对起飞性能的影响
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造成飞机性能降级的情况很多，如:飞机本身的限制（如:轮胎速度限制）、外界条件造成的限制（如:高温或污染跑道）、飞机故障造成的限制（如:襟翼卡阻、反推故障、扰流板故障），本文主要从外界条件影响和飞机故障影响两个方面展开研究。
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3.1 外界条件变化引起的性能降级
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在高原机场，飞机性能降级主要受高温和大风天气影响，以玉树/巴塘机场（ICAO代码ZLYS，IATA代码YUS，简称:玉树机场）为例，如果使用空客A319-115采用襟翼CONF2状态，打开飞机引气起飞，假设零燃油重量（Zero Fuel Weight，简称ZFW）为48 820 kg，在风向270°，风速3 m/s，大气温度15℃，修正海压1.041×105 Pa条件下，通过性能软件计算发现，玉树机场两条跑道的最大起飞重量相差（Maximum Take-Off Weight，简称MTOW）超过3 000 kg（如表1所示），当风速超过相关手册的限制后[10]，飞机有可能会使用性能较差的跑道方向起飞，对飞机的载量影响很大。
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为验证高原机场大气温度和风对飞行性能的影响，在性能软件模拟出玉树机场10跑道在0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、15℃和 20℃时的相关性能数据，如表2所示，可知:随着温度的升高，飞机在高原机场的起飞性能会衰减，而高原机场在日出后温度会快速上升，此时大气稳定性变差，风向风速变化更快，有些机场在下午甚至会出现8级以上大风，这样就会导致性能快速衰减，玉树机场从5℃到15℃载量减少了1 500 kg，当温度上升到20℃时，载量将减少3 700 kg，这样的温度变化在高原机场是常见的，所以外界条件引发的性能降低对高原机场起飞影响很明显。
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在表1和表2性能计算的基础上，如果高原机场叠加降雪、降水等天气因素，形成污染跑道，飞机性能会更差。所以，外界条件的变化会直接导致飞机性能降级。
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3.2 飞机故障引起的性能降级
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飞机部分元件或系统故障可会导致飞机无法保持原有的性能完成飞行，平原机场相对影响较小，但在高原机场，本身性能就有衰减，再出现影响飞机性能的故障，就是雪上加霜。
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3.2.1 襟翼卡阻
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襟翼是一种增升装置，在起飞阶段，飞机的襟翼设置越低，阻力越小，飞机的起飞优势更大，以空客A319-115在日喀则/和平机场（ICAO代码ZUKZ，IATA代码RKZ，简称:日喀则机场）09号跑道起飞为例，在其他相同外界条件下，飞机采用1+F的襟翼状态起飞比采用2的襟翼起飞，一般可以增加1 000 kg以上的载量（表3）。飞机发生襟翼卡阻，飞机起飞前不能采用最好的起飞构型，或者在飞机起飞滑跑或离地初期发生襟翼卡阻，都会造成飞机性能降级，减小飞机的Vs，飞机起飞滑跑距离变长，增加了飞机失速风险，减小了飞机的MTOW，不但影响运行品质，更影响飞机在高原机场起飞的安全。
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3.2.2 反推故障
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高原机场起飞，飞机的反推作用会下降，以波音737NG-89L为例，该飞机有两套反推系统，当其中一台出现故障信息后，从该故障的保留性能分析单中可知:出现该故障保留后，在干跑道着陆距离增加40 m，刹车效应报告为5的湿跑道着陆距离增加150 m，刹车效应报告为3或4的湿跑道着陆距离增加405 m。通过性能计算可知:飞机在刹车效应报告为5的湿跑道起飞性能减少2 100 kg，刹车效应报告为3或4的湿跑道起飞性能限制重量减少8 400 kg。主要是通过较小的飞机重量，获取较小的势能，最终转换为更少的动能，缩短飞机在地面滑跑距离。受高原机场运行限制的影响，飞机在无故障保留条件下，飞机性能就有较多的限制[11]，叠加飞机反推故障，飞机性能就捉襟见肘，为了安全和效益，很多航空公司都禁止反推故障的飞机在高原机场起飞。同时，如果高原机场跑道有冰雪覆盖，这样的故障保留也禁止飞机着陆[12]。
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3.2.3 发动机防冰系统故障
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发动机防冰系统故障导致发动机进气道前缘及内壁、发动机整流罩、整流锥等部位容易积冰。当发动机发生结冰时，它不仅直接导致进气道气动外型的破坏，降低发动机推力，增大飞行负载，容易引起飞机性能的降级还可能会造成压气机的机械损伤，严重时甚至导致整台发动机的破坏，直接引发飞行事故。如A320出现右发防冰故障后，在签派放行时参考MEL中机组操作项（O项）OpsProc 30-21-01B发动机防冰活门章节和机务操作项（M项）AMM 30-21-00-040-002章节的内容，经过性能计算得到MTOW（表4）、计划燃油（表5）、进近爬升重量（表6）和单发飘降改平高度（表7）方面的性能限制情况。
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4 高原机场飞机性能降级的风险管控流程及措施
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安全生产以预防为主，针对飞机性能降级后民机在高原机场起飞，研究团队认为首先应依据风险管控流程制定可行的风险管控措施。
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4.1 风险管控流程
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风险管控过程可以分为五个环节，分别为:完成风险源的辨识、展开风险程度评估分析过程、确定风险的可接受性、制定对风险有效的控制措施和评估措施的有效性。本文研究依据《航空承运人运行控制风险管控系统实施指南》（标准编号:AC-FS-121-2015-125）的规定，结合国航高原机场航班运行的实际，从人（机组）、机（航空器）、环（外部环境）三个方面完成五个环节的工作，由于人的因素主要体现在资质能力上，一般不会造成飞机性能的降级，因此研究主要针对航空器和外部环境的影响（表8）。
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在梳理出高原机场起飞的风险源后，完成风险控制措施的制定，通过桌面模拟演练和实际运行对相关措施进行评估，分析其中的缺陷或缺失的部分，优化出更好的风险控制措施。
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4.2 风险管控措施
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制定风险管控措施应满足航空公司的运行实际，从人、机、环三方面搭建高原机场起飞时飞机性能降级后的保障措施，做好运行风险管控。
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4.2.1 人
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第一，加强从业人员的培训，无论是机组还是地面保障的人员，必须强化岗位技能的培训，特别是在应急训练方面，应保质保量的完成，其中的“量”包括总量和频率; 第二，优化空勤排班，选取满足驾驶技能需求和心理素质高的机组执行高原机场航班; 第三，强化驾驶舱资源管理，在飞行准备期、飞行任务执行期必须优化驾驶舱资源管理，调整最佳机组力量上座，建议机长左座操纵，提高机组配合，达到1+1＞2的目的; 第四，强化飞行签派员涉及性能知识的培训，让飞行签派员既能熟悉飞机性能与安全飞行的关系，又能准确识别外界因素对飞机性能的影响，还能按照性能修正的要求快速完成性能修正的操作，最终可以做好机组的放行讲解和提供安全飞行建议。
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4.2.2 机
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首先，航空公司应选择适合高原机场飞行的飞机执行航班飞行任务，避免使用出现飞机性能降级的飞机执行高原机场的飞行任务。其次，落实飞机故障后的机组操作，航空器在空中如遇系统不工作，空客机型参照ECAM动作、FCOM的要求执行，波音机型参照QRH、FCTM的要求执行。以防滞刹车故障为例，当出现防滞刹车故障后，建议机组在着陆前，根据最不利的情况来评估该飞机在防滞系统不工作时所需跑道着陆距离，建议使用尽可能长的跑道。当遇到短跑道或湿滑跑道情况时，建议机组选择合适的着陆机场，飞机着陆后，机组应立即使用最大反推。机组使用刹车前确保前轮在地面且减速板放出、反推展开。机组结合跑道长度和状况，在确保安全的前提下，在轮速降低后再开始使用刹车，起始轮刹时用非常轻的脚蹬压力，并随着地速的减小逐渐增加压力，机组在刹车滑跑过程中不要点刹车，施加稳定的脚蹬压力。因为每次松开刹车时，都会增加停机距离，而且再次施加刹车时，脱胎或爆胎的可能性也会增加，放行签派员要特别提醒机组在航空器小重量着陆或高轮速刹车时更需格外小心。最后，要求机组做好轮胎爆破的预案工作。
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4.2.3 环
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环境导致飞机性能降级是另一种影响飞机性能降级的因素。首先，应总结高原机场的气象特点，梳理高温、大风等恶劣天气对飞机性能的影响情况，相关人员对环境因素的影响做到心中有数; 其次，优化航空公司的航班时刻，结合恶劣天气出现频次高的时段，优化航班班表时刻避开恶劣天气的影响; 再者，当临时出现恶劣天气的影响，要果断暂停航班的签派放行工作，推迟航班的起飞，必要时可取消本次航班飞行，确保飞行安全; 最后，结合新技术的推广，在原有单发飘降应急程序和客舱释压紧急下降应急程序的基础上，优化机组操作程序，简单易操作的程序能提高紧急情况下的安全裕度。
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4.2.4 其他
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当飞机出现出现故障引起性能降级后，必须做好飞机故障信息的及时、准确传递和相关工作的闭环处置，随着航空公司集中签派放行工作模式的推行，航班在签派放行后突发的各类信息如何及时、准确的传递就有了更高的要求。当飞机出现临时故障后，放行签派员应第一时间通过机务工程师知晓飞机的故障情况，快速分析出对飞机性能的影响，及时更改签派放行计划，向执飞航班的机长通报信息。如果飞机在非基地站发生故障，机组应主动向放行签派员通报故障信息，提示放行签派员重新完成性能计算和签派放行评估，避免放行签派员不知晓该故障而签派放行航班，造成不安全事件的发生。
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5 结论
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本文在分析影响飞机性能降级因素的基础上，制定了风险控制的相关措施，以期达到减少飞行事故的目的，研究可知:
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（1）飞机性能降级对飞行安全造成的风险方面，高原机场大于平原机场;
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（2）高原机场出现飞机性能降级后，叠加恶劣天气会导致飞机在起飞时更容易出现减载，甚至有飞机冲出跑道或飞机爆胎的风险;
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（3）飞机性能降级出现后，无论在平原机场还是在高原机场，都必须结合实际重新完成性能计算，该结果供机组操作参考;
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（4）航空公司在高原机场运行中应制定风险控制的措施和应急处置工作流程，同时，必须根据运行实际的变化和新技术的推广，随时优化、完善这些措施和流程;
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（5）人的因素是安全飞行不可缺少的环节，航空公司要加强在驾驶舱资源管理和签派资源管理方面的工作，提高飞行和运行保障团队的工作能力。
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摘要
我国西部地区修建了很多高原机场,飞机在高原机场会出现性能衰减,对飞行安全有影响。为提高高原机场起飞的安全性,首先,在分析影响高原机场飞机起飞性能因素的基础上,从外界环境的变化和飞机故障两个方面研究飞机性能降级对飞机在高原机场起飞的影响。其次,梳理性能降级后飞机在高原机场起飞的风险,总结高原机场起飞风险管控流程。最后,结合高原机场运行实际,制定风险管控措施,研究可知:1)飞机性能降级在高原机场安全起飞的影响更明显;2)当叠加恶劣天气后,会加深飞机性能降级的影响;3)起飞性能计算是解决飞机性能降级的重要措施;4)航空公司应制定完善的风险管控流程和措施,应对飞机性能降级后能在高原机场安全飞起,并根据实际情况持续优化流程和措施;5)做好相关运行控制团队的管理是提高工作效率的重要举措。
Abstract
Many plateau airports have been built in the west of China. The performance attenuation of aircraft in plateau airports will affect flight safety. In order to improve the safety of take-off from plateau airport, firstly, based on the analysis of the factors affecting take-off performance of aircraft in plateau airport, the influence of aircraft performance degradation on take-off performance of aircraft in plateau airport was studied from two aspects of the change of external environment and aircraft failure. Secondly, the risk of aircraft taking off from the plateau airport after performance degradation was sorted out, and the risk control process of take-off at the plateau airport was summarized. Finally, combined with the actual operation of plateau airport, risk control measures were formulated. The study shows that: 1) the influence of the flight performance degradation in the plateau airport security is more apparent, 2) the influence of aircraft performance degradation will be deepen after the superposition of bad weather, 3) takeoff performance calculation is one of the important measures to solve the aircraft performance degradation, 4) airlines should formulate risk control process and measures to deal with the safe take-off in the plateau airport after the aircraft performance degradation, and continuously optimize the process and measures according to the actual situation. 5) to manage the relevant operation control team well is an important measure to improve work efficiency.
