在分析航空事故時我們發(fā)現(xiàn)，沖出跑道通常被認(rèn)為是飛機(jī)整機(jī)損失的頭號原因。這種事故很多都發(fā)生在由于污染導(dǎo)致剎車效應(yīng)降低的跑道。

空客及其子公司NAVBLUE研究出一種新的技術(shù)：將飛機(jī)作為一種傳感器，來測定跑道的剎車效應(yīng)，空客還會將此數(shù)據(jù)分享，使后續(xù)到場飛機(jī)受益。

沖出跑道及其技術(shù)

沖出跑道被列為全球商用飛機(jī)三大事故之一。

事故的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，1998年至2017年間，沖出跑道導(dǎo)致35%的整機(jī)損失事故，14%致命事故。根據(jù)此數(shù)據(jù)，空客及其他制造商正研究減少沖出跑道事故的技術(shù)。

一些產(chǎn)品，如空客的ROPS（Runway Overrun Prevention System跑道沖出預(yù)防系統(tǒng)）已經(jīng)投入使用，并為機(jī)組提供了實時能量及著陸性能監(jiān)控數(shù)據(jù)。

然而，對于著陸性能計算的有效性來說，精確的跑道狀態(tài)信息十分關(guān)鍵，從而能夠提高飛行員對跑道表面條件的感知。

確實，國家安全機(jī)構(gòu)，包括美國NTSB（國家運(yùn)輸安全委員會）以及英國AAIB（航空事故調(diào)查局）以明確對“一種操作可行的飛機(jī)剎車能力/道面條件測量和通信系統(tǒng)”的需求。

當(dāng)前測量道面條件的方法

當(dāng)前，一般有三種方法用于評估跑道的表面狀態(tài)：

跑道污染類型及深度觀察

地面摩擦測量

飛行員報告的剎車效應(yīng)

一般來說，第一種跑道污染類型及深度觀察是由機(jī)場人員實施的，采用目視觀察與污染點檢查相結(jié)合的方式評估跑道狀態(tài)。然而，采用這種方法，很難在跑道狀態(tài)報告中使用簡練的文字描述整條跑道中不同的表面狀態(tài)差異。

此外，在降雨和/或結(jié)冰/融冰狀態(tài)下，待報告發(fā)出時，其中的信息可能已經(jīng)失去時效性。

地面摩擦測量能夠為跑道具體點的測量提供更加量化的方式。然而，正如NTSB說述，這種方法對于識別跑道表面狀態(tài)趨勢十分有效，但是不建議用于預(yù)測飛機(jī)剎車性能。

這主要由于飛機(jī)剎車性能缺乏關(guān)聯(lián)，以及設(shè)備設(shè)計和校準(zhǔn)的多樣性。

機(jī)場運(yùn)營人負(fù)責(zé)生成跑道狀態(tài)代碼，飛行員負(fù)責(zé)提供精確的剎車效應(yīng)報告。實際上，飛行員提供的剎車效應(yīng)報告在預(yù)防飛機(jī)沖出跑道中起著十分重要的作用。

剎車效應(yīng)報告內(nèi)容包括飛行員對使用機(jī)輪剎車時飛行響應(yīng)狀態(tài)的評估。表1列出了此類報告中ICAO，F(xiàn)AA以及EASA規(guī)定的術(shù)語。

表1 污染跑道的跑道表面條件代碼（RWYCC）定義

注：道面條件代碼6指的是在干跑道和未污染跑道上的正常剎車效應(yīng)

剎車減速效果或方向控制描述	飛行員報告的剎車效應(yīng)	道面條件代碼（RWYCC）
	不適用	6
剎車減速效果和方向控制正常	好	5
剎車減速效果或方向控制介于好和中之間	好到中	4
剎車減速效果明顯變差，或方向控制明顯降低	中	3
剎車減速效果或方向控制介于中到差之間	中到差	2
剎車減速效果嚴(yán)重變差，或方向控制嚴(yán)重降低	差	1
剎車減速效果為零，或方向難以控制	劣	0

 

這些規(guī)則預(yù)計到2020年11月，將在全球范圍實施。在這些規(guī)則下，飛行員需要在ATC要求時，或當(dāng)飛行員人為剎車效應(yīng)小于此前報告情況時，向其報告剎車效應(yīng)。而ATC則需要將信息傳遞給機(jī)場運(yùn)營人，并根據(jù)具體情況，向近進(jìn)中的其他飛機(jī)播報。

這些規(guī)則還定義了當(dāng)跑道狀態(tài)惡化到連續(xù)收到兩份“Poor（差）”時應(yīng)采取的行動。在這種情況下，機(jī)場需要重新評估跑道狀態(tài)。此外，如果收到“Less Than Poor （劣）”剎車效應(yīng)報告，應(yīng)關(guān)閉跑道直到機(jī)場運(yùn)營人改善了跑道狀態(tài)。

因此，這種報告在跑道表面狀態(tài)評估及報告程序中發(fā)揮著重要作用。

剎車效應(yīng)報告的難點

飛機(jī)減速源于多個力：氣動阻力，由機(jī)身特別是導(dǎo)流片產(chǎn)生；反推力，如有；機(jī)輪剎車。

一般來說，一份剎車效應(yīng)報告應(yīng)該包括機(jī)輪剎車的可用情況（抑或沒有）。對于飛行員來說，難點在于實時區(qū)分整個減速中哪些部分來源于機(jī)輪剎車。而在污染跑道上使用了自動剎車會增加這個難度。自動剎車系統(tǒng)控制減速率，當(dāng)沒有達(dá)到設(shè)定減速率時，飛行員能夠發(fā)現(xiàn)機(jī)輪剎車不足，但是仍然很難確定每個部分為剎車貢獻(xiàn)多少。

當(dāng)飛機(jī)減速至較低的速度時（一般為低于60節(jié)），飛行員通常使用手動剎車，在此速度下，氣動阻力以及反推力可以忽略。通常在此剖面時，飛行員能夠通過使用剎車踏板知曉剎車效應(yīng)，更容易“感受到”跑道。

綜合這些復(fù)雜因素，對于飛行員來說做出精確的報告并不容易，而且剎車報告的質(zhì)量還可能因人而異。為了解決這個問題，提供客觀、標(biāo)準(zhǔn)的剎車效應(yīng)報告，空客研究出一項技術(shù)：使用飛機(jī)地面運(yùn)行測定的數(shù)據(jù)來確定剎車效應(yīng)。

使用飛機(jī)作為測定道面條件的傳感器

剎車效應(yīng)計算功能

空客一直在研究飛機(jī)的一項新的功能來解決NTSB和其他國家安全機(jī)構(gòu)的需求——一種操作可行的飛機(jī)剎車能力/道面條件測量和通信系統(tǒng)。

在空客的飛機(jī)上實現(xiàn)的這個功能被稱作“剎車效應(yīng)計算功能”（BACF）。

此功能基本原理為：在著陸之后，使用飛機(jī)在減速滑跑過程中測定的數(shù)據(jù)來確定剎車效應(yīng)等級。使用飛機(jī)性能模型，能夠區(qū)別出減速的哪些部分來自于空氣動力、反推力或機(jī)輪剎車。

之后，通過將實際剎車性能與不同參考道面條件下的剎車性能進(jìn)行對比，找到最接近的跑道狀態(tài)，從而確定實際道面條件。

此外，在確定跑道狀態(tài)后，利用機(jī)上導(dǎo)航系統(tǒng)的GPS數(shù)據(jù)也能夠確定飛機(jī)所處的跑道的具體位置。此功能能夠確定跑道上不同位置點的多種狀態(tài)。

在飛機(jī)速度下降至30節(jié)以下幾秒鐘后，飛行員可以查看MCDU頁面中的跑道狀態(tài)詳細(xì)信息（見下圖）。如果飛行員認(rèn)為跑道較滑，或者與ATS（空中交通服務(wù)）所播報的條件不一致時，飛行員可以在適當(dāng)時機(jī)將此頁面信息報告給ATS。

 

MCDU顯示中BACF跑道狀態(tài)數(shù)據(jù)頁面

NAVBLUE開發(fā)的RunwaySense（跑道感知）

如圖所示，除了飛行員能夠通過MCDU查看信息之外，BACF計算出的數(shù)據(jù)也會通過ACARS（飛機(jī)通訊尋址與報告系統(tǒng)）自動發(fā)送至NAVBLUE。

機(jī)場及航空公司運(yùn)營與BACF和NAVBLUE整合示意圖

此項技術(shù)與很多手機(jī)交通應(yīng)用軟件相似，將交通數(shù)據(jù)實時分享給駕駛員從而避免交通擁堵。

空客——NAVBLUE的新技術(shù)的目的是為用戶提供實時分享報告的平臺，以此用戶能夠?qū)Φ烂鏃l件趨勢有更好的感知。參與分享的飛機(jī)越多，實時道面條件圖就會越準(zhǔn)確。

這項服務(wù)的用戶能夠查看整個機(jī)場的道面條件數(shù)據(jù)，或者單獨(dú)查看某一特定跑道。機(jī)場級別的信息會提供機(jī)場的狀態(tài)，而通過跑道級別的信息，用戶能夠根據(jù)不同氣象條件，如風(fēng)、溫度及濕度等檢查道面條件趨勢。

 

NAVBLUE的RunwaySense軟件跑道詳情圖示，包括最近著陸飛機(jī)提供的跑道狀態(tài)信息

研究與測試

BACF技術(shù)原型的研究于2015年在空客開始進(jìn)行。之后，自2017年開始，一直在同個別航空公司一起進(jìn)行在線測試。

截止到今天，這項功能完成了對超過50,000個航班的監(jiān)控，也證明了其能夠探測跑道污染并確定道面條件的能力。

其中，在查看歐洲某機(jī)場幾架裝備BACF飛機(jī)雪天著陸的數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)，隨著雪量增大，剎車效應(yīng)隨之發(fā)生變化。

在2mm厚度雪覆蓋時，ATC播報“好到中”（RWYCC4）道面條件。

降雪條件下的使用測試闡明了飛機(jī)作為跑道狀態(tài)傳感器的優(yōu)點

之后，在大約35分鐘后，四架裝備BACF飛機(jī)著陸時，報告“中到差”（RWYCC2）剎車效應(yīng)。這也說明了使用飛機(jī)作為傳感器能夠增加準(zhǔn)確性。

在ATC初始播報發(fā)出大約40分鐘后，雪量增大。道面條件隨后被五架飛機(jī)記錄為“差”（RWYCC1）剎車效應(yīng)。由此可以看出機(jī)場接收實時測定數(shù)據(jù)對于提高運(yùn)行安全管理大有裨益。

 

最初BACF將會首先裝備到A320系列飛機(jī)。計劃從2018年9月開始，有6家航空公司率先投入使用。

A330系列將是第二個使用BACF的機(jī)型，計劃在2020年進(jìn)行初始加裝。

在飛機(jī)的定義階段，可以選擇此項功能。也可以之后進(jìn)行加裝——將AOC（航空公司運(yùn)行中心）應(yīng)用程序下載至ATSU（空中交通服務(wù)單元）。

在2019年，空客將決定是否在A350XWB以及A380機(jī)型上使用BACF。

而這項功能將不會在A300/A310飛機(jī)上實現(xiàn)。