飞机冲出跑道。

飞机道面拦阻系统成功案例。

聂晨毅　杨先锋

EMAS系统的诞生

飞机在起飞和降落过程中，可能会由于起飞失败或着落速度过大而发生冲出跑道事故，造成不可估量的生命财产损失。飞机道面阻拦系统可以有效防止飞机冲出跑道事故的发生，故而受到航空界的重视，而跑道端的安全问题更是成为人们关注的焦点。如何有效地减少或消除飞机在发生冲出跑道、提前接地等跑道端事故时所遭受的危害，保障机组人员和乘客的生命安全、最大程度地减少对飞机的损伤，已成为当前机场安全防护技术方面迫切需要解决的问题。美国联邦航空局针对在1978~1987年间飞机在起飞和降落阶段发生的246起事故进行统计发现：18起为飞机提前接地，11起为起飞冲出跑道，97起为飞机偏离跑道，33起为着陆冲出跑道以及87起其他事故，该类事故往往会带来灾难性的后果。例如，2005年芝加哥中途岛机场的B737客机冲出跑道；2007年巴西TAM航空公司A320飞机在巴西圣保罗的孔戈尼亚斯机场着陆时偏出跑道并冲入油库引发大火，共造成199人遇难；2007年泰国普吉岛机场的MD80飞机冲出跑道并与机场附近建筑及树木发生碰撞导致89人遇难；2010年印度芒格洛尔机场的波音737飞机冲下山坡造成158人丧生。

飞机阻拦系统的作用

飞机阻拦系统作为一种飞机在起飞或着陆过程中重要的安全防护装置，可以有效地阻拦冲出跑道的飞机，大大提高机场跑道端的安全性，对于受地域限制（如位于高山峡谷，小面积海岛）或被密集的居民区、商业区以及各种交通基础设施所包围，没有足够场地设置规定长度端部安全区的机场来说其意义尤为重要。在世界范围内的军用机场中均安装了针对战术飞机冲出跑道事故进行安全拦阻的阻拦系统，但是大多数民用机场针对飞机冲出跑道的事故并未设立有效的安全防护措施，因而存在较大的安全隐患。飞机阻拦系统按其阻拦形式大致可分为三种：网式、索式和道面拦阻系统，前两者只适用于质量较小的飞机，对于质量较大特别是重型飞机的拦阻，目前还只能采用由工程材料组成的道面式拦阻方式。

EMAS系统的总体设计

EMAS飞机跑道拦阻系统，又称特性材料拦阻系统（Engineered Material Arresting System， 简称EMAS）， 拦阻系统由泡沫特殊工程材料铺筑而成， 主要用于民用航空运输飞机的应急拦阻， 可以有效地拦阻因意外事故，失控冲出跑道的飞机，它是机场重要的安全保障设施。EMAS系统通常铺设在跑道端安全区内，当飞机冲出跑道端进入拦阻面后，机轮受到飞机的重力作用而压入道面EMAS系统中，拦阻材料在压碎的同时靠泡沫受力破碎吸收飞机的动能，由此对飞机产生一定的拖滞阻力，通过定量计算和精细设计，该阻力所产生的过载加速度不至于对乘员身体造成伤害， 也不会飞机结构造成损伤，但飞机可以获得明显减速运动，并最终停止在拦阻床内。飞机道面拦阻系统位于跑道末端延长线并且其中心线与机场跑道的中心线重合，典型的飞机道面拦阻系统长约92米、宽约46米，其铺设尺寸可根据机场的可用空间和着陆机型进行更改。拦阻床通常由许多块状泡沫材料铺设而成，深度可根据机场对不同型号飞机的拦阻需求制定。拦阻床中泡沫材料之间的间隙可用于排水及排气，接缝部位必须密闭以保证拦阻床中泡沫材料不易老化。此外，飞机道面拦阻系统的起始位置存在一个线性变化的斜坡，以保证飞机机轮顺利进入拦阻床，减小起落架在进入拦阻系统时承受的集中载荷。为了避免道面拦阻系统受到飞机喷流或提前接地的威胁，一般要求在机场跑道末端与拦阻床之间设立一个不需要设置材料的后置段，其长度应该足够大以避免拦阻床受到发动机喷流的冲击。拦阻床的两侧和后端应设置行车道，供日常维护和应急救援车辆通行。

飞机道面拦阻系统

飞机道面拦阻床是由多孔泡沫材料构成，就必须进行精确的生产控制，保证每块泡沫材料均具有稳定的力学性能。基于力学实验表征准确获取泡沫材料在不同应变率下的本构关系，才能用于飞机拦阻仿真模型的计算，准确预估拦阻性能，为飞机道面拦阻系统的初步设计提供可靠的参考。在材料生产研制方面， 北航合作方单位——北京中航空港场道工程技术有限公司从全球EMAS系统领导品牌公司制备了力学性能优质的各类泡沫材料。在理论模型和数值计化分析设计方面，北京航空航天大学冲击动力学团队首次提出了飞机道面拦阻过程中的阻力模型，包括压溃阻力、剪切阻力、粘附阻力以及摩擦阻力等，基于该阻力模型与飞机结构安全设计参数结合， 建立了整机拦阻动力学模型，可以有效地预测拦阻过程中飞机的速度历程曲线、加速度历程曲线、飞机拦停距离以及飞机起落架以及机上人员所受载荷，从而评估飞机的安全性。在真机拦阻实验方面，北京航空航天大学联合北京中航空港场道工程技术有限公司、中国飞行试验研究院以波音737-300飞机为拦阻目标，完成了飞机道面拦阻系统的整机拦阻实验研究，测量得到的飞机结构动态力学响应表明该拦阻系统能够安全地拦停冲出跑道的飞机。实验结果表明：道面拦阻系统能够安全地拦停冲出跑道的波音737-300型客机，并且不会对飞机乘员及结构造成任何损伤，验证了道面拦阻系统对冲出跑道飞机安全拦阻的可靠性。实验测量得到的飞机运动速度历程曲线、加速度历程曲线以及拦阻过程中起落架上的各测量点的动态应变值与飞机拦阻预测结果相比误差均在10%以内。

EMAS系统的应用现状

飞机道面拦阻系统作为一种替代跑道安全区防护功能的装置，可以有效地避免由于飞机冲出跑道造成的重大伤亡。目前EMAS系统广泛地安装在无法达到FAA标准的机场中。世界上第一个EMAS拦阻系统于1996年安装在肯尼迪国际机场，自此之后美国工程材料拦阻公司的EMAS系统共在全美67座机场的109条跑道上完成安装，目前还有5座机场计划安装6个EMAS防护系统。此外，在我国的某些机场同样安装了EMAS防护系统，例如2006年四川省九寨沟黄龙机场从美国工程材料拦阻公司引进了EMAS防护系统，这是亚洲第一条EMAS防护系统，也是EMAS系统第一次安装在美国境外。我国自主研发和生成的飞机道面拦阻系统于2013年在云南腾冲机场正式安装。飞机道面拦阻系统对机场跑道端的安全防护发挥着重要的作用，场拦阻系统的安装完成进一步提升了机场的安全保障能力，可以有效避免飞机冲出跑道对飞机结构以及飞机乘员造成的严重伤害。EMAS系统至今在全球范围内已经成功拦停了12架冲出跑道的飞机，所有机上人员的生命安全得到了保障。随着我国新建机场的不断增多，一些高原机场和海滨机场存在严重的跑道安全区长度不足的问题， 故而需要安装道面拦阻系统。EMAS能够可以提供充分的安全防护保障，大大增强了机场安全保障能力。