虹桥机场两机危险接近事件与飞行员的操纵决策分析
翼知堂推出送航空人八只大闸蟹活动，得到了很多翼迷朋友积极响应，今天隆重推出第一篇来自四川的网友的投稿论文，以飨广大朋友。
虹桥机场10.11两机危险接近事件引起了社会的广泛关注，在该事件中的飞行员的正确操纵决策避免了灾难性事故的发生，让我们从专业的角度做一次深入分析。
10月11日，东航A320/B-2337号机执行MU5643（上海虹桥-天津）航班，机组在执行完起飞前检查单之后进跑道，并在确认跑道无障碍的情况下按塔台指令，执行起飞动作，在速度110节左右，机长发现一架A330(经调查，该飞机是东航MU5106航班)准备横穿跑道，立即让中间座询问塔台，此时机长观察并确认该A330在穿越跑道，此时飞机速度130节，机长短暂判断后决定起飞，于是TOGA，带杆起飞，飞机从A330上空飞越，监控飞机状态正常，并将情况汇报塔台，后续飞行正常。
10月14日下午，民航局召开紧急安全视频会，通报了“10·11”事故调查的初步结论。通报称，这是一起塔台管制员遗忘飞机动态，违反工作标准而造成的人为原因严重事故征候。性质极为严重，属于A类跑道入侵，险些发生飞机相撞。当时两架飞机垂直距离仅19米，翼尖距13米，两机仅差约三秒就会发生碰撞。320机组果断处理，操纵正确，避免了一起事故。330机组接受了穿越跑道的错误指令后，虽然看到了飞机起飞，但并未提出质疑。
针对此次事件，我们首先对飞机起飞过程中的几个问题进行分析：
飞机正常起飞过程
飞机正常起飞过程如下图所示，飞机松开刹车，以起飞推力开始加速，到一定速度后拉杆抬前轮离地：
飞机什么速度下能够中断起飞？
飞机在起飞过程中如果遇到单发失效等特殊事件时可能需要中断起飞。显然，飞机中断的速度越大，其加速停止距离也就越大，即所需的跑道长度越大。为了确保飞机在起飞后在某一速度中断或者继续起飞时没有冲出跑道的风险，需要制定起飞决断速度V1，使飞行员能够在起飞过程中能够按当前决策。其定义为：V1 –起飞决断速度，这是起飞时选定的一个速度，飞行员在这个速度及之前可以选择采取制动措施使飞机中止起飞，而在这个速度之后必须继续起飞。
起飞决断速度与加速停止距离、以及单发失效继续起飞距离之间关系如下：
除了跑道长度外，V1还受到地面最小操纵速度VMCG的限制，需保证在速度V1时飞机在单发故障时具有足够的航向操纵能力。适航规章25.107对V1的要求如下：
V1是申请人选定的起飞决断速度，以校正空速表示。但V1不得小于VEF加上在下述时间间隔内临界发动机不工作该飞机的速度增量，此时间间隔指从临界发动机失效瞬间至驾驶员意识到该发动机失效并作出反应的瞬间，后一瞬间以驾驶员在加速—停止试验中采取最初的减速措施(例如，施加刹车，减少推力，打开减速装置)为准。
– VEF：假定临界发动机失效时的校正空速。VEF由申请人选定，但不得小于VMCG。
– V1 >= VEF + ∆V >= VMCG+ ∆V （VMCG1）
飞机适航审定中，需要对V1进行严格的验证活动，确保飞机符合适航要求。即保证按照飞机飞行手册数据给出的V1进行中断起飞或者继续起飞的决策是安全的。
点击翼知堂底部“资料速查”可以查询更多适航法规
飞机什么时候能够离地？
飞机要能离开地面，其升力必须支撑飞机本身的重力。飞机的升力与飞机形态（襟缝翼构型）、飞机姿态（迎角）、速度有关。飞机的姿态（迎角）越大，升力越大，离地时的速度越小。因此，飞机能够离地的最小速度即是飞机以可能的最大姿态离地时的速度，即最小离地速度VMU。飞机在设计过程中，必须定义最小离地速度VMU。
VMU为校正空速，当等于或高于它时,飞机可以安全离地并继续起飞。
VMU 的受到以下限制因素影响：
（a）升降舵效率
（b）飞机几何外形限制
在进行最小离地速度VMU的适航验证时，需要使飞机保持最大姿态离地；即对于受几何外形限制的飞机而言，进行VMU试验时需要保持擦机尾的姿态，如下图所示：
下面视频的在6分01秒，演示了国产飞机ARJ21飞机进行了该试验
https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=t0309p4dj5l&width=500&height=375&auto=0
飞机什么时候能够抬轮拉起？
飞行员操纵飞机抬轮拉起的速度必须使飞机能够安全离地，根据前面分析，抬轮速度必须使飞机能够以大于VMU的速度离地。同时抬轮速度还受到起飞决断速度、空中最小操纵速度以及起飞安全速度等速度的限制，需要保证飞机在抬轮过程、离地后在单发场景下具有足够的操纵能力和爬升能力，能够安全起飞。
适航规章将抬轮速度定义为VR，相应的要求（25.107(e)）为：
VR，以校正空速表示，必须按照本条(e)(1)至(4)的条件选定：
(1) VR 不得小于下列任一速度：
(i) V1；
(ii) 105%VMCA（空中最小操纵速度）；
(iii) 使飞机在高于起飞表面10.7 米（35 英尺）以前速度能达到V2 （起飞安全速度）的某一速度；
(iv) 某一速度，如果飞机在该速度以实际可行的最大抬头率抬头，得到的VLOF 将不小于全发工作VMU 的110%，且不小于按单发停车推重比确定的VMU 的105%；
飞机在起飞过程中各速度关系如下图所示：
在正常起飞过程中，副驾驶会实时监控飞机速度，并在速度到达V1， VR时向机长报告，以使机长明确在是否可以进行中断和抬轮操纵。
从上述飞机起飞速度分析可以看出，飞行员在正常起飞中的各速度是按照飞机和跑道状态确定的，飞机在起飞中必须严格按照这些速度进行飞机的操纵才能确保飞机安全起飞或中断。但在此次事件中，飞机起飞过程中突然发生另一架飞机侵入跑道，此时飞机必须根据实际情况制定不同的操纵策略。
假设起飞飞机是在V1之前发现跑道入侵，此时操纵策略可能包括以下几种：
（1）飞行员判断飞机最大刹车能力能在侵入物前停止或能规避冲突，此时飞行员需收油门（开反推）并刹车。
（2） 飞行员判断不能在侵入物前停止或规避冲突，且飞机能在侵入物前达到或接近VR，并能拉起飞机离开跑道避免相撞，此时飞行员应以最大可能油门加速，并在达到或接近VR时以最大可能姿态拉起飞机离地。
（3） 飞行员判断不能在侵入物前停止或规避冲突，且飞机在侵入物前不能达到或接近VR，此时只能采取收油门、刹车并通过合适的航向变化进行冲突规避。假设起飞飞机是在V1之后发现跑道入侵，此时飞机中断可能会冲出跑道且无法规避冲突，此时仍需飞行员按照上述（2）（3）的情形进行判断和相应操纵。
可见，在上述过程中，跑道入侵的发生使本来确定的起飞过程变为不确定，飞行员必须根据当前速度，入侵物位置，飞机能力等因素进行临场判断，这对飞行员的经验和直觉是很大的考验。所以这个过程中，副驾驶下意识的刹车是可以理解的，而机长迅速判断并接手操纵，以复飞推力加速并以后止动点位抬头，成功规避风险，即按照上述（2）的操纵策略。根据事后数据记录，当机长发现A330飞机准备横穿时，飞机滑跑速度达到110节(每小时200公里)左右时，在机长立即询问塔台并确认A330飞机确实正在穿越跑道后，飞机速度已达130节(每小时240公里)，千钧一发的时刻，飞机速度已接近抬轮速度，加速起飞才可能避免相撞，机长最终决定以最大推力带杆到机械止动位起飞。机长准确的判断、决策和操纵非常值得称道。三百万元的奖金，值！
翼知堂送航空人八只大闸蟹活动持续进行，点击图片关注详情！
如何快速访问翼知堂？
第一步，关注“翼知堂”的公众号；
第二步，将“翼知堂”公众号的标识添加到桌面，建立桌面快捷方式；
未来，您随时点击“翼知堂”公众号的桌面快捷图标，即可直接访问。
另外，将“翼知堂”在您关注的订阅号清单中“置顶”，也是不错的选择，但仍然没有建立桌面快捷图标直接和便捷。
第三步，点击“翼知堂”公众号主页面底端的菜单选项，即可访问本文。