航空安全技术研究新进展

航空安全技术研究新进展姚红宇李福海（中国民用航空总局航空安全技术中心，北京100028）何鸣寒（中国民用航空总局空中交通管理局，北京100022）1引言航空科学技术发展的三大目标是安全、高效、环保，安全位居首位。

随着社会的发展和科学技术的进步，不断有新的航空安全问题进入安全技术的研究范畴。

9.11事件之后，空防安全技术研究在国际航空科技界被提升到了前所未有的重要地位；非典的爆发提出了防范客舱内病毒传播的课题；个人便携式电子设备的普及，引出了航空器抗电磁干扰问题；现代信息技术的迅猛发展为空中交通管理带来革命性的发展机遇，等等。

总体来讲，在现阶段，航空安全可以划分为飞行安全、地面安全和空防安全三个主要的组成部份。

本文拟就航空器、机场、空防、空中交通管理四个方面对国际、国内的相关研究进行综述。

航空安全技术研究是个非常广泛的领域，受作者眼界所限，文章不免挂一漏万，不当之处请有识之士指正。

2航空器安全技术航空器安全技术研究从预防事故发生和降低事故带来的影响两方面着手提高航空器的安全性。

2.1事故预防技术2.1.1结构完整性保持航空器结构完整性的目标是防止航空器结构失效。

结构件的多处损伤（MSD）是当前国际上有关飞机结构完整性研究的一大热点。

MSD指当飞机结构进入老龄后，在铝合金的铆接件上，多个疲劳小裂纹从多个铆钉孔处萌生、扩展、连通，最后导致机身结构出现灾难性的破坏。

自上世纪末以来，美国联邦航空局（FAA）联合制造业、美国空军、美国航空航天总署（NASA）、学术界以及航空公司，通过多年的研究，提出了严格的数值方法和简化的工程方法来预测裂纹的萌生、生长、连通、剩余强度，并采用全比例飞机结构试验设施对部分全尺寸机身结构进行试验，验证这些方法的准确性，测试剩余强度，为制订专门的检查计划的执行起始年限、重复间隔、检查手段等提供理论依据。

我国的科研机构参与了该领域的国际合作研究，通过与FAA技术中心的合作，运用带裂纹监测装置的疲劳试验机和扫描电子显微镜对裂纹的起源位置、起源机理、扩展行为进行了研究，为理论模型提供试验验证。

新型无损检测技术的研发是结构完整性研究的另一热点，这方面新近取得的成果有：远场涡流技术、线性阵列超声系统、空气偶合超声检测系统、热波成像技术、磁-光成像技术等等，这些技术为及早发现在役飞机腐蚀、裂纹、开胶、分层等结构缺陷提供了手段。

2.1.2飞行安全飞行安全的研究目标是降低运行风险。

航空器结冰导致事故在我国有着惨痛的教训。

2004年在包头发生的东方航空公司CRJ飞机空难和2006年在安徽发生的空军运输机坠毁事故中，飞机结冰是罪魁祸首。

国际航空界对飞机飞行中结冰、飞机地面除冰和飞机结冰探测进行了大量的研究。

地面除冰研究的目标是建立除冰和防冰的运行规则和程序，以及对除冰液、防冰液的有效时间和对飞机气动性能的影响进行评估。

开发了手持式红外线结冰探测仪等地面探测设备。

飞行中结冰研究通过收集和分析过冷云团和凝结数据来理解大气结冰环境特性，研发结冰保护和探测技术，保证航空器在结冰气象条件下能够满足性能、稳定性和安全的标准。

可控飞行撞地（CFIT）是指在飞机操纵可控的条件下由于飞行员的情景意识不足而撞地，它是危害飞行安全的一大敌人。

提高飞行员情景意识的手段很多，其中之一是平视显示（HUD）技术，即在飞机驾驶舱飞行员视线正前方加装一个透明的平板显示器来显示飞行参数和引导信息，使得飞行员能够在观察窗外真实环境的同时接受各种信息，大大增强了飞行员的情景意识。

图1 平视显示模型我国的科研人员在飞形仿真、安全风险监测评估2.1.3 机械和电子系统的可靠性和完整性统的行品质监控、飞行图与预警方面开展了深入研究，其中“飞行品质监控和飞行图形仿真系统”荣获2000年国家科技进步二等奖，并获广泛应用。

目前我国航空公司对全部运输类飞机、所有航班都进行了飞行品质监控，提升了我国民航的飞行安全水平。

机械和电子系统的可靠性和完整性研究的目标是减少航空器系失效。

该领域的研究重点之一是老龄飞机电路的安全性和可靠性。

另一个重点是高强度辐射场、闪电和旅客的便携式电子设备对数字式飞行控制系统和航空电子系统的影响。

我国科研人员开发出了手持式手机探测仪，可以在起飞前探测出客舱内未关机的手机位置，减少了无意的电磁干扰。

2.2 事故减灾技术预防措施并不能完全避免事故的发生，通过事先设置的挽救性技术措施可以将事件对生命和财产的损害大大降低。

这方面的研究热点在于适坠性和防火安全。

究的目标是使坠机后生存和逃离的机会最大化。

通过坠落试验、碰撞试验、动力学仿真和生物力学模拟等手段研究如何设计机身结构、客舱行李架、旅客座椅以减轻它们在碰撞情况下对人体的伤害，优化设计安全带、气囊、儿童附加座椅装置等保护装置使其发挥最大的保护功能。

相关的研究还有航空器撞水和漂浮性能、撞击后燃油的包容性等。

目标是减少或消除起火的可能性，增加乘客在飞机于飞行中起火和撞地后起火的情况下的生存率。

通过研究，以美国为首的国际航空界提出了一系列的防火标准，运用于隔音隔热毯、乘客座椅垫、舱内板、乘客用毛毯等。

某些在用的隔音隔热毯虽然符合原有的阻燃性测试标准，但在实际使用中发现常常起火，我国的科研人员在国际上首先对原有的测试方法的正确性提出质疑。

2000年FAA 废弃了原来的测试方法，提出了新的测试方法。

那些可燃的隔音隔热毯果然不能通过新测试方法，从而将被从飞机上拆换下。

为提高飞机抵2.2.1 适坠性适坠性研2.2.2 防火安全防火安全的抗撞地后外部高强度火焰的能力，为旅客提供更长的逃生时间，2003年FAA 对隔音隔热毯提出了抵抗大火焰烧穿的标准和试验测试方法。

飞机上复合材料的运用越来越多，对阻燃的复合材料的开发也日趋受是消除油箱内燃油蒸汽与氧的混合气体爆炸界第二，但民用航空器的设计制造水平则3 空中交通管理安全技术空中交通管理和服务的目的是保障航空运输活动在安全的前提下高效到重视。

科技界的另一个努力是在10年之内研制出热释放率为0的舱内材料，使舱内材料不再有燃烧之虞。

研究者还在研究舱内喷水技术，制订设计准则。

防火安全的另一个热点的可能。

研究人员提出的方案之一是利用发动机引气，用机载的分离装置（空心纤维薄膜）获得氮气或富氮空气，充入油箱内，将氧气比例降低至爆炸限度以下。

我国的民航运输总量位居世较为落后。

针对这一特点，我国应大力加强航空器运行中的安全问题的研究，在老龄飞机的安全、先进维修技术、运行安全保障技术、航空器部附件的适航验证等方面加强研究，为航空器的安全运行提供技术保障。

、便捷地进行。

为防止航空器与航空器、航空器与地面障碍物相撞，科研人员研发出了各种安全技术。

3.1雷达自动化系统低高度与飞行冲突告警航空器在飞行中低于最低的安全高度和航空器之间出现危险接近是威胁空中交通安全的两大问题。

空中交通管制雷达信息自动化处理系统对航空器的雷达航迹进行实时连续地跟踪计算，当发现航空器低于或将要低于安全所需的最低参数高度时向管制员发出声光告警，该功能称为最低安全高度告警；同时，当系统发现两机航迹的空间距离小于或将要小于规定的参数距离时也发出告警，这个功能称为飞行冲突告警。

这两项安全功能的应用，有利于管制员及早发现、控制并解决危及飞行安全的潜在风险。

3.2机载防撞系统为便于飞行员在飞行中提前发现并有效避免可能发生的飞行冲突，利用机载防撞系统提示飞行员可能发生的危险接近，并向其建议应采取的规避措施。

机载防撞系统利用机载二次雷达应答机发射无线电询问信号，再接收别的飞机的应答信号，根据应答信号的传输时间确定两机的距离，根据传输方向确定相对方位，使航空器获得彼此方位、高度、速度、航向等重要信息。

当飞机再有48秒将要抵达与其他飞机的参数距离时，系统向飞行员发出警告；如果飞机继续沿着不安全的航迹飞行，再有35秒将要抵达参数距离时，该系统会自动协调两机的避让动作，向两机分别发出“上升”、“下降”或者“保持高度”之类的避让指令，直到两机满足安全间隔要求。

按照国际民航组织标准，中国民航总局已将安装机载防撞系统作为运输类航空器的强制要求并制定了相关的使用规定。

3.3广播式自动相关监视（ADS-B）对飞行中飞机的远距离、高精度监视无论对于空中交通安全还是空中交通管理都有着重要意义，广播式自动相关监视（ADS-B）技术的出现带来了空中交通监视技术的重大变革。

装有ADS-B设备的航空器依靠GPS等导航源确定其准确的空间位置，并结合速度、高度、航向、航班号等信息，将这些信息通过卫星或者甚高频及高频等数据链广播出去，装有ADS-B接收设备的空中交通管制部门和其他航空器即可收到该机较完整的航行数据。

管制员和飞行员据此可以掌握运行中所有航空器的准确位置和飞行参数，以及依据这些参数计算出来的可能发生飞行冲突的警告信息。

与雷达相比，ADS-B的信息量更大、精度更高、地理限制更少、覆盖范围更广，且建设和运行的成本较低。

图2 ADS-B示意图ADS-B技术用于空中交通管制，可以填补无雷达地区空中交通监视的盲区；在雷达已覆盖地区，可增强雷达系统监视能力，实现在更大空间范围的飞行动态监视，支持飞行流量管理工作。

ADS-B技术用于空－空协同，可以提高飞行中航空器之间的相互监视能力，实现航空器运行中既能保持规定的安全间隔又能主动避免和解脱飞行冲突。

ADS-B系统的这些功能，使保持飞行安全间隔的责任更多地向空中转移，这是实现“自由飞行”不可或缺的技术基础。

在繁忙机场，利用ADS-B技术，可将对航空器的监视从空中一直延伸到机场登机门，辅助场面监视雷达，实现“登机门到登机门”全过程的空中交通监视与管理。

3.4区域导航技术区域导航技术充分利用各类地基、星基和机载导航资源，实现航空器提高导航精度、灵活安排航径的目标。

所需导航性能对在指定空域内运行的航空器提出了导航性能要求，包括导航的准确性、连续性和可靠性。

区域导航与所需导航性能相结合，可实现航空器在指定空域内灵活准确地运行。

区域导航技术的应用，有利于解决高原和地形复杂机场的航空器安全运行问题，可以通过缩小航路侧向间隔增大空域容量，通过灵活安排运行轨迹提高空域的使用效率，可减少地面导航设施布局对飞行路径的影响，减少航路汇聚或者交叉，从而有效地避免航空器空中相撞。

我国民航先后在天津、北京、拉萨等机场完成了区域导航飞行程序的验证工作，天津、拉萨地区的区域导航飞行程序已经投入实际运行。

近年来，我国空中交通管理安全技术研究取得了可喜的成绩，“新一代空中交通服务平台、关键技术及其应用”获得2006年国家科技进步一等奖。

我国已经开始实施的《新一代国家空中交通管理系统》，将在基于性能的航空导航、基于数据链与精确定位的航空综合监视、空管运行协同控制、民航空管信息服务平台等4大关键技术领域开展科学研究并开发出相关的应用技术，依托民航空管“十一五”发展规划，建设新一代民航空管系统运行技术验证平台，以改善和提升我国空中交通服务的安全水平和服务质量，为建设民航强国和自主建设我国新航行系统奠定坚实的基础。