CN105799946A - 一种飞机安全迫降辅助系统及安全迫降方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机安全迫降辅助系统及安全迫降方法，包括起落架车、地下轨道系统、以及与控制中心相连的检测通信装置和控制中心，起落架车包括迫降平台和拦阻装置，拦阻装置包括拦阻锁和拦阻网，地下轨道系统包括蒸汽弹射轨道、活塞、为蒸汽弹射轨道提供蒸汽的蓄压罐、以及控制器，蒸汽弹射轨道两端均设有排气阀和控制阀门，起落架车与活塞通过牵引器相连；当飞机发生故障时，启动安全迫降辅助系统，使起落架车接近飞机速度滑行，当起落架车与飞机对接后，通过地下轨道系统系统控制与活塞相连的落架车反向运动，使落架车和飞机停下来，实现安全降落，本发明实现故障飞机安全迫降，其结构简单，具有开创性的意义和极大实用价值。

Description

一种飞机安全迫降辅助系统及安全迫降方法

技术领域

本发明所属航空飞行器安全降落技术领域，尤其涉及一种飞机安全迫降辅助系统及安全迫降方法。

背景技术

众所周已知，在现代航空实践市场中，飞机降落时常常会遇到因起落架故障而无法正常降落的问题而发生空难，原因是起落架是飞机在地面停放、滑行、起降滑跑时用于支持飞机重量、吸收撞击能量的飞机主要部件之一。当起落架失效(故障或损坏)后，迫降时会在飞机着陆瞬间飞机底部外壳与地面刚性接触，因强烈磨擦会折断造成机毁人亡的事故发生。

为此，中外航空领域的技术人员进行过大量技术改进，但大多集中于起落架的完善上，对于机场内遇险辅助降落设施却没有相应的较为合理的设计及解决办法。因此，无法根本解决此类问题。

据(2004年11月24日重庆晨报)报道：《因起落架故障一庞巴迪CRJ飞机险再演空难》综合长春晚报、城市晚报消息22日17时40分许，上海航空公司的FM9198次航班在执行从延吉经青岛到上海的航线时，由于起落架故障，便临时决定返回延吉机场迫降，飞机在空中经过96分钟的盘旋，最终安全降落。初步分析故障原因为飞机的收放起落架零静电门发生故障。

起落架无法正常收回据了解，这架飞机与包头空难中失事飞机为同一型号，都是加拿大庞巴迪CRJ—200型支线喷气飞机，该飞机于22日15时左右到达中国民航延吉站，是该型号飞机被停飞前的最后一班客机。当日15时32分，飞机由延吉机场起飞时，机上共有46名乘客和6名机组人员。据中国民航延吉站办公室主任赵文春介绍，事发当日，延吉的天气非常不好，天阴得厉害，且雾也很大，飞机正常起飞后不久，机组人员就给地面调度室传来了消息，称飞机的起落架无法正常收回，而且不能确定飞机是否可以正常降落。

国航飞机冲出跑道本报讯据都市时报24日消息民航总局证实，23日下午，国航西南公司一架波音737型飞机在执行CA4455昆明至芒市航班任务降落时冲出跑道，停在安全道上。当时机场区域天气为阵雨。机上乘客顺利下机，飞机无损伤。

据(2009年11月29日02:36兰州晨报)报道：《浦东空难津巴布韦一麦道-11货机起飞后坠毁事故可能因起落架未收起所致》

据新华社上海11月28日电28日8时12分，一架注册在津巴布韦的外航货运包机在上海浦东国际机场起飞后着火，截至11时许已经有4名机组人员获救，另外3人死亡。事故原因目前正在调查中。

据记者了解，发生事故的飞机航班号为SMJ324，机型为MD—11，原预计从上海飞往吉尔吉斯斯坦的比什凯克。28日8时12分，飞机在浦东国际机场起飞时冲出跑道着火，9时火势被扑灭。机上共有7人，均为外籍。截至11时已有4人获救，其中3人轻伤，1人重伤，伤者均已及时送往浦东新区人民医院救治。另外3名机组人员死亡。这起事故未造成地面人员伤亡。目前浦东机场运营基本正常。

现场：机身断成数截

28日下午，在事故现场附近，有目击者告诉记者，事发时，他正好在附近。据他介绍，失事飞机是在刚刚起飞几分钟便从空中坠落的，“当时，只见飞机一下子就俯冲了下来，从1号跑道低空直接由南向北坠落，砸向东航仓库那边。紧接着就是浓烟滚滚，从远处看，浓烟弥漫了好大一片，当时并没有看到明显的火光。”据另一目击者讲，飞机起飞不久，当时看见飞机发动机部位好像冒出一股黑烟，之后飞机向前滑行一小段后起火坠毁，断成两截，瞬间就烧黑了。

据了解，由于飞机起飞时是在满油状态，坠毁以后火势一度难以控制。事故发生后，2辆救护车、14辆消防车及40多辆其他救援车辆紧急驰往现场，10个消防中队、300多名救援人员参与了现场救援。当天上午9时左右，火势基本得到控制。下午4时左右，一些救援车辆开始撤离，而不少救援人员也纷纷撤出。

失事飞机蓝白相间，机身已经断成两截，机尾断成了2到3截，现场一片狼藉。事故发生后，有消息称，失事飞机撞向东航仓库，致使东航仓库起火。不过，据现场人士透露，失事飞机解体时撞到了机场的一些设施，但现场并没有东航仓库着火。失事飞机上装载的只是普通货物，事故发生时除了撞毁机场的照明等设施之外，并未造成进一步的损失。

综上所述，究尽有没有一种方法能解决飞机降落装置损坏后(包括故障)通过另外一套辅助降落装置来继续完成飞机的安全降落问题呢？

有趣的是我们经常可以看到有关飞机撞入树丛后不但不死人，反而有人生还的报道。

这是为什么呢？很明显，由于树枝的阻力作用，高速运动的飞机可以停留在空中，从而降低了在机场迫降过程中机腹着陆擦地的损坏程度以及起火危险性。当然，由于树丛对机翼等部件的损坏，这种降落方式依旧可能引起火灾，造成人员伤亡。

在民航事故中，飞机因起落架故障而无法正常降落，所导致的空难占据了相当大的比例。起落架是飞机在地面起降滑跑时用于支撑飞机重量、吸收撞击能量的主要部件。当起落架出现故障时，飞机着陆瞬间底部外壳与地面刚性接触，因强烈磨擦可能造成机毁人亡。

针对此类问题，大多数机场会命令飞机在草坪迫降，并采取喷洒阻燃泡沫等措施来避免事故发生。美国等国家通过在机场某区域设置飞机拦阻系统，对迫降飞机实施安全拦阻，缩短其滑行距离。但主要针对军用飞机，且飞机拦阻系统本身无法活动，对不同型号的飞机拦停效果差异较大，同时对飞机本身存在一定的损害。

一种可移动的迫降平台，通过控制起迫降平台的运动来实现与迫降飞机的安全结合，从而消除迫降飞机与着陆地面的摩擦。但未考虑承接飞机后动力不足的问题，且由于迫降平台速度过高且路线不固定，可能机场人员及设施的安全存在较大的威胁。

针对以上问题，本发明提出一种飞机安全迫降辅助系统，以消除摩擦对飞机造成的损害，同时在最短时间内辅助飞机完成迫降。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种飞机安全迫降辅助系统，其特征在于：包括用于拦截飞机的起落架车、地下轨道系统、检测通信装置和控制中心，所述起落架车包括迫降平台和位于迫降平台末端的拦阻装置，所述拦阻装置包括设于前方的多排拦阻锁和设于后方拦阻网，地下轨道系统包括蒸汽弹射轨道、设于蒸汽弹射轨道内的活塞、为蒸汽弹射轨道提供蒸汽的蓄压罐、以及控制器，所述蒸汽弹射轨道两端均设有排气阀和控制阀门，所述蒸汽弹射轨道两端均通过控制阀门与蓄压罐相连，所述控制器控制排气阀和控制阀门的开启大小和速度，所述位于地面的起落架车与位于蒸汽弹射轨道内的活塞通过牵引器相连，所述检测通信装置设于迫降平台上，检测通信装置包括压力传感器、温度传感器、距离传感器、位置传感器和摄像头，所述检测通信装置和控制器均与控制中心相连。

作为改进，所述迫降平台中部也设有拦阻装置。

作为改进，所述迫降平台前端设有导航灯和安全气囊，所述安全气囊内设有阻燃气体。

一种利用上述飞机安全迫降辅助系统进行飞机安全迫降的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、启动，起落架车停在蒸汽弹射轨道起始端待命，当飞机起落架失效时，驾驶人员将该情况报告给机场控制，控制中心主控台启动飞机安全迫降辅助系统，并告知飞机向起落架车活动区域飞行，设定启动距离D₁，当控制中心监测到迫降飞机与起落架车的水平距离为D₁时，通过控制器向地下轨道系统蒸汽弹射轨道的工作侧控制阀门发出控制信号，控制工作侧控制阀门打开，使蓄压罐内的蒸汽释放进入蒸汽弹射轨道，推动蒸汽弹射轨道内的活塞移动，从而使起落架车以设定的加速度短时间内加速到接近迫降飞机的速度，同时返回侧排气阀打开，使返回侧蒸汽弹射轨道内的压力从排气阀迅速排出；

步骤二、对接，控制中心命令迫降飞机将飞行方向调整到与起落架车一致，并在降落至设定高度H之前将速度大小保持在速度v₁稳定，同时向地下轨道系统的控制器发出控制命令，使起落架车的速度v₂稳定在接近v₁之后，迫降平台上的导航灯与安全气囊开启，飞机通过拦阻装置和安全气囊逐渐迫降在起落架车的迫降平台上；

步骤三、减速，当控制中心检测到迫降飞机静止在起落架车上时，控制中心向地下轨道系统发出控制信号，控制工作侧控制阀门和返回侧排气阀同时关闭，返回侧控制阀门和工作侧排气阀则同时打开，蒸汽由返回侧控制阀门进入，同时工作侧的余气通过排气阀排出，活塞带动起落架车在返回侧蒸汽压力下迅速减速，由控制中心通过控制器控制其反向加速度；

步骤四、分离，在起落架车停止之后，首先使机上人员安全撤离，全部人员安全撤离后，可利用拖车或其它装置将飞机移走。

作为改进，所述控制阀门为气动模度阀门。

本发明有益效果是：本发明一种飞机安全迫降辅助系统及迫降方法将复杂的事情简单化，采用以柔克刚的方式启动、对接、减速，分离四个步骤化险为宜。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2是本发明利用飞机安全迫降辅助系统进行飞机安全迫降的工作过程示意图。

图3是本发明飞机安全迫降辅助系统控制中心对迫降过程控制的三维示意图的示意图。

其中：1-起落架车体，2-拦阻装置，3-迫降平台，4-活塞，5-地下道轨系统。

具体实施方式

下面对实施例一种飞机安全迫降辅助系统其具体工作过程作进一步地行说明：

实施例：

一种飞机安全迫降辅助系统，包括用于拦截飞机的起落架车1、地下轨道系统5、检测通信装置和控制中心，所述起落架车1包括迫降平台3和位于迫降平台3末端的拦阻装置2，所述拦阻装置2包括设于前方的多排拦阻锁和设于后方拦阻网，地下轨道系统5包括蒸汽弹射轨道、设于蒸汽弹射轨道内的活塞4、为蒸汽弹射轨道提供蒸汽的蓄压罐、以及控制器，所述蒸汽弹射轨道两端均设有排气阀和控制阀门，所述蒸汽弹射轨道两端均通过控制阀门与蓄压罐相连，所述控制器控制排气阀和控制阀门的开启大小和速度，所述位于地面的起落架车1与位于蒸汽弹射轨道内的活塞通过牵引器相连，所述检测通信装置设于迫降平台3上，检测通信装置包括压力传感器、温度传感器、距离传感器、位置传感器和摄像头，所述检测通信装置和控制器均与控制中心相连。

所述迫降平台3中部也设有拦阻装置2。

所述迫降平台3前端设有导航灯和安全气囊，所述安全气囊内设有阻燃气体。

系统工作原理

飞机安全迫降辅助系统工作过程包括启动，对接，减速，分离四个步骤。下面对对其详细工作过程进行进一步说明。

第一步，启动。起落架车1停在蒸汽弹射轨道起始端待命，当飞机起落架失效时，驾驶人员将该情况报告给机场控制，控制中心主控台启动飞机安全迫降辅助系统，并告知飞机向起落架车1活动区域飞行。设定启动距离D₁，当控制中心监测到迫降飞机与起落架车1的水平距离为D₁时，通过控制器向地下导轨系统5的工作侧气动模度阀门发出控制信号，控制工作侧气动模度阀门打开，使蓄压罐内的蒸汽释放进入蒸汽弹射轨道，推动蒸汽弹射轨道内的活塞移动，从而使起落架车1以设定的加速度短时间内加速到接近迫降飞机的速度。同时返回侧排气阀打开，使返回侧蒸汽弹射轨道内的压力从排气阀迅速排出。

第二步，对接。控制中心命令迫降飞机将飞行方向调整到与起落架车1一致，并在降落至设定高度H之前将速度大小保持在v₁，同时向地下导轨系统5发出控制命令，使起落架车1速度稳定在v₂(v1等于或略大于v₂)。之后，迫降平台上的导航灯与安全气囊开启，所述飞机通过拦阻装置2和安全气囊相对于起落架车1缓缓地垂直降落在迫降平台3上，或沿导航灯方向向前低速滑动，由第一道拦阻装置2减速。安全气囊呈蜂窝状排列，具有一定高度，以适应飞机下部各种不同的曲面形状，实现飞机迫降的“软着陆”，降低飞机损坏程度。安全气囊内充有阻燃气体，一旦飞机迫降发生起火，阻燃气体溢出，起到灭火作用。迫降飞机最终在安全气囊和第一道拦阻装置2的作用下静止在起落架车1上。

第三步，减速。此过程与启动过程相反。当控制中心检测到迫降飞机静止在起落架车1上时，控制中心向地下道轨系统5发出控制信号，控制工作侧气动模度阀门和返回侧排气阀同时关闭，返回侧气动模度阀门和工作侧排气阀则同时打开，蒸汽由返回侧气动模度阀门进入，同时工作侧的余气通过排气阀排出。活塞带动起落架车1在返回侧蒸汽压力下迅速减速，由控制中心控制其反向加速度。

第四步，分离。在起落架车1停止之后，应首先使机上人员安全撤离。全部人员安全撤离后，可利用拖车或其它装置将飞机移走。

系统控制方案

本发明飞机安全迫降辅助系统，受导轨系统长度，机场大小的限制，要求起落架车1必须在较短的时间和距离内实现飞机的安全迫降。因此，本系统控制中心需要具备较为合理的控制系统。由于每次迫降应考虑机型，机场情况，天气状况等多种因素，本文采用一种基于知识库的专家控制系统。该控制系统包括数据库、控制规则集、推理机构和信息获取与处理四部分组成，根据当前输入的数据，按照一定的推理策略，输出被控参数，从而提高控制精度。

1、启动控制策略

迫降飞机与起落架车1的水平距离为D₁时，专家控制系统根据机型、机场情况等因素，测算出较为适合的对接区域，保证迫降飞机与起落架车1几乎同时到达对接区域，并在到达时飞机能够降落至设定高度H，速度大小保持在v₁，同时起落架车1速度稳定在v₂。专家控制系统根据计算结果，向飞机发出命令，告知其对接区域以及降落至设定高度H并将速度降至v₁。同时向地下道轨系统5发出控制信号，使其释放相应的蒸汽量，推动起落架车1迅速加速。

2、对接控制策略

当迫降飞机与起落架车都以设定速度达到对接区域时，则进入对接阶段。控制中心控制起落架车1开启导航灯与安全气囊。飞机应降低高度，近乎垂直地降落在迫降平台3。但由于实际情况较为复杂，飞机不可能每次都相对静止地降落在起落架车1上，并且起落架车1要承受飞机对其垂直方向上较大的冲击载荷。因此安全气囊与拦阻装置2的应用十分必要。对接过程中，起落架车1的实际速度将有一定变化，因此需要检测通信装置对迫降飞机，起落架1车的相对运动状态，摩擦力等实时监测，保证两者的相对静止。

3、减速控制策略

控制中心通过检测通信装置提供的摩擦系数，静摩擦力等数据，以及知识库中关于拦阻装置2有效阻力等信息，测算出两者保持静止状态的反向加速度范围，控制导轨系统的蒸汽流量，从而使两者在保证安全的前提下以最短时间减速停车。考虑到控制效果的时滞性，由于迫降飞机质量较大，有时因惯性可能会相对起落架车1向前滑动，检测通信装置将该情况通过通讯系统反馈给控制中心，由控制中心调整进入蒸汽弹射轨道蒸汽流量。同时，第二道拦阻装置2也可对其进行有效拦截，以免由于控速滞后或出现故障而造成飞机滑出起落架车1。图3为控制中心对迫降过程控制的三维示意图。

本发明对飞机因起落架失效而无法正常降落的问题，提出了一种飞机安全迫降辅助系统。该系统由起落架车1，地下轨道系统5和控制中心三部分构成。起落架车1结合了较为先进的飞机拦阻技术，代替飞机起落架为迫降飞机提供了软着陆平台。提出了基于蒸汽弹射器原理的地下轨道系统5，从而保证起落架车1在短时间内达到可对接速度，并在对接成功后尽可能缩短减速距离。

本发明提出了基于知识库的专家控制系统，用于实现对接定位，速度匹配以及最优减速方案的计算。利用飞机安全迫降辅助系统可以安全且高效地对各类机型进行迫降。但目前蒸汽弹射装置尚未应用于大型设备中，因此仍需开发可控性良好且成本较低的基于蒸汽弹射原理的地下道轨系统5。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种飞机安全迫降辅助系统，其特征在于：包括用于拦截飞机的起落架车(1)、地下轨道系统(5)、检测通信装置和控制中心，所述起落架车(1)包括迫降平台(3)和位于迫降平台(3)末端的拦阻装置(2)，所述拦阻装置(2)包括设于前方的多排拦阻锁和设于后方拦阻网，地下轨道系统(5)包括蒸汽弹射轨道、设于蒸汽弹射轨道内的活塞(4)、为蒸汽弹射轨道提供蒸汽的蓄压罐、以及控制器，所述蒸汽弹射轨道两端均设有排气阀和控制阀门，所述蒸汽弹射轨道两端均通过控制阀门与蓄压罐相连，所述控制器控制排气阀和控制阀门的开启大小和速度，所述位于地面的起落架车(1)与位于蒸汽弹射轨道内的活塞通过牵引器相连，所述检测通信装置设于迫降平台(3)上，检测通信装置包括压力传感器、温度传感器、距离传感器、位置传感器和摄像头，所述检测通信装置和控制器均与控制中心相连。

2.如权利要求1所述一种飞机安全迫降辅助系统，其特征在于：所述迫降平台(3)中部也设有拦阻装置(2)。

3.如权利要求2所述一种飞机安全迫降辅助系统，其特征在于：所述迫降平台(3)前端设有导航灯和安全气囊，所述安全气囊内设有阻燃气体。

4.一种利用权利要求3所述飞机安全迫降辅助系统进行飞机安全迫降的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、启动，起落架车(1)停在蒸汽弹射轨道起始端待命，当飞机起落架失效时，驾驶人员将该情况报告给机场控制，控制中心主控台启动飞机安全迫降辅助系统，并告知飞机向起落架车(1)活动区域飞行，设定启动距离D₁，当控制中心监测到迫降飞机与起落架车(1)的水平距离为D₁时，通过控制器向地下轨道系统(5)蒸汽弹射轨道的工作侧控制阀门发出控制信号，控制工作侧控制阀门打开，使蓄压罐内的蒸汽释放进入蒸汽弹射轨道，推动蒸汽弹射轨道内的活塞移动，从而使起落架车(1)以设定的加速度短时间内加速到接近迫降飞机的速度，同时返回侧排气阀打开，使返回侧蒸汽弹射轨道内的压力从排气阀迅速排出；

步骤二、对接，控制中心命令迫降飞机将飞行方向调整到与起落架车(1)一致，并在降落至设定高度H之前将速度大小保持在速度v₁稳定，同时向地下轨道系统(5)的控制器发出控制命令，使起落架车(1)的速度v₂稳定在接近v₁之后，迫降平台(3)上的导航灯与安全气囊开启，飞机通过拦阻装置(2)和安全气囊逐渐迫降在起落架车(1)的迫降平台(3)上；

步骤三、减速，当控制中心检测到迫降飞机静止在起落架车(1)上时，控制中心向地下轨道系统(5)发出控制信号，控制工作侧控制阀门和返回侧排气阀同时关闭，返回侧控制阀门和工作侧排气阀则同时打开，蒸汽由返回侧控制阀门进入，同时工作侧的余气通过排气阀排出，活塞带动起落架车(1)在返回侧蒸汽压力下迅速减速，由控制中心通过控制器控制其反向加速度；

步骤四、分离，在起落架车(1)停止之后，首先使机上人员安全撤离，全部人员安全撤离后，可利用拖车或其它装置将飞机移走。

5.如权利要求4所述一种飞机安全迫降的方法，其特征在于，所述控制阀门为气动模度阀门。