小型通用航空器安全迫降设备设计与可行性分析

李艳伟 赵冰涵 陈文晰 王雨佳 李浩然 汪嘉骏

1、小型通用航空器安全迫降设备介绍

1.1设备研究内容

1.对驾驶人员紧急迫降以及打开降落伞安全落地的训练；

包括在水面迫降、起落架故障迫降、无机场区域迫降。

2.迫降时可增加的缓冲设备（主要研究内容）。

对于对驾驶人员紧急迫降的训练，也是通用航空器驾驶人员日常训练的必修课，在此也不必过多介绍，我们还是主要来介绍第二点，也就是迫降时可增加的缓冲设备。

这个设备最主要的创新点就是之前的通用航空器不像军用航空，会为驾驶员配备弹射座椅，在紧急时刻可以帮驾驶员撤离驾驶舱，打开降落伞，虽然失去航空器但可以保证驾驶员的生命安全，我们参考军用航空，决定为通用航空也设计同样的弹射座椅。

具体的设计原理为可以增加通航专用降落伞、弹射座椅及相应设施、抗压气囊。降落伞采用速充式，预计高度在100m（包括以百米）以上即可迅速打开。降落伞绳采用高复合材料的管绳，可使降落伞迅速张开，增加空气阻力。可通过高压气体且可承受10t重量。主要用于无火警情况。降落伞置于飞行器顶部，蒙皮外部，可拆卸。

弹射座椅为保护气囊和降落伞共同作用，保护驾驶员。一经弹射气囊内的化学物质立即反应释放气体（原理与汽车的防撞系统相似），并在气囊展开后立即打开降落伞（此降落伞同机身降落伞原理）。遇到紧急情况时，驾驶员可通过手动操作按键，将座椅与机体分开，并航空器自动舱门，将驾驶员弹射出驾驶舱。座椅配备一个可供15分钟呼吸的氧气瓶及氧气罩。

抗压气囊原理同上，位置位于机身下部及侧部。

1.2设备优缺点

迫降时应用的缓冲设备降落伞是通航专用降落伞。此降落伞三用的快充式可以在100m以上的高度快速打开。整机降落伞系统在轻型飞机的应用上已经有几十年的经验，并成功挽救了百个生命。其采用高负荷的管绳，可使降落伞迅速张开，增加空气阻力。降落伞也因此被称为保命利器。

图1.1-通用航空器专用降落伞（图来源-苗延青-通航的“保命利器”）

飞机在飞行途中如遇紧急情况，飞行员可以拉出驾驶舱顶板上的紧急手柄，降落伞将自动弹至空中，并于几秒之后展开，从而瞬间控制飞机的降落速度，达到飞机安全降落的目的。

但降落伞系统主要应用于无火警的情况。在起火情况下，降落伞有燃烧的风险，将对飞行员失去保护作用。其次，在紧急情况下，未必所有的飞行员都可以做出合理准确的操作来保证全部成员的安全。

弹射系统为保护气囊和降落伞共同作用，保护驾驶员。优点在于在紧急情况时，驾驶员可通过手动操作按钮，将座椅与机体分开，并启动航空器自动舱门，将驾驶员弹出驾驶舱，一经弹射气囊内的化学物质立即反应释放气体，并在气囊展开后立即打开降落伞，并且座椅配备可供15分钟呼吸的氧气瓶和氧气面罩。

弹射座椅的关键，在于根据弹射时的高度，姿态，速度等条件的不同，选择合适的开伞及延迟时间，尽可能简短飞行员从启动弹射到开伞的时间。但是飞机在高速弹射时，飞行员一开始如果弹出就开主伞，巨大的气动阻力和减速过载能够直接将伞衣撕碎，把飞行员甩扯到伤亡。所以在高速弹射时应先打开稳定伞，经过一段时间的延迟后，速度减小，姿态稳定再打开主伞。

飞机在中低空甚至超低空活动，一旦失速飞行员就很难有挽救飞机的机会，必须弹射。而弹射系统本身的性能不足，性能表现较弱，应用高速弹射时的动作顺序和方法，飞行员等不及开伞就会摔在地上，因而降低了飞行员的救生成功率。弹射系统需要在更高的高度上才能完成对飞行员安全保障。

对飞行员进行迫降训练是从根本上保障航空器及成员安全。需要考虑各种特殊情况，例如飞机发生故障，燃料用尽，迷航后无法返航，气象条件恶化等极端情况。或机场内迫降，无机场区域迫降迫降，水面迫降等情况。综合以上特殊情况的训练，可以很大程度上减少损失。

2、设备可行性分析

2.1市场分析

2.11产品定位

小型通用航空器安全迫降设备定位于装备大部分通用航空器，主要集中于小型通用航空器，增加小型通用航空器在以下方面作业的安全性。（一）甲类：航空探矿、航空器代管业务、人工降水、空中游览、出租飞行、海上石油服务、公务飞行、直升机机外载荷飞行、陆上石油服务、医疗救护、直升机引航作业、私用或商用飞行驾驶执照培训、通用航空包机飞行；（二)乙类：城市消防、航空摄影、气象探测、渔业飞行、空中广告、科学实验、海洋监测、空中巡查；（三)丙类：防治农林业病虫害、播种、空中喷洒植物生长调节剂、航空护林、空中施肥、空中除草、防治卫生害虫、草原灭鼠、空中拍照。（四）抢险救灾方面的飞行。

2.12市场需求

 10年来民航旅客需求年化增速达14%，维持较快增长。2018年民航旅客量达到6.1亿人次，同比+10.6%，旅客周转量10771.6亿人公里，同比+12.6%。近10年年化增速14%，行业需求增速维持两位数较快增长。单从民航旅客相关数据亦可知人类对于航空业的需求在不断增加。随着航空业的发展，通用航空正在逐渐的发展，在诸多领域已经有了不菲的成绩，但是飞行事故也是层出不穷。据统计，2019年至今通用航空共发生10起事故，其中7人遇难，与民用航空相比，通用航空发生的事故频率更高，所以，通用航空的安全性能还需要更好的完善，在紧急情况下保证机体完整是保证飞行人员安全的重要措施。因此新型的小型通用航空器安全迫降设备，将在一定程度上增加通用航空器运行的安全性。

图2.1-民航旅客量及增量(图来源-民航资源网）

3、未来趋势

2015-2020年通用航空器增长率

根据不久前美国通用航空制造商协会（Gama）向外公布的一系列数据可以看到：目前全球通用飞机的数量已经超过41.6万架，其中美国拥有超过21万架，欧洲国家拥有超过14万架，而世界其他地区总共才超过6万架。就目前来看欧美仍然占据着通用飞机的主要市场，但是从近几年的发展现状来看，欧美通用航空产业近些年来发展缓慢，一直深陷低谷。以中国为代表的新兴市场国家正成为引领全球通用航空产业发展的新动力，逐渐成为各类通用飞机制造企业的新战场。2016年国务院发布的《关于促进通用产业发展的指导意见》指出：争取到到2020年，中国通用航空的五年发展目标主要是希望建成500个以上通用机场，拥有5000架以上飞机，年飞行小时200万小时以上，通用航空产业经济规模将超过1万亿元人民币。据有关研究显示：具有多年经验、成熟的通用航空产业价值链模式中才能保证：通用航空运营约占总价值的39%，通用航空制造业约占总价值的31%，通用航空维修业约占总价值的19%，飞行训练约占总价值的4%。按此模型进行保守分析，未来5年我国通用航空制造业规模将达到至少4000亿元。作为新生代的一个千亿级的新兴市场，基本已经做到行业的龙头或先行者，我们希望在这方面我们能够分得一杯羹。如果通用航空器以这种速度增长，那么发生事故的概率也将大大提高，所以提高通用航空器的安全性是十分必要的。

图3.1-2015年-2020年通用航空器增长率（图来源民航资源网）

图3.2-2013-2017年主要国家（地区）通用航空器数量情况（图来源民航资源网）

按照实际情况来说，通过计算飞行意外死亡人数来判断，1999年是1.7次，1999年首次降到1次以下，2000年再次下降到0.85次。相当于在117.64万次飞行中会出现一例特殊情况。故一个人在3223年之内每天以飞机为代步工具，勉强可以发生一次不幸事件。还有一部分要强调，并不是每次意外事件都会发生多人死亡等无法挽救的局面，根据国际调查研究表明：机身的摧毁程度一定意义上可以判断死亡人数，但两者之间不是成正比的。据统计，1959—1997年的意外飞行事故中，飞机全毁，人员死亡的占58％；飞机全毁，但无人员死亡的占32％；飞机没有全毁，但有人员死亡的占10％。值得探究的是最大致死因又是什么？飞机起飞分多个阶段，其中意外事故50%发生在着陆阶段，起飞阶段占30%，这个阶段是起步和结束飞机速度未达到高峰，如果机长反应能力敏捷，可有效减少损失。高空事故，只要不是碰撞到障碍物如山体，压力大致分解等，飞行员仍可以控制局面，稳定迫降。在实际情况中，发动机停止工作、突遇大型鸟、未知风、闪电雷击等突发事故，在我国也会有一年几次的概率，到这大部分是零伤亡。通过飞机本身，在出现事故时，只要不是极速不可控的下降，对乘客也可以起到保护作用，大幅度保障乘客安全。在机毁情况发生时，乘客及乘务员并非是全部死亡，这种情况现实中存在；1993年东航飞机坠毁，机身断成三节，但据统计死亡人数仅两人。所以飞行意外不可控，死亡人数也是不可控的。由此可见飞机能否进行安全迫降是很重要的，飞机能否安全迫降不仅取决于人为还与航空器有着很大的关系，所以小型通用航空器安全迫降设备的需求是很急切且必要的。

参考文献

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