Введение

Одной из острых проблем безопасности полетов является проблема прерванных взлетов, дающих, по имеющимся данным, наибольшее число авиационных происшествий на этапе взлета.

Проблема предотвращения происшествий при прерванных взлетах имеет много аспектов, из которых в данной работе рассматривается только один – принятие экипажем решения о прекращении или продолжении взлета.

Целью работы является оценка приемлемости используемых критериев принятия решения о прекращении или продолжении взлета на основе обзора связанных с этой проблемой авиационных происшествий и инцидентов, имевших место на парке самолетов мира за достаточно продолжительный период эксплуатации.

Известно, что недостатки существующего критерия, основанного на скорости принятия решения V1, неоднократно отмечались, в том числе при расследовании происшествий, и для решения проблемы предлагались различные решения. Так, в феврале 1998 г. по рекомендации Национального комитета США по безопасности на транспорте (NTSB), предложенной по результатам анализа происшествий и инцидентов при прерванных взлетах, была принята Поправка 25-92 к FAR-25, касающаяся принципиального изменения понимания термина "скорость принятия решения". Неоднократно также давались рекомендации по введению контроля взлета не только по скорости V1, но и с использованием других параметров разбега, были разработаны различные системы контроля разбега. Однако до сих пор ни одно из предложений в силу различных причин не внедрено, а необходимость принятия решения о прекращении взлета с использованием иных, кроме скорости V1, критериев в действующих руководящих документах не отражена.

Представляется, что продолжающие происшествия и инциденты по этому фактору говорят о настоятельной необходимости принятия корректирующих действий. Желательно дать пилоту дополнительные возможности для контроля разбега и прекращения взлета и ввести соответствующие изменения в нормативные и эксплуатационные документы.

1. Статистический анализ и обзор характерных авиационных происшествий.

1.1 Статистические данные по прерванным взлетам.
(Отметим, что статистические данные по происшествиям и инцидентам при прерваных взлетах приведены только для случаев, в которых действительно происходило прекращение взлетов. Для более точной оценки "веса" проблемы следует учитывать и происшествия, при которых взлеты не прекращались, хотя этого требовали обстоятельства.)

В последние годы проблема прерванного взлета входит в число основных проблем безопасности полетов гражданской авиации. Так, по данным корпорации Боинг [1] наибольшее число авиационных происшествий мирового парка самолетов на взлете связано с прерванными взлетами, ПВ (рис.1). Корпорация Эрбас Индастри в намеченном ей глобальном стратегическом плане по повышению безопасности полетов [2] также указывает, как одну из основных проблем безопасности полетов, предотвращение выкатываний с ВПП. Свои работы посвящает этой проблеме и Всемирный фонд безопасности полетов [3, 4].

Рис.1

По данным NTSB [5] прекращения взлетов в эксплуатации происходят с частотой порядка 1 на 3000 взлетов (0,3х10-3 на полет), т.е. являются частыми событиями. Однако авиационные происшествия и инциденты возникают в основном при прекращении взлета на большой скорости (более 185 км/ч), которые происходят примерно в 50 раз реже (0,7х10-5 на полет).

В работе [5] приведены данные об относительном числе выкатываний на 1 млн взлетов по годам за период 1959-1988 годов (рис.2), показывающие, что этот показатель к середине 60-х годов значительно снизился, но на протяжении всех 80-х годов сохранялся на примерно одинаковом уровне 0,3х10-6 (примерно одно выкатывание на 3 млн взлетов или на 20 прерванных взлетов на большой скорости).

Анализ прерванных взлетов показывает, что происшествия и инциденты при этом происходят по различным причинам, из которых отказ двигателя далеко не основной. Так, по данным FAA 1977 года [6] за период с 1964 до середины 1976 года при прекращении взлетов произошло всего 171 происшествие, инцидента и требующих ремонта поломок, из которых 149 (87%) имели место по причине разрушения или неисправностей пневматиков (124 случая), шасси или тормозов.

Рис.2

По данным NASA [7] за более поздний период (с 1975 по 1987 год) о 61 происшествии и инциденте при прекращении взлета процент происшествий, связанных с разрушениями или неисправностями пневматиков или систем шасси, значительно снизился (до 34%); с отказами или неисправностями двигателей связано 23% происшествий.

В работе [5] приведено распределение причин происшествий и инцидентов при прерванных взлетах на больших скоростях, полученное по 69 случаям (рис.3). Всего было выделено 7 основных градаций причин. Основными причинами оказались отклонения в работе силовых установок (немного более 25%) и отказы или разрушения систем шасси и пневматиков (около 25%); около 15% случаев связано с неправильной конфигурацией самолета на взлете и примерно 10% с ошибочной сигнализацией.

Рис.3

1.2 Обзор авиационных происшествий.

Ниже анализируются авиационные происшествия, связанные с проблемой прекращения или продолжения взлета в ситуациях, когда такой критерий, как скорость V1, не способствует принятию экипажем правильного и своевременного решения. (Т.к. основным являлось выявление возможных причин ошибок принятия решения, то приведена информация не о всех, а только о характерных происшествиях по каждой причине.) Анализ показывает, что трудности принятия решения о прекращении или продолжении взлета только по скорости V1, отсутствие других объективных критериев и оснований для принятия правильного решения проявляются в условиях эксплуатации в самых различных случаях.

Так, например, рассмотрим происшествия, связанные с проблемой прекращения или продолжения взлета, не с точки зрения их причин, а в зависимости от характера проявления отказа или причины. В этом случае может быть выделено два вида событий.

I – причинный фактор возникает и проявляется почти внезапно (например, отказ двигателя, разрушение пневматика, срабатывание предупредительной сигнализации, попадание птицы, возникновение препятствия на ВПП).
II – причинный фактор действует на протяжении разбега (например, дефицит тяги, подтормаживание колес).

Принятый в настоящее время подход к принятию решения о прекращении или продолжении взлета учитывает только события I-го типа.

Наиболее характерным проявлением для происшествий II вида является замедленный темп разгона. Достаточно очевидно, что при замедленном темпе разгона прежде, чем достичь скорость V1, самолет пробежит настолько большую дистанцию, что при принятии экипажем решения о прекращении взлета в момент достижения скорости V1 безопасное прекращение взлета будет уже невозможным из-за недостаточной длины оставшейся части ВПП для торможения и остановки самолета в пределах ВПП или КПБ (концевой полосы безопасности). Отсюда следует, что при таком типе событий концепция требований, основанная на скорости принятия решения V1, в принципе не может обеспечить безопасное прекращение взлета.

Однако даже более опасным при замедленном темпе разгона может быть продолжение взлета. Когда скорость V1 еще не достигнута, экипаж стремится продолжить взлет, даже если у него возникнут ощущения каких-либо отклонений от нормального процесса разбега. Зачастую командир оказывается в ситуации, когда он визуально оценивает недостаточность оставшейся длины полосы для достижения скорости отрыва даже к торцу ВПП. В этих случаях экипаж, понимая, что безопасно прекратить взлет уже невозможно, принимает решение продолжить взлет и осуществляет ранний подъем носового колеса. В результате самолет оказывается в воздухе на скоростях, практически не обеспечивающих безопасное продолжение полета.

Рассмотрим примеры таких авиационных происшествий. Наиболее тяжелым происшествием из них явилась катастрофа самолета Боинг 737 а/к "Air Florida" 13.01.82 в Вашингтоне с гибелью 79 человек. Во многих публикациях основной причиной этого происшествия указывается обледенение. Как сопутствующий фактор указывается то, что экипаж не принял решения о прекращении взлета. Однако из описаний обстоятельств известно, что двигатели самолета развивали только 75-80% взлетной тяги, т.е. имел место замедленный темп разгона. Хотя экипаж мог чувствовать недостаточный темп набора скорости, но у него не было объективных данных для подтверждения своих ощущений, т.к. приборы работы двигателей показывали взлетный режим. Неправильные, завышенные показания приборов, как было доказано при расследовании, были обусловлены обледенением датчиков работы двигателей, находящихся в воздухозаборниках. Командир продолжил взлет, и самолет, пробежав намного большую чем обычно дистанцию, оторвался от ВПП на заданной скорости. Однако необходимый градиент набора высоты не мог быть обеспечен как из-за недостаточной тяги двигателей, так из-за того, что подъемная сила была снижена вследствие обледенения крыла. Самолет потерял набранную небольшую высоту и столкнулся с мостом через реку Потомак.

Еще одно происшествие по этой причине произошло 16.12.81 (т.е. примерно месяцем раньше) с самолетом Б-727 в Гандере, Ньюфаундленд. При взлете самолет также имел замедленный темп разгона, который не мог быть объективно определен экипажем из-за завышенных показаний приборов двигателя, вызванных обледенением датчиков внутри воздухозаборника двигателей. Экипаж начал подъем передней стойки шасси на скорости меньше расчетной VR, поскольку приближался к концу ВПП. После отрыва самолет задел огни приближения, но сумел уйти в набор высоты с последующим возвратом и посадкой в аэропорту вылета.

Другой причиной замедленного темпа разбега может являться частичное подтормаживание колес. Так, 26.01.95 при взлете самолета Ан-26 в а/п Самбало, Гвинея были частично заторможены колеса основных стоек шасси. Пилот принял решение о прекращении взлета приблизительно за 350 м от конца ВПП. Самолет выкатился и столкнулся с деревьями. Другой случай по аналогичной причине (но не был снят стояночный тормоз) произошел 04.04.95 также на самолете Ан-26 при взлете в а/п Палана, Камчатка. На разбеге самолет не набирал нужный темп разгона и выкатился за пределы ВПП. Неснятие стояночного тормоза явилось также причиной и катастрофы самолета Falcon 10 при взлете в а/п Чикаго 30.01.80.

Причиной замедленного темпа разгона могут также быть превышения ограничений по загрузке самолета. Эти случаи, хотя и редко, происходили и в СССР, и за рубежом, но в последние годы в странах СНГ "перегрузы" стали одной из основных причин аварийности. Во многих случаях это нарушение является преднамеренным, но зачастую экипаж не имеет точной информации о взлетной массе и поэтому неправильно рассчитывает скорости взлета и, в частности, скорость V1. Можно предположить, что даже в случаях преднамеренных нарушений экипаж, чувствуя, особенно к концу ВПП, невозможность безопасного взлета, был бы готов его прекратить, но имеет лишь субъективные ощущения, недостаточные для принятия психологически очень трудного в этих ситуациях решения о прекращении взлета.

Примерами таких происшествий могут быть происшествия самолетов Ил-76 27.11.96 в а/п Абакан или 27.07.99 в а/п Иркутск, самолета Б-737 26.04.93 в Индии или происшествие Б-727 01.05.96 в Испании. Во всех этих случаях экипажи продолжали взлет с поздним началом подъема носового колеса и оказывались в воздухе на скоростях, не обеспечивающих безопасный градиент набора высоты.

Следует отметить, что предложенная выше классификация происшествий по характеру проявления причинных факторов в какой-то мере условна. Между отмеченными двумя крайними видами проявлений лежит, очевидно, значительное число случаев, в которых замедление темпа разгона возникает на части дистанции разбега. Например, внезапному отказу двигателя может предшествовать его работа на пониженных оборотах. Это также ведет к уменьшению располагаемой дистанции торможения по сравнению с расчетной. Так, на разбеге самолета Б-747 а/к Люфтганза в Гонконге 18.10.83 возник частичный отказ двигателя (обороты двигателя №2 снизились на 11%). Признаки отказа проявились на скорости 95 узлов, но экипаж не сразу прекратил взлет, а пытался понять причину до тех пор, пока скорость была меньше V1. В результате прекращение взлета было начато на скорости несколько большей V1 (162 узла вместо расчетной скорости 157 узлов), и самолет выкатился с ВПП.

Замедленный темп разбега наблюдался также при взлетах с боковым ветром при отклонении носового колеса и руля направления для его парирования.

Возможны также различные сочетания этих и других причин, как, например, в случае рассмотренной выше катастрофы самолета Б-737 в 1982г. в Вашингтоне, произошло сочетание уменьшенного темпа разгона и обледенения самолета. В ряде происшествий с превышением ограничений по загрузке имело место сочетание «перегруза» и дефицита взлетной тяги двигателей из-за неточной их регулировки, а также неблагоприятных метеоусловий взлета (высокой температуры, низкого давления, бокового ветра).

Хотя количество происшествий, связанных с замедленным темпом разгона, по имеющимся данным значительно меньше, чем происшествий с внезапным проявлением отказа (например, по данным работы [5], примерно 8%), но совершенно ясно, что их появление не является маловероятным событием. Отметим также, что приведенная цифра 8% может быть занижена из-за неучета происшествий, в которых замедление темпа разбега происходило только на части дистанции разбега. Кроме того, из неофициальных источников известны случаи, когда такие взлеты заканчивались на грани риска, но благополучно, и поэтому о них не сообщалось по официальным каналам.

Ошибки принятия решения о прекращении или продолжении взлета из-за недостаточности скорости V1, как критерия принятия решения, могут быть отмечены и не только при замедленных темпах разгона, но в авиационных происшествиях, связанных с другими причинами, в частности, с чисто ошибочными действиями экипажей.

Например, в происшествии самолета Б-747 30.06.71 при взлете в Сан-Франциско экипаж не произвел перерасчет скоростей взлета после того, как диспетчер (исправляя свою собственную ошибку) направил самолет для взлета на другую ВПП. В результате самолет оторвался на малой скорости, задел огни подхода и получил очень серьезные повреждения.

Ошибка (задержка) принятия решения на прекращение взлета имела также место в происшествии самолета MD-82 02.03.94 в Нью-Йорке. На разбеге командир заметил неправильные, резко менявшиеся показания прибора скорости (причиной являлось забивание отверстий ПВД льдом или снегом и невключения их обогрева). Командир, сверяя показания своего прибора и прибора 2-го пилота, не сразу принял решение прекратить взлет, а только на скорости 145,5 узлов, что на 7,5 узлов больше V1.

Задержка принятия решения в надежде на имеющийся запас до скорости V1 имела также место и в вышеотмеченном происшествии самолета Б-747 в Гонконге 18.10.83, когда на разбеге произошел частичный отказ двигателя.

Отметим, что признаки замедленного темпа разбега могут быть найдены при описании довольно большого числа выкатываний при прекращении взлета, но приводимые при этом данные не позволяют точно оценить, связано ли это с недостаточной располагаемой дистанцией торможения или с другими причинами.

Имеются также случаи, когда из-за недостатка объективной информации о ситуации экипаж прерывал взлет, когда в сложившихся условиях, даже при наличии признаков отказа или каких-либо отклонений от нормального процесса, взлет можно было продолжить.

2. Возможные пути решения проблемы.

Из обзора приведенных примеров авиационных происшествий видно, что если бы у экипажа была информация о контрольных значениях не только скорости, но и других параметров разбега, например располагаемой дистанции торможения, времени, ускорения или иных, то взлет с большой вероятностью можно было бы своевременно прервать или, наоборот, продолжить.

Недостатки концепции требований, основанной на скорости принятия решения V1, неоднократно отмечались, в том числе при расследовании происшествий, и для решения проблемы предлагались различные решения. Так, по результатам расследования происшествия самолета Б-747 авиакомпании Пан-Американ в г. Сан-Франциско 30.06.71, комиссия NTSB рекомендовала FAA, чтобы во всех аэропортах на ВПП были установлены маркеры, а также использовались такие процедуры взлетов, которые обеспечивали бы экипаж характерными значениями времени и дистанции, связанными с достижением скорости V1.

Рекомендация об установке маркеров не была принята FAA по той причине, что при этом возникают проблемы контроля за внешними ориентирами, что отвлекает экипаж от имеющихся задач, повышает вероятность ошибки отсчета скорости, и может только усложнить проблему. Что касается рекомендации использования других кроме скорости критериев принятия решения на прекращение взлета, то FAA с ней в принципе соглашалась, но она не была принята из-за того, что не было системы контроля взлета, которая могла бы быть использована.

Проблемой создания систем контроля взлета по длине пройденной дистанции, по ускорению самолета на разбеге и другим параметрам занимались в различное время как в России, так и за рубежом. Известно несколько различных разработок в этой области, часть из них осталась в состоянии проектов, часть в виде приборов, часть проходила летные испытания (см. например, [8, 9, 10]). Ни одна из них на настоящее время не внедрена, хотя вопрос внедрения на вновь проектируемых самолетах продолжает оставаться актуальным (см. например, [11]).

Другим важным направлением предотвращения происшествий при прерванных взлетах является совершенствование нормативных документов, в первую очередь, Авиационных правил. Как известно, в настоящее время в Авиационных правилах всех стран мира в качестве критерия принятия решения на прекращение взлета используется скорость V1, а за основу для ее расчета взята ситуация при отказе критического двигателя.

Возможность использования в качестве критерия прекращения взлета не только скорости V1, но и других параметров была записана в английских требованиях BCAR в достаточно общем виде и более подробно и конкретно в требованиях Норм летной годности СССР 1974г. (НЛГС-2), когда были введены такие понятия, как "точка принятия решения при взлете" и "контрольное время разгона до достижения скорости V1". В последующих редакциях этих документов эти понятия были исключены, т.к. технически обеспечить выполнение этих требований в то время не представлялось возможным.

Следует отметить, что по результатам статистического анализа происшествий и инцидентов при прерванных взлетах NTSB [5] было рекомендовано исключить термин "скорость принятия решения" как дезорентирующий, т.к., по их мнению, скорость V1 следует понимать не как скорость принятия решения, а как скорость в момент начала первого действия по торможению самолета. В феврале 1998г. поправкой 92-98 эта рекомендация была принята: само понятие, точнее, обозначение "V1" было оставлено, но термин "скорость принятия решения" был исключен из Части 1 FAR-25.

3. Предварительные требованиям к критериям принятия решения прекращения или продолжения взлета и к системам контроля разбега.

Проведенный обзор происшествий позволяет определить предварительный набор расчетных условий, которым должны удовлетворять разрабатываемые экспертные системы контроля разбега при взлете и возможные новые критерии прекращения или продолжения взлета.

Действительно, при разработке таких систем возникает ряд вопросов, основными из которых можно отметить следующие:

- выбор параметров для контроля разбега;
- выбор исходных, измеряемых параметров для вычисления параметров для контроля;
- метод представления информации экипажу на пилотажных приборах.

Совершенно очевидно, что для ответа на эти вопросы необходимы специальные расчетные, стендовые и летные исследования. Однако анализ предлагаемых решений применительно к реально возникавшим ситуациям может позволить получить более ясное предварительное представление об этих решениях.

Например, в ряде случаев доказывают, что наиболее правильным является контроль по ускорению самолета и именно такое решение предлагается (см. например, [11]). Из анализа приведенных происшествий видно, что наличие такого контроля не смогло бы предотвратить происшествия самолета Б-747 в Сан-Франциско 30.06.71. Для предотвращения такого происшествия необходим контроль по располагаемой дистанции взлета, причем не вводимой экипажем в качестве исходных данных, т.к. возможна ошибка, а определяемой автоматически по сигналам наземных систем или систем типа GPS.

Выводы

1. Проведенный анализ авиационных происшествий, связанных с проблемой прекращения или продолжения взлета, показал, что во многих случаях критерий принятия решения, основанный на скорости V1, не способствует принятию экипажем правильного и своевременного решения. Число таких происшествий может быть оценено не менее 10-20 % от общего числа происшествий на взлете.

2. Причинами таких происшествий могут являться:

2.1. замедленный темп разбега

- из-за дефицита взлетной тяги вследствие установки ошибочного режима работы двигателей или неправильной их регулировки, которая не может быть определена экипажем (например, из-за завышенных показаний приборов работы двигателей);
- из-за подтормаживания колес (вследствие только частично снятого стояночного тормоза или непроизвольного приложения пилотом усилий на педалях);
- из-за повышенного коэффициента сцепления ВПП;
- из-за превышения ограничений по взлетной массе;

2.2. различные ошибки экипажа в сочетании с отказами оборудования, ошибками диспетчеров, метеоусловиями, обстоятельствами взлета.

3. Целесообразно решить вопрос о предоставлении пилоту возможностей для контроля разбега не только по скорости V1, но и по другим параметрам разбега, путем разработки и внедрения систем контроля разбега, а также рассмотреть вопрос о введении в нормативные и эксплуатационные документы соответствующих дополнений, возможно с учетом опыта требований Норм летной годности СССР 1974 г. (НЛГС-2).

4. Проведенным обзором происшествий выявлены возникавшие в условиях эксплуатации парка самолетов реальные критические ситуации, что позволяет определить набор расчетных условий, которым должны удовлетворять разрабатываемые системы контроля разбега и возможные новые критерии прекращения или продолжения взлета.

5. Внедрение систем контроля разбега и совершенствование нормативных документов в части критериев принятия решения о прекращении или продолжении взлета будет способствовать как повышению безопасности полетов самолетов транспортной категории за счет предотвращения связанных с проблемой прерванных взлетов происшествий, так и эффективности полетов за счет снижения числа неоправданно прерываемых взлетов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Boeing Commercial Airplane Group. "Statistical Summary of Commercial Jet Airplane Accidents. Worldwide Operations. 1957-1997", 1998.
2. Airbus. "Minutes of the Fifth Flight Safety Conference", Тулуза, Франция, апрель 1998.
3. Flight Safety Foundation. "International Regulations Redefine V1". Flight Safety Digest, октябрь 1998.
4. Flight Safety Foundation. "Flight-crew Reports Provide Details of Causes and Results of High-speed Rejected Takeoffs". Flight Safety Digest, октябрь 1998.
5. U.S. National Transportation Safety Board. Special Investigation Report: "Runway Overruns Following High Speed Rejected Takeoffs", NTSB/SIR –90/02, 1990.
6. Ostrowski, D.W., "Jet transport rejected takeoffs." FAA Report AFS-160-77-2, FAA, Feb. 1977.
7. Batthauer, B.E., "Analysis of Convair 990 Rejected Takeoff Accident with Emphasis on Decision Making, Training and Procedures." NASA Technical Memorandum 100189. NASA Lewis Research Center, 1987.
8. Островский Ю.С., Мазурский М.И. и др. "Система контроля режима взлета многомоторного турбореактивного самолета", авторское свидетельство №516246 от 05.02.76.
9. Абрамов Б.М., Бельфор Г.Е., Никифоров С.П., Абутидзе З.С. "Устройство контроля параметров самолета в режиме разбега", авторское свидетельство №1149554 от 01.12.82.
10. David B. Middleton, R. Srivatsan, Lee H. Person "Flight Test of Taking off Performance Monitoring System Indicates Successful Use in Research Vehicle", Flight Safety Foundation Digest, т.13, No 10, октябрь 1994 г.
11. Peter Henley, "In the front seat", Flight International, 22 дек. 1999 – 3 янв. 2000.