飛機道面攔阻系統：為民航客機安全保駕護航
EMAS系統的誕生
飛機在起飛和降落過程中，可能會由於起飛失敗或著落速度過大而發生衝出跑道事故，造成不可估量的生命財產損失。飛機道面阻攔系統可以有效防止飛機衝出跑道事故的發生，故而受到航空界的重視，而跑道端的安全問題更是成為人們關注的焦點。如何有效地減少或消除飛機在發生衝出跑道、提前接地等跑道端事故時所遭受的危害，保障機組人員和乘客的生命安全、最大程度地減少對飛機的損傷，已成為當前機場安全防護技術方面迫切需要解決的問題。美國聯邦航空局針對在1978~1987年間飛機在起飛和降落階段發生的246起事故進行統計發現：18起為飛機提前接地，11起為起飛衝出跑道，97起為飛機偏離跑道，33起為著陸衝出跑道以及87起其他事故，該類事故往往會帶來災難性的後果。例如，2005年芝加哥中途島機場的B737客機衝出跑道；2007年巴西TAM航空公司A320飛機在巴西聖保羅的孔戈尼亞斯機場著陸時偏出跑道並衝入油庫引發大火，共造成199人遇難；2007年泰國普吉島機場的MD80飛機衝出跑道並與機場附近建築及樹木發生碰撞導致89人遇難；2010年印度芒格洛爾機場的波音737飛機衝下山坡造成158人喪生。
飛機阻攔系統的作用
飛機阻攔系統作為一種飛機在起飛或著陸過程中重要的安全防護裝置，可以有效地阻攔衝出跑道的飛機，大大提高機場跑道端的安全性，對於受地域限制（如位於高山峽谷，小面積海島）或被密集的居民區、商業區以及各種交通基礎設施所包圍，沒有足夠場地設定規定長度端部安全區的機場來說其意義尤為重要。在世界範圍內的軍用機場中均安裝了針對戰術飛機衝出跑道事故進行安全攔阻的阻攔系統，但是大多數民用機場針對飛機衝出跑道的事故並未設立有效的安全防護措施，因而存在較大的安全隱患。飛機阻攔系統按其阻攔形式大致可分為三種：網式、索式和道面攔阻系統，前兩者只適用於質量較小的飛機，對於質量較大特別是重型飛機的攔阻，目前還只能採用由工程材料組成的道面式攔阻方式。
EMAS系統的總體設計
EMAS飛機跑道攔阻系統，又稱特性材料攔阻系統（Engineered Material Arresting System， 簡稱EMAS）， 攔阻系統由泡沫特殊工程材料鋪築而成， 主要用於民用航空運輸飛機的應急攔阻， 可以有效地攔阻因意外事故，失控衝出跑道的飛機，它是機場重要的安全保障設施。EMAS系統通常鋪設在跑道端安全區內，當飛機衝出跑道端進入攔阻面後，機輪受到飛機的重力作用而壓入道面EMAS系統中，攔阻材料在壓碎的同時靠泡沫受力破碎吸收飛機的動能，由此對飛機產生一定的拖滯阻力，透過定量計算和精細設計，該阻力所產生的過載加速度不至於對乘員身體造成傷害， 也不會飛機結構造成損傷，但飛機可以獲得明顯減速運動，並最終停止在攔阻床內。飛機道面攔阻系統位於跑道末端延長線並且其中心線與機場跑道的中心線重合，典型的飛機道面攔阻系統長約92米、寬約46米，其鋪設尺寸可根據機場的可用空間和著陸機型進行更改。攔阻床通常由許多塊狀泡沫材料鋪設而成，深度可根據機場對不同型號飛機的攔阻需求制定。攔阻床中泡沫材料之間的間隙可用於排水及排氣，接縫部位必須密閉以保證攔阻床中泡沫材料不易老化。此外，飛機道面攔阻系統的起始位置存在一個線性變化的斜坡，以保證飛機機輪順利進入攔阻床，減小起落架在進入攔阻系統時承受的集中載荷。為了避免道面攔阻系統受到飛機噴流或提前接地的威脅，一般要求在機場跑道末端與攔阻床之間設立一個不需要設定材料的後置段，其長度應該足夠大以避免攔阻床受到發動機噴流的衝擊。攔阻床的兩側和後端應設定行車道，供日常維護和應急救援車輛通行。
飛機道面攔阻系統
飛機道面攔阻床是由多孔泡沫材料構成，就必須進行精確的生產控制，保證每塊泡沫材料均具有穩定的力學效能。基於力學實驗表徵準確獲取泡沫材料在不同應變率下的本構關係，才能用於飛機攔阻模擬模型的計算，準確預估攔阻效能，為飛機道面攔阻系統的初步設計提供可靠的參考。在材料生產研製方面， 北航合作方單位——北京中航空港場道工程技術有限公司從全球EMAS系統領導品牌公司製備了力學效能優質的各類泡沫材料。在理論模型和數值計化分析設計方面，北京航空航天大學衝擊動力學團隊首次提出了飛機道面攔阻過程中的阻力模型，包括壓潰阻力、剪下阻力、粘附阻力以及摩擦阻力等，基於該阻力模型與飛機結構安全設計引數結合， 建立了整機攔阻動力學模型，可以有效地預測攔阻過程中飛機的速度歷程曲線、加速度歷程曲線、飛機攔停距離以及飛機起落架以及機上人員所受載荷，從而評估飛機的安全性。在真機攔阻實驗方面，北京航空航天大學聯合北京中航空港場道工程技術有限公司、中國飛行試驗研究院以波音737-300飛機為攔阻目標，完成了飛機道面攔阻系統的整機攔阻實驗研究，測量得到的飛機結構動態力學響應表明該攔阻系統能夠安全地攔停衝出跑道的飛機。實驗結果表明：道面攔阻系統能夠安全地攔停衝出跑道的波音737-300型客機，並且不會對飛機乘員及結構造成任何損傷，驗證了道面攔阻系統對沖出跑道飛機安全攔阻的可靠性。實驗測量得到的飛機運動速度歷程曲線、加速度歷程曲線以及攔阻過程中起落架上的各測量點的動態應變值與飛機攔阻預測結果相比誤差均在10%以內。
EMAS系統的應用現狀
飛機道面攔阻系統作為一種替代跑道安全區防護功能的裝置，可以有效地避免由於飛機衝出跑道造成的重大傷亡。目前EMAS系統廣泛地安裝在無法達到FAA標準的機場中。世界上第一個EMAS攔阻系統於1996年安裝在肯尼迪國際機場，自此之後美國工程材料攔阻公司的EMAS系統共在全美67座機場的109條跑道上完成安裝，目前還有5座機場計劃安裝6個EMAS防護系統。此外，在我國的某些機場同樣安裝了EMAS防護系統，例如2006年四川省九寨溝黃龍機場從美國工程材料攔阻公司引進了EMAS防護系統，這是亞洲第一條EMAS防護系統，也是EMAS系統第一次安裝在美國境外。我國自主研發和生成的飛機道面攔阻系統於2013年在雲南騰衝機場正式安裝。飛機道面攔阻系統對機場跑道端的安全防護髮揮著重要的作用，場攔阻系統的安裝完成進一步提升了機場的安全保障能力，可以有效避免飛機衝出跑道對飛機結構以及飛機乘員造成的嚴重傷害。EMAS系統至今在全球範圍內已經成功攔停了12架衝出跑道的飛機，所有機上人員的生命安全得到了保障。隨著我國新建機場的不斷增多，一些高原機場和海濱機場存在嚴重的跑道安全區長度不足的問題， 故而需要安裝道面攔阻系統。EMAS能夠可以提供充分的安全防護保障，大大增強了機場安全保障能力。