民用飞机应急撤离影响因素试验研究

1、PAGE 11 -民用飞机应急撤离影响因素试验研究摘要：为了分析影响应急撤离的因素，基于动态客舱应急撤离试验环境，开展了多工况约1000多人次的应急撤离试验。试验表明，迫降后的不利姿态对群体撤离时间有一定的影响，10俯仰角的影响可达25.8%；取行李人员的行为对群体撤离速率有27%左右的影响；在应急撤离试验中，参试人员对较高滑梯的恐惧和在滑梯处的犹豫对试验结果有着重要的影响，不正确的跳下滑梯姿势严重影响撤离时间和滑梯撤离效率。客舱内的烟雾和灯光对撤离的影响可以忽略。乘务员在应急撤离中起着重要的作用，尤其是在处理参试人员面对较高滑梯时的犹豫或恐惧心理，对试验结果有着较大的影响。研究结论对客舱安全

2、设计和提升应急撤离效率具有重要的指导意义。关键词：应急撤离；乘务员；不利姿态；应急撤离试验；应急撤离速度中图分类号：V233+文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2022.03.002应急撤离是民航客机紧急迫降后乘员逃生的重要方法。适航规章明确要求对客座数大于44座的飞机，需通过全尺寸地面应急撤离演示验证试验，所有人员能够在90s内安全撤离至地面1。在适航标准的强制要求下，大多数民航飞机在出现紧急情况迫降后，人员能够快速逃生。如2022年8月3日，阿联酋航空公司的一架波音777飞机起火并迫降，机上282名乘客及机组人员在90s内安全撤离，随后飞机发生爆炸。但

3、是仍有一些因素影响人员的撤离过程，如迫降后飞机的不利姿态、乘务员的指挥能力、客舱烟雾等，均会影响撤离效率。早在1974年，美国联邦航空局（FAA）和美国国家运输安全委员会（NTSB）就基于搭建的民机客舱模拟设施开展了多项人员应急撤离试验。试验结果表明，出口宽度对人员总撤离时间影响比较显著，I型和III型应急出口的疏散速率差距高达50%左右2；出口离地高度也有较大影响，出口离地高度过高会大幅减小出口处的单位时间人员通过数量3。FAA的CAMI实验室开展的试验表明，撤离过程中的人为因素具有关键影响力，甚至能在一定程度上掩盖其他因素的影响4-5。中国民航大学的研究团队针对波音737-800的模拟环境

4、开展了过道宽度与竞争合作模式对应急撤离过程的影响。试验结果表明，当过道宽度从0.43m增加至0.63m时，撤离效率有所提升，撤离速率差距为13%左右。但当过道宽度大于0.63m时，撤离速率逐渐趋于稳定6。有大量学者对民用飞机应急撤离进行了研究。他们研究的重点是应急出口和过道，针对迫降后不利姿态、乘务员指挥能力、舱内烟雾、撤离滑梯、取行李人员等因素对撤离效率的影响的相关研究相对较少。本文基于航空工业一飞院所建设的动态客舱应急撤离试验环境，针对上述影响应急撤离的关键因素进行了试验研究，为改进客舱安全设计和提高应急撤离效率提供技术支持。1试验环境1.1试验平台动态客舱应急撤离试验环境的结构设计如图1

5、所示，实物环境如图2所示。试验环境由多自由度运动平台、客舱环境、照明装置、监控装置和滑梯等组成。客舱为全尺寸单通道3-3布局模拟舱，共包含18排座椅，座椅间距810mm，过道宽510mm，如图3所示。迫降后的不利姿态通过多自由度运动平台调节不同支柱实现俯仰、横滚以及二者组合的不利迫降姿态。试验环境有一个C形登机门，两个III型翼上应急门，可实现俯仰角15和滚转角15调整。为了准确测量并记录参试人员的运动轨迹及生理状态，试验平台使用高精度室内超宽带（UWB）定位设备以及无线可穿戴式生理参数记录仪。参试人员携带的设备如图4所示，定位基站及生理参数采集系统在客舱内的布置如图5所示。UWB定位设备采用

6、1GHz以上频率纳秒级非正弦波窄脉冲进行定位和传输数据，定位误差最低可达厘米级，且较宽的频谱可以使设备支持最高200人Hz/s的总定位频率（人数每人的定位频率）。腕戴式生理参数记录仪支持测量心率、EDA皮肤电、SKT皮肤温度等生理信号以及ACC人体姿态等数据，总参数采样频率高达2048Hz。其数据通过无线射频2.4GHz频段进行传输，最多可同时对15名人员进行测试。1.2试验工况本文主要分析迫降后不利姿態、取行李人员、应急出口、乘务员、应急滑梯和舱内烟雾等因素对撤离过程的影响。迫降后不利姿态的影响通过群体（18人）在不同姿态下进行撤离试验进行分析，试验工况见表1。对取行李人员和应急滑梯等因素影

7、响的研究，设置三个场景，招募5组试验人员；每组18名，年龄分布在2545岁之间。每组试验人员随机坐在舱内第3840排，共坐18个座椅。试验工况见表2。对应急出口、乘务员和烟雾等因素影响的研究，通过多人多次的试验进行分析，每次试验人员30100人不等，撤离中使用的应急出口不同。共进行了16次试验，共1002人次。试验工况见表3，场景仅区分有烟和无烟，其他为正常撤离场景。2试验结果分析2.1不利姿态的影响在实际发生的事故中，飞机在迫降过程中可能由于起落架故障或迫降时的冲击使得飞机迫降后处于不利姿态，即存在一定的倾斜角度。不利的姿态环境会对人员的运动产生不利影响7，进而影响撤离效率。2022年5月，

8、俄罗斯航空公司一架SSJ100客机发生事故，飞机迫降后起火并处于异常姿态。应急撤离时，55s内仅37人撤离，事故造成41人死亡8。各种不利姿态试验所得的应急撤离时间如图6所示。由图6可知，飞机不利姿态对参试人员的运动速度和人群的运动规律产生不利影响，进而影响总的撤离时间。以水平姿态平均撤离时间为基准来衡量不利姿态对疏散效率的影响，由试验数据计算可知：5滚转角为-5.2%，10滚转角为-14%，-10俯仰角达到-5.35%，-5俯仰角为7%，5俯仰角为7%，10俯仰角達到-25.8%。横滚角对撤离时间的影响近似呈对称关系，俯仰角为正（仰角）时的影响大于俯角。2.2取行李人员的影响虽然民航运营规章

9、和安全须知中明确要求乘客在应急撤离时不能取行李和携带行李，但在实际民航客机迫降事故中，仍然多次出现乘客在撤离前在过道取自己行李的情况。例如，在2022年5月俄罗斯航空公司SSJ100客机迫降撤离时，在视频画面及后续报道发现，有部分先撤离的乘客携带了行李及衣物，并且是在应急撤离过程中从行李架取出的。在试验中，安排第一个撤离人员进行取行李的行为，试验结果对比如图7所示。由图7可知，除取行李人员之外的人员平均速度均与场景A对应次序的人员存在一个相对稳定的差值（0.20.4m/s），且差值逐渐减小，最后趋于稳定。这是由于在取行李人员的影响下，先于此人撤离的几名人员在撤离过程中必须在狭小的过道中侧身越过

10、该人员，从而引起其撤离速度的降低。由平均疏散时间的对比分析可知，取行李的惰性人员将对疏散速率有27%左右的影响。由于参与疏散试验的人数相对真实撤离过程较少，所以影响程度可能偏高9-11。2.3应急出口的影响应急出口对应急撤离效率起着至关重要的作用。适航条款（CCAR-25.807）中明确规定了机身每侧的特定类型出口最大许可乘客座椅数。FAA也通过试验测试了各型应急出口的平均疏散人流量：I型和III型应急舱门的平均疏散人流量为1.282s/人和1.565s/人，A型和C型舱门的平均疏散人流量为0.475s/人和0.937s/人。本试验环境的应急出口有两种，即一个C型前舱门，两个III型翼上应急出

11、口。试验所得平均疏散人流量见表4。与FAA的试验结果相比，本文的翼上应急出口疏散人流量较为接近，前舱门疏散流量有极大差距。引起此误差的原因为FAA在测试前舱门时舱门外直接连接较短的平台和坡道，没有配置充气滑梯。2.4应急撤离滑梯的影响应急撤离滑梯是民航客机应急撤离的重要辅助设施，直接影响应急撤离时间。在本文试验中，通过统计得到充气滑梯的单人平均下滑时间为1.91s，与前人文献中滑梯的单人平均下滑时间1.82s基本一致。但远高于CTSOC69中对充气滑梯撤离人流量70人/min（1.167s/人）的要求。通过试验录像及视频分析，较大误差的原因如下：（1）参试人员能够确认自己在试验中无安全隐患，尽

12、快撤离的欲望不够强烈。（2）部分乘客会恐高，在跳下滑梯时出现犹豫。FAA试验得出，舱门外高度增加9in（22.86cm），对疏散速率产生18.4%的影响。本试验环境客舱地板离地高度3.47m，部分参试人员出现恐惧而没有按照标准撤离姿势跳下滑梯，如图8所示。左侧是实际撤离照片，右侧是试验录像截图。（3）在撤离时，部分乘客会等待前方人员到达滑梯底部才跳下滑梯。滑梯大多时间处于单人使用的状态，而实际单个滑梯按适航标准最大可支持3人同时承载在滑梯上下滑。由此可知，在应急撤离试验中，如果要保证滑梯的有效撤离率，需要对参试人员采取激励竞争或其他有效措施，使其进入紧张状态；同时，在应急出口处应有乘务员的指导

13、，促使参试人员尽快撤离，这样才能使试验尽可能接近真实场景。2.5乘务员的影响乘务员在应急撤离中起着举足轻重的作用。为了在试验中分析乘务员对应急撤离过程的影响，以S4为基础对照组，其可以在无特殊因素下进行快速撤离。S5和S7在基础试验条件下在前舱门及翼上应急出口处各设置一名乘务员，协助撤离。试验结果对比见表5。通过计算得出，乘务员能明显提高应急撤离过程中的疏散速率，提高比例为18.3%。2.6烟雾及灯光的影响迫降后客舱着火是影响人员撤离和造成人员伤亡的主要因素。客舱着火导致的主要结果是客舱充满烟雾。在试验中，为了分析烟雾及灯光对应急撤离过程的影响，利用舞台发烟器在客舱后部发烟，模拟客舱着火情况。

14、试验以S7为基础对照组，在无烟雾和灯光不利影响因素下进行快速撤离。S8和S9在此基础上加入灯光及烟雾的影响。S8在撤离警报前发烟并降低灯光照度，S9在撤离警报前发烟照度正常。烟雾于客舱尾部发出，蔓延至客舱中部时开始撤离。试验结果对比见表6。通过分析试验数据及视频得出，烟雾及灯光对应急撤离速率的影响较为复杂。对比S7与S8，在烟雾和降低照度的情况下，由于环境变化导致人员紧张程度增加，进而使得人员的运动速度增加，撤离速率变快。但当人员适应了烟雾环境后，人员撤离速度又恢复到了常规状态，如S9的疏散速率所示。在不考虑人员吸入烟雾导致运动能力下降的情况下，烟雾的出现能加快平均疏散速率3.1%。考虑单通道

15、客舱内乘客路线较为单一，疏散目标较为确定，所以单纯的烟雾造成视野受阻或光线减弱在试验中几乎无影响。各因素影响程度相对大小如图9所示。综合来看，虽然影响应急撤离的因素在适航规章中均有相关规定，但是通过试验发现，仍有很多因素会影响应急撤离效率。其中，对应急撤离过程中有极大限制的因素有：出口宽度、出口滑梯高度、取行李等行为以及过大的仰角等。在飞机应急撤离系统设计中，应着重关注这些因素。乘务员的指挥与协助能够提高应急撤离的效率。3結论通过应急撤离影响因素试验研究，得到如下结论：（1）不利姿态对应急撤离有一定的影响。滚转姿态和俯仰姿态对应急撤离的影响程度不同；不利姿态对群体撤离中撤离速度的影响整体上与不

16、利姿态对个体运动的影响类似。（2）取行李的人员会影响紧随其后的几名人员的撤离速度。由平均疏散时间的对比分析可知，取行李的惰性人员将对疏散速率有27%左右的影响。（3）在应急撤离试验中应采取激励竞争或其他措施，以消除参试人员在较高滑梯处的恐惧或犹豫对试验结果的影响。（4）在应急撤离试验中，烟雾及灯光几乎对撤离没有影响。（5）乘务员对应急撤离起着非常重要的作用，尤其是参试人员在较高滑梯处犹豫或恐惧时，乘务员的协助可促使人员撤离。参考文献1XueZ，BloebaumC.AparticleswarmoptimizationbasedaircraftevacuationsimulationmodelVa

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