特性材料攔阻系統：衝出跑道飛機的「安全床」

2014年3月27至28日，澳門機場組成一行6人考察團前往內地首家使用自主研發「特性材料攔阻系統」機場―雲南騰衝機場（資料圖）

近年來，關注我國民航業發展的業內外人士會經常聽到這樣一個專業辭彙——「EMAS」（Engineered Materials Arresting System，特性材料攔阻系統）。實際上，EMAS相當於為衝出跑道飛機安裝的一張「安全床」，是中國民航史上規模大、難度高的一大安全技術產品，由中國民航科學技術研究院（簡稱「航科院」）組織研發，並於2013年在騰衝機場正式應用。

如今，鋪裝在騰衝機場的EMAS歷經了1000多個日日夜夜的風吹日晒，完好如初，仍靜靜地守護在騰衝機場跑道終端，默默地為每一架在這裡起降的飛機保駕護航。

「中國製造」的特性材料攔阻系統

民航局歷來重視科技發展，鼓勵科技創新，並將「科技興安」作為建設民航強國的重要戰略。「中國製造」的EMAS正是民航「科技興安」戰略實施過程中科技研發、審定驗證和市場應用的一個縮影。

隨著我國民航的持續快速發展，如何切實築牢安全防線是擺在民航人面前的一個重要研究課題。國際民航組織統計數據顯示，在全球範圍內沖偏出跑道事故次數排在民用航空器事故類型統計的首位。世界上約1/4的航空運輸事故涉及飛機沖偏出跑道的情況。

我國幅員遼闊，山區和高原面積佔比較大，有相當數量的機場跑道端安全區外存在陡坡、深溝、水面、道路等障礙物，這增加了飛機衝出跑道的風險。

基於此，航科院進行大量技術調研分析後發現，具有特定力學性能的潰縮吸能材料，以數十厘米的厚度鋪設在跑道延長線的地面上，寬度與跑道一致，長度在數十米到150米不等，能夠形成一個攔阻床。飛機一旦進入這個攔阻床，特性泡沫材料在機輪碾壓下破碎，以此吸收飛機的動能，可以將飛機攔停在攔阻床內。對某些地形複雜機場來言，這相當於延長跑道端安全區長度。因此，在跑道端外安全區內安裝EMAS非常具有可操作性，也更加經濟。

於是，自2010年起，在民航局的大力支持下，我國民航從零開始了EMAS的「中國製造」之路。

那時，對我國民航而言，EMAS是一項全新的、具有開創性的項目，國際上也僅美國掌握了這項技術，我國沒有任何經驗可以借鑒和參考。「實際上，攔阻系統相當於為衝出跑道飛機鋪設一張『安全床』，具有多技術集成的特點，涉及材料生產、設計方法、敷設安裝、安全性評估、飛機運行等多個學科領域，研發難度非常大。」航科院相關負責人這樣告訴記者。

其中，特性材料的每一種成分應該如何配比？對不同機型的攔阻效果如何有效評估？安裝後能否保證可靠、耐用？每一個細節都是需要提前考慮並加以解決的難題。

功夫不負有心人。經過2年多的努力，航科院的研發團隊終於攻克了材料生產和系統設計方法的技術難題，並通過數十次台架試驗、6次波音737飛機真機試驗、3次J6試驗、2次尾流試驗該系列試驗等非常嚴謹的實驗驗證，成功研發出了「中國製造」的EMAS。

2012年7月，「中國製造」的EMAS獲得了民航局工程化應用許可，這是我國民航在涉及飛行安全的重大系統研發方面取得的重要進展，也是世界上第2個取得民航管理部門批准的EMAS。由此，「中國製造」的EMAS打破了國外對EMAS的技術壟斷，具備了走向市場的條件。

國產EMAS「真金不怕火煉」

作為首批特性材料攔阻系統的試點安裝機場，2013年7月，國產EMAS成功完成在騰衝機場的建設應用。如今，有時間為證：「中國製造」的EMAS不僅在材料的物理及力學性能方面達到了美國同類產品水平，還在防水性、抗老化性和維護便利性等多方面都優於美國產品。

騰衝機場副總經理向波表示，騰衝機場為高填方機場，雨季漫長，跑道經常處於濕滑狀態，飛機衝出跑道的風險較大。此前，航空公司在運行中存在較大的安全壓力。安裝EMAS不但大大降低了飛機沖偏出跑道的幾率，有效緩解了飛行員的心理壓力，提高了機場的安全保障裕度，而且增強了機場在爭取開闢新航線方面的競爭力，切實促進了騰衝機場安全穩定發展。

正所謂「真金不怕火煉」，在騰衝機場現場觀摩時，記者發現，經過3年的運行，騰衝機場EMAS運行情況良好，沒有出現任何攔阻材料破損、嵌縫料脫落、攔阻床沉降、排水和通風不暢等異常情況。

而這一切，國產EMAS又是如何實現的呢？騰衝機場EMAS項目技術負責人、航科院全程參與EMAS項目研發工作的研究員史亞傑告訴記者：「EMAS的壽命和質量在很大程度上取決於攔阻床的密封有效性，尤其是防水能力。騰衝機場安裝的EMAS之所以能夠保持良好現狀，也得益於攔阻床在材料和工藝處理上顯示出的良好防水性能。」

據了解，攔阻床是由一個個單元體拼裝而成的，每個單元體個體以及單元體之間的防水處理都至關重要。一方面，航科院研發團隊對攔阻材料單元體進行了防水處理，同時還擁有了自主研發的單元體之間密封處理的專利技術，儘可能減少攔阻床進水的可能性。即使出現攔阻床局部漏水的情況，水也不會浸泡到攔阻材料，這樣就可以有效杜絕攔阻材料因為進水而出現凍融等損害的風險。

另一方面，他們還在攔阻床表面進行了特殊的防紫外線處理，大幅度地提高了攔阻床的耐候性。因此，即使在海拔2000米的高原經受了3年的強紫外線輻射，騰衝機場安裝的攔阻床也沒有顯示出任何紫外線損傷跡象。

前期研發工作至關重要，後期維護同樣不容忽視。「隨著鋪裝時間的增加，即使攔阻床的密封或者單元體頂蓋受紫外線輻射出現老化跡象，我們也有相應的專利技術進行修復處理。」史亞傑說。

除了優秀的性能，一個成功的新科技產品還需要具有較高的信價比。航科院（北京）科技發展有限公司有關負責人向記者透露，國產EMAS具備大範圍應用的生產能力，能夠提供價位非常合理的工程解決方案。

為特殊地形機場提供「私人訂製」

2013年5月，民航局印發了《特性材料攔阻系統（EMAS）規劃建設指導意見》，積極推進EMAS系統在特殊機場的應用工作，並提出為進一步做好EMAS建設方案論證和建設試點工作，應制定特性材料攔阻系統（EMAS）技術要求及檢測方面的行業標準。

歷時3年，《特性材料攔阻系統》（MH/T5111-2015）行業標準於今年4月1日正式實施。這是全球第一個關於EMAS的完整技術標準，詳細規定了EMAS全過程的技術要求，涵蓋了設計、測試、安裝、驗收、使用和維修等內容，將有助於推動EMAS行業的規範化運行，確保產品質量和維護質量。

據悉，後續攀枝花、林芝、大理、臨滄、神農架、文山普者黑、普洱思茅等20餘家機場將陸續開始安裝EMAS。對此，上述航科院相關負責人表示，除了統一的行業標準外，航科院還擁有自己的「獨家秘笈」，可以為各個機場提供「私人訂製」。

考慮到機場的地理位置、氣候條件和運行機型的不同，航科院可以為不同機場進行有針對性的設計。EMAS材料的強度、厚度，攔阻床長度，頂蓋和材料的防水性能、抗老化能力均可根據不同機場作出相應調整，以保證EMAS系統的使用安裝能發揮最大作用。

提及航科院的「獨家秘笈」，力學計算為主的設計方法是國產EMAS的核心機密。航科院研發團隊建立了飛機進入攔阻系統後的力學模型，並開發了專有的計算軟體，既能準確計算出飛機停止距離，又能計算出整個攔停過程中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。通過大量實測數據的驗證，航科院設計模型十分精確，在沒有做任何修訂的情況下最大誤差不超過7%，且飛機在所有試驗中均保持完好，計算結果貼近美國聯邦航空管理局（FAA）計算結果，尤其是部分結果更接近於實測結果。

基於這個模型，結合各機場的綜合情況，就可以得出適合這個機場的最優設計結果和最佳工程方案。EMAS項目軟體負責人表示：「在設計過程中，我們還有兩個研發小組平行獨立開展、相互校核並最終確定，從而保證設計結果的準確性和可靠性。」

此外，航科院EMAS研發團隊還以持續改進現有EMAS特性材料與研發新一代EMAS特性材料雙管齊下的方式，不斷優化特性材料的綜合性能，使其能夠滿足更多的環境和載荷工況需求，為更多特殊機場提供優質服務。同時，其還在繼續改進EMAS攔阻床安裝工藝，以最大限度地提高安裝效率，降低對機場運行的影響。

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