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顧正兵:關(guān)于跑道構(gòu)型與容量的思考

 榮悅 2019-01-24

機(jī)場(chǎng)容量大致由三個(gè)要素所決定,一是跑道數(shù)量及構(gòu)型,二是航站樓規(guī)模和機(jī)位數(shù),三是空域條件,任一要素都有可能成為容量的瓶頸,這里只討論跑道數(shù)量及構(gòu)型對(duì)容量的影響。

一、計(jì)算跑道容量涉及的規(guī)則及參數(shù)

1、發(fā)布落地許可時(shí),跑道是干凈的。

2、最晚在航空器距跑道入口4公里前給予落地許可。

3、進(jìn)近雷達(dá)管制間隔為6公里。

4、雷達(dá)管制尾流間隔最低標(biāo)準(zhǔn):重-重4海里,重-中5海里,重-輕6海里,中-輕5海里。

5、平均尾流間隔:濟(jì)南遙墻機(jī)場(chǎng)總規(guī)中,近期目標(biāo)年重型機(jī)和中型機(jī)所占比例分別取20%和80%,輕型機(jī)數(shù)量忽略不計(jì)。計(jì)算出的平均最小雷達(dá)尾流間隔為(注:算法引用自濟(jì)南遙墻機(jī)場(chǎng)總規(guī))

   表5.3.2-1  平均雷達(dá)尾流間隔計(jì)算表


間隔標(biāo)準(zhǔn)wi(海里)

概率pi(%)

Si(海里)

S(海里)

重在前重在后

4

4

0.16

 

 

3.36

重在前中在后

5

16

0.8

中在前重在后

3

16

0.48

中在前中在后

3

64

1.92

機(jī)型比例的差異會(huì)對(duì)平均尾流間隔產(chǎn)生影響,即使重中比為4:6時(shí),平均尾流間隔為3.64海里,因此一般來(lái)講,平均尾流間隔不會(huì)大于4海里。

6、起飛航空器平均占用跑道時(shí)間50秒。

7、落地航空器平均占用跑道時(shí)間為40 秒。

8、航空器最后進(jìn)近速度按平均145 海里/小時(shí)計(jì)算。

9、起飛航空器離地速度按平均140 海里/小時(shí)計(jì)算。

(注:上述4個(gè)參數(shù)均引用自濟(jì)南遙墻機(jī)場(chǎng)總規(guī))

10、管制員指揮航空器切入航道時(shí)的速度為170海里/小時(shí)。

二、單跑道混合運(yùn)行的容量

1、計(jì)算方法一(濟(jì)南總規(guī)的計(jì)算方法)

S=Z+V*(T1+T2)

Q=V/S*2

Q=V/S×2

S=Z+V×(T1+T2)=4/1.852+145×(40+50)/3600=5.81海里

Q=V/S×2=145÷5.81×2=50架次/小時(shí)

注:S:以最后進(jìn)近速度計(jì)算,滿足加入一架起飛航空器,降落航空器之間所需的最小間隔;Z:距跑道入口4公里;V:航空器平均最后進(jìn)近速度;T1落地航空器平均占用跑道時(shí)間;T2:起飛航空器平均占用跑道時(shí)間。

2、計(jì)算方法二(經(jīng)驗(yàn)值)

按經(jīng)驗(yàn)通常落地間隔6海里以上就可加一架起飛,雷達(dá)管制通常指揮飛機(jī)以每小時(shí)170海里切入航向道,假設(shè)用較大的7海里安排落地飛機(jī)間隔,則小時(shí)容量為: Q=V/S×2=170÷7×2=48.5 架次/小時(shí)。當(dāng)起飛航空器離地,降落航空器距跑道入口距離:

Z=(S/V1-T1-T2)V2=(7/170-40/3600-50/3600)×145=2.35海里,大于2海里的要求,說(shuō)明7海里的間隔可以進(jìn)一步減小,小時(shí)架次和方法一應(yīng)該基本一致,約50架次。

3、方法一計(jì)算出來(lái)的間隔和方法二采用的間隔均大于進(jìn)近雷達(dá)管制間隔和平均尾流間隔,因此結(jié)論可行。從理論上來(lái)講,容量還有提升的空間,一是合理的跑滑系統(tǒng),加上相關(guān)人員技術(shù)的提升和空地配合的更加默契,進(jìn)一步縮小航空器占用跑道時(shí)間。二是調(diào)整相關(guān)規(guī)定,比如管制員判斷,當(dāng)降落航空器距跑道入口1海里以上時(shí),跑道上的航空器能夠脫離或起飛,則允許管制員提前發(fā)布落地指令。

4、理論容量和可用容量的關(guān)系。如果將理論容量作為安排航班計(jì)劃的依據(jù),那么有一點(diǎn)點(diǎn)的擾動(dòng),就將產(chǎn)生大量延誤,考慮到運(yùn)行品質(zhì)的要求,一般情況下,單跑道混合運(yùn)行的可用容量按理論容量的70-80%計(jì)算,即35-40架次/小時(shí)。

三、跑道組的容量

使用《民用航空空中交通管理規(guī)則》(交通運(yùn)輸部令2017年第30號(hào)),第二百五十四條,前后起飛離場(chǎng)或者前后進(jìn)近的航空器尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)。

1、一條跑道單起容量。

Q=V/S  注:V-平均起飛離地速度;S:平均尾流間隔

Q=V/S=140/3.36=41架次(重中比2:8時(shí))

Q=V/S=140/3.64=38架次(重中比4:6時(shí))

即使采用重中比2:8時(shí)的平均尾流間隔,3.36×1.852=6.2,也大于6公里的進(jìn)近雷達(dá)管制間隔,結(jié)論滿足相關(guān)要求。

2、一條跑道單降容量

1)方法一

S= Z+V*T1=4/1.852+145×(40/3600)=3.77海里

Q=V/S=145/3.77=38架次

注:S:以最后進(jìn)近速度計(jì)算,跟進(jìn)降落航空器之間所需的最小間隔;Z:距跑道入口4公里;V:航空器平均最后進(jìn)近速度;T1落地航空器平均占用跑道時(shí)間。

跟進(jìn)間隔3.77×1.852=6.98,大于6公里的進(jìn)近雷達(dá)管制間隔,3.77海里也大于重中比2:8和4:6時(shí)的平均尾流間隔,結(jié)論滿足相關(guān)要求。

2)方法二

S/V1-T1=Z/V2

S=V1(Z/V2+T1)=170(4/1.852/145+40/3600)=4.42海里

Q=V1/S=170/4.42=38架次

注:S:以管制員指揮航空器切入航向道速度計(jì)算,跟進(jìn)降落航空器之間所需的最小間隔;Z:距跑道入口4公里;V1:管制員指揮航空器切入航向道速度;V2:航空器平均最后進(jìn)近速度;T1落地航空器平均占用跑道時(shí)間。

降落航空器4.42海里的跟進(jìn)間隔大于平均尾流間隔和進(jìn)近雷達(dá)管制間隔,結(jié)論滿足相關(guān)要求。

3)因?yàn)槭褂玫拈g隔均大于平均尾流間隔和進(jìn)近雷達(dá)管制間隔,因此從理論上來(lái)講,容量還有提升的空間??梢哉{(diào)整相關(guān)規(guī)定,如管制員判斷,當(dāng)降落航空器距跑道入口1海里以上時(shí),跑道上的航空器能夠脫離或起飛,則允許管制員提前發(fā)布落地指令。

3、跑道組容量計(jì)算

1)近距跑道

Q=2Qmin=2×38=76架次/小時(shí)

2)中距跑道

Q=Q1+Q2 注:Q1:起飛跑道容量;Q2:降落跑道容量

Q=41+38=79  注:機(jī)型重中比2:8時(shí)的容量

Q=38+38=76 注:機(jī)型重中比4:6時(shí)的容量

3)同樣基于運(yùn)行品質(zhì)的要求,鑒于跑道是單起、單降,跑道本身的波動(dòng)要比單跑道混合運(yùn)行的波動(dòng)要小,因此,無(wú)論近距還是中距跑道,運(yùn)行的可用容量按理論容量的80-90%計(jì)算,即60-68架次/小時(shí)。

4)近距跑道的運(yùn)行特點(diǎn)是需要管制員為起飛和降落航空器配備間隔。中距跑道可以實(shí)施隔離運(yùn)行和獨(dú)立離場(chǎng),運(yùn)行具有一定的靈活性,且管制員工作負(fù)荷較輕。另外,由于中距跑道可以實(shí)施隔離運(yùn)行,起飛間隔和落地間隔互不影響,實(shí)際運(yùn)行容量可能要略大于近距跑道。但在4條跑道以上的機(jī)場(chǎng),中距跑道隔離運(yùn)行和獨(dú)立離場(chǎng)基本不能實(shí)施,所以其具有的優(yōu)勢(shì)也不復(fù)存在。

四、跑道數(shù)量、構(gòu)型和容量

以上的容量計(jì)算,都是按照目前國(guó)內(nèi)的相關(guān)規(guī)則進(jìn)行計(jì)算的,所以建議如下: 

跑道數(shù)量和構(gòu)型

容量(近期)

容量(遠(yuǎn)期)

1

36

40+

1+1

36+36=72

40+40=80+

1+2

36+60=96

40+68=108+

1+1+2,1+2+1

36+36+60=132

40+40+68=148

2+2

60+60=120

68+68=136

2+1+2,2+2+1

120+36=156

136+40=176

2+2+2

60+60+60=180

68+68+68=204

前面提出未來(lái)容量仍有提升的空間,而所要采取的建議辦法,也是目前國(guó)際上部分國(guó)家已經(jīng)使用的辦法。

五、建議

再次說(shuō)明,本文僅就跑道構(gòu)型,并結(jié)合目前的相關(guān)規(guī)則而計(jì)算,假設(shè)空域能夠滿足跑道構(gòu)型所有的運(yùn)行方式,且空域容量大于跑道容量。目前,在我國(guó)由于空域條件的制約,跑道遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮出其應(yīng)有的能力,實(shí)際運(yùn)行量遠(yuǎn)小于跑道構(gòu)型所能提供的容量。

1、歡迎大家對(duì)本文的計(jì)算進(jìn)行質(zhì)疑、批駁,更歡迎建設(shè)性的建議,希望和大家一起繼續(xù)討論,將跑道構(gòu)型與容量問(wèn)題研究得更清楚一些。

2、歡迎大家就空域問(wèn)題提出建設(shè)性意見和建議,為下一步討論空域問(wèn)題創(chuàng)造條件。

 3、雷達(dá)管制間隔放飛問(wèn)題。由于起飛是從靜止或小速度開始,沒(méi)有直觀的距離間隔,因此建議將放飛的雷達(dá)間隔轉(zhuǎn)化為時(shí)間間隔掌握。尾流間隔大于6公里進(jìn)近雷達(dá)管制間隔的,按尾流間隔放飛。具體如下:

尾流間隔

時(shí)間間隔

A380間隔

時(shí)間間隔

重-輕6海里

6/140=155秒

輕8海里

8/140=206秒

重-中5海里

5/140=130秒

中7海里

7/140=180秒

中-輕5海里

5/140=130秒

重6海里

6/140=155秒

重-重4海里

4/140=103秒



雷達(dá)間隔6公里

6/1.852/140=84秒



T=S/V   注:T-放飛間隔;S-尾流間隔或雷達(dá)間隔;V-航空器平均離地速度。

最后補(bǔ)充說(shuō)明,本次容量計(jì)算和分析,由于A380和輕型機(jī)占比很小,對(duì)容量的影響有限,故未納入計(jì)算。

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