天府國際機場兩起一降運行模式下的跑道容量研究

2019-10-15 03:41:36田道友向小軍張帥

科技與創新 2019年18期

田道友，向小軍，張帥

田道友，向小軍，張帥

（中國民航飛行學院，四川廣漢 618307）

機場跑道容量評估對機場安全高效運行起著重要的作用，為提高機場的運行效益與運行效率，對成都天府國際機場離崗高峰模式下的跑道容量進行了評估。結合數學模型，對單跑道離場容量與單跑道進場容量進行計算，發現成都天府國際機場一期建成兩起一降運行模式下的跑道容量。

運行模式；跑道容量；計算模型；容量評估

隨著中國經濟的快速發展，民航也迎來高速發展的黃金期，航班量不斷增加，空中交通流量急劇增大，國內主要的國際機場的運行狀態趨于飽和。在此背景下，天府國際機場于2016年開工建設，計劃2021年上半年建成投運，為保證天府新機場能夠安全有效運行，有必要對成都天府國際機場跑道的容量進行評估。

機場容量評估對機場后期的安全有效運行具有重要意義，目前有4類評估方法用于跑道容量評估：①基于歷史數據統計的評估方法。②基于數學計算模型的評估方法。③基于計算仿真的評估方法。目前應用較廣泛的跑道容量仿真軟件包括TAAM、SIMMOD、RAMS以及AirTOp軟件。④基于管制員工作負荷的評估方法。

1 多跑道運行標準及相關規定

在國際民航組織文件DOC9643、DOC4444中有關于多跑道運行的相關標準和規定，在具有平行跑道運行能力的機場實施獨立平行進近應具備以下條件：使用雷達引導切入ILS航向道；配備相關精度要求（方位精度大于0.3°，更新周期小于等于5 s）的雷達設備；兩條跑道都在進行ILS進近；管制員已告知航空器可在兩條跑道實施儀表進近；兩條跑道的進近復飛航跡應大于30°。在文件中還規定了在同一跑道實施進近航空器間的雷達間隔以及在平行跑道實施儀表進近的雷達間隔標準。

2 影響跑道容量的主要因素

機場跑道的容量是指在符合相關運行標準的情況下，機場在單位時間內能夠服務的航空器的最大數量。影響跑道容量的因素包括以下幾個方面：①跑道的條數、跑道之間的距離與跑道的方位。成都天府國際機場一期共建設3條跑道，跑道分布為兩縱一橫，并且3條跑道之間滿足獨立運行的條件。②不同類型的航空器與運行組合在實際運行中對尾流間隔的規定不同，而尾流間隔是影響機場跑道容量的主要因素。③跑道的運行方式。成都天府國際機場東一跑道與西一跑道中心線之間的距離為2 400 m，大于1 035 m，縱向間隔550 m，這兩條跑道實為一組寬距平行跑道，根據中國的規章，可允許這3條跑道獨立運行。④導航與監視設備。航空器之間的間隔與導航監視設備的類型有關，不同的監視設備下的航空器之間的間隔不同。⑤運行時實施的進場程序與離場程序。不同的進近程序以及程序是否合理，也會對機場跑道的容量產生影響。

除以上所列出的影響跑道容量的因素，跑道容量還與停機坪的布局、航站樓的布局、跑道數量、運行時的氣象條件以及跑道燈光等因素相關。

3 天府國際機場跑道容量模型的建立與計算

運用以下數學模型對起飛航空器之間的時間間隔進行分析：

式（1）中：為跑道容量；[]為機場跑道的平均服務時間。

式（2）中：ij為i型航空器先于j型航空器進近的概率；ij為i型航空器在前，j型航空器在后時，兩架運行航空器之間的時間間隔。

天府國際機場一期3條跑道為獨立運行的跑道，兩起一降運行模式時，西一跑道與北一跑道用于起飛，東一跑道用于落地，運行模式如圖1所示。

3.1 單跑道離場容量計算

在機場的實際運行中，管制員可根據起飛航空器與進場航空器間時間間隙的大小，在時間間隙中插入架離場的航空器。兩架相鄰降落的航空器間的時間間隔需滿足：

（ij+ij）≥min+（－1）（i）（3）

式（3）中：min為起飛/到達航空器的間隔規定；i為機型i的起飛跑道占用時間。

圖1 成都天府機場兩起一降運行模式示意圖

該時間間隔為進場的航空器為離場的航空器提供足夠的時間間隔以確保在運行時滿足空中間隔的最小間隔規定。

當j型航空器在前，i型航空器在后時，j型航空器與i型航空器間的時間間隔須滿足式（1），即可在兩架進近航空器間插入i-j架起飛的航空器，計算進近航空器間可插入的起飛航空器數量，可得出表1。

表1 可插入起飛航空器數量

后機前機中型機重型機中型機n1-1n1-2 重型機n2-1n2-1

離場航空氣的跑道容量算式如下：

式（4）中：D為機場跑道用于離場的跑道容量；為單位小時內的時間間隙數量。

考慮到實際運行情況與運行效益，成都天府國際機場運行的航空器類別中只考慮中型機與重型機，1為中型機，2為重型機，1=0.6，2=0.4。在運行時當重型機在前中型機在后時，其在運行時的尾流間隔為2 min；在運行時當中型機在前重型機在后時，其在運行時的尾流間隔為1.5 min。當離場的航空器進入跑道時，進近的航空器其最后進近距離按最優5海里計算。離場航空器在起飛時的跑道占用時間：中型機40 s，重型機46 s。最后進近速度分別按中型機280 km/h，重型機290 km/h計算，代入以上數學模型，最終得到跑道在用于離場時的跑道容量為31架次/小時。

3.2 單跑道進場容量計算

不同類別的航空器在最后進近時的速度不同，可分為以下兩種情況：i＞j，i機型的速度大于j機型的速度；i≤j，i機型的速度小于等于j機型的速度；當i＞j時，即當i機型速度大于j機型速度時，其時間間隔為:

式（5）中：ij為進場航空器之間的時間間隔；i為機型i的跑道平均占用時間；為FAF距離跑道入THR的距離；j為機型j最后進近速度；i為機型i最后進近的速度。

在實際運行中，考慮到管制員與飛行員在操作中存在一定的反應時間，需要加入一個緩沖時間ij，緩沖時間的計算公式為：

式（6）中：ij為緩沖時間；ij為i型進場航空器與j型進場航空器之間的最小距離間隔。

當i≤j時，即當i型航空器的速度小于等于j型航空器的速度時，兩種類型之間航空器的時間間隔為：

式（7）中：a為跑道進場容量。

在成都天府國際機場起降的飛機中，只考慮中型機與重型機，比例為中型機0.6，重型機0.4，降落滑跑的航空器平均占用跑道時間為：中型機48 s，重型機55 s，最后進近速度按中型機280 km/h，重型290 km/h計算，當前機為重型機時，后機為中型機時，其尾流間隔為2 min；當前機為中型機后機為重型機時尾流間隔為1.5 min，FAF距離THR的距離按最佳5海里，反應時間按照20 s計算。將數值代入單跑道進場的數學模型，得到進場時的跑道容量為25架次/小時。