民用航空器尾流重新分類發展綜述

左青海 楊凡 潘衛軍

摘 要：航空器尾流間隔是限制機場跑道容量的主要因素之一，與航空運行安全息息相關。本文對航空器尾流重新分類（Re-categorization，RECAT）技術的最新發展進行綜述，對國際民航組織（ICAO）、歐洲空中航行安全組織（EUROCONTROL）、美國聯邦航空局（FAA）、中國民用航空局（CAAC）的尾流間隔標準和重新分類方法進行了比較和分析，同時對尾流重新分類的試運行效果進行分析。相關研究表明，尾流重新分類能有效縮減平均尾流間隔，提高跑道運行效率。

關鍵詞：尾流重新分類;尾流間隔;跑道容量;運行效率

中圖分類號：V355.1文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）26-0065-06

Abstract： Aircraft wake turbulence separation is one of the main factors limiting the runway capacity of the airport， it's closely related to the safety of civil aviation operations. The paper summarized the latest development in aircraft wake re-categorization （RECAT） technology， and also reviewed the wake turbulence separation standards and re-categorization methods consisting of International Civil Aviation Organization （ICAO）， the European Air Navigation Safety Organization （EUROCONTROL）， the United States Federal Aviation Administration （FAA） and the Civil Aviation Administration of China （CAAC）， and analyzed the trial operation effect of the wake re-categorization at the same time. Related studies have shown that wake re-categorization can effectively reduce the average wake turbulence separation and improve runway operating efficiency.

Keywords： aircraft wake re-categorization;wake turbulence separation;runway capacity;operating efficiency

機場跑道容量及使用效率與航空器的起飛和著陸最小間隔直接相關，該間隔取決于空管監視能力及航空器尾流。飛機在飛行中會產生尾流，航班運行中需要給前后兩架飛機之間配備安全的尾流間隔，防止出現后機遭遇前機尾流而導致失控等危險情況。

自20世紀70年代實施以來，ICAO現行的航空器尾流間隔標準并未進行過大的修訂。受限于當時的技術條件，該標準顯得相對較粗略與保守。隨著民用航空運輸量持續增加，其在一定程度上限制了繁忙機場的跑道容量，加重了航班的延誤。將現行尾流間隔標準進行縮減與優化，精準地把握航空器尾流間隔，對提升民航運行安全與效率具有重要意義。RECAT技術成為民航業研究的一個重要方向。

經過數年的研究與論證，FAA與EUROCONTROL分別出臺了各自的RECAT標準，并進行持續研究，以期對所有航空器之間建立實時的、動態的尾流間隔。

ICAO在2012年11月召開第十二次空中航行會議，提出修改全球空中航行計劃（Global Air Navigation Plan，GANL）和航空系統組塊升級計劃（Aviation System Block Upgrades，ASBU），并達成戰略協議。在各國研究成果基礎上，ICAO將RECAT分為三個發展階段：第一階段，將當前ICAO的尾流間隔標準優化為6類;第二階段，使用靜態的配對機制來代替尾流間隔分類，每個飛機對之間配備合適的最小尾流間隔;第三階段，動態尾流間隔，根據飛機重量、大氣條件等實際參數來實時確定航空器的最小尾流間隔[1]。2016年，ICAO發布了最新一版的2016—2030年全球空中航行計劃和航空系統組塊升級計劃（ASBU），將RECAT分為3個組塊：組塊0（B0-WAKE）通過優化尾流間隔優化跑道吞吐量;組塊1（B1-WAKE）通過動態尾流間隔提高跑道吞吐量;組塊2（B2-WAKE）應用基于時間的尾流最低間隔標準（Time Based Separation，TBS）[2]。

近幾年，我國也加快了對尾流間隔縮減相關課題的研究與試驗，在充分研究歐美RECAT可行性與安全性的基礎上，結合國內外運行經驗及國內民航運行特點，擬定了中國的尾流重新分類標準（RECAT-CN），并于2019年12月5日在深圳寶安國際機場、廣州白云國際機場正式開始試驗運行。

1 我國現行尾流間隔標準

目前，大多數ICAO成員國均采用ICAO Doc 4444文件中的尾流間隔標準。我國目前使用的尾流間隔標準依據是《民用航空空中交通管理規則》（CCAR-93-R5），航空器尾流等級分類與ICAO的標準相一致，航空器按最大起飛重量（MTOW）分為重型、中型、輕型三類（見表1），并將A380-800型航空器尾流間隔的指導意見融入規章[3]（見表2）。該標準對航空器的分類較為粗略，間隔是根據各類別中最壞的情形確定的，在很多情況下，間隔配備相對保守，隨著民航業快速發展，漸漸無法滿足實際運行需求。

2 EUROCONTROL尾流重新分類標準

EUROCONTROL在2007年提出尾流重新分類的概念，旨在將各類航空器的尾流評估后重新分類，通過對各機型組合下最小安全間隔的計算分析，使各類航空器之間的尾流間隔標準更加細致、更加合理，進而達到縮減尾流間隔、提高民航系統運行效率的目的。2009年，EUROCONTROL與FAA聯合開展可行性研究，認為RECAT是一種可操作的縮減尾流間隔的運行方法[4-5]。

2013年，EUROCONTROL在與美國合作研究的成果基礎上，開展RECAT-EU項目研究，綜合考慮航空器速度、重量、翼展等因素，通過優化調整RECAT中各類別所屬的機型種類，并對歐洲航行服務商提出的一些技術進行系統研究，以更好地提升容量，保證安全性，通過計算分析縮減尾流間隔[6]。

2015年7月，RECAT-EU標準[7]正式發布，該標準在原分類的基礎上將航空器按最大起飛重量和翼展細分為六類（見表3）并配備新的尾流間隔（見表4），該分類下航空器的機型舉例如表5所示。

RECAT-EU的試驗運行表明，在高峰時段，新標準可以提高5%的跑道容量，具體取決于各個機場的航班組合;在同等吞吐量下，能夠降低航班的進、離場總飛行時間，使管制員能夠更加靈活地管理交通;能使機場運行從不利條件中快速恢復，從而減少總體延誤[7]。

3 FAA尾流重新分類標準

2012年11月1日，美國孟菲斯機場成為全球第一個實施RECAT-I運行的機場。在運行6個月后，FAA與機場塔臺、美國聯邦快遞公司等機構對該試運行期間的機場通行能力進行了全面評估。分析數據結果顯示，該機場航空器離場容量增加22%，進場容量增加15%，美國聯邦快遞有85%的航班間隔會縮短，離場排隊時間縮減了38%，在高峰時段的離場容量平均每小時增加7架次，同時沒有航空器報告遭遇尾流[8]。2013年起，陸續向路易斯維爾、邁阿密等多個國際機場推廣實施[9-11]。

2014年6月，FAA正式頒布了尾流重新分類間隔標準（RECAT 1.5），將航空器分為6類，并配備了新的間隔[12];在進一步運行研究的基礎上，FAA對部分標準進行了修訂，于2016年2月頒布更新的規章[13];2016年8月，FAA頒布了第二階段尾流重新分類標準，將航空器分為A-G七類（RECAT 2.0），對美國機場實際運行的絕大部分ICAO常見類別航空器配對并配備尾流間隔[14];2018年6月發布聯合的尾流間隔標準（Consolidated Wake Turbulence，CWT）[15]并于2019年8月發布CWT更新，將航空器分為A-I九類并更新了航空器間的最小尾流間隔標準[16];2019年10月10日頒布的航空器類型指示符對RECAT1.5、RECAT2.0、以及CWT進行了具體說明[17]。

本文選取FAA目前正在生效的RECAT1.5和CWT進行分析。RECAT1.5將航空器分為A～F六類，在最大起飛重量（MTOW）的基礎上根據翼展（WS）的大小進一步細化分類，如表6所示，與之對應的尾流間隔標準如表7所示。

CWT標準將航空器分為A-I九類并為各類航空器之間配備尾流間隔，具體分類如表8所示，對應的尾流間隔標準如表9所示。

4 我國尾流重新分類標準

國內理論研究方面主要關注RECAT對跑道容量的影響[18-25]及進一步優化建議[26]，部分研究人員也對國內外尾流間隔標準及RECAT運行效果進行了對比分析[27]。此外，RECAT間隔標準下航空器的碰撞風險[28]、RECAT機型分類方法[29]也有相關研究。

2015年，中國民用航空局出臺了《中國民航航空系統組塊升級（ASBU）發展與實施策略》，對中國航空系統的發展做出規劃，為我國尾流間隔縮減技術的發展指明了方向[30]。為此，中國民用航空局空中交通管理局對在我國推廣應用RECAT技術的可行性、實施條件、建議方案等進行了深入研究。

2019年1月23日，中國民用航空局空中交通管理局在廣州組織開展尾流重新分類管制實驗運行的宣貫動員工作，擬定符合中國實際運行需要的RECAT-CN標準[31]。根據中國繁忙機場的交通流特點，RECAT-CN將航空器尾流等級按照最大起飛重量和翼展大小分為超級重型機（J）、重型機（B）、一般重型機（C）、中型機（M）、輕型機（L）等五類。

綜合考慮飛機重量、翼展等參數，將航空器重新分類，該標準將現有的重型機（H）按不同翼展大小再細分為兩類，其他與現行的標準保持一致，具體分類如表10所示。通過重新計算各類別組合下的安全間隔，在確保安全水平不降低的情況下有效地縮減了運行間隔標準。表11為RECAT-CN的尾流間隔標準。

2019年12月5日，廣州、深圳開展RECAT-CN全天候試驗運行。整個試驗運行分為測試、推廣兩階段，運行范圍為深圳寶安國際機場和廣州白云國際機場以及兩機場相關的進近（終端）管制區，首先安排南航、海航、深航、美國聯邦快遞、聯合包裹速遞服務公司參與，在總結第一階段運行經驗基礎上，逐步推廣到廣州白云國際機場、深圳寶安國際機場運行的所有適用航空器[32]。

此次試驗運行中，一些航空器的之間的間隔縮減明顯，比如，前后機均為B類航空器的間隔標準從之前的7.3 km縮減至5.6 km，前機為C類航空器、后機為M類航空器之間的間隔從9.3 km縮減至6.5 km，有效提高跑道容量，縮短航班排隊等待時間，讓旅客的出行更加高效。以空客A380和波音787為例，前后機之間的尾流間隔從11.1 km縮減為9.3 km，優化幅度達16.2%。而輕型飛機與重型飛機的間距增加了1.9 km，受前機尾流影響的可能性進一步降低。在大流量運行中，管制員調配余度增加，極大降低了管制負荷，隨著RECAT-CN技術的持續推進，新標準在提高運行效率和經濟性方面的成效將更加凸顯[33]。

5 結論

ICAO現行的航空器尾流間隔標準相對保守，本文對EUROCONTROL、FAA以及CAAC的尾流重新分類方法及尾流間隔標準的發展進行了詳細的分析，并對標準的試運行情況做了介紹。運行結果表明，RECAT間隔標準能有效縮減航空器之間的平均尾流間隔，對提升機場運行效率、提高機場運行容量有重要意義。在驗證運行的同時，要進一步從理論的角度分析RECAT分類與間隔標準的合理性并進行持續優化。

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