某通用機場飛行區(qū)規(guī)劃方案研究

李南南

(廣州廣空設(shè)計咨詢有限公司,廣東 廣州 510403)

0 引言

自2016年確定促進通用航空業(yè)發(fā)展以來,我國通航產(chǎn)業(yè)積蓄已久的潛力被全面激發(fā),通航產(chǎn)業(yè)進入發(fā)展黃金時代。目前針對通用機場的規(guī)范有MHT5026—2012通用機場建設(shè)規(guī)范(以下簡稱《通規(guī)》),《通規(guī)》指出飛行區(qū)的建設(shè)按MH5001—2021民用機場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(以下簡稱《飛行區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》)執(zhí)行[1]。在無通用航空機場飛行區(qū)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的背景下,在滿足規(guī)范和保證運行安全的同時,如何使設(shè)計更加安全、合理、可靠、節(jié)約值得深入探討。

1 項目概況

項目本期定位為A2級通用機場[2]。主要保障的固定翼機型為PC-12、運-5B(農(nóng)型)、泰克南P2006T、賽斯納172和佳寶J160-C;直升機機型為AC311,Bell407,R44及以下機型。規(guī)劃飛行區(qū)等級2B,非精密進近跑道。跑道兩端設(shè)480 m×120 m進近燈光場地保護范圍。

通常在山區(qū)丘陵地帶通用機場工程中,飛行區(qū)設(shè)施參數(shù)、征地費用、道面工程及土石方工程在項目總投資中占比很大[3]。因此在初步確定規(guī)劃方案后,應(yīng)對方案中投資占比較大的分項進行優(yōu)化比選。

2 跑道長度計算

根據(jù)固定翼機型參數(shù),確定飛行區(qū)指標(biāo)為2B[4]。考慮機場遠(yuǎn)期發(fā)展和飛行培訓(xùn)業(yè)務(wù)的開展,跑道寬度確定為30 m。分別采用基準(zhǔn)長度修正系數(shù)法和查詢飛行手冊性能數(shù)據(jù)法[5]進行跑道長度計算。

2.1 基準(zhǔn)長度修正系數(shù)法

ICAO附件14提供了對基準(zhǔn)飛行場地長度的校正方法,海拔每高出海平面304.8 m,長度增加7%;機場基準(zhǔn)溫度每超過該海拔高度的標(biāo)準(zhǔn)大氣氣溫1 ℃,長度增加1%;有效跑道縱坡每1%,長度增加10%[6]。

擬用固定翼機型中,PC-12的基準(zhǔn)飛行場地長度最大,對其進行校正。機場基準(zhǔn)溫度為31.5 ℃(88.7 ℉),標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度13.5 ℃,機場標(biāo)高(跑道最高點)230.0 m;飛行區(qū)指標(biāo)I為2的有效跑道坡度不超過1%。綜合修正系數(shù)為1.37。按照取整原則,跑道設(shè)計長度取1 200 m。計算結(jié)果如表1所示。

表1 跑道設(shè)計長度修正表 m

2.2 查詢飛行手冊性能數(shù)據(jù)法

對擬用機型中基準(zhǔn)飛行場地長度較大的PC-12、泰克南P2006T、賽斯納172和佳寶J160-C共4種機型,根據(jù)起飛和著陸性能圖表(見表2),按照表格插值法進行分析。分析條件:1)外界參考條件:大氣溫度31.5 ℃,靜風(fēng),干跑道;2)飛機構(gòu)型:最佳起飛襟翼、剎車開。

表2 跑道長度設(shè)計匯總表

通過計算結(jié)果可知,跑道長度1 200 m能滿足本期設(shè)計機型在最大重量時執(zhí)行飛行任務(wù)。

3 道面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計

國內(nèi)跑道型通用機場多采用水泥混凝土道面,參照MH/T5004—2010民用機場水泥混凝土道面設(shè)計規(guī)范計算道面厚度、選擇道面參數(shù)。采用板邊臨界荷位處的應(yīng)力作為控制指標(biāo),考慮多種飛機在設(shè)計壽命期內(nèi)的疲勞損耗疊加確定混凝土的厚度[7]。

本項目固定翼機型可按95%載荷分配到主起落架,5%分配到機頭[8]。各固定翼機型道面計算相關(guān)參數(shù)如表3所示。

表3 固定翼機型道面計算參數(shù)表

表4 道面計算數(shù)據(jù)表

但規(guī)范規(guī)定飛行指標(biāo)Ⅱ為A,B的新建機場,水泥混凝土面層厚度不小于200 mm。故本項目跑道面層厚度采用200 mm,基層采用規(guī)范要求最小厚度值150 mm。凍深小于0.5 m,不設(shè)防凍墊層。道面結(jié)構(gòu)可滿足直升機和工作車輛使用要求。

4 滑行道尺寸

根據(jù)《飛行區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》,飛行區(qū)指標(biāo)I為2的儀表跑道跑滑間距為82 m,故垂直滑行道長度為61.75 m。規(guī)范規(guī)定主起落架外輪外邊距為4.5 m～6.0 m(不含)。本機場擬用機型主起落架輪距最大為4.52 m,滑行道寬度應(yīng)使滑行飛機的駕駛艙位于滑行道中線標(biāo)志上時,飛機的主起落架外側(cè)主輪與滑行道道面邊緣的凈距不小于2.25 m,即最小滑行道寬度為9.02 m,同時規(guī)范要求滑行道最小寬度為10.5 m。故本項目滑行道寬度取值10.5 m。

5 停機坪機位布局

停機坪應(yīng)為地面滑行系統(tǒng)提供足夠的空間與路徑需求[9]。設(shè)計應(yīng)使飛機滑行順暢便捷。本期預(yù)測直升機數(shù)量13架,固定翼飛機數(shù)量18架。機坪固定翼機位布置主要包括飛機垂直滑行道停機和平行滑行道停機(見圖1,圖2)。

停機坪尺寸400 m×80 m。直升機最終進近和起飛區(qū)(FATO)設(shè)置于跑道上,機坪上直升機機位不設(shè)置FATO。固定翼機位間距及機坪滑行通道距離按《飛行區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》4.9.5和4.13.5控制。

固定翼飛機垂直滑行道停機時,可布置20個固定翼機位和16個直升機機位,直升機機位均按Bell407設(shè)計,2個機位可允許同時懸停轉(zhuǎn)彎;固定翼機位全部按PC-12尺寸設(shè)計,靠近滑行道一排飛機自滑進出,靠近航站區(qū)一側(cè)飛機自滑進、頂推出。固定翼飛機平行滑行道停機時,可布置13個直升機機位,均按Bell407設(shè)計;布置18個固定翼機位,其中6個固定翼機位按泰克南P2006T尺寸設(shè)計,12個按PC-12尺寸設(shè)計,所有固定翼飛機均自滑進出停機坪。

相比較而言,垂直滑行道停機時,停放飛機數(shù)量多,固定翼機位均可停放所有擬用固定翼機型,直升機和固定翼飛機之間干擾少,缺點是靠近航站區(qū)的固定翼飛機需要設(shè)備輔助才能滑出停機坪;平行滑行道停機時,停放飛機數(shù)量略有減少,部分固定翼機位無法停放所有擬用固定翼機型,但所有固定翼飛機均能自滑進出,顯著提高了機坪運行效率。

考慮通用機場運行特性,選用平行滑行道停機的布局方式,以提高停機坪運行效率和靈活性,減少設(shè)備輔助,方便后期維護。

6 飛行區(qū)用地范圍的確定及地勢設(shè)計

根據(jù)《飛行區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》第4章,初步確定飛行區(qū)平面尺寸參數(shù)為:跑道1 200 m×30 m,滑行道1 200 m×10.5 m,停機坪400 m×80 m,升降帶1 320 m×140 m,端安全區(qū)120 m×140 m。根據(jù)填挖平衡原則,同時綜合考慮排水、防洪、凈空要求等,對場區(qū)進行土方試算,位于放坡邊線以外的進近燈光保護范圍不進行土方平整,滿足進近燈光面的超障要求即可。初步確定基準(zhǔn)點(跑道中心點)標(biāo)高228.50 m,挖方量235.93萬m3,填方量227.06萬m3,挖填比1.04∶1。用地面積534 664.00 m2。挖填高差填色分析如圖3所示。

場地屬于丘陵地區(qū),地形起伏較大,整體呈北高南低的趨勢。原地面高程在199 m～258 m之間,最大高差59 m。填方區(qū)域集中在飛行區(qū)中部及邊坡區(qū)域,最大填方高度25.61 m;挖方區(qū)域集中在飛行區(qū)北部、航站區(qū)。邊坡采用坡率法設(shè)計,因考慮凈空因素,飛行區(qū)跑道北側(cè)的邊坡坡度為1∶5,其余挖方邊坡坡度為1∶1.5,填方邊坡坡度為1∶2。

《飛行區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》4.5節(jié)規(guī)定:飛行區(qū)指標(biāo)I為1或2的儀表跑道,端安全區(qū)寬度應(yīng)不小于與其相鄰的跑道寬度的2倍,條件允許時宜不小于與其相鄰的升降帶平整范圍的寬度。為減少填方量、節(jié)約用地,本項目南端端安全區(qū)寬度縮減為跑道的2倍,即60 m,并將飛行區(qū)平整邊線沿跑道中線方向整體向北平移50 m,以減少南端邊坡大規(guī)模填方。優(yōu)化后的機場平面圖見圖4。

地勢設(shè)計應(yīng)充分考慮機場自然地勢的特點,并滿足排水防洪要求。機場縱向北高南低,通過圖上作業(yè)和實地踏勘,確定場地縱坡如下:自跑道北端以0.8%向南降坡850 m,再從變坡點以0.3%向南降坡350 m,跑道兩端土質(zhì)區(qū)縱坡為0.3%,向場外降坡;場區(qū)其他位置縱坡同跑道。

機場縱向平土斷面圖如圖5所示。

在滿足排水要求的同時,場區(qū)挖方區(qū)域橫坡應(yīng)盡量平緩,以減少挖方量。考慮到飛行區(qū)西北側(cè)填方邊坡較高,填方區(qū)橫坡可適當(dāng)增大,盡量降低填方邊坡高度,以減少土石方量,節(jié)約造價,減小工程實施難度,提高工程安全度。機場縱向平土斷面圖如圖6,圖7所示。

經(jīng)過飛行區(qū)用地范圍調(diào)整、地勢設(shè)計優(yōu)化后,機場基準(zhǔn)點標(biāo)高230.00 m,場區(qū)挖方量220.18萬m3,填方量211.75萬m3,挖填比1.04∶1;用地面積498 121.74 m2。優(yōu)化后土方減少約16萬m3,用地面積縮減約36 666.67 m2。可見通過微調(diào)飛行區(qū)位置、縮減端安全區(qū)尺寸、合理進行地勢設(shè)計,顯著減少了機場的土石方工程量,節(jié)約了投資。

7 場道附屬設(shè)施平面布置

根據(jù)《通規(guī)》7.1.6,一類通用機場應(yīng)設(shè)置圍欄,二類通用機場宜設(shè)置圍欄,高度應(yīng)不低于1.8 m,小于民用運輸機場圍欄最小高度2.5 m。為防范外部人員或體型較大的動物進入機場區(qū)域,本機場設(shè)置封閉鋼絲網(wǎng)圍欄,凈高1.8 m,考慮排水溝、平整邊界位置,圍欄沿機場平整邊界內(nèi)2 m～3 m設(shè)置。南端端安全區(qū)尺寸縮減后,其周邊圍欄最大超高1.4 m,因此需要調(diào)整圍欄的位置,超高段圍欄設(shè)置于填方邊坡上,以降低圍欄頂標(biāo)高,滿足凈空障礙物要求。

根據(jù)《通規(guī)》7.1.6,為便于巡視車輛及人員的活動并限制巡視車輛及人員的活動范圍,沿飛行區(qū)平整邊界內(nèi)側(cè)設(shè)置巡場路,路面寬3.5 m。民用運輸機場巡場路一般為水泥混凝土路面,為節(jié)約造價,本機場巡場路采用泥結(jié)碎石道路。

8 結(jié)語

本文通過合理確定飛行區(qū)設(shè)施關(guān)鍵參數(shù)和位置,針對填挖方區(qū)域分別優(yōu)化機場地勢設(shè)計等措施,顯著減少了通用機場土石方量,提高了通用機場運行效率,使通用機場在滿足規(guī)范和使用要求的同時,節(jié)約了工程投資,減少了用地規(guī)模,為同類型通用機場項目的設(shè)計與優(yōu)化提供了參考。針對通用機場前期咨詢和設(shè)計,提出以下幾點建議:

1)機場周邊凈空處理用地盡量采用臨時用地的方式,集約利用土地,節(jié)約投資,綜合考慮用地規(guī)模、費用以及復(fù)墾后土地利用的社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益,實現(xiàn)綜合效益最大化。

2)民航管理部門應(yīng)加強公開通用機場常用機型參數(shù),各機場建設(shè)咨詢從業(yè)單位應(yīng)采用一致的飛機性能參數(shù)進行設(shè)計。

3)民航管理部門和機場建設(shè)咨詢從業(yè)單位應(yīng)該重視機場航空業(yè)務(wù)量預(yù)測模型的研究。根據(jù)通用機場功能、主營業(yè)務(wù)類別和機場需求等,明確航空業(yè)務(wù)量預(yù)測方法,通過收集、整理現(xiàn)有機場的航空業(yè)務(wù)量歷史數(shù)據(jù),建立大數(shù)據(jù)分析和模擬,注重數(shù)據(jù)的更新和監(jiān)測,提高預(yù)測的準(zhǔn)確性和專業(yè)性。

4)通用機場航空器性能對跑道、滑行道等幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)層厚度的確定起著控制作用。目前照搬民用航空運輸規(guī)范對通用機場飛行區(qū)設(shè)施關(guān)鍵參數(shù)的確定起著限制作用,造成了過度投資和資源浪費。應(yīng)深入研究通用機場航空器性能,出臺針對通用機場的飛行區(qū)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

5)深入研究民用機場道面設(shè)計規(guī)范對通用機場的適用性,通用機場道面設(shè)計應(yīng)考慮車輛荷載,如消防車、加油車等。