交叉跑道尾流間隔研究

嚴 煜　朱代武　張 慶

交叉跑道尾流間隔研究

嚴 煜朱代武張 慶

成都新機場一期工程由三條交叉跑道組成，本文對成都新機場交叉跑道在不同運行組合下的尾流間隔進行了系統(tǒng)的分析。成都新機場在正式投入使用后，相關(guān)方按照該分析結(jié)果，嚴格遵循相應(yīng)的尾流間隔標(biāo)準運行，這能大大提高機場的運行效率與安全性，避免相關(guān)事故的發(fā)生，也提高了機場的利用率，經(jīng)濟性更優(yōu)。

成都新機場跑道構(gòu)型

成都新機場選址簡陽蘆葭，距離成都市中心51km，距離雙流機場50km，距離天府新區(qū)30km。

成都新機場一期工程跑道構(gòu)型由三條跑道組成，由機場飛行區(qū)西部的一組兩條寬距平行跑道（滿足雙跑道獨立進近運行），和飛行區(qū)東部的一條側(cè)向跑道構(gòu)成。側(cè)向跑道僅用于向東起飛，一組寬距跑道在不同模式下將存在起飛和到達混用。具體為：按照需求特性，在一期建設(shè)完成后可以采用到達模式、平衡模式和起飛模式等跑道運行方式，以動態(tài)地滿足高峰需求。采用到達模式時一組兩平行跑道同時獨立進近，側(cè)向跑道起飛；平衡模式時西跑道混合運行；起飛模式時再加上中跑道混合運行；次降方向運行時只需改變平行跑道的運行方向。 新機場近期規(guī)劃總面積21.3km2，為三條跑道，分別為北一跑道、西一跑道、東一跑道。北一跑道長3800m，寬45m；西一跑道長4000m，寬60m；東一跑道長3200m，寬45m。其中西一、東一跑道與現(xiàn)雙流國際機場跑道平行，北一跑道與之垂直，預(yù)計2020年建成并投入使用。本文研究是在成都新機場一期工程跑道構(gòu)型的基礎(chǔ)上進行，即對西一，東一和北一跑道進行研究，三條跑道的間距及參數(shù)如圖1所示。

尾流形成的原理

飛機飛行時，機翼上下表面因與氣流相對運動產(chǎn)生空氣動力壓力差，而在翼尖處產(chǎn)生一對繞著翼尖的閉合氣流漩渦，這就是尾流。

尾流的產(chǎn)生與機翼升力的產(chǎn)生是密不可分的，當(dāng)氣流繞過飛機機翼時，機翼的構(gòu)型使得流經(jīng)機翼面上方的氣流速度大于流經(jīng)機翼面下方的氣流速度。由伯努利方程推導(dǎo)可知，上翼面受到的氣流壓力低于下翼面受到的氣流壓力。因此，機翼下表面的氣流就會繞到機翼上表面，其結(jié)果是形成了一組初始尾流，在機翼上形成邊緣尾流，在翼尖處形成兩組方相反旋轉(zhuǎn)、向后流動的自由尾流，如圖2所示。

尾流間隔標(biāo)準

離場的航空器之間、進場的航空器之間都要考慮尾流間隔；對于混合進離場的航空器，先起飛后著陸的航空器之間要考慮尾流間隔，因為著陸航空器可能需要復(fù)飛，對于先著陸后起飛的航空器來說，兩者之間不受影響。

圖1　成都新機場一期工程跑道構(gòu)型圖（單位：米）

圖2　尾流形成示意圖

國際民航組織（ICAO）尾流間隔

1991年11月，在前面十幾年的實際運行以及相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，ICAO接受了航行委員會提出的進一步修改Doc4444號文件的建議，即對空中航行服務(wù)程序、飛行規(guī)則及空中交通服務(wù)（PANS-ATR）中有關(guān)尾流間隔的指導(dǎo)性材料做出了修訂，并且將其作為正式的空中航行服務(wù)程序的規(guī)定來推薦執(zhí)行。

（一）雷達尾流間隔

在國際民航組織的DOC4444中，對提供ATS監(jiān)視服務(wù)的航空器在飛行的進近和離場階段必須使用下列以尾流距離為基準的最低間隔。

表1　ICAO雷達尾流間隔

上述規(guī)定的最低標(biāo)準適用于下列情況：

a）一航空器在同一或小于300m（1000ft）海拔高度緊隨另一航空器后面飛行；或

b）兩架航空器使用同一跑道，或間隔小于760m的平行跑道；或

c）一航空器在同一或小于300m（1000ft）海拔高度飛行時從后面橫越另一航空器。

（二）非雷達尾流間隔

在DOC 4444第5.8節(jié)中對航空器的進離場間隔進行了規(guī)定：

（1）進場航空器

1）除上述5.8.1.1 a）和 b）的規(guī)定之外，須適用于下列最低間隔：

2）下列最低標(biāo)準須適用于在重型或中型航空器之后著陸的航空器：

a）中型航空器于重型航空器之后-2min；

b）輕型航空器于重型或中型航空器之后-3min。

（2）離場航空器

1）在重型航空器之后起飛的輕型或中型航空器之間，或在中型航空器之后起飛的輕型航空器之間適用于2min最低間隔，當(dāng)這些航空器均在使用：

a）同一跑道；

b）間隔小于760m（2500ft）的平行跑道；

c）交叉跑道，當(dāng)?shù)诙芎娇掌鞯念A(yù)計飛行航跡與第一架航空器的預(yù)計飛行航跡在相同高度或在其下300m（1 000ft）穿越；

d）間隔大于760m的平行跑道，當(dāng)?shù)诙芎娇掌鞯念A(yù)計飛行航徑將與第一架航空器的預(yù)計飛行航徑在相同高度或在其下300m（1000ft）穿越。

表2　DOC 4444 基于時間的尾流間隔（分鐘）

我國尾流間隔

（一）雷達尾流間隔

前后起飛離場或者前后進近的航空器，其雷達間隔的尾流間隔最低標(biāo)準應(yīng)當(dāng)按照下列規(guī)定，如表3所示。

表3　中國民航雷達尾流間隔

（二）非雷達尾流間隔

當(dāng)使用下述跑道時，前后起飛離場的航空器為重型機和中型機、重型機和輕型機、中型機和輕型機，其非雷達間隔的尾流間隔不得少于2min；前后起飛離場的航空器為A380-800型機和中型機、A380-800型機和輕型機，其非雷達間隔的尾流間隔不得少于3min；前后起飛離場的航空器為A380-800型機和其他重型機時，其非雷達間隔的尾流間隔不得少于2min：

（1）同一跑道；

（2）平行跑道，且跑道中心線之間距離小于760m；

（3）交叉跑道，且后方航空器將在前方航空器的同一高度上，或者低于前方航空器且高度差小于300m的高度上穿越前方航空器的航跡；

（4）平行跑道，跑道中心線之間距離大于760m，但是，后方航空器將在前方航空器的同一高度上，或者低于前方航空器且高度差小于300m的高度上穿越前方航空器的航跡。

中國民航非雷達尾流間隔如表4所示。

表4　中國民航非雷達尾流間隔

成都新機場交叉跑道尾流間隔

同一跑道起飛、著陸尾流間隔分析

兩架航空器在同一跑道（西一跑道、東一跑道或者北一跑道）運行時，同一跑道離場的航空器之間、進場的航空器之間都要考慮尾流間隔；對于混合進離場的航空器，同一跑道先起飛后著陸的航空器之間要考慮尾流間隔，這是因為著陸航空器可能在復(fù)飛過程中受到前方起飛航空器尾流影響；而對于先著陸后起飛的航空器來說，兩者之間則不受影響。

需考慮兩種尾流間隔，即雷達尾流間隔和非雷達尾流間隔。

雷達管制條件下，當(dāng)運行時滿足下述情況時，管制員需要為前后起飛離場或者前后進近的航空器配備規(guī)定的雷達尾流間隔，如上一章表5中國民航雷達尾流間隔所示。

表5　中國民航雷達尾流間隔

非雷達管制運行下，同一跑道起飛和進近運行時，當(dāng)使用下述跑道時，管制員需要為前后起飛離場的航空器之間要配備規(guī)定的非雷達尾流間隔，如上一章表6中國民航非雷達尾流間隔所示。

表6　中國民航非雷達尾流間隔

西一跑道與東一跑道尾流間隔分析

西一跑道與東一跑道屬于平行跑道。兩條平行跑道間距為2400m。根據(jù)《平行跑道同時儀表運行管理規(guī)定》，兩平行跑道中心線的間距大于760m時，相鄰航空器不受尾流影響，其跑道構(gòu)型如圖3所示。

西一跑道與北一跑道運行間隔分析

西一跑道北側(cè)延長線與北一跑道西側(cè)延長垂直，跑道頭互不重疊，北一跑道中心線距西一跑道頭80m，西一跑道中心線距北一跑道頭2740m，跑道構(gòu)型如圖4所示。

西一跑道可用于雙向起降，北一跑道僅用于向東起飛，運行過程中航空器軌跡無交叉。

根據(jù)FAA 相關(guān)標(biāo)準，參考上述相關(guān)規(guī)定，西一跑道與北一跑道的交叉角不小于15°，且跑道邊緣不重疊，可以允許一架飛機在北一跑道上離場，另一架飛機同時在西一跑道進入最后進近航段；

（2） 北一、西一跑道的離場航空器可以同時授權(quán)離場。

結(jié)論：西一跑道和北一跑道運行不互相影響。

東一跑道與北一跑道尾流間隔分析

西一跑道北側(cè)延長線與北一跑道西側(cè)延長垂直，跑道頭互不重疊；北一跑道中心線距東一跑道頭760m，東一跑道中心線距北一跑道340m，跑道構(gòu)型如圖5所示。

東一跑道向北直線起飛離場

使用東一跑道向北離場、北一跑道向東離場過程中，其保護區(qū)如圖6所示。

使用東一跑道向北直線起飛離場時，東一跑道起飛離場保護區(qū)與北一跑道起飛離場滑跑起始區(qū)（距跑道頭600m）無重疊，因此東一跑道向北直線起飛運行對北一跑道離場無影響。

東一跑道向北偏置15°起飛離場

使用東一跑道向北偏置15°離場、北一跑道向東離場過程中，其保護區(qū)如圖7所示。

圖3　東一、西一跑道構(gòu)型

圖4　西一跑道、北一跑道構(gòu)型

使用東一跑道向北偏置15°離場時，起飛離場保護區(qū)與北一跑道滑跑離地起始區(qū)域有重疊（124m），東一跑道起飛運行與北一跑道離場航空器之間航空器可能存在不滿足運行間隔的情況，對北一跑道離場航空器運行有影響。

東一跑道向北進近復(fù)飛

使用東一跑道向北進近過程中，航空器有可能復(fù)飛，復(fù)飛保護區(qū)見圖8中I類精密進近OAS面的Z面和圖9 中II類精密進近OAS面的Z面。

I類精密進近復(fù)飛過程中，復(fù)飛航跡正切北一跑道時，復(fù)飛面Z面與北一跑道區(qū)域重疊741m，與北一跑道頭后600m區(qū)域重疊141m。I類精密進近MAPt位于DH （60m）與標(biāo)稱的 5.2%/3°下降梯度相交的位置，則：

XMAPt =-（（DH-RDH）/5.2%）=-（（60-15）/5.2%）=-865.4m

以C類飛機相應(yīng)參數(shù)計算，

Xsoc =630.8m

東一跑道向北著陸的航空器復(fù)飛航徑，垂直從側(cè)面穿越北一跑道頭，按照2.5%爬升梯度計算，I類運行標(biāo)準，復(fù)飛航空器到達正切北一跑道頭位置時，航空器高度為：

圖5　東一跑道、北一跑道構(gòu)型圖

圖6　東一跑道向北直線起飛離場保護區(qū)

（1430+3200-630.8）×2.5%+60=159.98m

航空器離地高度小于300m，可能與北一跑道起飛航班之間有尾流影響。

向北運行時，以600 m為起飛滑跑標(biāo)準，復(fù)飛面與跑道頭后600 m區(qū)域有重疊（141 m）。考慮提高復(fù)飛爬升梯度，使航空器復(fù)飛到垂直于北一跑道頭的位置時，高于地面航空器300m，則視為地面起飛航空器尾流對東一跑道向北復(fù)飛航空器不產(chǎn)生影響，則復(fù)飛爬升梯度至少為：

（300-60）/（1430+3200-630.8）=6.0%

II類精密進近復(fù)飛過程中，復(fù)飛航跡正切北一跑道時，復(fù)飛保護區(qū)邊界距離北一跑道頭653m；東跑道離場起飛滑跑區(qū)自跑道頭600m處開始，東一跑道II類精密進近復(fù)飛保護區(qū)與北一跑道離場起飛滑距區(qū)重疊53m。

II類精密進近MAPT位于DH（30m）與標(biāo)稱的5.2%/3°下降梯度相交的位置，則：

圖7　東一跑道向北偏置15°起飛離場保護區(qū)

圖8　I類精密進近OAS面

圖9　II類精密進近OAS面

圖10　I類精密進近OAS面

圖11　II類精密進近OAS面

XMAPt =-（（DH-RDH）/5.2%）=-（（30-15）/5.2%）=-285.5m

以C類飛機相應(yīng)參數(shù)計算，

Xsoc =580m

東一跑道向北著陸的航空器復(fù)飛航徑，垂直從側(cè)面穿越北一跑道頭，按照2.5%爬升梯度計算，II類運行標(biāo)準，復(fù)飛航空器到達正切北一跑道頭位置時，航空器高度為：

（1430+3200-580）×2.5%+30=131.25m

航空器離地高度小于300m，可能與北一跑道起飛航班有尾流影響。

若考慮提高復(fù)飛爬升梯度，使航空器復(fù)飛到垂直于北一跑道頭的位置時，高于地面航空器300m，則視為地面起飛航空器尾流對東一跑道向北復(fù)飛航空器不產(chǎn)生影響，則復(fù)飛爬升梯度至少為：

（300-30）/（1430+3200-580）=6.67%

東一跑道向南進近

使用東一跑道以I類、II類精密進近標(biāo)準向南運行進近時，最后進近至航空器落地過程中，進近航跡正切北一跑道頭，進近保護區(qū)分別見圖10、圖11。

使用東一跑道以I類精密進近標(biāo)準向南進近運行，進近航跡的保護區(qū)如圖10中W面（進近面）及側(cè)面X（進近過渡）面所示。I類精密進近運行時，進近面保護區(qū)與北一跑道無重疊，進近過渡面邊界距北一跑道頭31m，與北一跑道滑跑起始區(qū)（跑道頭以內(nèi)600m）無重疊，即：I類精密進近條件下，使用東一跑道向南運行時，東一跑道降落航班與北一跑道起飛航班無影響。

使用東一跑道以II類精密進近標(biāo)準向南進近運行，進近航跡的保護區(qū)如圖11中W面（進近面）及側(cè)面X（進近過渡）面所示。II類精密進近運行時，進近面保護區(qū)與北一跑道無重疊，進近過渡面與北一跑道滑跑起始區(qū)（跑道頭以內(nèi)600m）無重疊，即：II類精密進近條件下，使用東一跑道向南運行時，東一跑道降落航班與北一跑道起飛航班無影響。

結(jié)語

西一跑道與東一跑道上的進近、復(fù)飛、離場航班，不受彼此尾流影響；

西一跑道與北一跑道上的進近、復(fù)飛、離場航班，不受彼此尾流影響；

無論向北或向南運行，東一跑道與北一跑道的離場航空器之間不受尾流影響，離場航空器可以同時授權(quán)離場；

I類精密進近條件下，當(dāng)復(fù)飛爬升梯度大于6.0%時，可以視為東一跑道向北復(fù)飛航班與北一跑道起飛航班之間相互無尾流影響；

II類精密進近條件下，當(dāng)復(fù)飛爬升梯度大于6.67%時，可以視為東一跑道向北復(fù)飛航班與北一跑道起飛航班之間相互無尾流影響；

同一條跑道上的航空器進離場尾流間隔需嚴格按照中國民航總局的相關(guān)標(biāo)準執(zhí)行，詳見本文的4.1章節(jié)。

嚴 煜朱代武張 慶

中國民用航空飛行學(xué)院空中交通管理學(xué)院

嚴煜（1988-）男，四川成都人，中國民用航空飛行學(xué)院，碩士研究生，主要研究方向空中交通管理；朱代武（1966－）男，四川廣漢人，中國民用航空飛行學(xué)院，碩士，教授，主要研究方向：交通運輸規(guī)劃與管理；張慶（1990－）男，四川成都人，中國民用航空飛行學(xué)院，碩士研究生，主要研究方向：交通運輸規(guī)劃與管理。

基金編號：2015年度中國民航飛行學(xué)院科研基金學(xué)生科技活動基金項目（X2015-23）

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.07.012