非標準快速出口滑行道平面設計方法研究

李 明 捷

(1.西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 610031；2.中國民航飛行學院，四川 廣漢 618307)

非標準快速出口滑行道平面設計方法研究

李 明 捷1,2

(1.西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 610031；2.中國民航飛行學院，四川 廣漢 618307)

為解決機場平行滑行道與跑道水平間距不符合標準快速出口滑行道設計要求問題，提出非標準快速出口滑行道設計方法。首先將非標準快速出口滑行道的設計由跑道向平滑方向劃分為滑入段、切線段與滑出段；然后綜合考慮飛機運行的安全與效率，繪制非標準快速出口滑行道的構型示意圖，并給出各段關鍵參數的計算方法；最后以跑道與平滑間距為120 m的某機場為例，對各關鍵點的坐標值進行計算，驗證該方法的可行性，對機場平面設計有一定的借鑒價值。

道路工程；非標準快速出口滑行道；機場改擴建；運行速度；轉彎半徑；平面設計

0 引 言

隨著機場航班起降架次逐年增多，導致高峰小時航班起降需求量接近或超過跑道容量，由此造成延誤增多，機場運行效率和綜合保障能力嚴重下降?？焖俪隹诨械赖脑O置能夠在功能上供著陸飛機以較高速度脫離跑道，從而減少跑道占用時間，即可通過對滑行道系統進行改造來提升跑道容量，這對用地受限的機場尤為適用。

目前，國內外在快速出口滑行道設計時，學者們往往將目光著眼于標準快速出口滑行道出口位置的設置及優化問題[1-6]，而對快速出口滑行道平面設計關注較少。種小雷等[7]針對軍用機場速出口滑行道，提出了轉彎半徑、出口角度和增補面的設計方法。國際民航組織《附件十四——機場》以及MH 5001—2013《民用機場飛行區技術標準》 對標準快速出口滑行道的設計進行了規定。即快速出口滑行道中線與跑道中線夾角約為30°，飛行區指標Ⅰ為3，4時，滿足飛機以93 km/h的速度在潮濕道面上由跑道轉出，轉彎半徑不小于550 m，轉出后直線段不宜小于75 m，如圖1；飛行區指標Ⅰ為1，2時，滿足飛機以65 km/h的速度在潮濕道面上由跑道轉出，轉彎半徑不小于275 m，轉出后直線段不宜小于35 m。

圖1 標準快速出口滑行道平面設計(飛行區指標Ⅰ為3，4)(單位：m)

由圖1可知，飛行區指標Ⅰ為3，4標準的快速出口滑行道設計要求跑道中線與平行滑行道中線之間的最短水平距離d如式(1)：

d=(147.372+75)×sin 30°+dR≈112+dR

(1)

式中：dR為便于飛機安全快速的轉向平行滑行道而增加的距離，一般大于15 m。

若跑道與平滑間的水平距離不足以修建標準的快速出口滑行道，則可通過修建非標準快速出口滑行道保證飛機能以較高速度脫離跑道，節省跑道占用時間，確保運行安全。筆者借鑒國際民航組織的《機場設計手冊》第二部分——滑行道、機坪和等待坪，將非標準快速出口滑行道的平面設計分為3段：分別為滑入段、切線段和滑出段。該方法主要適用于跑道與平滑間距介于112～127 m之間的非標準快速出口滑行道的平面設計，該滑行道構型適用于當前在運輸機場運行的各種機型。但相對于標準的快速出口滑行道構型，由于其轉彎半徑小，圓弧段過渡較為明顯，故其對航空器轉彎半徑限制較嚴，即航空器需要以更大的鼻輪轉動角和更小的速度脫離跑道并轉出非標準快速出口滑行道。

1 平面設計參數分析

1.1 轉彎半徑與速度

《機場設計手冊》對快速出口滑行道的轉彎半徑與轉彎速度之間的關系進行分析和總結，即運行速度隨轉彎半徑的增大而增加，見表1[8]。

表1 快速出口滑行道轉彎速度與轉彎半徑的關系

以跑道與平滑間距S=120 m為例，如圖2。

圖2 非標準快速出口滑行道平面布局(單位：m)

第1段：滑入段，即P0至P1曲線段的長度。設滑入段的轉彎半徑為R1=160 m，根據表1得，對應的飛機滑入速度為24 kts。

第2段：切線段，即P1至P2曲線段的長度。其中：P2點為與跑道成60°交角的直線與非標準快速出口滑行道曲線的切點。設切線段的轉彎半徑為R2=100 m；該段的速度由24 kts逐漸減小至13 kts，國際民航組織經過大量實踐調查，所有機型在整條曲線上的減速率均可達到0.4 m/s2。

第3段：滑出段，即P2至P3曲線段的長度。設滑出段的轉彎半徑為R3=40 m，根據表1，其對應的飛機滑出速度為13 kts。

1.2 構型與凈距

非標準快速出口滑行道平面設計需注意在該機場運行關鍵機型對內側增補面曲線的要求；同時，為便于起飛飛機由此進入跑道，非標準快速出口滑行道外側設計成簡單的直角構型，如圖2。為保證飛機滑行時主輪外側與道面邊緣凈距要求，曲線最外側距離道面邊緣的水平距離設定為20 m[8-10]。

2 設計方法

由上述分析可知，若對非標準快速出口滑行道進行設計，需要確定各點坐標，如圖3。選取滑入點P0作為直角坐標系原點，則由P0(x0,y0)=P0(0,0)；設M1為滑入段曲線的圓心，由分析可知M1(xM1,yM1)=M1(0,R1)=M1(0,160)。

圖3 曲線段的計算Fig.3 Calculation of the turn-off curve

2.1 滑入段

設滑入段終點P1的坐標為(x1,y1)，則有

x1=R1×sinφ1

(2)

(3)

(4)

b=R1+10-S

(5)

y1=R1-(a+b)

(6)

運用兩點間距離公式及余弦定理，推導出圓心角θ1的角度為

(7)

(8)

2.2 切線段

設切線段曲線圓心M2坐標為(xM2,yM2)，則有

xM2=b×tanφ1

(9)

yM2=S-10

(10)

由1.1節分析可知，當φ2=60°，切線段終點P2的坐標(x2,y2)為

(11)

y2=S-60

(12)

同理，則圓心角θ2的角度為

(13)

(14)

2.3 滑出段

設滑出段的曲線圓心為M3(xM3,yM3)，則有

(15)

yM3=S-40

(16)

滑出段終點P3=(x3,y3)=P3(xM3,S)。

同理，圓心角θ3的角度為

(17)

(18)

3 實證分析

若某機場平行滑行道中線與跑道中線的水平距離為120 m，根據以上假設，分別對滑入段、切線段和滑出段進行計算，計算結果見表2。

表2 計算結果匯總

4 結 語

筆者主要對非標準快速出口滑行道的平面設計進行探討。詳細分析了滑入段、切線段和滑出段的各設計參數。列出了關鍵點坐標值的計算方法。主要適用于跑道與平滑之間的水平間距介于112～127 m之間的非標準快速出口滑行道的設計。筆者運用實例驗證該設計方法的可行性，為中小型機場快速出口滑行道設計提供了重要參考。

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Graphic Design Method for the Non-Standard Rapid Exit Taxiway

LI Mingjie1,2

(1.School of Transportation & Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan,P.R.China;
2.Civil Aviation Flight University of China, Guanghan 618307,Sichuan,P.R.China)

A non-standard rapid exit taxiway design method was proposed to solve the problem of the airport when the horizontal spacing between the parallel taxiway and runway did not meet the standard rapid exit taxiway design requirements. Firstly, the design of non-standard rapid exit taxiway from the runway to the parallel taxiway was divided into three parts, named as taxing in section, tangent section and turnoff section. Secondly, the non-standard rapid exit taxiway configuration schematic was drawn,and the calculation method of key parameter at each section was given, with the comprehensive consideration of both the safety and efficiency of aircraft operations. Finally, taking the 120 m spacing between the runway and the parallel taxiway of acertain airport for example, the coordinate values of the key points were calculated and the feasibility of the proposed method was verified, which provided some referential value for the airport graphic design.

highway engineering;non-standard rapid exit taxiway;airport expansion;operation speed;turning radius;graphic design

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.03.09

2015-03-04；

2015-05-04

中國民航飛行學院青年基金項目(Q2013-57)

李明捷(1984—),女，新疆奎屯人，副教授，博士研究生，主要從事機場規劃與設計、機場運行管理方面的研究。E-mail:lmj102519@163.com。

U412.3；V351.11

A

1674-0696(2016)03-043-04