機場實施CDO和CCO的航空器噪聲消減效果分析

王維 邵穎

(中國民航大學機場學院，天津 300300)

從20世紀80年代改革開放至今，我國民用運輸機場的數量持續增長。值得注意的是，我國機場航空器噪聲影響問題也呈上升趨勢，備受公眾關注。為控制機場噪聲，我國于1988年頒布實施國家標準GB 9660—88機場周圍飛機噪聲環境標準。目前，我國民航運輸機主要是波音、空客系列航空器，具有較好的噪聲適航性。因此，從噪聲源(航空器本身)進一步降低噪聲的空間不大。限制機場飛行架次，雖能降低噪聲影響，但與機場增長航空業務量的訴求相悖，也不利于機場航空運輸價值發揮。因此，通過航空器在機場起、降方式改變來降低噪聲影響，一直是重要的研究方向。在這方面，持續下降運行CDO(Continuous Descent Operation)和持續爬升運行CCO(Continuous Climb Operation)一直備受關注。2010年和2013年，國際民航組織ICAO(International Civil Aviation Organization)分別頒布9931號文《CDO手冊》和9993號文《CCO手冊》，對機場實施CDO，CCO進行規范和指導。其初始目的是通過飛行程序的優化減少航空器在飛行過程中的燃油消耗和污染物排放，但事實上此舉對消減機場航空器噪聲影響也有一定效果[1]。2016年，我國在廣州白云國際機場開始CCO/CDO試點工作；2018年北京首都國際機場、昆明長水機場分別開展CCO/CDO運行嘗試。關于機場實施CCO/CDO的減噪效果研究，目前在我國剛剛起步。

1 噪聲評價量和分析工具

我國現行機場航空器噪聲評價量采用了國際民航組織(International Civil Aviation Organization,ICAO)推薦的計權等效連續感覺噪聲級LWECPN，但美、歐等國家多采用晝夜等效聲級LDN或晝晚夜等效聲級LDEN。就物理意義而言，LWECPN是指全天平均每秒航空器噪聲對人的有效感覺噪聲級LEPN作用；LDN是指全天平均每秒航空器噪聲對人的A聲級作用[2]。前者基于噪度，綜合了噪聲的強弱、人耳聽覺系統對聲音的生理效應和人對聲音的心理感覺三種因素，是人們在主觀上對噪聲煩惱或厭惡程度的衡量[3]；后者基于響度，考慮了聲音的物理效應和人耳聽覺的生理效應[4]。雖然LWECPN能較好地反映噪聲對人的影響，但是指標生僻，只有少數國家使用，不便理解，計算復雜，不能直接測量。我國生態環境部于2017年發布了針對GB 9660—88機場周圍飛機噪聲環境標準修訂的征求意見稿，即《機場周圍區域航空器噪聲環境質量標準》。修訂標準擬用LDN取代LWECPN。因此，本文采用LDN作為機場航空器噪聲評價量。

本文采用的航空器噪聲影響分析工具為綜合噪聲模型(Integrated Noise Model,INM)。INM是基于SAE AIR 1845算法、由美國聯邦航空局FAA支持開發的機場噪聲分析軟件[5]。軟件可根據航空器特定操作模式、推力設置、機場條件、聲源—接收者幾何關系和氣象參數等相關因素、借助噪聲—推力—距離(NPD)關系來計算航空器噪聲影響。INM綜合考慮了機場條件、航空器性能、機型組合、飛行架次、飛行路徑，是目前世界上機場噪聲分析應用最廣的計算工具[6]。

2 CDO及其減噪效果分析

CDO是一種航空器運行技術。通過適當的空域規劃、程序設計以及空中交通管制ATC簡化手續，來優化飛行剖面，使航空器采用低發動機推力、在低阻力形態下，實現航空器持續下降[7]。

下面利用INM計算說明實施CDO與常規進近的航空器噪聲影響差異。

計算條件為：

1)單跑道機場。

2)運行機型：B737-300；B777-300；A320-211。

3)日起降架次：上述每種機型均為每天100架次，其中晝、晚、夜的架次分別為70，25，5。

4)離場航跡：直線離場，航段長度16 nm，具體見圖1。

5)航跡散布范圍：采用進近保護區寬度。

使用INM分別對常規進近程序和CDO進行計算，得到噪聲等值曲線圖，見圖2，圖3。

由表1可見，與常規進近相比，實施CDO的減噪效果明顯，DNL大于55 dB，60 dB，65 dB，70 dB，75 dB的影響面積分別減少了5.64%，2.09%，4.11%，16.68%，23.79%。特別是DNL大于70 dB，75 dB的影響區域，面積分別減小16.68%，23.79%，效果尤其顯著。

表1 噪聲影響面積 km2

由圖2可以看出，常規進近程序和CDO的最后進近角度相同、航徑重合，因此在DNL>80 dB的噪聲影響面積相同；而航空器進入下滑道之前實施連續下降、減少了平飛段，使得在75 dB～80 dB聲級范圍內降噪效果更加顯著。事實上，影響航空器進近過程噪聲的兩個主要因素分別是飛行高度和推力設置。實施CDO之所以能獲得減噪效果，一是減少了航空器的平飛段，使其飛行平均高度增加，噪聲的地面影響衰減；二是在運行中航空器保持發動機低推力、低阻力構形，使得發動機噪聲和機身空氣動力噪聲同時下降。

3 CCO及其減噪效果分析

CCO是在航空器低阻力配置下，以最小水平飛行距離和發動機推力變化量，在最大速度允許范圍內實現連續爬升的飛行航徑[8]。

下面利用INM計算說明CCO與標準離場程序的噪聲影響差異。

計算條件為：

1)單跑道機場。

2)運行機型：B737-300。

3)日起降架次：每天300架次，其中晝、晚、夜的架次分別為210，75，15。

4)離場航跡：直線離場，航段長度16 nm，具體見圖4。

5)航跡散布分布：分別采用離場保護區寬度。

使用INM分別對標準離場程序和CCO進行計算，得到噪聲等值曲線圖，見圖5，圖6。

由表2可見，與標準離場相比，實施CCO在各聲級范圍均獲得明顯的減噪效果。DNL大于55 dB，60 dB，65 dB，70 dB，75 dB，80 dB的影響區域面積分別減少了14.97%，14.22%，22.24%，32.83%，25.21%，18.63%。其中，DNL大于70 dB，75 dB的影響區域，面積分別減小32.83%，25.21%，效果尤其顯著。

表2 噪聲影響面積比較 km2

由圖5可以看出，標準離場和CCO的初始爬升階段相同，差別在于航空器進入加速爬升段后，標準離場航空器通過交替的平飛、爬升和構形改變最終到達初始巡航高度，而實施 CCO的航空器通過基于性能的飛行剖面優化實現了持續、快速爬升，使得航空器的CCO航徑始終在標準離場航徑之上，減噪效果的取得主要源于航空器飛行高度提高和保持低阻力構形。

4 結語

1)航空器實施CDO/CCO是一種有效的機場運行減噪措施，能在不限制機場航空器運行架次情況下消減機場航空器噪聲影響。

2)與常規進近相比，機場實施CDO后的航空器噪聲影響區域面積減少。其中，DNL大于70 dB，75 dB的影響區域面積分別減小16.68%，23.79%，減噪效果尤其明顯。

3)與標準離場程序相比，機場實施CCO后的航空器各噪聲聲級的影響面積都顯著減少。特別是DNL大于70 dB，75 dB的影響面積分別減小32.83%，25.21%，效果尤其顯著。

4)CDO/CCO的減噪效果主要源于航空器飛行高度提高、采用低阻力構形和發動機低推力設置。

5)鑒于CDO/CCO的安全性已得到飛行驗證，因此對具有噪聲影響的民用機場可考慮推廣使用，這對于控制我國機場航空器噪聲影響、增進社會和諧，對建設綠色機場和實現機場可持續發展都具有重要價值和意義。