訓練飛行空域容量評估方法研究

郭 衛 羅郁蔥

中國民用航空飛行學院新津分院 四川 成都 610000

引言

針對航班運輸,終端區容量評估方法的研究國內外很早就已經開展,目前大致可以分為以下幾類：一是基于數學計算模型的方法,二是基于管制員負荷的方法,三是基于歷史統計數據的評估方法[1]。這方面的研究已經取得了豐富的成果,但針對飛行院校訓練飛行空域容量評估的研究卻很少。

訓練飛行與航班運輸的運行模式差別很大。無法直接套用經典的評估方法。現在,隨著國內民航事業的快速發展,對飛行員的需求量快速上漲。這就導致各大飛行院校的飛行訓練量也逐年遞增,訓練空域就變得越來越擁擠繁忙。因此,針對訓練飛行空域容量的評估已經顯得非常重要。

要得出適合于訓練飛行空域的評估方法,就必須搞清楚其與航班運輸之間的區別,總結出運行特點,綜合已有的評估方法,針對訓練飛行的特點,進行改進。然后找到一個具有典型特點的訓練機場作為實例進行驗證。

1 訓練飛行的特點

訓練飛行的特點可以總結為：在固定的空域和航線,按照規定的飛行方法,完成既定的訓練科目。與航班運輸相比較,最大的不同就是沒有明顯的進離場交通流,而是在劃定的空域內和航線上做多機的、長時間的飛行活動。

訓練飛行一般有相對比較固定的訓練科目,類似于駕校學車時的“規定動作”。這些訓練科目大致可以總結為以下幾類：

1.1 本場訓練 本場訓練顧名思義,就是在訓練機場空域內的訓練,又可以細分為目視起落航線、空域科目、DME弧、儀表進近程序訓練、儀表進離場程序訓練、目視進離場程序訓練等。

1.2 航行訓練 航行訓練指飛機沿著劃定的航線和規定的高度飛行,到返航點后按照規定的方法返回機場。

1.3 轉場訓練 轉場訓練指飛機從一個機場起飛到另一個機場落地,然后再返回起飛機場。

1.4 其他科目 其他一些臨時的訓練科目。

2 容量評估方法

2.1 基于訓練科目的容量上限 針對訓練飛行的特點,可以看出,一場飛行訓練是由若干個訓練科目組成的。每個具體的訓練科目有著自己相對固定的飛行方法或飛行軌跡。空域水平范圍、空域垂直范圍還有航線長度是有限的,那么在最小飛行間隔的約束下,基于每個訓練科目就必然會有一個容量上限。

由于起落航線訓練為目視自主跟進飛行且一般與其他科目在高度上無飛行沖突,所以本文不予考慮。除空域科目外,其他訓練科目的飛行方法、最小水平間隔是固定的,一個飛行院校大部分機型可視為同速飛機,相當于多架飛機在一個劃定的幾何圖形上以相同的速度、規定的最小水平間隔循環運行。這樣每一個訓練科目的最大容量就很容易計算。設該科目的飛行軌跡總長度為L,最小水平間隔為R,那么最大容量為[L/R],即對L/R的結果向下取整。

對于空域科目,是在已劃定的子空域內進行相應的訓練,一個子空域只允許一架飛機運行,因此空域科目的容量上限為已劃定的子空域數量。

2.2 針對整個訓練空域的容量評估 雖然得出了每個科目的最大容量,但是這并沒有考慮他們之間的相互影響,整個訓練空域的最大容量不能只是將其簡單相加。每個科目之間的飛機存在互相穿插,進入和退出時也會與其他飛機產生沖突。要想量化這些影響就必須找到可量化的指標。眾所周知,所有的管制指揮都必須通過陸空通話來實現,所以用通話時間來計算容量是一個可行的辦法。美國FAA給出過一個簡化的扇區容量的計算方法：

扇區容量值=(飛經扇區的平均時間(分鐘)×60(秒))/36(秒)[2]

此處36秒表示指揮一架飛機在扇區內的飛行所需要的通話、操作設備等工作的平均時間。

經統計可以發現,對于一所飛行院校,每個機組每個飛行日在一個訓練科目上所需要的時間是相對固定的,因此我們可以把飛經扇區的平均時間看做是每架飛機每天訓練一個特定科目所需要的平均時間。這個在實際工作中用統計的方法可以很容易得出。對于36秒這項數據,我們空以看成指揮一架飛機在空域內飛行所需要的平均通話時間,這個也可以通過統計的方法得出。

2.3 總結 通過上述研究可以看出,針對訓練飛行空域容量的評估必須同時考慮兩個方面。一是針對每一個具體的訓練科目有一個容量上限,另外整個訓練空域也有一個容量上限,在運行過程中必須要同時考慮到這兩個因素。

3 實例驗證

在國內,最大的飛行院校為中國民用航空飛行學院,其下屬的各大訓練機場每年都有著相當的訓練飛行量。其中,自貢基地近年來飛行量迅速攀升,其訓練空域不論水平范圍還是垂直范圍也很大,具有一定的代表性。所以,本文選擇飛行學院自貢基地為實例,對上述方法進行驗證。

3.1 基于訓練科目最大容量的驗證 根據以上方法計算可得出以下結果：

(1)空域科目的最大容量為3架；

(2)航行訓練的最大容量為3架；

(3)轉場訓練的最大容量為13架；

(4)儀表進近程序的最大容量為7架；

(5)DME弧的最大容量為12架。

3.2 訓練空域容量評估的驗證 通過統計得出：自貢基地每架飛機每個飛行日一個科目的平均飛行時間為2.5小時。每架飛機在每個2.5小時內平均需要通話65次,進入和退出通話5次,每次通話平均時間為7秒,那么指揮一架飛機在空域內飛行所需要的平均通話時間為490秒。套用FAA的公式計算可以得出,自貢基地訓練空域最大容量為18架。

在相關的研究中,大家普遍認可管制員總精力的80%為一個安全運行的限制[3]。所以,自貢基地訓練空域的容量警戒線為14架,最大可承受容量為18架。

4 結論

上述計算結果與實際運行情況基本相符,證明該評估方法可行。