機場空管塔臺備用氣壓顯示系統方案的研究

鄭標 宋文佳 楊帆 王繼強

摘要：氣壓數據是空管管制員指揮飛機起降的重要參考數據之一。有效、準確的在塔臺上顯示機場跑道QNH和QFE，是一項重要的工作。本文主要通過對實際工作中遇到的氣壓顯示的問題，提出振筒氣壓儀在塔臺顯示的弊端，同時提出一種更加可靠、高效的備用氣壓顯示方案。為塔臺應急氣壓顯示方案提供思路以及可行解決方案提供參考。

關鍵詞：民航空管;塔臺;氣壓顯示

引言

跑道氣壓數據是塔臺管制員指揮飛機起降的重要參考數據之一。目前，在民航空管塔臺上顯示的主用氣壓數據通常是由自觀系統提供。在民航機場中，重要的參考數據，一般都設置備用數據提供方案，因此塔臺氣壓顯示數據需要提供應急氣壓顯示方案。

部分民航空管塔臺的備用氣壓數據是由設置在塔臺管制大廳的振筒氣壓儀提供。通過測量塔臺相應高度的氣壓，然后根據相應高度差來換算出本場的QNH和QFE，來實現本場氣壓數據的備份。[1]

青島膠東機場空管塔臺在建設過程中，初期氣壓數據方案為：

1、主用氣壓數據由自觀數據提供到塔臺管制席。

2、備用氣壓數據由東、西跑道塔臺管制席位各放置一臺振筒氣壓儀來提供數據。

一、振筒氣壓儀氣壓應急顯示在新塔臺管制大廳中出現的問題

在膠東機場塔臺，應急氣壓顯示，在前期試運行過程中，出現氣壓顯示不穩定的現象。

振筒氣壓儀氣壓顯示不穩定，與自觀顯示數據差值出現上下波動的現象。

實際運行數據案例：膠東機場塔臺振筒氣壓顯示一組數據對比，2020年12月06日塔臺東西跑道兩部振筒氣壓儀氣壓顯示數值基本一致。而在2020年12月05日時，東西跑道振筒氣壓儀氣壓顯示數值偏差較大，當天兩部振筒氣壓儀顯示氣壓：QFE 差1hPa，QNH 差0.8hPa。

本文對該現象進行了分析，出現氣壓顯示不穩定可能原因有以下幾個方面：

1、振筒氣壓儀本身穩定性問題。

2、振筒氣壓儀內置參數設置導致。

3、塔臺的特殊環境導致數據存在差異。

二、問題原因分析

針對上述三種可能的原因，本文先后做了以下工作：

1、聯系廠家，對兩部振筒氣壓儀設備進行校準[2]，結果顯示振筒氣壓儀設備一切正常。

2、為了保證振筒氣壓儀的高度設置準確，本文聯系了勘測院對塔臺的桌面高度進行了專業測繪，得到了振筒氣壓儀的準確高度。然后對參數進行了重新設置，結果表明，振筒氣壓儀提供的氣壓數據與自觀提供的氣壓數據仍然存在不規律的差異波動，有時候氣壓差值能夠達到1hPa。

3、在上述兩種情況均被否定的情況下，本文把關注點放在了，塔臺的密封工作環境、空調、室內濕度上。

振筒氣壓儀傳感器放置在塔臺室內桌子上，為了研究該現象出現的原因，本文首先對氣壓的計算公式、測量原理進行了分析。大氣的氣壓計算公式為：

pV=mRT/M

可以推出：

其中：P是氣體的密度，R是常數，T是溫度，M是摩爾質量。

另外大氣壓力：

其中：h為海拔高度

經研究了解，氣壓有日變化和年變化。一年之中，冬季比夏季氣壓高。一天中，氣壓有一個最高值、一個最低值，分別出現在9～10時和15～16時。氣壓變化與風、天氣的好壞等關系密切，因而風、天氣也是氣壓變化的重要氣象因子。

對氣壓影響因素進行研究分析，發現氣壓的大小與海拔高度、大氣溫度、濕度、大氣密度等有關，一般隨高度升高按指數遞減。

針對第三種情況分析，本文對膠東機場塔臺的現狀進行了分析：

1、塔臺高度90多米，海拔相對較高，室內空氣密度與室外空氣密度在不同的天氣情況下，存在區別。

2、新塔臺在建造過程中采用全封閉+新風系統，導致室內氣壓與室外正常氣壓存在差異。

3、新塔臺夏天空調、冬天暖氣導致室內溫度和濕度與外界由較大差異。

振筒氣壓儀是通過測量塔臺管制室桌面的氣壓，然后通過高度換算出QNH和QFE的。雖然振筒氣壓儀考慮了塔臺的高度參數，但是由于塔臺管制大廳冬天有暖氣、夏天有空調，溫度、濕度以及現場氣壓值與道面的環境因素有較大的差別，因此換算出來的數值也會存在差值，這是導致振筒氣壓儀數據與自觀氣壓數據差值出現波動的主要原因。[3]

當新建機場塔臺高度較高時，隨著現代封閉技術的提高，會導致塔臺內部的氣壓、溫度、濕度跟標準相應高度的氣壓、溫度、濕度都會有一定的偏差。從而導致振筒氣壓儀測量的QNH和QFE與實際情況出現偏差。

三、替代方案設計

通過振筒氣壓儀存在問題的分析，以及塔臺需要QNH和QFE的要求。本文認為在高度較高的塔臺管制席位設置振筒氣壓儀的方案不理想。要將上述不利因素排除掉，需要另外一套輸出可靠穩定的氣壓應急顯示方案，來代替塔臺備用振筒氣壓儀顯示方案。

通過對膠東機場氣象臺現有的設備配置現狀來進行分析。除了主用自觀氣壓數據以外，還有一套觀測場自動站氣壓數據比較可靠。將自動站氣壓數據的QNH和QFE數據引接到塔臺管制席位，作為備份系統，那備份氣壓數據必然是可靠的。

本文先后對氣壓方案進行了設計研究，并將關鍵節點進行技術解決。方案框架及終端顯示如圖1所示：

經驗證，上述方案可行，經過長時間對比，塔臺管制席位的主用氣壓數據和備用氣壓數據顯示長期保持一致，徹底消除振筒氣壓儀提供數據不穩定的現象。

四、小結

民航空管塔臺主用數據來自自觀系統。備用數據使用振筒氣壓儀可能會出現輸出數據與實際氣壓數據存在偏差的情況，然而民航使用的氣壓數據是飛行器著陸的重要數據，需要由穩定的系統方案進行提供。本文設計的觀測場自動站氣壓數據作為塔臺備用氣壓數據方案，是氣壓穩定輸出的可靠方案，另外由于絕大多數民航空管氣象臺均設有觀測場自動站，因此引接觀測場自動站的氣壓數據作為塔臺的備用氣壓數據也是最經濟的備份方案。該方案具有可以為其他空管塔臺備份氣壓方案提供借鑒的意義。

參考文獻

[1]氣壓計法阻力測定精度的影響因素分析與控制.李崇山

[2]振筒氣壓儀校準方程的逐步回歸算法.陳曉穎，王曉蕾.《解放軍理工大學學報（自然科學版）》

[3]自動氣象觀測系統QNH值與振筒氣壓儀的QNH值對比差值驟變的情況分析.鐘威《科研》