某通用機場飛行區規劃方案研究

李南南

(廣州廣空設計咨詢有限公司,廣東 廣州 510403)

0 引言

自2016年確定促進通用航空業發展以來,我國通航產業積蓄已久的潛力被全面激發,通航產業進入發展黃金時代。目前針對通用機場的規范有MHT5026—2012通用機場建設規范(以下簡稱《通規》),《通規》指出飛行區的建設按MH5001—2021民用機場飛行區技術標準(以下簡稱《飛行區標準》)執行[1]。在無通用航空機場飛行區建設標準的背景下,在滿足規范和保證運行安全的同時,如何使設計更加安全、合理、可靠、節約值得深入探討。

1 項目概況

項目本期定位為A2級通用機場[2]。主要保障的固定翼機型為PC-12、運-5B(農型)、泰克南P2006T、賽斯納172和佳寶J160-C;直升機機型為AC311,Bell407,R44及以下機型。規劃飛行區等級2B,非精密進近跑道。跑道兩端設480 m×120 m進近燈光場地保護范圍。

通常在山區丘陵地帶通用機場工程中,飛行區設施參數、征地費用、道面工程及土石方工程在項目總投資中占比很大[3]。因此在初步確定規劃方案后,應對方案中投資占比較大的分項進行優化比選。

2 跑道長度計算

根據固定翼機型參數,確定飛行區指標為2B[4]。考慮機場遠期發展和飛行培訓業務的開展,跑道寬度確定為30 m。分別采用基準長度修正系數法和查詢飛行手冊性能數據法[5]進行跑道長度計算。

2.1 基準長度修正系數法

ICAO附件14提供了對基準飛行場地長度的校正方法,海拔每高出海平面304.8 m,長度增加7%;機場基準溫度每超過該海拔高度的標準大氣氣溫1 ℃,長度增加1%;有效跑道縱坡每1%,長度增加10%[6]。

擬用固定翼機型中,PC-12的基準飛行場地長度最大,對其進行校正。機場基準溫度為31.5 ℃(88.7 ℉),標準大氣溫度13.5 ℃,機場標高(跑道最高點)230.0 m;飛行區指標I為2的有效跑道坡度不超過1%。綜合修正系數為1.37。按照取整原則,跑道設計長度取1 200 m。計算結果如表1所示。

表1 跑道設計長度修正表 m

2.2 查詢飛行手冊性能數據法

對擬用機型中基準飛行場地長度較大的PC-12、泰克南P2006T、賽斯納172和佳寶J160-C共4種機型,根據起飛和著陸性能圖表(見表2),按照表格插值法進行分析。分析條件:1)外界參考條件:大氣溫度31.5 ℃,靜風,干跑道;2)飛機構型:最佳起飛襟翼、剎車開。

表2 跑道長度設計匯總表

通過計算結果可知,跑道長度1 200 m能滿足本期設計機型在最大重量時執行飛行任務。

3 道面結構層組合設計

國內跑道型通用機場多采用水泥混凝土道面,參照MH/T5004—2010民用機場水泥混凝土道面設計規范計算道面厚度、選擇道面參數。采用板邊臨界荷位處的應力作為控制指標,考慮多種飛機在設計壽命期內的疲勞損耗疊加確定混凝土的厚度[7]。

本項目固定翼機型可按95%載荷分配到主起落架,5%分配到機頭[8]。各固定翼機型道面計算相關參數如表3所示。

表3 固定翼機型道面計算參數表

表4 道面計算數據表

但規范規定飛行指標Ⅱ為A,B的新建機場,水泥混凝土面層厚度不小于200 mm。故本項目跑道面層厚度采用200 mm,基層采用規范要求最小厚度值150 mm。凍深小于0.5 m,不設防凍墊層。道面結構可滿足直升機和工作車輛使用要求。

4 滑行道尺寸

根據《飛行區標準》,飛行區指標I為2的儀表跑道跑滑間距為82 m,故垂直滑行道長度為61.75 m。規范規定主起落架外輪外邊距為4.5 m～6.0 m(不含)。本機場擬用機型主起落架輪距最大為4.52 m,滑行道寬度應使滑行飛機的駕駛艙位于滑行道中線標志上時,飛機的主起落架外側主輪與滑行道道面邊緣的凈距不小于2.25 m,即最小滑行道寬度為9.02 m,同時規范要求滑行道最小寬度為10.5 m。故本項目滑行道寬度取值10.5 m。

5 停機坪機位布局

停機坪應為地面滑行系統提供足夠的空間與路徑需求[9]。設計應使飛機滑行順暢便捷。本期預測直升機數量13架,固定翼飛機數量18架。機坪固定翼機位布置主要包括飛機垂直滑行道停機和平行滑行道停機(見圖1,圖2)。

停機坪尺寸400 m×80 m。直升機最終進近和起飛區(FATO)設置于跑道上,機坪上直升機機位不設置FATO。固定翼機位間距及機坪滑行通道距離按《飛行區標準》4.9.5和4.13.5控制。

固定翼飛機垂直滑行道停機時,可布置20個固定翼機位和16個直升機機位,直升機機位均按Bell407設計,2個機位可允許同時懸停轉彎;固定翼機位全部按PC-12尺寸設計,靠近滑行道一排飛機自滑進出,靠近航站區一側飛機自滑進、頂推出。固定翼飛機平行滑行道停機時,可布置13個直升機機位,均按Bell407設計;布置18個固定翼機位,其中6個固定翼機位按泰克南P2006T尺寸設計,12個按PC-12尺寸設計,所有固定翼飛機均自滑進出停機坪。

相比較而言,垂直滑行道停機時,停放飛機數量多,固定翼機位均可停放所有擬用固定翼機型,直升機和固定翼飛機之間干擾少,缺點是靠近航站區的固定翼飛機需要設備輔助才能滑出停機坪;平行滑行道停機時,停放飛機數量略有減少,部分固定翼機位無法停放所有擬用固定翼機型,但所有固定翼飛機均能自滑進出,顯著提高了機坪運行效率。

考慮通用機場運行特性,選用平行滑行道停機的布局方式,以提高停機坪運行效率和靈活性,減少設備輔助,方便后期維護。

6 飛行區用地范圍的確定及地勢設計

根據《飛行區標準》第4章,初步確定飛行區平面尺寸參數為:跑道1 200 m×30 m,滑行道1 200 m×10.5 m,停機坪400 m×80 m,升降帶1 320 m×140 m,端安全區120 m×140 m。根據填挖平衡原則,同時綜合考慮排水、防洪、凈空要求等,對場區進行土方試算,位于放坡邊線以外的進近燈光保護范圍不進行土方平整,滿足進近燈光面的超障要求即可。初步確定基準點(跑道中心點)標高228.50 m,挖方量235.93萬m3,填方量227.06萬m3,挖填比1.04∶1。用地面積534 664.00 m2。挖填高差填色分析如圖3所示。

場地屬于丘陵地區,地形起伏較大,整體呈北高南低的趨勢。原地面高程在199 m～258 m之間,最大高差59 m。填方區域集中在飛行區中部及邊坡區域,最大填方高度25.61 m;挖方區域集中在飛行區北部、航站區。邊坡采用坡率法設計,因考慮凈空因素,飛行區跑道北側的邊坡坡度為1∶5,其余挖方邊坡坡度為1∶1.5,填方邊坡坡度為1∶2。

《飛行區標準》4.5節規定:飛行區指標I為1或2的儀表跑道,端安全區寬度應不小于與其相鄰的跑道寬度的2倍,條件允許時宜不小于與其相鄰的升降帶平整范圍的寬度。為減少填方量、節約用地,本項目南端端安全區寬度縮減為跑道的2倍,即60 m,并將飛行區平整邊線沿跑道中線方向整體向北平移50 m,以減少南端邊坡大規模填方。優化后的機場平面圖見圖4。

地勢設計應充分考慮機場自然地勢的特點,并滿足排水防洪要求。機場縱向北高南低,通過圖上作業和實地踏勘,確定場地縱坡如下:自跑道北端以0.8%向南降坡850 m,再從變坡點以0.3%向南降坡350 m,跑道兩端土質區縱坡為0.3%,向場外降坡;場區其他位置縱坡同跑道。

機場縱向平土斷面圖如圖5所示。

在滿足排水要求的同時,場區挖方區域橫坡應盡量平緩,以減少挖方量。考慮到飛行區西北側填方邊坡較高,填方區橫坡可適當增大,盡量降低填方邊坡高度,以減少土石方量,節約造價,減小工程實施難度,提高工程安全度。機場縱向平土斷面圖如圖6,圖7所示。

經過飛行區用地范圍調整、地勢設計優化后,機場基準點標高230.00 m,場區挖方量220.18萬m3,填方量211.75萬m3,挖填比1.04∶1;用地面積498 121.74 m2。優化后土方減少約16萬m3,用地面積縮減約36 666.67 m2。可見通過微調飛行區位置、縮減端安全區尺寸、合理進行地勢設計,顯著減少了機場的土石方工程量,節約了投資。

7 場道附屬設施平面布置

根據《通規》7.1.6,一類通用機場應設置圍欄,二類通用機場宜設置圍欄,高度應不低于1.8 m,小于民用運輸機場圍欄最小高度2.5 m。為防范外部人員或體型較大的動物進入機場區域,本機場設置封閉鋼絲網圍欄,凈高1.8 m,考慮排水溝、平整邊界位置,圍欄沿機場平整邊界內2 m～3 m設置。南端端安全區尺寸縮減后,其周邊圍欄最大超高1.4 m,因此需要調整圍欄的位置,超高段圍欄設置于填方邊坡上,以降低圍欄頂標高,滿足凈空障礙物要求。

根據《通規》7.1.6,為便于巡視車輛及人員的活動并限制巡視車輛及人員的活動范圍,沿飛行區平整邊界內側設置巡場路,路面寬3.5 m。民用運輸機場巡場路一般為水泥混凝土路面,為節約造價,本機場巡場路采用泥結碎石道路。

8 結語

本文通過合理確定飛行區設施關鍵參數和位置,針對填挖方區域分別優化機場地勢設計等措施,顯著減少了通用機場土石方量,提高了通用機場運行效率,使通用機場在滿足規范和使用要求的同時,節約了工程投資,減少了用地規模,為同類型通用機場項目的設計與優化提供了參考。針對通用機場前期咨詢和設計,提出以下幾點建議:

1)機場周邊凈空處理用地盡量采用臨時用地的方式,集約利用土地,節約投資,綜合考慮用地規模、費用以及復墾后土地利用的社會效益、經濟效益和生態效益,實現綜合效益最大化。

2)民航管理部門應加強公開通用機場常用機型參數,各機場建設咨詢從業單位應采用一致的飛機性能參數進行設計。

3)民航管理部門和機場建設咨詢從業單位應該重視機場航空業務量預測模型的研究。根據通用機場功能、主營業務類別和機場需求等,明確航空業務量預測方法,通過收集、整理現有機場的航空業務量歷史數據,建立大數據分析和模擬,注重數據的更新和監測,提高預測的準確性和專業性。

4)通用機場航空器性能對跑道、滑行道等幾何參數和結構層厚度的確定起著控制作用。目前照搬民用航空運輸規范對通用機場飛行區設施關鍵參數的確定起著限制作用,造成了過度投資和資源浪費。應深入研究通用機場航空器性能,出臺針對通用機場的飛行區建設標準。

5)深入研究民用機場道面設計規范對通用機場的適用性,通用機場道面設計應考慮車輛荷載,如消防車、加油車等。