基于大氣消減的民用機場布局規(guī)劃研究

雷明潔 楊 珂

中國民航大學(xué)

基于大氣消減的民用機場布局規(guī)劃研究

雷明潔 楊 珂

中國民航大學(xué)

通過對民用機場布局規(guī)劃的基礎(chǔ)研究，針對風(fēng)對航空器起飛著陸的影響分析，計算風(fēng)力作用下跑道方向的選擇原則。通過目測法及解析法的應(yīng)用分析，確定研究跑道方向的方法。最后，總結(jié)基于大氣消減下機場布局規(guī)劃的基本原則。

機場布局；跑道方向；風(fēng)保障率

一、民用機場布局研究概述

民用機場作為飛機活動的主要場所，主要為航空器起飛、著陸、滑行、停放提供場地，同時為地面服務(wù)保障設(shè)施及其他設(shè)施活動提供空間。首先，從機場方面考慮，機場位置的選擇往往主要考慮到滿足凈空要求；其次，機場總體規(guī)劃主要包括飛行區(qū)、旅客航站樓、貨運區(qū)、機務(wù)維修設(shè)施、供油設(shè)施、空中交通管制設(shè)施、安全保衛(wèi)設(shè)施、救援和消防設(shè)施、行政辦公區(qū)、生活區(qū)、生產(chǎn)輔助和后勤保障設(shè)施、地面交通設(shè)施等。[1]因此，通過以下方面進(jìn)行改善規(guī)劃可以達(dá)到大氣消減的效果。

(1)機場位置。主要是根據(jù)不同地形地勢的大氣環(huán)境分析，選擇氣壓，氣溫，濕度，風(fēng)向風(fēng)速，云狀云量，能見度等進(jìn)行綜合分析，從而選擇更利用污染物擴散稀釋的位置。

(2)跑道方向。主要是根據(jù)當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境確定跑道方向，一方面保證起降時風(fēng)速的最大利用率，可以減少燃油消耗，從而降低污染物的排放量；另一方面，最大風(fēng)保障率方向下的污染物在擴散過程中更易擴散。

二、機場大氣消減計算方法研究

本文針對風(fēng)對航空器起飛著陸的影響進(jìn)行風(fēng)力計算分析。主要是通過計算風(fēng)保障率確定機場跑道方位。一方面，航空器在側(cè)風(fēng)作用下著陸時，受側(cè)風(fēng)影響偏移跑道，側(cè)風(fēng)較大無法修正時，必須停止飛行活動。[2]另一方面，順風(fēng)情況使得航空器起降時所需的跑道長度增長，不利于航空器飛行安全，設(shè)計時應(yīng)采取無風(fēng)條件。因此跑道方向的選擇上，應(yīng)了解當(dāng)?shù)厝觑L(fēng)向及風(fēng)速的分布情況，通過計算機場風(fēng)保障率，選擇最有利于航空器起降的方向為跑道方向。

風(fēng)保障率，實質(zhì)上就是風(fēng)保障率計算圖中來兩條最大許可側(cè)風(fēng)分解平行線ab與cd和兩條最大許可逆風(fēng)分解圓弧線ac與bd所圍成的圖形內(nèi)各風(fēng)頻率之和。從原理上講，風(fēng)保障率的計算非常簡單，將上述范圍內(nèi)的風(fēng)頻率相加即可。

1.扇形面積的計算

整個扇形面積，見圖5-3中S1、S2和S3，它們分別表示不同風(fēng)速等級下的扇環(huán)面積。由于各個方向是等分的，因此，它們所對應(yīng)的圓心角都是π/8，其余扇環(huán)的面積對應(yīng)與S1、S2和S3相等。這些面積可由兩個扇形面積相減得到，即：

圖1 風(fēng)保障率計算公式推導(dǎo)圖

2.被切割扇環(huán)分界線內(nèi)側(cè)面積計算

(1)目測估算法。目測估算法，就是用大致估計的方法來確定被切割扇環(huán)分界線內(nèi)側(cè)面積占其總面積的比例，根據(jù)這個比例計入被切割扇環(huán)的風(fēng)頻率。

(2)解析法。應(yīng)用解析法計算風(fēng)保障率，一方面提供計算的科學(xué)性，另一方面保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。避免了使用目測估算方法造成的誤差。

計算公式推導(dǎo)如下：

設(shè)機場跑道方向與磁北方向的夾角為a，設(shè)四個同心圓Q1、Q2、Q3和Q4的半徑分別為R1、R2、R3和R4，從水平坐標(biāo)軸起，逆時針方向，16條方位線等分角線分別為L1、L2……L16。為便于計算，采用極坐標(biāo)，并且考慮到對稱性，以上半圓為例，如上圖所示。

根據(jù)圖1，可以得到四個圓、16條方位線等分角線和兩條平行線的極坐標(biāo)方程分別是：

被切割扇環(huán)分界線內(nèi)那部分的面積，公式推導(dǎo)如下：

式中，θi-1、θi為被切割扇環(huán)所處的方位角；θy、θx為平行線ab與各園的交點坐標(biāo)；Ra、Rb為扇環(huán)內(nèi)外圓半徑，其中Ra取值為R1、R2和R3，Rb取值為R2、R3和R4。其余符號同前。

在式(1)中，當(dāng)θy=θi時，即為Sd，當(dāng)θx=θi-1時為Sa，當(dāng)θy=θi，且θx=θi-1時為Sb。

同理，在式(2)時，當(dāng)θy=θi-1時為Se，當(dāng)θx=θi時為Sh，當(dāng)θy=θi-1，且θx=θi時為Sg。

通過計算公式求解該跑道方向的風(fēng)保障率，從而確定利于航空器起降的最佳跑道方向。

三、總結(jié)

機場方位的選擇以及跑道位置的確定，要能夠保證航空器起飛著陸的安全。因此在規(guī)劃設(shè)計階段，需要滿足一定的要求。

(1)機場所在區(qū)域要滿足民用機場凈空要求，保證航空器運行過程中航路的便捷性，航空器起降過程中，駕駛員視野的廣闊性。

(2)航空器起降過程盡量不受風(fēng)的較大影響，因此選擇跑道方向要最大程度的利用該區(qū)域的最大風(fēng)保障率，從而保障航空器的起飛著陸安全。

(3)機場其它區(qū)域的布局規(guī)劃要能夠保證航空器運行過程中安全、快速、有效、經(jīng)濟、環(huán)保；保證機場工作人員能夠有效協(xié)調(diào)航空器的運行以及機場的有效運營。

[1] MH5001-2013民用機場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，中國民用航空總局，2013.