高程差異的雙跑道機場內(nèi)水平確定方法研究

王 維，李 軍（中國民航大學(xué)機場學(xué)院，天津 300300）

高程差異的雙跑道機場內(nèi)水平確定方法研究

王 維1，李 軍2
（中國民航大學(xué)機場學(xué)院，天津 300300）

目前中國雙跑道機場逐步增多，其中有些機場的雙跑道高程差異較大，而國際民用航空公約附件14、空中航行服務(wù)程序-飛機運行（PANS-OPS）對跑道高程具有差異的機場內(nèi)水平面設(shè)置都沒有明確的規(guī)定，從而給此類機場的規(guī)劃和凈空管理帶來困惑。在綜合考慮機場飛行安全、周邊規(guī)劃建設(shè)控制和機場凈空管理繼承性等因素的基礎(chǔ)上，提出了雙跑道高程具有一定差異的機場內(nèi)水平障礙物限制面的確定方法。

機場；凈空；內(nèi)水平面；跑道高程差異

中國樞紐和干線機場的遠期或終端總體規(guī)劃大都采用平行雙跑道構(gòu)形。隨著航空業(yè)務(wù)量的迅猛增長，許多干線機場的第二、三跑道已開始建設(shè)或已投入運行。由于場區(qū)地勢原因，一些機場出現(xiàn)了不同跑道之間高程差異過大的情況，如重慶江北機場和烏魯木齊地窩堡機場等。目前中國《民用機場飛行區(qū)技術(shù)標準（MH5001-2006）》[1]的凈空規(guī)定與國際民用航空公約Annex-14卷I《機場設(shè)計與運行》[2]完全相同。在進近類障礙物限制面中，不論是精密進近抑或非精密進近，內(nèi)水平面（inner horizontal surface）都是必設(shè)的限制面。內(nèi)水平面的范圍和高度，對于機場周邊區(qū)域的建設(shè)和規(guī)劃有重要影響。但是，對于高程差異顯著的雙跑道機場內(nèi)水平面確定方法，ICAOAnnex-14、《空中航行服務(wù)程序-飛機運行（PANS-OPS）》[3]和美國FAR Part 77[4]、儀表終端程序標準TERPS[5]都沒有明確的規(guī)定，從而給機場規(guī)劃設(shè)計和凈空管理帶來了困惑。因此，針對此種情況，給出合理、科學(xué)的機場內(nèi)水平面確定方法已變得非常迫切。

1 目前機場確定內(nèi)水平面的一般方法

設(shè)置內(nèi)水平面旨在保證飛機在機場進行目視盤旋進近的安全，目前，中國民用機場在機場凈空管理中大都依據(jù)Annex-14設(shè)置內(nèi)水平面，具體標準如表1所示。對于基準代碼為3、4的機場，在單跑道和雙跑道情況下，內(nèi)水平面分別如圖1和圖2所示。根據(jù)規(guī)定，內(nèi)水平面是高出跑道兩端入口中點平均標高45 m的一個平面，其半徑R對于基準代碼為3、4的機場均為4 000 m。

表1 內(nèi)水平面的范圍和限制高度Tab.1 Dimensions and slopes of inner horizontal surface

圖1 飛行區(qū)代碼為4的一條跑道內(nèi)水平面Fig.1 Inner horizontal surface for code number 4

圖2 飛行區(qū)代碼為4的兩條平行跑道復(fù)合內(nèi)水平面Fig.2 Composite inner horizontal for two parallel code number 4

2 PANS-OPS對目視盤旋進近的規(guī)定

PANS-OPS從實施目視盤旋進近程序和保障飛行安全的角度，對飛機盤旋進近的超障高度（OCH）、最小超障余度（MOC）和區(qū)域半徑R分別作了規(guī)定。

2.1目視盤旋進近的OCH和MOC

PANS-OPS對目視盤旋進近程序的超障高度（OCH）和最小超障余度（MOC）作了規(guī)定，如表2所示。

表2 不同機型所需的超障高度和最低超障余度Tab.2 MOC and OCA/H for visual circling approach

根據(jù)上表，飛機類別不同時OCH、MOC也相應(yīng)變化。從障礙物限制角度，表2所對應(yīng)的障礙物限制高度為超障高度（OCH）減去最小超障余度（MOC）即（OCH-MOC），如表3所示。

表3 不同機型所對應(yīng)的障礙物限制高度Tab.3 Different models corresponding to obstacle height limitation

顯然就限制高度而言，除了A類飛機以外，PANSOPS與Annex-14相比的限制要求更為寬松。

2.2 目視盤旋進近的區(qū)域半徑R1

PANS-OPS給出了目視盤旋進近區(qū)域半徑R1的計算方法，即R為2倍的飛機轉(zhuǎn)彎半徑再加上飛機以盤旋進近最大真空速飛行10 s的距離[6-7]。計算中，涉及飛機類別（A、B、C、D、E）、真空速、轉(zhuǎn)彎率和機場標高等參數(shù)。根據(jù)以上方法可計算出不同類別飛機在不同機場標高情況下的目視盤旋進近區(qū)域半徑R1。表4分別計算了宜昌三峽、北京首都、昆明巫家壩和昌都邦達等4個機場針對不同類別飛機的目視盤旋進近區(qū)域半徑R1。從表中可以看出，對于A類飛機，除了邦達機場外，其R1均在4 000 m以下，滿足Annex-14的內(nèi)水面半徑R的要求。但是，對于B、C、D、E類飛機，R1都超過R。

3 高程差異顯著的雙跑道機場內(nèi)水平面確定

如前所述，目前中國機場在凈空管理中大都以Annex-14為依據(jù)。根據(jù)本文第2節(jié)的分析，對內(nèi)水平面而言，Annex-14與PANS-OPS相比，在高度限制過嚴（即限制面過低）而在范圍（半徑）限制上則過寬（即限制范圍過?。Ｓ捎跈C場凈空管理既涉及機場的飛行安全，還與機場周邊規(guī)劃建設(shè)密切相關(guān)，因此在管理中必須做好上述兩方面的平衡。既不能為遷就周邊建設(shè)而給飛行安全帶來隱患，也不能毫無根據(jù)地實施過分嚴苛的管理而對周邊規(guī)劃建設(shè)造成不合理的妨礙。

對于跑道高程（指各跑道的平均高程）存在差異的機場，應(yīng)結(jié)合Annex-14、PANS-OPS要求并適當(dāng)考慮周邊區(qū)域規(guī)劃、建設(shè)及其管理，對內(nèi)水平面的限制范圍和高度做出更為合理的規(guī)定。

1）雙跑道高程差在15 m之內(nèi)時，以高程最低跑道為基準、設(shè)60 m高的障礙物限制面。這樣規(guī)定則：①機場可形成高程一致的內(nèi)水面，便于對外解釋說明；②有利于高程較低跑道的周邊臨近區(qū)域建設(shè)，即與45 m限高相比該區(qū)域的建筑物可以建的更高；③對高程較高跑道，內(nèi)水面限制高度肯定在45～60 m范圍內(nèi)，為Annex-14和PANS-OPS要求的折中；④這樣的內(nèi)水平面對機場運行D、E類飛機也是偏于安全的（因為D、E類飛機目視盤旋進近的限高為90m）。另外，雙跑道民用機場多為大型樞紐或干線機場，一般不運行A類飛機（Y-5，Y-12，TB-20、TB-200等），所以不會因限制面高度大于30 m而對A類飛機的目視盤旋飛行安全造成影響。實際上，即使有A類飛機的偶爾運行也無關(guān)系，因為雙跑道機場的跑道長、飛行區(qū)范圍大，而A類飛機因目視盤旋半徑較小，可在場區(qū)及其附近內(nèi)完成，一般不會出現(xiàn)凈空條件問題。

表4 個別機場內(nèi)水平面半徑計算舉例Tab.4 Calculation example of horizontal radius for individual airport

2）雙跑道高程差大于15 m時，低高程跑道的內(nèi)水平面限高取60 m，另一條跑道的內(nèi)水平面限高取45 m。顯然，此時兩個內(nèi)水面不在同一水平面上。這樣規(guī)定的好處：①有利于低高程跑道周邊臨近區(qū)域的建設(shè)；②完全滿足兩條跑道目視盤旋進近程序的實施，因為除了對A類飛機外，對B、C、D、E類飛機，限制面高度都滿足標準；③確保高程較高的跑道的內(nèi)水平面限制高度不超過45 m，從而為A類飛機對該跑道的偶爾目視盤旋進近創(chuàng)造了更好的條件。

3）上面1）、2）分別規(guī)定了內(nèi)水平面的高度確定原則。針對雙跑道存在高程差異的情況，綜合考慮雙跑道機場的飛行區(qū)等級、運行機型和Annex-14、PANSOPS規(guī)定，內(nèi)水面半徑R為

式中：△H=內(nèi)水面高程Hh－（跑道高程HR+45）。例如，當(dāng)△H=15 m（即內(nèi)水面高于跑道60 m）時，R=5 333 m，當(dāng)△H=0 m（即內(nèi)水面高于跑道45 m）時，R=4 000 m。

上述規(guī)定的好處，一是符合PANS-OPS的原則，在保障飛行安全的基礎(chǔ)上限高放松，但范圍擴大，同時又能與Annex-14銜接。

4 應(yīng)用舉例

對雙跑道機場而言，在跑道高程相差小于15 m的情況下，內(nèi)水平面的限制高度設(shè)計可根據(jù)跑道高程較小的那條跑道作為基準，這樣對于另外的跑道為基準的情況下內(nèi)水平面的高度也不會超過60 m，從而形成一個水平面內(nèi)的連續(xù)復(fù)合內(nèi)水面進行限制，對于雙跑道而言主要是內(nèi)水平面邊界的確定，這在多跑道內(nèi)水平障礙物限制面邊界確定方法一文中已有論述[8]。

在跑道之間高程大于15 m的的情況下，機場內(nèi)水平面如何進行設(shè)計將成為一個主要問題，此時應(yīng)該按照非重疊區(qū)域各自計算，重疊區(qū)域和附加星型區(qū)域比較計算取較低值即可，從而形成一個外廓線在高度上是不連續(xù)即間斷的復(fù)合內(nèi)水平面，如圖3所示。高程差異顯著的雙跑道內(nèi)水平面設(shè)計標準計算中的重點是確定重疊區(qū)域的范圍，也就是內(nèi)水平面投影中幾個關(guān)鍵交點的位置，例如A和D點，如圖4所示，其余

的范圍可根據(jù)內(nèi)水平面的限制范圍進行限制。

圖3 不連續(xù)的復(fù)合內(nèi)水平面示意圖Fig.3 Discontinuous composite of inner horizontal surface diagram

圖4 高程差異的內(nèi)水平面相交投影區(qū)域示意圖Fig.4 Intersection projection area of inner horizontal surface of elevation significant difference diagram

為了更好的說明高程差異顯著的雙跑道機場內(nèi)水平面限制標準，以某機場作為實例進行分析，該機場現(xiàn)有一條長寬為3 600 m×45 m的07/25號4E級跑道L1，現(xiàn)有跑道平均標高為647.5 m，考慮到航空運輸?shù)陌l(fā)展，現(xiàn)在規(guī)劃設(shè)計一條長寬為3 600 m×60 m上的4F級平行跑道L2，但由于地形總體上呈南高北低，南北向地勢坡度較大，新跑道位置的原地面平均標高為615.5 m，跑道間的平均高差為38.5 m，第二條跑道西端相對現(xiàn)跑道西端向東錯開400 m，兩跑道間距為1 830 m，利用式（1）計算應(yīng)該使內(nèi)水平面的半徑增大到5 333 m，內(nèi)水平面的高度限制范圍主要是確定A 和B點的位置，以A點為例，這里以L1跑道西端入口為原點建立直角坐標系，利用式（2）即可解出A點的坐標，用同樣方法可求出D點坐標，如圖5所示。

這樣L1和L2跑道內(nèi)水平面重疊的區(qū)域執(zhí)行45 m的限制高度，L1自有的內(nèi)水平面范圍限制高度為45 m，而L2自有的內(nèi)水平面范圍限制高度為60 m，既有利于低高程跑道周邊臨近區(qū)域的建設(shè)，同時也完全能滿足兩條跑道實施目視盤旋進近程序。

圖5 某機場跑道構(gòu)型示意圖Fig.5 Runway configuration of an airport diagram

5 結(jié)語

1）對于有高程差異的雙跑道機場內(nèi)水平面，高程相差小于15 m時，可以高程較低跑道為基準形成一個連續(xù)的高程為60 m內(nèi)水平面；當(dāng)高程相差大于15 m時，高程較低跑道內(nèi)水平面依舊為60 m，而高程較高的跑道內(nèi)水平面設(shè)置為45 m，這時非重疊區(qū)域內(nèi)水平面限制高度各自計算，重疊區(qū)域和附加星型區(qū)域比較計算后取較低值。此時形成的復(fù)合內(nèi)水面外廓線在高度上是不連續(xù)即間斷的。

2）目前Annex-14的內(nèi)水平面半徑明顯偏小，應(yīng)將內(nèi)水平障礙物限制半徑根據(jù)實際情況相應(yīng)增加。

3）本文以Annex-14和PANS-OPS為基礎(chǔ)，綜合考慮了機場飛行安全、周邊規(guī)劃建設(shè)控制和機場凈空管理繼承性等因素，建立的內(nèi)水平面確定方法更為合理與實用。

[1]中國民航行業(yè)標準.MH5001—2006民用機場飛行區(qū)技術(shù)標準[S].

[2]ICAO.Annex-14 V I：Aerodrome Design and Operation[R].15rd ed.I CAO，2009.

[3] Federal Aviation Administration.FAR Part 77：Objects Affecting Navigable Airspace[R].FAA，1993.

[4] InternationalCivilAviation Organization，ProceduresforAir Navigation Services：Aircraft Operations.Construction of Visual and Instrument Flight Procedures[R].Vol II，2006.

[5] United States Standard.Terminal Instrument Procedures，F(xiàn)ederal Aviation Administration[R].Washington：D.C，1976.

[6]王 維.機場凈空管理[M].北京：中國民航出版社，2008：93-104.

[7] International Civil Aviation Organization Doc.9137 Airport Services Manual Part 6-Control of Obstacles[R].2rd ed.1983.

[8]王 維.多跑道內(nèi)水平障礙物限制面邊界確定方法[J].中國民航大學(xué)學(xué)報，2008，26（1）：21-24.

（責(zé)任編輯：黨亞茹）

Research of inner horizontal obstacle limitation surface for aerodrome of two-runways with altitude difference

WANG Wei1，LI Jun2
（Airport College，CAUC，Tianjin 300300，China）

At present，more and more aerodromes are with configurations of the two-runways in China，and among them some two-runways have obvious elevation differences，while the current standards like Annex 14 of the International Civil Aviation Convention and procedures fot Air Navigation Services-Aircraft Operation （PANSOPS）don′t give detailed provision on inner horizontal for above circumstance，causing some confusions and difficulties for such aerodromes on the planning and obstacle management.Based on the comprehensive consideration of aerodromes flight safety，planning and construction of the surrounding area and aerodromes clearance management inheritance，a methodology is established for determining the inner horizontal obstacle limitation surface for aerodrome of two-runways with altitude difference.

aerodromes；clearance；inner horizontal surface；runway altitude difference

V351.11 文獻標志碼：A

1674－5590（2013）01－0059－04

2012-06-08；

2012-09-07

華北局科研項目

王 維（1960—），男，河北豐南人，教授，碩士，研究方向為機場工程.