機(jī)場跑道、滑行道不設(shè)豎曲線最大允許縱坡差研究

張儒雅

摘 要：該文采用公路和城市道路的豎曲線設(shè)置理論探討了機(jī)場跑道、滑行道的不設(shè)豎曲線最大允許縱坡差取值?；陲w機(jī)行駛于縱向變坡上乘客的運(yùn)動軌跡分析，推導(dǎo)了縱坡差的計(jì)算式。通過對現(xiàn)行公路和城市道路規(guī)范的分析，確定了臨界離心加速度的合理取值，并由此計(jì)算出了不設(shè)豎曲線的縱坡差一般最大值和極限最大值，最后對其實(shí)際應(yīng)用提出了建議。

關(guān)鍵詞：跑道 滑行道 加鋪 縱向變坡 縱坡折斷 最大允許值 豎曲線 離心加速度 豎曲線半徑 縱向輪距

中圖分類號：V279 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（c）-0014-02

1 問題的提出

我國現(xiàn)行《民用機(jī)場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（MH 5001-2013）及《國際民用航空公約附件14—— 機(jī)場》規(guī)定，跑道和滑行道在縱向變坡時(shí)應(yīng)設(shè)置豎向變坡曲線，并給出了變坡曲線的最小曲率半徑[1-2]。但在實(shí)際工程中，特別是在跑道和滑行道加鋪工程中，為盡量減小加鋪工程量，縱向會設(shè)置較多的坡段，從而導(dǎo)致存在較多的縱向變坡，而且這些縱向變坡往往都很小，常為萬分之幾。如果這些坡段都設(shè)置豎向變坡曲線，一來給設(shè)計(jì)施工帶來不便，二來從直覺上看似乎也沒有必要無論多小的變坡均設(shè)置豎曲線。這就提出了一個(gè)工程實(shí)際問題，到底多小的變坡（縱坡折斷）可以不設(shè)置豎曲線？該文將就這一問題采用公路和城市道路的豎曲線設(shè)置理論進(jìn)行探討和分析。

2 不設(shè)豎曲線時(shí)縱坡差對飛機(jī)乘客的影響

在公路和城市道路中，豎曲線的設(shè)置主要的限制因素為離心加速度不過大、行程時(shí)間不過短及滿足視距的要求[3]。對于該問題而言，討論的是不設(shè)豎曲線的最大縱坡差，因此無需討論豎曲線上的行程時(shí)間限制。對于機(jī)場而言，視距另有規(guī)定，不在該次討論之列。所以機(jī)場跑道、滑行道不設(shè)豎曲線的最大縱坡差值主要影響因素為飛機(jī)內(nèi)乘客所感受到的離心加速度不過大，故需對不設(shè)豎曲線的縱坡差對飛機(jī)乘客的影響進(jìn)行分析。

2.1 問題的抽象和簡化

如圖1所示，假設(shè)道面縱斷面為GOG′，GO和OG′分別為兩段縱坡，其縱坡差為ω，變坡點(diǎn)為O。接下來分析飛機(jī)行駛于縱斷面為GOG′的道面上時(shí)，乘客的運(yùn)動軌跡。

首先飛機(jī)在GO段上平穩(wěn)行駛，當(dāng)飛機(jī)鼻輪到達(dá)O點(diǎn)時(shí)，乘客位于位置P，然后飛機(jī)鼻輪進(jìn)入OG′段，主輪還位于GO段，此時(shí)乘客位置發(fā)生變化，開始承受離心加速度。飛機(jī)繼續(xù)往前行駛，當(dāng)主輪通過O點(diǎn)后，飛機(jī)恢復(fù)平穩(wěn)行駛，此時(shí)乘客位于位置P′，此后乘客不再承受離心加速度。在此過程中，乘客的位置沿一條曲線由P變化至P′，曲線PP′即為乘客的運(yùn)動軌跡。曲線PP′的方程受乘客在飛機(jī)中的位置、飛機(jī)起落架的懸掛方式、地面的縱向變坡ω、飛機(jī)的縱向輪距L等諸多因素影響，具體的解析式非常復(fù)雜。由于地面的縱向變坡ω一般都很小，根據(jù)公路和城市道路的豎曲線設(shè)置理論[3]，可以將曲線PP′簡化為圓弧。由圖1可知，乘客位置由P變化至P′時(shí)，飛機(jī)位置由鼻輪位于O點(diǎn)變化至主輪位于O點(diǎn)，飛機(jī)的方向由GO變?yōu)镺G′，因此圓弧PP′的長度等于飛機(jī)的縱向輪距L，角度等于地面的縱向變坡ω（單位為弧度），由此可以推出圓弧PP′的半徑為：

2.2 各參數(shù)取值的確定

由式（3）可知，要確定ω的最大允許值，需要確定a、L、V三個(gè)參數(shù)。參數(shù)a的取值在下一節(jié)中專門討論，該小節(jié)僅討論L、V的取值。

由式（2）可知，L越大，a越小，即飛機(jī)的縱向輪距越小越不利于飛機(jī)通過無豎曲線的縱向變坡。基于偏安全的考慮，應(yīng)該采用較小的L來計(jì)算ω值。目前常用的大中型飛機(jī)中，縱向輪距最小的為A319，為11.04 m[4]；其次為B737-500，為11.07 m[5]，因此可取L=11 m。對于飛機(jī)的行駛速度V，跑道可取250 km/h，快速出口滑行道可取93 km/h，其他滑行道可取50 km/h[6]。

3 臨界離心加速度的確定

臨界離心加速度a的取值依賴于人的主觀感受，目前國內(nèi)外已經(jīng)有比較多的研究。AASHTO對縱坡豎曲線設(shè)計(jì)的有關(guān)分析認(rèn)為：“在豎曲線上，當(dāng)離心加速度不超過0.305 m/s2時(shí)，車上乘員感覺是舒適的”[7]。凌建明等通過主觀評價(jià)試驗(yàn)研究表明，當(dāng)車輛豎向加速度小于0.315 m/s2時(shí)，司乘人員“沒有不舒適感”[7]。電梯工程中關(guān)于轎廂內(nèi)人體對于振動頻率和強(qiáng)度響應(yīng)的研究表明：豎向加速度超過0.30 m/s2時(shí)，司乘人員開始感到不適[8]。我國現(xiàn)行公路和城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，如果僅從舒適度要求考慮，豎曲線的最小半徑如表1所示[9-10]。

根據(jù)表2和式（2）可以反算得出對應(yīng)于上述豎曲線半徑的離心加速度值。

從以表2格可以看出，我國規(guī)范認(rèn)為離心加速度的臨界值為0.25～0.30 m/s2左右；為保證舒適，離心加速度應(yīng)控制在0.15～0.18 m/s2左右。

綜合上述各項(xiàng)研究，可以認(rèn)為離心加速度的臨界值可取用0.25～0.30 m/s2，為保證平順性，可取用更小的離心加速度值。基于此，該文采用我國公路和城市道路的規(guī)范所反算得出的離心加速值作為計(jì)算不設(shè)豎曲線最大允許縱坡差的依據(jù)。根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，a的取值可定為：一般值0.18 m/s2，極限值0.27 m/s2。

4 不設(shè)豎曲線最大允許縱坡差的確定

根據(jù)上述確定的參數(shù)a、L、V，可以計(jì)算出不設(shè)豎曲線的最大允許縱坡差值如表3所示。

實(shí)際設(shè)計(jì)中當(dāng)縱坡差小于以上表格的一般最大值時(shí)，可以認(rèn)為不必設(shè)置豎曲線，飛機(jī)也能較為舒適的通過該變坡點(diǎn)；當(dāng)縱坡差取上表中的極限最大值時(shí)，飛機(jī)通過該變坡點(diǎn)時(shí)機(jī)上乘客的感覺仍為“舒適”，但已處于臨界狀態(tài)。所以在一般情況下不設(shè)豎曲線的縱坡差應(yīng)小于或等于一般值；在特別困難時(shí)方可采用極限值。

建議在重要部位如跑道、快滑道上的縱坡差不宜大于一般值，在重要性稍低的部位或條件困難處如機(jī)坪、道口處的縱坡差方可采用極限值。另外由于道面板塊施工原因，即使在設(shè)置了豎曲線的道面縱向兩塊相鄰板塊之間仍然存在縱坡差，因此建議此處相鄰板塊的縱坡差也不宜超過表3中的一般最大值。

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