天府國際機(jī)場兩起一降運(yùn)行模式下的跑道容量研究

田道友，向小軍，張帥

天府國際機(jī)場兩起一降運(yùn)行模式下的跑道容量研究

田道友，向小軍，張帥

（中國民航飛行學(xué)院，四川 廣漢 618307）

機(jī)場跑道容量評(píng)估對(duì)機(jī)場安全高效運(yùn)行起著重要的作用，為提高機(jī)場的運(yùn)行效益與運(yùn)行效率，對(duì)成都天府國際機(jī)場離崗高峰模式下的跑道容量進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)合數(shù)學(xué)模型，對(duì)單跑道離場容量與單跑道進(jìn)場容量進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)成都天府國際機(jī)場一期建成兩起一降運(yùn)行模式下的跑道容量。

運(yùn)行模式；跑道容量；計(jì)算模型；容量評(píng)估

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，民航也迎來高速發(fā)展的黃金期，航班量不斷增加，空中交通流量急劇增大，國內(nèi)主要的國際機(jī)場的運(yùn)行狀態(tài)趨于飽和。在此背景下，天府國際機(jī)場于2016年開工建設(shè)，計(jì)劃2021年上半年建成投運(yùn)，為保證天府新機(jī)場能夠安全有效運(yùn)行，有必要對(duì)成都天府國際機(jī)場跑道的容量進(jìn)行評(píng)估。

機(jī)場容量評(píng)估對(duì)機(jī)場后期的安全有效運(yùn)行具有重要意義，目前有4類評(píng)估方法用于跑道容量評(píng)估：①基于歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的評(píng)估方法。②基于數(shù)學(xué)計(jì)算模型的評(píng)估方法。③基于計(jì)算仿真的評(píng)估方法。目前應(yīng)用較廣泛的跑道容量仿真軟件包括TAAM、SIMMOD、RAMS以及AirTOp軟件。④基于管制員工作負(fù)荷的評(píng)估方法。

1 多跑道運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)定

在國際民航組織文件DOC9643、DOC4444中有關(guān)于多跑道運(yùn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，在具有平行跑道運(yùn)行能力的機(jī)場實(shí)施獨(dú)立平行進(jìn)近應(yīng)具備以下條件：使用雷達(dá)引導(dǎo)切入ILS航向道；配備相關(guān)精度要求（方位精度大于0.3°，更新周期小于等于5 s）的雷達(dá)設(shè)備；兩條跑道都在進(jìn)行ILS進(jìn)近；管制員已告知航空器可在兩條跑道實(shí)施儀表進(jìn)近；兩條跑道的進(jìn)近復(fù)飛航跡應(yīng)大于30°。在文件中還規(guī)定了在同一跑道實(shí)施進(jìn)近航空器間的雷達(dá)間隔以及在平行跑道實(shí)施儀表進(jìn)近的雷達(dá)間隔標(biāo)準(zhǔn)。

2 影響跑道容量的主要因素

機(jī)場跑道的容量是指在符合相關(guān)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的情況下，機(jī)場在單位時(shí)間內(nèi)能夠服務(wù)的航空器的最大數(shù)量。影響跑道容量的因素包括以下幾個(gè)方面：①跑道的條數(shù)、跑道之間的距離與跑道的方位。成都天府國際機(jī)場一期共建設(shè)3條跑道，跑道分布為兩縱一橫，并且3條跑道之間滿足獨(dú)立運(yùn)行的條件。②不同類型的航空器與運(yùn)行組合在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)尾流間隔的規(guī)定不同，而尾流間隔是影響機(jī)場跑道容量的主要因素。③跑道的運(yùn)行方式。成都天府國際機(jī)場東一跑道與西一跑道中心線之間的距離為2 400 m，大于1 035 m，縱向間隔550 m，這兩條跑道實(shí)為一組寬距平行跑道，根據(jù)中國的規(guī)章，可允許這3條跑道獨(dú)立運(yùn)行。④導(dǎo)航與監(jiān)視設(shè)備。航空器之間的間隔與導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備的類型有關(guān)，不同的監(jiān)視設(shè)備下的航空器之間的間隔不同。⑤運(yùn)行時(shí)實(shí)施的進(jìn)場程序與離場程序。不同的進(jìn)近程序以及程序是否合理，也會(huì)對(duì)機(jī)場跑道的容量產(chǎn)生影響。

除以上所列出的影響跑道容量的因素，跑道容量還與停機(jī)坪的布局、航站樓的布局、跑道數(shù)量、運(yùn)行時(shí)的氣象條件以及跑道燈光等因素相關(guān)。

3 天府國際機(jī)場跑道容量模型的建立與計(jì)算

運(yùn)用以下數(shù)學(xué)模型對(duì)起飛航空器之間的時(shí)間間隔進(jìn)行分析：

式（1）中：為跑道容量；[]為機(jī)場跑道的平均服務(wù)時(shí)間。

式（2）中：ij為i型航空器先于j型航空器進(jìn)近的概率；ij為i型航空器在前，j型航空器在后時(shí)，兩架運(yùn)行航空器之間的時(shí)間間隔。

天府國際機(jī)場一期3條跑道為獨(dú)立運(yùn)行的跑道，兩起一降運(yùn)行模式時(shí)，西一跑道與北一跑道用于起飛，東一跑道用于落地，運(yùn)行模式如圖1所示。

3.1 單跑道離場容量計(jì)算

在機(jī)場的實(shí)際運(yùn)行中，管制員可根據(jù)起飛航空器與進(jìn)場航空器間時(shí)間間隙的大小，在時(shí)間間隙中插入架離場的航空器。兩架相鄰降落的航空器間的時(shí)間間隔需滿足：

（ij+ij）≥min+（－1）（i） （3）

式（3）中：min為起飛/到達(dá)航空器的間隔規(guī)定；i為機(jī)型i的起飛跑道占用時(shí)間。

圖1 成都天府機(jī)場兩起一降運(yùn)行模式示意圖

該時(shí)間間隔為進(jìn)場的航空器為離場的航空器提供足夠的時(shí)間間隔以確保在運(yùn)行時(shí)滿足空中間隔的最小間隔規(guī)定。

當(dāng)j型航空器在前，i型航空器在后時(shí)，j型航空器與i型航空器間的時(shí)間間隔須滿足式（1），即可在兩架進(jìn)近航空器間插入i-j架起飛的航空器，計(jì)算進(jìn)近航空器間可插入的起飛航空器數(shù)量，可得出表1。

表1 可插入起飛航空器數(shù)量

后機(jī) 前機(jī)中型機(jī)重型機(jī) 中型機(jī)n1-1n1-2 重型機(jī)n2-1n2-1

離場航空氣的跑道容量算式如下：

式（4）中：D為機(jī)場跑道用于離場的跑道容量；為單位小時(shí)內(nèi)的時(shí)間間隙數(shù)量。

考慮到實(shí)際運(yùn)行情況與運(yùn)行效益，成都天府國際機(jī)場運(yùn)行的航空器類別中只考慮中型機(jī)與重型機(jī)，1為中型機(jī)，2為重型機(jī)，1=0.6，2=0.4。在運(yùn)行時(shí)當(dāng)重型機(jī)在前中型機(jī)在后時(shí)，其在運(yùn)行時(shí)的尾流間隔為2 min；在運(yùn)行時(shí)當(dāng)中型機(jī)在前重型機(jī)在后時(shí)，其在運(yùn)行時(shí)的尾流間隔為1.5 min。當(dāng)離場的航空器進(jìn)入跑道時(shí)，進(jìn)近的航空器其最后進(jìn)近距離按最優(yōu)5海里計(jì)算。離場航空器在起飛時(shí)的跑道占用時(shí)間：中型機(jī)40 s，重型機(jī)46 s。最后進(jìn)近速度分別按中型機(jī)280 km/h，重型機(jī)290 km/h計(jì)算，代入以上數(shù)學(xué)模型，最終得到跑道在用于離場時(shí)的跑道容量為31架次/小時(shí)。

3.2 單跑道進(jìn)場容量計(jì)算

不同類別的航空器在最后進(jìn)近時(shí)的速度不同，可分為以下兩種情況：i＞j，i機(jī)型的速度大于j機(jī)型的速度；i≤j，i機(jī)型的速度小于等于j機(jī)型的速度；當(dāng)i＞j時(shí)，即當(dāng)i機(jī)型速度大于j機(jī)型速度時(shí)，其時(shí)間間隔為:

式（5）中：ij為進(jìn)場航空器之間的時(shí)間間隔；i為機(jī)型i的跑道平均占用時(shí)間；為FAF距離跑道入THR的距離；j為機(jī)型j最后進(jìn)近速度；i為機(jī)型i最后進(jìn)近的速度。

在實(shí)際運(yùn)行中，考慮到管制員與飛行員在操作中存在一定的反應(yīng)時(shí)間，需要加入一個(gè)緩沖時(shí)間ij，緩沖時(shí)間的計(jì)算公式為：

式（6）中：ij為緩沖時(shí)間；ij為i型進(jìn)場航空器與j型進(jìn)場航空器之間的最小距離間隔。

當(dāng)i≤j時(shí)，即當(dāng)i型航空器的速度小于等于j型航空器的速度時(shí)，兩種類型之間航空器的時(shí)間間隔為：

式（7）中：a為跑道進(jìn)場容量。

在成都天府國際機(jī)場起降的飛機(jī)中，只考慮中型機(jī)與重型機(jī)，比例為中型機(jī)0.6，重型機(jī)0.4，降落滑跑的航空器平均占用跑道時(shí)間為：中型機(jī)48 s，重型機(jī)55 s，最后進(jìn)近速度按中型機(jī)280 km/h，重型290 km/h計(jì)算，當(dāng)前機(jī)為重型機(jī)時(shí)，后機(jī)為中型機(jī)時(shí)，其尾流間隔為2 min；當(dāng)前機(jī)為中型機(jī)后機(jī)為重型機(jī)時(shí)尾流間隔為1.5 min，F(xiàn)AF距離THR的距離按最佳5海里，反應(yīng)時(shí)間按照20 s計(jì)算。將數(shù)值代入單跑道進(jìn)場的數(shù)學(xué)模型，得到進(jìn)場時(shí)的跑道容量為25架次/小時(shí)。

3.3 天府國際機(jī)場跑道容量計(jì)算結(jié)果

天府國際機(jī)場一期建設(shè)的3條跑道為獨(dú)立運(yùn)行的跑道，其跑道容量為3條跑道容量之和，=1+2+3=31+31+25=87架次/小時(shí)。

4 結(jié)束語

成都天府國際機(jī)場一期計(jì)劃于2020年建成，在2021年上半年投入使用，而跑道容量對(duì)機(jī)場運(yùn)行效率與運(yùn)行效益產(chǎn)生影響，為了保障天府國際機(jī)場一期建成后的安全高效運(yùn)行，本文利用相關(guān)數(shù)學(xué)模型，對(duì)離崗高峰模式下的跑道容量進(jìn)行評(píng)估，對(duì)成都天府國際機(jī)場一期建成后的運(yùn)行具有重要意義。

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V355

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.18.011

2095－6835（2019）18－0027－02

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕