民用航空器尾流重新分類(lèi)發(fā)展綜述

左青海 楊凡 潘衛(wèi)軍

摘 要：航空器尾流間隔是限制機(jī)場(chǎng)跑道容量的主要因素之一，與航空運(yùn)行安全息息相關(guān)。本文對(duì)航空器尾流重新分類(lèi)（Re-categorization，RECAT）技術(shù)的最新發(fā)展進(jìn)行綜述，對(duì)國(guó)際民航組織（ICAO）、歐洲空中航行安全組織（EUROCONTROL）、美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）、中國(guó)民用航空局（CAAC）的尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)和重新分類(lèi)方法進(jìn)行了比較和分析，同時(shí)對(duì)尾流重新分類(lèi)的試運(yùn)行效果進(jìn)行分析。相關(guān)研究表明，尾流重新分類(lèi)能有效縮減平均尾流間隔，提高跑道運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：尾流重新分類(lèi);尾流間隔;跑道容量;運(yùn)行效率

中圖分類(lèi)號(hào)：V355.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）26-0065-06

Abstract： Aircraft wake turbulence separation is one of the main factors limiting the runway capacity of the airport， it's closely related to the safety of civil aviation operations. The paper summarized the latest development in aircraft wake re-categorization （RECAT） technology， and also reviewed the wake turbulence separation standards and re-categorization methods consisting of International Civil Aviation Organization （ICAO）， the European Air Navigation Safety Organization （EUROCONTROL）， the United States Federal Aviation Administration （FAA） and the Civil Aviation Administration of China （CAAC）， and analyzed the trial operation effect of the wake re-categorization at the same time. Related studies have shown that wake re-categorization can effectively reduce the average wake turbulence separation and improve runway operating efficiency.

Keywords： aircraft wake re-categorization;wake turbulence separation;runway capacity;operating efficiency

機(jī)場(chǎng)跑道容量及使用效率與航空器的起飛和著陸最小間隔直接相關(guān)，該間隔取決于空管監(jiān)視能力及航空器尾流。飛機(jī)在飛行中會(huì)產(chǎn)生尾流，航班運(yùn)行中需要給前后兩架飛機(jī)之間配備安全的尾流間隔，防止出現(xiàn)后機(jī)遭遇前機(jī)尾流而導(dǎo)致失控等危險(xiǎn)情況。

自20世紀(jì)70年代實(shí)施以來(lái)，ICAO現(xiàn)行的航空器尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)并未進(jìn)行過(guò)大的修訂。受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，該標(biāo)準(zhǔn)顯得相對(duì)較粗略與保守。隨著民用航空運(yùn)輸量持續(xù)增加，其在一定程度上限制了繁忙機(jī)場(chǎng)的跑道容量，加重了航班的延誤。將現(xiàn)行尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行縮減與優(yōu)化，精準(zhǔn)地把握航空器尾流間隔，對(duì)提升民航運(yùn)行安全與效率具有重要意義。RECAT技術(shù)成為民航業(yè)研究的一個(gè)重要方向。

經(jīng)過(guò)數(shù)年的研究與論證，F(xiàn)AA與EUROCONTROL分別出臺(tái)了各自的RECAT標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行持續(xù)研究，以期對(duì)所有航空器之間建立實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的尾流間隔。

ICAO在2012年11月召開(kāi)第十二次空中航行會(huì)議，提出修改全球空中航行計(jì)劃（Global Air Navigation Plan，GANL）和航空系統(tǒng)組塊升級(jí)計(jì)劃（Aviation System Block Upgrades，ASBU），并達(dá)成戰(zhàn)略協(xié)議。在各國(guó)研究成果基礎(chǔ)上，ICAO將RECAT分為三個(gè)發(fā)展階段：第一階段，將當(dāng)前ICAO的尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化為6類(lèi);第二階段，使用靜態(tài)的配對(duì)機(jī)制來(lái)代替尾流間隔分類(lèi)，每個(gè)飛機(jī)對(duì)之間配備合適的最小尾流間隔;第三階段，動(dòng)態(tài)尾流間隔，根據(jù)飛機(jī)重量、大氣條件等實(shí)際參數(shù)來(lái)實(shí)時(shí)確定航空器的最小尾流間隔[1]。2016年，ICAO發(fā)布了最新一版的2016—2030年全球空中航行計(jì)劃和航空系統(tǒng)組塊升級(jí)計(jì)劃（ASBU），將RECAT分為3個(gè)組塊：組塊0（B0-WAKE）通過(guò)優(yōu)化尾流間隔優(yōu)化跑道吞吐量;組塊1（B1-WAKE）通過(guò)動(dòng)態(tài)尾流間隔提高跑道吞吐量;組塊2（B2-WAKE）應(yīng)用基于時(shí)間的尾流最低間隔標(biāo)準(zhǔn)（Time Based Separation，TBS）[2]。

近幾年，我國(guó)也加快了對(duì)尾流間隔縮減相關(guān)課題的研究與試驗(yàn)，在充分研究歐美RECAT可行性與安全性的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及國(guó)內(nèi)民航運(yùn)行特點(diǎn)，擬定了中國(guó)的尾流重新分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（RECAT-CN），并于2019年12月5日在深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)、廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)正式開(kāi)始試驗(yàn)運(yùn)行。

1 我國(guó)現(xiàn)行尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)

目前，大多數(shù)ICAO成員國(guó)均采用ICAO Doc 4444文件中的尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)目前使用的尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)是《民用航空空中交通管理規(guī)則》（CCAR-93-R5），航空器尾流等級(jí)分類(lèi)與ICAO的標(biāo)準(zhǔn)相一致，航空器按最大起飛重量（MTOW）分為重型、中型、輕型三類(lèi)（見(jiàn)表1），并將A380-800型航空器尾流間隔的指導(dǎo)意見(jiàn)融入規(guī)章[3]（見(jiàn)表2）。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)航空器的分類(lèi)較為粗略，間隔是根據(jù)各類(lèi)別中最壞的情形確定的，在很多情況下，間隔配備相對(duì)保守，隨著民航業(yè)快速發(fā)展，漸漸無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際運(yùn)行需求。

2 EUROCONTROL尾流重新分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

EUROCONTROL在2007年提出尾流重新分類(lèi)的概念，旨在將各類(lèi)航空器的尾流評(píng)估后重新分類(lèi)，通過(guò)對(duì)各機(jī)型組合下最小安全間隔的計(jì)算分析，使各類(lèi)航空器之間的尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)更加細(xì)致、更加合理，進(jìn)而達(dá)到縮減尾流間隔、提高民航系統(tǒng)運(yùn)行效率的目的。2009年，EUROCONTROL與FAA聯(lián)合開(kāi)展可行性研究，認(rèn)為RECAT是一種可操作的縮減尾流間隔的運(yùn)行方法[4-5]。

2013年，EUROCONTROL在與美國(guó)合作研究的成果基礎(chǔ)上，開(kāi)展RECAT-EU項(xiàng)目研究，綜合考慮航空器速度、重量、翼展等因素，通過(guò)優(yōu)化調(diào)整RECAT中各類(lèi)別所屬的機(jī)型種類(lèi)，并對(duì)歐洲航行服務(wù)商提出的一些技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，以更好地提升容量，保證安全性，通過(guò)計(jì)算分析縮減尾流間隔[6]。

2015年7月，RECAT-EU標(biāo)準(zhǔn)[7]正式發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)在原分類(lèi)的基礎(chǔ)上將航空器按最大起飛重量和翼展細(xì)分為六類(lèi)（見(jiàn)表3）并配備新的尾流間隔（見(jiàn)表4），該分類(lèi)下航空器的機(jī)型舉例如表5所示。

RECAT-EU的試驗(yàn)運(yùn)行表明，在高峰時(shí)段，新標(biāo)準(zhǔn)可以提高5%的跑道容量，具體取決于各個(gè)機(jī)場(chǎng)的航班組合;在同等吞吐量下，能夠降低航班的進(jìn)、離場(chǎng)總飛行時(shí)間，使管制員能夠更加靈活地管理交通;能使機(jī)場(chǎng)運(yùn)行從不利條件中快速恢復(fù)，從而減少總體延誤[7]。

3 FAA尾流重新分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

2012年11月1日，美國(guó)孟菲斯機(jī)場(chǎng)成為全球第一個(gè)實(shí)施RECAT-I運(yùn)行的機(jī)場(chǎng)。在運(yùn)行6個(gè)月后，F(xiàn)AA與機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)、美國(guó)聯(lián)邦快遞公司等機(jī)構(gòu)對(duì)該試運(yùn)行期間的機(jī)場(chǎng)通行能力進(jìn)行了全面評(píng)估。分析數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，該機(jī)場(chǎng)航空器離場(chǎng)容量增加22%，進(jìn)場(chǎng)容量增加15%，美國(guó)聯(lián)邦快遞有85%的航班間隔會(huì)縮短，離場(chǎng)排隊(duì)時(shí)間縮減了38%，在高峰時(shí)段的離場(chǎng)容量平均每小時(shí)增加7架次，同時(shí)沒(méi)有航空器報(bào)告遭遇尾流[8]。2013年起，陸續(xù)向路易斯維爾、邁阿密等多個(gè)國(guó)際機(jī)場(chǎng)推廣實(shí)施[9-11]。

2014年6月，F(xiàn)AA正式頒布了尾流重新分類(lèi)間隔標(biāo)準(zhǔn)（RECAT 1.5），將航空器分為6類(lèi)，并配備了新的間隔[12];在進(jìn)一步運(yùn)行研究的基礎(chǔ)上，F(xiàn)AA對(duì)部分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，于2016年2月頒布更新的規(guī)章[13];2016年8月，F(xiàn)AA頒布了第二階段尾流重新分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，將航空器分為A-G七類(lèi)（RECAT 2.0），對(duì)美國(guó)機(jī)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行的絕大部分ICAO常見(jiàn)類(lèi)別航空器配對(duì)并配備尾流間隔[14];2018年6月發(fā)布聯(lián)合的尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)（Consolidated Wake Turbulence，CWT）[15]并于2019年8月發(fā)布CWT更新，將航空器分為A-I九類(lèi)并更新了航空器間的最小尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)[16];2019年10月10日頒布的航空器類(lèi)型指示符對(duì)RECAT1.5、RECAT2.0、以及CWT進(jìn)行了具體說(shuō)明[17]。

本文選取FAA目前正在生效的RECAT1.5和CWT進(jìn)行分析。RECAT1.5將航空器分為A～F六類(lèi)，在最大起飛重量（MTOW）的基礎(chǔ)上根據(jù)翼展（WS）的大小進(jìn)一步細(xì)化分類(lèi)，如表6所示，與之對(duì)應(yīng)的尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)如表7所示。

CWT標(biāo)準(zhǔn)將航空器分為A-I九類(lèi)并為各類(lèi)航空器之間配備尾流間隔，具體分類(lèi)如表8所示，對(duì)應(yīng)的尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)如表9所示。

4 我國(guó)尾流重新分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)理論研究方面主要關(guān)注RECAT對(duì)跑道容量的影響[18-25]及進(jìn)一步優(yōu)化建議[26]，部分研究人員也對(duì)國(guó)內(nèi)外尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)及RECAT運(yùn)行效果進(jìn)行了對(duì)比分析[27]。此外，RECAT間隔標(biāo)準(zhǔn)下航空器的碰撞風(fēng)險(xiǎn)[28]、RECAT機(jī)型分類(lèi)方法[29]也有相關(guān)研究。

2015年，中國(guó)民用航空局出臺(tái)了《中國(guó)民航航空系統(tǒng)組塊升級(jí)（ASBU）發(fā)展與實(shí)施策略》，對(duì)中國(guó)航空系統(tǒng)的發(fā)展做出規(guī)劃，為我國(guó)尾流間隔縮減技術(shù)的發(fā)展指明了方向[30]。為此，中國(guó)民用航空局空中交通管理局對(duì)在我國(guó)推廣應(yīng)用RECAT技術(shù)的可行性、實(shí)施條件、建議方案等進(jìn)行了深入研究。

2019年1月23日，中國(guó)民用航空局空中交通管理局在廣州組織開(kāi)展尾流重新分類(lèi)管制實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的宣貫動(dòng)員工作，擬定符合中國(guó)實(shí)際運(yùn)行需要的RECAT-CN標(biāo)準(zhǔn)[31]。根據(jù)中國(guó)繁忙機(jī)場(chǎng)的交通流特點(diǎn)，RECAT-CN將航空器尾流等級(jí)按照最大起飛重量和翼展大小分為超級(jí)重型機(jī)（J）、重型機(jī)（B）、一般重型機(jī)（C）、中型機(jī)（M）、輕型機(jī)（L）等五類(lèi)。

綜合考慮飛機(jī)重量、翼展等參數(shù)，將航空器重新分類(lèi)，該標(biāo)準(zhǔn)將現(xiàn)有的重型機(jī)（H）按不同翼展大小再細(xì)分為兩類(lèi)，其他與現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)保持一致，具體分類(lèi)如表10所示。通過(guò)重新計(jì)算各類(lèi)別組合下的安全間隔，在確保安全水平不降低的情況下有效地縮減了運(yùn)行間隔標(biāo)準(zhǔn)。表11為RECAT-CN的尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)。

2019年12月5日，廣州、深圳開(kāi)展RECAT-CN全天候試驗(yàn)運(yùn)行。整個(gè)試驗(yàn)運(yùn)行分為測(cè)試、推廣兩階段，運(yùn)行范圍為深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)和廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)以及兩機(jī)場(chǎng)相關(guān)的進(jìn)近（終端）管制區(qū)，首先安排南航、海航、深航、美國(guó)聯(lián)邦快遞、聯(lián)合包裹速遞服務(wù)公司參與，在總結(jié)第一階段運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，逐步推廣到廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)、深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的所有適用航空器[32]。

此次試驗(yàn)運(yùn)行中，一些航空器的之間的間隔縮減明顯，比如，前后機(jī)均為B類(lèi)航空器的間隔標(biāo)準(zhǔn)從之前的7.3 km縮減至5.6 km，前機(jī)為C類(lèi)航空器、后機(jī)為M類(lèi)航空器之間的間隔從9.3 km縮減至6.5 km，有效提高跑道容量，縮短航班排隊(duì)等待時(shí)間，讓旅客的出行更加高效。以空客A380和波音787為例，前后機(jī)之間的尾流間隔從11.1 km縮減為9.3 km，優(yōu)化幅度達(dá)16.2%。而輕型飛機(jī)與重型飛機(jī)的間距增加了1.9 km，受前機(jī)尾流影響的可能性進(jìn)一步降低。在大流量運(yùn)行中，管制員調(diào)配余度增加，極大降低了管制負(fù)荷，隨著RECAT-CN技術(shù)的持續(xù)推進(jìn)，新標(biāo)準(zhǔn)在提高運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性方面的成效將更加凸顯[33]。

5 結(jié)論

ICAO現(xiàn)行的航空器尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)保守，本文對(duì)EUROCONTROL、FAA以及CAAC的尾流重新分類(lèi)方法及尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的試運(yùn)行情況做了介紹。運(yùn)行結(jié)果表明，RECAT間隔標(biāo)準(zhǔn)能有效縮減航空器之間的平均尾流間隔，對(duì)提升機(jī)場(chǎng)運(yùn)行效率、提高機(jī)場(chǎng)運(yùn)行容量有重要意義。在驗(yàn)證運(yùn)行的同時(shí)，要進(jìn)一步從理論的角度分析RECAT分類(lèi)與間隔標(biāo)準(zhǔn)的合理性并進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。

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