機場實施CDO和CCO的航空器噪聲消減效果分析

王維 邵穎

(中國民航大學機場學院，天津 300300)

從20世紀80年代改革開放至今，我國民用運輸機場的數(shù)量持續(xù)增長。值得注意的是，我國機場航空器噪聲影響問題也呈上升趨勢，備受公眾關(guān)注。為控制機場噪聲，我國于1988年頒布實施國家標準GB 9660—88機場周圍飛機噪聲環(huán)境標準。目前，我國民航運輸機主要是波音、空客系列航空器，具有較好的噪聲適航性。因此，從噪聲源(航空器本身)進一步降低噪聲的空間不大。限制機場飛行架次，雖能降低噪聲影響，但與機場增長航空業(yè)務(wù)量的訴求相悖，也不利于機場航空運輸價值發(fā)揮。因此，通過航空器在機場起、降方式改變來降低噪聲影響，一直是重要的研究方向。在這方面，持續(xù)下降運行CDO(Continuous Descent Operation)和持續(xù)爬升運行CCO(Continuous Climb Operation)一直備受關(guān)注。2010年和2013年，國際民航組織ICAO(International Civil Aviation Organization)分別頒布9931號文《CDO手冊》和9993號文《CCO手冊》，對機場實施CDO，CCO進行規(guī)范和指導。其初始目的是通過飛行程序的優(yōu)化減少航空器在飛行過程中的燃油消耗和污染物排放，但事實上此舉對消減機場航空器噪聲影響也有一定效果[1]。2016年，我國在廣州白云國際機場開始CCO/CDO試點工作；2018年北京首都國際機場、昆明長水機場分別開展CCO/CDO運行嘗試。關(guān)于機場實施CCO/CDO的減噪效果研究，目前在我國剛剛起步。

1 噪聲評價量和分析工具

我國現(xiàn)行機場航空器噪聲評價量采用了國際民航組織(International Civil Aviation Organization,ICAO)推薦的計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級LWECPN，但美、歐等國家多采用晝夜等效聲級LDN或晝晚夜等效聲級LDEN。就物理意義而言，LWECPN是指全天平均每秒航空器噪聲對人的有效感覺噪聲級LEPN作用；LDN是指全天平均每秒航空器噪聲對人的A聲級作用[2]。前者基于噪度，綜合了噪聲的強弱、人耳聽覺系統(tǒng)對聲音的生理效應(yīng)和人對聲音的心理感覺三種因素，是人們在主觀上對噪聲煩惱或厭惡程度的衡量[3]；后者基于響度，考慮了聲音的物理效應(yīng)和人耳聽覺的生理效應(yīng)[4]。雖然LWECPN能較好地反映噪聲對人的影響，但是指標生僻，只有少數(shù)國家使用，不便理解，計算復雜，不能直接測量。我國生態(tài)環(huán)境部于2017年發(fā)布了針對GB 9660—88機場周圍飛機噪聲環(huán)境標準修訂的征求意見稿，即《機場周圍區(qū)域航空器噪聲環(huán)境質(zhì)量標準》。修訂標準擬用LDN取代LWECPN。因此，本文采用LDN作為機場航空器噪聲評價量。

本文采用的航空器噪聲影響分析工具為綜合噪聲模型(Integrated Noise Model,INM)。INM是基于SAE AIR 1845算法、由美國聯(lián)邦航空局FAA支持開發(fā)的機場噪聲分析軟件[5]。軟件可根據(jù)航空器特定操作模式、推力設(shè)置、機場條件、聲源—接收者幾何關(guān)系和氣象參數(shù)等相關(guān)因素、借助噪聲—推力—距離(NPD)關(guān)系來計算航空器噪聲影響。INM綜合考慮了機場條件、航空器性能、機型組合、飛行架次、飛行路徑，是目前世界上機場噪聲分析應(yīng)用最廣的計算工具[6]。

2 CDO及其減噪效果分析

CDO是一種航空器運行技術(shù)。通過適當?shù)目沼蛞?guī)劃、程序設(shè)計以及空中交通管制ATC簡化手續(xù)，來優(yōu)化飛行剖面，使航空器采用低發(fā)動機推力、在低阻力形態(tài)下，實現(xiàn)航空器持續(xù)下降[7]。

下面利用INM計算說明實施CDO與常規(guī)進近的航空器噪聲影響差異。

計算條件為：

1)單跑道機場。

2)運行機型：B737-300；B777-300；A320-211。

3)日起降架次：上述每種機型均為每天100架次，其中晝、晚、夜的架次分別為70，25，5。

4)離場航跡：直線離場，航段長度16 nm，具體見圖1。

5)航跡散布范圍：采用進近保護區(qū)寬度。

使用INM分別對常規(guī)進近程序和CDO進行計算，得到噪聲等值曲線圖，見圖2，圖3。

由表1可見，與常規(guī)進近相比，實施CDO的減噪效果明顯，DNL大于55 dB，60 dB，65 dB，70 dB，75 dB的影響面積分別減少了5.64%，2.09%，4.11%，16.68%，23.79%。特別是DNL大于70 dB，75 dB的影響區(qū)域，面積分別減小16.68%，23.79%，效果尤其顯著。

表1 噪聲影響面積 km2

由圖2可以看出，常規(guī)進近程序和CDO的最后進近角度相同、航徑重合，因此在DNL>80 dB的噪聲影響面積相同；而航空器進入下滑道之前實施連續(xù)下降、減少了平飛段，使得在75 dB～80 dB聲級范圍內(nèi)降噪效果更加顯著。事實上，影響航空器進近過程噪聲的兩個主要因素分別是飛行高度和推力設(shè)置。實施CDO之所以能獲得減噪效果，一是減少了航空器的平飛段，使其飛行平均高度增加，噪聲的地面影響衰減；二是在運行中航空器保持發(fā)動機低推力、低阻力構(gòu)形，使得發(fā)動機噪聲和機身空氣動力噪聲同時下降。

3 CCO及其減噪效果分析

CCO是在航空器低阻力配置下，以最小水平飛行距離和發(fā)動機推力變化量，在最大速度允許范圍內(nèi)實現(xiàn)連續(xù)爬升的飛行航徑[8]。

下面利用INM計算說明CCO與標準離場程序的噪聲影響差異。

計算條件為：

1)單跑道機場。

2)運行機型：B737-300。

3)日起降架次：每天300架次，其中晝、晚、夜的架次分別為210，75，15。

4)離場航跡：直線離場，航段長度16 nm，具體見圖4。

5)航跡散布分布：分別采用離場保護區(qū)寬度。

使用INM分別對標準離場程序和CCO進行計算，得到噪聲等值曲線圖，見圖5，圖6。

由表2可見，與標準離場相比，實施CCO在各聲級范圍均獲得明顯的減噪效果。DNL大于55 dB，60 dB，65 dB，70 dB，75 dB，80 dB的影響區(qū)域面積分別減少了14.97%，14.22%，22.24%，32.83%，25.21%，18.63%。其中，DNL大于70 dB，75 dB的影響區(qū)域，面積分別減小32.83%，25.21%，效果尤其顯著。

表2 噪聲影響面積比較 km2

由圖5可以看出，標準離場和CCO的初始爬升階段相同，差別在于航空器進入加速爬升段后，標準離場航空器通過交替的平飛、爬升和構(gòu)形改變最終到達初始巡航高度，而實施 CCO的航空器通過基于性能的飛行剖面優(yōu)化實現(xiàn)了持續(xù)、快速爬升，使得航空器的CCO航徑始終在標準離場航徑之上，減噪效果的取得主要源于航空器飛行高度提高和保持低阻力構(gòu)形。

4 結(jié)語

1)航空器實施CDO/CCO是一種有效的機場運行減噪措施，能在不限制機場航空器運行架次情況下消減機場航空器噪聲影響。

2)與常規(guī)進近相比，機場實施CDO后的航空器噪聲影響區(qū)域面積減少。其中，DNL大于70 dB，75 dB的影響區(qū)域面積分別減小16.68%，23.79%，減噪效果尤其明顯。

3)與標準離場程序相比，機場實施CCO后的航空器各噪聲聲級的影響面積都顯著減少。特別是DNL大于70 dB，75 dB的影響面積分別減小32.83%，25.21%，效果尤其顯著。

4)CDO/CCO的減噪效果主要源于航空器飛行高度提高、采用低阻力構(gòu)形和發(fā)動機低推力設(shè)置。

5)鑒于CDO/CCO的安全性已得到飛行驗證，因此對具有噪聲影響的民用機場可考慮推廣使用，這對于控制我國機場航空器噪聲影響、增進社會和諧，對建設(shè)綠色機場和實現(xiàn)機場可持續(xù)發(fā)展都具有重要價值和意義。