航路優(yōu)選應用于簽派放行的研究：以A319-115“成都—和田”航線為例

張 序 徐菡悅 周 川

(1.中國國際航空股份有限公司，成都 610225； 2. 航空運行專業(yè)技術(shù)及人才培養(yǎng)研究所，廣漢 618307)

0 引言

飛往同一目的地機場的航路可能會有多條，受飛機性能、地面障礙物、氣象條件等因素的影響，放行簽派員會結(jié)合當天的運行實際情況對飛行航路展開優(yōu)選。針對航空器性能等因素完成航路優(yōu)選在前期有多位學者進行了研究[1-4]，也有學者針對受航行通告影響的精細化放行展開研究[5]。航空公司飛行安全是生存的基礎(chǔ)，客戶服務(wù)是企業(yè)發(fā)展的生命[6]，效益增收是企業(yè)發(fā)展的動力，在前期學者研究的基礎(chǔ)上，通過安全、服務(wù)、效益中找到的平衡點，如何將航路優(yōu)選融入到簽派放行工作中成為航空公司運行控制環(huán)節(jié)的重要工作之一，也是現(xiàn)階段課題組針對如何提升飛行安全和加強航空公司盈利能力的意義所在。

本課題的研究樣本是具有高原性能的A319-115型飛機執(zhí)行“成都—和田”航線的飛行任務(wù)，兼顧飛機航路飛行時的一發(fā)失效飄降和座艙釋壓操作流程，對簽派放行過程中的航路優(yōu)選展開研究。

1 研究方法簡介

1.1 航路的定義

航路優(yōu)選研究的基礎(chǔ)就是航路，航路是由國家統(tǒng)一劃定供航空器使用的空中通道[7]，目前國內(nèi)的航路寬度為2 km，地面完善的通信、導航設(shè)備為航空器的飛行提供幫助，航空器在航路內(nèi)由管制部門指揮飛行。 航路的設(shè)計和規(guī)劃除了考慮航空器安全飛行的需要之外，還會結(jié)合所經(jīng)地區(qū)的地理狀況、天氣特點、附近可用機場分布等因素。特殊航線必須考慮航空器性能、機組人員資質(zhì)、地面保障能力，部分受限因素導致部分航路不可用，針對部分特殊航線展開的航路優(yōu)選工作應充分考慮這些因素的限制。

1.2 研究方法及優(yōu)勢

研究過程結(jié)合行業(yè)規(guī)章的要求，通過生產(chǎn)平臺模擬“成都—和田”航線的簽派放行過程，通過對簽派放行計劃的梳理，結(jié)合飛機空中飛行時間，計算航行通告對航班在四條航路上所受的影響，在充分考慮“安全、效益、服務(wù)”三方面的影響后，達到航班簽派放行的航路優(yōu)選工作。優(yōu)選航路的目的及其優(yōu)點包括：飛行簽派員從多條航路中選擇最經(jīng)濟的航路飛行，并且根據(jù)天氣實況和預報，選擇不同航路以避開危險天氣；避開航路關(guān)閉等限制信息，對飛行安全影響最小；由于大多數(shù)飛行都選擇最短飛行時間的航路，縮短航班飛行時間；從航班時刻申請來講，有多條優(yōu)選航路要比僅有單條固定航路容易得多，提高了航班正常率。

1.3 與其他方法的不同之處

原有的簽派放行工作很少采用航路優(yōu)選，所以單一航路執(zhí)行航班飛行任務(wù)，靈活性較差，沒有選擇的余地，有時候干線航路會出現(xiàn)航空器擁堵的情況，申請對靈活航路、臨時航路的使用，成為航空公司緩解延誤的常用手段之一。航油成本是航空公司運營成本的主要組成部分，結(jié)合高空風的狀況進行航路合理化優(yōu)選，有利于降低燃油消耗，縮減航空公司的營運成本[2]，如國航在2006年1月至11月通過航路優(yōu)選的形式節(jié)約的總成本達到1 817萬元[8]。

2 研究過程舉例

2.1 研究樣本簡介

2.1.1 機場、航線和周邊可用備降場簡介

和田機場(ICAO代碼ZWTN，IATA代碼HTN)位于塔里木盆地戈壁灘南部邊緣，機場的跑道標號為11號和29號。從近年來和田機場月平均氣溫(圖1)可知，和田機場在氣溫方面四季分明，從歷史數(shù)據(jù)[9]可知，和田機場氣候干燥、降水稀少，春夏季多風沙、浮塵天氣，秋高氣爽，冬無嚴寒。每年的3月-11月和田機場都會因大風天氣、對流云發(fā)展等因素形成風沙、浮塵天氣，對能見度影響明顯，有時強冷空氣的入侵還會形成較長時間的惡劣天氣。冬季是飛行的黃金季節(jié)，由于機場區(qū)域氣溫較低，逆溫層穩(wěn)定，極少出現(xiàn)風沙、浮塵天氣，能見度好，但此時和田機場最低溫度在0 ℃以下，容易在航空器關(guān)鍵操縱面形成積冰或者霜的情況，需要機組重點關(guān)注，并按照相關(guān)的操作流程完成除防冰的工作，確保飛行安全。

圖1 和田機場平均月度氣溫

成都飛往和田共有四條航路可供簽派放行時選擇，如表1所示，航路代碼分別為001、N02、N03和N04。從經(jīng)濟性出發(fā)，航空公司一般采用編號為001的航路執(zhí)行航班，這條航路的最低安全高超過了4 300 m，屬于高原航線，需要對航空器進行相關(guān)的改裝，滿足執(zhí)行這種特殊航線飛行安全的需求。

表1 “成都—和田”航路數(shù)據(jù)

和田機場周邊可用備降場包括新疆維吾爾族自治區(qū)的烏魯木齊機場(ICAO代碼ZWWW，IATA代碼URC)、庫車機場(ICAO代碼ZWKC，IATA代碼KCA)和甘肅省內(nèi)的敦煌機場(ICAO代碼ZLDH，IATA代碼DNH)等10余個機場，如選取距和田機場距離較遠的備降場易將導致飛機起飛需加注燃油偏多，有超過A319-115飛機的油箱容積的風險，或超過飛機的結(jié)構(gòu)限制重量，也可能導致飛機在地面的滑跑距離變長，整個飛行的安全性和經(jīng)濟性不高，經(jīng)過綜合考慮，選用庫車機場為目的地機場備降場完成研究過程。

2.1.2 A319-115飛機簡介

A319-115飛機為單通道雙發(fā)中短程客機，從飛機的三視圖(圖2)可知，飛機機頭到尾翼尖的機身長度為33.11 m，機身寬12.45 m，機身高3.95 m，翼展為33.84 m，水平尾翼翼展為12.45 m，主起落架輪間距7.59 m，前—后起落架間距為11.04 m。

圖2 A319-115機型三視圖

飛機安裝兩臺CFM56-5B7/P發(fā)動機，飛機油箱包括五個部分，容積23 860 L，采用密度0.785 kg/L燃油，飛機油箱最多可加注18 730 kg燃油，飛機可用業(yè)載16 349 kg，飛機最大滑行重量(Maximum Taxi Weigt，簡稱MTW)70 400 kg，最大起飛重量(Maximum Take-off Weight，簡稱MTOW)70 000 kg，最大著陸重量(Maximum Landing Weight，簡稱MLW)62 500 kg，最大無燃油重量(Zero Fuel Weight，簡稱ZFW)58 500 kg，客艙安裝12個旅客氣態(tài)氧氣瓶，出現(xiàn)航空器座艙釋壓可以滿足58 min旅客供氧的需求。

2.2 簽派放行政策和平臺簡介

2.2.1 民航規(guī)章對燃油政策規(guī)定簡介

2015年，國際民航組織(International Civil Aviation，簡稱ICAO)制定并頒發(fā)了最新版的《燃油和飛行計劃手冊》[10]，這是航空公司簽派放行和運行控制工作中對飛行前燃油計劃、飛行中燃油管理和空中備降場決策的指導性文件，是避免運行風險的規(guī)章性文件之一。從行業(yè)規(guī)章分析，民航局在2017年開始實施的第五版《大型飛機公共航空運輸承運人運行合格審定規(guī)則》[11](簡稱CCAR-121-R5)要求航空公司參照執(zhí)行，這份規(guī)章對燃油政策作出較大的調(diào)整[12]，在重新定義不可預期燃油(Unavailable Fuel，簡稱UF)概念的基礎(chǔ)上，將以渦輪發(fā)動機為動力的飛機國內(nèi)運行和國際運行統(tǒng)一，以“成都—和田”001航路為例，在CCAR-121-R5燃油政策的規(guī)定下，采用5%的UF政策，展開航班燃油的模擬評估計算，航路油量政策如表2所示。

表2 “成都—和田”001航路油量政策

經(jīng)模擬計算可得，“成都—和田”采用001航路在空中的飛行時間為250 min左右，在成都松剎車燃油量(Release Brake Fuel，簡稱RBF)為16 282 kg，航程耗油(Trip Fuel，簡稱TF)大約在2 100 kg左右，發(fā)生備降情況所需的備降燃油(Alternate Fuel，簡稱AF)大約需要2 100 kg，飛機在最遠備降場等待30 min燃油(FNL RESERVE，簡稱FR)大約需要1 000 kg，其中還包括飛機在成都機場滑出停機位(TAXY OUT)和飛機在和田機場滑入停機位(TAXY IN)各自需要的120 kg燃油。

2.2.2 簽派放行界面簡介

本文研究模擬簽派放行的軟件采用的是System Operations Center系統(tǒng)的DM模塊，在該簽派放行平臺上，飛行簽派員將完成對機組、航空器、天氣等各方面信息的評估，結(jié)合民航規(guī)章要求的框架下和航班的機長完成共同的放行決策，界面如圖3所示。

圖3 簽派放行界面

2.3 航路優(yōu)選研究

2.3.1 禁航通告信息

本文模擬某日北京時間14:20(含)—17:30(含)之間在烏魯木齊情報區(qū)內(nèi)發(fā)布“SADAN-OBDEG-ADMUX-NOLEP-SADAN”的四點連線區(qū)域地面到無限高的禁航通告，經(jīng)過分析，紅色虛線區(qū)域為該通告受影響的區(qū)域，禁航區(qū)域如圖4所示。

圖4 禁航區(qū)域示意圖

航路分析可知，航路代碼為001、N02和N03的三條航線會經(jīng)過紅色標注的禁航區(qū)域，航路代碼為N04的航線不會經(jīng)過，但N03航路空中飛行距離最長，飛機在空中的耗油最多。

2.3.2 “成都—和田”航班信息

樣本“成都—和田”的航班在成都起飛的班表時刻為北京時間12:20，預計達到和田機場的班表時刻為北京時間17:20，樣本“和田—成都”的航班號在和田機場起飛班表時刻為北京時間18:45，預計到達成都機場的班表時刻為北京時間23:15，無燃油數(shù)據(jù)采用ZFW計算。

2.3.3 相關(guān)氣象信息

樣本簽派放行工作必須在北京時間09:50前完成，簽派員參考相關(guān)機場的航空例行天氣報告(Meteorological Terminal Aviation Routine Weather Report，簡稱METAR報)和終端機場天氣預報(Terminal Aerodrome Forecasts，簡稱TAF報)完成放行，如表3所示。

表3 相關(guān)機場的氣象信息

起飛機場滿足安全起飛和起飛單發(fā)失效緊急返場的要求，目的地機場和目的地機場備降場均滿足規(guī)章規(guī)定的標準，正常簽派放行滿足要求。

2.3.4 航路一發(fā)失效飄降程序和座艙釋壓緊急下降程序的制定

當飛機在飛行過程中發(fā)生發(fā)動機空中停車或座艙釋壓的情況后，機組應嚴格按照前期制定的航路一發(fā)失效飄降程序和座艙釋壓緊急下降程序完成相關(guān)的操作，目的就是保證緊急情況下的旅客生命安全。

按照前期研究成果中相關(guān)程序的制定方式[13-15]，以成都飛往新疆區(qū)域的部分航線為例，分別制定出一發(fā)失效飄降程序(圖5)和針對22 min化學氧機型的座艙釋壓供氧程序(圖6)。

圖5 A319-115飛機一發(fā)失效飄降程序

圖6 22 min化學氧機型的座艙釋壓供氧程序

2.3.5 飛行計劃背景下的航路優(yōu)選

通過對“成都—和田”四條航線飛行計劃的計算和梳理，通過疊加飛行時間的方式完成航班在使用這四條航線時，飛機進入和飛離受影響區(qū)域的時間段，通過與航行通告生效時間的對比，分析航行通告是否對準點飛行造成影響，具體數(shù)據(jù)如表4所示。穿越禁航區(qū)域的001、N02和N03三條航路均受禁航通告的影響，要安全地飛越禁航區(qū)域，三條航路的飛機均需要在北京時間17∶30之后飛越航路點TUSLI，那么航班在成都的起飛時刻大約需要推遲150 min，會導致后續(xù)飛回成都的航班延誤。如飛機采用N03航路執(zhí)行飛行任務(wù)，則不需要延誤起飛時刻，正常情況下，往返航班均不會延誤。

表4 飛機進入禁航區(qū)域的時間段

經(jīng)濟性方面經(jīng)過對四條航路的飛行計劃對比，梳理出統(tǒng)一條件下采用CCAR-121-R5政策下不同航線所需起飛燃油和航段耗油的數(shù)據(jù)，并按照0.5萬元/噸的燃油價格計算在成都起飛時加注燃油所需要的費用，如表5所示。可以看出，受禁航通告影響的三條航路中，N02所需費用最高，較其他兩條受影響的航路多支付3 800元左右的費用，所以，N02這種經(jīng)濟性不好，同時不能保證正常性的航路是最先舍棄的。而可以保證航班準點運行的N04航路較另兩條航路大約需多支付1.1萬元的費用，但不涉及高原航段的運行，不需要強制采用完成高原飛行的飛機執(zhí)行航班任務(wù)，這樣公司可用的適航飛機更多，可用運力調(diào)整的范圍更大，航班正常的保證力度更大，如在大型航空公司中，機隊規(guī)模足夠的前提下，甚至可以采用其他機型替代執(zhí)行該航班任務(wù)。

表5 四條航線對應油量政策

如果采用延誤航班的方式執(zhí)行航班，除去航班延誤成本之外，積壓航班較多，禁航通告失效后，還會有流量控制造成航班的進一步延誤，有旅客群體性事件發(fā)生的隱患，過長時間的延誤還會觸發(fā)旅客賠償?shù)臅r間閾值。因此，放行簽派員在綜合考慮公司正常性指標、服務(wù)質(zhì)量和運力調(diào)整三個方面的因素后，采用N04航路成為本次航路優(yōu)選的較優(yōu)方案。

3 總結(jié)和展望

本文以新疆區(qū)域禁航通告為研究樣本，從安全性、正常性和經(jīng)濟性三個方面綜合分析了“成都—和田”航線在禁航通告的影響下完成相關(guān)簽派放行評估，完成航路優(yōu)選工作，該方案可以為類似的航班簽派放行工作提供思路幫助。

在A320系列飛機中，還有一種采用PW1127G發(fā)動機的A320 NEO型飛機，飛機的客艙座椅布局和A320-214一致，但發(fā)動機的良好性能使得飛機在執(zhí)行同樣“成都—和田”航線上可以減少燃油的加注，相關(guān)數(shù)據(jù)對比如表6所示。

表6 “成都—和田”航線A320 NEO機型與A320-214機型燃油政策對比

由此可知，在使用同一航路時，不參考本文研究條件之外的其他因素的影響，A320 NEO比A320-214少加注1 500 kg的燃油，特別是采用ZUUUZWTNN04時可以少加注近2 500 kg的燃油，基本與A320-214飛機執(zhí)行ZUUUZWTN001航路時的燃油加注量一致，在實際運行中，如需要執(zhí)行ZUUUZWTNN04航路就可以用A320 NEO飛機替換原有運力，飛行距離增加導致燃油加注量增加的問題就迎刃而解，所以，如何發(fā)揮大型航空公司機隊優(yōu)勢展開運行控制和簽派放行工作也是下一階的研究工作。