機(jī)場(chǎng)空管塔臺(tái)備用氣壓顯示系統(tǒng)方案的研究

鄭標(biāo) 宋文佳 楊帆 王繼強(qiáng)

摘要：氣壓數(shù)據(jù)是空管管制員指揮飛機(jī)起降的重要參考數(shù)據(jù)之一。有效、準(zhǔn)確的在塔臺(tái)上顯示機(jī)場(chǎng)跑道QNH和QFE，是一項(xiàng)重要的工作。本文主要通過(guò)對(duì)實(shí)際工作中遇到的氣壓顯示的問(wèn)題，提出振筒氣壓儀在塔臺(tái)顯示的弊端，同時(shí)提出一種更加可靠、高效的備用氣壓顯示方案。為塔臺(tái)應(yīng)急氣壓顯示方案提供思路以及可行解決方案提供參考。

關(guān)鍵詞：民航空管;塔臺(tái);氣壓顯示

引言

跑道氣壓數(shù)據(jù)是塔臺(tái)管制員指揮飛機(jī)起降的重要參考數(shù)據(jù)之一。目前，在民航空管塔臺(tái)上顯示的主用氣壓數(shù)據(jù)通常是由自觀系統(tǒng)提供。在民航機(jī)場(chǎng)中，重要的參考數(shù)據(jù)，一般都設(shè)置備用數(shù)據(jù)提供方案，因此塔臺(tái)氣壓顯示數(shù)據(jù)需要提供應(yīng)急氣壓顯示方案。

部分民航空管塔臺(tái)的備用氣壓數(shù)據(jù)是由設(shè)置在塔臺(tái)管制大廳的振筒氣壓儀提供。通過(guò)測(cè)量塔臺(tái)相應(yīng)高度的氣壓，然后根據(jù)相應(yīng)高度差來(lái)?yè)Q算出本場(chǎng)的QNH和QFE，來(lái)實(shí)現(xiàn)本場(chǎng)氣壓數(shù)據(jù)的備份。[1]

青島膠東機(jī)場(chǎng)空管塔臺(tái)在建設(shè)過(guò)程中，初期氣壓數(shù)據(jù)方案為：

1、主用氣壓數(shù)據(jù)由自觀數(shù)據(jù)提供到塔臺(tái)管制席。

2、備用氣壓數(shù)據(jù)由東、西跑道塔臺(tái)管制席位各放置一臺(tái)振筒氣壓儀來(lái)提供數(shù)據(jù)。

一、振筒氣壓儀氣壓應(yīng)急顯示在新塔臺(tái)管制大廳中出現(xiàn)的問(wèn)題

在膠東機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)，應(yīng)急氣壓顯示，在前期試運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)氣壓顯示不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

振筒氣壓儀氣壓顯示不穩(wěn)定，與自觀顯示數(shù)據(jù)差值出現(xiàn)上下波動(dòng)的現(xiàn)象。

實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)案例：膠東機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)振筒氣壓顯示一組數(shù)據(jù)對(duì)比，2020年12月06日塔臺(tái)東西跑道兩部振筒氣壓儀氣壓顯示數(shù)值基本一致。而在2020年12月05日時(shí)，東西跑道振筒氣壓儀氣壓顯示數(shù)值偏差較大，當(dāng)天兩部振筒氣壓儀顯示氣壓：QFE 差1hPa，QNH 差0.8hPa。

本文對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行了分析，出現(xiàn)氣壓顯示不穩(wěn)定可能原因有以下幾個(gè)方面：

1、振筒氣壓儀本身穩(wěn)定性問(wèn)題。

2、振筒氣壓儀內(nèi)置參數(shù)設(shè)置導(dǎo)致。

3、塔臺(tái)的特殊環(huán)境導(dǎo)致數(shù)據(jù)存在差異。

二、問(wèn)題原因分析

針對(duì)上述三種可能的原因，本文先后做了以下工作：

1、聯(lián)系廠家，對(duì)兩部振筒氣壓儀設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)[2]，結(jié)果顯示振筒氣壓儀設(shè)備一切正常。

2、為了保證振筒氣壓儀的高度設(shè)置準(zhǔn)確，本文聯(lián)系了勘測(cè)院對(duì)塔臺(tái)的桌面高度進(jìn)行了專業(yè)測(cè)繪，得到了振筒氣壓儀的準(zhǔn)確高度。然后對(duì)參數(shù)進(jìn)行了重新設(shè)置，結(jié)果表明，振筒氣壓儀提供的氣壓數(shù)據(jù)與自觀提供的氣壓數(shù)據(jù)仍然存在不規(guī)律的差異波動(dòng)，有時(shí)候氣壓差值能夠達(dá)到1hPa。

3、在上述兩種情況均被否定的情況下，本文把關(guān)注點(diǎn)放在了，塔臺(tái)的密封工作環(huán)境、空調(diào)、室內(nèi)濕度上。

振筒氣壓儀傳感器放置在塔臺(tái)室內(nèi)桌子上，為了研究該現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，本文首先對(duì)氣壓的計(jì)算公式、測(cè)量原理進(jìn)行了分析。大氣的氣壓計(jì)算公式為：

pV=mRT/M

可以推出：

其中：P是氣體的密度，R是常數(shù)，T是溫度，M是摩爾質(zhì)量。

另外大氣壓力：

其中：h為海拔高度

經(jīng)研究了解，氣壓有日變化和年變化。一年之中，冬季比夏季氣壓高。一天中，氣壓有一個(gè)最高值、一個(gè)最低值，分別出現(xiàn)在9～10時(shí)和15～16時(shí)。氣壓變化與風(fēng)、天氣的好壞等關(guān)系密切，因而風(fēng)、天氣也是氣壓變化的重要?dú)庀笠蜃印?/p>

對(duì)氣壓影響因素進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)氣壓的大小與海拔高度、大氣溫度、濕度、大氣密度等有關(guān)，一般隨高度升高按指數(shù)遞減。

針對(duì)第三種情況分析，本文對(duì)膠東機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析：

1、塔臺(tái)高度90多米，海拔相對(duì)較高，室內(nèi)空氣密度與室外空氣密度在不同的天氣情況下，存在區(qū)別。

2、新塔臺(tái)在建造過(guò)程中采用全封閉+新風(fēng)系統(tǒng)，導(dǎo)致室內(nèi)氣壓與室外正常氣壓存在差異。

3、新塔臺(tái)夏天空調(diào)、冬天暖氣導(dǎo)致室內(nèi)溫度和濕度與外界由較大差異。

振筒氣壓儀是通過(guò)測(cè)量塔臺(tái)管制室桌面的氣壓，然后通過(guò)高度換算出QNH和QFE的。雖然振筒氣壓儀考慮了塔臺(tái)的高度參數(shù)，但是由于塔臺(tái)管制大廳冬天有暖氣、夏天有空調(diào)，溫度、濕度以及現(xiàn)場(chǎng)氣壓值與道面的環(huán)境因素有較大的差別，因此換算出來(lái)的數(shù)值也會(huì)存在差值，這是導(dǎo)致振筒氣壓儀數(shù)據(jù)與自觀氣壓數(shù)據(jù)差值出現(xiàn)波動(dòng)的主要原因。[3]

當(dāng)新建機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)高度較高時(shí)，隨著現(xiàn)代封閉技術(shù)的提高，會(huì)導(dǎo)致塔臺(tái)內(nèi)部的氣壓、溫度、濕度跟標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)高度的氣壓、溫度、濕度都會(huì)有一定的偏差。從而導(dǎo)致振筒氣壓儀測(cè)量的QNH和QFE與實(shí)際情況出現(xiàn)偏差。

三、替代方案設(shè)計(jì)

通過(guò)振筒氣壓儀存在問(wèn)題的分析，以及塔臺(tái)需要QNH和QFE的要求。本文認(rèn)為在高度較高的塔臺(tái)管制席位設(shè)置振筒氣壓儀的方案不理想。要將上述不利因素排除掉，需要另外一套輸出可靠穩(wěn)定的氣壓應(yīng)急顯示方案，來(lái)代替塔臺(tái)備用振筒氣壓儀顯示方案。

通過(guò)對(duì)膠東機(jī)場(chǎng)氣象臺(tái)現(xiàn)有的設(shè)備配置現(xiàn)狀來(lái)進(jìn)行分析。除了主用自觀氣壓數(shù)據(jù)以外，還有一套觀測(cè)場(chǎng)自動(dòng)站氣壓數(shù)據(jù)比較可靠。將自動(dòng)站氣壓數(shù)據(jù)的QNH和QFE數(shù)據(jù)引接到塔臺(tái)管制席位，作為備份系統(tǒng)，那備份氣壓數(shù)據(jù)必然是可靠的。

本文先后對(duì)氣壓方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，并將關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)解決。方案框架及終端顯示如圖1所示：

經(jīng)驗(yàn)證，上述方案可行，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)比，塔臺(tái)管制席位的主用氣壓數(shù)據(jù)和備用氣壓數(shù)據(jù)顯示長(zhǎng)期保持一致，徹底消除振筒氣壓儀提供數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

四、小結(jié)

民航空管塔臺(tái)主用數(shù)據(jù)來(lái)自自觀系統(tǒng)。備用數(shù)據(jù)使用振筒氣壓儀可能會(huì)出現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)與實(shí)際氣壓數(shù)據(jù)存在偏差的情況，然而民航使用的氣壓數(shù)據(jù)是飛行器著陸的重要數(shù)據(jù)，需要由穩(wěn)定的系統(tǒng)方案進(jìn)行提供。本文設(shè)計(jì)的觀測(cè)場(chǎng)自動(dòng)站氣壓數(shù)據(jù)作為塔臺(tái)備用氣壓數(shù)據(jù)方案，是氣壓穩(wěn)定輸出的可靠方案，另外由于絕大多數(shù)民航空管氣象臺(tái)均設(shè)有觀測(cè)場(chǎng)自動(dòng)站，因此引接觀測(cè)場(chǎng)自動(dòng)站的氣壓數(shù)據(jù)作為塔臺(tái)的備用氣壓數(shù)據(jù)也是最經(jīng)濟(jì)的備份方案。該方案具有可以為其他空管塔臺(tái)備份氣壓方案提供借鑒的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]氣壓計(jì)法阻力測(cè)定精度的影響因素分析與控制.李崇山

[2]振筒氣壓儀校準(zhǔn)方程的逐步回歸算法.陳曉穎，王曉蕾.《解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》

[3]自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)QNH值與振筒氣壓儀的QNH值對(duì)比差值驟變的情況分析.鐘威《科研》