平行跑道建立航跡擴(kuò)散角位置及高度分析

梁宇豐

摘要 為明確平行跑道同時儀表運(yùn)行中建立航跡擴(kuò)散角的位置和高度，文章通過對平行跑道4種運(yùn)行模式中關(guān)于對離場程序或復(fù)飛程序航跡擴(kuò)散角的要求進(jìn)行分析，提出4種運(yùn)行模式下建立航跡擴(kuò)散角的具體位置和高度，以確保在滿足規(guī)章規(guī)范的前提下，盡早建立相關(guān)航跡擴(kuò)散角，為平行跑道同時儀表運(yùn)行飛行程序設(shè)計(jì)提供理論參考。

關(guān)鍵詞 平行跑道；同時儀表運(yùn)行；航跡擴(kuò)散角

中圖分類號 V355文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0005-03

0 引言

近年來，國內(nèi)航空運(yùn)輸業(yè)務(wù)持續(xù)增加，為應(yīng)對持續(xù)增加的航空業(yè)務(wù)量需求，全國各地的城市陸續(xù)著手現(xiàn)有干線機(jī)場的改擴(kuò)建或新機(jī)場的規(guī)劃建設(shè)。在眾多改擴(kuò)建或新機(jī)場規(guī)劃的方案中，機(jī)場的跑道數(shù)量越來越多，由現(xiàn)有最為常見的2條平行跑道構(gòu)型發(fā)展出了3條、4條等多跑道的構(gòu)型，可以說國內(nèi)已掀起多跑道建設(shè)的熱潮。

無論干線機(jī)場的跑道數(shù)量是多少，在跑道建設(shè)論證過程中均需要對各跑道的運(yùn)行模式進(jìn)行分析論證。根據(jù)交通運(yùn)輸部于2023年3月23日修訂的《平行跑道同時儀表運(yùn)行管理規(guī)定》[1]，在不同的平行跑道運(yùn)行模式下對相鄰跑道之間的航跡擴(kuò)散角均做了明確規(guī)定，但是該規(guī)定未對航跡擴(kuò)散角建立的具體位置和高度做詳細(xì)的說明，該文將從平行跑道運(yùn)行模式和飛行程序設(shè)計(jì)方面，對平行跑道建立航跡擴(kuò)散角的位置和高度進(jìn)行分析，提出相關(guān)方案，供飛行、空管和飛行程序設(shè)計(jì)人員參考。

1 平行跑道運(yùn)行模式

根據(jù)《平行跑道同時儀表運(yùn)行管理規(guī)定》（以下簡稱“運(yùn)行規(guī)定”），將平行跑道運(yùn)行模式分為獨(dú)立平行儀表進(jìn)近、相關(guān)平行儀表進(jìn)近、獨(dú)立平行離場和隔離平行運(yùn)行4種模式。獨(dú)立平行儀表進(jìn)近運(yùn)行模式，系指2條平行跑道中心線的間距不小于1 035 m，在相鄰的平行跑道儀表著陸系統(tǒng)上進(jìn)近的航空器之間不需要配備規(guī)定的雷達(dá)間隔的運(yùn)行模式。相關(guān)平行儀表進(jìn)近模式，指2條平行跑道中心線的間距不小于915 m，在相鄰的平行跑道儀表著陸系統(tǒng)上進(jìn)近的航空器之間需要配備規(guī)定的雷達(dá)間隔時，在平行跑道上同時進(jìn)行的儀表著陸系統(tǒng)進(jìn)近的運(yùn)行模式。隔離平行運(yùn)行模式，是指2條平行跑道中心線的間距不小于760 m，在平行跑道上同時進(jìn)行的運(yùn)行，其中一條跑道只用于離場，另一條跑道只用于進(jìn)近。獨(dú)立平行離場運(yùn)行模式，是指2條平行跑道中心線的間距不小于760 m，離場航空器在平行跑道上沿相同方向同時起飛的運(yùn)行模式。

此外，在實(shí)施4種運(yùn)行模式時，除了對平行跑道間距有硬性要求外，運(yùn)行規(guī)定還對監(jiān)視雷達(dá)、儀表著陸系統(tǒng)、最后進(jìn)近段的障礙物、管制員、非侵入?yún)^(qū)和PAOAS面[2]等進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。在獨(dú)立平行儀表進(jìn)近和相關(guān)平行儀表進(jìn)近中，運(yùn)行規(guī)定要求“一條跑道的復(fù)飛航跡與相鄰跑道復(fù)飛航跡的擴(kuò)散角不小于30°”；在獨(dú)立平行離場中，運(yùn)行規(guī)定要求“兩條離場航跡在航空器起飛后立即建立不小于15°擴(kuò)散角”；在隔離平行運(yùn)行中，運(yùn)行規(guī)定要求“離場航跡應(yīng)當(dāng)在起飛后立即與相鄰跑道的進(jìn)近復(fù)飛航跡建立不小于30°的擴(kuò)散角”。運(yùn)行規(guī)定要求的擴(kuò)散角的建立位置和高度沒有明確寫出，且獨(dú)立平行離場和隔離平行運(yùn)行中均用到了“立即”二字，如何明確“立即”，是該文分析討論的重點(diǎn)內(nèi)容。

2 平行跑道建立航跡擴(kuò)散角位置及高度分析

為便于分析，選取間距1 035 m的平行跑道為例，平行跑道長度均為3 800 m，平行跑道兩端均平齊，跑道磁方位090～270°，平行跑道的編號分別為09L/27R和09R/27L，假定平行跑道的四個方向的跑道入口標(biāo)高為0 m，各跑道方向的精密進(jìn)近程序均為標(biāo)準(zhǔn)程序，即下滑角3°，HL（Height Loss，高度損失）為49 m，RDH（Reference Datum Height，基準(zhǔn)高）為15 m，運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)DH（Decision Height，決斷高）為60 m，復(fù)飛程序梯度為標(biāo)準(zhǔn)的2.5%，離場程序梯度為標(biāo)準(zhǔn)的3.3%。

2.1 獨(dú)立平行離場

根據(jù)選取的1 035 m間距的平行跑道，跑道間距符合獨(dú)立平行離場的要求，能夠?qū)嵤┆?dú)立平行離場，對該平行跑道進(jìn)行離場飛行程序設(shè)計(jì)時需要滿足起飛后立即建立不小于15°的擴(kuò)散角的要求。

根據(jù)《航空器運(yùn)行目視和儀表飛行程序設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]（以下簡稱“設(shè)計(jì)規(guī)范”），直線離場允許有不大于15°的轉(zhuǎn)彎，所以在獨(dú)立平行離場模式下的平行跑道的離場程序均為直線離場。

同時，為確保平行跑道的離場程序之間能夠立即建立15°的擴(kuò)散角，通常情況下在需要15°轉(zhuǎn)彎的跑道的DER（Departure End of the Runway，跑道起飛末端）位置設(shè)置轉(zhuǎn)彎定位點(diǎn)，確保航空器不會在DER位置前提前開始轉(zhuǎn)彎而導(dǎo)致后續(xù)離場航跡不可預(yù)測，最終導(dǎo)致與相鄰跑道的航空器無法建立15°的擴(kuò)散角，該定位點(diǎn)即為建立航跡擴(kuò)散角的位置標(biāo)志。如圖1所示。

2.2 隔離平行運(yùn)行

前文設(shè)計(jì)的獨(dú)立平行離場程序，09L跑道的離場程序向北偏轉(zhuǎn)15°，則09R跑道的復(fù)飛程序應(yīng)向南偏轉(zhuǎn)15°，以保證09L跑道的離場航跡和09R跑道的復(fù)飛航跡建立不小于30°的擴(kuò)散角；反之，09R跑道的離場程序未偏轉(zhuǎn)，則09L跑道的復(fù)飛程序應(yīng)向北偏轉(zhuǎn)30°，以保證09R跑道的離場航跡和09L跑道的復(fù)飛航跡建立不小于30°的擴(kuò)散角。

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，航空器在轉(zhuǎn)彎前應(yīng)保持跑道方向飛行直至達(dá)到跑道之上120 m，即09L跑道的復(fù)飛程序在開始30°的轉(zhuǎn)彎前，需要保持跑道方向直線飛行至跑道入口標(biāo)高之上120 m，根據(jù)精密進(jìn)近程序的復(fù)飛程序理論設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算SOC（Start Of Climb，起始爬升）和入口標(biāo)高之上120 m的位置。如表1所示。

根據(jù)理論設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算，入口之上120 m的位置，是建立航跡擴(kuò)散角的位置，理論上位于距離09L跑道入口5 050 m處。在對復(fù)飛程序進(jìn)行設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)規(guī)范對相關(guān)轉(zhuǎn)彎參數(shù)和計(jì)算方法有明確規(guī)定，理論設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)彎位置確實(shí)位于跑道末端外，但是這樣的理論設(shè)計(jì)受到設(shè)計(jì)規(guī)范的約束，并且沒有優(yōu)化調(diào)整該位置的空間。該轉(zhuǎn)彎位置為理論計(jì)算位置，理論計(jì)算采用的復(fù)飛爬升梯度為2.5%，而在實(shí)際運(yùn)行中，飛行員會采用TO/GA（Take Off/Go-Around，起飛/復(fù)飛）擋位使航空器以最大推力開始復(fù)飛爬升，此時航空器的實(shí)際復(fù)飛爬升梯度將遠(yuǎn)大于理論設(shè)計(jì)梯度，所以在實(shí)際復(fù)飛中，航空器將在理論設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)彎位置之前提前轉(zhuǎn)彎，基本可以在跑道范圍以內(nèi)開始轉(zhuǎn)彎。

值得注意的是，雖然指定120 m為建立航跡擴(kuò)散角的高度，但是在完成轉(zhuǎn)彎后必須為下一航段指定特定的飛行航跡角度。如果不為下一航段指定航跡，在實(shí)際運(yùn)行中，航空器在跑道范圍內(nèi)已達(dá)到120 m的高度，隨后開始提前轉(zhuǎn)彎，會導(dǎo)致下一航段與相鄰跑道的離場航段之間的航跡擴(kuò)散角小于30°。如果因?yàn)檎系K物、空域、導(dǎo)航設(shè)施等現(xiàn)實(shí)條件，無法僅利用120 m的高度作為建立航跡擴(kuò)散角的時機(jī)，此種情況下可以通過定位點(diǎn)和高度兩者相結(jié)合的方式，將建立航跡擴(kuò)散角的位置進(jìn)行固定，并且為了與實(shí)際飛行相匹配，該定位點(diǎn)的高度應(yīng)設(shè)置為120 m及以上。如圖2所示。

2.3 獨(dú)立平行儀表進(jìn)近和相關(guān)平行儀表進(jìn)近

根據(jù)運(yùn)行規(guī)定，上述選取的跑道間距能夠滿足獨(dú)立平行儀表進(jìn)近和相關(guān)平行儀表進(jìn)近的間距要求，所設(shè)計(jì)的隔離平行運(yùn)行，09L跑道的復(fù)飛程序向北偏轉(zhuǎn)30°，09R跑道的復(fù)飛程序向南偏轉(zhuǎn)15°，兩條相鄰跑道的復(fù)飛航跡已能夠建立45°的擴(kuò)散角，滿足運(yùn)行規(guī)定的不小于30°擴(kuò)散角的要求。

2.4 其他條件下的航跡擴(kuò)散角的建立

2.4.1 大角度轉(zhuǎn)彎

當(dāng)在機(jī)場周邊運(yùn)行條件較好時，如凈空、空域環(huán)境、管制運(yùn)行等條件允許下，平行跑道上的航空器在起飛或復(fù)飛后能夠較快達(dá)到120 m的最低轉(zhuǎn)彎高度后，開始各自向跑道兩側(cè)以較大角度轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎的過程中迅速建立航跡擴(kuò)散角和水平間隔，整個飛行過程均符合平行跑道的4種模式的航跡擴(kuò)散角的要求。這種大角度轉(zhuǎn)彎的飛行，能夠有效提高航空器運(yùn)行效率，減少跑道和空域的占用，在實(shí)際運(yùn)行中，航空器往往在跑道范圍內(nèi)就開始大角度轉(zhuǎn)彎，即使在跑道末端設(shè)置定位點(diǎn)，航空器在實(shí)際運(yùn)行中也能在通過跑道末端的定位點(diǎn)后立即轉(zhuǎn)彎。如圖3所示。

2.4.2 平行跑道中某一條跑道受到限制

在實(shí)際運(yùn)行中，機(jī)場周邊常常受到其他不可控的因素限制，如空域受限、遠(yuǎn)端凈空條件復(fù)雜、噪聲敏感區(qū)、候鳥保護(hù)區(qū)等，導(dǎo)致平行跑道的某一條跑道的一側(cè)空域受到限制，該跑道的離場程序和復(fù)飛程序僅能采用沿跑道方向直線飛行的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這種受到限制的情況下，首先受到限制的跑道的離場程序和復(fù)飛程序設(shè)計(jì)為直線航跡，其次未受到限制的跑道的離場程序需要設(shè)計(jì)為偏轉(zhuǎn)30°，并同步設(shè)置至少高于跑道120 m的轉(zhuǎn)彎高度，以保證不小于30°的擴(kuò)散角。同時，未受到限制的跑道的復(fù)飛程序也需要設(shè)計(jì)為偏轉(zhuǎn)30°，并設(shè)置至少高于跑道120 m的轉(zhuǎn)彎高度，以滿足獨(dú)立平行儀表進(jìn)近和相關(guān)平行儀表進(jìn)近要求的不小于30°航跡擴(kuò)散角。

在上述受限條件下，可以為需要偏轉(zhuǎn)30°的跑道設(shè)置高于跑道之上至少120 m的轉(zhuǎn)彎高度，再為下一航段指定特定的飛行航跡角度，或者在轉(zhuǎn)彎位置設(shè)置定位點(diǎn)并指定飛行高度，這兩種方式均可建立航跡偏轉(zhuǎn)角。但是，在離場程序和復(fù)飛程序均需要偏轉(zhuǎn)30°的情況下，為了進(jìn)一步提升離場程序的運(yùn)行效率，可以采用在離場跑道末端DER位置設(shè)置一個定位點(diǎn)，同時為航空器設(shè)置高于跑道入口之上至少120 m的轉(zhuǎn)彎高度，轉(zhuǎn)彎后在適當(dāng)位置設(shè)置下一航路點(diǎn)，航空器飛向下一航路點(diǎn)的過程不指定特定的飛行航跡角度。在這種飛行程序設(shè)計(jì)結(jié)果下，航空器首先必須飛至離場跑道末端，按照航空器實(shí)際運(yùn)行時的爬升梯度，最早轉(zhuǎn)彎位置必然在跑道末端定位點(diǎn)位置，只要保證最早轉(zhuǎn)彎位置飛至下一航路點(diǎn)的飛行航跡角度與相鄰跑道形成30°航跡擴(kuò)散角，即可保證整個離場程序與相鄰跑道的離場程序和復(fù)飛程序能夠建立大于等于30°的航跡擴(kuò)散角。復(fù)飛程序也可按此方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖4所示。

2.5 多跑道構(gòu)型下的航跡擴(kuò)散角的建立

目前平行跑道運(yùn)行的規(guī)范性文件《平行跑道同時儀表運(yùn)行管理規(guī)定》，對2條平行跑道的運(yùn)行進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。在目前國內(nèi)多跑道建設(shè)的熱潮背景下，多跑道構(gòu)型已成為未來干線機(jī)場發(fā)展的趨勢，但是對于多跑道同時儀表運(yùn)行，暫無相關(guān)規(guī)章規(guī)范可參考。目前普遍的做法是將多跑道構(gòu)型拆分為多組兩條平行跑道的組合進(jìn)行分析，同時各組跑道之間的運(yùn)行又互相影響，如果多跑道之間還存在不同跑道間距，還要按組分別對4種運(yùn)行模式逐項(xiàng)分析，可以說多跑道構(gòu)型下的運(yùn)行模式和飛行程序設(shè)計(jì)復(fù)雜多變，國內(nèi)已有學(xué)者對多條平行跑道構(gòu)型的運(yùn)行模式和飛行程序設(shè)計(jì)[4]進(jìn)行了分析。雖然多跑道構(gòu)型下的運(yùn)行模式復(fù)雜多變，但是多跑道運(yùn)行參考的依據(jù)依然是《平行跑道同時儀表運(yùn)行管理規(guī)定》。對多跑道構(gòu)型的分析依然是拆分為多種2條平行跑道的組合，所以前述提到的建立航跡擴(kuò)散角的位置和高度的方法依然適用于多跑道構(gòu)型，只是多跑道相對于平行2條跑道，航跡擴(kuò)散角的建立的情況更多、更復(fù)雜，更需要統(tǒng)籌考慮。

3 結(jié)語

該文通過對平行跑道按照獨(dú)立平行離場、隔離平行運(yùn)行、獨(dú)立平行儀表進(jìn)近和相關(guān)平行儀表進(jìn)近的順序逐項(xiàng)進(jìn)行分析，對各運(yùn)行模式建立航跡偏轉(zhuǎn)角的位置和高度進(jìn)行詳細(xì)說明，在設(shè)計(jì)過程中可使用為航空器指定高于跑道120 m的轉(zhuǎn)彎高度作為建立航跡偏轉(zhuǎn)角的時機(jī)，或使用定位點(diǎn)和轉(zhuǎn)彎高度相結(jié)合的方式，并且為了提高運(yùn)行效率，還可利用跑道末端定位點(diǎn)，確保航空器最早轉(zhuǎn)彎航跡與相鄰跑道建立規(guī)定的航跡偏轉(zhuǎn)角的方法。在平行跑道或多跑道設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)機(jī)場實(shí)際條件選取合適的建立航跡偏轉(zhuǎn)角的方法，確保平行跑道同時儀表運(yùn)行的安全和高效。

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