民用机场净空环境保护标准分析.pdf

第2 7 卷第3 期 2 0 0 9 年6 月 中国民航大学学报 J o U R N A Lo FC I V I LA V I A T I O NU N E R S I T YO FC H I N A V 0 1 2 7 N o 3 J u n e2 0 0 9 民用机场净空环境保护标准分析 张洪伟 中国民用航空飞行学院 四川广汉6 1 8 3 0 7 摘要 对民用机场净空标准的主要影响因素和确定依据进行了详细分析 指出机场净空标准不是最高标准 即并 非满足了该标准就意味着机场的净空条件达到了理想状况 也不是最低标准 即并非必须完全满足该标准 飞机才能在机场安全运行 关键词 民用机场 净空 保护 标准 中图分类号 V 3 5文献标识码 A文章编号 1 6 7 4 5 5 9 0 2 0 0 9 0 3 0 0 1 5 0 5 A n a l y s i so nt h eS p e c i f i c a t i o no fC i v i lA i r p o r tC l e a r a n c e Z H AN GH o n g w e i C i v i l A v i a t i o nH i g h tU n i v e r s i t yo f C h i n a G u a n g h a n6 1 8 3 0 7 C h i n a A b s t r a c t D e t a i l e da n a l y s i sw a sm a d eo nt h ec i v i la i r p o r tc l e a r a n c es p e c i f i c a t i o na n di t sb a s i sa sw e l la sm a i na f f e c t i n g f a c t o r s T h ea u t h o rp o i n to u tt h a tt h ec i v i la i r p o r tc l e a r a n c es p e c i f i c a t i o ni sn e i t h e rt h eh i g h e s ts t a n d a r d i e a n a i r p o r ti na c c o r d a n c ew i t ht h es p e c i f i c a t i o nm i g h tn o th a v et h em o s t i d e a lc l e a r a n c e n o rt h em i n i m u m s t a n d a r d i e a na i r p o r ti sn o tn e c e s s a r i l yt o t a l l ym e e tt h es p e c i f i c a t i o nf o ra i r c r a f ts a f e t yo p e r a t i o n K e yw o r d s c i v i la i r p o r t c l e a r a n c e p r o t e c t i o n s p e c i f i c a t i o n 在民用机场环境保护中 机场净空保护占有十分 重要的地位 根据全世界对商用喷气运输机飞行事故 的统计 起飞和降落事故约占全部飞行事故的7 0 而机场净空对保证飞机起飞 着陆安全具有举足重轻 的作用 目前 中国民航在 民用机场飞行区技术标 准 l M H 5 0 0 1 2 0 0 0 中详细规定了民用运输机场的 净空要求 其障碍物限制面 O L S 全部根据国际民用 航空公约 附件1 4 一机场 1 2 l 的标准制定 还需说明的是 关于机场附近障碍物的限制与评 价 除了 附件1 4 机场 的O L S 外 还可使用国际民 航组织的 空中航行服务程序一航空器运行 P A N S O P S D o c8 1 6 8 或碰撞危险模式 C R M 方法 使用 C R M 方法 可使航空器与障碍物碰撞概率降到1 0 7 的 安全目标 P A N S O P s 主要用于飞行程序设计 比较 而言 P A N S O P S 限制面随着地面导航设备 机载设 备和飞机速度等的不同是有变化的 而 附件1 4 O L s 相对比较同定 P A N S O P S 限制面旨在保证超障高度 或超障高 O C M O C H 0 L S 旨在鉴别和控制机场周围 的障碍物 在机场建设和管理中应以 附件1 4 O L S 为依据 1 主要影响因素 机场净空要求主要受飞机起落性能 气象条件 导航设备和飞行程序等四个因素的影响1 3 1 如飞机的起落航迹平缓 如大型运输机全重起飞 时 对障碍物限制要求就严格 反之 则略微宽松 在 近净空 特别是端近净空 指距跑道端5k m 以内 范 围内 飞机飞行速度低 飞行高度小 机动性能差 遇 到障碍物很难采取有效手段规避 况且进近 起飞又 是飞行操作中的最紧张时刻 所以对近净空 特别是 端近净空 的严格要求与飞机起落性能有密切关系 在简单气象条件下 由于飞行员在飞机起飞 着 陆时能看清地标 故航线易于保持准确 且能及时发 现和避开障碍物 所以对机场净空要求不严 在复杂 气象条件下 起飞和着陆对净空的要求差异很大 起 飞时 由于飞机刚离地 航线不会出现大的偏差 故对 机场端近净空的要求和在简单气象条件下起飞基本 收稿日期 2 0 0 8 一1 2 2 5 修回日期 2 0 0 9 0 2 0 3 作者简介 张洪伟 1 9 7 4 一 男 重庆人 工程师 工学学上 研究方向为机场飞行区安全管理 万方数据 1 6中国民航大学学报 2 0 0 9 年6 月 相同 着陆时 由于飞行员在空中看不清地标 只能借 助导航设备操纵飞机 所以雉以保持航线和及时发 现 规避障碍物 故对净空要求较严 机场净空通常按 保障飞机存复杂气象条件下起飞 着陆的安全来要求 一般来说 导航设备性能好 则1 5 l 机着陆航线容 易保持准确 因而对机场净空要求不严 反之 则要求 较严 但是 之所以采用性能良好的导航设备 往往是 由于机场存在复杂的气象条件 而复杂气象条件必然 对净空提出严格的要求 例如 仪表进近跑道虽然导 航设备较完善 但是由于要保证飞机在复杂气象条件 下安全着陆 故对净李要求很严 而非仪表跑道 虽然 没有引导飞机着陆的导航设备 但只需保证飞机存简 单气象条件下运行 飞行员可凭目视着陆 因此对净 空要求不严 飞机起飞着陆要遵循规定的飞行程序 每个飞行 程序都有相应的净空要求 如果飞行程序改变 则机 场净空要求也相应改变 例如 在正常情况下 跑道两 侧应保证能飞目视盘旋进近程序 因而跑道两侧有内 水平面的净窄要求 如果跑道一侧受地形限制 规定 飞机只沿跑道另一侧飞目视盘旋进近程序 这时 对 于不飞行一侧的净空要求可大大降低 2 起飞净空要求及分析 飞机起飞的净空要求如表1 所示1 1 3 I 表1 飞机起飞净空要求 T a b 1T a k e o f fc l e a r a n c er e q u i r e m e n t s 障碍物限制面和尺寸 1基准2 代码3 或4 内边宽度 m 6 08 01 8 0 距跑道端距离馒 3 0 6 06 0 侧边散开率 每一边 1 01 01 2 5 l2 0 0 最终宽度 m3 8 05 8 0 18 0 0 唾 长度 m 16 0 025 0 01 50 0 0 坡度瞄 542 固 注 除非特别规定 所有尺寸均沿水平方向度量 如净宅道长度超过规定距离 则起飞爬升面从净卒道端开始 在仪表气象条件和仅间日视气象条件下飞行 当拟用航道含有 大于1 5 的航向变动时采用l8 0 0I n 如机场条件与标准条件相差悬殊时 应将坡度酌减 如实际并 不存在超过2 坡度限制面的障碍物 则应在端近净空范围内保 持现有实际坡度或1 6 的坡度 飞机的起飞首先是从滑跑起点爬高到1 0 7m 然 后再从1 0 7m 高爬升到4 5 0m 或完成起飞到航路的 转变并达到规定的爬升梯度和速度 第一部分由跑道 d 臻 图1 飞机起飞航迹及净空要求 F i g 1D e p a r t u r eo fa i r c r a f tf l i g h tp a t h a n dh e a d r o o mr e q u i r e m e n t s 由飞机制造商提供的真实航迹称为总航迹 为保 证起飞安全 根据总航迹制定的用以限制障碍物高度 的航迹称为净航迹 障碍物高度应至少低于1 台关键 发动机停车时的起飞净航迹1 0 7i n 3 5f t 如图1 所 示 运输机在一台发动机停车时的总航迹和净航迹 必须符合 运输类飞机适航标准 规定的总梯度 总航 迹坡度 和净梯度 净航迹坡度 要求 如表2 所示 表 2 中数值均为气温1 5 机场标高为O 的标准条件下 的限值 表2 运输机适航标准的梯度要求 T a b 2A i r c r a f ta i r w o n M n e 舒s t a n d a r d sr e q u i r eg r a d i e n t 下面简要分析起飞净空要求的根据 主要以代码 3 和4 为例 2 1 障碍物限制面起点位置 在限制坡度一定的情况下 限制面起点的位置离 开跑道端越远 限制越严格 根据前匝的讨论 起飞限 制面的起点应为飞机完成初始爬升 升到1 0 7I n 处 所对应的水平位置 所以 表l 规定 限制面至少起始 万方数据 第2 7 卷第3 期张洪伟 民用机场净空环境保护标准分析 1 7 于升降带的端部 代码3 和4 的飞行区升降带端距离 跑道端为6 0m 如果设有净空道 则净空道长度至少 应保证飞机在其端部使飞机爬升到l O 7m 所以 当 净空道长度超过6 0m 时 障碍物限制面要从净空道 端起始 2 2 障碍物限制面坡度 根据表1 代码为3 4 的飞行区起飞限制面坡度 为2 由表2 这硅然是根据4 发飞机一发失效时在 爬升第二段的最小净梯度2 来确定的 由于第一段 距离较短 其限制面也近似采用了2 的坡度 按表1 爬升到1 2 0m 高度以后 限制面仍采用了2 的限制 这相当于将第二段延伸到第三段和第四段 根据上述 分析 在掌握起飞限制面坡度时要注意三个问题 首 先 如果机场运行的关键飞机不是4 发飞机 则应根 据表2 净梯度的要求 采取更严格 更小 的限制面坡 度 如对3 发飞机采用1 8 的坡度 对2 发飞机采用 1 6 的坡度等 其次 必须根据飞机具体的飞行性能 及其要求确定限制面坡度 如果1 5 机性能要求在达到 1 2 0m 高度后进入平飞 则相应的限制面坡度也必须 减小 第三 限制面坡度是针对标准条件制定的 当机 场条件 温度 标高等 与标准条件相差悬殊时 要考 虑采取更严格的限制坡度 因为在高温 特别是高原 地区 空气密度减小将使发动机推力 机翼升力大为 减少 近而导致飞机爬升梯度显著降低 2 3 障碍物限制面长度 对代码为3 或4 的飞行区 障碍物限制面长度 1 50 0 0m 是根据4 发飞机 以最小爬升梯度3 从 1 0 7m 爬升到4 5 0m 高所需的水平距离确定的 4 5 0 1 0 7 0 0 3 1 50 0 0 同样 如果关键飞机的发 动机台数 爬升性能和机场条件不同于上述约定 则 限制面长度也会变化 3 进近净空要求及分析 飞机进近净空要求 如表3 所示 3 1 进近面 表3 飞机进近净空要求 T a b 3 A p p r o a c ha i r c r a f tc l e a r a n c er e q u i r e m e n t s 跑道类别 非仪表跑道非精密进近跑道精密进近跑道 障碍物限制面及尺寸 基准代码基准代码 基矗粪码墨鬈罴嵩 1 2341 2341 23 43 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 锥形面 警船 5 5 5 5 57 5 5 5 5 5 内水平面宰鬟 2 4 52 4 5 4 4 54 4 5 4 54 4 54 4 5 4 54 4 54 4 5 宽度 m 一 一 一 一一 一一9 01 2 0 1 2 0 8 内进近面篓麟加肺 9 0 0 6 0 9 0 0 6 09 0 0 6 0 坡度 一一一一一一一2 522 内边宽度 m 6 08 01 5 01 5 01 5 03 0 03 0 01 5 03 0 03 0 0 距跑道人V I m 3 06 06 06 06 06 06 06 06 06 0 侧边斜率 1 01 01 01 01 51 51 51 5 1 51 5 第一段长度 ml6 0 025 0 030 0 030 0 025 0 030 0 030 0 030 0 0 30 0 0 30 0 0 进近面坡度 543 3 32 53 3 3222 522 第二段长度 m 一一一一一36 0 0 036 0 d 回1 20 0 036 0 舻36 0 0 坡度 一一一一一2 52 532 52 5 水平段长 J m 一一一一一84 0 84 0 0 一84 舻84 0 0 总长度 m 一 一 一一一 1 50 0 0 1 50 0 01 50 0 01 50 0 01 50 0 0 过渡厩坡度 2 02 01 4 31 4 32 01 4 31 4 31 4 31 4 31 4 3 内过渡面坡度肠 一一一一一一一4 03 3 33 3 3 内边宽度 m一一一一一一一9 01 2 户1 2 户 复飞面 器赞豁魏 二 o1 8 警1 8 警 坡度 一一一一一一一43 3 33 3 3 注 除非特别规定 所有尺寸均沿水平方向度量 长J 芟可以变化 因为进近 酊水平段是从2 5 的坡度面与下述两个平面较高的一个相交处开始 a 比跑道入u 高1 5 0m 的水平面 b 根据控 制障碍物顶端确定的净空限制水平面 距升降带端的距离 或群 跑道端的距离 取其中较小者 基准代字为F 时 宽度增加到1 5 5m 万方数据 1 8 中国民航大学学报 2 0 0 9 年6 月 行区的仪表跑道的升降带宽度及起端位置所确定 三燮疆重 图2 飞行区代码4 的仪表跑道进近面尺寸根据 F i g 2F l i g h ta r e a lc o d e4m e t e rr u n w a ya p p r o a c h 3 3内水平面s u r f a c es i z ea c c o r d i n gt o 内水平面的高度和半径是为了满足飞机飞目视 盘旋进近程序的需要 表3 所规定的数值主要是根据 小型飞机在跑道两侧飞目视盘旋程序时高度1 5 0m 超障余度1 0 5m 限制面高度1 5 0 1 0 5 4 5m 和盘 旋半径的要求确定 实际上 内水平面的半径应根据两倍的飞机转弯 半径加上飞机在垂直跑道方向的飞行误差 一般取 1 1 的飞行距离 来确定 以B 7 3 7 对应飞行区等级为 4 C 为例 其转弯半径约为35 0 0m 1 1 的飞行距离约 为12 0 0n l 目视盘旋进近程序飞行高度1 8 0m 要求 超障余度1 2 0I T I 这样 其内水平面半径约为2 35 0 0 l2 0 0 82 0 0m 内水平面的高度为1 8 0 1 2 0 6 0 m 将以上数值与表3 的规定相比较 内水平面的半径 和高度均有显著增加 半径增加使得净空要求趋严 高度增加则使净空要求趋宽 3 4 锥形面 锥形面主要根据飞机按目视盘旋进近程序平行 跑道方向飞行时要与飞行高度相同的障碍物有足够 的距离来确定 例如 代码为4 的跑道 要求高1 4 5m 的障碍物距离航线20 0 0m 由此得锥形面高1 4 5 4 5 1 0 0 m 坡度1 0 0 2 0 0 0 5 3 5 复飞面 复飞面是用于保障飞机复飞安全的梯形斜面 用 于精密进近跑道 代码为3 4 的跑道的复飞面起点距 跑道入口l8 0 0i n 是根据飞机复飞起点在接地带灯终 点 距跑道入口9 0 0m 加上平飞加速1 5s 的距离 约 9 0 0m 而确定 复飞面坡度3 3 3 是全部发动机工作 情况下飞机复飞允许的最低爬升坡度 3 6 内进近面 内进近面起端与进近面起端重合 呈长方形 用 于精密进近跑道 主要是为了保障飞机在接近跑道端 时的进近安全 3 7 内过渡面 内过渡面用于精密进近跑道 用于限制跑道附近 的助航设备 飞机 车辆等物体 除易折装置外一概不 得高出此限制面 代码3 4 跑道的内过渡面的坡度是 根据复飞面坡度 3 3 3 和散开率 1 0 而确定的 3 3 3 1 0 3 3 3 4 结语 机场净空对保障飞机起飞和进近的航空安全具 有十分重要的作用 机场净空要求是有一定根据 机 场净空标准与飞机起落性能 机场气象条件 导航设 备和飞行程序等密切相关 在确定一个机场的净空要 求时 还必须结合飞行区等级 机型 载重 跑道运行 类别 非仪表 仪表 非精密 精密 等具体情况来确 定 符合净空要求的 仍有必要采取进一步的措施使 净空条件更加良好 所以机场净空标准不是最高标 准 并非满足了该标准就意味着机场的净空条件达到 万方数据 第2 7 卷第3 期张洪伟 民用机场净卒环境保护标准分析 1 9 了理想状况 局部不符合净空要求时 不要妄下飞机 不能运行的结论 必须进行专题研究 看能否通过飞 行程序 通信导航等措施来克服障碍物所带来的影 响 例如 对难以满足 两端 两侧 净空要求的机场 能否满足 两端 一侧 的要求 所以机场净空标准并 非最低标准 并非必须完全满足该标准机场才能使 用 还应指出的是 随着研究的深入和对航空事故的 统计分析 机场障碍物限制面O L S 标准将来肯定也不 是一成不变的 例如 一项基于C R M 的研究f 4 就表明 现行 附件1 4 的净空标准 对精密进近跑道进近面的 侧边散开率1 5 的规定明显偏大 即净空要求偏于严 格 认为1 0 的散开率就能满足要求 而对代字为1 2 的I 类精密进近跑道进近面第一段2 5 第二段3 的坡度规定又都偏大 即净空要求偏于宽松 认为分 别需要1 4 2 5 的坡度限制 总之 只有充分领会了 机场净空要求的实质 才能在实际的机场规划和净空 管理中既坚持标准又能够合理变通 参考文献 l 1 中国民用航空局 民用机场飞行区技术标准 s 1 中国民用航空总 局 2 0 0 0 2 5 3 0 2 I n t e r n a t i o n a lS t a n d a r d sa n dR e c o m m e n d e dP r a c t i c e s A e r o d r o m e s A n n e x1 4t ot h eC o n v e n t i o no nI n t e r n a t i o n a lC i v i lA vi a t i o n S 1 1 9 9 9 l 3 2 4 0 3 钱炳华 张玉芬 机场规划设计与环境保护 M 北京 中国建筑工 业出版社 2 0 0 0 8 2 9 0 4 M A R KE D D O W E S F i n a lR e p o r to nt h eR i s kA n a l y s i si nS u p p o r to f A e r o d r o m eD e s i g nR u l e s R 1 Ar e p o r tp r o d u c e df o rt h eN o r w e g i a nC i v i l A v i a t i o nA u t h o r i t y 2 0 0 1 7 7 7 8 责任编辑 李侃 一一 一一 一一 一 一 一一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一 一一 一 一 一 一 一 一 一一 一 上接第1 0 页 航班量如图3 所示 图中虚线表示各时段容量包络 线 各时段对应的左侧柱状条表示该时段的预达航班 数 而右侧柱状条表示优化后该时段的到达航班量 可知均满足各时段的容量限制要求 同时使延迟费用 接近最小 时段数 图3 各时段容量 需求及优化后航班量 F i g 3A i r s p a c ec a p a c i t y t r a f f i cd e m a n da n dm o v e m e n t s a f t e ro p t i m i z a t i o n 实际上 本算例所得到的结果不仅使航班总延迟 时段达到最小值9 而且使总延迟费用达到了最小值 同时C P U 1 3G H z 运算时间仅为2 7S 通过对4 0 个 航班 8 个时段的地面等待问题的求解 运算时间也仅 为4 3S 而且得到了问题的最优方案 最优地面等待 策略符合实际情况 由此可见 本文所建立的空中交 通地面等待策略问题的多目标整数线性规划模型是 准确的 模拟退火算法用于地面等待问题的求解是可 行和有效的 4 结语 1 以航班的总等待时间最短和总等待费