土木工程概论-机场工程

第14讲机场工程,11.1飞机的介绍11.2飞机地面设施与保障系统11.3机场的规划,14.1.1飞机和大气的一般介绍,莱特兄弟的飞行者(“flyer”)，飞行距离120英尺，持续时间12秒。,人类早期的飞行,人类早期的飞行,人类早期的飞行,14.1.2飞机的一般介绍,飞机是目前最主要的飞行器。本节将简要介绍飞机的主要组成部分及其功用、操纵飞机的基本方法及机翼形状等。,飞机的主要组成部分及其功用,五大部分：机身,机翼,尾翼,起落装置,动力装置。,装载机组、旅客、货物和其它必须设备。将飞机的其他部分如尾翼、机翼、发动机联结成一个整体。,(1)机身（Fuselage）,驾驶舱(Cockpit),机身（B747全货机）,机身（B747经济舱）,机身（B747上层商务舱）,机身（B747豪华舱）,机身（A300Transporter）,机身（A300Transporter）,机翼产生升力。机翼在飞机的稳定性和操纵性中扮演重要角色，机翼上安装的可操纵翼面主要有副翼、襟翼、前缘襟翼、前缘缝翼。,机翼还用于安装发动机、起落架及其轮舱、油箱。,(2)机翼（Wings）,上单翼,下单翼,中单翼,机翼的分类,单翼机、双翼机、多翼机,机翼的分类,B747机翼上的主操纵和辅助操纵翼面,机翼（TB200）,机翼（B747）,机翼（B747在着陆进近中）,操纵飞机的俯仰和偏转。是飞机稳定性的重要组成部分。,(3)尾翼（Empennage）,V形尾翼,T形尾翼,常见布局尾翼,尾翼,尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵组成；垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可动的方向舵组成。,尾翼的构成,若水平尾翼是整体活动面，则称全动平尾；升降舵的后缘的活动面，称为配平片。,尾翼（TB200）,起落装置用于飞机的起飞、着陆和滑行并支撑飞机。飞机的前轮可偏转，用于地面滑行时控制方向。飞机的主轮上装有各自独立的刹车装置。,(4)起落装置（LandingGear）,A320前起落架,B747放下起落架,起落装置可分为前三点式、后三点式。,起落装置的分类,起落装置还可分为固定式、可收放式。,起落装置的分类,起落装置（水上飞机）,水上飞机,起落装置（雪上飞机）,(5)动力装置的分类,活塞式涡轮式,涡轮喷气式,涡轮桨叶式涡轮风扇式,TB20座舱仪表,14.1.3飞机座舱基本仪表介绍,小型飞机的六个基本仪表,左转弯,右转弯,不同飞行状态的转弯侧滑仪和地平仪,小球好比汽车过弯时仪表台上放置的眼镜。,不同飞行状态的转弯侧滑仪,BASICT（彩色）,老式驾驶舱（B17）,新式驾驶舱（B777）,6自由度：3个空间位置，3个空间姿态3个姿态：俯仰控制：升降舵滚转控制：副翼偏航控制：方向舵3个位置：纵向位移：油门侧向位移：间接实现垂向位移：间接实现,14.1.4操纵飞机的基本方法,偏航控制,滚转控制,俯仰控制,飞机的姿态控制,发动机操纵杆及其松紧旋钮,襟翼操纵器及指位表,驾驶舱的其他操纵（TB20）,起落架收放手柄,涡桨发动机控制,喷气式发动机控制,A380侧位驾驶杆,机翼的剖面形状(翼型),剖面形状与平面形状等,11.1.5机翼的形状,翼型参数,翼弦,中弧线,相对厚度（厚弦比)，反映了翼型的厚薄程度。,最大厚度位置,相对弯度，反映了上下翼面外凸程度差别的大小,11.1.6机翼的平面形状,翼展展弦比梢根比后掠角,机翼平面形状参数,上反角,下反角,机翼沿横轴方向与机身关系,飞机审定（型号合格证）分类（FAACategory）:正常类Normal实用类Utility特技类Acrobatic通勤类Commuter运输类Transport限制类Restricted限用类Limited娱乐类Provisional试验类Experimental,11.1.7飞机的分类,飞行员审定（驾驶执照）分类类别Category：定翼机Airplane和旋翼机Rotorcraft。级别Class：单发陆地Single-EngineLand、多发陆地Multi-EngineLand、单发水上Single-EngineSea、多发水上Multi-EngineSea。型别Type：飞机的具体型号,11.1.7飞机的分类,除少数小型无人机可通过弹射装置弹射起飞和伞降着陆、直升机应急情况下的着陆与外，大部分航空器的起飞与着陆都需要专门的机场、着陆引导系统和其他保障设施。飞机飞行过程中也需地面引导并进行空中交通管制。,11.2飞机地面设施与保障系统,图6-2机场平面示意图,机场，亦称飞机场，空港，较正式的名称是航空站，为专供飞机起降活动的飞行场。根据机场的用途可分为军用机场、民用机场和专用机场；按照跑道和其他设施条件及使用特点，机场可分为永久性机场和临时机场；根据机场所在的海拔高度，还有平原机场和高原机场之分；。,11.2.1机场,按照机场跑道的长度和承载的能力、地面设施的完善程度以及机场区域的大小等特点，还可将机场分为若干个等级。比如我国将机场分为一、二、三、和四级，其中四级机场只供初级教练机和小型通用运输机等轻型飞机使用机场区域由地面和空中两部分组成。地面部分包括飞行场地、技术和生活服务区空中部分包括起落航线和其他飞行空域。,专门供军用飞机使用的机场称为军用机场。按照机场设备的齐全程度和不同用途，可分为永备机场和野战机场；根据所处的战略位置，军用机场又分为一线机场、二线机场和纵深机场，一线机场也称前沿机场。军用机场的配置应符合国家的战略方针和作战意图，以便形成机场网。机场网是空军战场准备的主体，是航空兵部署和执行作战任务的依托，对于提高空军部队的机动作战能力和生存能力具有重要作用。根据国家军事战略及航空兵作战任务、兵力构成、飞机作战性能和地理条件，在保证集中于主要方向使用兵力和发挥航空兵高速机动能力的前提下，进行军用机场布局或配置机场网。通常前沿机场供歼击机和强击机使用，其他机场供轰炸机和运输机使用。在现代高技术战争条件下，野战机场、公路跑道、直升机用垂直起降机场以及具备多功能保障能力的大型机场，在机场网中的地位将日益提高。,1军用机场,军用机场一般由飞行区、保障设施、办公居住区和交通网线组成。军用机场的保障设施包括指挥塔、导航台、雷达站、气象站、各种机库、靶场、航空器材库、通信设施、军械设备、油料设施和乘务设施等。交通网线包括铁路支线、场外公路和场内道路网等。一些军用机场是军民合用的。如图所示为卫星拍摄的某军用机场照片，该机场的主跑道长度为3600m.,民航机场有国际机场、干线机场和支线机场之分，其中国际机场设有海关、边防检查、卫生检疫、动植物检疫和商品检验等联检机构。民用机场通常由飞行区、候机楼、货运站和交通网组成。有些民用机场设有为航空公司服务的地面设施和维修基地。设在机场区的空中交通管制、航空公司业务机构等一般不归机场管辖。大型民用机场也称“航空港”，过去把小型机场称为“航站”。如图所示为阿拉伯联合酋长国迪拜国际机场的鸟瞰图。,2民用机场,专用机场是指军民用飞机制造厂、科研机构、专门的飞行试验研究机构和有关院校等单位专属的机场。为某种特殊需要而专门设立的机场也属于专门机场，如体育俱乐部、农业、森林防火和航空救护等专用机场。,3.专用机场,机场地面保障设备是保障飞行用的各种机场设备。根据飞行需要，机场的地面设备包括机械、电气、液压和特种气体设备。为给飞机加油，机场有固定加油装置和机动加油车。机场停机坪一般都设有交、直流电源，不同功率的电源车供飞机通电检查和发动机启动用，还设有充电站。液压油车用于给飞机液压系统加油或进行地面检查，如收放起落架、襟翼和减速板等。从机场的制冷站和制氧站出来的冷气(压缩空气)和氧气由冷气车和氧气车向飞机填充。为处理可能发生的飞行事故，机场配有消防车、抢救车、救护车和各种便携式消防器材。如图所示为大型民航客机所需的地面保障设备。,11.2.2机场地面保障设备,1.自动着陆系统飞机的自动飞行控制系统和仪表着陆系统耦合，借助自动着陆系统的方位引导和垂直引导使飞机自动地完成进场和着陆的过程称为自动着陆。自动着陆的实现需要飞机上的自动飞行控制系统不仅控制飞机的三轴运动，还要包括对飞机推力的控制。一般在机场跑道的两端都安装有自动着陆系统的地面设备，供飞机在不同风向时着陆使用。仪表着陆系统和微波着陆系统是两种主要的自动着陆系统。,2仪表着陆系统仪表着陆系统由飞机上的航向、下滑、指点信标接收机和指示器以及地面航向台、下滑台和指点信标台组成，如图所示，它为飞机提供航向道、下滑道和距跑道着陆端的距离信息，用于在复杂气象条件下引导飞机进场着陆。,航向台沿跑道中心线两侧发射两束水平交叉的辐射波瓣，跑道左边的辐射波瓣被90Hz的低频信号调幅，右边的被150Hz的低频信号调幅，如图67所示。当飞机飞行在跑道中心线所在的垂直平面内时，这两种信号的凋制系数相同。飞机上的仪表指示在中心位置，即飞机在一条“等信号区”内飞行。当飞机偏离航向时，一边的调制系数将大于另一边的调制系数，飞机上的仪表指针偏离中心位置，这就要求飞行员操纵飞机，使其在正确的航道上飞行。,3微波着陆系统微波着陆系统是一种为飞机在进近(进场)和着陆阶段提供位置信息的微波引导系统。与仪表着陆系统对应，微波着陆系统在地面设置了方位台、反方位台和仰角台。这些导航台都发射同一频率的信号，频率在C波段的5031050907MHz范围内，共有200个频道，可选范围远大于仪表着陆系统。为了区分同一频率上发射的不同信息，微波着陆系统采用时分多路体制，即每个导航台在规定的不同时间发射信号。为保证飞机拉平阶段的飞行和使飞机实现软着陆，微波着陆系统还设置了拉平台，提供飞机在跑道上空的高度信息。微波着陆系统还可装备数据分析系统，实现地面和空中的数据传输，传送当地气象条件、跑道长度等信息。,方位台及其天线安装在跑道端头外的中心线延长线上，沿跑道中心线向飞机进近的扇区内发射左右扫描的窄波束。为飞机提供航向引导。仰角台及其天线装在跑道侧面飞机接地点附近，在进近扇区内发射上下扫描的窄波束，为飞机提供下滑引导。飞机上的电子设备从接收信号中分解并计算出飞机的方位角和仰角信息以及其他数据，实现对飞机的复杂气象着陆引导。国际民航组织曾经推荐用微波着陆系统取代仪表着陆系统，但由于微波着陆系统的设备价格较高而没能实现。目前已有一种名为“差分全球定位系统”的自动着陆设备，将和微波着陆系统形成竞争。,4.空中交通管理,空中交通管制体系中的飞机飞行示意图,空中交通管制是利用各种技术手段对飞行活动进行监视和控制，保证安全而有序的飞行。空中交通管制的主要任务包括：监督飞机严格按照批准的计划飞行，禁止未经批准的飞机擅自飞行，维护飞行秩序；禁止未经批准的飞机飞进空中禁区、临时禁飞区或飞出、飞入国境或边境；防止飞机之间、飞机与地面障碍物之间相撞；防止地面对空兵器或者对空装置误射空中正常飞行的飞机。空中交通管制利用航路监视雷达、二次监视雷达、机场面监视雷达和精密进场雷达，各种导航设备和各种通信设备，以及地面指挥组成空中交管系统，完成对飞机的监视、识别和引导，并提供安全保障。作为空中交通管制依据的飞行信息来自三个方面：第一，不断监视本区飞机飞行航迹的雷达和二次雷达(接收目标上发射机转发的辐射信号)所监测到的信息；第二，本区域气象部门发布的气象信息；第三，飞机起飞进入航路、飞机从其他区域管制中心进入本区的飞行计划信息。这些信息经计算机处理后通过显示器显示，管制人员依此对飞行进行管制。,为实行空中交通管制，需要在飞行航线上划定不同的管制区域，如航路、空中走廊、航站管制区、塔台管制区和等待空域管制区等。航路：航路是可航行空域中的标志性通道，连接机场与空中交通管制交点。航路通常在飞行频繁的大城市之间划设。沿航路一定距离及转弯点都有导航设施，连接各个导航设施的直线就构成航路中心线。航路规定有上限高度、下限高度和宽度，宽度取决于导航设施配置的间距和性能，一般不是固定的，我国除沈阳到长春和无锡到合肥等少数航路较窄外，其余航路的宽度均为距中心线两侧各10km。沿航线飞行的飞机都要在航路内飞行，并接受管制。空中走廊：空中走廊是为飞机进出某地区而划定的具有一定宽度的空中通道，通常设在行频繁的城市附近上空以及国际航线通过的边境地带上空，与航路相连接。走廊宽度一般为810km，长度离机场100km左右。飞机在走廊内飞行必须保持规定的航向和高度，严格遵守管理员的指挥。,管制区：为确定各空中交通管制中心管辖的范围，将航路通过的区域又划分管制区。在管制区飞行的飞机，必须服从这一区域空中交通管制中心的管制。