交叉跑道尾流间隔研究

严 煜　朱代武　张 庆

交叉跑道尾流间隔研究

严 煜朱代武张 庆

成都新机场一期工程由三条交叉跑道组成，本文对成都新机场交叉跑道在不同运行组合下的尾流间隔进行了系统的分析。成都新机场在正式投入使用后，相关方按照该分析结果，严格遵循相应的尾流间隔标准运行，这能大大提高机场的运行效率与安全性，避免相关事故的发生，也提高了机场的利用率，经济性更优。

成都新机场跑道构型

成都新机场选址简阳芦葭，距离成都市中心51km，距离双流机场50km，距离天府新区30km。

成都新机场一期工程跑道构型由三条跑道组成，由机场飞行区西部的一组两条宽距平行跑道（满足双跑道独立进近运行），和飞行区东部的一条侧向跑道构成。侧向跑道仅用于向东起飞，一组宽距跑道在不同模式下将存在起飞和到达混用。具体为：按照需求特性，在一期建设完成后可以采用到达模式、平衡模式和起飞模式等跑道运行方式，以动态地满足高峰需求。采用到达模式时一组两平行跑道同时独立进近，侧向跑道起飞；平衡模式时西跑道混合运行；起飞模式时再加上中跑道混合运行；次降方向运行时只需改变平行跑道的运行方向。 新机场近期规划总面积21.3km2，为三条跑道，分别为北一跑道、西一跑道、东一跑道。北一跑道长3800m，宽45m；西一跑道长4000m，宽60m；东一跑道长3200m，宽45m。其中西一、东一跑道与现双流国际机场跑道平行，北一跑道与之垂直，预计2020年建成并投入使用。本文研究是在成都新机场一期工程跑道构型的基础上进行，即对西一，东一和北一跑道进行研究，三条跑道的间距及参数如图1所示。

尾流形成的原理

飞机飞行时，机翼上下表面因与气流相对运动产生空气动力压力差，而在翼尖处产生一对绕着翼尖的闭合气流漩涡，这就是尾流。

尾流的产生与机翼升力的产生是密不可分的，当气流绕过飞机机翼时，机翼的构型使得流经机翼面上方的气流速度大于流经机翼面下方的气流速度。由伯努利方程推导可知，上翼面受到的气流压力低于下翼面受到的气流压力。因此，机翼下表面的气流就会绕到机翼上表面，其结果是形成了一组初始尾流，在机翼上形成边缘尾流，在翼尖处形成两组方相反旋转、向后流动的自由尾流，如图2所示。

尾流间隔标准

离场的航空器之间、进场的航空器之间都要考虑尾流间隔；对于混合进离场的航空器，先起飞后着陆的航空器之间要考虑尾流间隔，因为着陆航空器可能需要复飞，对于先着陆后起飞的航空器来说，两者之间不受影响。

图1　成都新机场一期工程跑道构型图（单位：米）

图2　尾流形成示意图

国际民航组织（ICAO）尾流间隔

1991年11月，在前面十几年的实际运行以及相关研究的基础上，ICAO接受了航行委员会提出的进一步修改Doc4444号文件的建议，即对空中航行服务程序、飞行规则及空中交通服务（PANS-ATR）中有关尾流间隔的指导性材料做出了修订，并且将其作为正式的空中航行服务程序的规定来推荐执行。

（一）雷达尾流间隔

在国际民航组织的DOC4444中，对提供ATS监视服务的航空器在飞行的进近和离场阶段必须使用下列以尾流距离为基准的最低间隔。

表1　ICAO雷达尾流间隔

上述规定的最低标准适用于下列情况：

a）一航空器在同一或小于300m（1000ft）海拔高度紧随另一航空器后面飞行；或

b）两架航空器使用同一跑道，或间隔小于760m的平行跑道；或

c）一航空器在同一或小于300m（1000ft）海拔高度飞行时从后面横越另一航空器。

（二）非雷达尾流间隔

在DOC 4444第5.8节中对航空器的进离场间隔进行了规定：

（1）进场航空器

1）除上述5.8.1.1 a）和 b）的规定之外，须适用于下列最低间隔：

2）下列最低标准须适用于在重型或中型航空器之后着陆的航空器：

a）中型航空器于重型航空器之后-2min；

b）轻型航空器于重型或中型航空器之后-3min。

（2）离场航空器

1）在重型航空器之后起飞的轻型或中型航空器之间，或在中型航空器之后起飞的轻型航空器之间适用于2min最低间隔，当这些航空器均在使用：

a）同一跑道；

b）间隔小于760m（2500ft）的平行跑道；

c）交叉跑道，当第二架航空器的预计飞行航迹与第一架航空器的预计飞行航迹在相同高度或在其下300m（1 000ft）穿越；

d）间隔大于760m的平行跑道，当第二架航空器的预计飞行航径将与第一架航空器的预计飞行航径在相同高度或在其下300m（1000ft）穿越。

表2　DOC 4444 基于时间的尾流间隔（分钟）

我国尾流间隔

（一）雷达尾流间隔

前后起飞离场或者前后进近的航空器，其雷达间隔的尾流间隔最低标准应当按照下列规定，如表3所示。

表3　中国民航雷达尾流间隔

（二）非雷达尾流间隔

当使用下述跑道时，前后起飞离场的航空器为重型机和中型机、重型机和轻型机、中型机和轻型机，其非雷达间隔的尾流间隔不得少于2min；前后起飞离场的航空器为A380-800型机和中型机、A380-800型机和轻型机，其非雷达间隔的尾流间隔不得少于3min；前后起飞离场的航空器为A380-800型机和其他重型机时，其非雷达间隔的尾流间隔不得少于2min：

（1）同一跑道；

（2）平行跑道，且跑道中心线之间距离小于760m；

（3）交叉跑道，且后方航空器将在前方航空器的同一高度上，或者低于前方航空器且高度差小于300m的高度上穿越前方航空器的航迹；

（4）平行跑道，跑道中心线之间距离大于760m，但是，后方航空器将在前方航空器的同一高度上，或者低于前方航空器且高度差小于300m的高度上穿越前方航空器的航迹。

中国民航非雷达尾流间隔如表4所示。

表4　中国民航非雷达尾流间隔

成都新机场交叉跑道尾流间隔

同一跑道起飞、着陆尾流间隔分析

两架航空器在同一跑道（西一跑道、东一跑道或者北一跑道）运行时，同一跑道离场的航空器之间、进场的航空器之间都要考虑尾流间隔；对于混合进离场的航空器，同一跑道先起飞后着陆的航空器之间要考虑尾流间隔，这是因为着陆航空器可能在复飞过程中受到前方起飞航空器尾流影响；而对于先着陆后起飞的航空器来说，两者之间则不受影响。

需考虑两种尾流间隔，即雷达尾流间隔和非雷达尾流间隔。

雷达管制条件下，当运行时满足下述情况时，管制员需要为前后起飞离场或者前后进近的航空器配备规定的雷达尾流间隔，如上一章表5中国民航雷达尾流间隔所示。

表5　中国民航雷达尾流间隔

非雷达管制运行下，同一跑道起飞和进近运行时，当使用下述跑道时，管制员需要为前后起飞离场的航空器之间要配备规定的非雷达尾流间隔，如上一章表6中国民航非雷达尾流间隔所示。

表6　中国民航非雷达尾流间隔

西一跑道与东一跑道尾流间隔分析

西一跑道与东一跑道属于平行跑道。两条平行跑道间距为2400m。根据《平行跑道同时仪表运行管理规定》，两平行跑道中心线的间距大于760m时，相邻航空器不受尾流影响，其跑道构型如图3所示。

西一跑道与北一跑道运行间隔分析

西一跑道北侧延长线与北一跑道西侧延长垂直，跑道头互不重叠，北一跑道中心线距西一跑道头80m，西一跑道中心线距北一跑道头2740m，跑道构型如图4所示。

西一跑道可用于双向起降，北一跑道仅用于向东起飞，运行过程中航空器轨迹无交叉。

根据FAA 相关标准，参考上述相关规定，西一跑道与北一跑道的交叉角不小于15°，且跑道边缘不重叠，可以允许一架飞机在北一跑道上离场，另一架飞机同时在西一跑道进入最后进近航段；

（2） 北一、西一跑道的离场航空器可以同时授权离场。

结论：西一跑道和北一跑道运行不互相影响。

东一跑道与北一跑道尾流间隔分析

西一跑道北侧延长线与北一跑道西侧延长垂直，跑道头互不重叠；北一跑道中心线距东一跑道头760m，东一跑道中心线距北一跑道340m，跑道构型如图5所示。

东一跑道向北直线起飞离场

使用东一跑道向北离场、北一跑道向东离场过程中，其保护区如图6所示。

使用东一跑道向北直线起飞离场时，东一跑道起飞离场保护区与北一跑道起飞离场滑跑起始区（距跑道头600m）无重叠，因此东一跑道向北直线起飞运行对北一跑道离场无影响。

东一跑道向北偏置15°起飞离场

使用东一跑道向北偏置15°离场、北一跑道向东离场过程中，其保护区如图7所示。

图3　东一、西一跑道构型

图4　西一跑道、北一跑道构型

使用东一跑道向北偏置15°离场时，起飞离场保护区与北一跑道滑跑离地起始区域有重叠（124m），东一跑道起飞运行与北一跑道离场航空器之间航空器可能存在不满足运行间隔的情况，对北一跑道离场航空器运行有影响。

东一跑道向北进近复飞

使用东一跑道向北进近过程中，航空器有可能复飞，复飞保护区见图8中I类精密进近OAS面的Z面和图9 中II类精密进近OAS面的Z面。

I类精密进近复飞过程中，复飞航迹正切北一跑道时，复飞面Z面与北一跑道区域重叠741m，与北一跑道头后600m区域重叠141m。I类精密进近MAPt位于DH （60m）与标称的 5.2%/3°下降梯度相交的位置，则：

XMAPt =-（（DH-RDH）/5.2%）=-（（60-15）/5.2%）=-865.4m

以C类飞机相应参数计算，

Xsoc =630.8m

东一跑道向北着陆的航空器复飞航径，垂直从侧面穿越北一跑道头，按照2.5%爬升梯度计算，I类运行标准，复飞航空器到达正切北一跑道头位置时，航空器高度为：

图5　东一跑道、北一跑道构型图

图6　东一跑道向北直线起飞离场保护区

（1430+3200-630.8）×2.5%+60=159.98m

航空器离地高度小于300m，可能与北一跑道起飞航班之间有尾流影响。

向北运行时，以600 m为起飞滑跑标准，复飞面与跑道头后600 m区域有重叠（141 m）。考虑提高复飞爬升梯度，使航空器复飞到垂直于北一跑道头的位置时，高于地面航空器300m，则视为地面起飞航空器尾流对东一跑道向北复飞航空器不产生影响，则复飞爬升梯度至少为：

（300-60）/（1430+3200-630.8）=6.0%

II类精密进近复飞过程中，复飞航迹正切北一跑道时，复飞保护区边界距离北一跑道头653m；东跑道离场起飞滑跑区自跑道头600m处开始，东一跑道II类精密进近复飞保护区与北一跑道离场起飞滑距区重叠53m。

II类精密进近MAPT位于DH（30m）与标称的5.2%/3°下降梯度相交的位置，则：

图7　东一跑道向北偏置15°起飞离场保护区

图8　I类精密进近OAS面

图9　II类精密进近OAS面

图10　I类精密进近OAS面

图11　II类精密进近OAS面

XMAPt =-（（DH-RDH）/5.2%）=-（（30-15）/5.2%）=-285.5m

以C类飞机相应参数计算，

Xsoc =580m

东一跑道向北着陆的航空器复飞航径，垂直从侧面穿越北一跑道头，按照2.5%爬升梯度计算，II类运行标准，复飞航空器到达正切北一跑道头位置时，航空器高度为：

（1430+3200-580）×2.5%+30=131.25m

航空器离地高度小于300m，可能与北一跑道起飞航班有尾流影响。

若考虑提高复飞爬升梯度，使航空器复飞到垂直于北一跑道头的位置时，高于地面航空器300m，则视为地面起飞航空器尾流对东一跑道向北复飞航空器不产生影响，则复飞爬升梯度至少为：

（300-30）/（1430+3200-580）=6.67%

东一跑道向南进近

使用东一跑道以I类、II类精密进近标准向南运行进近时，最后进近至航空器落地过程中，进近航迹正切北一跑道头，进近保护区分别见图10、图11。

使用东一跑道以I类精密进近标准向南进近运行，进近航迹的保护区如图10中W面（进近面）及侧面X（进近过渡）面所示。I类精密进近运行时，进近面保护区与北一跑道无重叠，进近过渡面边界距北一跑道头31m，与北一跑道滑跑起始区（跑道头以内600m）无重叠，即：I类精密进近条件下，使用东一跑道向南运行时，东一跑道降落航班与北一跑道起飞航班无影响。

使用东一跑道以II类精密进近标准向南进近运行，进近航迹的保护区如图11中W面（进近面）及侧面X（进近过渡）面所示。II类精密进近运行时，进近面保护区与北一跑道无重叠，进近过渡面与北一跑道滑跑起始区（跑道头以内600m）无重叠，即：II类精密进近条件下，使用东一跑道向南运行时，东一跑道降落航班与北一跑道起飞航班无影响。

结语

西一跑道与东一跑道上的进近、复飞、离场航班，不受彼此尾流影响；

西一跑道与北一跑道上的进近、复飞、离场航班，不受彼此尾流影响；

无论向北或向南运行，东一跑道与北一跑道的离场航空器之间不受尾流影响，离场航空器可以同时授权离场；

I类精密进近条件下，当复飞爬升梯度大于6.0%时，可以视为东一跑道向北复飞航班与北一跑道起飞航班之间相互无尾流影响；

II类精密进近条件下，当复飞爬升梯度大于6.67%时，可以视为东一跑道向北复飞航班与北一跑道起飞航班之间相互无尾流影响；

同一条跑道上的航空器进离场尾流间隔需严格按照中国民航总局的相关标准执行，详见本文的4.1章节。

严 煜朱代武张 庆

中国民用航空飞行学院空中交通管理学院

严煜（1988-）男，四川成都人，中国民用航空飞行学院，硕士研究生，主要研究方向空中交通管理；朱代武（1966－）男，四川广汉人，中国民用航空飞行学院，硕士，教授，主要研究方向：交通运输规划与管理；张庆（1990－）男，四川成都人，中国民用航空飞行学院，硕士研究生，主要研究方向：交通运输规划与管理。

基金编号：2015年度中国民航飞行学院科研基金学生科技活动基金项目（X2015-23）

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.07.012