基于着陆许可发布时机的节点算法及风险分析

田晓颖

（中国民用航空华东地区空中交通管理局山东分局，济南 250107）

国际民航组织最新发布的《Air Traffic Management（Sixteenth Edition）》（Doc 4444）[1]和《民用航空空中交通管理规则》（CCAR93-R5）[2]中都取消了原先塔台发布着陆许可时航空器距离跑道入口不得小于4 km的限制，其实质是增加管制灵活度、缩短着陆飞机与前机的间隔。这种改变将非常直观的着陆许可发布时机的距离概念，更换为靠经验和变化的数据判断的时空概念。这种时空概念对管制员的综合素质要求较高，需要高度的专注力和准确的判断力。因此，对航空器着陆起飞的时间与距离间隔、管制员和飞行员反应时间等进行研究十分必要。田栋山[3]对着陆与起飞航空器位置和时间进行研究，提出在着陆航空器着陆许可发布前，发布起飞航空器起飞许可所需最小时间间隔计算方法，可对终端区范围内的航空器进行综合管理，有效地控制到达跑道入口的时机。夏正洪等[4]对终端区飞行间隔进行研究，根据起飞和降落时刻提出了航空器间在不同起降序列下的时间、距离计算方法，有效地缩短了航空器起飞、着陆飞行间隔。张兆宁等[5]对飞机飞行的纵向安全间隔进行研究，利用飞行员和管制员的反应时间建立了飞机飞行跟驰模型，为飞行间隔标准提供理论依据。董林林[6]对管制员放飞间隔问题进行研究，计算得出特定情况下两架航空器放飞间隔最低标准，提出放飞的间隔应该留有余量以保证安全。

以上研究都是基于旧版规章内容开展的，针对新版规章的修改部分，还需将抽象化的着陆许可发布时机转化为具有可操作性的节点，因此，提出不同节点下的着陆许可发布时间算法，探讨在不同节点下的着陆许可发布时机，为管制员工作提供准确的参考，降低跑道入侵甚至航空事故的风险。

1 着陆许可发布时机算法

研究着陆许可发布时机及其相关节点需要航空器进近至着陆的平均速度、航空器起降过程中各阶段用时和飞行员对管制指令的反应用时等数据，这些数据可用来计算或描述特定条件下航空器距离某个位置的距离或某个时刻的时间。设确信符合上述发布许可条件的时刻为T1，航空器下降的决断高度或最低下降高度的时刻为T2，前行航空器过跑道入口的时刻为T3，则发布着陆许可的时机T为

基于着陆许可发布时机理论分析，T1的科学数值，可替换为距离概念，其与着陆航空器类型和速度、前行航空器类型和速度、风向风速、温度、跑道长度、跑道湿度、有无管制二次雷达、有无场监雷达、能否目视机动区、飞行员和管制员的反应能力等均有关系。绝大部分航空器起降阶段的速度差异不明显，而B737-800型飞机在国内数量占比较高，以其为例具有方法上的通用性，所以假设的计算条件为：前后航空器均为B737-800型、净风、能见度良好、跑道3 600 m及一类盲降进近。

航空器的起降速度受当时的机场温度、跑道系数、客货配载、修正海压、是否使用减推力起飞等多种因素的影响，每次不尽相同。根据日常运行数据统计分析，正常情况下，B737-800中型客机，从跑道等待点到对正跑道时间约为60 s，从起飞滑跑到飞越跑道末端（长度3 600 s）约为60 s，通常为直飞，在飞越跑道末端前很少转弯。航空器在进近到着陆时的平均速度为150 kn，约等于 280 km/h，约合 4.67 km/min，相关起降数据如表1所示。

发布着陆许可有3种情形：①前行进近着陆航径及跑道上没有航空器；②跑道上有离场航空器；③跑道入口以内及跑道上有着陆航空器。判断着陆许可发布时机是个复杂的过程，这个时机不是孤立的，它产生于一个符合逻辑的系统之中。在产生它之前，与之相关联的航空器是否存在有碍于合理进程的发展，是很重要且需要一并考虑的。例如，在向五边进近的航空器发布着陆许可之前，离场航空器需要进跑道的时机该如何掌握，等等。要分析的控制节点主要包括：前行无航空器时着陆许可发布时机、前行有离场航空器时的着陆许可发布时机、离场航空器进入跑道时机、前行有着陆航空器时的着陆许可发布时机等。

表1 起降数据Tab.1 Departing and landing data

2 控制节点计算及其风险分析

2.1 前行无航空器时着陆许可发布时机

前行进近着陆航径及跑道上没有航空器时，对进近着陆航空器的着陆许可发布时机，只需满足在它下降到决断高度之前发布即可。

2.2 前行有离场航空器时着陆许可发布时机

2.2.1 不同情况下着陆航空器距离跑道入口的距离

1）离场航空器开始起飞滑跑

根据数据统计，航空器从起飞滑跑到飞越跑道末端时间为60 s，如要满足“着陆航空器飞越跑道入口前，前行离场航空器已经飞越使用跑道末端”的条件，则需满足前行离场航空器开始滑跑时，着陆航空器到跑道入口的距离l1为

其中：t1为航空器从起飞滑跑到飞越跑道末端的时间；v为航空器在进近着陆时的平均速度。

因此，由式（2）可得着陆航空器距跑道入口距离为4.67 km，管制员可掌握为5 km，航空器位置示意图如图1所示。

图1 航空器位置示意图（情况一）Fig.1 Aircraft position diagram （Condition one）

2）离场航空器抬前轮

在上述“离场航空器开始起飞滑跑时，着陆航空器距跑道入口4.67 km”基础上，继续推进32 s，即离场航空器抬前轮时，着陆航空器到跑道入口的距离l2为

其中，t2为航空器起飞滑跑至抬前轮的时间。

因此，由式（3）可得着陆航空器距跑道入口距离为2.2 km，管制员可掌握为2.5 km，航空器位置示意图如图1所示。

2.2.2 着陆许可发布时机的确定及其风险分析

发布着陆许可，应尽可能利用雷达或目视看清着陆和离场航空器的位置或变化姿态。以2.2.1节1）情况中的节点作为着陆许可发布时机，由于离场航空器未达到决断速度前因种种原因中断起飞的情况并不罕见，因此，风险管理专家小组将起飞滑跑的航空器中断起飞辨识为危险源，并依据国际民航组织《安全管理手册》（DOC.9859）[7]中的风险矩阵图对其进行风险分析如表2所示。管制员有可能在发布着陆许可后因话筒短时卡阻或者干扰而无法及时进行冲突解脱，从而导致前机中断起飞同时后机落地的跑道侵入事件，跑道侵入事件的风险可能性是3（偶然的），严重度则是A（灾难性的），风险等级为3A，属不可接受风险，最彻底的风险控制措施就是不采纳这种方式。

表2 安全风险分析Tab.2 Safety risk analysis

上述2.2.1节2）情况中，因为离场航空器抬前轮时速度已经大于决断速度，根据飞行原理，飞机已不可能中断起飞；同时，着陆航空器距离跑道入口为2.5 km，一般规定着陆飞机进跑道入口的高度为15 m，飞行高度 h（设定下滑角 3°）为

由式（4）可得飞行高度约为145 m，如图1所示，执行复飞程序的可操作性强。因此，以此种情况下节点作为着陆许可发布时机，发生跑道侵入的可能性极低，风险等级为1A，为可接受风险。

2.2.3 着陆许可发布程序

当前行有离场航空器时，首先将着陆航空器距跑道入口5 km作为检查点，即此时若离场航空器还未开始起飞滑跑，则管制员应指令离场航空器取消起飞，同时指令着陆航空器复飞；若离场航空器已开始起飞滑跑，则说明调配预案正确，继续观察。其次，将离场航空器抬前轮且着陆航空器距离跑道入口大于2.5 km，作为发布着陆许可的最早时机，如着陆航空器距离跑道入口2.5 km时，离场航空器尚未抬前轮，管制员应果断指挥着陆航空器复飞。

2.3 离场航空器进入跑道时机

上述着陆许可发布时机的计算结果是建立在离场航空器已进入跑道等待起飞为前提的基础上的。管制员指挥离场航空器进入跑道等待起飞的时机掌握不准会对后续一系列的飞行活动包括着陆许可的发布产生影响。过晚进入，会导致着陆航空器复飞；如因五边有航空器进近而迟迟不指挥离场航空器进入，则会导致效率下降。此外，在计算过程中还应考虑到，由于着陆航空器的数量不同，计算数据也应有所不同。

2.3.1 单架航空器着陆前插入离场航空器

飞行员对系列起飞相关指令的反应及操作时间[8]总计平均为23 s，根据表1可知，航空器从跑道外等待点开始滑行进跑道至飞越跑道末端需要120 s（等待点至进入跑道对正60 s+起飞滑跑至飞越跑道末端60 s）。设单架着陆航空器之前x的距离可插入离场航空器，则

其中：t3为飞行员对系列起飞相关指令的反应及操作时间总计平均值；t4为等待点至进入跑道对正的时间。

因此，由式（5）可得单架着陆航空器之前11.1 km可插入离场航空器，管制员可掌握为11 km。也就是说，在判断五边进近的着陆航空器距跑道入口大于或等于11 km时，管制员可以允许离场航空器进入跑道起飞，航空器位置示意图如图2所示。

图2 航空器位置示意图（情况二）Fig.2 Aircraft position diagram （Condition Two）

2.3.2 两架着陆航空器之间插入离场航空器

假设第1架着陆航空器飞越跑道入口时允许离场航空器进跑道。在上述单架航空器着陆前插入离场航空器时间要素基础上，增加第1架着陆航空器从飞越跑道入口至完全脱离跑道60 s要素，该60 s可与离场航空器从等待点至进入跑道对正的60 s相抵消，但要考虑第1架着陆航空器脱离跑道时间的不确定性，对离场航空器进入跑道起飞滑跑可能产生一定影响，即存在时间干扰，需再增加10 s的裕度。设两架着陆航空器之间距离y可插入离场航空器，则

其中，t5为干扰情况下的时间裕度值。

因此，由式（6）可得两架着陆航空器之间11.9 km可插入离场航空器，管制员可掌握为12 km。也就是说，在判断五边进近的两架着陆航空器之间间隔大于或等于12 km时，管制员可在前架航空器飞越跑道入口时允许离场航空器进入跑道。

2.4 前行有着陆航空器时的着陆许可发布时机

如需满足“着陆航空器飞越跑道入口前，前行着陆航空器已经脱离使用跑道”条件，应计算出第1架着陆航空器过跑道入口时，第2架着陆航空器距跑道入口的距离。因为航空器从飞越跑道入口到完全脱离跑道平均需要60 s，据此前溯，当前机飞越跑道入口时，后机距离跑道入口距离为4.67 km。

2.4.1 不同情况下后机距离跑道入口的距离

1）前行着陆航空器落地滑跑冲程结束

在“前机飞越跑道入口，后机距跑道入口4.67 km”基础上，前行着陆航空器从飞越跑道入口到落地滑跑冲程结束需45s，此时后机距离跑道入口距离l3为

其中，t6为航空器飞越跑道入口至滑跑冲程结束的时间。

因此，由式（7）可得此时后机距离跑道入口距离为1.16 km，该位置在复飞点（一类盲降时决断高度位置距离跑道入口0.86 km）之外。

2）前行着陆航空器开始进脱离道口

在“前机飞越跑道入口，后机距跑道入口4.67 km”基础上，前行着陆航空器从飞越跑道入口到开始进入脱离道口50 s，此时后机距离跑道入口距离l4为

其中：t7为航空器飞越跑道入口至开始进入脱离道口的时间。

因此，由式（8）可得此时后机距离跑道入口距离为0.87 km，该位置在复飞点之内。

3）复飞指令下前行着陆航空器开始进脱离道口

管制员发布复飞指令需要3 s，机长复诵需要3 s，管制员与机长的反应时间加操作设备时间需要12 s，共计18 s，即发布复飞指令距离复飞点距离l5为

其中，t8为管制员与机长反应与操作的时间。

因此，由式（9）可得发布复飞指令点距离复飞点距离为1.4 km。即前行着陆航空器开始进入脱离道口，后机可安全执行复飞指令时距跑道入口距离l6为

因此，由式（10）可得发布复飞指令时距离跑道入口距离为2.26 km，管制员可按2.5 km掌握。

4）前行着陆航空器过跑道入口

基于2.4.1节3）所述，前行着陆航空器过跑道入口时，后机着陆航空器距跑道入口的距离l7为

因此，由式（11）可得此时的距离为6.15 km，管制员可按7 km掌握。

2.4.2 着陆许可发布时机的确定及其风险分析

以2.4.1节1）的节点或更早作为后机着陆许可发布时机，风险管理专家小组将前行着陆航空器出现前轮卡阻等问题时无法正常脱离跑道辨识为危险源，并依据国际民航组织《安全管理手册》DOC.9859中的风险矩阵图对其进行风险分析如表2所示。前行着陆航空器因故不能正常脱离跑道同时后机落地导致的跑道侵入事件，因此，风险等级为3A，属不可接受风险，最彻底的风险控制措施就是不采纳这种方式。

2.4.1 节 2）中借鉴 FAA7110.65X[9]做法，将“前行着陆航空器开始进入脱离道口，且确保后续持续运动脱离跑道等待点的过程中畅行无阻”作为一个节点。出现该节点情形时，飞机已不可能停留在跑道上，发生跑道侵入的可能性极低，但着陆航空器在过复飞点时还未得到落地许可，同样是不可接受的。

2.4.1节3）中同样以“前行着陆航空器开始进入脱离道口，且确保后续持续运动脱离跑道等待点的过程中畅行无阻”作为条件之一，再增加后机距离跑道入口2.5 km（确保在复飞点之前获得着陆许可，增加安全余度），两者同时具备情况下，发生跑道侵入事件的风险等级为1A，属于可接受风险。

2.4.3 着陆许可发布程序

具体程序如下：

1）当前行有着陆航空器时，首先将着陆航空器距跑道入口7 km作为检查点，即此时若前行着陆航空器还没飞越跑道入口，则管制员应指令后机中止进近；

2）若前行着陆航空器已飞越跑道入口，则说明调配预案正确，继续观察；

3）将前行着陆航空器开始进入脱离道口、确保后续持续运动脱离跑道等待点的过程中畅行无阻，且着陆航空器距离跑道入口大于2.5 km，作为发布着陆许可的最早时机；

4）如着陆航空器距离跑道入口2.5 km时，前行着陆航空器还未开始进入脱离道口或者不能确保后续持续运动脱离跑道等待点的过程中畅行无阻，管制员应果断指挥着陆航空器复飞。

3 结语

通过分析新规章对管制发布着陆许可的实际操作带来的影响，利用B737-800机型的相关运行数据，提出需要控制的节点，得出以下结论：

1）在假设前后航空器均为B737-800型，净风，能见度良好，跑道3 600 m，一类盲降进近的条件下，分别对前行无航空器时的着陆许可发布时机、前行有离场航空器时的着陆许可发布时机、离场航空器进入跑道时机、前行有着陆航空器时的着陆许可发布时机等4种情况进行详细分析计算，计算得出着陆许可发布时机和离场航空器进入跑道时机；

2）在分析计算结果的基础上，对主要控制节点进行了风险分析，得出可行性的结论，并给出了相应着陆许可发布程序；

3）下一步工作将结合雷达或ADS-B记录的进近、起飞离场数据对上述经验公式进行分析验证。