起飞航空器后侧穿越跑道方式的研究

何昕

摘要：为提升机场运行的安全性，提高机场地面运行效率，在分析典型航空器的起飞滑跑距离、发动机尾喷影响距离及地面抗侧风标准的基础上，对后侧穿越方式进行了研究;结合重庆江北机场，通过分析该机场的场面结构布局，对02R跑道着陆的飞机穿越起飞跑道02L的情形进行了讨论，得到在这种跑道使用方式下的可用于后侧穿越的联络道口。

Abstract： In order to improve the safety of airport operation and improve the ground operation efficiency of the airport， based on the analysis of the take-off distance of typical aircraft， the influence distance of engine tail spray and the ground anti-side wind standard， the rear side crossing take-off mode was studied. Combined with Chongqing Jiangbei Airport， by analyzing the scene structure of the airport， the situation of the 02L runway landing aircraft taking off the takeoff runway 02L was discussed， and the contact crossings available for the rear side crossing in this runway usage mode were obtained.

关键词：后侧穿越;起飞滑跑距离;尾喷影响距离;抗侧风标准

Key words： rear side crossing;take-off run distance;tail spray influence distance;anti-side wind standard

中图分类号：V355.1                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）20-0195-03

0  引言

近几年，我国民航业蓬勃发展，根据《2017年民航机场发展总结》报告，我国的民航运输在总周转量、运输机场旅客吞吐量、民航运输机场起降架次等方面依然与日俱增，而随着空中交通流量和航班数量的不断增加，2017年我国境内机场整体出港准点率仅为64.5%，起飞平均延误达到40分钟，因此，如何提高机场场面运行效率成为各机场亟需解决的问题。为缓解机场运行压力，提升机场容量，我国越来越多的机场开始修建多跑道，而基于多跑道运行产生的跑道穿越在一定程度上制约着机场的效率和安全性。

目前，对于跑道穿越的效率和安全性國内外均已有一些研究。在国内，2004年，王锦山根据SHEL模型的指导，结合自身在空管中的实际工作体会，分析了发生不安全事件的根源，并提出了一些提升安全性的措施[1];2015年，王莉莉和任武玲通过数学理论计算，对跑道穿越点的设置进行了分析，并对重、中、轻三种机型在不同穿越点时的跑道容量进行了计算[2];2017年，袁则华和王明明对机场跑道侵入和航空安全的危险因素进行分析，提出了防止跑道侵入事件的相关措施[3];同年黄宝军等人通过agent思想对跑道侵入问题进行了理论建模，并进行了仿真[4]。在国外，2006年，HAP Blom等人基于蒙特卡罗仿真理论进行了跑道安全操作的安全风险评估，对穿越跑道在内的情形进行了仿真，安装跑道侵入警报系统，并对整套仿真操作进行了安全风险评估[5];2012年，Tibor Bosse等人基于agent理论动态分析了发生航空事故的原因，提出了相应的解决方案，并通过对跑道侵入事件案例的研究论证了所提出方案的优点[6];2017年，Kai Shi等人建立了一个跑道侵入防御系统，根据航空器和车辆的位置信息的监视和预测来防止跑道侵入，并提出了一套基于不准确位置信息的预测跑道侵入的改进方法[7]。

因此，本文拟通过对航空器性能的分析，对一种新的跑道穿越方式进行论述，以提升跑道运行安全性，提高机场运行效率。

1  起飞航空器后侧穿越跑道方式

为便于论述，本文仅考虑着陆航空器穿越起飞跑道的情形。当着陆航空器刚刚脱离跑道时，如果从起飞航空器前侧穿越（下文简称前侧穿越）和从起飞航空器后侧穿越（下文简称后侧穿越）跑道到达相同停机坪的路程长度接近，则根据起飞跑道的使用情况进行穿越：如果此时起飞航空器已正切待穿越跑道航空器，或起飞航空器已完成起飞并开始转弯，或管制员目视判断无影响，并且该跑道无其他已发布起飞指令的航空器时，落地航空器在获得穿越跑道许可的情况下穿越跑道;而当起飞跑道上的航空器获得起飞许可时，着陆航空器在落地后可按机场地面或塔台管制员引导，直接沿滑行道滑行至起飞航空器后侧可用的穿越联络道进行跑道穿越。为实现这种穿越方式，首先要对航空器的起飞滑跑距离、尾喷距离和抗侧风能力进行分析。

1.1 典型机型起飞滑跑距离

统计分析我国大型机场常用的机型，以A320和B738作为中型机代表，A330和B777作为重型机代表进行分析。通过空客和波音公司的飞行性能软件和飞行爬升性能分析软件对不同机型的最大起飞滑跑距离进行计算，得到表1。

1.2 航空器抗侧风能力

在起飞航空器后侧通过联络道穿越跑道时，起飞航空器在起飞滑跑时会产生较为强烈的尾喷，而此时进行后侧穿越的航空器若要从起飞航空器的后方进行跑道穿越，必须保证其不受起飞航空器尾喷的影响，保证地面滑行的安全性，因此，需要航空器的地面抗侧风的能力进行分析。本文利用空客公司和波音公司的机组操作手册，对相同条件下各机型在跑道滑跑时的最大抗侧风水平进行分析，得到表2。

1.3 典型机型尾喷距离

根据各机型的用于机场计划的飞机特性手册，通过分析航空器在起飞时发动机的排气速度，可以得到不同机型的尾喷影响距离（如表3所示），继而可以得到不同机型组合下的最小安全距离[8]（如表4所示）。

2  后侧穿越方式在重庆江北机场的应用

2.1 机场场面结构

重庆江北国际机场飞行区等级为4F，拥有三条跑道，分别为02L/20R、02R/20L和03L/21R，其中02L/20R和02R/20L的跑道中心线间距为380m。02L/20R跑道长3200m，02R/20L跑道长3600，03/21跑道长3800m。东跑道南起始端相对西跑道向北错开60m，东跑道两端跑道入口各内移200m。重庆江北机场场面图如图1所示。

该机场目前共有A、B、C、D、E、F、G、H、J九条平行滑行道，其中A、B滑行道位于02L/20R跑道与T1、T2航站楼之间，A滑行道用于航空器进出停机坪，C滑行道位于02L/20R与02R/20L之间;D、E、F位于02R/20L跑道东侧与T3A航站楼之间;G、H、J位于T3A航站楼东侧与03/21跑道之间。

2.2 后侧穿越可用联络道

通过谷歌地球对重庆江北机场进行测量，得到各联络道口距起飞跑道20R/02L末端的距离，如表5所示。然后根据不同机型组合下，穿越航空器不受起飞航空器尾喷影响的最小安全距离，以02R着陆的飞机穿越起飞跑道02L的情形进行讨论，得到此时可用于后侧穿越的可用联络道口见表6所示（前机表示起飞飞机，后机表示着陆飞机）。

通过结合重庆江北机场，对后侧穿越方式下，航空器可以从起飞点后侧穿越跑道的联络道口进行了分析，得到在02R着陆的飞机穿越起飞跑道02L情形下的可用联络道只有B1，其中，“＼”表示无可用联络道，由于B777满载时所需的起飞滑跑距离大于非全跑道起飞时的跑道长度，而B737-800减去起飞滑跑距离后的跑道剩余长度小于其尾喷影响距离，因此在该种跑道运行模式下，起飞飞机为B777和B737-800时，均不可采用后侧穿越方式。

3  结语

本文通过分析航空器的性能，研究了多跑道运行下的后侧跑道穿越方式，能够在保证多跑道机场的地面运行安全的同时提高机场运行效率，减少航班延误水平，在一定程度上可以緩解我国繁忙多机场的运行压力。此外，为进一步完善，在下一步的研究工作中将加入轻型机进行分析，并对不同跑道运行模式下的后侧穿越方式进行分类讨论。

参考文献：

[1]王锦山.浅析SHEL模型中各界面的关系[J].空中交通管理，2004（1）：46-49.

[2]王莉莉，任武玲.基于数学模型的平行跑道穿越点变化下的容量评估[J].科学技术与工程，2015，15（32）：228-231.

[3]袁则华，王明明.机场跑道入侵问题与防范措施分析[J].科技经济导刊，2017，05：68-70.

[4]黄宝军，房晓丹，王洁宁.基于多agent的跑道侵入风险分析建模及仿真[J].系统仿真学报，2017，29（4）：910-925.

[5] Henk A. P. Blom，Sybert H. Stroeve，Hans H. de Jong.Safety Risk Assessment by Monte Carlo Simulation of Complex Safety Critical Operations[J].Developments in Risk-based Approaches to Safety.Springer London ， 2006 ：47-67.

[6]Tibor Bosse，Nataliya M. Mogles.Formal Analysis of Aviation Incidents[J]. Advanced Research in Applied Artificial Intelligence.2012，7345：371-380.

[7]Kai Shi，Hai Yu，Zhiliang Zhu，et al.Anticipatory Runway Incursion Prevention Based on Inaccurate Position Surveillance Information[J].Intelligent Information and Database Systems.2017，10192：93-104.

[8]陈亚青，张晓燕.重庆江北机场起飞飞机后侧跑道穿越方式初探[J].民航学报，2018，2（4）：25-30.