军用飞机使用民用机场时净空要求的适用性研究

陈奇奇， 王观虎*， 何小科

(1.空军工程大学航空工程学院，陕西 西安 710038；2.中国人民解放军91727部队，浙江 宁波 315020)

随着我国民用航空的高速发展，我国民用机场建设进入新阶段。抓住民用机场建设的机遇期，在现有民用机场改扩建及新建机场规划过程中，适时地提出相应国防标准并加以落实，对民用机场平战时军用飞机的使用、对军事作战能力的提升会奠定坚实的基础。机场建设过程中，机场净空是否满足要求是首要考虑的一项内容，若净空不满足相应要求，则必须另选场址。不同等级的民用机场所规定的障碍物限制面不同，对障碍物的限制高度不同。在民用机场建设过程中，不仅要考虑其本身机场等级所需满足的机场净空，还要考虑该民用机场建成后所对应的军用飞机机型所要求的机场净空。近年来，不少研究者对军用机场与民用机场的净空范围进行了分析[1-2]。范博分析了军民用机场的净空区尺寸要求，根据障碍物在民用机场的具体位置，建立了风险性预测模型[3]。盛昀建立角度前方交会法坐标系统，对疑似超高的物体进行测量[4]。刘晓鹏以绵阳机场为例，建立OAS面数学模型，分析了机场周围建筑物是否超高[5]。

上述研究从不同角度分析了军用机场与民用机场的净空范围，对本文有一定的参考和借鉴意义，但目前对于军用机场与民用机场净空范围的适用性的分析还缺乏系统性。本文对不同等级的军用机场和民用机场的净空要求作简要分析，分别从端净空区和侧净空区两个方面进行军民用的对比研究。

1 军用机场与民用机场净空要求分析

1.1 军用机场的净空要求分析

根据《机场规划设计》[6]，军用机场净空区包括升降带、端净空区和侧净空区，具体包括内水平面、锥形面、过渡面与外水平面等，其范围和限高要求按照不同机场等级划分，等级由低到高。军用一级机场净空区自升降带向两端各延伸14 km，向两侧各延伸6.5 km；军用二级机场净空区自升降带向两端两侧各延伸20 km与13.1 km；军用三、四级机场净空区自升降带向两端两侧各延伸20 km与15 km。分析发现，军用一级与二级机场净空区平行于跑道的锥形面边线与外水平面边线相切，而军用三、四级机场锥形面与外水平面成包含关系，军用机场的起飞与降落的净空要求执行同样标准。以军用三、四级机场为例，其净空平面图如图1所示，各等级军用机场端净空区与侧净空区障碍物限制面要求如表1、表2所示。

因此在研究军用飞机使用民用机场能否满足相应净空要求时，就转化为军用飞机所对应的军用机场等级与民用机场等级的净空要求对比研究问题，通过对比求解计算即可得知民用机场在净空要求方面能否满足军用飞机使用，若不能，需在民用机场建设过程中在不满足条件的地方落实相应军用净空标准以满足军用飞机的起降要求，保证飞机的运行安全。

图1 军用三、四级机场净空平面图

1.2 民用机场的净空要求分析

民用机场净空区组成较为复杂，根据《民用机场飞行区技术标准》，净空区具体包括内水平面、锥形面、升降带、进近面、过渡面、复飞面与起飞爬升面，而进近面与过渡面中又包含内进近面与内过渡面，用于精密进近跑道。各个限制面的范围与尺寸要求根据飞机起飞或降落以及降落所采取的进近程序不同而不同，而根据进近程序的不同将跑道划分为3大类：非仪表跑道、非精密进近跑道和精密进近跑道，在精密进近跑道中又分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类精密进近跑道。由于民用机场净空分类较多，以民用机场Ⅰ类精密进近跑道飞行区指标Ⅰ(3,4)净空为例，如图2所示。进近跑道与起飞跑道的障碍物限制面尺寸和坡度如表3、表4所示。

表1 军用机场端净空区障碍物限制面要求

表2 不同等级军用机场侧净空区障碍物限制面要求

图2 Ⅰ类精密进近跑道飞行区指标Ⅰ(3,4)净空示意图

由图2可知，民用机场起飞和进近的净空要求不同，且民用机场对复飞面的净空要求也不同。由表3与表4可看出，在相同的跑道类别情况下，无论是从内边长度、散开率还是坡度等指标，进近面的净空要求较起飞爬升面与复飞面的净空要求更加严格，且内进近面与内过渡面只用于精密进近跑道，而军用机场并无内进近面与内过渡面。因此在后续民用机场与军用机场净空对比分析中，选取有代表性的民用机场进近面与军用机场净空要求进行对比分析，不再考虑起飞爬升面、复飞面、内进近面与内过渡面净空要求。

1.3 军用机场与民用机场净空要求对比分析

通过上述分析可知，军用机场和民用机场的净空区均可视作由升降带、端净空区和侧净空区3部分组成，但民用机场净空组成较军用机场复杂，且其起飞降落所对应的净空要求并不相同，分为起飞爬升面和进近面，而军用机场起飞降落净空要求完全相同。军用机场净空区包含外水平面而民用机场并无外水平面。

由表1～表4可知，在端净空区，民用机场飞行区指标为Ⅰ(3)和Ⅰ(4)的非精密进近跑道和精密进近跑道与军用一级机场净空要求基本相同；在侧净空区，民用机场飞行区指标为Ⅰ(4)的非仪表跑道、非精密进近跑道和飞行区指标为Ⅰ(3)、Ⅰ(4)的精密进近跑道，与军用一级机场净空要求基本相同。因此，这些民用等级机场在建设中无须增加相应军用标准即可满足初级教练机和小型运输机的正常使用。而军用二级与三、四级机场净空区要求较严，无论是从净空区的长度还是限制高度都与民用机场范围相差较大，特别是在侧净空区，其长度相差两倍以上。且目前使用民用机场的军用飞机大多为歼击机、强击机与轰炸机等，少有教练机等机型。因此，有必要对军用二级与三、四级机场净空要求与民用机场净空要求做对比分析，求解出最严格的净空标准，使民用机场按照最严格的净空标准来建设，满足军用飞机的使用要求。

表3 进近跑道的障碍物限制面要求

表4 起飞跑道的障碍物限制面要求

2 军用机场与民用机场端净空分析

2.1 军用机场端净空分析

2.1.1 端净空障碍物限制平面

军用机场端净空区长度20 000 m，从升降带端线的两端开始，同时以水平面15%的扩散率扩散至3 km。

2.1.2 端净空障碍物限制面

军用二级机场端净空限制面共分为4段：第1段以1.33%的坡度上升，在距离跑道端中点1 600 m处上升至20 m高度；后继续以2%坡度上升，在9 500 m处上升至180 m；在9 500～15 000 m区间内保持180 m限制高度不变；最后以4%坡度上升，直至在20 000 m处达到380 m限制高度。

军用三、四级机场端净空限制面同样分为4段：第1段以1%的坡度上升，在距离跑道端中点3 000 m处上升至30 m高度；后继续以2%坡度上升，在9 000 m处上升至150 m；在9 500～15 000 m区间内保持150 m限制高度不变；最后以4%坡度上升，直至在20 000 m处达到350 m限制高度。

2.2 民用机场端净空分析

2.2.1 端净空障碍物限制平面

由表5可知，民用机场端净空区从升降带端线的两端开始，同时根据不同的跑道类型并以相应的百分率进行扩散，非仪表跑道和仪表跑道分别按照10%与15%的扩散率进行扩散，末端扩散宽度最小为380 m，最大为4 800 m。

民用机场跑道类型较多，但相同跑道类型规模大小相近，飞行区指标Ⅰ为3、4的仪表跑道与飞行区指标Ⅰ为1、2的精密进近跑道大致对应军用二、三、四机场端净空障碍物平面限制标准。限于篇幅原因，本文以飞行区指标Ⅰ为1、2的精密进近跑道为代表与军用机场标准进行对比分析，确定出最严格的标准以供民用机场建设时使用，其他跑道类型端净空标准可同理得到。

2.2.2 端净空障碍物限制面

民用机场端净空障碍物限制面根据跑道类型而定，非仪表跑道与飞行区指标Ⅰ为1、2的非精密进近跑道只有一段上升段，飞行区指标Ⅰ为3、4的非精密进近跑道和精密进近跑道共分为3段，前两段为上升段，第3段为水平段。同理，本文以飞行区指标Ⅰ为3、4的仪表跑道为代表与军用机场标准进行对比，飞行区指标Ⅰ为3、4的仪表跑道净空障碍物限制面共分为3段：第1段以2%的坡度上升，在距离跑道端中点3 060 m处上升至60 m限制高度；后继续以2.5%坡度上升，在6 600 m处上升至150 m；最后在6 600～15 000 m处保持150 m限制高度不变。

表5 民用机场的端净空障碍物平面限制

2.3 军用机场与民用机场端净空对比分析

2.3.1 端净空区障碍物限制平面对比

根据2.1节与2.2节分析，将军用二、三、四级机场与飞行区指标Ⅰ为1、2的精密进近跑道端净空限制平面放在同一个坐标系内，以跑道端中点为原点，构建分段函数模型。

军用二、三、四级机场端净空限制平面函数模型：

(1)

飞行区指标Ⅰ为1、2的精密进近跑道端净空限制平面函数模型：

f2(x)=0.15x+66 60≤x<15 060

(2)

联立式(1)与式(2)，利用MATLAB软件进行求解(下同)，得到两者标准的交点。并绘制军用二、三、四级机场与飞行区指标Ⅰ为1、2的精密进近跑道端净空限制平面对比图，如图3所示。

由图3可知，两者标准相差较大且比较复杂，共分为3段:在(0，9 560)第1段区间内，民用标准较军用标准更加严格，且军用标准逐渐趋近于民用标准，在9 560 m处，两者限制宽度相等，都为1 500 m；在(9 560，15 060)第2段区间内，军用标准较民用标准更加严格，在15 060 m处，民用标准末端宽度达到4 650 m，军用标准末端宽度仍为3 000 m，两者沿跑道中线延长线一侧相差为825 m；在(15 060，20 100)第3段区间内，此时民用标准已不再更多要求，其末端宽度为4 650 m，端净空长度与升降带长度总和为15 060 m，但军用标准继续沿跑道中线延长线延伸，直至达到端净空长度与升降带长度总和为20 100 m，大于民用标准15 060 m，其末端宽度仍为3 000 m不变。

图3 净空限制平面对比(单位：m)

因此，若歼击机、轰炸机及运输机等机型使用该类型民用机场，以跑道端中点为原点，在(0，9 560)区间内，按照民用机场自身标准执行，满足军用标准，可保障军用飞机的正常运行；在(9 560，20 100)区间内，按照军用二三四级机场净空障碍物限制平面标准执行。

2.3.2 端净空区障碍物限制面对比

同理，根据2.1节与2.2节分析，将军用二级及三、四级机场与飞行区指标Ⅰ为3、4的仪表跑道端净空限制面放在同一个坐标系内，为便于求解计算，以距离跑道端中点100 m处为原点，构建分段函数模型。

军用二级机场端净空限制面函数模型：

(3)

军用三、四级机场端净空限制面函数模型：

(4)

飞行区指标Ⅰ为3、4的仪表跑道端净空限制面函数模型：

(5)

联立式(3)～式(5)进行求解，并绘制军用二级及三、四级机场与飞行区指标Ⅰ为3、4的仪表跑道端净空限制面对比图，如图4、图5所示。

图4 军用二级机场与飞行区指标Ⅰ为3、4的仪表跑道端净空限制面对比(单位：m)

图5 军用三、四级机场与飞行区指标Ⅰ为3、4的仪表跑道端净空限制面对比(单位：m)

由图4可知，在(-40，8 000)区间内，军用标准较民用标准更加严格，且民用标准逐渐趋近于军用标准；在(8 000，14 960)区间内，民用标准较军用标准更加严格，在14 960 m处，两者限制高度相差30 m；在(14 960，20 000)区间内，民用标准已不再更多要求，其限制高度为150 m。但军用标准先从14 960～15 000 m保持180 m限制高度，再以1/25的坡度上升至380 m。

由图5可知，在(-40，9 000)区间内，军用标准较民用标准更加严格；在(9 000，14 960)区间内，两者标准限制高度相同，都为150 m；在(14 960，20 000)区间内，民用标准不作要求，军用标准先从14 960～15 000 m保持150 m限制高度，再以1/25的坡度上升至350 m。

因此，若歼击机、强击机等机型使用该类型民用机场，在(-40，8 000)区间内，按照军用二级机场端净空障碍物限制面标准执行，在(8 000，14 960)区间内，按照该民用机场自身标准执行，在(14 960，20 000)区间内，按照军用二级机场端净空障碍物限制面标准执行；若运输机、轰炸机等机型使用该类型民用机场，按照军用三、四级机场净空障碍物限制面标准执行。

3 军用机场与民用机场侧净空分析

3.1 军用机场侧净空分析

军用机场侧净空区由过渡面、内水平面、锥形面和外水平面组成。以跑道端中点为原点，军用二级机场侧净空障碍物限制面共分为3段：第1段按照10%坡度上升，在距离跑道端中点700 m处上升至60 m；第2段为水平段，在70～3 500 m区间内保持60 m限制高度不变；第3段以3.33%的坡度上升，在13 100 m处上至380 m。

军用三、四级机场侧净空障碍物限制面共分为4段：第1段按照10%坡度上升，在600 m处上升至50 m；第2段为水平段，在600～4 000 m处保持50 m限制高度不变；第3段以3.33%的坡度上升，在13 000 m处上至350 m；第4段为水平段，在13 000～15 000 m处保持350 m限制高度不变。

3.2 民用机场侧净空分析

由表3可知，民用机场侧净空由过渡面、内水平与锥形面组成，其跑道类型较多但相同跑道类型规模大小相近，通过与表1简单对比，飞行区指标Ⅰ为4的非仪表跑道比较有代表性，且大致对应军用机场侧净空障碍物限制面标准。限于篇幅原因，本文以飞行区指标Ⅰ为4的非仪表跑道为代表与军用机场标准进行对比分析，确定出最严格的标准以供民用机场建设时使用，其他跑道类型侧净空标准可同理得到。

3.3 军用机场与民用机场侧净空对比分析

根据3.1节与3.2节分析，分别将军用二级及三、四级机场与飞行区指标Ⅰ为4的非仪表跑道侧净空限制面放在同一个坐标系内，以跑道端中点为原点，构建分段函数模型。

军用二级机场侧净空限制面函数模型：

(6)

军用三、四级机场侧净空限制面函数模型：

(7)

飞行区指标Ⅰ为4的非仪表跑道侧净空限制面函数模型：

(8)

联立式(6)～式(8)进行求解，并分别绘制军用二级及三、四级机场与飞行区指标Ⅰ为4的非仪表跑道侧净空限制面对比图，如图6、图7所示。

图6 军用二级机场与飞行区指标Ⅰ为4的非仪表跑道侧净空限制面对比(单位：m)

图7 军用三四级机场与飞行区指标Ⅰ为4的非仪表跑道侧净空限制面对比(单位：m)

由图6可知，以跑道中线中点为原点，在(0，550)区间内，军用标准较民用标准更加严格，在550 m处两者限制高度相等，都为45 m；在(550，5 784)区间内，民用标准高于军用标准，在5 784 m处两者限制高度相等，都为134 m；在(55 784，13 100)区间内，军用标准较民用标准更加严格，且在6 000 m之后，民用标准不再作限制，军用标准继续以1/30的坡度上升至380 m。

由图7可知，在(0，550)区间内，军用标准较民用标准更加严格，在550 m处两者限制高度相等；在(550，4 216)区间内，民用标准高于军用标准，在4 216 m处两者限制高度相等，都为56 m；在(4 216，15 000)区间内，军用标准较民用标准更加严格，且在6 000 m之后，民用标准不再作限制，军用标准继续以1/30的坡度上升至350 m再水平延伸2 000 m。

因此，若歼击机、强击机等机型使用该类型民用机场，在(0，550)区间内，按照军用二级机场侧净空障碍物限制面标准执行；在(550，5 784)区间内，按照该民用机场自身标准执行；在(5 784，13 100)区间内，按照军用二级机场侧净空障碍物限制面标准执行；若运输机、轰炸机等机型使用该类型民用机场，在(0，550)区间内，按照军用三四级机场侧净空障碍物限制面标准执行；在(550，4 075)区间内，按照该民用机场自身标准执行；在(4 075，15 000)区间内，按照军用三四级机场侧净空障碍物限制面标准执行。

4 净空区应贯彻的军用标准

由于民用机场跑道类型较多，本文选取部分民用机场跑道类型为代表与军用机场标准进行对比分析，确定出最严格的标准以供民用机场建设时使用，其他跑道类型净空标准可同理得到。通过上述分析求解将所得到的民用机场建设中应贯彻的端净空与侧净空军用标准汇总于表6，在计算端净空障碍物限制平面和侧净空障碍物限制面是以跑道端中点为原点，计算端净空障碍物限制面以军用机场升降带和跑道中线延长线交点为原点。在民用机场按照其自身已规划的机场等级与跑道类型的建设过程中，应根据已经确定的日常训练或战时使用该民用机场的主战军用机型，增设相应军用标准以满足军用飞机的安全起降，表6中该数据区间表示该军用机型使用该类型的民用机场所应增设的军用标准，该军用标准的区间即为该军用机型所对应的军用机场等级的军用标准区间。

表6 民用机场建设中净空区应贯彻的军用标准

5 结束语

分析了军用机场与民用机场在净空区组成成分和规模之间的差异，建立分段函数模型，利用MATLAB软件进行求解分析，在端净空障碍物限制平面、端净空障碍物限制面及侧净空障碍物限制面等3个方面，分别选取飞行区指标Ⅰ为1、2的精密进近跑道、飞行区指标Ⅰ为3、4的仪表跑道与飞行区指标Ⅰ为4的非仪表跑道为代表与军用二级及三、四级机场所对应的净空范围进行对比分析，为军用飞机使用民用机场奠定了基础。