训练飞行空域容量评估方法研究

郭 卫 罗郁葱

中国民用航空飞行学院新津分院 四川 成都 610000

引言

针对航班运输,终端区容量评估方法的研究国内外很早就已经开展,目前大致可以分为以下几类：一是基于数学计算模型的方法,二是基于管制员负荷的方法,三是基于历史统计数据的评估方法[1]。这方面的研究已经取得了丰富的成果,但针对飞行院校训练飞行空域容量评估的研究却很少。

训练飞行与航班运输的运行模式差别很大。无法直接套用经典的评估方法。现在,随着国内民航事业的快速发展,对飞行员的需求量快速上涨。这就导致各大飞行院校的飞行训练量也逐年递增,训练空域就变得越来越拥挤繁忙。因此,针对训练飞行空域容量的评估已经显得非常重要。

要得出适合于训练飞行空域的评估方法,就必须搞清楚其与航班运输之间的区别,总结出运行特点,综合已有的评估方法,针对训练飞行的特点,进行改进。然后找到一个具有典型特点的训练机场作为实例进行验证。

1 训练飞行的特点

训练飞行的特点可以总结为：在固定的空域和航线,按照规定的飞行方法,完成既定的训练科目。与航班运输相比较,最大的不同就是没有明显的进离场交通流,而是在划定的空域内和航线上做多机的、长时间的飞行活动。

训练飞行一般有相对比较固定的训练科目,类似于驾校学车时的“规定动作”。这些训练科目大致可以总结为以下几类：

1.1 本场训练 本场训练顾名思义,就是在训练机场空域内的训练,又可以细分为目视起落航线、空域科目、DME弧、仪表进近程序训练、仪表进离场程序训练、目视进离场程序训练等。

1.2 航行训练 航行训练指飞机沿着划定的航线和规定的高度飞行,到返航点后按照规定的方法返回机场。

1.3 转场训练 转场训练指飞机从一个机场起飞到另一个机场落地,然后再返回起飞机场。

1.4 其他科目 其他一些临时的训练科目。

2 容量评估方法

2.1 基于训练科目的容量上限 针对训练飞行的特点,可以看出,一场飞行训练是由若干个训练科目组成的。每个具体的训练科目有着自己相对固定的飞行方法或飞行轨迹。空域水平范围、空域垂直范围还有航线长度是有限的,那么在最小飞行间隔的约束下,基于每个训练科目就必然会有一个容量上限。

由于起落航线训练为目视自主跟进飞行且一般与其他科目在高度上无飞行冲突,所以本文不予考虑。除空域科目外,其他训练科目的飞行方法、最小水平间隔是固定的,一个飞行院校大部分机型可视为同速飞机,相当于多架飞机在一个划定的几何图形上以相同的速度、规定的最小水平间隔循环运行。这样每一个训练科目的最大容量就很容易计算。设该科目的飞行轨迹总长度为L,最小水平间隔为R,那么最大容量为[L/R],即对L/R的结果向下取整。

对于空域科目,是在已划定的子空域内进行相应的训练,一个子空域只允许一架飞机运行,因此空域科目的容量上限为已划定的子空域数量。

2.2 针对整个训练空域的容量评估 虽然得出了每个科目的最大容量,但是这并没有考虑他们之间的相互影响,整个训练空域的最大容量不能只是将其简单相加。每个科目之间的飞机存在互相穿插,进入和退出时也会与其他飞机产生冲突。要想量化这些影响就必须找到可量化的指标。众所周知,所有的管制指挥都必须通过陆空通话来实现,所以用通话时间来计算容量是一个可行的办法。美国FAA给出过一个简化的扇区容量的计算方法：

扇区容量值=(飞经扇区的平均时间(分钟)×60(秒))/36(秒)[2]

此处36秒表示指挥一架飞机在扇区内的飞行所需要的通话、操作设备等工作的平均时间。

经统计可以发现,对于一所飞行院校,每个机组每个飞行日在一个训练科目上所需要的时间是相对固定的,因此我们可以把飞经扇区的平均时间看做是每架飞机每天训练一个特定科目所需要的平均时间。这个在实际工作中用统计的方法可以很容易得出。对于36秒这项数据,我们空以看成指挥一架飞机在空域内飞行所需要的平均通话时间,这个也可以通过统计的方法得出。

2.3 总结 通过上述研究可以看出,针对训练飞行空域容量的评估必须同时考虑两个方面。一是针对每一个具体的训练科目有一个容量上限,另外整个训练空域也有一个容量上限,在运行过程中必须要同时考虑到这两个因素。

3 实例验证

在国内,最大的飞行院校为中国民用航空飞行学院,其下属的各大训练机场每年都有着相当的训练飞行量。其中,自贡基地近年来飞行量迅速攀升,其训练空域不论水平范围还是垂直范围也很大,具有一定的代表性。所以,本文选择飞行学院自贡基地为实例,对上述方法进行验证。

3.1 基于训练科目最大容量的验证 根据以上方法计算可得出以下结果：

(1)空域科目的最大容量为3架；

(2)航行训练的最大容量为3架；

(3)转场训练的最大容量为13架；

(4)仪表进近程序的最大容量为7架；

(5)DME弧的最大容量为12架。

3.2 训练空域容量评估的验证 通过统计得出：自贡基地每架飞机每个飞行日一个科目的平均飞行时间为2.5小时。每架飞机在每个2.5小时内平均需要通话65次,进入和退出通话5次,每次通话平均时间为7秒,那么指挥一架飞机在空域内飞行所需要的平均通话时间为490秒。套用FAA的公式计算可以得出,自贡基地训练空域最大容量为18架。

在相关的研究中,大家普遍认可管制员总精力的80%为一个安全运行的限制[3]。所以,自贡基地训练空域的容量警戒线为14架,最大可承受容量为18架。

4 结论

上述计算结果与实际运行情况基本相符,证明该评估方法可行。