多跑道“双目”运行在乌鲁木齐机场的应用分析

多跑道“双目”运行在乌鲁木齐机场的应用分析

唐明成

（中国民航新疆空中交通管理局空管中心新疆乌鲁木齐830016）

摘要：本文分析了目视间隔和目视进近在乌鲁木齐机场多跑道运行后对提高跑道容量，提升运行效率，增加安全运行保证方面的巨大作用。此后通过Reich模型理论，验证了地窝堡机场窄距跑道使用目视进近的安全性。同时也提出了相关具体运行风险分析，做出了相应建议。希望此文能对乌鲁木齐机场多跑道运行后，“双目”应用有所帮助。

关键词：多跑道；双目；乌鲁木齐机场

1乌鲁木齐地窝堡机场新增跑道情况

根据建设项目规划，乌鲁木齐机场工程包括：飞行区等级指标4F，在现有跑道（第一跑道）北侧1830米处新建长3600米、宽60米的第二跑道，双向设置I类精密进近系统；在第二跑道北侧380米处新建长3200宽60米的第三跑道，主降方向设置III类精密进近系统，次降方向设置I类精密进近系统。在现跑道北侧规划两条E类平行滑行道，在第二跑道南侧规划两条F类平行滑行道，在第二和第三跑道之间设置一条F类平行滑行道。第一跑道和第二跑道之间规划新建3组共7条垂直联络滑行道，新建第三跑道两端南侧各规划3条快速出口滑行道，在新建第二跑道两段南侧各规划1条快速出口滑行道，现跑道两端北侧各规划3条快速出口滑行道。

2乌鲁木齐机场多跑道双目应用分析

2.1平行仪表运行

对于一个实际机场运行来说，单跑道容量，是在起降的量达到相对均衡的时候能够达到最大值，也就是说落地一个，起飞一个的时候。由于单跑道模式下，起飞飞机和落地飞机使用同一跑道，所以两个落地飞机之间必须拉开足够的间隔（时间），以保证前机落地后，起飞飞机有充足的时间进入跑道起飞，这个间隔各个机场不同，一般可以简单的理解为落地的前机接地，落地的后机距离前机12公里，那么起飞飞机就有充足的时间来起飞。注意，这里只是一个粗略的理解，考虑到实际情况有重型机起飞，重型机落地，或者湿跑道之类的情况需要适当拉大五边间隔，我们在粗略统计的时候把这个因素考虑进去的话，平均下来，单跑道，大概落地前机接地，后机距离它13公里左右，可以起飞一个飞机。那么再来看窄距跑道的粗略容量：由于两条跑道之间窄距，所以这两条跑道在运行中只能看做是一条跑道，和单跑道不同的是，由于多了一条跑道（虽然是窄距），在窄距跑道中，前机接地，后机距离前机大概10公里就可以在另外一条跑道起飞一个飞机了。综合单跑道的13公里和窄距跑道的10公里，可以粗略的得出窄距跑道（两条）的容量大概是单跑道的13/10=1.3倍。

2.2目视运行

根据中国民航规定，平行跑道上可以实施目视进近。

当航空器在跑道间距小于760米的平行跑道上实施目视进近时，应遵循下列程序：

a.为相邻跑道进近的航空器之间配备符合规定的水平、垂直间隔，除非航空器驾驶员报告目视看到相邻跑道进行目视或者仪表进近的航空器并保持目视间隔；

b.当后机为重型航空器、B-757或者后机的尾流等级大于相邻跑道上的前机时，管制员应当要求后机驾驶员保持目视间隔，并不得超越相邻跑道上的前机，避免尾流影响。

当航空器在跑道间距大于或者等于1310米的平行跑道上实施目视进近时，应遵循下列程序：

a.为相邻跑道进近的航空器之间配备符合规定的水平、垂直或者目视间隔，直到其中一架航空器获得并接受了管制员颁发的目视进近许可。

b.当目视进近航空器与相邻跑道上进近的航空器航迹保持不交叉时，管制员无须为它们配备任何间隔。

实施目视进近时，由于航空器不必完成整个仪表进近程序落地，进场着陆更加灵活。管制员可以根据调配的需要，指示第g个进场航空器跟随第a个航空器落地，提升运行效率。实施目视间隔和进近是通过间隔委托的心事，将保持间隔的责任授权给驾驶员。由于雷达管制员不需要监督相关航空器之间的间隔距离，从而减少了路孔无线电通话量，进而降低了管制员的工作符合，然后雷达管制员将有更充足的精力来分析航空器机型、设备、最佳排序等以便提升总体运行效率，同时也增加了驾驶员对于空中交通参与度，提升了安全保障。

3目视进近条件下的碰撞风险评估模型

3.1三维碰撞模型的构造

三维碰撞是一个空间的概念,即将飞机的碰撞投射到空间直角坐标系的X轴、Y轴、Z轴三个方向上,分别进行碰撞分析。若两架飞机在目视间隔与目视进近的运行中发生碰撞,必然是X、Y、Z三个方向上同时发生碰撞,本文考虑了目视误差和速度等客观误差的因素,并假设三个方向上的碰撞风险是相互独立的,那么由于这些误差所导致的碰撞风险模型是:

Pn=PX×PY×PZ

考虑到民航飞机的机身都属于不规则构型,在进行模型构建时,本文将采用Reich碰撞模型的思路将飞机抽象成为一个长方体,然后再对飞机的碰撞进行研究。飞机的翼展长度w、机身长度l、机身高度h对应投射到空间直角坐标系的X轴、Y轴、Z轴。再结合Reich碰撞模型,两架飞机在X、Y、Z三个方向的碰撞临界值dx、dy、dz分别定义为:

3.2仿真计算

地窝堡国际机场二三跑道属于窄距平行跑道,其间距380米,仿真计算将以较为常见的B737-800机型为例,计算两架B737-800型飞机在目视间隔的条件下进行平行进近时的碰撞风险概率。

X轴方向的碰撞计算:在目视平行进近过程中,由于两机的期望航迹是沿跑道中心线延长线,故此处可以视为ds值即为跑道间距380米。在两机沿各自跑道中心线目视进近时,后机2以前机1为目视参考,这里可以设为μ1=0,由于目视误差导致的后机2偏离中心线的距离最大为190米,则μ2=190。那么,μc=ds-|μ1-μ2|=190。目视误差所导致的飞偏离航线中心的方差为:σ1=σ2=3。经计算可得X轴方向的碰撞概率:

PX=dx=4.8949×10-5

Y轴方向的碰撞计算:两飞机窄距平行跑道进行目视间隔与目视进近时,根据民航局规章规定,后机不能对前机进行超越。由中国民航局规章中的飞行一般规则可取飞机1、2偏离Y轴方向的标准加速度均值为as1=0,as2=0,Y轴方向的加速度最大均方差σS1=σS2=1.27,中型机的尾流消散时间为2分钟。经计算可得Y轴方向的碰撞概率:

PY=dx=8.4853×10-5

Z轴方向的碰撞结果:考虑到管制员在放行两机同时平行目视进近之前已为其配置300米以上的垂直间隔,DZS取最小值300米。由于假设前机1为后机2的参考,故前机1不存在目视误差μ1=0,后机2的目视误差取μ2=±300米。由垂直目视误差所引起的误差的均值大小为:

μZS=dZS+|μ1-μZ|=300+|0-300|=600米飞机的目视误差的均方差一般取为:σZ1=σZ2=50米，两机达到参考点位置的时间取中型机间的最小尾流间隔2分钟,故可算出两机目视间隔条件下进近的均方差为σZ=51.1019。

PZ=dx=6.8298×10-5

由碰撞风险模型可得目视间隔条件下纵向、侧向、垂直方向上碰撞概率为:Pn=PX×PY×PZ=2.8367×10-13

从碰撞风险的计算结果可以得出以下结论:以两机中型机(B737-800)为例,在近距平行跑道条件下实施目视间隔与目视进近,那么两机相撞的概率为2.8367×10-13,该值小于国际民航组织9689号文件规定的安全目标等级(TLS)的数值5.0×10-9,由此可证明在考虑到X、Y、Z三个方向的主要误差后,采用目视间隔的方式在近距平行跑道平行进近时,可以满足飞行安全要求。

参考文献：

[1]王楠，杨洪儒.1997-2013年乌鲁木齐机场跑道视程与低能见度特征对比分析[J].科技创新与应用，2016（24）.

[2]陈建伟.区域导航技术在乌鲁木齐机场的应用[J].空中交通管理，2011（2）：14-16.

作者简介：唐明成（1987-）男，汉族新疆人，本科学历，助理工程师，从事民航空中交通管制员工作。