1. 中国民用航空飞行学院 四川广汉 618307 2. 民航西南空中交通管理局重庆分局 重庆 401120
摘 要：文章首先介绍了国际民航组织（ICAO）、欧控（EUROCONTROL）、美国联邦航空局（FAA）、中国民用航空局（CAAC）的尾流间隔标准和航空器尾流重新分类（Re-categorization, RECAT）标准，其次，建立跑道运行效率评估模型，采集的重庆江北机场某日实际运行数据，然后根据所建立模型计算分析了RECAT-CN、RECAT-EU、RECAT1.5及联合的尾流间隔标准（Consolidated Wake Turbulence, CWT）对跑道运行效率的影响，研究结果表明相较于现行尾流间隔，RECAT标准能缩减航空器的平均尾流间隔、提高跑道运行效率。
关键词：尾流间隔；尾流重新分类；跑道运行效率
ICAO现行的航空器尾流间隔标准自上世纪70年代实施以来，并未进行过大的修订。受限于当时的技术条件，该标准显得相对较粗略与保守。随着民用航空运输量持续增加，其在一定程度上限制了繁忙机场的跑道容量，加重了航班的延误。将现行尾流间隔标准进行缩减与优化，精准地把握航空器尾流间隔，对提升民航运行安全与效率具有重要意义。RECAT技术成为民航业研究的一个重要方向。
经过数年的研究与论证，FAA与EUROCONTROL分别出台了各自的RECAT标准，并进行持续研究，以期对所有航空器之间建立实时的、动态的尾流间隔。
ICAO将RECAT分为三个发展阶段：第一阶段，将当前ICAO的尾流间隔标准优化为6类；第二阶段，使用静态的配对机制来代替尾流间隔分类，每个飞机对之间配备合适的最小尾流间隔；第三阶段，动态尾流间隔，根据飞机重量、大气条件等实际参数来实时确定航空器的最小尾流间隔Error: Reference source not found。2016年ICAO发布了最新一版的2016-2030年全球空中航行计划和航空系统组块升级计划（ASBU），将RECAT分为3个组块： 组块0（B0-WAKE）通过优化尾流间隔优化跑道吞吐量；组块1(B1-WAKE)通过动态尾流间隔提高跑道吞吐量；组块2(B2-WAKE)应用基于时间的尾流最低间隔标准（Time Based Separation, TBS）Error: Reference source not found。
近几年，我国也加快了对尾流间隔缩减相关课题的研究与实验，在充分研究欧美RECAT可行性与安全性的基础上，结合国内外运行经验及国内民航运行特点，拟定了中国的尾流重新分类标准（RECAT-CN），并于2019年12月5日在深圳、广州机场正式开始试验运行[3-5]。
目前大多数ICAO成员国均采用ICAO Doc 4444文件中的尾流间隔标准；我国目前使用的尾流间隔标准依据是《民用航空空中交通管理规则》（CCAR-93-R5），航空器尾流等级分类与ICAO的标准相一致，航空器按最大起飞重量（MTOW）分为重型、中型、轻型三类（见表1），并将A380-800型航空器尾流间隔的指导意见融入规章Error: Reference source not found（见表2）。该标准对航空器的分类较为粗略，间隔是根据各类别中最坏的情形确定的，在很多情况下，间隔配备相对保守，随着民航业快速发展，渐渐无法满足实际运行需求。
表1我国现行航空器尾流等级分类
机型分类 | 最大起飞重量（MTOW）/kg |
重型（H） | MTOW≥136 000 |
中型（M） | 7 000＜MTOW＜136 000 |
轻型（L） | MTOW≤7 000 |
表2 我国现行尾流间隔标准
后机 前机 | A380 | H | M | L |
A380 | MRS | 11.1km（6NM） | 13.0km（7NM） | 14.8km（8NM） |
H/ B757 | MRS | 7.4km（4 NM） | 9.3km（5NM） | 11.1km（6NM） |
M | MRS | MRS | MRS | 9.3km（5NM） |
L | MRS | MRS | MRS | MRS |
注：MRS表示最小雷达间隔，取6km
EUROCONTROL于2015年7月正式发布RECAT-EU标准Error: Reference source not found，该标准在原分类的基础上，将航空器按最大起飞重量和翼展细分为六类（见表3）并配备新的尾流间隔（见表4），该分类下航空器的机型举例如表5所示：
表3 RECAT-EU航空器尾流分类标准
最大起飞重量 | ＞100吨 | 15～100吨 | ＜15吨 | ||||
翼展 | 72～80m | 60～72m | 52～60m | ＜52m | ＞32m | ＜32m | - |
类别 | A | B | * | C | D | E | F |
注：*表示需分析后再归入B或C类
表4 EUROCONTROL尾流间隔标准RECAT-EU (单位：NM)
后机 前机 | A | B | C | D | E | F |
A | 3 | 4 | 5 | 5 | 6 | 8 |
B | MSR | 3 | 4 | 4 | 5 | 7 |
C | MSR | MSR | 3 | 3 | 4 | 6 |
D | MSR | MSR | MSR | MSR | MSR | 5 |
E | MSR | MSR | MSR | MSR | MSR | 4 |
F | MSR | MSR | MSR | MSR | MSR | 3 |
注：MSR表示最小雷达尾流间隔，取3NM或2.5NM(需符合ICAO DOC4444相应规定)
FAA目前正在生效的尾流重新分类标准为 RECAT1.5和联合的尾流间隔标准（Consolidated Wake Turbulence, CWT）。RECAT1.5将航空器分为A-F六类，在最大起飞重量（MTOW）的基础上根据翼展（WS）的大小进一步细化分类，如表5所示，与之对应的尾流间隔标准如表6所示[8-9]：
表5 FAA机型分类标准RECAT1.5
类别 | MTOW/klb | WS/ft |
A | ≥300 | ＞245 |
B | ≥300 | 175~245 |
C | ≥300 | 125~175 |
D | ＜300 | 125~175 |
＞41 | 90~125 | |
E | ＞41 | 65~90 |
F | ≤41 | ≤125 |
≤15.5 | - |
表6 RECAT 1.5间隔标准（进近）(单位：NM)
后机 前机 | A | B | C | D | E | F |
A | MRS | 5 | 6 | 7 | 7 | 8 |
B | MRS | 3 | 4 | 5 | 5 | 7 |
C | MRS | MRS | MRS | 3.5 | 3.5 | 6 |
D | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | 4 |
E | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS |
F | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS |
注：MRS表示最小雷达尾流间隔，取3NM或2.5NM(需符合ICAO DOC4444相应规定)
CWT标准将航空器分为A-I九类并为各类航空器之间配备尾流间隔，具体分类如表7所示，对应的尾流间隔标准如表8所示[10-12]：
表7 CWT机型分类标准
类别 | 机型举例 | ||||||||
A | Super | A388 | |||||||
B | Upper Heavy | A332 | A333 | A343 | A345 | A346 | A359 | B742 | B744 |
C | Lower Heavy | A306 | A30B | A310 | B762 | B763 | B764 | C17 | DC10 |
D | Non-Pairwise Heavy | A124 | A339 | A342 | A3ST | A400 | A50 | AN22 | B1 |
DC85 | DC86 | DC87 | E3CF | E3TF | E6 | E767 | IL62 | ||
E | B757 | B752 | B753 | ||||||
F | Upper Large | A318 | A319 | A320 | A321 | B712 | B721 | B722 | 732 |
C130 | C30J | CVLT | DC93 | DC95 | DH8D | E190 | GL5T | ||
G | Lower Large | AT43 | AT72 | GL60 | CRJ1 | CRJ2 | CRJ7 | CRJ9 | CRJX |
E170 | E45X | E75L | E75S | F16 | F18H | F18S | F900 | ||
H | Upper Small | ASTR | B190 | BE40 | B350 | C560 | C56X | C680 | C750 |
I | Lower Small | BE10 | BE20 | BE58 | BE99 | C208 | C210 | C25A | C25B |
表8 CWT间隔标准（进近）（单位：
NM）
后机 前机 | A | B | C | D | E | F | G | H | I |
A | MRS | 4.5 | 6 | 6 | 7 | 7 | 7 | 7 | 8 |
B | MRS | 3 | 4 | 4 | 5 | 5 | 5 | 5 | 6 |
C | MRS | MRS | MRS | MRS | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 5 | 6 |
D | MRS | 3 | 4 | 4 | 5 | 5 | 5 | 6 | 6 |
E | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | 4 |
F | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | 4 |
G | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS |
H | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS |
I | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS |
注：MRS表示最小雷达尾流间隔，取3NM或2.5NM(需符合ICAO DOC4444相应规定)
中国民航于2019年拟定了符合中国实际运行需要的 RECAT-CN标准Error: Reference source not found。根据中国繁忙机场的交通流特点，RECAT-CN将航空器尾流等级按照最大起飞重量和翼展大小分为超级重型机(J)、重型机(B)、一般重型机(C)、中型机(M)、轻型机(L)等五类。该标准将现有的重型机（H）按不同翼展大小再细分为两类，其他与现行的标准保持一致，具体分类如表9所示。RECAT-CN的尾流间隔标准如表10所示。
表9 CAAC机型分类标准RECAT-CN
类别 | MTOW | WS | 典型机型 |
J | ≥136吨 | ≥75米 | A380 |
B | ≥136吨 | 54～75米 | A332、A333、A346、A343、A350、B744、B787、B773/B772等 |
C | ≥136吨 | ≤54米 | A300、B762、B763等 |
M | 7～136吨 | - | B737、A320、CRJ9、E190等 CCAR-93-R5 |
L | ≤7吨 | - | Y-5、Y-12、TB20等 CCAR-93-R5 |
表10 RECAT-CN尾流间隔标准（单位：KM）
后机 前机 | J | B | C | M | L |
J | MRS | 9.3 | 11.1 | 13 | 14.8 |
B | MRS | 5.6 | 7.4 | 9.3 | 13 |
C | MRS | MRS | MRS | 6.5 | 11.1 |
M | MRS | MRS | MRS | MRS | 9.3 |
L | MRS | MRS | MRS | MRS | MRS |
注：MRS表示最小雷达尾流间隔，取6km
民航的运行效率一般是指航空器可以安全有序运行、不产生不必要的延误的能力。跑道运行效率则是民航运行效率的体现之一。离场航空器从滑出机位，滑行到跑道外，再进入跑道，滑跑起飞，进场航空器从占用跑道，到安全着陆，再脱离跑道滑到停机位，整个过程环环相扣，如果其中一个环节出现偏差，就会降低运行效率，造成一定的延误。跑道的运行效率通常用单位时间内跑道的起降架次来衡量，起降架次越多，跑道运行效率当然越高，反之，跑道运行效率就越低。在实际运行过程中，单位时间内的起降架次受多种因素的影响，如：航空器尾流间隔要求，进离场程序的设计，管制员的能力水平、工作负荷，气象条件等多种因素。在正常运行情况下，航空器的尾流间隔是制约跑道运行效率的首要因素。尾流间隔要求越小，航空器就会排得越紧密，在航空器的进离场过程中，每类航空器的离场速度和最后进近速度一般是固定在某个范围内，当速度一定时，间隔要求越小，单位时间内的进离场架次就会越多，跑道运行效率就越高。
分析RECAT对跑道运行效率的影响，就是要分析采用RECAT间隔标准后，跑道运行效率的变化情况。跑道运行效率是一个抽象的概念，要对比跑道运行效率的变化，首先要将跑道运行效率量化，然后用RECAT间隔标准后的跑道运行效率比上RECAT前的运行效率，比值大于1，则说明运行效率有所提升，比值小于1，则说明运行效率下降了。将所得结果进一步计算和分析，就能得出实施RECAT尾流间隔标准后跑道运行效率的具体变化情况。
RECAT技术主要是针对航空器尾流间隔而提出的新的运行标准，于是考虑从尾流间隔入手对跑道运行效率进行量化，RECAT标准将航空器重新分类，缩减了部分航空器之间的尾流间隔，间隔的缩减情况和运行效率的变化情况具有相关性，单位时间内航空器起降架次受航空器平均占用跑道时间的影响。考虑引入间隔缩减率，跑道占用时间等指标推导出航空器尾流间隔与跑道容量之间的关系，就能得到尾流间隔标准与跑道运行效率之间的关系，再结合不同尾流间隔标准，计算分析RECAT对跑道运行效率的影响。
跑道容量是机场跑道系统为飞机提供服务的最大能力，即在连续服务请求且遵守空中交通管制规定的情况下，机场跑道体系在单位时间内能够容纳的最大运行架次数。一般用所有的航空器平均加权服务时间的倒数表示，最大容量不考虑航班延误或其他特殊情况，并假定有持续的跑道服务需求。
（2-1）
式中符号含义如下：
C：跑道容量
E(T)：跑道平均服务时间
在《民用航空空中交通管理规则》（CCAR-93-R5）之前，着陆指令需满足“距着陆接地点至少4 000m发布落地许可”的条件，限制了后随航空器的持续跟进，最新的CCAR-93-R5中规定，采用6公里雷达间隔标准且连续提供进近雷达管制服务满3年的，可以不满足上述的4公里要求，但需要满足一定的限制条件保证航空器的安全。在这样的条件下，因为前行着陆航空器未脱离跑道引起的后机复飞事件的概率大大降低，正常情况下，后机不会受前机是否脱离的影响进行正常着陆。基于此，单位小时内着陆航空器平均服务时间就等于两机最小时间间隔。
（2-2）
（2-3）
式中符号含义如下：
E(D)：平均尾流间隔
E(V) ：航空器平均最后进近速度
Pij：前后机分别为
ij的组合概率
：前后机分别为ij的最小尾流间隔
平均尾流间隔越小，说明同样大小的空域能容纳的航空器数量越多，相同数量、相同机型比例的航空器排队进场或离场的队长也就越短，同等条件下航空器进离场需要花费时间就越短，则此时的运行效率越高，反之，航空器的运行效率越低。
根据跑道容量模型，建立运行效率对比模型。
（2-4）
式中符号含义如下：
:运行效率比值
：RECAT尾流间隔标准的跑道容量
：现行尾流间隔标准的跑道容量
：RECAT尾流间隔标准的平均最后进近速度
：现行尾流间隔标准的平均最后进近速度
：RECAT尾流间隔标准的平均尾流间隔
：现行尾流间隔标准的平均尾流间隔
在机型种类和数量相同时，不同标准下的平均最后进近速度是相同的，即
，则
（2-5）
若F大于1，说明使用RECAT尾流间隔的运行效率比现行尾流间隔标准下的运行效率高；若F小于1，说明使用RECAT尾流间隔的运行效率比现行尾流间隔标准下的运行效率低；若F等于1，说明两者的运行效率相同。
选取重庆江北机场2019年8月18日0-24时的各个机型的航空器实际运行数据为计算依据，部分航班数据表如表11，具体架次统计如图1。
表11 部分航班数据
航班号 | 实际到达时间 | 机型 |
G52638 | 00:02 | A320 |
PN6378 | 00:04 | A320 |
… | … | … |
ZH9421 | 09:14 | B739 |
CZ8048 | 09:31 | A320 |
… | … | … |
CZ8166 | 15:03 | A319 |
MF8482 | 15:37 | B737 |
… | … | … |
SC4732 | 23:52 | B738 |
ZH9431 | 23:55 | B738 |
图1 机型架次统计图
根据不同的航空器尾流分类标准，将统计数据中的航空器进行分类，并统计各类航空器的比例，结果如表12所示，对各类机型按不同标准分类统计，结果如表13所示。
表12 机型分类及所占比例
机型分类 | CCAR-93-R5 | RECAT-EU | RECAT-CN | FAA RECAT1.5 | FAA RECAT2.0 | 所占比例 |
A319 | M | D | M | D | F | 9.94% |
A320 | M | D | M | D | F | 36.93% |
A321 | M | D | M | D | F | 8.64% |
B737 | M | D | M | D | F | 5.40% |
B738 | M | D | M | D | F | 28.29% |
B739 | M | D | M | D | F | 0.86% |
A332 | H | B | B | B | B | 1.51% |
A333 | H | B | B | B | B | 1.51% |
B788 | H | B | B | B | B | 0.43% |
B789 | H | B | B | B | B | 2.16% |
CRJ9 | M | E | M | E | G | 3.89% |
E190 | M | E | M | D | F | 0.43% |
表13 不同标准下航空器类别及比例
CCAR-93-R5 | RECAT-EU | RECAT-CN | FAA RECAT1.5 | FAA CWT | |||||
H | 5.62% | B | 5.62% | B | 5.62% | B | 5.62% | B | 5.62% |
M | 94.38% | D | 90.06% | M | 94.38% | D | 90.50% | G | 3.89% |
E | 4.32% | E | 3.89% | F | 90.50% | ||||
根据所建立的的运行效率评估模型以及统计数据，计算分析使用不同RECAT间隔标准时的航空器运行效率变化情况。
在大样本数据下，我们可以将航空器的降落频率当作此类型航空器到达的概率。各类型航空器等概率作为前行航空器或者后随航空器，并采用“先到达，先服务”的原则对所有进场航空器进行排序，基于此，制作不同标准下前后机组合离散型联合概率密度表，如表14到18所示：
表14 CCAR-93-R5尾流标准联合概率密度表
后机 前机 | H | M | |
H | 0.3158% | 5.3042% | 5.62% |
M | 5.3042% | 89.075844% | 94.38% |
| 5.62% | 94.38% | 100% |
表15 RECAT-EU尾流标准联合概率密度表
后机 前机 | B | D | E | |
B | 0.3158% | 5.0614% | 0.2428% | 5.62% |
D | 5.0614% | 81.1080% | 3.8906% | 90.06% |
E | 0.2428% | 3.8906% | 0.1866% | 4.32% |
| 5.62% | 90.06% | 4.32% | 100 % |
表16 RECAT-CN尾流标准联合概率密度表
后机 前机 | B | M | |
B | 0.3158% | 5.3042% | 5.62% |
M | 5.3042% | 89.075844% | 94.38% |
| 5.62% | 94.38% | 100.00% |
表17 FAA RECAT1.5尾流标准联合概率密度表
后机 前机 | B | D | E | |
B | 0.3158% | 5.0861% | 0.2186% | 5.62% |
D | 5.0861% | 81.9025% | 3.5205% | 90.51% |
E | 0.2186% | 3.5205% | 0.1513% | 3.89% |
| 5.62% | 90.51% | 3.89% | 100 % |
表18 FAA RECAT2.0尾流标准联合概率密度表
后机 前机 | B | F | G | |
B | 0.3158% | 5.0861% | 0.2186% | 5.62% |
F | 5.0861% | 81.9025% | 3.5205% | 90.51% |
G | 0.2186% | 3.5205% | 0.1513% | 3.89% |
| 5.62% | 90.51% | 3.89% | 100 % |
根据表14至表18的联合密度概率表以及运行效率评估对比模型，计算对应标准下的运行效率比值和平均尾流间隔，结果如表19所示：
表19 不同标准的E(D)和F值
标准分类 | CAAC | RECAT-EU | RECAT-CN | RECAT1.5 | RECAT2.0 |
| 6.1795 | 4.7848 | 6.1738 | 4.8795 | 4.8795 |
F | 1 | 1.2915 | 1.0009 | 1.2664 | 1.2664 |
跑道容量提升率 | - | 29.15% | 0.09% | 26.64% | 26.64% |
从表中结果可以看出，使用RECAT间隔标准的F值都大于1，说明采用RECAT尾流间隔标准能提升跑道运行效率。与我国现行的尾流间隔标准相比，使用EUROCONTROL的RECAT-EU标准，FAA的RECAT1.5及CWT标准的运行效率比值较大，均超过1.25，平均尾流间隔缩减程度较大，都在百分之二十以上，说明在这几种尾流重新分类标准下，运行效率提升效果较为明显；使用我国的RECAT-CN标准运行效率比值为1.0009，跑道容量提升率0.09%，说明在统计数据中的机型比例条件下RECAT-CN标准对重庆江北机场的跑道运行效率提升不明显。
研究表明，使用RECAT-EU、FAA RECAT1.5、FAA CWT尾流间隔标准和我国现行尾流间隔标准相比，90%以上航空器组合的尾流间隔都能进行不同程度的缩减，使用RECAT-CN尾流间隔标准时，部分重型航空器之间最小尾流间隔要求会有所降低，进而提高跑道运行效率，但统计数据中重庆江北机场运行的重型航空器比例较低，仅5.62%，前后机型组合后尾流间隔降低的联合概率密度较低，其余90%以上的航空器组合都与未使用尾流重新分类标准前的间隔保持一致，最终导致RECAT-CN标准下尾流间隔缩减率低、跑道运行效率提升不明显，随着重型机的比例提高，RECAT-CN对跑道运行效率的提升会增大。
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基金项目：国家自然科学基金联合基金（U1733203）;民航安全能力建设项目（TM2019-16-1/3）
作者简介：左青海（1993-），男，湖北省孝感市，硕士研究生，助教，从事空中交通管理工作。
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（km）