朱志聰 何光勤

基于飛行程序的機場噪聲評估

朱志聰 何光勤

機場航空噪聲問題日益突出。通過研究國內(nèi)外的飛機噪聲評價指標，采用晝夜等效聲級代替原評價量，建立新的評價指標，采用分段法建立飛行程序評估模型。用此模型對德宏芒市改建后的機場跑道進行噪聲影響評估，并與實際測得的噪聲值比較。結論表明，新的指標確立的模型更加科學可靠，并對飛機程序噪聲評估研究有一定的現(xiàn)實意義。

我國進入20世紀以來，民航運輸業(yè)取得了巨大的發(fā)展，新建和改擴建了許多機場。隨著機場的增多，機場噪聲問題成為機場環(huán)境問題中一個最為突出的問題。噪聲問題對機場的可持續(xù)發(fā)展造成了很大的影響。近年來，國內(nèi)對機場噪聲的研究也越來越多，在新建和改擴建機場的時候，需要對機場噪聲的影響進行評價。

該文主要通過對國內(nèi)、外已經(jīng)提出的十幾種飛機噪聲評價指標進行全面的介紹和深入分析。采用新的評價指標，基于飛行程序設計出的飛行航跡，對飛機在該航跡上的產(chǎn)生的噪聲進行評估，構建出飛行程序噪聲評估模型。最后，用該模型對某機場擴建項目進行現(xiàn)狀評價。

飛機噪聲評價原理

機場噪聲評價量與控制標準

國內(nèi)現(xiàn)在主要使用國際民航組織推薦的計權等效連續(xù)感覺噪聲級（LWECPN）作為機場噪聲評價量，其表達式為：

其中：N1為晝間（07：00～19：00）的飛行架次數(shù)；

N2為晚間（19：00～22：00）的飛行架次數(shù)；

N3為夜間（22：00～07：00）的飛行架次數(shù)；為 N次飛行的有效感覺噪聲級的能量平均值，用下列公式計算：

該評價量使用計權等效連續(xù)感覺噪聲級計算機場一段時間內(nèi)的所有機型累積飛行事件的噪聲值，對夜間、晚上的飛行量進行了計權，同時考慮了飛機噪聲純音的修正，確定了飛機噪聲在評估點的平均效果。使用LEPN計算某種型別飛機在其中一次飛行時的產(chǎn)生的噪聲值，即單次噪聲的極大值。單純就機場噪聲評價來說，具有合理性。但該評價量也有明顯的缺點，即不方便直接測量，計算復雜，而且指標不能更好的理解和執(zhí)行。

我國的《聲環(huán)境質(zhì)量標準》采用的是晝間等效聲級Ld和夜間等效聲級Ln，與現(xiàn)行機場噪聲評價量LWECPN的標準數(shù)值有一定的差別，兩者之間不易換算，處于機場噪聲干擾的居民經(jīng)常把這兩者混為一談。同時查閱文獻資料可知，國外的機場大多采用作為標準的機場噪聲評價量。

因此我們可以根據(jù)機場噪聲特點和噪聲評價量的確定原則，采用晝夜等效聲級代替原評價量LWECPN。同時考慮到飛機運行特點，夜間加入10dB 的補償量后用一個單一評價量表示，這樣形式上更簡單，更容易計算。假設在滿足一定條件下（忽略純音修正，因此

的差值取決于時間段的劃分以及各時間段內(nèi)的飛行架次。

我國現(xiàn)行的機場噪聲控制標準由GB 9660-88確定，該標準用于評價特定活動對特定區(qū)域內(nèi)敏感目標的影響，它規(guī)定一類區(qū)域（文教區(qū)、特定住宅區(qū)、居住區(qū)）執(zhí)行LWECPN≤70dB的標準；除一類區(qū)域外的生活區(qū)執(zhí)行LWECPN≤75dB的標準。

飛行程序噪聲評估模型

儀表飛行程序是為航空器運行規(guī)定的在機場內(nèi)按一定的順序進行一系列的航跡飛行，其目的是保證航空器在進離場和進近階段的安全和順暢，并提高經(jīng)濟效益。機場噪聲主要由航空器的飛行噪聲構成，同時機場噪聲是由多個噪聲事件共同組成。所以，要建立機場飛行程序噪聲的評估模型，計算其噪聲值并與實際監(jiān)測的數(shù)值比較。模型的建立主要有分段法、仿真法、和最靠近點法。

在飛行程序設計時需要建立合適的直角坐標系，獲得飛機與評估點的相對位置關系。假設以跑道入口的中點為原點，x軸與跑道中線延長線一致，跑道入口前x值為正值，入口之后為負值；y軸過原點與x軸垂直，在進近航跡的右側為正值，左側為負值；z軸為過原點的豎軸，以入口標高為零，高于入口平面時z值為正值。沿 x 軸坐標從-10000至10000每隔200m，y軸坐標從-2000至2000每隔100m設置一個評估點。評估點的坐標用飛行程序設計建立的直角坐標系表示，可以得到該點的方位與高度信息。因此該點的斜距D可以用公式表示：式中：θ為飛機爬升或降落時與地面所成的角度。

噪聲值的計算主要由航空器噪聲特性（ANP）數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)，包括進離場數(shù)據(jù)，各機型的性能數(shù)據(jù)，噪聲特性數(shù)據(jù)（Noise Performance Data，NPD）等。噪聲特性數(shù)據(jù)及各機型性能數(shù)據(jù)要求按照基準條件給出。并根據(jù)《國際民用航空公約》的附件16提供的各機型飛機允許噪聲標準（如表2所示），建立飛機航跡和噪聲之間的關系式：LEPNi=αi+βi?Di。其中LEPNi表示有效感覺噪聲值，αi，βi表示噪聲距離特征系數(shù)，Di表示航跡點i的斜距。

最后我們采用分段法，對飛行程序設計出的航跡進行分段，結合不同機型，提取該航跡的速度、高度、距離信息，并確定斜距D，再通過NPD得出的數(shù)據(jù)來計算在非均勻航跡下評估點的噪聲值。計算飛行程序產(chǎn)生的噪聲，航跡是由多個連續(xù)的直線段構成，單事件中的最大噪聲級就是各直線分段噪聲級的最大值；對于整個噪聲時間的累積噪聲級可有各分段噪聲級累加得到。從而建立了飛行程序噪聲評估模型，并進行噪聲影響評價和比較。

表2　飛機允許噪聲標準

表3　預測和實測結果比較（） 單位： dB

表3　預測和實測結果比較（） 單位： dB

評估點1 2 3 4 5 6 7 8周平均實測結果88.6 83.7 81 68.1 67.4 81.5 80.8 84.9當天實測結果87.5 81.6 79.5 69.7 68.6 81.5 78.4 85.2 LWECPN評估值97 92 86 79 76 91.2 88 91評估值84 79 73 66 63 78.2 75 78

圖1　德宏芒市RWY23 離場程序設計

圖2　德宏芒市RWY23 離場程序保護區(qū)設計

德宏芒市機場噪聲評估

德宏芒市機場基礎數(shù)據(jù)

芒市機場位于德宏芒市的西南角，距芒市廣場大概6.6km，跑道長度為2200m，方向為05/23。機場海拔為877m。在機場周圍5km以外均為山區(qū)，地勢起伏較大。機場磁方位72°、40km處有座大雪山，在航站區(qū)域內(nèi)，標高3001m。機場西南方向凈空較好，因此，23離場為主要離場方式。對德宏芒市機場某一日所有離場航班起飛架次和使用機型統(tǒng)計如表1所示：

表1　

芒市機場23離場飛行程序及保護區(qū)設計

近年來芒市機場發(fā)展很快，需要對機場進行改擴建。修改后的23跑道儀表離場程序如圖1所示。描述如下：從RWY23跑道末端離場，飛至D3.5LUM，右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向芒市VOR/DME臺，過臺高度1800m以上。爬升梯度：由于受西南方高山影響，起飛和轉(zhuǎn)彎為4.8％，過臺后為3.8％。速度限制：350KM/H。

根據(jù)德宏芒市機場改建項目，我們可以得到南延后23跑道傳統(tǒng)離場的航跡，然后畫出23跑道傳統(tǒng)離場保護區(qū)圖，通過離場坡度可以得到23離場的垂直剖面數(shù)據(jù)。保護區(qū)內(nèi)部就是航空器可能出現(xiàn)的區(qū)域，出現(xiàn)幾率逐漸向外遞減。用建立的飛行程序評估模型對該機場的進行評估，將評估所得結果與飛機噪聲現(xiàn)狀監(jiān)測值進行比較（ 如表3所示） ， 結果證明評估結果與監(jiān)測值更接近。

小結

通過對國內(nèi)、外的飛機噪聲評價指標進行介紹和分析，深入研究我國使用的機場噪聲評價指標LWECPN，根據(jù)機場噪聲特點和噪聲評價量的確定原則，采用晝夜等效聲級代替原評價量LWECPN。然后用航跡分段的方法建立飛行程序評估模型。以德宏芒市機場改建后的跑道進行噪聲評估，通過比較可知，采用新的指標預測到的噪聲值與實際調(diào)查的結果吻合度更好。采用新的評價指標，能夠更直觀地反映飛機噪聲大小及影響程度。基于飛行程序建立機場噪聲模型對于機場噪聲研究具有一定的實際價值和指導意義。同時，需要進一步根據(jù)噪聲的評估結果和機場的實際情況，采取減噪程序、區(qū)域?qū)Ш健⑼恋乩玫却胧?，改善機場的噪聲狀況。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.24.012