雷明潔 楊 珂
中國民航大學
基于大氣消減的民用機場布局規(guī)劃研究
雷明潔 楊 珂
中國民航大學
通過對民用機場布局規(guī)劃的基礎研究,針對風對航空器起飛著陸的影響分析,計算風力作用下跑道方向的選擇原則。通過目測法及解析法的應用分析,確定研究跑道方向的方法。最后,總結基于大氣消減下機場布局規(guī)劃的基本原則。
機場布局;跑道方向;風保障率
民用機場作為飛機活動的主要場所,主要為航空器起飛、著陸、滑行、停放提供場地,同時為地面服務保障設施及其他設施活動提供空間。首先,從機場方面考慮,機場位置的選擇往往主要考慮到滿足凈空要求;其次,機場總體規(guī)劃主要包括飛行區(qū)、旅客航站樓、貨運區(qū)、機務維修設施、供油設施、空中交通管制設施、安全保衛(wèi)設施、救援和消防設施、行政辦公區(qū)、生活區(qū)、生產輔助和后勤保障設施、地面交通設施等。[1]因此,通過以下方面進行改善規(guī)劃可以達到大氣消減的效果。
(1)機場位置。主要是根據(jù)不同地形地勢的大氣環(huán)境分析,選擇氣壓,氣溫,濕度,風向風速,云狀云量,能見度等進行綜合分析,從而選擇更利用污染物擴散稀釋的位置。
(2)跑道方向。主要是根據(jù)當?shù)卮髿猸h(huán)境確定跑道方向,一方面保證起降時風速的最大利用率,可以減少燃油消耗,從而降低污染物的排放量;另一方面,最大風保障率方向下的污染物在擴散過程中更易擴散。
本文針對風對航空器起飛著陸的影響進行風力計算分析。主要是通過計算風保障率確定機場跑道方位。一方面,航空器在側風作用下著陸時,受側風影響偏移跑道,側風較大無法修正時,必須停止飛行活動。[2]另一方面,順風情況使得航空器起降時所需的跑道長度增長,不利于航空器飛行安全,設計時應采取無風條件。因此跑道方向的選擇上,應了解當?shù)厝觑L向及風速的分布情況,通過計算機場風保障率,選擇最有利于航空器起降的方向為跑道方向。
風保障率,實質上就是風保障率計算圖中來兩條最大許可側風分解平行線ab與cd和兩條最大許可逆風分解圓弧線ac與bd所圍成的圖形內各風頻率之和。從原理上講,風保障率的計算非常簡單,將上述范圍內的風頻率相加即可。
1.扇形面積的計算
整個扇形面積,見圖5-3中S1、S2和S3,它們分別表示不同風速等級下的扇環(huán)面積。由于各個方向是等分的,因此,它們所對應的圓心角都是π/8,其余扇環(huán)的面積對應與S1、S2和S3相等。這些面積可由兩個扇形面積相減得到,即:
圖1 風保障率計算公式推導圖
2.被切割扇環(huán)分界線內側面積計算
(1)目測估算法。目測估算法,就是用大致估計的方法來確定被切割扇環(huán)分界線內側面積占其總面積的比例,根據(jù)這個比例計入被切割扇環(huán)的風頻率。
(2)解析法。應用解析法計算風保障率,一方面提供計算的科學性,另一方面保證計算結果的準確性。避免了使用目測估算方法造成的誤差。
計算公式推導如下:
設機場跑道方向與磁北方向的夾角為a,設四個同心圓Q1、Q2、Q3和Q4的半徑分別為R1、R2、R3和R4,從水平坐標軸起,逆時針方向,16條方位線等分角線分別為L1、L2……L16。為便于計算,采用極坐標,并且考慮到對稱性,以上半圓為例,如上圖所示。
根據(jù)圖1,可以得到四個圓、16條方位線等分角線和兩條平行線的極坐標方程分別是:
被切割扇環(huán)分界線內那部分的面積,公式推導如下:
式中,θi-1、θi為被切割扇環(huán)所處的方位角;θy、θx為平行線ab與各園的交點坐標;Ra、Rb為扇環(huán)內外圓半徑,其中Ra取值為R1、R2和R3,Rb取值為R2、R3和R4。其余符號同前。
在式(1)中,當θy=θi時,即為Sd,當θx=θi-1時為Sa,當θy=θi,且θx=θi-1時為Sb。
同理,在式(2)時,當θy=θi-1時為Se,當θx=θi時為Sh,當θy=θi-1,且θx=θi時為Sg。
通過計算公式求解該跑道方向的風保障率,從而確定利于航空器起降的最佳跑道方向。
機場方位的選擇以及跑道位置的確定,要能夠保證航空器起飛著陸的安全。因此在規(guī)劃設計階段,需要滿足一定的要求。
(1)機場所在區(qū)域要滿足民用機場凈空要求,保證航空器運行過程中航路的便捷性,航空器起降過程中,駕駛員視野的廣闊性。
(2)航空器起降過程盡量不受風的較大影響,因此選擇跑道方向要最大程度的利用該區(qū)域的最大風保障率,從而保障航空器的起飛著陸安全。
(3)機場其它區(qū)域的布局規(guī)劃要能夠保證航空器運行過程中安全、快速、有效、經濟、環(huán)保;保證機場工作人員能夠有效協(xié)調航空器的運行以及機場的有效運營。
[1] MH5001-2013民用機場飛行區(qū)技術標準,中國民用航空總局,2013.