李 明 捷

(1.西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川 成都 610031；2.中國(guó)民航飛行學(xué)院，四川 廣漢 618307)

非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道平面設(shè)計(jì)方法研究

李 明 捷1,2

(1.西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川 成都 610031；2.中國(guó)民航飛行學(xué)院，四川 廣漢 618307)

為解決機(jī)場(chǎng)平行滑行道與跑道水平間距不符合標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道設(shè)計(jì)要求問(wèn)題，提出非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道設(shè)計(jì)方法。首先將非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道的設(shè)計(jì)由跑道向平滑方向劃分為滑入段、切線段與滑出段；然后綜合考慮飛機(jī)運(yùn)行的安全與效率，繪制非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道的構(gòu)型示意圖，并給出各段關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算方法；最后以跑道與平滑間距為120 m的某機(jī)場(chǎng)為例，對(duì)各關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證該方法的可行性，對(duì)機(jī)場(chǎng)平面設(shè)計(jì)有一定的借鑒價(jià)值。

道路工程；非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道；機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建；運(yùn)行速度；轉(zhuǎn)彎半徑；平面設(shè)計(jì)

0 引 言

隨著機(jī)場(chǎng)航班起降架次逐年增多，導(dǎo)致高峰小時(shí)航班起降需求量接近或超過(guò)跑道容量，由此造成延誤增多，機(jī)場(chǎng)運(yùn)行效率和綜合保障能力嚴(yán)重下降?？焖俪隹诨械赖脑O(shè)置能夠在功能上供著陸飛機(jī)以較高速度脫離跑道，從而減少跑道占用時(shí)間，即可通過(guò)對(duì)滑行道系統(tǒng)進(jìn)行改造來(lái)提升跑道容量，這對(duì)用地受限的機(jī)場(chǎng)尤為適用。

目前，國(guó)內(nèi)外在快速出口滑行道設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)者們往往將目光著眼于標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道出口位置的設(shè)置及優(yōu)化問(wèn)題[1-6]，而對(duì)快速出口滑行道平面設(shè)計(jì)關(guān)注較少。種小雷等[7]針對(duì)軍用機(jī)場(chǎng)速出口滑行道，提出了轉(zhuǎn)彎半徑、出口角度和增補(bǔ)面的設(shè)計(jì)方法。國(guó)際民航組織《附件十四——機(jī)場(chǎng)》以及MH 5001—2013《民用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道的設(shè)計(jì)進(jìn)行了規(guī)定。即快速出口滑行道中線與跑道中線夾角約為30°，飛行區(qū)指標(biāo)Ⅰ為3，4時(shí)，滿足飛機(jī)以93 km/h的速度在潮濕道面上由跑道轉(zhuǎn)出，轉(zhuǎn)彎半徑不小于550 m，轉(zhuǎn)出后直線段不宜小于75 m，如圖1；飛行區(qū)指標(biāo)Ⅰ為1，2時(shí)，滿足飛機(jī)以65 km/h的速度在潮濕道面上由跑道轉(zhuǎn)出，轉(zhuǎn)彎半徑不小于275 m，轉(zhuǎn)出后直線段不宜小于35 m。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道平面設(shè)計(jì)(飛行區(qū)指標(biāo)Ⅰ為3，4)(單位：m)

由圖1可知，飛行區(qū)指標(biāo)Ⅰ為3，4標(biāo)準(zhǔn)的快速出口滑行道設(shè)計(jì)要求跑道中線與平行滑行道中線之間的最短水平距離d如式(1)：

d=(147.372+75)×sin 30°+dR≈112+dR

(1)

式中：dR為便于飛機(jī)安全快速的轉(zhuǎn)向平行滑行道而增加的距離，一般大于15 m。

若跑道與平滑間的水平距離不足以修建標(biāo)準(zhǔn)的快速出口滑行道，則可通過(guò)修建非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道保證飛機(jī)能以較高速度脫離跑道，節(jié)省跑道占用時(shí)間，確保運(yùn)行安全。筆者借鑒國(guó)際民航組織的《機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二部分——滑行道、機(jī)坪和等待坪，將非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道的平面設(shè)計(jì)分為3段：分別為滑入段、切線段和滑出段。該方法主要適用于跑道與平滑間距介于112～127 m之間的非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道的平面設(shè)計(jì)，該滑行道構(gòu)型適用于當(dāng)前在運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的各種機(jī)型。但相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的快速出口滑行道構(gòu)型，由于其轉(zhuǎn)彎半徑小，圓弧段過(guò)渡較為明顯，故其對(duì)航空器轉(zhuǎn)彎半徑限制較嚴(yán)，即航空器需要以更大的鼻輪轉(zhuǎn)動(dòng)角和更小的速度脫離跑道并轉(zhuǎn)出非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道。

1 平面設(shè)計(jì)參數(shù)分析

1.1 轉(zhuǎn)彎半徑與速度

《機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》對(duì)快速出口滑行道的轉(zhuǎn)彎半徑與轉(zhuǎn)彎速度之間的關(guān)系進(jìn)行分析和總結(jié)，即運(yùn)行速度隨轉(zhuǎn)彎半徑的增大而增加，見(jiàn)表1[8]。

表1 快速出口滑行道轉(zhuǎn)彎速度與轉(zhuǎn)彎半徑的關(guān)系

以跑道與平滑間距S=120 m為例，如圖2。

圖2 非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道平面布局(單位：m)

第1段：滑入段，即P0至P1曲線段的長(zhǎng)度。設(shè)滑入段的轉(zhuǎn)彎半徑為R1=160 m，根據(jù)表1得，對(duì)應(yīng)的飛機(jī)滑入速度為24 kts。

第2段：切線段，即P1至P2曲線段的長(zhǎng)度。其中：P2點(diǎn)為與跑道成60°交角的直線與非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道曲線的切點(diǎn)。設(shè)切線段的轉(zhuǎn)彎半徑為R2=100 m；該段的速度由24 kts逐漸減小至13 kts，國(guó)際民航組織經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐調(diào)查，所有機(jī)型在整條曲線上的減速率均可達(dá)到0.4 m/s2。

第3段：滑出段，即P2至P3曲線段的長(zhǎng)度。設(shè)滑出段的轉(zhuǎn)彎半徑為R3=40 m，根據(jù)表1，其對(duì)應(yīng)的飛機(jī)滑出速度為13 kts。

1.2 構(gòu)型與凈距

非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道平面設(shè)計(jì)需注意在該機(jī)場(chǎng)運(yùn)行關(guān)鍵機(jī)型對(duì)內(nèi)側(cè)增補(bǔ)面曲線的要求；同時(shí)，為便于起飛飛機(jī)由此進(jìn)入跑道，非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道外側(cè)設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單的直角構(gòu)型，如圖2。為保證飛機(jī)滑行時(shí)主輪外側(cè)與道面邊緣凈距要求，曲線最外側(cè)距離道面邊緣的水平距離設(shè)定為20 m[8-10]。

2 設(shè)計(jì)方法

由上述分析可知，若對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要確定各點(diǎn)坐標(biāo)，如圖3。選取滑入點(diǎn)P0作為直角坐標(biāo)系原點(diǎn)，則由P0(x0,y0)=P0(0,0)；設(shè)M1為滑入段曲線的圓心，由分析可知M1(xM1,yM1)=M1(0,R1)=M1(0,160)。

圖3 曲線段的計(jì)算Fig.3 Calculation of the turn-off curve

2.1 滑入段

設(shè)滑入段終點(diǎn)P1的坐標(biāo)為(x1,y1)，則有

x1=R1×sinφ1

(2)

(3)

(4)

b=R1+10-S

(5)

y1=R1-(a+b)

(6)

運(yùn)用兩點(diǎn)間距離公式及余弦定理，推導(dǎo)出圓心角θ1的角度為

(7)

(8)

2.2 切線段

設(shè)切線段曲線圓心M2坐標(biāo)為(xM2,yM2)，則有

xM2=b×tanφ1

(9)

yM2=S-10

(10)

由1.1節(jié)分析可知，當(dāng)φ2=60°，切線段終點(diǎn)P2的坐標(biāo)(x2,y2)為

(11)

y2=S-60

(12)

同理，則圓心角θ2的角度為

(13)

(14)

2.3 滑出段

設(shè)滑出段的曲線圓心為M3(xM3,yM3)，則有

(15)

yM3=S-40

(16)

滑出段終點(diǎn)P3=(x3,y3)=P3(xM3,S)。

同理，圓心角θ3的角度為

(17)

(18)

3 實(shí)證分析

若某機(jī)場(chǎng)平行滑行道中線與跑道中線的水平距離為120 m，根據(jù)以上假設(shè)，分別對(duì)滑入段、切線段和滑出段進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 計(jì)算結(jié)果匯總

4 結(jié) 語(yǔ)

筆者主要對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道的平面設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。詳細(xì)分析了滑入段、切線段和滑出段的各設(shè)計(jì)參數(shù)。列出了關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)值的計(jì)算方法。主要適用于跑道與平滑之間的水平間距介于112～127 m之間的非標(biāo)準(zhǔn)快速出口滑行道的設(shè)計(jì)。筆者運(yùn)用實(shí)例驗(yàn)證該設(shè)計(jì)方法的可行性，為中小型機(jī)場(chǎng)快速出口滑行道設(shè)計(jì)提供了重要參考。

[1] 王維,曹子路.民用機(jī)場(chǎng)快速出口滑行道位置優(yōu)化[J].中國(guó)民航大學(xué)學(xué)報(bào),2012,30(1):18-22. WANG Wei,CAO Zilu. Optimization of high-speed runway exit location[J].JournalofCivilAviationUniversityofChina,2012,30(1):18-22.

[2] MARINELLI R.EvaluationofTwoHigh-SpeedRunwayExits[R].Washingdon,D.C.: Federal Aviation Administration Technical Center,1991.

[3] 張俊.大型機(jī)場(chǎng)快速出口滑行道設(shè)計(jì)探索[J].中國(guó)民用航空,2013,163(10):35-36. ZHANG Jun.The design of taxiway with speedy exit for the large airport[J].ChinaCivilAviation,2013,163(10):35-36.

[4] 王維,鄧松武.跑道快速出口優(yōu)化模型及仿真分析[J].中國(guó)民航學(xué)院學(xué)報(bào),2006,24(4):27-31. WANG Wei,DENG Songwu. Analysis of optimized runway high-speed exit model and simulation[J].JournalofCivilAviationUniversityofChina,2006,24(4):27-31.

[5] 蔡良才.機(jī)場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)[M].北京:解放軍出版社,2002. CAI Liangcai.AirportPlanningandDesign[M]. Beijing: PLA Publishing House,2002.

[6] 種小雷,蔡宛彤,王克春,等.基于利用率的機(jī)場(chǎng)快速出口位置優(yōu)化分析[J].空軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,14(3):6-9. CHONG Xiaolei, CAI Wantong, WANG Kechun, et al. Optimization analysis of airfield runway high-speed exit location based on utilization ratio[J].JournalofAirForceEngineeringUniversity(NaturalScienceEdition),2013,14(3):6-9.

[7] 種小雷,王克春,彭寅,等.機(jī)場(chǎng)快速出口滑行道平面設(shè)計(jì)方法[J].科技導(dǎo)報(bào),2013,31(16):56-59. CHONG Xiaolei, WANG Kechun,PENG Yin, et al. Design of speedy exit runways[J].Science&TechnologyReview,2013,31(16):56-59.

[8] 李明捷,王汝昕.基于改進(jìn)三階段法的快速出口滑行道轉(zhuǎn)出位置的確定方法研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2014,14(36):234-237. LI Mingjie, WANG Ruxin.Research on the position of the rapid exit taxiway by the three segment method[J].ScienceTechnologyandEngineering,2014,14(36):234-237.

[9]AerodromeDesignManual,Part2Taxiways,ApronsandHoldingBays[S].4th ed. Montreal, Canada: International Civil Aviation Organization,2005.

[10] 姬楊蓓蓓,蘇凱,八谷好高.基于飛行員主觀評(píng)價(jià)的機(jī)場(chǎng)道面優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,29,(6):885-887. JIYANG Beibei, SU Kai, HACHIYA Yoshitaka. Optimal design of airport runway pavement based on pilots’ subjective evaluation[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience),2010,29(6):885-887.

Graphic Design Method for the Non-Standard Rapid Exit Taxiway

LI Mingjie1,2

(1.School of Transportation & Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan,P.R.China;
2.Civil Aviation Flight University of China, Guanghan 618307,Sichuan,P.R.China)

A non-standard rapid exit taxiway design method was proposed to solve the problem of the airport when the horizontal spacing between the parallel taxiway and runway did not meet the standard rapid exit taxiway design requirements. Firstly, the design of non-standard rapid exit taxiway from the runway to the parallel taxiway was divided into three parts, named as taxing in section, tangent section and turnoff section. Secondly, the non-standard rapid exit taxiway configuration schematic was drawn,and the calculation method of key parameter at each section was given, with the comprehensive consideration of both the safety and efficiency of aircraft operations. Finally, taking the 120 m spacing between the runway and the parallel taxiway of acertain airport for example, the coordinate values of the key points were calculated and the feasibility of the proposed method was verified, which provided some referential value for the airport graphic design.

highway engineering;non-standard rapid exit taxiway;airport expansion;operation speed;turning radius;graphic design

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.03.09

2015-03-04；

2015-05-04

中國(guó)民航飛行學(xué)院青年基金項(xiàng)目(Q2013-57)

李明捷(1984—),女，新疆奎屯人，副教授，博士研究生，主要從事機(jī)場(chǎng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)、機(jī)場(chǎng)運(yùn)行管理方面的研究。E-mail:lmj102519@163.com。

U412.3；V351.11

A

1674-0696(2016)03-043-04