任治

（中國民用航空局空中交通管理局，北京 100018）

現(xiàn)代民航業(yè)對航空器運行過程中燃油消耗及碳排放的要求愈加嚴(yán)苛，而國際原油價格的一路高漲也使得航空公司運營成本不斷攀升。為提高航空器進離場效率，改善燃油經(jīng)濟性，國際民用航空組織（International Civil Aviation Organization，ICAO）提出了連續(xù)爬升運行（Continuous Climb Operations，CCO）和連續(xù)下降運行（Continuous Descent Operations，CDO）兩個運行理念，CCO 與CDO 運行理念下飛機將最大限度的利用其設(shè)計的最佳性能垂直剖面進行連續(xù)的爬升和下降。CCO 用于飛機離場程序中，相較于傳統(tǒng)離場程序“階梯式”的爬升過程，其垂直剖面更加平滑，同時可優(yōu)化飛行員操作過程、有效降低燃油消耗，一定程度上提升了爬升效率，從而進一步提升離場效率和空域容量，為大流量運行情況下的運行安全提供了更高的保證。因此有必要對CCO 離場和傳統(tǒng)離場程序進行對比分析，進一步量化CCO 在燃油經(jīng)濟性方面的優(yōu)勢，以期為未來實現(xiàn)完全CCO 運行提供理論支持。

1 仿真模型建立

1.1 仿真評估軟件環(huán)境

波音爬升程序(Boeing Climb Out Program，BCOP)是Windows 界面下用于對終端區(qū)程序（如進離場或進近程序）及航路飛行進行飛機性能計算的軟件，該軟件可以根據(jù)輸入的飛機機型、發(fā)動機性能參數(shù)、機場跑道信息、機場的氣象信息、預(yù)先設(shè)定的垂直和水平飛行計劃軌跡，輸出詳細的飛行過程各類參數(shù)報告，生成飛機的垂直剖面和水平模擬軌跡。該軟件主界面如圖1 所示。

圖1 軟件主界面

波音飛行性能軟件BCOP 主要模塊：

“Computation”界面選擇計算類型和輸出參數(shù)，生成計算報告；

“Airplane Configuration for”界面選擇機型、發(fā)動機使用和襟翼位置；

“Airport Info for”界面定義機場名、標(biāo)高、跑道信息、導(dǎo)航臺信息及機場的溫度、風(fēng)速等氣象信息；

“Vertical and Lateral Navigation”界面設(shè)置飛機的垂直剖面和水平航跡；

“Initial Conditions”界面設(shè)置飛機的起飛重量、襟翼角度和溫度等參數(shù)；

“In-Flight Starting Conditions”界面用于飛機起飛狀態(tài)飛機起始信息的設(shè)置。

1.2 太原機場離場仿真模型

利用BCOP 機場信息處理界面確定機場跑道的長度、標(biāo)高、經(jīng)緯度坐標(biāo)和導(dǎo)航臺的標(biāo)高、類型、經(jīng)緯度坐標(biāo)、磁差、機場氣象信息，建立太原機場進離場空域基本模型。處理界面如圖2 所示。太原機場，ICAO 代碼ZBYN，機場標(biāo)高2579 英尺，目前擁有一條跑道（代號為13-31），導(dǎo)航設(shè)施有本場除VOR/DME 臺TYN，此外還有ANPIG、MAPMU 等6 個五字代碼點用于離場。

圖2 機場信息界面

太原機場由13 號跑道起飛后，順時針方向沿DME 弧分別分布有ANPIG -01D、OKVUM -01D、MAPMU01D、MAPMU -02D、OMKAK-01D 五條離場程序，逆時針方向沿DME 弧分別分布有UBLAT-01D、UBLAT-02D、TODAM-01D 三條離場程序，其中向西北方向穿過市區(qū)有一條較長的走廊，為本場最長的一條離場程序TODAM-01D，從數(shù)量上看西部離場程序略密于東部。

下文將利用BCOP 建立階梯式爬升垂直剖面和CCO 運行垂直剖面，并分別用于8 條SID離場程序進行計算并分析結(jié)果。

2 仿真結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

2.1 航跡仿真結(jié)果

在BCOP 中，分別依據(jù)表1 和表2 建立的階梯式爬升垂直剖面和CCO 運行垂直剖面，利用B737-800 飛機性能數(shù)據(jù)及圖1 軟件初始設(shè)定進行仿真模擬后的垂直軌跡如圖3 所示。

圖3 垂直軌跡仿真結(jié)果

表1 全發(fā)工作階梯式爬升離場垂直剖面

表2 全發(fā)工作CCO 離場垂直剖面

將所選8 條離場程序分別利用階梯式爬升和CCO 垂直剖面做仿真計算，令每條飛行程序兩種爬升過程均達到相同高度層，以ANPIG-01D 為例，其飛行過程見表3。由于CCO 和階梯式爬升對于水平軌跡影響較?。–CO 略早于階梯式爬升到達指定高度層），ANPIG-01D離場程序水平軌跡如圖4 所示。

表3 ANPIG-01D 水平剖面

圖4 ANPIG-01D 水平軌跡圖

2.2 燃油經(jīng)濟性分析

根據(jù)BCOP 運行后生成的報表數(shù)據(jù)分析可得，采用CCO 運行模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)階梯式爬升后，燃油消耗量和CO2排放量均有減小，其中每個航班每次平均燃油消耗減少40Lb（約18.14Kg），CO2排放量減少57.17Kg，按照太原機場2019 年統(tǒng)計數(shù)據(jù)（2019 年之后機場起降數(shù)據(jù)受“新冠”疫情影響，參考意義不大），其全年起降架次達到108275 架次，其中離場航班54138 架次，若離場全部改為CCO 運行，則單一燃油消耗可節(jié)約982063.3Kg(約982t），CO2排放量減小3095069.5Kg(約3095t），因此CCO運行對于燃油經(jīng)濟性有一定的改善。圖5、6 分別為兩種運行模式燃油消耗對比圖和CO2排放量對比圖。

圖5 燃油消耗對比圖

3 結(jié)論

本文參照ICAO 對于CCO 相關(guān)運行理念，得到簡化的CCO 運行垂直剖面航段，利用BCOP 軟件建立太原機場仿真模型，設(shè)定8 條離場程序水平剖面，通過CCO 和傳統(tǒng)階梯式爬升對比分析，得到不同垂直剖面對于燃油消耗和CO2排放量的量化分析數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，CCO 模式相較于傳統(tǒng)階梯式爬升運行，可為太原機場節(jié)約大量航空燃油及CO2排放量。因此有必要逐步推廣CCO 運行模式。但是本文僅對燃油經(jīng)濟性和碳排放進行評估，無法反映其在噪聲控制、管制負(fù)荷等方面的運行情況，且所使用的CCO 程序為基本CCO 程序，下一步將分別對基本CCO 程序進行優(yōu)化設(shè)計，以提升其運行效率。

圖6 CO2 排放量對比圖