1、1探讨如何增强尾流间隔与终端区容量摘要：本文首先分析了终端区容量和限制因素，然后重点阐述了基于偏置进近程序的尾流间隔缩减技术和基于动态预测的尾流间隔缩减技术，最后作了一下尾流间隔缩减技术的展望。 关键词：终端区容量；尾流间隔缩减 中图分类号：D993.4 文献标识码：A 文章编号： 目前，随着民航业的发展，各航空公司机队的规模不断扩张，各机场日起降架次也稳步上升，越来越多的机场将在高峰时段达到其极限起降能力。面对这种形势，靠提高跑道数量来提高起降能力是不现实的，而提高跑道起降的利用率才是解决问题的最佳途径。 1 终端区容量和限制因素 空中交通网络的拥挤，其原因主要是由于机场、终端区、航路交叉点
2、的容量限制造成的“瓶颈”现象所致。就中国的实际情况而言，容量限制的最主要区域是终端区。国外对终端区容量的研究开始于 20 世纪 70年代。国内关于终端区容量的研究开始于近几年，并取得了一定的成绩。终端区容量是指在一定的系统结构、管制规则和安全等级下，考虑可变因素的影响，该终端区所能提供多少架次航空器的服务。影响终端2区容量的因素很多，如地形与障碍物分布、管制员能力、飞行规则等。尾流间隔更是影响终端区容量的重要因素。尾流间隔决定了机场跑道单位时间内的飞机起降数量，也就是跑道运行的效率。所以尾流间隔直接决定了终端区的运行效率。 而随着民航运输量的不断增长，过于保守的尾流间隔标准对航空港容量的限制，
3、已成为了跑道使用率进一步提高的主要障碍，严重影响了终端区容量的增强。因此，多年来各国的研究人员都试图从理论上研究各种飞行间隔的安全性和合理性，希望能够安全、可靠的修改规则，改进和完善各种间隔标准。 2 基于偏置进近程序的尾流间隔缩减技术 近距平行跑道是指两条间距小于 2500ft 的平行跑道，而 ICAO 制定的尾流间隔标准规定，近距平行跑道须遵守单跑道尾流间隔。因此，尾流间隔是近距平行跑道容量增加的主要限制因素。通过对进近程序的改进，可以缩减近距平行跑道的尾流间隔，从而增大容量。这种改进主要是对两架分别向两条近距平行跑道进近的航空器，实施垂直方向或水平侧向的偏置，故将此类尾流间隔缩减技术称为
4、基于偏置进近程序的尾流间隔缩减技术。目前世界上基于偏置进近程序的尾流间隔缩减技术主要有两种：一种是高下滑道进近着陆/双入口运行系统；一种是同步偏置进近系统。 2.1 高下滑道进近着陆/双入口运行系统 高下滑道进近着陆/双入口运行系统是由德国空中导航服务局（DFS）和德国汉莎航空公司合作在法兰克福机场开发的。此系统的工作3原理较其他尾流间隔缩减系统的复杂度低，目的主要为增大到达率。运行模式是：分别沿两条近距平行跑道进近的两架航空器，在保持雷达间隔的同时，前机正常进近至跑道入口位于跑道端的跑道；后机沿距前机下滑道水平间隔 518m，垂直间隔 80m 的下滑道向另一条平行跑道进近，此跑道入口内移 1
5、500 m，装有独立的导航装置和进近灯光系统。因为尾涡的行为通常是下沉和侧向输运，因此 HALS/DTOP 可以有效地避免后机进入前机的尾流危险区。此系统允许在仪表气象条件（IMC）下运行。 2.2 同步偏置进近系统 同步偏置进近系统（SOIA）是由 FAA 为旧金山机场开发的同步偏置仪表进近系统。旧金山机场两条跑道间的间隔为 225m，在 IMC 条件下禁止完全独立运行。而此系统的目的是在云高不低于 1600ft 和 IMC 的条件下，两条跑道能够同时运行。 与同属基于偏置进近程序的尾流间隔缩减技术的 HALS/DTOP 相比，SOIA 在不利天气下的容量改进效果更加稳定。另一方面，SOIA
6、 需要安装专门设备，因此机场方面成本增加；而对其飞行程序的执行需要对飞行员进行培训和资质审查，从而航空公司的成本亦有所增加。 3 基于动态预测的尾流间隔缩减技术 3.1 尾流预测监控系统的概念和功能 当飞机在起飞或降落的下滑道上经过时，空管系统需要有这架飞机尾流几分钟到一小时的运动和消散预测。当有其他飞机通过这条下滑道时（大约 1200 m） ，要对尾流情况进行评估。这个系统必须可靠、健全、经济、灵活，可以在空中管理系统中使用。 4尾流预报的关键参数是预报时间、位置和高度。通过这些数据可以预测尾流未来的发展情况。另一种方法是利用各种数学方程式，模拟当时的大气情况，大概计算出尾流基本的发展情况。
7、此方法可以给管制员一个小时以上的时间进行提前的计划安排。 最重要的环节就是尾流运动和消散的实时预测。主要目的是预测尾流的位置和强度，使航空器避过尾流的影响。为了这个目的，模型应考虑到飞行器的结构、风力因素、涡流层、风切变和地面效应。考虑到尾流的运动的概率情况，模型应该和尾流的各种运动可能同时演变。有两个模型可以模拟这种变化，即两段概率论（The probabilistic twophase model， P2P）和尾流预报系统（The vortex forecast system，VFS） 。 3.2 尾流告警系统 尾流告警系统（WVWS）是由 DFS 于 20 世纪 90 年代初在法兰克福机
8、场开发的。法兰克福机场有两条平行跑道，分别为 25L 和 25R，因为尾流间隔而不能独立运行，限制着空港容量。WVWS 首先用数理统计的方法对机场上空的风进行统计和预测；然后通过建立回归模型，预测进近航空器产生尾涡的扩散及侧向传输位置，基于预测数据，确定危险时间；最后根据危险时间的不同，计算出预计尾涡最大输运距离，据此从 3 种备选的进近程序中提供最优选择，作为建议提供给管制员。 3.3 间隔管理预测系统 间隔管理预测系统（SYAGE）是由法国快速计算中心和法国航行技术中心开发的一种尾流间隔预测系统，利用在对机场上空风的测量数据和5名为 Vortex 的尾涡模型来预测单跑道离场航空器的缩减间隔
9、。因此，其目的是缩减离场航空器序列的间隔。该系统在巴黎奥利机场和图卢兹机场进行了测试。Vortex 模型是基于在多个机场收集的实验数据和计算流体力学数值模拟结果得到的。模型从 4 种可用的侧风剖面（常值切变侧风剖面、对数侧风剖面、多项式侧风剖面以及地面喷射侧风剖面）中选择了对数侧风剖面。定义了尾涡的初始环量、尾涡强度的衰减率等参数，并规定系统的安全标准为：当涡核被输运至跑道中心线两侧各 45 m 范围（安全通道）外，或者环量小于 50 m2/s 时，认为危险消除。 3.4 航空器尾涡间隔系统 AVOSS 由美国航空航天局（NASA）开发，可划分为 5 个子系统，其中在整个系统的运作中起着核心作
10、用的两个子系统是天气子系统和尾涡消散预测子系统。天气子系统由以下部分组成：两个装有仪表的探测塔；测量风速的多普勒雷达和声达廓线仪；一套无线电声学探测系统用来测量温度。在每半个小时的时间段内，由传感器及两台终端区多普勒气象雷达获得的数据将用由 MIT 的 Lincoln 实验室开发的融合算法，整合为风垂直剖面、温度垂直剖面和湍流垂直剖面。整合后的数据将作为短期动态的天气预测输入尾流预测模型进行尾涡消散的计算。 3.5 容量改进量比较 WVWS：从前面的相关阐述中可见，3 种进近程序因为部分地或完全地采用了最小雷达间隔（36Nmile） ，与无雷达尾流间隔相比都使到达率有不同程度的增长。具体的改进
11、数据尚未获得，但可以采取下述方法估算：首先采用某双跑道及单跑道容量模型确定使用交错、修正交错和单6跑道进近程序对容量的改进量；然后统计符合使用其中某种进近程序的最大预测输运距离出现的概率，即可得到容量改进量的期望值。 SYAGE：系统在 Orly 机场的实施以 0.8 的概率水平带来 3 架航空器/h 的容量增量。 AVOSS：对 1999 年和 2000 年在达拉斯福特沃斯机场 AVOSS 系统的实验数据的分析得出：在 IFR 条件下，与遵照 FAA 尾流间隔规定能够获得的容量相比，可以获得平均 6%的容量增量。而最大和最小容量增量分别是 0 和 16%。0 表示当天 AVOSS 建议不缩减
12、间隔；当容量增量是 16%时，间隔已接近与最小跑道占用时间所限制的间隔相等。 4 尾流间隔缩减技术的展望 尾流间隔缩减系统作为补充的缩减尾流间隔的两种可行方法之一，其缩减尾流间隔的效用是显著的。 针对近距平行跑道的尾流间隔缩减，可以采用 HALS/DTOP 或 SOIA 技术，前者能够在几乎无成本增加的条件下缩减向平行近距跑道进近的机型对的尾流间隔，但条件是机型对须具有不同的尾流强度类型。而 SOIA无视机型对尾流类型的异同，有更稳定的尾流间隔缩减效果和更广泛的用途，其代价是运营成本的增加。 基于动态预测的尾流间隔缩减技术不局限于平行近距跑道的尾流间隔缩减，广泛地适用于单跑道运行或交叉跑道、多
13、跑道运行的尾流间隔缩减。针对离场航空器序列的尾流间隔缩减，SYAGE 提供了低廉有效的解决方案。WVWS 和 AVOSS 系统主要针对进场航空器序列的尾流间隔缩减，区别在于 WVWS 不涉及大气分层、风切变等复杂气象因素，而 7AVOSS 系统虽然复杂却具有更好的精确性和扩展性，代价同样是成本的增加。 5 结语 随着先进的大气湍流探测设备和机载可视化设备的发展，未来尾流间隔缩减系统的发展将具备高动态、可视化和实时性等特点，配合正在各国发展或执行的新航行系统，使得空中交通的运行具有更高的精度、更大的容量以及更高的效率。 参考文献： 1国际民用航空组织空中规则与空中交通服务.中国民航总局空中交通管理局出版社.2001 年 1 月 20 日 2空中交通服务计划手册(ICA09426-AN/924 文件).中国民航总局空中交通管理局出版.1999 年 9 月 9 日
