大逆风条件下基于时间的飞机进近尾流间隔优化研究

来源 :中国民用航空飞行学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuzw93
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航空运输,因其快速性和便捷性,在整个交通运输业中所占的比重与日俱增,航空器的数量也随之快速增加。但航空器的增长受到空域容量的限制,而航空器尾流间隔是妨碍空域容量提高的关键因素,因此航空器尾流间隔则成为制约航空运输效率提升和威胁航空运输安全的重要因素,尤其在最后进近阶段的尾流间隔影响更为突出,其造成的安全问题和运行效率下降不容小觑。通常两架飞机之间的距离间隔不小于现行的尾流距离间隔标准。在最后进近过程中,逆风会导致飞机地速减小,飞机间相继着陆时间延长,则跑道容量大幅度下降。逆风条件下,在保证安全运行的同时,如何缩小飞机间的着陆时间间隔,提升飞机进场效率成为国内外学者和航空管制部门的关注重点。基于国内外的研究成果,将目前的尾流距离间隔标准转换为尾流时间间隔标准是缓解最后进近阶段逆风对飞机着陆效率影响的重要手段之一,也是逆风条件下提高跑道容量的有力推手。基于时间的尾流间隔(Time-Based Separation,TBS)的优势之处在于保证进近航空器之间安全运行的同时能够在逆风条件下提升跑道容量。本文首先将国内外现行的尾流距离间隔标准和基于时间的尾流间隔研究进行梳理和分析,根据最后进近过程中的飞机尾流特性和演化机理,结合最后进近阶段的逆风条件,建立逆风下尾涡环量及滚转力矩的演变模型,结合现行的尾流距离间隔标准计算出的静风下飞机尾流时间间隔,综合尾流强度、最小距离间隔标准和跑道占用时间等因素,建立逆风下的时间间隔计算模型,并将时间间隔转化为等效距离进行可视化处理。为了验证时间间隔的安全性和合理性,提出了基于LWR模型改进的空中交通流间隔分析模型,通过密度分布的思想建立飞机前后不同位置的危险值剖面,规定两架飞机之间的危险临界值指标,通过计算在不同逆风下保持时间间隔时的综合危险值大小,与规定的危险临界值指标进行对比,检验时间间隔的合理性和安全性。最后根据青岛胶东机场运行以来的210天实际运行数据和气象数据,计算按照基于时间的尾流间隔模式运行的跑道容量,与实际跑道容量相比较,得出基于时间的尾流间隔运行模式在逆风条件下可显著提高机场的运行效率,为我国盛行逆风较强的机场在最后进近阶段实施尾流时间间隔奠定了良好的理论基础。最后在MATLAB开发平台上开发了基于时间的尾流间隔计算软件,并为进近和塔台管制员开发了辅助决策工具。使得基于时间的尾流间隔运行模式在提高跑道容量上发挥出更大的优势。
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