多跑道机场航空器进离场窗划设研究

作     者：钟灵 

作者单位：中国民航大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王莉莉

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：位置误差概率 进离场窗 跑道构型 安全间隔 碰撞风险 

摘      要：随着民用航空运输需求的增长,终端区通行航班数量快速增加,提高机场运行效率成为当务之急,多跑道构型能缓解飞行流量增加带来的机场运行压力,同时也对飞行安全提出了更高的要求。因此在保证安全的前提下缩短运行时航空器之间的最小安全间隔、缓解终端区运行压力具有重要的实际意义。论文的主要工作如下:第一,近距平行跑道安全间隔研究方面,首次构建了进离场窗规划模型,以规避一起一降模式下进近航空器复飞引起的安全离场冲突。利用经典位置误差概率模型,建立了近距平行跑道构型下复飞与离场航空器之间碰撞风险评估模型,并考虑航空器进离场瞬时速度的变化趋势和理论位置关系,建立以时间为变量的运动学方程,结合风险评估模型系统,引入了进离场窗的概念并为其设计了递进式评估算法。最后算例结果表明,划设的进离场窗口能够有效确保离场航空器起飞时刻与复飞航空器的距离满足安全运行要求,从而辅助管制员确定离场许可发布时间。第二,交叉跑道的安全间隔研究方面,改进规划了交叉跑道冲突全域以保持进近复飞全过程与离场航空器的飞行间隔。将交叉跑道冲突全域分解定义为前窗和后窗,两者协同控制进近过程风险和复飞过程风险。依次建立了交叉跑道前窗、后窗的碰撞风险评估模型,并研究了跑道交叉角度对于侧向、纵向和垂直三个方向以及总体风险的影响程度。选取美国威奇托机场交叉跑道组为实例,结果表明冲突全域的范围为进近跑道入口前5.9nm至入口后3.7nm,划设的交叉跑道冲突全域与规章中基于时间的尾流间隔约束相比较,可最终确定进近复飞与离场的安全间隔,也可对未来国内交叉跑道构型相关运行模式下的安全间隔提供参考。第三,进离场窗优化与风险评估模型改进方面,考虑航迹偏移容差服从不完全的正态分布(只偏离标称航迹一定范围内),提出碰撞风险评估模型进行修改补偿。对航空器位置偏离容差程度进行分级,并考虑复飞实际发生概率,实现不同航迹偏离容差情况下对进离场窗评估模型的完善。以美国威奇托机场交叉跑道进离场前窗为例,依据划设的位置偏离容差等级比较计算了不同精度下进离场窗的范围调整。