侧风对近距平行跑道配对运行安全的影响*

为探究侧风对配对运行时间间隔及跑道容量的影响,基于飞机近距平行跑道的管制要求和运行理念,根据尾流的产生过程、运动特性及配对进近运行模式的特点,对有侧风作用下配对飞机之间的最大时间间隔及跑道容量进行研究。针对侧风加速尾流消散的情况,阐述有侧风影响时实施配对进近的条件,建立侧风影响下飞机配对时间间隔变化模型,并分别从侧风风力大小和风向角度2个方面对不同配对机型下的最大时间间隔和跑道容量进行分析;以上海浦东机场跑道为例,计算侧风影响时不同配对机型下的配对时间间隔。研究结果表明:本文所构建模型可以准确把握侧风影响下配对运行飞机之间的特征,模型具有可行性,研究结果可为我国平行跑道建设提供参考。     

基于侧风影响的CSPRs起飞尾流间隔优化

尾流间隔对跑道容量有重要影响。为了提高近距平行跑道(Closely Spaced Parallel Runways,CSPRs)容量,在充分考虑尾流间隔影响因素的基础上,利用侧风对尾流运动的影响,综合考虑尾流运动消散及航空器尾流抵抗能力,建立了CSPRs起飞尾流间隔模型。以上海虹桥机场为例,B747-400为起飞前机,B737-700为起飞后机,利用MATLAB软件模拟仿真了不同侧风条件下的尾流运动轨迹,对起飞尾流间隔进行优化计算,确定有利侧风量≥2. 5 m/s为实施优化后无尾流影响起飞间隔的临界侧风值,采用欧控(Eurocontrol,European Organization for the Safety of Air Navigation)现行尾流间隔的遭遇风险与计算结果做对比,验证了其安全性能完全满足实际运行需求。     

空中交通尾流间隔标准的安全性评估分析

为了分析现行尾流间隔的安全性，建立了尾涡安全评估模型，基于国内现行尾流间隔标准，对诱导滚转力矩系数和所需滚转角速度计算数据进行统计，选择所需滚转角速度作为安全性衡量指标。计算分析了气象条件尾涡遭遇严重度的影响，对不同机型类别组合下的所需滚转角速度计算数据进行统计分析。研究结果表明:与滚转力矩系数相比，所需滚转角速度更适合作为尾流安全性的衡量指标；在顶风条件下可适度缩减所需的尾流间隔，提高空管运行效率；不同类别组合下的当量均值可以反映不同类别组合下的安全程度和潜在的间隔缩减潜力，当量标准值则可反映类别中所属机型之间的差异性。     

开口V形跑道尾涡遭遇及受力模型研究

为了提高开口 V形跑道的运行安全及效率,对开口V形跑道的尾涡遭遇及受力模型进行研究.结合天府机场跑道构型及运行模式,考虑侧风对尾涡位置的影响,分析后机遭遇前机尾涡的方式.同时,引入飞机颠簸强度作为安全指标,建立后机遭遇尾涡的坐标系,给出后机承受尾涡的受力计算公式.并以前机为A340-600使用天府机场东一跑道起飞及进近着陆、后机为A320-200使用北一跑道起飞为例,对后机承受尾涡最大力的位置和最大过载进行仿真.结果表明,使用东一跑道向南进近着陆的航空器与北一跑道起飞的航空器之间不存在尾涡影响.其结论与以相关规章及飞行程序为基础对天府机场开口 V形跑道尾涡的影响进行分析所得出的结论相同,验证了受力模型的准确性.     

尾流影响下的CSPRs配对进近侧向碰撞风险分析

为研究近距平行跑道(CSPRs)配对进近的侧向碰撞风险,首先,建立运动学方程,描述配对进近飞机的运动过程,确定配对进近飞机之间的时变间隔;然后,通过大涡模拟的方法仿真尾流强度,分析前机尾涡流场特性和后机遭遇前机尾流后的响应机制,构建后机受尾流扰动时的力矩平衡模型,确定尾流安全区域;最后,考虑侧向定位误差,应用概率论基本原理计算和分析侧向碰撞风险。结果表明:CSPRs配对进近过程中前后机之间碰撞风险不断增大并在最后时刻取到最大值,且随初始间隔、正侧风的增大而增大。     

基于时间间隔标准的尾流安全评估分析方法

科学地优化飞机间尾流间隔是提升机场吞吐量的重要举措,确保安全是尾流间隔实施的首要前提。首先,基于大涡模拟试验数据,对经典的两阶段消散模型(Wake Two-Stage Decay Model, D2P)模型进行改进,创建顶风对尾涡环量衰减的影响模型。然后,针对基于时间间隔(Time-Based Separation, TBS)未考虑顶风会影响尾涡移动和尾涡环量衰减,通过转化为飞机地速和构建改进D2P模型深刻分析两因素对尾涡遭遇严重度的影响。最后,计算实施TBS时不同风速不同机型组合对应的最小尾流间隔,并综合分析对应间隔的尾涡遭遇严重度。结果表明：虽然TBS未考虑顶风对尾涡移动和环量衰减的影响,但可以确保前后机安全性;在顶风8 m/s应用TBS方案时,各机型组合的尾涡遭遇严重度约为静风时的30%。TBS安全地缩减了顶风时的尾流间隔。     

近距平行跑道隔离运行的尾流安全性评估

平行跑道运行可提高民航机场的起降容量,对该运行模式下的尾流遭遇安全性进行了研究。首先,建立了复飞轨迹和起飞轨迹计算模型;然后,建立了前后飞机的尾流遭遇安全性计算模型,包括强度消散模型、诱导力矩计算模型;之后,基于现行纵向间隔标准确定了最低可接受安全水平指标;最后,设计了尾流遭遇安全性评估流程,并根据所提模型、方法对某机场现行运行模式下的尾流遭遇安全性进行了计算和评估。结果表明,起飞飞机的起飞响应时间、起飞滑跑时间、起飞安全速度、起飞许可发布时机等因素对运行安全均有影响,其中起飞许可发布时机影响最大。     

基于尾涡强度的无人机与民机纵向安全间隔评估研究

为了解决无人机频频入侵机场净空，与民航客机发生危险接近的问题，以碰撞风险为量化指标，对无人机与民机需要保持的纵向安全间隔进行评估研究。分析民机尾涡流场对无人机运行的影响，利用Crow近场涡强度消散理论，得到实际尾迹影响区改进Reich碰撞模板，据此建立CNS/GPS性能环境下的纵向间隔评估模型，通过Matlab进行间隔值求解。研究结果表明:模型可以较为准确地反映民机起飞初始爬升阶段无人机尾随运行时导航性能和尾涡迹对所需最小间隔值的影响，并得到给定安全目标水平的计算结果。     

基于Fluent的氢气输运管道泄漏扩散数值仿真研究

针对高压氢气输运管道易发生氢气泄漏的特点,利用Fluent开展了高压氢气输运管道氢气泄漏的数值模拟,得到了不同环境因素下的氢气扩散结果。结果显示氢气从泄漏口处发生射流,受外界风的影响,氢气扩散区域向下风侧偏移,危险区域主要集中在泄漏口轴线下方。利用Fluent后处理估算不同时刻危险区边界,然后利用ORIGIN软件做危险区边界与泄漏时间关系图,为应急救援提供参考建议。     

尾涡流场影响下的CSPRs配对进近侧向碰撞动力学分析

为研究近距平行跑道(CSPRs)配对进近侧向碰撞风险,首先结合非配对进近飞机的运动过程,建立配对进近飞机对的间隔模型,确定任意时刻飞机对之间的理论间隔值;其次分析飞机的尾涡流场特性,建立前机尾流的强度计算模型和消散模型,并分析飞机遭遇尾流后的响应机制,建立后机在前机尾涡流场内的力矩平衡模型,从而确定前后机的尾流安全间隔;然后分析飞机的侧向定位误差,得出飞机对之间实际间隔的概率分布,并建立侧向碰撞风险计算模型;最后利用模型分析配对进近过程中前后机之间侧向碰撞风险的变化情况。结果表明:侧向碰撞风险随初始间隔值、正侧风值增大而增大,随后机副翼偏转角度增大而减小,配对飞机对在到达跑道口时碰撞风险值达到最大。     

基于Bowtie模型的机场安全风险分析

运用Bowtie模型对隐患、可能的事故原因以及后果进行评判，分析重点放在风险控制和组织控制的薄弱环节上。利用Bowtie模型，分析机场安全风险，以跑道侵入事件为算例进行深入分析，探讨影响机场安全风险的组织因素。量化影响跑道侵入的结构重要度，计算不同阶段、不同条件下，可能导致跑道侵入事件发生的概率。从风险管理和组织安全的角度，预防跑道侵入事件的发生提供理论依据和实际指导。     

考虑速度变化的飞机尾流间隔动态缩减研究

针对现有的静态尾流间隔缩减研究没有考虑进近阶段前后机速度变化这一缺点，提出一种进近阶段动态尾流间隔缩减研究方法。首先，对前后机进近阶段广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast, ADS-B)数据进行分析，提取数据中的速度参数，并按速度变化趋势进行精细化分段。然后，基于前机尾流模型以及后机响应模型对不同分段的后机在ICAO(International Civil Aviation Organization)规定间隔下遭遇尾流时的升力变化、滚转力矩以及滚转力矩系数，并与安全指标进行对比，以验证安全性。最后，根据临界安全指标计算得到不同时刻前后机的最小尾流间隔。结果表明：按动态间隔缩减计算方法计算的最小间隔比ICAO的间隔标准缩减了44.5%,比静态缩减后的最小间隔缩减了11.3%;在后机开始减速时刻，动态方法计算的最小间隔比静态方法计算的结果更大，静态间隔缩减方法存在间隔过度缩减的问题。     

航空器尾流重新分类标准的安全性评估方法

通过RECAT-CN标准对航空器进行重新分配,从而进一步提升机场的运行效率。针对不同类别组合下的尾流遭遇安全性定量评估的需要,首先构建了飞机遭遇尾涡强度消散和诱导滚转力矩系数模型,通过对典型机场交通流数据的统计,筛选出有代表性的典型机型,然后对RECAT-CN标准中不同类别组合下的滚转力矩系数进行计算和对比。对比结果表明,RECAT-CN标准在安全性上是可以接受的;计算结果表明,在现行尾流间隔标准下,不同类别组合的CRV存在较大差异,而在RECAT-CN标准下则比较均衡,表明RECAT-CN标准的间隔标准得到了优化,可见采用RECAT-CN标准更为合理。     

基于飞行安全阈值的动态尾流间隔计算方法

现行尾流间隔标准按照最大起飞重量进行机型分类,并规定各类别组合下的间隔距离,此标准偏保守,在一定程度上限制了机场容量提升。为求得最小尾流安全间隔,引入翼展、速度、机翼面积、副翼面积、机翼力臂、副翼力臂等参数,依据涡量建立了新的安全间隔模型。通过对国内外44种典型机型数据进行计算,分别求得ICAO、RECAT 1. 5间隔标准下各类别前后机所需间隔的均值、标准差。结果表明大多数组别内前后机间隔过于保守,存在较大缩减潜力。提出了一种基于飞行安全阈值的动态尾流间隔方法,并以国内某典型繁忙枢纽机场为例,对占比最高的15种机型进行了统计计算,结果表明,与ICAO、RECAT 1. 5间隔标准相比,容量提升比例分别为5. 63%、4. 09%。     

海洋立管内流流动分析及疲劳寿命预测

涡激振动是立管发生疲劳破坏的关键因素之一。为了更加准确预测其疲劳寿命，基于Van Der Pol尾流振子模型，考虑内外流共同作用对立管的涡激振动影响及横向和顺流向的耦合作用，建立了立管涡激振动方程，用Hermit插值函数和Newmark-β法对方程求解，进一步采用P-M准则对立管疲劳寿命进行分析。并且通过设计试验对模型进行验证，最后研究管内流速对位移响应和疲劳寿命的影响。结果表明:立管振动位移随内流流速的增加而增加，造成立管疲劳寿命降低；通过增大顶张力可以有效消除内流的影响；立管两自由度涡激振动疲劳寿命大体相等，因此双向耦合作用在立管振动分析中应给予足够重视。     

油罐区火灾燃烧特性及水喷淋防护作用仿真研究

为提高油罐区火灾的消防应急能力,降低事故后果严重程度,基于动态火灾仿真软件FDS建立油罐火灾后果及喷淋特性仿真预测模型,研究横向风条件下油罐火灾燃烧特性,分析火焰几何特性、温度与热辐射空间分布等关键参数,根据温度与热辐射伤害准则确定危险区域范围,并评估不同喷淋强度对火灾事故的防护作用。研究表明:无喷淋条件时下风罐罐顶下方8 m范围内热辐射强度可能导致钢架结构物倒塌;从标准喷淋强度增大至1.5倍喷淋强度对于临罐的保护作用并没有明显提升。     

风速对露天矿采装工作面粉尘聚并效应的影响分析

风速对露天矿采装工作面的可吸入颗粒物的聚并效应有显著影响，为了探究不同风速下PM₁₀聚并效果，分析质量浓度变化机理，构建采装机械与外流域三维模型，利用Fluent软件针对新疆某露天采装面实际情况，模拟不同风速下外流场以及粉尘分布规律。结果表明：流经工作面的风流因采装设备的遮挡，在采装车厢内部与下风侧附近形成低速旋涡，使得此范围粉尘质量浓度较高；外界风速越大，高浓度粉尘区域越随风沿下风侧向后运移；随着扩散时间增加，外界风速越大，车厢附近的浓度降低得越多，沿程扩散距离越远，在采装车厢下风侧1～2 m是粉尘重点防护区域；外界风速越大，车厢附近涡流结构越复杂，PM₁₀的聚并效应增强，颗粒数量减小从而导致质量浓度大幅下降。     

近距平行跑道配对进近微观跟驰模型研究

配对进近程序可有效提高近距平行跑道容量,是目前国外航空界理论研究热点问题。为提高配对进近程序的安全性,针对近距平行跑道配对进近方式下的跟驰现象,通过量化人为因素及尾流传播特性对配对进近两机纵向距离的影响建立配对进近微观跟驰模型,对影响两机运动状态的因素进行详细分析,提出改进的配对进近安全区计算方法。最后通过算例仿真对安全区变化特点进行分析,采用实际运行数据计算出国内三大机场的近距平行跑道施行配对进近时的有效起始安全区及有地面效应影响时的安全区。     

水下气体泄漏海面火灾后果预测及评估

为评估水下气体泄漏在海面形成的火灾后果,针对某海洋钻井平台上风向浅层气井喷导致的火灾场景,构建水下泄漏海面气体火灾后果预测与评估模型;模拟分析风载荷作用下的海面气体火灾演化过程,预测火灾高温和热辐射通量的时空分布特征;评估海面气体火灾对临近下风向海洋钻井平台钢结构及作业人员安全的影响。结果表明:海面气体火灾在风载荷作用下约40 s达到稳态,稳态火焰几乎覆盖整个海洋钻井平台上部,最大火焰高度约96 m;整个海洋平台都会受到火灾高温和热辐射的影响,火灾影响区域的最高温度达到1 500℃,热辐射通量为539 kW/m~2;持续的高温和热辐射作用会使平台钢结构发生断裂或坍塌,造成作业人员严重伤亡。     

表土厚度对浅埋工作面采空区自燃的影响规律

鄂尔多斯地区的煤层埋藏浅,表土层厚度对地表漏风影响明显,继而导致采空区的自燃危险区域发生变化。为此以某煤矿4201工作面为研究对象,先通过二维离散单元程序UDEC模拟确定地表与采空区连通时的表土层厚度范围,再根据该模拟结果建立不同表土层厚度条件下的采空区漏风模型,用Fluent数值模拟软件对采空区自燃危险区域进行模拟。结果表明:当采空区上覆基岩厚度一定、表土厚度小于74 m时,煤层开采后地表裂隙会与采空区连通,从而导致地表漏风;表土层厚度越小,采空区自燃危险区域的范围和地表漏风量就越大,两者近似呈对数函数关系;地表漏风不但使采空区自燃危险区域的范围明显增大,而且使回风侧宽度大于进风侧宽度。