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。     

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。     

近距平行跑道配对进近碰撞风险评估

近距平行跑道实施配对进近可有效提高机场容量,解决机场拥挤和延误的问题。为保证航空器的安全运行,研究其水平碰撞风险,基于导航设备测量误差和速度偏差,建立配对进近前后两机的实际侧向距离和纵向距离基于速度、时间的方程,在此基础上建立近距平行跑道配对进近的碰撞风险评估模型,给出模型中相关参数的计算公式。最后通过Matlab软件对该模型进行计算,给出了随相关参数变化水平碰撞风险变化的曲线图,并验证了模型的合理性。     

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。     

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。     

平行进近偏航下Event碰撞风险模型

为了研究航空器平行进近偏航情况下偏航角度对碰撞风险的影响,利用Event模型和概率论理论,建立平行进近偏航碰撞风险模型;通过分析偏航时碰撞盒体型的变换,得到扩展碰撞盒截面随时间t以及偏航角α的变化特征;为方便推导碰撞风险的计算公式,引入碰撞概率比R,将其定义为变换后碰撞盒体积与原模型碰撞盒体积的比值;以北京首都机场外侧跑道平行进近偏航情况为例进行碰撞风险分析。结果表明:当给定飞机尺寸与跑道间隔时,偏航角度α在[0,90°]范围内增大,飞机对碰撞风险也增大;同时,仅当飞机进近偏航的角度小于32°时,2机之间的碰撞风险才能满足安全目标水平。     

基于机动避让程序的配对进近安全前界计算

针对配对进近中配对前机由于错误进近闯入配对后机航向道的情形,提出3种机动避让程序;根据2架航空器的相对运动关系建立平面直角坐标系,在此基础上构建机动避让程序模型,并对最后进近阶段2架航空器的纵向间隔进行计算;然后提出确定配对进近安全区域前界的5个步骤;最后利用上海虹桥国际机场的相关数据对模型进行仿真,计算多种闯入角度和避让角度组合下,不同侧向间距的最小安全区域前界。仿真结果表明:跑道中心线间距越小,配对的2架航空器所需的最小纵向安全间隔越大;而闯入飞机的闯入角度越小,2架航空器所需的最小纵向安全间隔越小;该方法还可以实时定量计算近距平行跑道配对进近方式下的安全区域前界。     

配对进近模式下航空器的进场排序研究

介绍了近距平行跑道的概念及运行模式,以航班延误时间最小为目标函数,进场流约束、排序时刻约束、配对限制及前后机约束、排序先后约束、机型尾流等级约束和间隔约束等为约束条件,建立了进场航空器排序模型,采用改进的先到先服务算法计算各航空器的延误时间.以上海虹桥机场为算例、航空器的延误时间为对比指标,将配对进近模式与现有运行模式——"类隔离"平行运行模式进行对比.结果表明,近距平行跑道实施配对进近模式较"类隔离"平行运行模式能显著缩短航空器的进场时间.最后为管制员、飞行员提出了配对进近航空器安全间隔及进场排序等相关建议.该方法可以准确地计算近距平行跑道采取配对进近方式下航空器的进场延误时间.     

基于蒙特卡罗的平行跑道进近碰撞风险分析

为在新的导航方式下对具有随机复杂特性的平行跑道进近碰撞风险进行评估，构建了一种面向多个对象集的进近碰撞风险仿真模拟模型。首先根据实际航迹数据获取基于性能导航(Performance Based Navigation, PBN)的实际导航性能(Actual Navigation Performance, ANP)分布规律特征，基于ANP分布函数可得进近轨迹偏离概率；随后构建了仿真轨迹模拟模型，并将国际民航组织(International Civil Aviation Organization, ICAO)的经典失误进近场景应用其中；最后针对不同非侵入区(No Transgression Zone, NTZ)宽度、不同失误场景进行仿真试验。结果表明：此模型可以快速且合理地对进近场景进行仿真模拟；在安全目标水平下的PBN导航进近可缩小NTZ宽度，从而减轻管制员工作量，提高进近运行效率。     

基于雷达数据的侧向跑道进场保护区研究

为了掌握离场航空器在侧向跑道运行时的放行时机,降低航空器在侧向跑道延长线交叉点处的碰撞风险,提出了一种基于航空器碰撞发生概率来确定侧向跑道上航空器进场保护区的方法。通过定量计算航空器之间的碰撞风险,得到航空器在不同位置的碰撞风险值概率分布直方图,利用Origin软件进行拟合,根据拟合输出结果确定保护区。在实际运行中,可以使用此方法制定策略,避免航空器有可能发生的空中碰撞,降低进离场航空器之间的碰撞风险。     

配对进近保护区的优化研究

进近航空器采用配对进近的方式可以提高近距平行跑道进近着陆容量。针对配对进近过程中配对前机错误侵入后机航向道的情况与航空器转弯过程相似，根据前机的转弯角度、转弯半径等参数，构建了基于风螺旋的安全前界优化模型，来解决安全前界求解繁琐的问题。通过引入配对参考点对安全后界模型进行优化，解决了安全后界求解范围过大的问题。最后用不同机型数据对上述模型进行仿真，计算了不同机型配对情况下的安全前界与安全后界。仿真结果表明：优化后的安全前界在计算过程上更加简便；优化后的安全后界为3 119 m,相对于其他参考文献数值更小，达到了优化的目的。该方法可以使配对进近方式下配对两机保护区的安全前界计算更简便，且能优化保护区安全后界。     

配对进近侧向位置误差QAR参数关联性分析

为研究配对飞机进近阶段飞行员操作和环境因素与侧向位置误差间的关联性,结合快速存取记录器(QAR)数据,基于飞机侧向位置修正过程,识别影响侧向位置误差的QAR参数;建立模糊关联模型,模型中运用模糊C均值(FCM)聚类方法将QAR参数的样本值聚类,得到每个参数的隶属度矩阵;结合Apriori算法,挖掘参数间及参数与侧向位置误差间的关联规则;基于关联规则量化其中的关联性,使用A320-200的真实样本数据进行关联性分析。结果表明:识别出的QAR参数在指定30%支持度下都与侧向位置误差相关;飞机的仰角、坡度、方向舵位置以及风向对侧向位置误差影响较大。     

基于同时仪表进近的航空器在特情下的碰撞风险模型研究

同时仪表进近模式可有效提高平行跑道的容量,但发生特情时会造成极为严重的后果,因此研究在特殊情况下基于同时仪表进近模式的航空器碰撞风险具有重要意义。首先,与首都机场进近管制员沟通,总结了4种可能会发生的特情,其次,建立基于位置误差概率的同时仪表进近模式下的航空器在特殊情况下的碰撞风险模型,模型最关键的位置误差和速度参数根据采集的实际运行航空器航迹的ADS-B数据得到,其他参数为国际民航推荐值或本地区一线管制员的经验值,然后运用MATLAB软件进行仿真,得出发生特情时每个时刻的碰撞风险,从而得出整个过程碰撞风险的变化趋势。     

多机空战训练空域军民航飞行安全研究

为科学地划设军航训练空域,有效避免军民航飞行冲突,采用Event模型,仿真模拟军航飞机的标称航迹,计算军民航飞机在导航误差、军航飞行员操作误差、侧向风等因素影响下的侧向重叠概率,构建碰撞概率模型,研究军民航碰撞风险;然后,以二对一空战"钳形攻击"训练为例,结合多机飞行的复杂性和多变性,利用模型计算出符合国际民航组织(ICAO)安全目标等级的训练空域安全余度;最后,分析军民航飞行安全性,研究军航飞行训练方法,给出相应建议。结果表明:在所指定飞机机型的情况下,在训练标称航迹外侧增加8 km的安全余度,能使军民航碰撞风险满足ICAO的要求。     

基于模糊层次分析法的跑道偏离风险管理

在统计分析1995-2008年跑道偏离事故数据后,结合跑道偏离特点从机组、管制、航空器、气象条件、跑道、管理方面进行风险因素分类识别;在此基础上,为有效处理专家判断信息的模糊性,采用结合三角模糊数的模糊层次分析法进行风险评价,利用三角模糊数表征专家判断信息,构造三角模糊数判断矩阵,计算风险因素重要度排序.结果表明,影响跑道偏离的主要风险因素为:复飞政策不合理,跑道污染,机组训练不充分,缺乏稳定进近准则,管制员未能引导飞机稳定进近,机场跑道维护管理不合理,未及时复飞,机组资源管理失效.最后根据风险因素重要度排序,针对跑道偏离涉及的组织制定包括航空器运营人、机场、空中交通管制的跑道偏离风险控制措施.     

点汇聚进近飞行程序近地风险评估方法研究

为保证航空器持续下降运行技术安全实施,需评估点汇聚进近程序近地碰撞风险。根据点汇聚进近程序扇形区域特点,提出保护区设计方法,设计保护区内查找关键障碍物流程,给出关键障碍物的近地风险评估方法;针对长沙黄花国际机场36号跑道的点汇聚进近飞行程序,寻找10个关键障碍物;考虑到航空器的不同高度偏差,针对每种偏差飞经每个关键障碍物时的30个航空器随机飞行高度进行评估。结果显示,飞行器高度偏差小于50m时,能够满足国际民航组织(ICAO)规定的飞行程序安全标准,否则存在近地碰撞风险。     

陆空通话下的平行航路碰撞风险模型研究

目前在平行航路碰撞风险研究中,通常会忽略人为因素的影响。为更系统地研究平行航路的碰撞风险,提高碰撞风险值计算的准确性,先分析航路飞行特点找出陆空通话下平行航路中人因可靠性的影响因素;然后考虑人与人交互的过程,改进传统的认知可靠性与失误分析方法(CREAM),构建平行航路中人因可靠性的计算模型。根据Brooker思想,建立并分析纵向、垂直、侧向3种平行航路碰撞风险模型。将所建模型应用于三亚区管中心。结果表明,陆空通话下某平行航路的碰撞风险值小于国际规定的安全目标水平,进而说明该模型可用于平行航路碰撞风险的研究。     

自由飞行下基于高斯白噪声的碰撞风险模型

飞机的安全性在自由飞行中受到通信导航监视性能、人为因素、防撞系统等因素的影响,其中通信导航监视性能会导致飞机产生定位误差,这种定位误差具有高斯白噪声的特性。主要考虑飞行定位误差的高斯白噪声特性,将此误差用概率表示为以理论位置向外辐射,根据飞机的相对运动,建立基于高斯白噪声的碰撞风险模型,给出模型中各参数的求解方法,从而得到碰撞风险。最后用算例验证了模型的可行性,在现行的安全目标水平之下为相关运行部门提供相应的最小安全间距,为实际运行奠定一定的理论基础。     

军民航空域安全评估中的碰撞风险研究

碰撞风险是空域安全评估的重要内容。为保证军民航的安全飞行,通过对民航Event模型碰撞风险的研究,构建了军航训练空域与民航航路的碰撞风险模型;根据军航飞机的飞行特点,建立了军航飞机侧向位置偏差概率模型;结合民航飞机的横向位置偏差概率模型重新计算Event模型中的碰撞盒穿越间隔片频率(GERh);选取某一战术动作对军民侧向碰撞风险进行仿真,确定其安全间隔;通过对飞行过程中各个关键点碰撞风险的研究,对空域的使用提出建议,并验证了理论的实用性。结果表明,当前10 km的安全间隔标准并不能符合规定的安全目标等级,至少需要再增加7 km的安全间隔才能使整个飞行过程均满足要求。     

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。