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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

航路实时保护区模型的建立研究

航空安全意义重大,而交叉点安全间隔对航路运行意义非凡。为更好地保障航空器安全,减轻管制员工作负荷,对繁忙航路上的交叉口提出建立航路实时保护区模型,并求得了交叉点与空速、航线夹角之间的函数关系。该模型基于速度的正态分布理论,在标准安全目标水平下反求对应的纵向保护区大小;同时根据相邻航空器的相对空速确定侧向保护区大小。并取两保护区中较大者为保护区警戒线。最后,基于该模型进行算例仿真,在保证航路安全的前提下求解实时航路保护区间隔。仿真结果与实际运行基本吻合,表明该模型在现行航路中是合理可行的。     

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。     

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。     

近距平行跑道配对进近侧向碰撞风险评估

为研究近距平行跑道配对进近侧向碰撞风险及相关参数对碰撞风险的影响,首先分析飞机位置误差的影响因素;其次基于配对进近的2架飞机实际运行过程和尾流避让的要求,考虑侧向误差概率密度函数截断补偿系数,建立近距平行跑道配对进近侧向风险评估模型;然后计算不同实际导航性能(ANP)条件下的侧向碰撞风险值;最后编制ANP数值表,并建议配对飞机速度差不超过7.5 m/s,初始安全间隔为1 000~1 200 m。结果表明,后机采用进近偏角可以有效降低对ANP的要求;大风速时,侧向碰撞风险对风向更敏感。     

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。     

多随机因素影响下飞行间隔评估及冲突解脱阈值研究

为有效评估两机水平安全间隔并建立特情冲突解脱程序,基于多随机因素对飞机位置误差的影响,建立碰撞风险模型和冲突解脱阈值求解模型。首先,考虑CNS性能和高空风作用,改进飞行运动模型,建立碰撞风险模型,得到最低安全间隔标准计算方法。然后,考虑陆空通话影响,结合飞机转弯特性,建立两机在不同相对位置情况下的阈值求解模型,利用最低安全间隔标准值求解冲突解脱阈值。最后,以某管制试飞空域内特定机型相关数据及所受随机因素参数为例进行算例分析,得出两机最低安全间隔标准,并得到防止安全间隔丧失管制员介入冲突解脱程序的阈值,计算结果与管制运行实际吻合,验证了上述理论的正确性。依据多随机因素与最低安全间隔标准脉谱图拟合出相应公式,以期为管制员进行两机安全间隔调配与制定冲突解脱程序提供依据。     

基于航空器高度保持性能的风险碰撞模型优化*

为提高Reich风险碰撞模型在“缩小垂直间隔”(Reduced Vertical Separation Minimum，RVSM)标准实施后的适用性。基于同一机型航空器的测高系统误差（Altimetry System Error，ASE）数据在超高空各高度层中并不服从相同分布且具有显著的统计学差异，针对现有的Reich模型对同一机型仍使用整个航空空域的ASE数值进行经验分布拟合的现状，对模型中ASE混合累积经验分布参数部分进行改进，添加高度层相关的参数，使原有仅根据机型进行累积的ASE经验分布细化为根据机型和高度层2部分进行累积。结果表明:改进后模型可准确体现ASE数据在不同高度层的差异性；采用改进的风险模型进行仿真计算，得到更加精确的结果；验证改进后模型的合理性和其在应用中的有效性。     

基于基准系统比较法的雷达间隔评估

为缓解我国目前飞行流量日渐增加、空域紧张等情况,提出了一种系统评估航空器雷达间隔的新方法。首先,介绍了雷达间隔研究所使用的基准系统比较法,给出了分析方法和评估流程;其次,在综合考虑影响飞行安全各种因素的基础上,利用近距离危险接近概率(CAP)模型和基准系统比较法,建立了航空器间的雷达间隔评估模型,可对航空器飞行安全进行量化分析评估;最后,利用统计学知识和实测数据对该方法进行对比验证。结果表明:1)不同精度的雷达与雷达安全间隔密切相关,直接影响空中交通流量和航空器的运行效率;2)对于普通二次雷达,N-N模型更能反映雷达角度误差的分布情况;3)当雷达间隔为5 n mile时,危险进近概率为1.382 1×10-11,用精度更低(雷达角度误差为0.138 13)的雷达替换时,为保证航空器飞行安全,雷达间隔应增大到5.3 n mile;4)使用高精度雷达进行管制指挥和监控,可提高飞行流量,缓解航班延误,提升管制效率。     

基于高斯积分的航空器冲突概率计算方法

为推进新一代空管系统冲突探测技术的应用,保障航空器飞行安全,首先,通过分析现有概率型冲突探测算法的计算难点,构建改进的冲突概率模型;其次,利用勒让德(Legendre)多项式递推公式及牛顿迭代法,实现任意点数高斯-勒让德(Gauss-Legendre)积分的求解,进而通过高斯求积公式计算该模型的冲突概率;最后,仿真模拟相向飞行、交叉飞行以及转弯飞行3种相遇模型,验证该冲突概率计算方法的普遍适用性。结果表明:该方法可以精确估计向前看时间段内航空器之间的冲突概率,积分点数越多,计算精度越高;与扩展区域近似法及蒙特卡罗(Monte Carlo)方法相比,较少点数的冲突概率计算方法有更好的计算精度与效率。     

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。     

基于相依网络模型的扇区航空器分流方法研究

当某个扇区因突发状况而对航空器的管控力度不足时,需要对扇区内的航空器进行分流.依据空中航空器的冲突关系、管制员的移交关系及管制员对航空器的指挥关系构建管制-飞行状态相依网络模型.通过此模型,在综合考虑分流后管制员的负荷及对所有航空器管控难度的前提下设计优化目标,并采用粒子群算法求解找出最佳分流方案.该方案能够使分流后管制员负荷分布更加均匀,有效减少管制员因负荷过大而出现人为差错的安全风险;降低整体的管制难度,提高管制系统的可靠性和稳定性.     

低能见度时进近管制区运行安全风险分析

为提高低能见度天气航空器在进近管制区内的安全运行水平,本文以某地的进近管制区为例,从安全系统工程学中的"5M"模型出发,使用专家评估法和头脑风暴法,找出在低能见度气象条件下进近管制区运行的危险源并对危险源评级,找出关键危险源,并提出安全建议.研究表明:关键危险源为进近管制员低能见度气象条件运行经验少、航班流量持续增大(低能见度天气持续)、陆空通讯干扰,并提出加强管制员培训;合理安排人员排班,防止疲劳上岗;防止通讯失效3条安全建议.     

自由飞行下改进的Event碰撞风险计算模型

为确保航空器在自由飞行空域中安全飞行,需要建立自由飞行下的碰撞风险计算模型,评估其碰撞风险。借鉴非自由飞行下的Event碰撞风险评估模型构想,根据自由飞行的特点,将碰撞模版由长方体改为球体。在自由飞行环境下,碰撞风险由航空器航向关系及航空器间距共同确定,并考虑通信、导航、监视(CNS)技术因素对航空器定位误差的影响;分析航向解脱和高度解脱2种冲突解脱方式,建立碰撞风险模型;利用Matlab对模型进行求解,最后依据碰撞风险计算结果确定最小安全间距。算例结果表明,目标安全水平(TSL)为1.5×10~(-8)(次/飞行小时)时,航空器间最小安全间距为10 096 m,与实际相符。