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。     

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%。     

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。     

侧风影响下的飞机尾流危险区域估算方法

为更好地评估侧风影响下尾流的演化与危险，对经典的D2P(Wake Two-Stage Decay Model)模型进行改进，并构建侧风影响下尾流危险区域评估方法。首先，基于数值模拟试验数据和激光雷达探测数据，创建侧风对尾涡强度衰减和涡核运动的影响模型。其次，建立后机遭遇尾涡后的诱导滚转力矩系数模型和尾涡危险区域估算模型。最后，对不同侧风条件下的尾涡危险区域长度及尾涡侵入侧向相邻跑道的所需时间进行计算分析。结果显示：尾涡危险区域长度在静风时最大；随侧风强度增强，上风涡和下风涡侵入相邻跑道的持续时间都不断减少，但在超过6 m/s后，下风涡侧又开始增加。改进后的模型能更好地考虑侧风对尾涡危险区域的影响，有利于估算侧风影响下的单跑道或近距平行跑道着陆时所需的尾流间隔。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

小型四旋翼无人机悬停状态气动干扰与安全间隔研究*

为保证小型旋翼无人机近距编队悬停状态的安全性,采用数值模拟方法研究不同横向和纵向间隔双机悬停流场特征和气动参数变化规律,通过与实验结果对比,验证数值仿真方法的准确性。研究结果表明:无人机内部旋翼间的气动干扰会导致整机单旋翼拉力降低、扭矩增大,使整机气动效率下降;当双机无横向间隔时,双机下洗流场保持对称,同时2股下洗流叠加,呈现较明显的横向扩张趋势,此时后机所受气动影响主要为拉力损失,当纵向间隔大于5 D时,该影响基本消失;当横向间隔X=1 D时,位于尾流区一侧的旋翼拉力减小,后机所受俯仰力矩作用显著,无人机有侧翻风险;横向间隔X≥2 D时,2机之间气动干扰较弱,为较安全区域。     

一种改进的混合交通交叉口安全仿真评价方法

为解决经典冲突分析模型SSAM中最小碰撞时间方法在冲突仿真中的不足,根据混合交通中机动车、非机动车及行人的运行特征并基于交通冲突理论,提出在交通仿真模型中易于实现的冲突时刻差法,即通过测量任意2股车流经过潜在冲突点的时间,计算冲突发生的时间差值。该方法可以通过交通仿真软件的二次开发方便地实现对混合交叉口交通安全状况的评估。最后以典型混合交通交叉口绿灯间隔评价为例,对比分析了2种方法的适用性。结果表明,冲突时刻差法比最小碰撞时间法更能细致刻画交叉口的安全水平;在不同的绿灯间隔水平下,后一种方法比前者漏检80%以上的交通冲突,冲突时刻差法更能适应混合交通交叉口安全仿真分析评价的需要。     

Voronoi尾流规避下的风电场布局安全性研究

为了降低尾流对风电场稳定输出和风力机发电性能的危害,在现存风电场风力机布置优化布局方法下,提出结合1种基于几何约束辅助的Voronoi图的全新优化方法,对现行的几种代表性的风电场布局进行二次迭代优化,并利用WAsP软件对优化前后的布局做对照数值仿真计算。研究结果表明:优化后的布局可有效规避尾流效应,提高风电系统的稳定输出性和安全供电,并提高风电能量利用率。本文以Voronoi几何生成特性为研究核心,在总结一般规律下,结合程序化计算思维、人工智能、计算机图形学算法等知识,深入探讨Voronoi风场布局计算模拟仿真的未来应用可行性,得出其提高精度的有效方法,同时为风电场布局理论和其他学科的交叉融合提供创新思路。     

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。     

航班起飞过程的风险识别与控制

飞机起飞阶段是事故多发阶段,为了进行风险识别与控制,设计了定性判别方法和定量计算仿真算法,并以具体飞机坠毁事故为例分析了安全裕度.分别计算了飞机冲出跑道的速度、距离和逃生时间.中断起飞的速度与时间,是火灾发生后的判断关键,也构成了飞机起飞事故的裕度.结果表明,中断起飞的安全裕度比坠毁的大,且关于中断起飞的规定有矛盾之处;用于逃生的90 s规则高于中断起飞的决断速度的限制规定.该分析方法为处理危急时刻的两难决策问题提供了理论指导.     

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。