雷明洁 杨 珂

中国民航大学

基于大气消减的民用机场布局规划研究

雷明洁 杨 珂

中国民航大学

通过对民用机场布局规划的基础研究，针对风对航空器起飞着陆的影响分析，计算风力作用下跑道方向的选择原则。通过目测法及解析法的应用分析，确定研究跑道方向的方法。最后，总结基于大气消减下机场布局规划的基本原则。

机场布局；跑道方向；风保障率

一、民用机场布局研究概述

民用机场作为飞机活动的主要场所，主要为航空器起飞、着陆、滑行、停放提供场地，同时为地面服务保障设施及其他设施活动提供空间。首先，从机场方面考虑，机场位置的选择往往主要考虑到满足净空要求；其次，机场总体规划主要包括飞行区、旅客航站楼、货运区、机务维修设施、供油设施、空中交通管制设施、安全保卫设施、救援和消防设施、行政办公区、生活区、生产辅助和后勤保障设施、地面交通设施等。[1]因此，通过以下方面进行改善规划可以达到大气消减的效果。

(1)机场位置。主要是根据不同地形地势的大气环境分析，选择气压，气温，湿度，风向风速，云状云量，能见度等进行综合分析，从而选择更利用污染物扩散稀释的位置。

(2)跑道方向。主要是根据当地大气环境确定跑道方向，一方面保证起降时风速的最大利用率，可以减少燃油消耗，从而降低污染物的排放量；另一方面，最大风保障率方向下的污染物在扩散过程中更易扩散。

二、机场大气消减计算方法研究

本文针对风对航空器起飞着陆的影响进行风力计算分析。主要是通过计算风保障率确定机场跑道方位。一方面，航空器在侧风作用下着陆时，受侧风影响偏移跑道，侧风较大无法修正时，必须停止飞行活动。[2]另一方面，顺风情况使得航空器起降时所需的跑道长度增长，不利于航空器飞行安全，设计时应采取无风条件。因此跑道方向的选择上，应了解当地全年风向及风速的分布情况，通过计算机场风保障率，选择最有利于航空器起降的方向为跑道方向。

风保障率，实质上就是风保障率计算图中来两条最大许可侧风分解平行线ab与cd和两条最大许可逆风分解圆弧线ac与bd所围成的图形内各风频率之和。从原理上讲，风保障率的计算非常简单，将上述范围内的风频率相加即可。

1.扇形面积的计算

整个扇形面积，见图5-3中S1、S2和S3，它们分别表示不同风速等级下的扇环面积。由于各个方向是等分的，因此，它们所对应的圆心角都是π/8，其余扇环的面积对应与S1、S2和S3相等。这些面积可由两个扇形面积相减得到，即：

图1 风保障率计算公式推导图

2.被切割扇环分界线内侧面积计算

(1)目测估算法。目测估算法，就是用大致估计的方法来确定被切割扇环分界线内侧面积占其总面积的比例，根据这个比例计入被切割扇环的风频率。

(2)解析法。应用解析法计算风保障率，一方面提供计算的科学性，另一方面保证计算结果的准确性。避免了使用目测估算方法造成的误差。

计算公式推导如下：

设机场跑道方向与磁北方向的夹角为a，设四个同心圆Q1、Q2、Q3和Q4的半径分别为R1、R2、R3和R4，从水平坐标轴起，逆时针方向，16条方位线等分角线分别为L1、L2……L16。为便于计算，采用极坐标，并且考虑到对称性，以上半圆为例，如上图所示。

根据图1，可以得到四个圆、16条方位线等分角线和两条平行线的极坐标方程分别是：

被切割扇环分界线内那部分的面积，公式推导如下：

式中，θi-1、θi为被切割扇环所处的方位角；θy、θx为平行线ab与各园的交点坐标；Ra、Rb为扇环内外圆半径，其中Ra取值为R1、R2和R3，Rb取值为R2、R3和R4。其余符号同前。

在式(1)中，当θy=θi时，即为Sd，当θx=θi-1时为Sa，当θy=θi，且θx=θi-1时为Sb。

同理，在式(2)时，当θy=θi-1时为Se，当θx=θi时为Sh，当θy=θi-1，且θx=θi时为Sg。

通过计算公式求解该跑道方向的风保障率，从而确定利于航空器起降的最佳跑道方向。

三、总结

机场方位的选择以及跑道位置的确定，要能够保证航空器起飞着陆的安全。因此在规划设计阶段，需要满足一定的要求。

(1)机场所在区域要满足民用机场净空要求，保证航空器运行过程中航路的便捷性，航空器起降过程中，驾驶员视野的广阔性。

(2)航空器起降过程尽量不受风的较大影响，因此选择跑道方向要最大程度的利用该区域的最大风保障率，从而保障航空器的起飞着陆安全。

(3)机场其它区域的布局规划要能够保证航空器运行过程中安全、快速、有效、经济、环保；保证机场工作人员能够有效协调航空器的运行以及机场的有效运营。

[1] MH5001-2013民用机场飞行区技术标准，中国民用航空总局，2013.