一种适用于进近尾流间隔缩减的机型聚类方法

目前,我国广泛使用的尾流间隔标准过于保守,导致机场跑道容量受限。以进近航空器的尾流遭遇问题为研究对象,首先研究进近尾流安全间隔缩减方法,获取缩减后的临界尾流间隔;然后基于主成分分析法（PCA）对 BADA 数据库中的航空器性能数据降维,提出一种适用于进近尾流间隔缩减的机型层次聚类方法;最后采用该方法得到新的机型分类结果并构建缩减后的尾流安全间隔标准。结果表明：本文所使用的机型层次聚类方法与国内外航空器分类方法具有较好的一致性,在长沙黄花国际机场的主流配对机型间,所获取的进近航空器尾流间隔标准与传统尾流间隔标准相比可以缩减 0.8 km 以上。     

首都机场地面运行容量仿真研究

合理有效地确定机场地面运行容量对于统筹8规划机场建设工程具有重要意义.选取北京首都国际机场作为研究对象,应用Simmod仿真软件对机场3条平行跑道构型下,现状运行条件、东跑道夜间正常降落、缩小尾流间隔3种不同运行情况进行了仿真建模,分析了首都机场的正常地面运行容量和跑道起降架次.仿真结果表明,现状运行条件下,首都机场可满足的年旅客吞吐量约为8820万人次,日起降容量约为1718架次.东跑道夜间正常降落时高峰时段降落架次可提升约8%,缩小尾流间隔有助于提升机场整体运行容量,可满足的年旅客吞吐量约为9000万人次,日起降容量约为1738架次,高峰小时起降容量可提升约3%.     

尾流间隔缩减技术综述

当今世界各主要机场的航班延误已经成为影响航空运输发展的瓶颈,在通过空中交通流量管理提高效率的同时,也有许多科研工作者对尾流间隔的缩减进行了大量的研究。一类技术是通过改进进近程序缩减近距平行跑道的尾流间隔;另一类技术是建立尾流的预测模型,对尾涡的消散和输运进行预测,从而产生动态的尾流间隔咨询,获得更多的着陆或起飞时隙。采用上述技术的尾流间隔缩减系统可以减少延误,增大终端区容量。根据运行原理的不同将上述技术概括为:基于偏置进近程序的尾流间隔缩减技术和基于动态预测的尾流间隔缩减技术。对采用上述两类技术的系统作了详细分析,并比较和论述了优劣。     

交叉跑道进离场航空器安全间隔研究

交叉跑道在我国尚属新的跑道构型,亟需建立相关标准和评估方法来提高其运行安全性与运行效率。针对交叉跑道进近航空器与离场航空器可能出现航迹交叉情况建立安全间隔,首先通过建立碰撞风险模型计算进近航空器至跑道端的距离;然后建立交叉跑道进近复飞与离场航空器之间的尾流间隔模型,并求出离场航空器产生的尾流是否影响复飞航空器,从而确定...     

设置绕行滑行道时的机场运行效率分析

目前,国外多个大型枢纽机场的绕行滑行道运行实例均表明,该滑行道能有效地提高机场运行效率。中国具有近距平行跑道的机场都有条件建设、运行绕滑。设置绕行滑行道能减少近距平行跑道机场的航空器跑道穿越次数,提高运行安全水平和航空器地面滑行效率,降低管制员工作负荷。通过建立有绕滑条件下进场航空器地面滑行路径的选择模型,并使用算例和对虹桥机场SIMMOD模拟计算证明了模型的实用性。计算分析表明,绕滑对减少航空器地面滑行时间作用显著,且机场高峰小时架次愈高作用愈明显。     

基于数值模拟的飞机近场尾涡特征参数计算

尾流间隔是飞机起降和飞行过程的安全保障。近场尾涡特征参数是尾涡远场演变和消散研究的基础，是缩减尾流间隔以提升机场及空域容量的理论依据。采用雷诺平均法数值模拟A320飞机尾涡的近场演化过程，对近场尾涡特征参数的计算方法进行了研究。结果表明：与Hallock-Burnham模型相比，Lamb-Oseen模型能更准确地描述近场尾涡速度分布；采用平均椭圆法计算的近场尾涡涡核半径比采用传统方法计算的精度更高；数值模拟中，A320机型更适合采用3～12 m的平均环量值来描述近场尾涡强度。     

相关进近模式的近距平行跑道尾流危险区域分析

相比于机场一起一降的运行模式,近距平行跑道的相关平行进近运行模式可以最大限度地提升跑道容量.根据尾流在大气中各个阶段的运动特性,得到了以时间为变量的尾流水平侧移距离数学模型.应用Matlab仿真软件得到了侧风及地面效应影响情况下的上海虹桥国际机场实行近距平行跑道相关平行进近的侧向尾流危险区域图,并分析得到了后机不受到前机尾流影响情况下两机需保持26.9 s的最大尾流时间间隔.利用尾流危险区域的特点,可缩短尾流时间间隔,从而大幅度提高机场容量.     

机场跑道容量评估模型研究

针对终端区区域中的跑道容量建立了数学模型并结合仿真方法得出了相应的容量值。模型中考虑的关键影响因素包括管制规则、公共进近航段长度、航空器跑道占用时间及随机误差等。此外。提出将某些影响航空器间隔的因素视为随机变量,并推导了在可接受的安全水平下,管制人员需要增加的缓冲裕度。最后针对跑道实际运行特点和所建立的数学模型,结合随机航空器流模拟的方法．编制了蒙特卡罗仿真程序对某机场的跑道容量进行了评估,评估结果表明模型是有效的。     

基于阻塞流的机场终端区极限容量评估研究

为确定机场终端区最大容量保障能力,即极限容量,从终端区运行特点分析出发,综合考虑进离场航线长度、飞行速度、管制间隔等因素,构建进离场网络流模型,并以跑道Pareto容量包络线作为约束,分析进离场航线网络与跑道的耦合关系,建立基于阻塞流的机场终端区极限容量评估模型。以杭州萧山机场终端区为例,验证了模型的可行性和准确性,并借助模型分析了不同流量控制策略下终端区容量包络线的变化趋势。研究表明,随着移交间隔变大,终端区容量包线有内移的趋势,进场容量由33架次/h逐步降为25架次/h。     

开展动态尾流间隔研究，提高机场容量

波音与中国商飞共同发起并开展动态尾流间隔研究，在不改变机场跑道构型和空域结构的情况下，实施动态尾流间隔可以有效提高机场容量，减少航班延误。     

基于分位数回归的机场容量评估

对北京首都国际机场航班运行的历史数据进行了统计分析,建立了进离场小时架次及时间的三维数据结构,并利用DBSCAN算法进行聚类分析;在消除“噪点”的基础上,利用改进后的分位数回归算法生成分时段的具有95％概率的机场小时运行能力包线.仿真结果表明,各个时段的机场进离场架次具有一定的时间特性和差异:8点到10点处于离港早高峰,离港小时架次远大于进港小时架次;10点到22点进离港航班较为均衡,机场全负荷工作;其他时间段航班小时架次未达到最大容量值.     

Flight safety,aircraft vortex wake and airport operation capacity

One of the major problems that challenge today's aeronautics is the problem of improving flight safety. A zone of increased hazard is the aerospace in the vicinity of an airport. Here, one of aircraft accidents' causes is wake turbulence generated by aircraft. The encountering of an aircraft on take-off or landing with the vortex wake of a preceding aircraft can lead to an accident especially dangerous near the ground.     

一种尾流消散动态预测的改进算法

尾流间隔是增大跑道容量的主要限制因素之一，为了在保持安全水平的前提下有效地增大跑道容量，可以对尾流消散进行动态预测，并据此缩减尾流间隔。研究了一种尾涡消散动态预测算法，该算法考虑了真实大气的大气分层、湍流、侧风、迎面风、风切变以及地效影响，并用一阶后向差分对该算法进行了离散化改进；在改进算法的基础上，时进近阶段尾流的消散在Matlab中进行了仿真计算；计算结果复现了尾涡的下沉现象和侧风对尾涡传输的线性累积效应。     

反弹自消散系统尾涡控制机制研究

为了研究加快尾涡消散的机理,以获得更合理的尾流间隔,进行了壁面反弹实验的数值模拟计算。实验采取在模拟机翼后缘安置反弹面的方法,诱发反弹二次涡与主涡相交出现不稳定性,以加快尾流衰减。数值计算运用N-S方程,对雷诺应力项采用Realizableκ-ε涡粘模型进行计算,分析经二次涡干涉后尾涡轴向涡量衰减、涡核下沉运动等参数的变化,以探究反弹二次涡对飞机主涡消散的演变影响。实验结果表明,反弹涡对主涡衰减有明显的促进作用。该实验为人工干预缩减机场尾流间隔的研究奠定了理论基础。     

程序管制条件下进近模式与飞行容量关系研究

分析了在程序管制条件下,不同进近程序模式（直线进近或推测航迹程序、基线转弯程序、直角航线进近）影响飞行间隔的因素,并在此基础上,建立起进近程序模式、机型比例及飞机速度与飞行容量关系的数学模型,从而达到量化机场飞行容量的目的。为终端区的容量管理提供理论依据。最后以一个机场的进近程序为例,计算出其小时最大容量限制。     

Safety assessment of approximate segregated parallel operation on closely spaced parallel runways

With the continuous growth of air traffic flow, some airports in China or other countries begin to construct Closely Spaced Parallel Runways (CSPR) to meet the capacity requirement of civil aviation. In this paper, the simulation and calculation method of flight trajectory is developed, as well as the collision risk calculation method and wake vortex encounter risk calculation method. New methods for departure and go-around procedures are proposed to achieve approximate segregated parallel operation in an attempt to obtain approximately the same results on closely spaced parallel runways as on widely spaced parallel runways. By comparing with the independent parallel departure and segregated parallel operation in ICAO Doc. 9643, it is found that the lateral separation between aircraft in this proposal is not less than the separations in the other two cases. Based on the simulation calculation of flight trajectories under different conditions, the probabilities of collision conflict and encountering wake vortex are lower than those in current operation plan. The proposed plan has no special requirements in pilot operation, control command procedures, airport facilities, or meteorological observation and prediction, so it is convenient to promote and implement at the airports with closely spaced parallel runways.     

独立离场模式下多跑道时空资源优化调度方法

为有效缓解大流量、高密度机场日益严重的交通拥堵和航班延误现状,研究了多跑道离场航班优化调度问题。首先,从生产调度领域视角,将多跑道离场调度问题抽象为典型的车间作业调度NP-Hard组合优化问题;然后,面向航空运输各方利益需求,以航班延误、跑道容量和环境污染为优化目标,综合考虑航空器尾流影响、场面滑行和跑道穿越等各类限制因素,建立了独立离场模式下多跑道时空资源优化调度模型;最后,结合多目标优化及遗传算法基本理论,设计了带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II),寻求多跑道离场调度问题的Pareto最优解。仿真实验表明,模型可对独立离场航班进行优化配置,显著降低航班延误时间和航空发动机污染物排放量,并有效提升机场跑道容量。与随机和交替调度策略相比,优化调度策略执行效果显著,其中航班延误时间分别减少了51.2%和42.7%,所提方法可显著缓解大型繁忙机场离场航班起飞延误,有效提升航空运输服务品质。     

Influence of different flap settings on the wake-vortex structure of a rectangular wing with flaps and means of alleviation with wing fins

This paper presents the results of an experimental investigation of the wake-vortex structure behind a flapped rectangular wing. The wind-tunnel test is part of a project funded by the German Research Association (DFG) to investigate the flow structure in the wake of wings with different flap extensions. The purpose of this investigation is to study the main features of lift generated vortices in order to find ways to alleviate hazardous wake vortex encounters for following airplanes during start and approach such that an increase in airport capacity can be achieved. First, the wake structure at different flap settings is investigated by measuring the velocity field at different positions in the near field behind the wing. The measured data are evaluated in terms of vortex parameters such as core radius, maximum tangential velocities, circulation distributions, turbulence levels and maximum induced rolling moments on a following aircraft. Then additionally, for one flap setting, means of alleviation are examined with a wing fin mounted at different positions on the wing. Alleviation is judged by the decrease of the maximum induced rolling moment. A significant reduction is achieved for a wing fin placed near the outboard edge of the flap.