 首先，針對最小尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)的特殊性和重要性，本文對尾渦的形成和消散的機理以及尾流對飛行安全造成的影響作了詳細(xì)的分析，認(rèn)為當(dāng)跟進的后機縱向進入前機形成的尾渦流場的中心區(qū)時所造成的滾轉(zhuǎn)運動的影響是最為顯著的，值得重點加以研究。

 其次，對目前實行的幾種不同的尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)（國際民航組織ICAO的標(biāo)準(zhǔn)、美國聯(lián)邦航空局FAA的標(biāo)準(zhǔn)以及英國航空管理局CAA的標(biāo)準(zhǔn)）進行了仔細(xì)的比較和分析，并在此基礎(chǔ)上提出了尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)共同遵循的幾條準(zhǔn)則和一種改進的機型尾流分類標(biāo)準(zhǔn)。

 然后通過引入滾轉(zhuǎn)比例系數(shù)簡化了對危險遭遇程度衡量的分析，建立了尾流間隔的基本數(shù)學(xué)模型，包括尾流危險遭遇的基本模型和簡單的尾渦消散模型；并給出了在給定的時間間隔下前后機發(fā)生危險遭遇的概率值的計算方法。

 最后，應(yīng)用所建立的理論模型，結(jié)合相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對不同機型的尾流分類進行了計算和評估；發(fā)現(xiàn)在目前常用的機型當(dāng)中，除去波音757之外，其他的各類機型的尾流分類雖然較為保守，但仍然是相當(dāng)合理的。

由前面的分析和計算可以看出，尾流危險遭遇模型、尾渦消散模型可以從理論上比較好的描述前后機尾流遭遇過程中的相互作用關(guān)系，可以給出在固定間隔下前后機發(fā)生危險遭遇的概率值，并且可以用來評價在同一概率水平條件下各機型的尾流分類是否合理；但是另一方面，從現(xiàn)有的模型中還無法確定絕對的危險遭遇概率界限，從而合理的修改尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)，對此還需要進一步的研究。同時，模型中的參數(shù)的確定卻相當(dāng)困難，如滾轉(zhuǎn)比例系數(shù)f，尾渦的消散率n，各機型的尾渦渦核半徑 等等，需要大量的飛行試驗和實地測量數(shù)據(jù)，由于國內(nèi)相關(guān)方面的數(shù)據(jù)非常缺乏，在前面的算例中都是參考FAA的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，取其較為保守的數(shù)值，以至可能影響了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，在以后的研究中，國內(nèi)的民航交通管理部門和有關(guān)的科研機構(gòu)應(yīng)當(dāng)要非常重視各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)的采集和處理，這樣經(jīng)過理論分析和實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析相結(jié)合，其結(jié)果才可以比較符合中國的國情和需要。

 

第三篇

空中交通間隔碰撞危險的評估方法研究

 

第一章   緒   論

1.1 本篇研究的背景

隨著人類文明的進一步發(fā)展，航空運輸在整個交通運輸體系中占有越來越重要的位置。但由于空域資源的有限性，飛行量的大幅增長使得飛行沖突愈加嚴(yán)重，這不僅限制了航班量的增加，對現(xiàn)有航班造成了許多延誤，也使得飛行在航線上的飛機之間的碰撞危險沖突大大增加。

為了防止飛機發(fā)生危險接近甚至碰撞，國際民航組織（ICAO）對飛機的橫向、縱向、和垂直間隔做了明確規(guī)定。這些規(guī)定涉及VFR(目視飛行)、IFR（儀表飛行）、機場區(qū)域飛行、航線飛行、進離場飛行和使用二次雷達(dá)的監(jiān)視飛行等。然而在現(xiàn)實中，違反這些規(guī)定的現(xiàn)象也不少見，當(dāng)然這其中有儀器儀表精度問題，氣象和航線數(shù)據(jù)不準(zhǔn)問題，也有管制員和飛行員人為指揮差錯和操作失誤等問題。但后果卻不尋常，輕則造成危險接近，重則造成兩機相撞。面對這些實際問題，科研人員多年來試圖從理論上研究飛機的安全性，從理論的角度來為這些人為的間隔規(guī)定提供理論依據(jù)，以求對那些不合理的間隔規(guī)定進行改善，這就是間隔標(biāo)準(zhǔn)的安全評估問題。

因此，要保障空域的安全性，就必須對空域的安全性進行評估。在間隔標(biāo)準(zhǔn)對空域安全影響評估的過程中，需要對由間隔標(biāo)準(zhǔn)造成的碰撞危險進行分析，本論文的工作就是對碰撞危險的建模、量化和評估方法進行研究。

1.2  國內(nèi)外研究的概況

國外早在六七十年代就有關(guān)于對縮小間隔標(biāo)準(zhǔn)的空域所作的安全評估研究工作。最著名的就是英國的P.G.Reich針對平行航路系統(tǒng)在縱向、側(cè)向、垂直方向分別進行了碰撞危險建模，并在1966－1968年期間在導(dǎo)航雜志上出版了“關(guān)于間隔標(biāo)準(zhǔn)的空中交通系統(tǒng)分析I、II、III ，文中對相鄰航線飛機之間的單個碰撞危險建立了數(shù)學(xué)模型。Reich模型主要適用于計算碰撞危險和間隔之間的關(guān)系。

1964年北大西洋NAT地區(qū)的側(cè)向間隔為120海里，縱向間隔為15分鐘，F(xiàn)L290以下垂直間隔1000英尺，F(xiàn)L290以上垂直間隔為2000英尺。作為空域容量增加的結(jié)果，當(dāng)時有人提出將側(cè)向間隔縮小至90海里，以提高航路系統(tǒng)經(jīng)濟性和可用性，但由于沒有實施碰撞危險安全分析而缺乏可信度，該建議未被采納。1965年，國際民航組織ICAO設(shè)立了北大西洋規(guī)劃小組NATSPG（the North Atlantic System Planning Group），專門從事實施縮小側(cè)向間隔標(biāo)準(zhǔn)安全評估決策流程的分析。NATSPG小組，采用了Reich碰撞危險模型最初始的分析和建模工作，并在NAT地區(qū)采集大量數(shù)據(jù)作為模型的輸入?yún)��?shù)，因為北大西洋空域航線基本符合Reich模型所局限的平行航路條件。NATSPG小組對Reich模型進行了發(fā)展，并根據(jù)導(dǎo)航精度、間隔標(biāo)準(zhǔn)、交通密度和飛機的幾何尺寸在發(fā)展后的Reich碰撞危險模型基礎(chǔ)上計算出了每107飛行小時整個空域會發(fā)生的碰撞危險次數(shù)。NATSPG小組同時還根據(jù)以往飛行的經(jīng)驗提出了一個最大可接受的安全等級 TLS（Target level of safety）：0.15-0.4次碰撞危險/107飛行小時，并將所計算出的縮小側(cè)向間隔碰撞危險結(jié)果1.0次碰撞危險/107飛行小時與TLS進行比較，從而得出結(jié)論：建議實施90海里側(cè)向間隔標(biāo)準(zhǔn)是不安全的，該項提議不能被采納。

1982年2月，美國聯(lián)邦航空局FAA準(zhǔn)備在歐洲FL290以上將垂直間隔標(biāo)準(zhǔn)從2000英尺縮小至1000英尺。為了對飛行在航線上的飛機保持其垂直間隔的性能進行估計，F(xiàn)AA垂直間隔項目技術(shù)中心分別對10個相互獨立的區(qū)域雷達(dá)數(shù)據(jù)進行了研究，并借鑒Reich模型和北大西洋空域碰撞危險模型，建立了評估垂直間隔的碰撞危險仿真模型。該模型包含專門的計算機仿真程序，可以根據(jù)飛行計劃和跟蹤雷達(dá)數(shù)據(jù)對不同間隔標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下飛機的飛行運動信息進行仿真，并將數(shù)據(jù)作為碰撞模型的輸入?yún)��?shù)。FAA指出，相鄰航線上的飛機，在其同時喪失水平間隔的情況下，如果這兩架飛機相對保持垂直導(dǎo)航性能較好，是構(gòu)不成碰撞危險的，因此必須對典型和非典型兩種情況下的垂直導(dǎo)航性能進行研究。典型導(dǎo)航性能描述了在導(dǎo)航系統(tǒng)正常工作時，出現(xiàn)的常見小位移誤差；非典型導(dǎo)航性能是因?qū)Ш较到y(tǒng)故障或人為失誤引起的，并可導(dǎo)致與正確位置出現(xiàn)較大偏差。