 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(jī)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(jìn)的后機(jī)縱向進(jìn)入前機(jī)形成的尾渦流場的中心區(qū)時(shí)所造成的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響是最為顯著的，值得重點(diǎn)加以研究。

 其次，對目前實(shí)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(jìn)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(jìn)的機(jī)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(xiǎn)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(xiǎn)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(shí)間間隔下前后機(jī)發(fā)生危險(xiǎn)遭遇的概率值的計(jì)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(jì)數(shù)據(jù)，對不同機(jī)型的尾流分類進(jìn)行了計(jì)算和評估；發(fā)現(xiàn)在目前常用的機(jī)型當(dāng)中，除去波音757之外，其他的各類機(jī)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(jì)算可以看出，尾流危險(xiǎn)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(jī)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(jī)發(fā)生危險(xiǎn)遭遇的概率值，并且可以用來評價(jià)在同一概率水平條件下各機(jī)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(xiǎn)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(jìn)一步的研究。同時(shí)，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(jī)型的尾渦渦核半徑 等等，需要大量的飛行試驗(yàn)和實(shí)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(jì)數(shù)據(jù)，取其較為保守的數(shù)值，以至可能影響了計(jì)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(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)要非常重視各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的采集和處理，這樣經(jīng)過理論分析和實(shí)際統(tǒng)計(jì)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(xiǎn)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(jìn)一步發(fā)展，航空運(yùn)輸在整個(gè)交通運(yùn)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(jī)之間的碰撞危險(xiǎn)沖突大大增加。

為了防止飛機(jī)發(fā)生危險(xiǎn)接近甚至碰撞，國際民航組織（ICAO）對飛機(jī)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(jī)場區(qū)域飛行、航線飛行、進(jìn)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(shí)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(cuò)和操作失誤等問題。但后果卻不尋常，輕則造成危險(xiǎn)接近，重則造成兩機(jī)相撞。面對這些實(shí)際問題，科研人員多年來試圖從理論上研究飛機(jī)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(jìn)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(jìn)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(xiǎn)進(jìn)行分析，本論文的工作就是對碰撞危險(xiǎn)的建模、量化和評估方法進(jìn)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(jìn)行了碰撞危險(xiǎn)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(jī)之間的單個(gè)碰撞危險(xiǎn)建立了數(shù)學(xué)模型。Reich模型主要適用于計(jì)算碰撞危險(xiǎn)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(shí)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(jì)性和可用性，但由于沒有實(shí)施碰撞危險(xiǎn)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(shí)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(xiǎn)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?yàn)楸贝笪餮罂沼蚝骄�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(jìn)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(jī)的幾何尺寸在發(fā)展后的Reich碰撞危險(xiǎn)模型基礎(chǔ)上計(jì)算出了每107飛行小時(shí)整個(gè)空域會(huì)發(fā)生的碰撞危險(xiǎn)次數(shù)。NATSPG小組同時(shí)還根據(jù)以往飛行的經(jīng)驗(yàn)提出了一個(gè)最大可接受的安全等級 TLS（Target level of safety）：0.15-0.4次碰撞危險(xiǎn)/107飛行小時(shí)，并將所計(jì)算出的縮小側(cè)向間隔碰撞危險(xiǎn)結(jié)果1.0次碰撞危險(xiǎn)/107飛行小時(shí)與TLS進(jìn)行比較，從而得出結(jié)論：建議實(shí)施90海里側(cè)向間隔標(biāo)準(zhǔn)是不安全的，該項(xiàng)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(jī)保持其垂直間隔的性能進(jìn)行估計(jì)，F(xiàn)AA垂直間隔項(xiàng)目技術(shù)中心分別對10個(gè)相互獨(dú)立的區(qū)域雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，并借鑒Reich模型和北大西洋空域碰撞危險(xiǎn)模型，建立了評估垂直間隔的碰撞危險(xiǎn)仿真模型。該模型包含專門的計(jì)算機(jī)仿真程序，可以根據(jù)飛行計(jì)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(jī)的飛行運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)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(jī)，在其同時(shí)喪失水平間隔的情況下，如果這兩架飛機(jī)相對保持垂直導(dǎo)航性能較好，是構(gòu)不成碰撞危險(xiǎn)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(jìn)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(shí)，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。