近距平行跑道配对进近间隔安全评估研究

Based on background of Closed Spaced Parallel Runways Paired Approach operation, the problem of aircraft interval safety evaluation is researched. Considering the characteristics and requirements of paired approach and operation environments, the collision risk, the safety interval range and the optimal interval are calculated. Specific as follows: 1) Risk factors that cause paired approach collision and the impacts of these factors on aircraft positioning error are analyzed and confirmed. 2) Considering the relative position and flight process of the paired aircraft, the time-space kinematics model is established. 3) The dissipation mechanism of aircraft wake turbulence is researched, and using numerical simulation method, the scope of the leader aircraft wake is confirmed. 4) Considering random factors, the paired approached interval safety evaluation model and fast algorithm are established, and the risk of paired approach is calculated. 5)Considering the different operation conditions, the safety interval range of paired approach and the optimal interval that meet the requirement of International Civil Aviation Organization safety target level are calculated. The research of the project can not only has guiding significance for paired approach，provide theoretical basis for paired approach，but also has important practical significance of improving the efficiency of the terminal area, reducing delays and reducing carbon emissions.

以近距平行跑道配对进近运行为背景，研究航空器间隔安全评估问题，考虑配对进近运行的特点和要求，确定不同运行环境条件下，配对进近碰撞风险、安全间隔范围及最优安全间隔。具体为：1）分析确定导致配对进近碰撞风险的因素和这些因素对飞机定位误差的影响；2）考虑配对飞机对之间的相对位置关系和运动过程，建立配对进近时空运动学模型；3）研究航空器尾流消散机理，应用数值模拟方法，确定前机尾流范围；4）考虑随机因素，建立配对进近间隔安全评估模型和快速求解算法，计算配对进近碰撞风险；5）确定不同运行环境条件下的，满足国际民航组织安全目标水平的近距平行跑道配对进近安全间隔范围和最优安全间隔。本项目研究不仅对配对进近运行具有指导意义，为配对运行提供理论依据，其研究成果的具体应用还可以提高终端区运行效率，对减少航班延误和减少碳排放量具有重要的实际意义。

为保证连续进近的两架飞机之间有足够的间隔，以便后机能够在前机产生的尾流后避让尾流，保证最后进近阶段的安全，按照目前的规定，跑道间距近距平行跑道仅能当作一条跑道使用，这样会导致机场跑道资源的浪费。因此有必要在满足国际民航组织（ICAO）安全目标水平的要求下，探索新的近距平行跑道进近方式-近距平行跑道配对进近。与传统进近方式的本质区别是，配对进近过程中，连续进近的两架飞机，为了有效避让前机尾流，后机必须一直处于前机的尾流扩散面之前。.为更加准确和合理的对近距平行跑道配对近间隔安全进行评估，项目将飞机尾流的研究和近距平行跑道配对进近的研究相结合，将尾流消散机理和范围确定作为近距平行跑道配对进近间隔安全评估的一部分。通过采集到的数据分析了飞机最后进近阶段的进近过程，根据数据分析的结果，建立了配对进近运动学方程，确定了配对飞机对之间间隔的时空变化规律，并对速度误差、高度误差、定位误差等参数进行研究和分析，确定了这些参数所服从的分布；对配对进近碰撞风险影响因素进行了分析，基于概率论基本思想，建立了近距平行跑道配对进近间隔安全评估模型，根据所确定的参数分布，分析了不同运行环境条件下的配对进近碰撞风险，并对人工驾驶和自动驾驶两种模式下的配对进近碰撞风险进行了对比分析；应用ANSYS软件，采用大涡模拟数值模拟方法，对飞机尾流进行数值仿真，分析尾流的消散规律，并研究确定了尾流范围和配对飞机对之间的尾流安全间隔。.通过研究，可以发现，飞机在最后进近阶段，速度变化呈现特征明显的两个阶段；配对进近纵向和侧向的碰撞风险基本上在最后时刻达到最大值，而垂向的碰撞风险变化规律并不明显。自动驾驶模式相比人工驾驶模式使飞机可以承受更大的诱导滚转力矩，因此自动驾驶模式下的尾流安全区比人工驾驶时大。