2018自招科普

风对机场的影响及跑道的修建

SINO8183

2018年二中自招科普

风对机场的影响及跑道的修建

注意:本文不能完全保证符合真实操作,不能作为真实飞行训练资料使用

跑道编号

一条跑道有两个方向,对应着两个跑道编号和机场的两个起降方向。

民用机场的跑道编号是一个由两位数字(有时附带一个字母)组成的编码,与当前跑道的磁航向(机头对正跑道后的地磁方位角)有关。其编码规定为当前跑道的磁航向数值四舍五入得到一个个位为0的数字,再舍去个位的零就成为该条跑道的编号,如青岛流亭机场的跑道向北运行时磁航向是351°,四舍五入得350,舍去零即为跑道号35。

有的时候机场有两条或三条平行跑道时,常在跑道后加L, C, R(左,中,右)来表示跑道的左右,如上海浦东机场的第一跑道,向北运行时一跑道在二跑道的左侧,所以跑道编号为“35L”,而向南运行时一跑道就在二跑道的右侧了,故编号就是“17R”。若跑道仅供直升机起降(轮式直升机是可以滑跑起降的),则应在跑道号前加H,如上海已关闭的龙华机场旧直升机跑道的编号是H18/H36。

有些机场有三条以上的平行跑道,那么可以在编号时取相邻的数值,如上海浦东机场有五条平行跑道,一、二跑道一组,跑道号35L/17R和35R/17L;与之相邻的三、四跑道,编号取相邻的34L/16R和34R/16L;与四跑相邻的五跑道(专供C919试飞),编号再取相邻,为33/15。

还有些机场,跑道是不同时期修建的,当两条平行跑道用完L和R后,再修第三条跑道需要把原有的外侧跑道编号由L或R改为C,这样会带来大量的麻烦,比如修改航图、机载导航数据等,索性也使用相邻编号,如北京首都机场在修建第三条跑道时就没有修改原有的18L/36R跑道的编号为18C/36C,而是使用了相邻数字01/19,虽然逼死强迫症,但避免了大量麻烦。


风向与起降

大家从广泛的生活经验中已经得知,固定翼飞行器要逆风起降,这是因为飞行器起飞时需要尽量获得较大的对空气速度,获得更大的升力,这样航空器可以用更短的跑道起飞,节约跑道长度和占用时间;降落时可以在保证升力的情况下获得尽可能小的对地速度,方便减速,也可以在落地后借助逆风减速,节约发动机反向推力减速时消耗的燃油并防止冲出跑道。

在静风状态下,机场会根据气象预报,确定可能的风向,减小因顺风带来的起降风险,减轻更换运行方向的管制压力。例如青岛冬季多北风,在偶尔静风时就多用35号跑道向北运行。


侧风对起降之影响

侧风在机场运行时是不可避免的,但侧风过大会导致飞机不能建立稳定着陆姿态,增加着陆时偏出跑道的可能性。侧风主要影响航空器着陆前的进近阶段,即对正跑道的阶段,这时飞机如若不建立稳定进近姿态,极有可能导致重着陆,对机体结构造成损伤。更甚者可能会导致偏出跑道的危险事故。在侧风下如果不能稳定进近,则必须果断复飞。

zzkp-wind-q800-2.gif

美国联邦航空管理局(FAA)的Airport Design(150/5300-13A号)咨询通告,2012年最新版,规定跑道方向应和当地盛行风向一致。如果上述跑道承受过大的侧风,就要考虑建交叉跑道。“过大的侧风”是这么定义的,跑道在一年中有超过5%的时间,因为跑道侧风超过所服务飞机的最大限度,不能够正常运行(利用),就算作侧风过大。或者换一种说法,跑道的总利用率小于95%,此时就需要兴建交叉跑道作为补充。

不同的飞机对于最大侧风分量的要求不同,一般而言,大飞机更能承受侧风,如现在最大的客机A380的官方手册要求着陆侧风分量不能超过40节(20.5m/s),而比他它小的多的B737飞机手册要求着陆时能承受的最大侧风分量仅为30节(15m/s),在各个航空公司,为了保证安全,侧风的限制往往要更严格。

zzkp-wind-a380.gif zzkp-wind-q800.gif

同时飞机的技术也决定飞机承受侧风的最大风速――如老式活塞发动机飞机抗侧风能力较弱,所以跑道便要根据不同风向修建多条。

zzkp-wind-o'haressat.jpg

我国大部分机场,都是在本世纪修建第二条跑道,而我们如今乘坐的机型,早在上世纪下半叶就已经大量投产,并应用至今。比如浦东机场第二条跑道投入使用,就和A380首飞在同一年(2005年)。

反观美国,二战期间修建了大量机场,那个时候的民航,还处于活塞式发动机飞机时代,飞机起降时所能承受的侧风十分有限。所以从实用的角度出发,就需要修建多个方向的跑道,保证有一半的跑道处在逆风方向上可供起降

例如修建于1944年的美国芝加哥奥黑尔国际机场,为了考虑当时广泛使用的活塞发动机飞机,曾经修建了交叉纵横的7条跑道:

zzkp-wind-o'hareold.jpg

1948年,由于飞机抗侧风性能差,甚至规划了呈环形排布的一圈跑道。计划后来因资金不足而被搁置。

zzkp-wind-o'hareorbitrwy.jpg

事实上,从跑道容量的角度来讲,两条平行跑道的容量要比V字形跑道或者交叉跑道大。如果两条跑道有交叉,那么在任何情况下,两条跑道上只能运行一架飞机,高峰小时起降架次显然难及难及平行跑道。

后来为了扩大流量,改建成近似平行的八条跑道:

zzkp-wind-o'harenew.jpg

由于跑道交叉,管制员需要花很多心思协调起降的飞机来避免相撞,同时还需要每条跑道的延长线上都不能出现高大建筑物,限制城市发展。随着技术的发展,喷气式飞机的抗侧风性能得到明显提升,交叉跑道在新建机场已经不多见了,取而代之的是平行跑道。平行跑道在飞机起降时基本不存在起降路线冲突,减少了风险。现在国内的机场中,除了北京新机场,基本所有多跑道机场均为平行跑道。

北京新机场已建成的跑道中,结构是三纵一横,除了北一跑道是东西走向之外,其他均为南北走向。这东西的一条跑道,是考虑到北京新机场作为巨型航空枢纽,不能因侧风降低通行效率而修建的。

zzkp-wind-zbad.jpg


侧风着陆的几种方法

偏流法进近

偏流法进近,也叫蟹形进近,飞机对正跑道时,机头稍向风来的一侧偏,以发动机逆风的推力抵消风力做到平直进近,前进的动作像蟹子一样。

zzkp-wind-pianliu.jpg

偏流法进近的显著缺点是飞机在接他后要用尾部方向舵修正偏角,对正跑道,这样有可能在接地瞬间对起落架产生巨大的水平剪切力(横向扭起落架),极有可能损伤起落架

下面是国产ARJ21飞机在冰岛进行大侧风包线扩展审定试飞时进行偏流法进近的现场,风从摄影师吹向飞机,跑道方向与近处的栅栏平行,可以看出飞机扭着头进行降落。

zzkp-wind-arj21pianliu.jpg

zzkp-wind-b777.gif

侧滑法进近

侧滑法进近,是飞机在进近时向风来的方向滚转机身,以机翼升力在逆风方向的分力抵消风力来平直进近

zzkp-wind-cehua.jpg

侧滑法进近的缺点是接地前若不能及时修正滚转,可能会导致单轮接地,单起落架负荷过大,损伤起落架;甚至使一侧机翼翼尖或发动机擦到地面,产生更大损伤。坐在机上的乘客也会感到机身倾斜而恐慌,所以现在基本不采用纯侧滑进近。所以没有动图。

下面是国产ARJ21飞机在冰岛进行大侧风包线扩展审定试飞时进行侧滑法进近的现场,可以看出飞机对正跑道时机身倾斜。

zzkp-wind-arj21cehua.jpg

综合法进近

综合法进近就是综合偏流法和侧滑法,用 升力在逆风方向上的分力发动机推力在逆风方向上的分力合力 抵消风力。这样既可减小机头的偏转角度,减小接地时的水平剪切力;又可以减小滚转幅度,防止对机体结构有更大损伤。

下面是国产ARJ21飞机在冰岛进行大侧风包线扩展审定试飞时进行综合法进近的现场,可以看出飞机既扭转一定角度,又有一定倾斜。

zzkp-wind-arj21zonghe.jpg


顺风对起降之影响

不必多说,顺风对飞行安全影响更大,在顺风时,飞机起飞不易获得足够升力,降落不能有效减速,更容易冲出跑道发生险情。所以在跑道顺风分量超标时,各席位的管制员会合作安排飞机变换起降方向,如进近、塔台席位会通知己对正跑道的飞机停止降落,绕到另一方向的跑道着陆;地面滑行席位会安排已在等待起飞的飞机滑行到跑道另一端起飞。


风和我的航班有什么关系?

机场本场若有大侧风,则可能因复飞造成延误,也可能因重着陆而获得不舒适的乘机体验;顺风情况较少,若顺风超标要绕飞,则也可能产生延误。


至于那道题……

在我有限的记忆里,题设风向与青岛各季节盛行风向相似,东南风最多,次之南风,按照青岛新机场的逻辑,修建与旧机场相同方向的西北-东南跑道即可。机场如发展规划有修建第二跑道,则修建平行跑道即可。尽量不要修建交叉跑道,因为国内对交叉跑道的管制经验不足,增加安全风险。

zzkp-wind-zsqdnew.jpg

本文部分文字摘自@Drexler在知乎的回答:https://www.zhihu.com/question/20270515/answer/578160489