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作者：兴光共享创新实验室 大兴机场场务 摘要：目的：探索跑道不同区域存在的fod危险等级分类方案。方法：根据航空器性能和大兴机场航空器运行轨迹统计，以及参考跑道及道肩宽度的设计标准，综合考虑跑道纵向、横向两个维度危险区域等级。结果：跑道的危险区域等级分类方案。 关键词：fod：机场外来物 FOD系统：跑道FOD探测系统 0 引言 在上篇《跑道FOD探测系统应用探索三部曲之（一）FOD的危险等级分类》一文中，笔者提出本行业在使用FOD系统时，必须要面对的三个课题：如何判断fod因自身属性（材质、大小）不同导致的危险性差异、如何判断同种fod因区域不同导致的危险性差异以及在确认fod的种类和位置后应该采取何种措施。本篇文章我们继续讨论第二个课题——如何判断同种fod因区域不同导致的危险性差异。希望可以起到抛砖引玉，引发行业内对该问题更加深入的研究。 1 跑道纵向危险区域的等级划分 1.1 背景概述 本章将大兴机场跑道沿一定长度进行分区，统计使用跑道各区域的频次，讨论在不同跑道起降情况、运行方向各异的情况下，在跑道纵向维度上进行危险区域的等级划分。大兴机场本期共有四条跑道，其中西二、西一、北跑道均为3800米，东跑道为3400米。除北跑道为单方向（西向东）起飞跑道外，其余三条跑道均为两方向（南向北、北向南）起降混合跑道（其中西一跑道主起，西二、东跑道主落）。本章节航空器运行原始数据均为中国民航科学技术研究院提供的，共计2万3千余架次。 1.2 航空器运行数据 1.2.1 西二跑道航空器运行数据 图1 西二跑道航空器使用跑道区域频次统计图 图2 西二跑道航空器使用跑道区域热力图 由以上统计数据可知，西二跑道南段自J9起航空器使用频次开始增多，北端自J10起接地航空器数量开始增多。跑道中段快速脱离道区域航空器使用频次较高，最繁忙区域为中间点偏南100米左右的区域。 1.2.2 西一跑道航空器运行数据 图3 西一跑道航空器使用跑道区域频次统计图 图4 西一跑道航空器使用跑道区域热力图 由以上统计数据可知，西一跑道航空器在南北两端使用跑道较为集中。南段自南端到C4之间，北段自北端到C6之间均为航空器集中使用区域。跑道中段快速脱离道附近航空器使用频次较南北两端较少，最繁忙区域为跑道南段G1北侧区域。 1.2.3 东跑道航空器运行数据 将东跑道每隔90米划分一个网格区域，从北向南每个区域分别编号为1-42。各区域航空器使用频次见下图： 图5 东跑道航空器使用跑道区域频次统计图 图6 东跑道航空器使用跑道区域热力图 由以上统计数据可知，东跑道北段A12、A10附近区域航空器使用较为密集，南段B2附近区域航空器使用较为密集。中段A8、A4、A5附近区域使用频次较高。 1.2.4 北跑道航空器运行数据 将北跑道每隔65米划分一个网格区域，从西向东每个区域分别编号为1-59。各区域航空器使用频次见下图： 图7 东跑道航空器使用跑道区域频次统计图 图8 北跑道航空器使用跑道区域热力图 由以上统计数据可知，由于北跑道为单方向起飞跑道，航空器集中在跑道西端进入跑道，使用频次最高的区域为M1、M2之间，跑道中间点以东，极少有航空器使用。 1.3 北京大兴国际机场跑道纵向危险区域的等级划分 由上一节中，对于大兴机场航空器运行数据统计分析可知，起飞跑道与降落跑道各区域的航空器使用频次不同： （1）起飞跑道运行方向跑道端至跑道中段附近航空器使用频次较高应为重点区域，跑道中段至非使用方向接地带附近使用频次较低应为一般区域，非使用方向接地带至非使用方向跑道端几乎没有航空器使用应为非重点区域。 （2）降落跑道接地落点航空器运行速度较快，快脱区域使用频次较高，所以重点区域应为接地带至快脱脱离区域。快脱区域至非运行方向瞄准点区域使用频率较低，应为一般区域，非运行方向跑道端至瞄准点极少有航空器使用应为非重点区域。 图9 各类跑道纵向重点区域示意图 综上，北京大兴国际机场四条跑道的跑道纵向危险程度分区应如下图所示： 南向北运行
北向南运行 2 跑道横向危险区域的等级划分 2.1 跑道宽度与道肩的设计考虑因素与技术规范 表1 跑道宽度要求
跑道道肩的宽度跑道道肩的宽度应符合下列要求： 跑道道面两侧道肩的最小宽度宜为1.5m； 飞行区指标Ⅱ为D或E的跑道，其道面及道肩的总宽度应不小于60m； 飞行区指标Ⅱ为F的跑道，若起降双发动机或三发动机的F类飞机，其道面及道肩的总宽度应不小于60m； 飞行区指标Ⅱ为F的跑道，若起降四（或更多）发动机飞机，其道面及道肩的总宽度应不小于75m。 针对fod在跑道横向维度的防范研究，应主要考虑的因素是航空器发动机在横向位置是否有吸入外来物的风险。所以本章下面3小节主要讨论航空器发动机吸力范围与跑道道面和道肩宽度的设计标准之间的关系。 2.2 关于航空器在跑道横向上的分布的研究 美国Hosang等人曾采用红外线测试仪对航空器轮迹的横向分布进行了大量的调查，共观测了4359组起飞5200组降落数据，对飞机轨迹的横向分布做了详细的分析。根据测定的结果，飞机的中心线会偏离跑道道面的中心线，其偏离程度呈正态分布。对于45米跑道起飞偏离的标准差为2.13-3.14之间，降落偏离的标准差在1.82-2.53之间。对于60米跑道起飞偏离的标准差在2.74-3.41之间，降落偏离的标准差在2.29-2.50之间。所以多数航空器均在跑道中线附近起降。 2.3 跑道横向FOD高危区域与航空器发动机低压区之间的关系 当喷气式发动机运行时，航空器发动机入口处由于空气进入会形成低压区产生吸力。空客飞机机型手册中，对低压区范围有所明确。但是机型手册中的低压区是为防止人员伤害事件而设定的禁止进入区域，并未给出该区域内的气压分布，所以对防止FOD事件的参考度较低。 根据航空器发动机入口附近气压分布，得到可能影响FOD的低压值等压线，也就可以确定跑道横向FOD高危区域的范围。
图11 空客机型手册中发动机入口低压区示意图
图12 发动机附近低压区空气模型
表2 A330航空器通用电气发动机低压区边界位置处空气流速
根据计算结果可知，空客机型手册中所给出的低压区边界位置空气流速为0.66m/s，对照风力表为1级（软风）风力，该风力等级仅能吹动烟雾。若低压区产生的风力可对FOD造成影响，则根据风力表对应地面物象定义，4级（和风）风力可吹起尘土，空气流速应到达5.5m/s以上，此时4级（和风）区域等压线距离发动机中心大概为4.5米，约相当于A330机型手册中CF6发动机低压区边界距离的1/3。 下文中发动机吸力产生的FOD高危区域半径，均以空客机型手册中发动机低压区半径的1/3为标准。 2.4 跑道横向FOD高危区域在跑道道面的上宽度
表3 航空器中线距距跑道横向FOD高危区域最外侧距离（单位：米）
2.5 北京大兴国际机场跑道横向危险区域的等级划分 北京大兴国际机场西二跑道为4E类跑道，西一跑道、东跑道、北跑道为4F类跑道。西二跑道道面宽度为45米，道肩宽度为7.5米。西一、东、北跑道道面宽度为60米，道肩宽度为7.5米。根据飞行区技术标准北京大兴国际机场跑道宽度、道肩宽度均高于E、F类跑道的标准值，所以以大兴机场跑道道面和道肩的宽度制定的跑道横向危险区域等级标准是符合行业要求的。 上文中通过计算可得FOD高危区域在跑道横向上的分布宽度接近跑道道面宽度，由于跑道横向上可以明显辨识的分界线为跑道道面与道肩之间的分界线，为便于使用FOD系统辨识fod所在位置的危险性，所以大兴机场在划分跑道横向危险区域等级时，将跑道道面设置为高危区域，道肩设置为低危区域。 3 总结与展望 前文中分别明确了跑道纵向与横向区域危险等级的划分方法。纵向区域危险等级是对航空器的使用频次进行统计归纳得出，换言之纵向区域等级代表了跑道的使用频繁度。纵向低危区域由于几乎没有航空器使用，所以无需分析横向区域的等级划分，道面和道肩均应为低危区域。纵向高危、中危区域在对航空器发动机吸力范围（横向危险等级区域）进一步分析后得出道肩的危险等级不应高于相邻道面区域的危险等级，所以道肩的危险等级比相邻道面低一级。 综合纵向、横向两个维度，整个跑道的危险区域划分结果见下表： 表3 跑道危险区域划分方案
综合前文所述，大兴机场跑道危险区域等级分类方案见下图：
本文通过分析大兴机场航空器使用跑道长度和跑道及道肩设计宽度，综合考虑跑道纵向、横向两个维度危险区域等级。同时，关于确认fod告警信息后应该采取何种措施，大兴机场飞行区管理部将在近期与大家分享关于此问题的研究内容。 |
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