探讨基于航迹分段的飞行程序噪声评估

摘 要：为达到降低飞机产生的噪声对机场周边造成的影响的目的，根据飞行程序的噪声评估方法和航迹分段模型的噪声评估方法，选择合理的对飞行程序进行噪声评估的方法。

关键词：飞行程序；噪声；航迹分段；评估

中图分类号：V216.54 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）36-0240-02

1 引 言

近年来，我国的国民经济以及航空运输等业务规模的逐渐扩大，机场和空中交通流量的增加，机场的飞机噪声已变成影响航空业健康发展的一个令人不安的问题，它对机场用周围的居民和其稳定发展产生了很大的影响，阻碍了城市建设的正常进程，造成了更为恶劣的社会以及环境方面的问题。飞机噪音是如今机场环境污染问题中比较严重的问题之一，到目前为止这个问题还没有得到解决。噪声的重要来源是飞机进入机场和离开机场的过程中造成的，所以处理机场噪声污染问题的关键是对飞机噪声影响范围以及强度进行科学评估，做到对飞行程序的优化，起到降低噪音的效果[1]。国际上对机场噪声的产生和处理进行了大量研究，但对航迹噪声评估方面的研究相对来说比较少。为降低航空器造成的噪声影响，许多机场开展了一些重要的减少机场噪声的飞行程序，机场噪声的缓解取决于飞行程序的科学合理评估。

2 航迹特征

根据在复杂自适应的理论中的积木思想，我们从飞行操纵特性出发，提出了基本的飞行模型的理念。这种模型的核心思想是通过将飞机的飞行轨迹的高度以及飞行速度进行剖面分解为基本模型。为了便于对飞行程序产生的噪声进行预测，基于该思想改进了飞行航迹的特征，并且将轨道的特征划分为垂直轮廓的特征和轨道分割的特征。起飞时的飞机噪音远大于着陆过程。接下来，将描述离开机场的飞机的飞行航迹的路径特征。

（1）垂直剖面特征

垂直剖面部分包括起飞爬升部分，等表速爬升部分，光洁速度前的加速部分，光洁速度后的等表速爬升部分，水平飞行巡航部分等。飞机起飞加速过程一般是加速到VR（130节左右），抬前轮，离地达35ft，增速至V2+20节（1节=1.852km/h）（如图1），起落架完全收上后等表速爬升，增速至光洁速度，然后继续等表速爬升。

（2）航迹分段特征

因为曲线的轨迹经常出现在地面轨迹上，因此轨迹的计算导致旋转段的噪声计算中的误差。将整个轨道划分为一系列的小圆弧，标题的描述可以有效地减少误差。图2是对应于地面轨迹和飞行剖面的分割图[2]。

根据式（1）对航迹分段中的子段数量进行确定。

nsub=int1+（Δξ-2Δξtrans）/30（1）

根据公式（2）对每个子航段中的航向的度数进行确定，其中Δξsub≤30°。

Δξsub=（Δξ-2·Δξtrans）/nsub（2）

3 飞机噪音评价

自从飞机成为交通运输工具之后，已经为人们的出行生活带来了重大变化，但也造成了很恶劣的环境污染问题，如噪音和废气。对机场飞机噪声进行科学合理的评估，评估噪声的强度和影响范围，对飞行的程序进行优化，是一个人们密切关注的严峻问题。

（1）噪声危害

飞机的噪音比其他噪音更有害，因为飞机的噪音在短期内持续发生，并且具有高音量和广泛的影响。近来的多种研究表明，飞机噪音会影响人们的心理健康、房价以及建筑的结构等。

飞机噪声的危害[3]：

①飞机噪音可引起各种疾病，影响人们的睡眠，危及人的听力，并可能影响小儿的认知和发育。

②航空器噪声影响机场周边房价，受噪声影响大的房子的价格低于房地产市场的正常价格，而受到噪声的影响比较小的房子价格会上涨。

③飞机噪音导致周围动物恐慌，更严重的会对动物的血液的组成成分产生影响。

④飞机产生的噪音会造成房屋的摇动，对房屋的结构造成破坏，有强烈音爆时会造成对房屋玻璃的破坏。

（2）飞机噪声评价指标

如今，各国的噪声评价指标不同，整体上可以分成单一事件以及累积事件等两类噪音评价指标。单一事件指的是一架飞机一次飞行，累计事件需要考虑到飞机噪声产生的数量和不同时期的影响。根据计算方法的区别，国际民用航空组织（ICAO）国家的评估指标也不同。例如，英国使用噪声指数（NNI），德国使用烦恼指数（Q），中国使用国际民航组织推荐的加权等效感知噪声水平（LWECPN）噪声评估指数。

4 飞行程序噪声评估

飞行程序的噪声评估方法的流程图使用国际公认的NPD噪声计算方法，例如对飞行计划噪声评估指数进行确定，获取飞机的飞行路径数据，基于轨道分割模型的轨道分割。使用噪声和MATLAB程序得出飞行程序噪声等值线图。

（1）飞行程序噪声评估指标

飞行程序的噪声评估指标是衡量飞行程序噪声的指标。文献比较了各种噪声评估，并得出结论：单个的噪声事件会干扰到人们正在进行的社交活动，并且可以最好地反映飞行计划噪声的特征。

（2）航迹数据获取

航迹数据通常存储在数据库里，MATLAB用于通过ODBC使用MATLAB和SQL Server 2005的混合编程方法连接到SQL Server 2005数据库，并将航迹数据保存为矩阵作为下一个分割处理的原始矩阵。

（3）航迹分段实施

按照轨道分段模型，通过判断航向和目标航向的变化来确定所获得的飞行程序轨迹数据矩阵，根据临界值30s划分转弯区域，最后生成为公式，显示了分割状态矩阵和分割控制矩阵。由于飞机噪声的影响主要发生在3000m或更低的高度，为了能够将计算效率进行提高，从全分段状态的矩阵以及分段控制的矩阵，提取分段数据的前10个段来对飞机噪声的数值进行计算[5]。

（4）NPD噪声计算

噪声-功率-距离（NPD）特性曲线作为典型的一种计算噪声曲线，在文献中深入研究如何计算NPD噪声，该方法是全面的，阐述了NPD对噪声计算的流程。获取轨迹分割矩阵后，按照不同的模型读取ANP2.0数据库的噪声数据，采用NPD噪声计算方法，通过MATLAB计算飞行程序噪声评估值。

5 实例分析

从民用机场的标准飞行程序用作验证的例子。选择波音737-300型号，基于状态信息计算飞行路径，并且选择图3所示的B737离场程序的分段轮廓。

图3显示了当波音737-300飞离机场时飞机的相对飞行高度，速度和相应的推力变化，以上信息能够指示标准仪器的离开程序的分段。按照图4的航迹分段的情况，通过MATLAB 2010编程飞行路径，选择SEL用作噪声评估指标，并且如下读取ANP 2.0数据库的噪声值矩阵。

通过等式计算飞行路径的倾斜距离，通过插值法对噪声值矩阵进行处理，计算并校正对应于阴影区域的噪声值。使用meshgrid（）函数对噪声值进行栅格化，并生成噪声的等值线矩阵。最后，使用contourf（）函数绘制噪声等值线图[6]。

举例分析，图4为双流机场传统标准仪表离场程序，02L跑道起飞对成都双流宗申塞纳维小区和西三环鹭岛国际社区噪音影响很大，因为这两个小区正好在飞机离地不久的一边下，因为飞机高度低，所以噪音很大，很多居民投诉过噪音过大，影响正常生活。可以对离场程序利用航迹分段的方法对噪声进行评估，评估出噪声最小的程序，建议管制部门尽量使用噪音较小的程序或对离场程序进行优化，减少对居民生活的噪音污染。

6 结束语

机场周围的噪音影响居民的生活，主要来自于航空器离场航线初段和进场航线末段产生的噪音，因为飞机高度低噪音大。飞行程序的噪声评估可以作为对飞机噪声进行有效控制的关键手段。通过结合商用飞机的空气动力学以及性能模型，基于航迹分割模型的飞行程序噪声评估方法可以有效且准确地绘制进入和退出飞行程序的航空器的飞行路径的噪声等值线图，该程序具有关于飞行程序降噪工程的应用的特定参考的重要性，通过对进离场程序利用航迹分段的方法对噪声进行评估，对于优化飞机进离场航线，减少航线对城市的噪音污染有重要意义。

参考文献

[1]张召悦，王 超，孟 娜，等.基于航迹分段的飞行程序噪声评估方法[J].科学技术与工程，2014，14（3）：116～120.

[2]姚 飞.基于飞行程序的机场噪声评估研究[J].滨州学院学报，2016，32（4）：21～26.

[3]朱志聪，何光勤.基于飞行程序的机场噪声评估[J].中国科技信息，2015（24）：46～47.

[4]吕宗平，陈雪蕊，徐 涛.基于噪声最优航迹的飞行程序优化方法研究[J].计算机与数字工程，2016，44（8）：1458～1464.

[5]冯 霞，王 婷.飞行航迹对机场噪声的影响分析研究[J].环境科学与技术，2017（2）：174～180.

[6]徐 涛，陈雪蕊，吕宗平.基于航迹聚类的终端区飞行程序轨迹表示[J].工程科学与技术，2016，48（6）：188～196.

收稿日期：2018-11-17

作者简介：杨 洋（1987-），男，助理工程师，本科，主要从事飞行程序设计工作。