某通用机场飞行区规划方案研究

李南南

(广州广空设计咨询有限公司,广东 广州 510403)

0 引言

自2016年确定促进通用航空业发展以来,我国通航产业积蓄已久的潜力被全面激发,通航产业进入发展黄金时代。目前针对通用机场的规范有MHT5026—2012通用机场建设规范(以下简称《通规》),《通规》指出飞行区的建设按MH5001—2021民用机场飞行区技术标准(以下简称《飞行区标准》)执行[1]。在无通用航空机场飞行区建设标准的背景下,在满足规范和保证运行安全的同时,如何使设计更加安全、合理、可靠、节约值得深入探讨。

1 项目概况

项目本期定位为A2级通用机场[2]。主要保障的固定翼机型为PC-12、运-5B(农型)、泰克南P2006T、赛斯纳172和佳宝J160-C;直升机机型为AC311,Bell407,R44及以下机型。规划飞行区等级2B,非精密进近跑道。跑道两端设480 m×120 m进近灯光场地保护范围。

通常在山区丘陵地带通用机场工程中,飞行区设施参数、征地费用、道面工程及土石方工程在项目总投资中占比很大[3]。因此在初步确定规划方案后,应对方案中投资占比较大的分项进行优化比选。

2 跑道长度计算

根据固定翼机型参数,确定飞行区指标为2B[4]。考虑机场远期发展和飞行培训业务的开展,跑道宽度确定为30 m。分别采用基准长度修正系数法和查询飞行手册性能数据法[5]进行跑道长度计算。

2.1 基准长度修正系数法

ICAO附件14提供了对基准飞行场地长度的校正方法,海拔每高出海平面304.8 m,长度增加7%;机场基准温度每超过该海拔高度的标准大气气温1 ℃,长度增加1%;有效跑道纵坡每1%,长度增加10%[6]。

拟用固定翼机型中,PC-12的基准飞行场地长度最大,对其进行校正。机场基准温度为31.5 ℃(88.7 ℉),标准大气温度13.5 ℃,机场标高(跑道最高点)230.0 m;飞行区指标I为2的有效跑道坡度不超过1%。综合修正系数为1.37。按照取整原则,跑道设计长度取1 200 m。计算结果如表1所示。

表1 跑道设计长度修正表 m

2.2 查询飞行手册性能数据法

对拟用机型中基准飞行场地长度较大的PC-12、泰克南P2006T、赛斯纳172和佳宝J160-C共4种机型,根据起飞和着陆性能图表(见表2),按照表格插值法进行分析。分析条件:1)外界参考条件:大气温度31.5 ℃,静风,干跑道;2)飞机构型:最佳起飞襟翼、刹车开。

表2 跑道长度设计汇总表

通过计算结果可知,跑道长度1 200 m能满足本期设计机型在最大重量时执行飞行任务。

3 道面结构层组合设计

国内跑道型通用机场多采用水泥混凝土道面,参照MH/T5004—2010民用机场水泥混凝土道面设计规范计算道面厚度、选择道面参数。采用板边临界荷位处的应力作为控制指标,考虑多种飞机在设计寿命期内的疲劳损耗叠加确定混凝土的厚度[7]。

本项目固定翼机型可按95%载荷分配到主起落架,5%分配到机头[8]。各固定翼机型道面计算相关参数如表3所示。

表3 固定翼机型道面计算参数表

表4 道面计算数据表

但规范规定飞行指标Ⅱ为A,B的新建机场,水泥混凝土面层厚度不小于200 mm。故本项目跑道面层厚度采用200 mm,基层采用规范要求最小厚度值150 mm。冻深小于0.5 m,不设防冻垫层。道面结构可满足直升机和工作车辆使用要求。

4 滑行道尺寸

根据《飞行区标准》,飞行区指标I为2的仪表跑道跑滑间距为82 m,故垂直滑行道长度为61.75 m。规范规定主起落架外轮外边距为4.5 m～6.0 m(不含)。本机场拟用机型主起落架轮距最大为4.52 m,滑行道宽度应使滑行飞机的驾驶舱位于滑行道中线标志上时,飞机的主起落架外侧主轮与滑行道道面边缘的净距不小于2.25 m,即最小滑行道宽度为9.02 m,同时规范要求滑行道最小宽度为10.5 m。故本项目滑行道宽度取值10.5 m。

5 停机坪机位布局

停机坪应为地面滑行系统提供足够的空间与路径需求[9]。设计应使飞机滑行顺畅便捷。本期预测直升机数量13架,固定翼飞机数量18架。机坪固定翼机位布置主要包括飞机垂直滑行道停机和平行滑行道停机(见图1,图2)。

停机坪尺寸400 m×80 m。直升机最终进近和起飞区(FATO)设置于跑道上,机坪上直升机机位不设置FATO。固定翼机位间距及机坪滑行通道距离按《飞行区标准》4.9.5和4.13.5控制。

固定翼飞机垂直滑行道停机时,可布置20个固定翼机位和16个直升机机位,直升机机位均按Bell407设计,2个机位可允许同时悬停转弯;固定翼机位全部按PC-12尺寸设计,靠近滑行道一排飞机自滑进出,靠近航站区一侧飞机自滑进、顶推出。固定翼飞机平行滑行道停机时,可布置13个直升机机位,均按Bell407设计;布置18个固定翼机位,其中6个固定翼机位按泰克南P2006T尺寸设计,12个按PC-12尺寸设计,所有固定翼飞机均自滑进出停机坪。

相比较而言,垂直滑行道停机时,停放飞机数量多,固定翼机位均可停放所有拟用固定翼机型,直升机和固定翼飞机之间干扰少,缺点是靠近航站区的固定翼飞机需要设备辅助才能滑出停机坪;平行滑行道停机时,停放飞机数量略有减少,部分固定翼机位无法停放所有拟用固定翼机型,但所有固定翼飞机均能自滑进出,显著提高了机坪运行效率。

考虑通用机场运行特性,选用平行滑行道停机的布局方式,以提高停机坪运行效率和灵活性,减少设备辅助,方便后期维护。

6 飞行区用地范围的确定及地势设计

根据《飞行区标准》第4章,初步确定飞行区平面尺寸参数为:跑道1 200 m×30 m,滑行道1 200 m×10.5 m,停机坪400 m×80 m,升降带1 320 m×140 m,端安全区120 m×140 m。根据填挖平衡原则,同时综合考虑排水、防洪、净空要求等,对场区进行土方试算,位于放坡边线以外的进近灯光保护范围不进行土方平整,满足进近灯光面的超障要求即可。初步确定基准点(跑道中心点)标高228.50 m,挖方量235.93万m3,填方量227.06万m3,挖填比1.04∶1。用地面积534 664.00 m2。挖填高差填色分析如图3所示。

场地属于丘陵地区,地形起伏较大,整体呈北高南低的趋势。原地面高程在199 m～258 m之间,最大高差59 m。填方区域集中在飞行区中部及边坡区域,最大填方高度25.61 m;挖方区域集中在飞行区北部、航站区。边坡采用坡率法设计,因考虑净空因素,飞行区跑道北侧的边坡坡度为1∶5,其余挖方边坡坡度为1∶1.5,填方边坡坡度为1∶2。

《飞行区标准》4.5节规定:飞行区指标I为1或2的仪表跑道,端安全区宽度应不小于与其相邻的跑道宽度的2倍,条件允许时宜不小于与其相邻的升降带平整范围的宽度。为减少填方量、节约用地,本项目南端端安全区宽度缩减为跑道的2倍,即60 m,并将飞行区平整边线沿跑道中线方向整体向北平移50 m,以减少南端边坡大规模填方。优化后的机场平面图见图4。

地势设计应充分考虑机场自然地势的特点,并满足排水防洪要求。机场纵向北高南低,通过图上作业和实地踏勘,确定场地纵坡如下:自跑道北端以0.8%向南降坡850 m,再从变坡点以0.3%向南降坡350 m,跑道两端土质区纵坡为0.3%,向场外降坡;场区其他位置纵坡同跑道。

机场纵向平土断面图如图5所示。

在满足排水要求的同时,场区挖方区域横坡应尽量平缓,以减少挖方量。考虑到飞行区西北侧填方边坡较高,填方区横坡可适当增大,尽量降低填方边坡高度,以减少土石方量,节约造价,减小工程实施难度,提高工程安全度。机场纵向平土断面图如图6,图7所示。

经过飞行区用地范围调整、地势设计优化后,机场基准点标高230.00 m,场区挖方量220.18万m3,填方量211.75万m3,挖填比1.04∶1;用地面积498 121.74 m2。优化后土方减少约16万m3,用地面积缩减约36 666.67 m2。可见通过微调飞行区位置、缩减端安全区尺寸、合理进行地势设计,显著减少了机场的土石方工程量,节约了投资。

7 场道附属设施平面布置

根据《通规》7.1.6,一类通用机场应设置围栏,二类通用机场宜设置围栏,高度应不低于1.8 m,小于民用运输机场围栏最小高度2.5 m。为防范外部人员或体型较大的动物进入机场区域,本机场设置封闭钢丝网围栏,净高1.8 m,考虑排水沟、平整边界位置,围栏沿机场平整边界内2 m～3 m设置。南端端安全区尺寸缩减后,其周边围栏最大超高1.4 m,因此需要调整围栏的位置,超高段围栏设置于填方边坡上,以降低围栏顶标高,满足净空障碍物要求。

根据《通规》7.1.6,为便于巡视车辆及人员的活动并限制巡视车辆及人员的活动范围,沿飞行区平整边界内侧设置巡场路,路面宽3.5 m。民用运输机场巡场路一般为水泥混凝土路面,为节约造价,本机场巡场路采用泥结碎石道路。

8 结语

本文通过合理确定飞行区设施关键参数和位置,针对填挖方区域分别优化机场地势设计等措施,显著减少了通用机场土石方量,提高了通用机场运行效率,使通用机场在满足规范和使用要求的同时,节约了工程投资,减少了用地规模,为同类型通用机场项目的设计与优化提供了参考。针对通用机场前期咨询和设计,提出以下几点建议:

1)机场周边净空处理用地尽量采用临时用地的方式,集约利用土地,节约投资,综合考虑用地规模、费用以及复垦后土地利用的社会效益、经济效益和生态效益,实现综合效益最大化。

2)民航管理部门应加强公开通用机场常用机型参数,各机场建设咨询从业单位应采用一致的飞机性能参数进行设计。

3)民航管理部门和机场建设咨询从业单位应该重视机场航空业务量预测模型的研究。根据通用机场功能、主营业务类别和机场需求等,明确航空业务量预测方法,通过收集、整理现有机场的航空业务量历史数据,建立大数据分析和模拟,注重数据的更新和监测,提高预测的准确性和专业性。

4)通用机场航空器性能对跑道、滑行道等几何参数和结构层厚度的确定起着控制作用。目前照搬民用航空运输规范对通用机场飞行区设施关键参数的确定起着限制作用,造成了过度投资和资源浪费。应深入研究通用机场航空器性能,出台针对通用机场的飞行区建设标准。

5)深入研究民用机场道面设计规范对通用机场的适用性,通用机场道面设计应考虑车辆荷载,如消防车、加油车等。