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侧向跑道应用及国内外案例分析

来源:民航资源网 2022-04-06 14:15:15

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  2021年6月27日,成都天府国际机场正式投运,成为继北京大兴国际机场之后,国内第二个拥有侧向跑道的机场,同时,也是继上海、北京之后,国内第三个“一市两场”的城市。成都机场一期工程包括“两纵一横”三条跑道、71万平方米的航站楼,241个停机位,以及相应的配套设施,服务6000万年旅客吞吐量、130万吨货邮吞吐量需求。

  侧向跑道是与机场主跑道呈一定夹角的跑道,在主跑道方向风覆盖率低于95%时作为补充跑道使用,可提高机场跑道总利用率。逆风起降更有利于飞机运动中方向的稳定性和操纵性,还可以获得较大的对空气速度,获得更大升力。如果侧风较大,会导致飞机不能建立稳定的着陆姿态,增加重着陆和偏出跑道的风险,还可能引发起落架结构性损伤,造成更严重的着陆事故。因此,侧向跑道可在侧风过大时作为补充,减少侧风对机场跑道使用效率的影响。

  成都天府国际机场常年最多风向是静风,其余为北风、东北风向,因此主跑道方向为南北向,同时设置了一条东西向侧向跑道。机场位于中国西南地区,早高峰的航线方向以由西往东为主。设置东西向的侧向跑道,除了侧风考虑外,还可以提高早高峰起飞容量和效率,减少滑行距离,提高机场的整体运行效率,提高旅客服务质量。

  CAAC与FAA对使用侧向跑道的建议及要求

  中国民用航空局(CAAC)对侧向跑道的设计建议与国际民航组织(ICAO)保持一致,即“跑道方位和条数应使拟使用该机场的飞机的机场利用率不少于95%”,对跑道最大容许侧风分量要求如下图所示:

  资料来源:《民用机场飞行区技术标准》

  美国联邦航空管理局(FAA)对侧向跑道设计建议与ICAO基本一致,机场主跑道方向应与当地盛行风方向保持一致,当主跑道方向风覆盖率小于95%时,建议增加侧向跑道(“A crosswind runway is recommended when the primary runway orientation provides less than 95.0 percent wind coverage.”)。风覆盖率指侧风分量小于飞机最大可承受侧风速度的时间百分比(气候观测时期通常为连续十年),可由FAA规定的跑道设计编码(Runway Design Code)计算得出,各类机型能承受的最大侧风分量如下表所示:

  资料来源:AC150/5300-13A,Airport Design,Consolidated Change1

  国内外使用侧向跑道的机场案例研究

  随着飞机性能的不断提升,现代飞机已经能够更好地应对侧风带来的影响。同时,国内机场的选址及跑道构型的设置,一般都能满足风覆盖率95%的需求。因此,国内机场设置侧向跑道的案例较少,除天府机场外,北京大兴国际机场也设置有侧向跑道。

  国外设置侧向跑道的机场较多,主要分为两大类:

  ﹥﹥类型一,侧向跑道较长:可满足客机的正常起降需求,如肯尼迪国际机场(JFK)、底特律国际机场(DTW)、华盛顿杜勒斯国际机场(IAD)、丹佛国际机场(DEN)、芝加哥奥黑尔国际机场(ORD)

  ﹥﹥类型二,侧向跑道较短,仅在高峰时,供涡轮螺旋桨飞机(小飞机)使用,如纽瓦克国际机场(EWR)、费城国际机场(PHL)。

  1、国内案例:

  北京大兴国际机场(PKX):

  大兴机场是国内首个设计使用侧向跑道的国内机场,本期建成四条跑道,采用“三纵一横”跑道构型。

  跑道11L-29R与其余三条平行跑道呈约75°夹角,仅用于起飞使用,可以缩短飞机地面滑行时间,增加航向选择的灵活性、减少部分航班的飞行时间及油耗。同时,因为北京冬季常有风力较大的西北风,侧向跑道的设计可以在机场遭遇极端大风天气的情况下,减少强侧风对飞机着陆的影响,降低侧风降落风险,有效提高跑道的总利用率。

  2、国际案例(美国):

  类型一:侧向跑道较长(2200米以上),可满足客机的正常起降需求

  i)纽约肯尼迪国际机场(JFK):

  肯尼迪机场是纽约机场群中的主要国际门户机场,共有四条跑道,其中跑道13L-31R和跑道13R-31L为侧向跑道,长度分别为3048米和4423米,可满足客机正常起降需求。JFK机场的主流向受季风影响,为西南方向。主流向时,22L、22R用于降落,22R、31L用于起飞,服务于不同目的地方向的航班。与JFK机场同属纽约大都会地区的纽瓦克机场(EWR)、拉瓜迪亚机场(LGA)主流向与JFK一致,两机场的主降跑道与JFK的主降跑道平行(RWY22)。因此,JFK机场主降跑道的设置可以减少与周边机场的空域冲突。

  ii)底特律机场(DTW):

  底特律机场位于美国密歇根州底特律市,是美国最大的航空枢纽之一,是达美航空的重要中转枢纽。机场共有六条跑道,其中4L-22R、4R-22L、3L-21R、3R-21L为主跑道,使用率约占70%。当地盛行风为西南风,主跑道方向与盛行风一致。跑道9L-27R和9R-27L为侧向跑道,长度分别为2654米、2590米。当机场受到强西风影响时,机场使用侧向跑道起降,跑道27L、27R用于降落,跑道22R用于起飞。

  iii)华盛顿杜勒斯国际机场(IAD):

  华盛顿杜勒斯国际机场位于美国华盛顿市区以西43千米处,是华盛顿都会区的国际门户机场。共有四条跑道,其中跑道12-30为侧向跑道,长3200米,可供客机正常起降。杜勒斯机场春夏受西北季风影响,秋冬受南季风影响。主流向为北向流,北、南流向比例约6:4。北向流时(主流向),跑道1R、1C为主降落跑道,跑道30、1R为主起飞跑道;南向流时,19C、19L为主降落跑道,跑道30、19L为主起飞跑道。机场总规预留第五条跑道--12R-30L,与现有的跑道12-30平行,位于该跑道南侧。

  iv)丹佛国际机场(DEN):

  丹佛国际机场位于美国科罗拉多州,是美国占地面积最大的机场,共拥有六条跑道,其中跑道7-25、8-26为侧向跑道,两条跑道均长3657米,可供客机正常起降。DEN机场夏秋两季受西南风、南风影响,冬春两季受北风、南风影响,主流向为南向流。目视进近时,跑道7、16L、16R、17R作为降落跑道使用,跑道8、17L、17R作为起飞跑道使用。

  v)芝加哥奥黑尔国际机场(ORD):

  芝加哥奥黑尔机场早前受飞机性能影响,设置多条侧向跑道,跑道构型呈现三个方向,如图ORD-1所示。随着现代大型航空器性能的提升,现代大型飞机受侧风影响降低,ORD机场不再需要设置多方向的跑道系统。因此,ORD机场通过现代化项目(OMP)对飞行区进行优化改造,优化后跑道构型包括六条东西向平行跑道和两条西南/东北向侧向跑道,如图ORD-2所示。2021年12月1日,芝加哥机场宣布跑道9R-27L延长项目已完成,该跑道已重新开放使用,至此,奥黑尔机场所有跑道改造项目均已完成。跑道4L-22R和4R-22L为侧向跑道,长度分别为2286米、2461米。两条侧向跑道除了作为减少侧风影响的备用跑道外,西向流时,22L常作为起飞跑道使用;在ORD机场夜间静飞程序中,跑道4L-22R和4R-22L作为起降跑道使用,减少夜间对周边居民区的噪声影响。

  图 ORD-1

  图 ORD-2

  类型二:侧向跑道较短(小于2100米),仅供小飞机使用

  i)纽瓦克国际机场(EWR):

  纽瓦克机场是纽约机场群中的国际门户机场,共有三条跑道。其中,跑道11-29为侧向跑道,因为长度有限,仅2050米,且跑道端西侧障碍物较多,该跑道仅作为备用跑道,供涡轮螺旋桨飞机(小飞机)使用,但目前小飞机数量逐步减少,该跑道使用率逐步降低。与JFK机场一样,EWR机场春夏受东南、西南季风影响,秋冬受西北、东北季风影响。西南方向是EWR机场的主流向,22L用于降落,22R用于起飞。

  ii)费城国际机场(PHL):

  费城机场是美国宾夕法尼亚州最大的民用机场,隶属于费城当地政府,由费城商务部运行。费城当地盛行风为西南风和西风,主跑道运行方向为东西向。费城机场共有四条跑道,其中跑道17-35为侧向跑道,长1982米。在机场高峰时段,通用航空使用跑道17-35和8-26起降。

  综合借鉴国内外拥有侧向跑道机场的使用情况,随着飞行性能的提升,侧向跑道的作用已经由单纯地补充风覆盖率,增加为提升高峰时刻机场跑道使用效率,缩短滑行距离、增加航向选择等;也可作为通用航空专用跑道,提高通用航空和民航客机的使用效率。

  作者:程冉、Peter A.Jolicoeur、邹颖(兰德隆亚太地区)

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