论西风带下立交桥高度的优化安排

  背景:我国地处西风带影响区,东西向的航班均受此西风带影响,西风对于东向的航班是顺风飞行,因此东向航班倾向选择高高度飞行,利用顺风优势,既可节油,又节省飞行时间,而西向的航班则只能承受着逆风,油耗大,空中立交桥的高度安排下,可能使得东向的航班无法飞到极大的利用顺风,西向的航班无法减小逆风的影响,本文从优化立交桥高度的安排入手,以达到使航空器均能按照自己的优势高度飞行,节能减排,同时也减轻管制单位的安全压力。

  背景:我国地处西风带影响区,东西向的航班均受此西风带影响,西风对于东向的航班是顺风飞行,因此东向航班倾向选择高高度飞行,利用顺风优势,既可节油,又节省飞行时间,而西向的航班则只能承受着逆风,油耗大,空中立交桥的高度安排下,可能使得东向的航班无法飞到极大的利用顺风,西向的航班无法减小逆风的影响,本文从优化立交桥高度的安排入手,以达到使航空器均能按照自己的优势高度飞行,节能减排,同时也减轻管制单位的安全压力。

  一、西风带的定义

  西风带,又称暴风圈、盛行西风带,它位于南北半球的中纬度地区,是赤道上空受热上升的热空气,与极地上空的冷空气交汇的地带,极易形成气旋,常常是一个气旋未完另一个气旋已经生成。大约位于南、北半球的纬度35°~65°之间的区域,该区域的空气运动主要是由西向东,在对流层中上部和平流层下部尤其如此。

  二、西风带的影响

  由于飞机受上空的“中纬度西风带”影响,向东飞利用了顺风的优势,而向西飞则承受着逆风的影响,在此条件下,笔者在工作中调查发现,西风带下,东向航班地速常常达到900KM/h,而相对飞行的航班地速则低至600KM/h,该情况下西向飞行航班对于低高度的要求十分强烈。

  高空西风急流在冬季尤其厉害,气象资料显示,如重庆至名古屋航线,长江口至日本一线,为极锋急流和副热带急流的汇合区,平均风速可达140—220海里/小时以上;高度大约在10200米以上。

  三、立交桥高度调整的方案及优点

  考虑到西风带的影响,向东飞行的航班的最佳高度一般在8900米以上,向西飞行的航班最佳高度一般在7800米以下,而现行的空管立交桥高度协议则并未细化和分类向东飞行和向西飞行的航班高度,因此笔者提出临时立交桥高度调整的方案,即通过几家空管单位的联合协调,使向东飞行的航班协调移交高度尽可能靠近8900米,使向西飞行的航班协调移交高度尽可能靠近7800米,通过该方案,使飞机达到最佳高度,节能减排,保证正点率,使管制单位减小协调,管制,通话量,减小民航运行安全压力。

  (一) 节省燃油,节能减排

  现在,全球气候变化议题成为国际的焦点,限制温室气体排放成为全球共识,节能减排成为了民航的一个关键指标。在不同的高度层上的条件下,风向风速差异很大,高空飞机所受的阻力也是明显不同的,也会带来不同的油量消耗,调整飞机飞到最佳高度可以避开极大的逆风,减少油量消耗,符合节能减排的要求。

  以波音737飞机为例,根据性能分析,飞行高度和速度选择不当将导致燃油消耗量增加:

  ——高于/低于最佳高度2000英尺,航程燃油消耗增加1%—2%;

  而我们先行的立交桥协议高度往往对于飞机都是要求其飞到7800米以上甚至10100米以上,这对于向西飞行的航班都是高于其最佳高度7200米。按照一架耗油每小时3吨,飞行时间两小时,油耗每高于最佳高度2000英尺增加1.5%的737NG计算,结果如下:

论西风带下立交桥高度的优化安排

  ——巡航速度大于FMC计算机给定的速度0.01马赫,航程燃油消耗增加1%—2%。

  向东飞行的航班则同理使用高高度可以减小油耗达10%

  通过使飞机在最佳高度飞行,可以减少可观的油量消耗,达到节能减排的目的。

  (二) 缩短飞行时间,保证正点率

  飞机在10100米以上的高空飞行,逆风多达达150节,按正常空速450节来计算,可以减少速度损耗33.3%,在7200米至10100米之间,逆风达100节,速度损耗则仅22.2%。

  以737NG机型从合肥飞成都为例,按照大概航程为800海里计算,计算结果图表如下:

论西风带下立交桥高度的优化安排

  通过使飞机最佳高度飞行,避开了高空的大逆风可以使飞机达到正常的空速,缩短飞行时间分别为18分钟和35分钟。通过使飞机避开高空的逆风,减小了速度损耗,缩短了飞行时间,大大增加了准点率。

  (三) 减少通话,减轻波道负荷,减少管制员协调量

  在此条件下,飞行员申请低高度意愿强烈,都会申请低高度至两万英尺的高度,飞行员的申请高度的通话会占用一定的波道资源,按管制员扇区飞机一般在15架计算,据不完全统计,向西飞航班一般占到管制员扇区的30%,每个航班都申请低高度,增加的通话量大概为10句,100个字节。如果加上颠簸等情况,则成倍数增长,极大的占用了波道资源。

  而且,由于我国正值空域改革,两万英尺的高度成为了高低空的分界线,因此以合肥起飞去成都航班为例,飞机起飞后按照管制的立交桥协议高度会上升至广州高空管制区,而在此之前飞行员申请,也有可能因不符合协议高度而被拒绝。移交到广州高空管制区之后,飞行员会再次申请。而广州高空协调管制员则开始与武汉低空管制区进行协调,经同意之后,管制员才能开始指挥飞机下降。

  (四) 减少飞机上升下降频率,降低不安全事件概率

  管制员在低空降飞机穿越高度上升至协议高度,协调移交之后,穿越高度,如果每个都进行该项程序,则大大增大了管制员负荷飞机频繁上升下降也给安全带来了压力。

  此过程中,多了两道协调程序,多了两道指挥程序,多了两道脱波程序,多了一次上升,一次下降,随之带来的是多达几十句的通话,协调电话,指挥监控精力,对于安全带来了不小的压力。

  以合肥起飞至成都向西飞行的航班为例,现今的运行模式涉及到四个管制单位的协调和配合,合肥管制区,上海AC13号管制区,广州16号管制区,武汉管制区。而优化后的模式则只需要合肥管制区与武汉管制区的协调。

  向东飞行的航班则可以及早申请高高度达到最佳高度。

  现今的模式流程和优化模式流程如图示:

论西风带下立交桥高度的优化安排

  因此调配的时候,如能临时批量性的协调,使向西飞行的飞机不受管制协议影响,一路低高度飞行,省去飞机不得不上升高度至协议立交高度,而又不断申请低高度,又进行穿越,增加飞行冲突。此举可以减小运行安全压力。

  小结:我们现在的空中立交桥模式极大的优化了航路交叉的冲突,少了很多的上升爬升到最接近于最佳高度的高度层飞行,可以大大降低运营成本,减少飞行冲突,降低飞行压力。如果在西风带影响下,可以对立交桥高度进行优化,使向西飞的航班尽量使用7800以下的低高度,而使向东飞的航班尽量使用8900以上的高高度可以达到节能减排,减小管制员负担,减少飞行冲突,降低安全压力的目的。

(本文仅代表作者观点,中国民用航空网保持中立。)

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