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摘要：随着机场航班起降架次逐年增多，导致高峰小时航班起降需求量接近或超过跑道容量，由此造成延误增多，机场运行效率和综合保障能力严重下降。快速出口滑行道的设置能够在功能上供着陆飞机以较高速度脱离跑道，从而减少跑道占用时间，即可通过对滑行道系统进行改造来提升跑道容量，这对用地受限的机场尤为适用。本文分析了机场快速出口的滑行道设计。
关键词：机场快速出口；滑行道；设计
目前，中国现有机场中飞行区布局为“目”字形的机场占据相当大的数量，这类机场在跑道两端设置垂直于跑道的端联络道和中间联络道，用于连接机坪及跑道，由于当时机场使用机种单一、起飞着陆架次较少，因此在设计时并没有考虑飞机着陆后迅速脱离跑道的问题。随着飞机性能的发展，着陆需要的距离越来越短，无论飞机着陆距离长短，均要使飞机滑行速度降低到一定程度才能脱离跑道，这极大地降低了跑道利用效率，增加了飞机的能耗。因此，在机场上增加专为着陆使用的快速出口是提高跑道利用率的最佳方法。
1 快速出口滑行道的设计要求
快速出口滑行道是连接跑道与滑行道之间，提供降落飞机快速脱离跑道的滑行道，其设计包括快速出口数量、与跑道夹角和设置位置。快滑有别于一般滑行道，除一般滑行道的技术标准外，还需满足以下要求。
1.1适宜高速滑行。最少占用跑道服务时间，是指降落飞机通过入口到机尾离开跑道安全区的占用时间。降落飞机在跑道上接地后减速至能够脱离跑道速度时，就应从快速出口迅速转出跑道，使得占用跑道服务时间最少，通常这个滑行速度是与跑道成直角滑行道上的三倍。为适宜高速滑行的要求，《民用机场飞行区技术标准》中对快滑转出曲线半径及与跑道交叉角度作了相应的规定。
1.2保证安全裕度。保障安全运行是飞行区最重要的设计原则之一，在飞机高速滑行的快滑上，更需要留有充足的安全裕度。根据飞行区技术标准要求，快滑应在转出弯道后有一直线段，其长度应满足飞机转出后在紧急制动条件下到与其相交的滑行道之前能完全停住。
1.3 减少飞行员决断。在降落飞机快速滑行时，飞行员决断稍有迟疑，就会错过快速出口，使得快滑失去应起的作用。因此，快滑上各种转向标示也要清晰明确，避免对飞行员产生干扰，这需要标志标识系统设计上充分考虑。
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2 机场快速出口的滑行道设计
2.1弯道半径计算方法。弯道半径由两部分组成，即飞机从跑道进入快速出口的转弯半径和脱离快速出口进入滑行道的转弯半径。
（1）脱离跑道进入快速出口的转弯半径。飞机着陆后自滑退出跑道，速度一般比较大，因此，这些地段的弯道半径不能太小，应保证飞机不会发生倾倒或侧向滑移等现象，以确保飞机转弯的安全。可按照文献[1]公式确定滑出部分转弯半径：，为重力加速度，N/kg；R 滑入为飞机高速自滑的最小转弯半径，m；V 为飞机转弯速度，m/s；b为飞机前后起落架（轮）间距，m；e1为飞机重心至主轮间距，m；e2为飞机重心至前轮间距，m；α为主轮和前轮的联线与机身轴线的夹角；h 为飞机重心高度，m；f为机轮滚动摩擦系数；f1为飞机内轮在刹车时的摩擦系数；P 为飞机转弯时的相对推力。
（2）脱离快速出口进入滑行道的转弯半径。由于飞机从快速出口滑出时的速度已较低，故脱离快速出口进入滑行道的转弯半径按照飞机低速自滑情况下弯道的最小转弯半径确定。
2.2出口角度确定方法。通过对快速出口弯道部分的分析发现，快速出口滑入、滑出部分的圆弧对应的圆心角角度等于快速出口角度。因此，可以近似的看作是由两个半径均为圆心角为的圆弧和一条直线段组成。根据这一假设，滑跑间距可以看作是两段圆弧和切线部分在垂直于跑道方向上的投影之和。同理，出口距离可视为两段圆弧与切线部分在平行于跑道方向上的投影之和。并以此建立角度与跑滑间距及出口距离间的关系方程。快速出口角度随着跑滑间距的变化而变化。当跑滑间距一定时，不同的出口速度影响着出口角度的设置；同理，当角度一定时，出口的速度也决定着跑滑的间距。当出口速度一定时，跑滑间距与出口角度成正比；跑滑间距一定时，出口速度越大，其出口角度就越小。出口距离随着角度的增大逐渐增大至某个最大值，当角度继续增大时，出口距离会随着角度的增加而减小；角度一定时，出口距离随着出口速度的增大而增大。
2.3增补面。当飞机在转弯时，前轮沿着滑行道直线段的中心线自滑，后轮主起落架的中心点也会沿着滑行道中线移动。当前轮进入弯道后，后轮主起落架中点就会逐渐向弯道内侧偏移。偏移到某个最大值后，就保持不变，一直到前轮结束转弯并进入直线后，该偏移值才逐渐减小，后轮主起落架中点逐渐恢复沿着滑行道中线移动。由此，可将主起落架中心运行轨迹分为主起落架中心跟踪圆弧轨迹和主起落架中心跟踪直线轨迹两部分研究。在增补面设计中，影响增补面的因素主要有两方面，分别为飞机主起落架中心偏移值和弯道中线半径，在一定的情况下，机轮向内侧偏移的距离也越大，相应的需要的增补面半径也越大。因此，根据已知的出口角度，只需要计算绘制出的飞机转弯过程多个时刻对应的机轮轨迹点位置，在保证各个轨迹点距跑道边缘距离满足安全要求的前提下，即可绘制出需要的增补面。为了安全起见，通常增补面设置中选取多个轨迹点中离开弯道内侧边缘最远距离点，过最远距离点绘制出一条圆弧，使得其余轨迹点均不超出其范围，则该圆弧即为设计的增补面。
2.4快滑的设置距离。快速出口距跑道端的合理设置距离，需要根据各机场的运行环境、降落机型的重量和进近速度等测算飞机最少服务时间进行确定。考虑到快速出口设置的复杂性及实际使用的重要性，在长水机场的快速出口位置的计算中，一般参数设置如下：入口高度15m，下滑道梯度为3，着地后自由转动时间为2s，刹车后自由转动时间为2s。某机场属高原高填方机场，海拔超过2000m，跑道两端与地面又有较大的高差，降落中飞行员心理会要求更高的安全裕度，对接地点位置的选择会进一步内移，这一点在机场运行的统计数据也可得到印证。根据ICAO标准，降落的代码为3和4的飞机，理论上应该可以93km/h 的速度转出跑道，但通常大多数飞行员选择的转出速度要小很多。有些研究认为一般转出速度不超过46km/h，在摩阻力不佳或强侧风时转出速度更低，因此实际上从跑道入口到快速出口需要更长的减速距离。
针对目前中国在用机场中存在一定数量的机场需改建快速出口，本文系统分析了快速出口设计，为机场快速出口设计提供了重要参考。
参考文献
[1]曹学明，王喜富.区域多机场系统机场选址模型研究[J].交通运输系统工程与信息，2015，10（1）：117-121.
[2]彭寅，种小雷，袁俊山，等.机场快速出口增补面设计方法[J].长安大学学报：自然科学版，2015，5（3）：45-48.
论文作者:杨希旺
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/27
标签：滑行道论文; 跑道论文; 飞机论文; 快速论文; 半径论文; 机场论文; 速度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;