登  录

使用第三方账号登录

绑定手机号
验证码
获取验证码
立即绑定
首页>民航智库>智库专家>群言堂
用新技术建设绿色机场
来源:《中国民航报》2018-10-31 15:35:00

连续爬升运行(Continuous Climb Operations,CCO)与连续下降运行(Continuous Descent Operations,CDO),作为节能减排降噪的新技术,在航空发达国家的枢纽机场广泛实施。为推进绿色机场建设,实现节能减排降噪目标,实现中国民航可持续发展,目前针对国内大型枢纽机场繁忙时段扩容增量和非繁忙时段节能减排的差异化需求,以机场、航司、空管和民众现实需求为引导,以促进空管真情服务为契机,开展国内连续爬升与连续下降运行的实践应用具有重要的现实意义。本文将从背景、研究、实施与总结4个角度梳理与展现连续爬升与连续下降运行在国内机场的实践应用。

一、连续爬升与连续下降运行背景

近年来,噪声、油耗与排放等环境问题备受关注。如何在安全运行的前提下,尽可能地减少燃油消耗、废气排放,降低机场噪音等已经成为民航业关注的焦点。连续爬升运行与连续下降运行正是基于上述背景,由航空发达国家相继提出。

连续爬升运行是指通过设置最佳的速度、推力,以连续爬升的方式尽快获得初始巡航高度。连续下降运行是指飞行员或自动驾驶仪通过对航空器的油门管理,使得航空器尽可能以闲置推力、连续下降的方式进场、进近与着陆。随着CCO/ CDO研究、验证与应用的不断深入,减少发动机损耗、降低机组工作负荷、缩短飞行时间等潜在优势也逐渐显现,被越来越多的国家所接受。

坚持绿色发展是构建高质量现代化经济体系的必然要求,其中建设绿色机场则是推进民航高质量发展、实施民航强国战略的重要举措。《国务院关于促进民航业发展的若干意见》中提出,到2020年,我国初步形成安全、便捷、高效、绿色的现代化民用航空体系;《中国民用航空发展第十三个五年规划》中要求,绿色发展深入推进。建成绿色民航标准体系,吨公里能耗和二氧化碳排放量5年平均比“十二五”下降4%以上;民航局局长冯正霖指出要进一步推进建设“平安机场、绿色机场、智慧机场、人文机场”。我国民航发展已站在新起点,面临新要求,必须发展新技术,采取新措施。鉴于此,国内实践应用连续爬升与连续下降运行势在必行。

二、连续爬升与连续下降运行研究

面向“积极建设绿色民航”的发展需求,为保障连续爬升与连续下降运行在国内的顺利实践应用,研究采用了如下的总体技术思路:联合机场、空管、航空公司、院校,共建多赢,融合共享,构建“政产学研用”协同的新思想;从程序设计、运行建模、模拟验证到试飞与试运行,提出新技术从抽象到具体、从理念到应用的新方法;针对运行前与运行后的不同特点,研究CCO/CDO的燃油消耗、污染物排放、噪声影响以及人员负荷评估的新技术。

具体来说,一是基于四维航迹的CCO/CDO剖面设计。即将航空器视作质点,以CCO/CDO的标称垂直剖面作为输入,利用各机型的性能参数,以及环境模型,基于航空器爬升与下降时的动力学及运动学模型,利用四阶龙格库塔法进行求解,获得各类机型的垂直剖面,并以此为依据设计CCO/ CDO程序的高度与速度限制。

二是基于蒙特卡洛模拟的CCO/CDO间隔分析。即利用龙格库塔的正/反向积分,生成标称CCO/CDO航迹。考虑风、航空器速度、质量的不确定性对航空器运行的影响,生成四维航迹集。基于蒙特卡洛模拟,分析管制移交间隔对航空器安全运行的影响。

三是基于模型的CCO/CDO运行前评估。首先,进行基于BADA的燃油消耗评估,一方面利用各型号发动机在起飞、爬升、进场和滑行典型工作状态下的燃油流量,以及各工作状态下所耗时间,获得油耗总量;另一方面,利用航空器模型或回归模型,拟合或估计航空器燃油消耗率,从而计算油耗总量。其次,进行基于LTO的废气排放评估,针对CCO/CDO的运行特点,采用国际民用航空组织发布的“Aircraft Engine Exhaust Emissions Data Bank”的污染物排放指数进行分析。找出影响高空排放指数的相关参数,推算并修正不同状态下的污染物排放指数,最终估算出实际状态下高空污染物的排放量。再其次,进行基于NPD的噪音影响评估,利用Eurocontrol的噪音性能数据库(NPD,Noise Performance Database),基于发动机型号、推力大小、距离以及地形与气候特性,插值计算各类指标下的噪音大小与影响范围。最后,进行基于眼动仪的管制负荷评估,利用眼动仪评估管制负荷时,先设计管制模拟方案,包括模拟场景、飞行计划、人员分工、任务要求等;接着安装和调试faceLAB系统,对被试进行建模,获取被试的眼部特征,设置场景参数;然后启动眼动仪,模拟系统记录综合航迹数据和系统时间信息;在实验结束后,眼动数据导出并存储、航迹数据导出并储存;之后,对航迹数据进行分析、对眼动数据进行分析。

四是基于数据的CCO/CDO运行后分析。第一步进行基于QAR数据的运行分析,首先,由航空公司提供QAR数据,然而由于数据庞大(波音机型的参数近1000项,空客机型的参数800余项,且每秒钟更新),利用Python工具将.csv格式的原始数据转化为规模较小的.json格式数据;接着利用科学计算工具Matlab进行数据处理与数据可视化;最后,本着水平轨迹一致、飞机尾号一致、航班号一致的筛选原则,选取CCO/CDO实施前后的航班进行对比。第二步进行基于雷达综合航迹数据的运行分析,由于航空器在爬升或下降过程中所获得的能量主要来源于发动机推力,而所产生的能量一部分转化为航空器的势能和动能,另一部分被阻力和风消耗。同时,根据燃油/排放/噪音评估的方法与流程可知,对于航空器的质量以及推力的估算是关键。因此,利用雷达综合航迹数据实现节能减排降噪评估的核心在于估算航空器的推力与质量。

三、连续爬升与连续下降运行实施及效果

目前,广州白云机场、北京首都机场、昆明长水机场已相继实施了连续爬升与连续下降运行试点工作,并收到了良好效果。

2016年,广州白云机场CDO/CCO试点运行启动。广州白云机场是亚洲第4个,也是国内首个应用该项新技术的大型国际机场。CCO/CDO设计运行方案涵盖了“两进两出”4个主要进离场飞行程序,实施时段为每日2时~7时。在4个月的试运行期间内,除去雷雨、春运保障和机型限制等客观影响因素,CCO/CDO执行航班共计447架次。其中,CCO执行航班209架次,CDO执行航班238架次,总体情况安全平稳,运行反馈顺畅良好,并获得了一线飞行员和管制员的广泛认可。

此外,在节能减排、消音降噪、缩减通话、简化操作和提高乘机舒适度等方面成效较为显著。据统计,试点期间共节油26.814吨,节约成本合人民币约12.74万元;噪音峰值降低5分贝~10分贝;执行CCO/CDO的航班平均每架次减排约290公斤,试点期间共减少碳排放1296.3吨;CCO/ CDO运行较传统运行方式,陆空通话量减少近30%,机组工作负荷降低约50%。由于CDO与CCO技术的连续升降特性,可以确保航空器快速平滑地通过颠簸高度层和减少改平导致的耳压变化次数,进而更好地提高了旅客乘机的舒适度与满意度。

2017年底,北京首都机场CDO与CCO试点运行正式启动。区别于广州白云机场CCO/CDO试点运行的“小滑梯”,北京首都机场试点是我国民航将CCO/CDO技术延展至区域范围的首次尝试。经工作组历时7个月的深入调研、科学验证、仿真评估与积极筹备,不但在静态程序上进行了垂直方向剖面优化和水平方向截弯取直,还在动态调配操作上出台了既符合国际民航组织标准建议,又适用于北京首都机场航空运输特点的具体指导方针。试点时间为2018年3月1日~2019年3月1日,时段为每日2时~6时,较广州试点范围更广、时间更长、惠及航班更多,将有效实现此项技术的效益最大化,真正做到从巡航阶段到地面的“大滑梯”。

经分析,国航试运行第一个月数据(仅限国航部分机型),执行航班共计83架次。此次试点不但进行了垂直剖面优化,还实现了水平方向的截弯取直,VYK方向CDO较原程序缩短约49公里;每架单程CCO出港航班平均节油82.5公斤(最高94.31公斤),每架单程CDO进港航班平均节油1055.1公斤(最高2274.72公斤);CCO离场地面70分贝以上噪音区域减少10平方公里,CDO进场地面70分贝以上噪音影响区域减少50平方公里;CCO航班平均每架次减少二氧化碳排放268.29公斤,CDO出港航班平均每架次减少二氧化碳排放3216.89公斤;CDO/CCO运行较传统运行方式,陆空通话量减少40%,机组工作负荷降低50%。在试点运行期间,保守估计将惠及约7900架次航班,节省燃油消耗约4300多吨,节约成本合人民币约2107万元,减少二氧化碳排放约8600多吨,真正构建北京首都机场夜间绿色空中大滑梯。

2018年5月,昆明长水机场CDO与CCO试点运行正式实施。昆明长水机场CCO/CDO试点运行是我国第一次在高原机场运用该技术。试点时间为2018年7月19日~2019年7月18日,时段为每日1时30分~7时30分,方案涉及“两进两出”4个主要进离场方向。较广州和北京试点时间更长,距离更长,截弯取直效果更好,真正做到了节能减排的高原“绿色狂野大滑梯”。

经分析,东航云南公司试运行第一个月数据(仅限波音738机型),每架单程CCO出港航班在进近范围可减少飞行时间约2.4分钟(较当前运行方式缩短约12.34%),每架单程CDO进港航班在进近范围可减少飞行时间约3.3分钟(较当前运行方式缩短约23.26%);每架单程CCO离场航班可节油约352.3公斤(较当前运行方式节省燃油约12.28%),每架单程CDO进港航班平均节油约324.03公斤(较当前运行方式节省燃油约55.47%);CCO航班平均每架次可减少二氧化碳排放约1218.2公斤(较当前运行方式减排约12.21%),CDO进港航班平均每架次可减少二氧化碳排放约1014.71公斤(较当前运行方式减排约55.43%);CDO/CCO运行较传统运行方式,陆空通话量减少40%,机组工作负荷降低50%。

四、连续爬升与连续下降运行总结

通过研究、设计、试点、推广“资源节约和环境友好型”的节能减排降噪的连续爬升与连续下降运行技术,针对运行前与运行后不同特点,我们提出了基于模型与基于数据的燃油消耗、污染物排放、噪声影响以及人员负荷的评估方法;建立了涵盖“设计—验证—使用”全周期、全员参与、具有反馈机制的飞行程序全过程管理机制,实现了飞行程序的闭环管理与持续优化;从程序设计、运行建模、模拟验证到试飞与试运行,探索新技术从抽象到具体、从理念到应用的方法;多家单位通力合作,融合共享,践行“政产学研用”协同,为推进绿色机场的建设奠定了重要的理论、技术与应用基础。(马林南、张军峰、隋东、胡荣、刘鲁江 作者单位:民航局空管局空域管理中心、南京航空航天大学)

 

责任编辑:wanglei
相关新闻:
飞航地服施政洁:平凡坚守,匠心服务
华北空管局通信网络中心开展虚拟化服务...
华北空管局驰宇公司召开华北地区通航公...
桂林机场货站开展消防安全培训
桂林机场地勤服务部开展空客A350机型培训
内蒙古呼和浩特机场完成批量急救设备验收
内蒙古民航机场地服货运部积极迎战"双十一"
首都机场广告公司赴广州、深圳机场考察学习
华北空管局气象中心完成风廓线雷达换季维护
桂林机场货站开展消防培训及实操演练
乌海机场组织开展2018年优秀班组评比活动
乌兰浩特机场完成摩擦系数测试车的维护修养
南宁机场贴近员工需求 增设自助售卖机
乌兰浩特机场开展急救技术培训
辽宁监管局组织参观沈阳市劳动模范纪念馆
辽宁监管局组织参观沈阳市城市规划展示馆
伊春机场旅客突破14万人次 创历史新高
桂林机场开展 “苦练基本功,抓好三基工...
中国航油东北举行冬季安全生产专项研讨...
伊宁机场开展“岗位行为规范”专项整治行动
返回首页
本网站所刊登的《中国民航报》及“中国民航网”各种新闻、信息和各种专题专栏资料, 均为中国民航报社版权所有,未经协议授权,禁止下载使用。
制作单位:中国民航网 办公电话:010-87387061 传真:010-67355289 通信地址:北京市朝阳区十里河2264信箱中国民航报社 邮政编码:100122
常年法律顾问—北京京师律师事务所
中国民航报社 版权所有 京ICP备05024158 京公网安备 11010502030065号 互联网新闻信息服务许可1012006036 网络视听许可证0113657