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流控、流控、流控!未来飞机怎么畅通?



体验和飞行员一样开飞机---爱飞行俱乐部

马上要进入春运了,由于航班量的暴增,航班必然会遭受增多的流控、延误,这将会影响大多数坐飞机出行的旅客。就这个话题,和“飞行圈”内几个相关专业人士聊了聊目前的飞机流控主要问题以及未来的趋势和可能的解决办法,以下根据聊天内容整理,个人见解仅供参考!

飞机流量的现状和预测!

空管局局长车进军最近接受新华社采访时指出:中国民航运输生产处于持续增长态势,去年起降航班首次突破了780万架次,同比增长5.7%;民航机队规模不断扩大,商务、警务、通用、娱乐等飞行呈快速上升势头。预计到2020年,全国民用运输机场数量将超过270个,运输飞机将达到4600架,全国民用机场起降架次年均增长7.7%,年保障起降架次将达1200万,每年增加超过80万架次。

车进军坦言,空域资源不能满足航空运输需求的矛盾没有得到有效改善,管理能力难以适应行业发展需求的问题仍然比较突出,未来几年,空管系统在安全保障、航班正点、改革发展、队伍稳定等方面的压力将越来越大。

在民航局的大力整改之后,在非天气原因时,大面积延误有所缓解,但是随着航班量的增加,未来延误的概率会越来越大。

航班延误的几大主要因素!

天气、人为、航班时刻、飞机故障等等都是航班延误的原因,已经有很多文章写过这方面的东西,这里就不再一一介绍,这里仅从涉及流量控制的几个层面谈谈!

1:空域大小和管制权限的问题:

国内的空域都属于空军管辖,即使一些移交给民航代管的空域也有诸多限制。民航飞机基本上只能在既定的航线和航路上飞行,任何偏离的航线和航路的飞行都是需要经过空军审批。

而且在航路/航线周围又划定了大量的限制区(R)、危险区(D)或禁区(P),这就造成在难以增加更多的航线和航路,管制员也缺乏指挥的自由度,只要航路或者航线附近天气不好,而空军又不允许偏航,或者不能借用其他航路,就会发生大面积、长时间的航班延误。

下图就是我国徐州、南京、上海、杭州附近的航路和航线,图中颜色较暗的斜线框内都是限制区(R)、危险区(D)或禁区(P),是不能随便进去的。



按照民航规章规定:航线飞行需沿点对点飞行,没有宽度。而航路飞行虽然名义上航路会有左右10公里的宽度,但是规章要求还是沿航路中心线飞行。

而在大部分国家,刚好是反过来的:大部分国家的空域都可以民用,仅有小部分限定区域属于军用。所以我国虽然国土辽阔,但是大部分都是不能飞的区域,或者需要绕来绕去,或者需要经过批准,这就造成了我国飞机流量在一些繁忙航路上一直处于接近饱和状态。

2:航路设计的问题:

我国的早期和现有航路设计,多基于传统的思维,人为制造了很多 “结点”。所谓的结点,就是很多航路/航线都交叉到一个点上来,大部分飞机都要飞越同一个点。结点附近的航路就像手机键盘的米(*)字,

下图以武汉上空为例来说明什么是“结点”(红色圈):



这张图上仅显示对外公布的航路/航线的图,不包括不对外公布的几条国内航线。这些公布的航线/航路都交汇于WHA (武汉)VOR导航台上空,这样要确保每一个航路上的飞机飞过来,飞过去的都安全通过,管制员就必须万般仔细协调。

很多时候飞行员会得到一个限制时刻,比如过武汉上空时间为某个具体的时刻,这样才能保证所有的飞机之间都有一个安全的间隔,保证安全通过,不至于发生危险的冲突。

所以管制员在协调时,有可能A581航路往东北方、A461往北方向、B213往东、R343往东,还有从武汉至浠水XISHUI的飞机,这些不同航路/航线上的飞机都分别需要分配一个不同的高度,这还不包括通过这个点的国内对外未公布的航线。反过来,往西的所有飞机也都需要一个不同的高度。

而在同一高度的飞机也需要有一定的时间间隔,所以就会造成所谓的结点。结点的高度层就那么几个可以使用,这就限制了整个需要通过这个区域的飞机的总的数目。

比如,假设A581往东北方向上可以使用的高度有6个、每30公里一架飞机,这样每60公里可以有12架飞机。但是因为武汉上空的“结点”限制,导致了分配给A581的高度只剩1个或者2个了,那么同样的60公里之内,A581上只可以有2架或者4架飞机! 这和高速公路车道变少造成拥堵有类似的地方,汽车可以减速,缩小间隔,但是飞机之间必须有一定的最小间隔和最小速度。

航路/航线的“结点”可以以凯旋门作比较,如果所有的高速公路都汇聚到凯旋门,而凯旋门周围环形区域能修的车道数量有限,当所有的汽车都来到凯旋门,就算有十条车道,也会造成拥堵,而飞机是必须有间距的,雷达管制下,两架飞机的间隔不能少于30公里,飞机是不能拥堵的,只能限制来往的飞机总数,结果就是造成后面的飞机延误、或者盘旋等待。

3 可用高度层浪费的问题:

飞机在天上飞,为了协调飞机不至于危险接近或者相撞,保持必要的垂直间隔和水平间隔。垂直间隔是对于按照不同方向划分不同的高度,也就是说,不是所有的高度都是可用飞行的!

参考上图,在飞机通常比较经济的巡航时,会飞行在8900米~12200米之间,向东飞行只有6个高度,向西也只有6个高度。

很多公司并没有调动飞行员的积极性,导致很多飞行员因为种种原因都不愿意上升到较高高度,或者因为其他高度颠簸,多架飞机常常挤在同一个低高度上飞行,这样人为造成高高度有限资源的浪费,也加大管制难度,从而造成后续飞机流控。

这就好比修了六车道高速路,但是没有人愿意走外侧的三条道,都挤在内侧的三条道上,这就造成人为的内侧三车道堵塞,整个通行能力减弱。

4:绕飞天气裕度的问题:

国内现有体制下,一些公司一味的将责任前移,造成所有的责任都堆积到一线机长。当空中有天气时,国外的机长直接就飞过去了、或者绕飞10公里或者20公里就过去了,国内的机长可能就直接绕飞50公里,因为怕处罚。

由于天气是不断变化的,绕飞的权利在于机长,管制员不能决定飞机绕飞的远近,这就可能造成原本足够的飞行间隔,因为大家绕飞距离远近的不一样,造成航路下一个点的飞机之间间隔不够。

而管制员为了避免造成间隔不够,不得不在一开始就增加两架飞机的间隔。比如正常每两架飞机30公里间隔就够了,如果大家绕飞都一样,间隔30公里是没有问题的。但当绕飞标准不一样时,管制员就不得不增加两架飞机的间隔到50公里或者100公里,以避免绕飞不一样,正常的间隔变得不够了。这样也大大浪费了有限的可用资源。

5:机场的起飞落地限制:

国内很多繁忙机场虽然设计了双跑道,或者多跑道,也具备各个跑道独立运行的能力,但是受制于人员培训、运行经验、安全裕度等诸多因素,实际使用多跑道独立运行的并不是很普遍,这些一定程度上造成飞机在开始时就延误的可能。

未来飞机怎么畅通?

国际民航组织在全球范围内推广PBN(基于性能的导航)的先进导航技术,而我国目前的绝大多数民用飞机都具备了PBN的能力。淘汰VOR和NDB等基础设备,推广RNAV和RNP航路,推行ADS(自动相关监视)技术,这些都是大势所趋。

我国也必然在未来会淘汰VOR/NDB等基础导航设备,而基于原有这些导航设备设计的航线和航路也需要重新设计和规划。

1:空域大小的问题:

随着民航业不断增长的需求,扩大空域是必然的过程,在现有的空域内无论如何是不可能满足未来几年的民航航班的增长需求。

但是空域的划分属于军委的职权,不知道未来军委会拿出来多少空域来满足不断增长的经济所带来的民航业的需求?

如果有更大的空域,而未来基于PBN技术,不需要地面导航设施的支持,就可以设计更直的路线,新建更多的航线/航路,使得同一时间的流量成倍增加。而飞行时间也可以大大缩小,经济型也更好一些、相应的成本的降低也会带来机票降价的可能性。

2:结点和单向航路的问题,米(*)向井(#)过渡:

国外的航路中经常会遇到单向航路,尤其在大的航空枢纽,因为有绝大部分的空域使用权,进出航路都会称星形分布,进来的飞机和出去的飞机不在同一航路/航线上,这样就避免了进出港航班在同一航路需要相互避让而不得不拉大距离间隔的问题。而航路上多使用井(#)字形航路,就是有多个平行航路并行。

我国虽然在很多机场设计了进离场分离,但是在航路/航线上由于受到空域限制,也只能做双向航路,虽然看起来可用的高度层增加了,但是受到上升和下降飞机需要足够的对头穿越间隔,总的流量还是受很大影响。

由于未来航路不会需要通过地面导航台定位,所以就没有必要再去将航路设计成集结于某一结点的米(*)字型航路,而更多的可以设计成井(#)字型航路,减少航路交叉汇集一点的所带来的可用高度层减少造成的流控,增加平行穿越航路。

设计更多的单向平行航路、建立更多的井(#)字穿越航路来取代米(*)字结点航路,才有可能有效解决相对穿越、以及“结点”造成的流控,这些需要空域的扩大和PBN技术的采用。

3:有效使用所有高度:

航空公司和管制员应该正面的激励飞行员采用适当的飞行高度,有效利用可用高度层,减少浪费宝贵的空域资源。

4:加强理论培训和减少处罚,考虑采用马赫技术。

对于天气知识的培训要进一步加强,尽量避免出现只要见云就绕飞,不上30000英尺的做法。

通常在国外,一般没有航空公司因为天气原因造成雷击等非故意事件对飞行员进行处罚。我们国家应该借鉴一些国外的经验,适度降低对飞行员的处罚,减少飞行员对处罚的恐惧心理,改善飞行员见云就绕、不上高度造成的浪费。

在一些航路和高度上,可以考虑限定马赫数的方法保证飞机间距保持相对不变。

5:尽可能全面利用资源:

加快对多跑道独立运行的培训和实施,最大限度利用已有的有效资源。

小结

随着汽车的增加、地上交通越来越堵。地上交通拥堵的解决办法,无非就是多修路、增加车道、限定最大最小速度、多修立交桥、减少收费站。

飞行流控的解决办法同样也就是:增加空域、多建几条航路/航线、有条件的可以多建几条单向航路、最大限度利用可用的飞行高度、减少多航路汇聚同一航路点的结点的米(*)字型航路、增加井(#)字型航路,采用限定马赫数技术等等!

以上看法属个人见解,仅供参考!

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