Расчётное определение потребной длины взлетно-посадочной полосы и величины пропускной способности взлетно-посадочной полосы аэродрома

ЗАДАНИЕ

Часть 1

Определить потребную длину взлетно-посадочной полосы (ВПП), а также теоретическую и расчетную величины пропускной способности взлетно-посадочной полосы аэродрома при обслуживании самолетов двух типов.

Исходные данные:

— Высота аэродрома над уровнем моря — 400 м;

— Средний уклон местности — 0,015;

— Среднемесячная температура самого жаркого месяца в 13−00 — 20єС;

— Полеты выполняются в соответствии с ППП;

— Расстояние от БПРМ до торца ВПП — 1000 м;

— Типы самолетов — ДС-10−40, В-474−100;

— Доля интенсивности движения самолета ДС-10−40 в общей интенсивности воздушного движения составляет 40%.

Для каждого типа самолетов рассмотреть возможность отруливания с ВПП как на обычную соединительную, так и на скоростную рулежную дорожку с углом примыкания 45є.

Часть 2

Найти направление летной полосы аэродрома класса Е, соответствующее наибольшему значению коэффициента ветровой загрузки. Необходимо ли строительство вспомогательной полосы? Каково должно быть ее направление? Данные о повторяемости ветров приведены в таблице 1.

Таблица З.1 — Данные о повторяемости ветров в районе строительства ВПП

РЕФЕРАТ Пояснительная записка 30 с, 4 рисунка, 13 таблиц, 5 источников, 2 приложения.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АЭРОПОРТОВ, ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ, ДЛИНА ЛЕТНОЙ ПОЛОСЫ, ВЕТРОВАЯ ЗАГРУЗКА АЭРОПОРТА.

Цель работы — расчётное определение потребной длины взлетно-посадочной полосы, а также теоретической и расчетной величины пропускной способности взлетно-посадочной полосы аэродрома.

Эффективность работы заключается в определении оптимальной длины и оптимального расположения летной полосы, позволяющей минимизировать суммарные затраты на постройку и эксплуатацию аэродрома и воздушных судов.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Воздушный транспорт вошел в нашу жизнь уже почти 100 лет назад и до сих пор активно используется для осуществления перевозок пассажиров и грузов. Понятно, что существование воздушного сообщения в регионе невозможно без строительства аэродрома и аэропорта и конструирования хотя бы одной взлетно-посадочной полосы.

Аэродромы — это объекты повышенной сложности и ответственности строительства, имеющие, к тому же, довольно высокую себестоимость. Поэтому при проектировании аэродрома и его элементов важно не столько построить летную полосу как можно длиннее, сколько вычислить оптимальную ее длину, тем самым экономя фонды. Также надо с самого начала планировать количество и расположение рулежных дорожек, мест стоянок воздушных судов, прогнозировать пропускную способность летных полос и, следовательно, всего аэродрома.

Решению одной из таких задач и посвящена эта работа.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Для расчета размеров взлетно-посадочной полосы нам понадобятся сведения о воздушных судах, эксплуатируемых в аэропорту.

Таблица И.1 — Исходные данные о воздушных судах.

взлетный посадочный полоса пропускной аэродром

2. РАСЧЕТ ПОТРЕБНОЙ ДЛИНЫ ВПП На длину взлетной и посадочной дистанций самолета, а следовательно, и на потребную для них длину ВПП влияют различные факторы:

— Летно-технических характеристик ВС, эксплуатируемых на данном аэродроме.

— Тип покрытия ВПП.

— Состояние атмосферы в районе аэродрома.

— Состояние поверхности ВПП.

Как видно, перечисленные параметры находятся в зависимости от местных условий, поэтому при определении размеров элементов ЛП для заданных типов самолетов необходимо конкретизировать данные об атмосферных условиях и параметрах поверхности ВПП, с учетом определенных условий, называемых стационарными.

Стационарные условия приняты за эталон при расчете размеров элементов ЛП. Они включают в себя характеристики воздуха, соответствующие стандартной атмосфере, и стационарные показатели состояния поверхности ВПП.

Характеристики стандартной атмосферы:

До высоты в 1000 метров параметры T₀ и p₀ могут быть вычислены по формулам:

где H — высота местности над уровнем моря, м

tH — температура на высоте Н, єС Стандартным условиям также соответствуют спокойное состояние атмосферы (штиль), отсутствие в атмосфере влаги и пыли, продольный уклон ВПП равный 0є, сухое бетонное покрытие.

Проведем расчет параметров для условий поставленной задачи:

При проектировании аэродромов также используют расчетные условия — местные условия расположения аэродрома, на которые пересчитывают длину ЛП, определенную для стандартных условий. При уменьшении расчетного значения давления и повышения расчетного значения температуры увеличивается и потребный размер ВПП, что в свою очередь увеличивает расходы на строительство и обслуживание аэродрома. В настоящее время для определения расчетного значения температуры принята следующая зависимость:

где t₁₃ — среднемесячная температура в 13 часов самого жаркого месяца в году за многолетний период наблюдений, принимаемая по данным ближайшей метеостанции.

2.1 ВЗЛЕТ САМОЛЕТА Длины разбега и взлетной дистанции являются основными показателями взлетных качеств ВС. В настоящее время для расчета потребной длины ВПП и ЛП принят случай отказа одного из двигателей самолета при взлете. В условиях нашей задачи данные о потребной длине ВПП для каждого из ВС уже даны, поэтому дальнейшие расчеты проводятся с учетом этих данных.

Рисунок 2.1 — Схема взлета самолета Потребная длина в местных расчетных условия определяется по формуле:

где — потребная длина ВПП в стационарных условиях,

— поправочные коэффициенты, учитывающие влияние температуры, давления и среднего продольного уклона ВПП соответственно.

Они вычисляются по формулам:

— для ВС 1 группы

— для ВС 2,3 группы

— для ВС 4 группы Произведем расчеты, результаты заносим в таблицу (2.1):

Таблица 2.1 — Рассчитанные значения параметров для взлета самолета

2.2 ПОСАДКА САМОЛЕТА Длина ВПП, обеспечивающая безопасность посадки данного типа самолета (рисунок 2.2) в местных расчетных условиях, определяется по формуле:

где и — поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно влияние температуры и давления окружающего воздуха и продольного уклона ВПП. Они вычисляются по формулам:

где Д — относительная плотность воздуха.

Рисунок 2.2 — Схема посадки самолета Проведем расчеты для поставленной задачи и занесем результаты в таблицу 2.2:

Таблица 2.2 — Рассчитанные значения параметров для посадки самолета

В качестве потребной длины ВПП выбирается максимальное значение из полученных:

3. Расчет временных характеристик взлетно-посадочных операций Время, необходимое для взлета самолета можно рассчитать исходя из этапов выполнения операции по взлету:

где — время выруливания с места ожидания на исполнительный старт,

— время пребывания на исполнительном старте,

— время разбега самолета,

— время набора высоты.

Движение ВС во время взлета проиллюстрировано на рисунке 2.1 и приложении А.

Составляющие общего времени взлета вычисляются по следующим формулам:

Где — путь от места ожидания до места исполнительного старта (Приложение А),

— скорость руления (берется равной 25 км/ч или 7 м/с).

Где — длина разбега в стандартных условиях,

— скорость отрыва в стандартных условиях.

Полеты воздушных судов могут выполняться:

— по правилам полетов по приборам (ППП);

— по правилам визуальных полетов (ПВП), включая полеты по минимальным условиям ПВП.

По условию задачи полеты выполняются согласно ППП, тогда время набора высоты определяется по формуле:

где — высота,

— вертикальная составляющая скорости на траектории начального набора высоты.

Выполним вычисления для нашей задачи и занесем в таблицу 3.1:

Таблица 3.1 — Расчетное время на взлет самолета.

Для расчета времени посадки самолета применяется похожая система расчетов (рис. 2.2 и приложение А):

Где — интервал времени с момента пролета БПРМ до момента приземления,

— время пробега,

— время отруливания за боковую границу ВПП,

— время снижения по глиссаде.

Составляющие времени посадки вычисляются по формулам:

;

;

Где — скорость планирования,

— расстояние от ближнеприводного радиомаяка до торца ВПП,

— расстояние от торца ВПП до точки приземления

— посадочная скорость,

— расстояние от торца ВПП до точки пересечения осей ВПП и РД, на которую отруливает самолет,

Т — расстояние от точки начала траектории схода до точки пересечения осей ВПП и РД (иллюстрация представлена в приложении В).

По рисунку приложения В можно определить, как найти Т. По определению, тангенс угла есть отношение противолежащего катета к прилежащему:

где б — угол примыкания ВПП к РД, для нашей задачи рассматриваются два значения — для РД обычной и РД скоростного схода 90є и 45є соответственно;

— радиус схода самолета с ВПП на РД

— для обычной РД;

— для РД скоростного схода.

Пусть самолет отруливает с ВПП сразу по достижении, в этом случае:

Выразим отсюда Т и подставим в формулу для определения времени пробега:

Для вычисления нам понадобится коэффициент K_V и :

1 — для обычной РД,

0,9 — для РД скоростного схода.

(в радианах).

Тогда, выразим отсюда R₁:

Вычислим параметры для нашей задачи, результаты вычислений занесем в таблицу 3.2:

Таблица 3.2 — Расчетное время на посадку самолета

4.

5. Расчет пропускных способностей впп С использованием данных раздела 3 можно вычислить теоретические и расчетные пропускные способности ВПП. Для этого определяются минимальные теоретические временные интервалы между следующими друг за другом взлетно-посадочными операциями, учитывая правила УВД:

1. Самолеты начинают выруливать с места ожидания на исполнительный старт, когда предыдущий взлетающий самолет начинает разбег.

2. Самолеты начинают выруливать с места ожидания на исполнительный старт, когда предыдущий самолет пролетает перед РД, на которой размещается место ожидания самолета.

3. Самолет начинает разбег в момент освобождения ВПП предыдущим взлетающим или садящимся самолетом.

4. К моменту пролета ВПР садящимся самолетом ВПП должна быть свободна.

5. Минимальное расстояние между самолетами, на глиссаде — 2 км, при полетах по ПВП и 5 км — при полетах по ППП.

6. Минимальный взлетный интервал между последовательными взлетами или посадками, а также между взлетом и посадкой, должен приниматься не менее 45с.

4.1 Определение теоретических пропускных способностей Между последовательными взлетами минимальный теоретический интервал можно определить по схеме:

Рисунок 4.1 — Темпоральная схема организации взлета двух ВС.

Таким образом, можно составить системы:

где ВВ, ПП, ВП, ПВ — это операции «взлет-взлет», «посадка-посадка», «взлет-посадка», «посадка-взлет» соответственно.

Теоретические пропускные способности вычисляются по следующим формулам:

Подставим данные нашей задачи для Вoeing-747−100 и DS10−40, результаты сведем в таблицу 4.1:

Таблица 4.1 — Теоретические времена проведения ВП-операций

Пропускные способности, таким образом, принимают следующие значения (табл. 4.2):

Таблица 4.2 — Теоретические пропускные способности ВПП

4.2 Определение расчетных пропускных способностей Из-за влияния случайных факторов интервалы времени, определяемые на различные операции, оказываются фактически больше или меньше теоретических. По данным статистики определен ряд коэффициентов, которые позволяют переходить от теоретических интервалов времени к фактическим. Выражения для временных интервалов изменяют вид:

Значения коэффициентов принимаются равными:

Пропускные способности фактические считаются по формулам:

Из-за неравномерного движения ВС возникают очереди на взлет и/или посадку, что вызывает появление непроизводительных расходов авиакомпаний. Сократить размер очереди, и, соответственно, время ожидания можно путем строительства дополнительной ВПП, что также требует больших затрат.

Эти условия и необходимость минимизации затрат привели к нахождению оптимальной длины очереди и времени стояния самолета в ней:

Так как взлеты и посадки происходят в случайной последовательности, то рассчитывается пропускная способность для общего случая:

где ,

— тип самолета.

Рассчитаем для данной задачи:

Таблица 4.3 — Расчетные времена проведения ВП-операций.

Таблица 4.4 — Расчетные пропускные способности ВПП

Пропускная способность проектируемой ВПП будет составлять 26 ВС/ч.

6. выбор направления летной полосы в зависимости от ветрового режима Ветровой режим — повторяемость ветров, определенных направлений и силы.

Для расчета обычно применяются таблицы повторяемости. В данной задаче это таблица З.1 а разделе «Задание».

При определении ветрового режима принимают 2 условия:

1. К каждому румбу относятся все ветры, дующие в пределах прилегающего к нему полусектора величиной 22,5є.

2. В пределах каждого сектора скорость и повторяемость ветров распределены равномерно.

Различают 2 составляющие вектора скорости ветра — продольную и боковую. Взлет и посадка выполняются, как правило, против ветра, так как это позволяет на взлете создавать дополнительную подъемную силу, а при посадке — быстрее гасить скорость.

Боковая составляющая негативно влияет на полет ВС, поэтому при сильном боковом ветре полеты могут быть приостановлены. Для круглогодичного использования аэродрома, т. е. обеспечения безопасности при взлете и посадке ВС на ИВПП, определяют коэффициент ветровой загрузки ИВПП (КВЗ). Коэффициент ветровой загрузки — такая повторяемость ветров, при которой боковая составляющая скорости ветра не превышает расчетной величины для данного аэродрома. Для каждого аэродрома устанавливается нормальная величина КВЗ.

Для аэродрома класса Е, как дано в условии, максимально допустимая скорость бокового ветра составляет 6 м/с, значение ветровой загрузки — 90%.

при полеты не осуществляются.

б — угол между направлением ветра и ВПП.

бmax — максимально допустимый угол между направлением ветра и ВПП.

Встает задача о выборе направления ЛП, обеспечивающего наибольшее время ее использования.

Где — повторяемость ветров в направлении б, имеющих скорость меньше расчетной.

— повторяемость ветров в направлении б, имеющих скорость больше расчетной.

Если по местным условиям не удается разместить ЛП так, чтобы достигалась необходимая величина КВЗ, то строят вспомогательную ЛП под углом от 60є до 90є длиной меньше основной и с коэффициентом 0,65.

Так как обычно ЛП используется для взлетов-посадок в двух направлениях, то при выборе направления ЛП повторяемость ветров по взаимопротивоположным направлениям складывается (таблица 5.1).

Так как в задаче максимальная скорость бокового ветра равна 6 м/с, необходимо переделать таблицу так, чтобы значение приходилось на начало/конец интервала:

Таблица 5.1 — Повторяемость ветров

Далее необходимо вычислить суммарную повторяемость для каждого ветра, имеющего большую скорость, чем. То направление, которое «нагружено» больше всех, скорее всего, будет оптимальным для постройки ЛП. Далее необходимо учесть все ветры, вносящие вклад в КВЗ. Суммарный КВЗ должен быть не менее 90%. Рассчитаем параметры и занесем их в таблицы 5.2 и 5.3, начертим возможное расположение ЛП и направлений ветров, вносящих вклад в ветровую загрузку (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 — Роза ветров Таблица 5.2 — Суммарная повторяемость ветров по противоположным направлениям.

Таблица 5.3 — Составляющие КВЗ

Суммарный КВЗ получается равным 78,55(3)%, необходимый — 90%.

Следовательно, необходимо провести дополнительные расчеты; в случае отсутствия лучшего направления ВПП, которое бы обеспечивало нужную ветровую загрузку, необходимо строительство второй полосы.

заключение

В данной работе я провела расчет основных параметров взлетно-посадочной полосы (длина, теоретическая и расчетная пропускные способности) необходимой для приема ВС 1 класса — ДС-10−40 и В-474−100. Также я определила расположение летной полосы для аэродрома класса Е, исходя из условий ветровой загрузки.

В работе я применяла эксплуатационные параметры ВС, а также параметры аэродромов. На основе полученных данных можно сделать выводы:

1. Потребная длина ВПП для взлета и посадки ВС обоих типов: м

2. Пропускная способность при эксплуатации ВС обоих типов (с учетом того, какую долю вносит в загрузку аэродрома каждый тип): 26 ВС/час.

3. При данных в задании 2 условиях невозможно построить ВПП, которая отвечает требованиям аэродрома класса Е, без дополнительных расчетов. Возможно, окажется необходимым конструкция второй полосы.

ПРИЛОЖЕНИЕ, А Схема движения самолета по ВПП

ПРИЛОЖЕНИЕ b.

Схема примыкания РД к ВПП

список использованных источников

Книги и конспекты

1. Романенко В. А., Лекции по дисциплине «Авиакомпании, аэропорты и аэродромы»

2. Изыскание и проектирование аэродромов [Текст]: Учебник для ВУЗов/под ред. Глушкова — М: Транспорт, 1992

3. Блохин В. И. Основы проектирования аэропортов [Текст] - М: Транспорт, 1985.

Электронный ресурс

4. Воздушный Кодекс Российской Федерации от 19.03.1997 N 60-ФЗ (принят ГД ФС РФ 19.02.1997), ред. от 07.02.2011 [Эл. ресурс] - Сайт www.vzkodeks.ru.

5. Федеральные авиационные правила «Подготовка и выполнение полетов в гражданской авиации Российской Федерации» [Эл. ресурс]