CN109902924B - 一种军用机场单跑道训练容量评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种军用机场单跑道训练容量评估方法，在充分考虑军用机场使用特点的基础上，提出了基于历史训练数据中四类气象条件下飞行组织的占场时间、场地维护时间和机场气象允许可用飞行时间等评价参数的军用机场单跑道训练容量评估方法，给出了评价参数的统计方法，建立了训练容量评估模型，为单跑道训练容量的确定和双跑道机场开设时机的判定提供决策依据。

Description

一种军用机场单跑道训练容量评估方法

技术领域

本发明涉及军用机场和军民合用机场规划技术领域，特别是一种军用机场单跑道训练容量评估方法。

背景技术

一、军用机场单跑道训练容量的概念

在民用航空领域机场跑道容量这个概念是随着业务量的发展而提出来的，定义为单位时间内跑道能够运行的最大起飞降落架次。一般用所有机型跑道服务时间的加权平均值表示：

式中：C为跑道容量；

E[T]为跑道平均服务时间；

P_ij为j型飞机尾随i型飞机的概率；

T_ij为j型飞机尾随i型飞机时，它们之间的时间间隔。

从民用机场跑道容量的概念可以看出，其容量是基于飞机连续运行状态下提出的，比如说跑道容量为30架次/小时，是指1小时内飞机连续起降的架次。

近年来，随着军事训练需求量的发展，在军用机场规划领域跑道容量的问题也开始进行研究。然而民用机场跑道容量的概念对于军用机场来说具有明显的不适用性。首先，军用机场驻场飞机型号、数量相对固定，不像民航航班飞机型号、数量不固定；其次，民航飞机起飞加入航线之后即飞往目的地，而军用飞机则在本场周边空域进行训练，飞机滞空期间，跑道上虽然没有飞机，但仍然处于封闭状态；第三，对于跑道来说，民用机场处于连续服务状态，而军用机场则处于间断性服务状态。

基于上述差异，结合军用机场的特征，应重点研究其跑道训练容量，可定义为：跑道一年内能够保障航空兵完成的训练任务量，可以简化为可保障飞机的年起降架次。

二、军用单跑道训练容量评估的思路

军用机场单跑道训练容量评估的主导思路是统计出跑道能够提供的最大利用时间和飞行训练所需要的时间，将两者相比，得出一年内跑道能够提供的年最大起降架次。

三、跑道年可用时间的确定原理

跑道可用时间主要是受气象因素、跑道完好性两方面的影响，需要统计的量分别如下：

1.跑道年气象条件许可飞行时间

按照航空气象学的划分方法，将气象条件为昼间简单气象条件、昼间复杂气象条件、夜间简单气象条件、夜间复杂气象条件四种情况，四种气象情况下，对应的满足可以飞行的时间即为跑道年气象条件许可飞行时间。

2.保证跑道完好性所需时间

维持跑道完好性所需要的工作主要包括两个方面：跑道维护和跑道整修。跑道维护时间是指每次飞行前，需要留出一定的时间进行跑道维护，使其达到使用要求后，才能开始飞行；跑道整修时间是指跑道在使用一段时间后，局部发生损坏，影响到飞行安全，需要封闭跑道进行道面修补的时间。

3.年跑道可用时间

年跑道可用时间为气象许可时间减去跑道维护和整修时间。

四、训练需求时间的确定原理

训练需求时间是航空兵组织年度训练所需要的时间。针对某个机型，年度训练任务中会明确有i个训练课目(i＝1,2，…，n)，完成每个课目均需要对应的时间，将这些时间累计，就可以统计出年度训练需求时间。

根据军用机场飞行统计的习惯，采用“占场时间”来表述完成每个课目对使用跑道的时间需求，定义为：飞行日开飞至结束使用机场的时间(扣除飞行待命时间)。占场时间反应了飞行组织的综合效率，完成同样训练课目所用的占场时间短，说明综合效率高，则反之则时间较长，综合效率低，说明存在类似民航中的延误。

近年来，在军用机场新建、改扩建中经常面临着这样的问题，一条跑道能否满足当前部队使用要求，或者一条跑道最大能满足多少飞机的驻场训练要求，当前对于该问题的回答只是一个定性的、模糊的回答，缺少理论依据和计算验证的方法。

因此，亟待提出一种军用机场单跑道训练容量评估方法。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种军用机场单跑道训练容量评估方法，为单跑道容量评估和双跑道开设提供理论依据和计算方法。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种军用机场单跑道训练容量评估方法，包括以下步骤：

S1、统计拟用机型对应每个训练课目平均每架飞机的占场时间KT_i，i表示训练课目，i＝1，2，…，n；

S2、统计拟用机型每个训练课目分别在昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂等四类气象条件下占场时间的比例系数α_ij，i表示训练课目，i＝1，2，…，n；j＝1,2,3,4对应昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件；

S3、统计跑道年气象条件许可飞行时间T_气象，其由昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件对应的许可用飞行时间组成，分别表示为：t’₁、t’₂、t’₃、t’₄；

S4、统计年度飞行前跑道准备的平均时间t₅，年度跑道整修时间t₆和年度飞行场次N；

S5、从T_气象中扣除年度跑道准备、整修时间，得到年度昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件下可用的飞行时间，分别表示为：t₁、t₂、t₃、t₄；

S6、根据拟用机型年度训练任务，统计年度昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件下所有课目所需占场时间ZT_t1、ZT_t2、ZT_t3、ZT_t4；

S7、对昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件所需占场时间和可用时间进行判定，判定规则如下：

若：

ZT_t1≤t₁，说明昼间简单气象条件对应需要的占场时间满足使用要求，反之则说明跑道无法满足使用要求，需开设双跑道；

ZT_t2≤t₂，说明昼间复杂气象条件对应需要的占场时间满足使用要求，反之则说明跑道无法满足使用要求，需开设双跑道；

ZT_t3≤t₃，说明夜间简单气象条件对应需要的占场时间满足使用要求，反之则说明跑道无法满足使用要求，需开设双跑道；

ZT_t4≤t₄，说明夜间复杂气象条件对应需要的占场时间满足使用要求，反之则说明跑道无法满足使用要求，需开设双跑道；

S8、以年可保障起降飞机的总架次M表示跑道训练容量，计算公式如下：

M＝M_昼间简单+M_昼间复杂+M_夜间简单+M_夜间复杂

其中：四类气象条件对应的年起降架次计算公式如下：

式中:

M_j对应四类气象条件对应的年起降架次；

j＝1，2，3，4对应昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂；

q_j为统计的昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件下起降一架次平均时间，可通过四类气象条件下的占场时间与保障的起降架次相比获得。

进一步地，所述S1具体步骤为：假定拟用机型年度训练课目有i个课目，i＝1，2，…，n，完成对应课目需要的占场时间为ZT_i，则年度总的占场时间ZT为：

其中：ZT_i＝M_i×KT_i

式中：M_i为课目i对应的参训飞机架数；

KT_i为对应课目i统计的平均每架飞机的占场时间。

进一步地，所述S2中拟用机型对应每个训练课目在昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件下不同课目占场时间的比例进行统计如下：

进一步地，所述S3中跑道全年气象条件允许可用飞行时间为T_气象，则T_气象的计算公式如下：

T_气象＝t′₁+t′₂+t′₃+t′₄

式中：t’₁为满足昼间简单气象条件对应的时间；

t’₂为满足昼间复杂气象条件对应的时间；

t’₃为满足夜间简单气象条件对应的时间；

t’₄为满足夜间复杂气象条件对应的时间。

进一步地，所述S5的具体步骤为：假设场地维护时间为T_场地，则T_场地的计算公式如下：

T_场地＝N×t₅+t₆

式中：N为机场年飞行场次；

t₅为年度飞行前跑道准备的平均时间；

t₆为年度跑道整修时间。

不考虑整修时间与气象许可时间之间的重叠，按照最不利情况考虑场地整修时间对气象可用时间的影响，建立影响系数γ，

则年度总的可用时间为T为：

T＝T_气象×(1-γ)

将场地整修时间的影响平均分配到四类气象许可飞行时间内，得到修正后的可用飞行时间t₁、t₂、t₃、t₄，计算公式如下：

t_j＝t′_j×(1-γ)

式中：j＝1,2,3,4含义同上，对应四类气象条件。

进一步地，所述S6中不同课目四类气象条件下总的占场时间计算如下：

与现有技术相比，本发明在充分考虑军用机场的使用特点的基础上，提出了以四类气象条件下飞行组织的占场时间、场地维护时间和机场气象允许可用飞行时间为评价参数的军用机场单跑道训练容量评估方法，给出了评价参数的统计方法，建立了训练容量评估模型，为单跑道训练容量的确定和双跑道机场开设时机的判定提供决策依据。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。

本实施例的一种军用机场单跑道训练容量评估方法，包括以下步骤：

S1、统计H机场拟用机型A在F机场的训练数据，统计A型飞机对应每个训练课目每架飞机平均占场时间KT_i，i表示训练课目，i＝1，2，…，n；具体步骤为：假定拟用机型年度训练课目有i个课目，i＝1，2，…，n，完成对应课目需要的占场时间为ZT_i，则年度总的占场时间ZT为：

其中：ZT_i＝M_i×KT_i

式中：M_i为课目i对应的参训飞机架数；

KT_i为对应课目i统计的平均每架飞机的占场时间。

而占场时间反应驻场飞机对跑道的利用情况，可针对特定机型以建制单位为对象，统计全年所有飞行场次数据，某场次统计样表如表1所示。

表1占场时间统计表(按训练场次，A型飞机)

为说明本方法的应用，采用以下假设数据。通过多张表1，可统计出一年来A型飞机在F机场的飞行组织数据，其中2017年全年组织飞行场次1604次，占场时间为288841分，完成5个课目。为待评估的H机场提供数据基础。

S2、统计拟用机型每个训练课目全年占场时间中昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件下占场时间的比例系数α_ij，i表示训练课目，i＝1，2，…，5；j表示气象条件，j＝1,2,3,4且对应四类气象条件；比例系数组成如下表所示，对应上例：

S3、统计H机场跑道全年气象条件允许可用总飞行时间为T_气象，昼间简单气象条件、昼间复杂气象条件、夜间简单气象条件、夜间复杂气象条件对应的允许可用飞行时间分别为t’₁、t’₂、t’₃、t’₄；则T_气象的计算公式如下：

T_气象＝t′₁+t′₂+t′₃+t′₄

式中：t’₁为满足昼间简单气象条件对应的时间；

t’₂为满足昼间复杂气象条件对应的时间；

t’₃为满足夜间简单气象条件对应的时间；

t’₄为满足夜间复杂气象条件对应的时间。

经统计，t’₁、t’₂、t’₃、t’₄分别为：128772、103017、80942、55188、分钟。则T_气象为367920分钟。

S4、统计年度飞行前跑道准备的平均时间t₅，年度跑道整修时间t₆和年度飞行场次N；场地维护时间可通过到场务连统计每次飞行前跑道准备时间获得，全年飞行场次乘以跑道准备时间即可得到全年跑道维护时间。

跑道整修时间可统计机场跑道历年整修数据，通过分析整修内容、规模结合跑道使用年限，预测年度需要进行的整修时间，可安排在无法组织飞行的天气进行整修，尽量减少对跑道使用的影响。

经统计，t₅、t₆、N分别为：90分钟、14400分钟和1604场次

S5、计算场地整修影响系数γ，确定年度昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件下可用时间t₁、t₂、t₃、t₄；具体步骤为：假设场地维护时间为T_场地，则T_场地的计算公式如下：

T_场地＝N×t₅+t₆＝1604×90+14400＝158760分钟

式中：N为机场年飞行场次；

t₅为年度飞行前跑道准备的平均时间；

t₆为年度跑道整修时间。

不考虑整修时间与气象许可时间之间的重叠，按照最不利情况考虑场地整修时间对气象可用时间的影响，建立影响系数γ，

则年度总的可用时间为T为：

T＝T_气象×(1-γ)＝369720×(1-0.43)＝209714分钟

将场地整修时间的影响平均分配到四类气象许可飞行时间内，得到修正后的可用飞行时间t₁、t₂、t₃、t₄，计算公式如下：

t_j＝t′_j×(1-γ)

式中：j＝1,2,3,4含义同上，对应四类气象条件。

经计算t₁、t₂、t₃、t₄分别为：73400、58720、46137、31457分钟。

S6、根据拟用机型年度训练任务，统计年度昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件下所有课目所需占场时间ZT_t1、ZT_t2、ZT_t3、ZT_t4，计算公式如下：

统计得出ZT_t1、ZT_t2、ZT_t3、ZT_t4分别为：83317、68364、67284、69876分钟。

S7、对昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件所需占场时间和可用时间进行判定，判定规则如下：

若：

ZT_t1≤t₁，说明昼间简单气象条件对应需要的占场时间满足使用要求，反之则说明跑道无法满足使用要求，需开设双跑道；

ZT_t2≤t₂，说明昼间复杂气象条件对应需要的占场时间满足使用要求，反之则说明跑道无法满足使用要求，需开设双跑道；

ZT_t3≤t₃，说明夜间简单气象条件对应需要的占场时间满足使用要求，反之则说明跑道无法满足使用要求，需开设双跑道；

ZT_t4≤t₄，说明夜间复杂气象条件对应需要的占场时间满足使用要求，反之则说明跑道无法满足使用要求，需开设双跑道；

本实施例中对比情况如下：

评判结论：四种气象条件下单跑道均无法满足A型飞机训练要求，需开设双跑道或减少场地整修时间，从而满足跑道使用要求。

S8、按照下面公式计算跑道训练容量，以年可保障起降飞机的总架次M表示：

M＝M_昼间简单+M_昼间复杂+M_夜间简单+M_夜间复杂

其中：四类气象条件对应的年起降架次计算公式如下：

式中:

M_j对应四类气象条件对应的年起降架次；

j＝1，2，3，4对应昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂；

q_j为统计的昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件下起降一架次平均时间，可通过四类气象条件下的占场时间与保障的起降架次相比获得。

以昼间简单气象条件条件下为例：

式中:

M_昼间简单表示昼间简单气象条件下可保障的起飞降落架次；

q₁为统计的昼间简单气象条件下起降一架次平均时间；

则昼间复杂气象条件、夜间简单气象条件、夜间复杂气象条件下可保障的起飞降落架次采用上述方法即可求得，分别为：539、378、243架次。

结论：根据F机场的训练数据，对H机场跑到训练容量的评估结论为：H机场建设单跑道无法满足训练需求，需开设双跑道，单跑道训练容量为：1663架次，其中四类气象条件分别为503、539、378、243架次。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种军用机场单跑道训练容量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、统计拟用机型对应每个训练课目平均每个起降架次的占场时间KT_i，i表示训练课目，i＝1，2，…，n；

S2、统计拟用机型每个训练课目分别在昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件下占场时间的比例系数α_ij，i表示训练课目，i＝1，2，…，n；j＝1,2,3,4对应昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件；

S3、统计跑道年气象条件许可飞行时间T_气象，其由昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件对应的许可用飞行时间组成，分别表示为：t’₁、t’₂、t’₃、t’₄；

S4、统计年度飞行前跑道准备的平均时间t₅，年度跑道整修时间t₆和年度飞行场次N；

S5、从T_气象中扣除年度跑道准备时间、整修时间，得到年度昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件下可用的飞行时间,分别表示为:t₁、t₂、t₃、t₄；

S6、根据拟用机型年度训练任务，统计年度昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件下所有课目所需占场时间ZT_t1、ZT_t2、ZT_t3、ZT_t4；

S7、对昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件所需占场时间和可用时间进行判定，判定规则如下：

若：

ZT_t1≤t₁，说明昼间简单气象条件对应需要的占场时间满足使用要求，反之则说明跑道无法满足使用要求，需开设双跑道；

ZT_t2≤t₂，说明昼间复杂气象条件对应需要的占场时间满足使用要求，反之则说明跑道无法满足使用要求，需开设双跑道；

ZT_t3≤t₃，说明夜间简单气象条件对应需要的占场时间满足使用要求，反之则说明跑道无法满足使用要求，需开设双跑道；

ZT_t4≤t₄，说明夜间复杂气象条件对应需要的占场时间满足使用要求，反之则说明跑道无法满足使用要求，需开设双跑道；

S8、以年可保障起降飞机的总架次M表示跑道训练容量，计算公式如下：

M＝M_昼间简单+M_昼间复杂+M_夜间简单+M_夜间复杂

其中：四类气象条件对应的年起降架次计算公式如下：

式中:

M_j对应四类气象条件对应的年起降架次；

j＝1，2，3，4对应昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂；

q_j为统计的昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件下起降一架次平均时间，是通过四类气象条件下的占场时间与保障的起降架次相比获得。

2.根据权利要求1所述的军用机场单跑道训练容量评估方法，其特征在于：所述S1具体步骤为：假定拟用机型年度训练课目有i个课目，i＝1，2，…，n，完成对应课目需要的占场时间为ZT_i，则年度总的占场时间ZT为：

其中：ZT_i＝M_i×KT_i

式中：M_i为课目i对应的参训飞机架数；

KT_i为对应课目i统计的平均每架飞机的占场时间。

3.根据权利要求1所述的军用机场单跑道训练容量评估方法，其特征在于：所述S2中拟用机型对应每个训练课目在昼间简单、昼间复杂、夜间简单、夜间复杂四类气象条件下不同课目占场时间的比例进行统计如下：

4.根据权利要求1所述的军用机场单跑道训练容量评估方法，其特征在于：所述S3中跑道全年气象条件允许可用飞行时间为T_气象，则T_气象的计算公式如下：

T_气象＝t′₁+t′₂+t′₃+t′₄

式中：t’₁为满足昼间简单气象条件对应的时间；

t’₂为满足昼间复杂气象条件对应的时间；

t’₃为满足夜间简单气象条件对应的时间；

t’₄为满足夜间复杂气象条件对应的时间。

5.根据权利要求1所述的军用机场单跑道训练容量评估方法，其特征在于：所述S5的具体步骤为：假设场地维护时间为T_场地，则T_场地的计算公式如下：

T_场地＝N×t₅+t₆

式中：N为机场年飞行场次；

t₅为年度飞行前跑道准备的平均时间；

t₆为年度跑道整修时间；

不考虑整修时间与气象许可时间之间的重叠，按照最不利情况考虑场地整修时间对气象可用时间的影响，建立影响系数γ，

则年度总的可用时间为T为：

T＝T_气象×(1-γ)

将场地整修时间的影响平均分配到四类气象许可飞行时间内，得到修正后的可用飞行时间t₁、t₂、t₃、t₄，计算公式如下：

t_j＝t′_j×(1-γ)，j＝1,2,3,4含义同上，对应四类气象条件。

6.根据权利要求1所述的军用机场单跑道训练容量评估方法，其特征在于：所述S6中不同课目四类气象条件下总的占场时间计算如下：