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空中交通安全间隔的理论方法研究

时间:2017-08-30 14:36来源:蓝天飞行翻译公司 作者:民航翻译 点击:

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以下再从航路结构的方面来讨论在具体的情况下,飞机与飞机之间的距离关系,以便对飞机之间的最小侧向间隔标准进行讨论。航路几何结构对侧向间隔的影响,又可分成两种情况进行讨论,即平行航路情况与交叉航路情况。
 
图3-5 平行航路情况
3.4 航路的几何结构
3.4.1 平行航路情况
如图3-5所示,考虑两架在平行航路上飞行的飞机,图中最下面的直线是一条参考直线,平行于两条平行航路, 表示飞机与该参考直线之间的距离, 表示飞机与所飞航路上的VOR台之间的距离,而 则表示两座VOR台之间的距离。先考虑图3-5两VOR台的水平位置相同的情况。
两架飞机的初始位置分别是 和 。则两架飞机的水平侧向位置分别为:
 
 
其中 表示飞机 距离VOR台的距离, 表示飞机 到基准参考直线的垂直距离, 表示飞机 的侧向偏航, 。
令两架飞机之间的侧向距离为 :
  (3.10)
将偏航距离的公式代入到上面的式子中,则:
 
     ~ 
     ~ (3.11)
其中 是两条平行航路之间的水平距离, 是飞机 在导航台上空时偏航均值的初始值, 是飞机 偏航平均值随距离的增长率, 是飞机 在导航台上空时偏航均方差的初始值, 是飞机 偏航均方差随距离的增长率, 。
考虑到纵向距离为零时侧向间隔要求最大,因此,设 。此时再考虑最简单的情况,当 、 、 并且 时,上式为:
 ~ (3.12)
这样就得到了两架飞机之间的距离概率密度函数,此时如果再定出两架飞机之间发生冲突的距离,也就是定出求概率的上下限,就可以得到在这样的航路结构下,特定的两架飞机之间发生不同等级的冲突的概率了。然而,如第二章中所述,飞机在空中飞行时的冲突的等级可以分为两种,其接近程度各不相同,于是,飞机在空中发生冲突的概率也可以分为如下的两种等级:
第一种情况:间隔最小值的最终目标就是防止飞机的碰撞,而碰撞只可能发生在飞机之间的侧向距离为零的情况,把这种情况定义为飞机之间的距离小到足以使飞机之间发生接触。即飞机之间的距离 小于 的情况,其中 为:
  (3.13)
式中 表示飞机i的翼展。
第二种情况:由于要考虑到飞机在空中相遇的时候,除了碰撞外还有空中尾流的影响,另外,管制最小间隔标准还要考虑到飞行员反应时间、飞机改变飞行状态的时间等等间隔余度,因此飞机在空中的侧向距离在一定值以下时就被定义为侧向“危险接近”, 即飞机之间的侧向距离 小于 的情况,根据我国空中交通管制部门的现行规定,其中 为:
  (3.14)
此时,令 表示两架飞机在侧向上发生冲突的概率,则 就等于两架飞机在空中的侧向间隔小于等于 时的概率,即:
 
  (3.15)
其中 是飞机之间的侧向距离,由(3.10)式知道,飞机间的侧向距离服从正态分布, ~ 
用 表示飞机之间的侧向距离的概率密度函数,则:
  (3.16)
对 从 积分到 ,就可以得到飞机之间发生碰撞的概率了,即:
  (3.17)
此时,给出一个可以接受的飞机碰撞概率和误差的分布,就可以从该式中计算出应该有的间隔标准,也可以计算出各种情况下的飞机相撞的概率了。
以上考虑的是当两条平行航路上所使用的VOR导航台的水平位置相同时的情况,这时所得到的数学模型是最简单情况下的,也是对侧向间隔最基本的数学模型。然而看一看我国空中交通管制航路导航设备的分布情况就知道,在大多数情况下,平行航路上的VOR导航台的水平位置并不是相同的,而是错开分布的,下面就再对平行航路上的VOR导航台错开设置的情况进行讨论。
 
图3-6 平行航路上VOR台错开半个台距的情况
考虑图3-6平行航路几何结构中VOR台错开的情况。这时,考虑两条航路的VOR台确定的航路之间的距离相同,但它们之间相互错开了半个VOR台间距的情况。
 设两架飞机都是采用距自己最近的VOR台导航。在这种情况下,飞机的偏航情况依然服从前面所做的讨论,服从正态分布,考虑比较简单的情况,其平均值为零并具有均方差 和 。
令 、 ,并从此时的航路结构出发,考虑纵向间隔为最小时的情况,假设两架飞机都是用各自航路上距离自己最近的VOR导航台导航,同航路上两VOR台间的距离为 ,则两架飞机到各自的VOR台的距离有如下关系: 。
则: ~ (3.18)
此时的两机之间的距离函数为:
 ~ (3.19)
用 表示飞机之间的侧向距离的概率密度函数,令 ,则:
  (3.20)
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