Определение пропускной способности аэропортов

Определение пропускной способности аэропортов

Как известно, основные исходные данные для проектирования аэропорта принимаются с учетом перспективы его развития на 10 лет после планируемого срока ввода в эксплуатацию. Если к этому сроку прибавить продолжительность разработки проекта и строительства 1 очереди аэропорта, то станет ясным, что в момент начала проектирования должна учитываться перспектива развития аэропорта на значительно больший период (15−20 лет).

Потребность в зданиях, сооружениях и оборудовании аэропорта определяется на основании эксплуатационно-технических расчетов. Эта потребность также постоянно увеличивается в связи с вводом в эксплуатацию самолетов повышенной пассажировместимости.

В данной работе изложена методика и приведен расчет пропускной способности аэропортов на перспективу до 1995 года в зависимости от различных факторов (схема планировки ВПП и соединительных РД, состава самолето-моторного парка и др.).

Под пропускной способностью аэропорта понимается его возможность за год выполнить определенный объем пассажирских W _п и почтово-грузовых W _г перевозок.

Пропускная способность аэропорта по количеству перевезенных пассажиров в год будет равна аэропорт пассажир пропускной проектирование.

(1).

где q — среднее планируемое количество пассажиров на один самолет;

— пропускная способность аэродрома (взлетов и посадок самолетов в час);

Т_с — количество часов работы аэропорта в сутки;

к_с — коэффициент суточной неравномерности движения самолетов, т. е. отношение максимального суточного количества взлетно-посадочных операций к среднесуточному за год;

к_г — коэффициент часовой неравномерности движения самолетов, т. е. отношение максимального часового количества взлетно-посадочных операций к среднечасовому за максимальные сутки.

Среднее планируемое количество пассажиров на один самолет определяется по формуле.

q = S p_i · m_i· j _i (2).

где p_i — соотношение частоты движения самолетов разных типов;

m_i — пассажировместимость самолетов;

j_i — коэффициент, учитывающий процент коммерческой загрузки (как правило j_i = 0,75).

Прогнозирование p_i и m_i на перспективу 15−20 лет является достаточно сложной задачей, поэтому представляется более правильным определять величину q на основе статистических данных за ряд лет.

Пропускная способность аэродрома зависит от следующих основных факторов:

• — взлетно-посадочных характеристик самолетов, определяющих время занятия ВПП;
• — интервалов времени между взлетно-посадочными операциями, устанавливаемых для безопасности полетов;
• — условий движения по правилам визуального полета и полета по приборам;
• — планировочной схемы, количества ВПП и соединительных РД;
• — неравномерности подхода самолетов на посадку;
• — соотношение типов самолетов в интенсивности движения.

Методика учета всех этих факторов при расчете пропускной способности аэродрома достаточно подробно освещена в отечественной и зарубежной литературе [3, 6, 7] и поэтому в данной работе не излагается:

Количество часов работы аэропорта в сутки Т_с зависит, главным образом, от интенсивности движения самолетов, размера транзитного движения, расположения аэропорта на трассе и его удаленности от города. В частности, при наличии ночного движения и отсутствия ограничения времени работы аэропорта по условиям шума Т_с = 24. В других случаях определение величины Т_с требует статистических исследований.

Одним из основных факторов, влияющих, на пропускную способность аэропортов, является неравномерность движения самолетов. В существующих методах расчета проектной мощности зданий и сооружений аэропортов учет неравномерности движения самолетов производится с помощью поправочных коэффициентов, которые, однако, не раскрывают специфики процесса прилетов и вылетов самолетов в течение времени. Поэтому целесообразно исследовать неравномерность движения самолетов в аэропортах на основе применения современных математических теорий, таких как теория вероятностей и математическая статистика, позволяющих наиболее достоверно раскрыть особенности технологических процессов.

Для прогностических целей все параметры, влияющие на пропускную способность аэропорта, по количеству пассажиров, для каждого конкретного объекта должны определяться на основе анализа движения самолетов и перевозок с учетом специфических местных особенностей экономики района тяготения, климата, географических и транспортных условий.

Пропускная способность аэропорта на перспективу по годовому количеству почтово-грузовых перевозок W _г может быть рассчитана в зависимости от пропускной способности по количеству пассажиров W _п методом выравненных статистических рядов по формуле А. А. Маркова.

(3).

где и.

n — продолжительность предыдущего исследуемого периода в годах.

Формулы (1, 2, 3) использовались для расчета пропускной способности аэропортов различных классов на перспективу на основе обработки и анализа статистических данных по аэропортам гражданской авиации и материалам ИКАО за 1945;1970 годы.

Среднее планируемое количество пассажиров на один самолет q определено следующим образом. В результате обработки статистических данных установлено, что в 1970 г. среднее количество пассажиров на один самолет составляло в аэропортах по классам, чел.: I — 41±16; II — 32±13; III — 20±8; IV — 15±6; V — 9±3.

Для прогнозирования использовались данные ИКАО (рис. 1), показавшие относительно устойчивый ежегодный прирост среднего количества пассажиров на один самолет и позволившие определить превышение этого показателя на перспективу по сравнению с 1970 годом. Наиболее вероятно, что среднее количество пассажиров на один самолет в 1995 году превысит уровень 1970 года в 1,8 раза и составит в аэропортах по классам, чел.: I — 70−90; II — 55−70; III — 35−45; IV — 20−30; V — 10−15.

Достаточно хорошую сходимость с полученными результатами показали расчеты по формуле (2), причем соотношение частоты движения самолетов разных групп на основе анализа опыта эксплуатации и требований к аэропортам принималось в соответствии с табл. 1.

Рис. 1. Изменение по годам пассажиров на один самолет на авиалиниях государств — членов ИКАО: 1 — фактически; 2 — прогноз

Таблица 1. Ориентировочное соотношение групп самолетов в интенсивности движения, в процентах.

Пропускная способность аэродрома определена применительно к схемам планировки ВПП и соединительных РД (рис. 2), принятым в качестве основных в «Нормах технологического проектирования аэропортов» [2].

Рис. 2. Схемы планировки ВПП и соединительных РД по классам аэропортов

Обобщение материалов, изложенных в работах [3, 6, 7], и проведенные расчеты позволили установить, что с учетом резерва времени на возможные отклонения в точности выхода самолета на ВПП, на полеты специальных грузовых самолетов, а также исходя из соотношения самолетов различных групп и этапности строительства соединительных РД, пропускная способность аэродрома при чередовании взлетов и посадок может быть принята для расчетов по классам аэропортов равной I — 29−36; II, III — 22−29; IV, V — 9−16 взлетно-посадочных операций в час.

Анализ сезонной неравномерности произведен на основе данных о суммарной месячной интенсивности движения самолетов в 147 аэропортах гражданской авиации за 1969;1970 гг.

Наличие летнего и зимнего расписания полетов обуславливает деление годового периода работы аэропортов на два качественно различных периода — летний и зимний.

Обработка данных произведена дифференцировано в зависимости от зонально-климатического расположения аэропортов на территории СССР согласно СНиП II — А.6−62. Результаты обработки данных по определению удельного веса интенсивности движения самолетов в летний период приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Климатическая зона.	Количество рассмотренных аэропортов.	Среднее значение удельного веса движения в летний период g.	Среднеквадратическое отклонение s.	Коэффициент вариации.
I.		0,527.	0,078.	0,148.
II.		0,605.	0,050.	0,083.
III.		0,653.	0,061.	0,093.
IV.		0,620.	0,035.	0,056.

По табл. 2 видно, что аэропорты, расположенные в зонах умеренного, теплого и жаркого климатов (II, III и IV зоны) в летний период работают значительно интенсивнее, чем в зимний, а в аэропортах I зоны холодного климата нагрузки по периодам распределяются более равномерно. Полученные значения коэффициента вариации, равные 0,056−0,148, свидетельствуют о том, что удельный вес движения самолетов в летний период в аэропортах, расположенных в одной зоне, колеблется в относительно узких пределах и, следовательно, может быть принят для дальнейших расчетов. Исходными материалами при исследовании неравномерности движения самолетов по суткам летнего периода явились данные наблюдений, проведенных в 52 аэропортах различных классов. Обработка данных примерно 20 000 наблюдений позволила сделать вывод о нормальном распределении интенсивности движения самолетов по суткам летнего периода (рис. 3).

(4).

где x — возможные с заданной вероятностью значения суточной интенсивности движения;

l _c — математическое ожидание суточной интенсивности движения (среднесуточная интенсивность);

s — среднеквадратическое отклонение.

Рис. 3. Распределение суточной интенсивности движения самолетов в аэропорту Саратов в течение летнего периода 1970 г.

Аналогичный результат был получен при обработке данных движения самолетов по зимнему расписанию.

При нормальном распределении интенсивность движения с заданной вероятностью может быть определена по формуле.

x_s = l _c + b _s · s (5).

где b _s — квантиль стандартного нормального распределения, отвечающий вероятности По правилу трех сигм [1] можно считать, что максимальная интенсивность движения в сутки будет соответствовать обеспеченности S = 99,7% и b _s = 3. В этом случае коэффициент суточной неравномерности в летний период можно определить, решив уравнение (5) относительно l _c

(6).

где.

— коэффициент вариации движения в летний период.

При расчете коэффициента суточной неравномерности для годового периода работы аэропорта необходимо учитывать удельный вес движения в летний период g:

К_с = 2· g (1 + b _s · v) (7).

По формуле (7) можно определять коэффициент суточной неравномерности в аэропорту на основе статистического анализа удельного веса интенсивности движения и ее колебаний в летний период.

В целях выявления общей зависимости коэффициентов суточной неравномерности от годовой интенсивности движения по зонам расположения аэропорта, по формуле (7) определен коэффициент К_с для 52 аэропортов. Как показал анализ, коэффициент неравномерности снижается по мере увеличения интенсивности движения самолетов в аэропорту, т. е. чем выше загрузка аэропорта, тем он равномернее работает. Полученные данные использовались для установления корреляционной связи и вычисления корреляционных уравнений с помощью метода чисел Чебышева [1]. Вычисленное корреляционное отношение, близкое к 1, указывает на достаточно тесную связь коэффициента К_с и годовой интенсивности движения самолетов l _г. Зависимость описывается корреляционным уравнением второго порядка с основной ошибкой, равной 0,12, характеризующей колебания коэффициента неравномерности.

На основе статистического материала, с учетом роста объемов работы аэропортов на перспективу, построена зависимость коэффициента суточной неравномерности от годовой интенсивности движения (рис. 4). Пользуясь графиком (см. рис. 4), максимальную интенсивность движения самолетов в сутки с обеспеченностью S = 99,7%, можно определить по формуле.

(8).

Рис. 4. Зависимость коэффициента суточной неравномерности К_с от годовой интенсивное движения l₂ во II, III, IV зонах расположения аэропортов

По отечественным и зарубежным исследованиям [3, 5, 7] известно, что потоки вылетов и посадок самолетов в аэропортах в течение суток являются простейшими (пауссоновскими), т. е. вероятность поступления в промежуток времени t ровно K самолетов может быть задана формулой.

(9).

где — математическое ожидание числа взлетов или посадок самолетов (среднечасовая интенсивность потока).

Используя это уравнение, легко найти значение максимальном часовой интенсивности при известном, при няв Р_к(t) = 0,05−0,01 по принципу практической невозможности маловероятных событий. Для решения поставленной задачи используются таблицы распределения Пуассона [1].

Среднечасовую интенсивность движения можно определить по формуле.

(10).

где Т_с — количество часов работы аэропорта в сутки (продолжительность работы).

В результате исследования 188 аэропортов были получены численные значения продолжительности их работы в зависимости от интенсивности движения самолетов и зоны расположения.

Полученное корреляционное отношение, близкое к 1 указывает на достаточно тесную связь между продолжительностью работы аэропорта и интенсивностью движения самолетов. Сглаживание эмпирических данных произведено кривыми второго порядка (рис. 5), параметры которых установлены по методу наименьших квадратов [1]. Отклонения от вероятных значений продолжительности работы Т_с, указанных на рис. 5, составили для аэропортов первой зоны ± 2,15 час, для аэропортов первой, третьей и четвертой зон ± 1,29 часа.

Рис. 5. Зависимость количества часов работы аэропорта Т_с от интенсивности движения самолетов: N — 1 зона; · - II, III, IV зоны

С целью упрощения расчетов максимальном суточной и часовой интенсивности движения самолетов построена номограмма (рис. 6), позволяющая, при отсутствии необходимого статистического материала, определять величину движения в зависимости от годовой интенсивности. Порядок пользования номограммой показан пунктиром.

Номограмма предназначена для определения суммарной величины движения всех типов самолетов в аэропорту. Процентное соотношение групп или типов самолетов в суточной и часовой интенсивности можно принимать такое же, что и для годовой интенсивности движения.

При подстановке полученных данных в формулу (1), расчетная пропускная способность аэропортов различных классов по количеству пассажиров в год на перспективу составила, тыс. чел.: I — 4000−7000; II — 2000;4000; III — 1300−2500; IV — 150−600; V — 75−300.

Рис. 6. Номограмма для определения максимальной суточной, максимальной часовой и среднечасовой интенсивности движения в зависимости от годовой интенсивности движения l₂ во II, III, IV зонах расположения аэропортов

Указанная пропускная способность по количеству пассажиров может быть положена в основуклассификации аэропортов. При этом следует иметь в виду, что классификационные пределы по пассажирским перевозкам для аэропортов I, II, III классов должны иметь более близкие значения к пропускной способности, чем аэропортов IV и V классов, так как удельные капитальные вложения в строительство и реконструкцию аэропортов снижаются по мере увеличения их классности [4]. С учетом этого можно рекомендовать следующую классификацию аэропортов по количеству пассажиров, подлежащих перевозке на перспективу (табл. 3).

Таблица 3. Классификация аэропортов.

Аэропорты с годовым объемом пассажирских перевозок более 7000 тыс. человек следует рассматривать как внеклассные. Аэропорты с годовым объемом пассажирских перевозок менее 25 тыс. человек следует относить к неклассифицированным.

Под пассажирообменом понимается суммарное количество всех прилетающих и улетающих пассажиров, включая пассажиров транзитных рейсов. При выполнении эксплуатационно-технических расчетов зданий и сооружений аэропортов важно знать структуру пассажиропотока. Обработка отчетных данных по аэропортам за 1960;1068 годы и прогнозирование на этой основе с помощью метода выравненных рядов показало, что прибытия составляют примерно половину пассажирообмена, а отправки распределяются в соответствии с данными табл. 4.

Таблица 4. Ориентировочное распределение отправок пассажиров, в процентах.

Аналогичная обработка отчетных данных позволила выявить пропускную способность аэропорте на перспективу по количеству почтово-грузовых перевозок, которая, как показали расчеты, составит по классам аэропортов, тыс./т.: I — 70−120; II — 35−70; I II — 9−35; IV — 1,5−9,0; V — 0,18−1,5.

Выводы

• 1. Потоки взлетов и посадок самолетов в аэропортах; имеют нормальное распределение по суткам летнего периода и распределение Пуассона по часам суток. Исходя из этого в статье приведены формулы расчета максимальной суточной и часовой интенсивности движения самолетов.
• 2. Произведена количественная оценка параметров, необходимых для расчета, величины движении (удельный вес движения в летний период, продолжительность работы аэропорта и др.).
• 3. Рост пассажировместимости самолетов и развитие грузовых перевозок обусловливают возможность увеличения пропускной способности аэропортов на перспективу. Учет влияния различных факторов позволил определить пропускную способность аэропортов и дать предложения по их классификации с учетом перспективы развития на 1990;2000 годы.

• 1. Митропольский А. К. Техника статистических вычислений. «Наука», изд. 2-е перераб. и доп. 1971.
• 2. Нормы технологического проектирования аэропортов гражданской авиации (НТП-1−68). МГА СССР. ГПИ и НИИ ГА. М., 1968.
• 3. Пропускная способность взлетно-посадочных полос. Экспресс-информация «Воздушный транспорт», № 20, 1968.
• 4. Сборник нормативов удельных капитальных вложений в отрасль гражданской авиации и в строительство новых аэропортов на 1971;1975 годы. МГА СССР, ОНТИ ГПИ и НИИ ГА М., 1971.
• 5. Транспортные узлы. «Транспорт», М., 1966.
• 6. Спасский Ф. Я. Планировка летной зоны аэропорта. ВАУ ГА. Л., 1967.