固定翼跑道设计

理查德·g·图马,PE
克劳福德,墨菲和蒂利公司

更新:
11-04-2022

概述

跑道是机场的主要操作面,对固定翼飞机的操作至关重要。固定翼跑道的长度、宽度和铺装类型各不相同,这取决于许多因素,包括:

  • 飞机类型(工作特性,翼展,重量)
  • 任务
  • 操作次数
C-17正在降落,波普陆军机场

C-17在跑道上着陆
资料来源:国防视觉信息分发服务

描述国防部固定翼跑道要求的主要参考文献是终极格斗冠军赛3-260-01,机场、直升机场规划与设计“,.其他特殊用途跑道(着陆区、STOVL设施和UAS跑道)在UFC的第7、8和9章中定义。

典型的机场图,JB Andrews

典型机场图
(查看放大图)
资料来源:美国联邦航空管理局

每个国防部部门将固定翼跑道分为两大类——A类或b类,这主要取决于使用该跑道的飞机的类型。这种分类决定了跑道的许多必要的建筑特征,包括长度、宽度、横向坡度和纵向等级。应该注意的是,民用跑道的分类系统非常不同,在联邦航空管理局150/5300-13号咨询通告中有定义,机场设计该系统基于关键飞机的翼展和着陆进场速度进行分类。

固定翼跑道通常用刚性路面(硅酸盐水泥混凝土)或柔性路面(沥青水泥混凝土)建造,但在特殊情况下,可根据任务要求用压实土、骨料或分段铝垫铺面。

滑行道是飞机进出跑道和过渡到飞机停车位置的通道。滑行道直接连接跑道,通常是在跑道的末端。

除了跑道铺装面,跑道周围还有许多地面表面区域,通过限制飞机意外离开跑道表面时的损坏风险,提高了操作飞机的安全性。

不仅要禁止物体接近跑道表面,还必须保护跑道周围的空域不受侵占飞机安全运行所需空域的发展的影响。保护区是由所谓的“假想表面”来定义的。它们通常是在空中的平面或圆锥形表面,由长度、宽度和坡度确定,直到指定的高度。

跑道设计

影响跑道设计的因素有很多,这些因素取决于许多不同的数据输入。应该在规划过程的早期确定所有组件,以避免在设计开发的后期出现意外的挑战或限制。

跑道航向

跑道的方向是为飞机的起飞和降落提供最佳的条件。一架直接迎风飞行的飞机,其机翼的空速最高,因此升力增加,侧向力最小。因此,理想的跑道方向(常称为标题)是通过分析某一地点(10年或更长时间)的历史风数据确定的。风向和风速数据以图形形式显示在一台风向玫瑰图,这个工具可以用来确定为飞机作业提供最大百分比有利风时间的跑道航向。目标是找到一个航向,允许95%以上的作业时间,侧风小于19.5公里/小时(10.5节)。当单跑道不能提供这种覆盖时,则可能需要侧风跑道。UFC 3-260-01附录B第4节详细解释了这个过程。

Windrose用于跑道航向分析

Windrose用于跑道航向分析
来源:UFC 3-260-01,附录B,第4节

除盛行风外,其他因素也可能影响跑道航向的选择,包括地形、障碍物、空域限制、噪音影响、建筑面积或操作程序。

跑道长度

每个军种使用自己的程序确定所需的跑道长度,这些程序通常考虑到特派团飞机的性能要求、高度和典型温度范围。

  • 空军:A级和B级跑道的长度将由负责机场的主要司令部决定。

  • 军:A类跑道长度要求列于UFC 3-260-01,表3-3,但对于B类跑道,跑道长度由使用飞机的运营商和陆军总部部门共同确定。

  • 海军和海军陆战队:UFC 2- 2000 - 05n描述了在规定的负载和环境条件下,确定跑道长度以容纳起飞和降落操作中的关键飞机的过程。按机型划分的最小长度列于表11110-1;然后根据海拔高度、温度和有效梯度进行调整,并将安全系数应用到结果中。

跑道宽度

对于国防部来说,跑道宽度取决于计划使用机场的飞机类型。UFC 3-260-01中的表3-1将飞机分为A类和b类,各类所要求的跑道宽度如表3-2所示。标准宽度有一些例外,如第2项所定义。B-52等轰炸机的跑道有300英尺宽,而一些小型飞机的训练跑道只有75英尺宽。特别用途跑道(着陆区短距起飞和垂直降落(STOVL)设施和无人飞机系统(UAS)跑道有各自的要求,在UFC 3-260-01,第7章,第8章和第9章中定义。

清理区域和可能发生事故的区域

安全区域是指跑道末端地面上发生事故的可能性很高的区域。该隔离区的其他用途受到限制,以配合飞机作业。每个国防部部门对明确区域的定义不同,因此UFC 3-260-01、表3-5应仔细考虑以提供适当的尺寸。清理区应由该机构拥有和控制,以防止区域内不兼容的发展。

事故隐患区(APZs)是土地使用控制区,由航空设施兼容使用区(AICUZ)项目授权,旨在促进固定翼跑道进场和离场面的兼容发展。apz通常延伸到基地财产边界之外,因此与当地社区的协调是必要的,以避免在这些地区建设高人口发展,因为飞机事故更容易发生。

想象的表面和障碍物

跑道周围的地面以上区域必须远离可能损坏在机场附近运行的飞机(进场、离场或盘旋)的物体,这一区域由假想曲面(空域中的平面或圆锥形曲面)定义。投射在想象表面上的物体是障碍物。虚曲面的典型术语包括:

  • 主要表面
  • Approach-departure表面
  • 内水平面
  • 锥形面
  • 外水平面
  • 过渡表面

这些表面在UFC 3-260-01第3章中都有定义。

固定翼跑道周围空域的等距视图

固定翼跑道周围空域的等距视图(查看放大)
来源:UFC 3-260-01,第3章

成绩

跑道铺装面和跑道周围地面的坡度或等级有严格要求。这些表面取决于飞机(A类或B类)的性能要求,并在飞机意外离开跑道表面时促进良好的排水和飞机安全。UFC 3-260-01第3章对以下项目的等级要求进行了定义:

  • 跑道、肩、溢流和横向净空区域的纵向等级和等级变化率
  • 跑道、肩、溢流和横向净空区横向斜坡
  • 透明区内的纵向和横向等级

路面厚度设计

军用机场的跑道铺装是按照UFC 3-260-02中描述的程序设计的,机场路面设计.通常,跑道用柔性路面结构(沥青混凝土路面)或刚性路面结构(硅酸盐水泥混凝土)建造。

在铺装厚度设计方面,各服务将机场和跑道划分为不同类型的交通区域(例如A型、C型、一级或二级)。然后,流量类型与不同的流量模式相关(飞机负载、重复次数和飞机流量的典型“漫游”)。当交通与路基强度相结合时,可以确定所需的路面厚度。

路面标记

为了改善跑道在白天和夜晚的能见度,跑道表面都涂上了标准的标志。有三种主要的跑道标记方案-目测、非精密仪器和精密仪器-标记逐渐增多。跑道标记为白色(与滑行道上的黄色标记相比),并包括嵌入的玻璃微珠,以提供反射率。在每一端,跑道航向编号都被绘制出来,当有一条或多条平行跑道时,还会使用左(L)、右(R)或中(C)的标识。

固定翼跑道的标记方案

固定翼跑道的评分制度
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来源:UFC 3260-04,第5章

终极格斗冠军赛3-260-04,机场和直升机场标志,全面定义了陆军和空军固定翼跑道的路面标识要求。海军和海军陆战队的要求在NAVAIR 51-50AAA-2中定义,岸基机场标志和照明的一般要求.每项服务的要求都非常符合联邦航空管理局的跑道标识要求。

跑道照明及标志

对于能见度低和夜间在跑道上操作的情况,当飞行员在地面和空中操作时,会使用灯光和标志为跑道提供能见度。最基本的固定翼跑道照明系统包括边缘灯、门槛灯和末端灯,用于勾画出跑道可用表面的横向和纵向界限。这些灯是视觉飞行规则(VFR)夜间操作和所有类别的仪器操作所必需的。在某些情况下,在能见度操作能力最低的情况下,跑道周边照明增强了着陆区和中心线照明在路面照明装置。

跑道门槛照明和标记

跑道门槛照明和标记
资料来源:Crawford, Murphy & Tilly, Inc。

进近灯系统为飞行员提供视觉指导,使飞机与跑道对齐,并在夜间或低能见度降落前尝试最后的修正。有几种不同类型的进近照明系统(MALSR, SSALR, ALSF-1, ALSF-2),每一种都有不同数量的灯和不同的配置。

终极格斗冠军赛3-535-01,目视航空导航设施,全面定义了陆军和空军固定翼跑道的照明和标识要求。海军和海军陆战队的需求定义在NAVAIR 51-50AAA-2,岸基机场标志和照明的一般要求.每项服务的要求都非常符合美国联邦航空管理局的跑道照明和标识要求。

电子导航设备(NAVAIDs)

一些飞机配备了电子设备,可以使用无线电信号提供方向、距离和滑坡数据,以帮助飞行员引导飞机到达跑道。这些系统被称为导航辅助系统,由安装在跑道周围不同配置的各种天线组成。例如,仪表着陆系统(ILS)由定位天线和滑降天线组成。定位器沿跑道中心线向进近区发射无线电信号,飞行员可以使用信号在跑道上校准。滑翔坡以正确的进场角度从跑道表面向上发射无线电信号,飞机应遵循该角度在跑道表面的适当位置着陆。多年来,许多不同类型的NAVAID系统已经被开发出来,并部署在国防部的设施中。UFC 4-141-10《机场运营支持设施》描述了不同类型的导航辅助系统,包括每个系统的安装要求。

有关守则及标准

联邦航空管理局

海军空中系统司令部

统一设施标准

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