Анализ методов управления потоками

Раздел 1. Обоснование  нормативов пропускной способности  зоны взлета и посадки.

 

1.Расчет минимальных временных  интервалов (МВИ) занятости ВПП  при выполнении взлетно-посадочных  операций и определение позиций  ВС на схеме захода на посадку.

Основными факторами, определяющими порядок  расчета МВИ и определения  позиций ВС на схеме захода на посадку, является режим использования и  количество ВПП, наличие и характеристики РД, взлетно-посадочные характеристики ВС, эксплуатируемых на данном аэродроме  и другие.

  ВПП  может использоваться в четырех  режимах «взлет-взлет», «посадка-посадка», «посадка-взлет» и «взлет-посадка».

   При расчете МВИ для всех  четырех режимов использования  ВПП проводится хронометраж взлетно-посадочных  операций по каждому из эксплуатируемых  на данном аэродроме типов  ВС. На основании протоколов измерений  заполняется специальная таблица  рассчитанного среднего значения  каждого элемента взлетно-посадочных  операций.

Таблица 1.

ВС	Трул, с	Тразб. С	Тнаб, с	Твпп, с	Твпр, (БПРМ)	Ттвг, с	Тдпрм, с	Vзп, м/с	Нтвг, м	УНГ, град
Ил-86	75	45	40	95	10.5	101	42	95	500	3
A 300	110	60	45	90	12.5	120	50	80	500	3

 

На аэродроме эксплуатируются Ил-86(60%) тяжёлый, А-300(40%) тяжелый.

Найдем  значения S твг для данных типов ВС:

• Sтвг= Нтвг/tgУНГ;  
• Sдпрм=4000 м, 
• Sбпрм=1000 м,  
• S твг=9600 м.
• Ттвг=Sтвг/Vзп,   
• Тдпрм=Sдпрм/Vзп,   
• Твпр(бпрм)=Sбпрм/Vзп

Режим «взлет-взлет».

МВИ в  этом режиме определяется следующим  образом. Диспетчер старта (СДП) дает разрешение занимать исполнительный старт(ИС) второму ВС, находящему на предварительном старте (ПС), после прохождения взлетающим ВС места расположения РД, на которой на ПС ожидает второе ВС. Поэтому управляемый интервал может быть измерен как интервал времени между двумя последовательными командами диспетчера о разрешении занимать исполнительный старт двум претендующим на взлет ВС.

В ряде случаев этот интервал совпадает  с интервалом занятости ВПП, измеряемым от времени выдачи разрешения на занятие  исполнительного старта до времени  прохода первым ВС соответствующей  РД при разбеге. Вместе с тем, на многих аэродромах могут быть такие условия  организации движения, когда ∆tри невелика, и второе ВС достаточно быстро занимает ИС, после чего вынуждено ожидать выполнения второго условия безопасности движения- занятия первым ВС заданной высоты после взлета. В этом случае управляемый интервал определяется временем между двумя последовательными командами диспетчера о разрешении взлета ∆tрв.

С учетом сказанного, управляемый интервал движения «взлет-взлет» определяется соотношением:

tвв=max {∆tрв , ∆tри},   где ∆tрв=tразб+tнаб, а  ∆tри=∆tрул.

Определяем  средний интервал занятости ВПП  в режиме «взлет-взлет» по формуле (1) с использованием данных таблицы  №1 для вариантов взлета в последовательности:

• Ил-86 за Ил-86,
• Ил-86 за А-300,
• А-300 за Ил-86,
• А-300 за А-300.

 

Пусть Ил-86 – самолет №1, а А-300 – самолет №2, тогда множество возможных вариантов примет вид (11,12,21,22). Следовательно, вероятности данных вариантов (как независимые события), соответственно равны:

Ил-86 за Ил-86     (11)                   Р11=Р1×Р1=0,6×0,6=0,36

Ил-86 за A-300      (12)                   Р12=Р1×Р2=0,6×0,4=0,24

A-300 за Ил-86    (21)                   Р21=Р2×Р1=0,4×0,6=0,24

A-300 за A-300      (22)                   Р22=Р2×Р2=0,4×0,4=0,16

 

Учитывая  Федеральные авиационные правила (ФАП), где установлены следующие  интервалы (МВИ) между последовательными  взлетами и посадками ВС:

- легкие  за средними и тяжелыми - 3мин;

- средние  и тяжелые за тяжелыми - 2мин;

- в  других случаях - не менее 1мин. 

 

Т11= max {75;45+40}=85 с, но по ФАП Т11=120 с,

Т12= max {75;60+45}=105 с, но по ФАП Т12=120 с,

Т21= max {110;45+40}=110 с, но по ФАП Т21=120 с,

Т22= max {110;60+45}110 с. по ФАП Т22=120 с,

Определим среднее время занятости ВПП  по формуле:

 

 

tвв=0.36*120+0.24*120+0.24*120+0.16*120=120 с; (2)

 

 

 

 

 

 

Режим «посадка-посадка».

При использовании  ВПП в этом режиме МВИ определяется исходя из следующих условий: в момент освобождения ВС на ВПП второе судно, выполняющее заход на посадку  вслед за первым, должно находиться не ближе БПРМ.

• Заход обычный:

tпп={tвпп+tвпр}

Т11={95+10,5}=105,5 с, но по ФАП Т11=120 с.

Т12={95+12.5}=107.5 с, но по ФАП Т12=120 с.

Т21={90+10.5}=100.5 с, но по ФАП Т21=120 с.

Т22={90+12.5}=102.5 c. но по ФАП Т22=120 с

 

tпп=0.36*120+0.24*120+0.24*120+0.16*120=120 с.

 

• Заход автоматический:

tпп={tвпп+tтвг}

Т11={95+101}=196 с,

Т12={95+120}=215 c,

Т21={90+101}=191 с,

Т22={90+120}=210 c.

 

 

tпп=196*0.36+215*0.24+191*0.24+210*0.16=201.6 с.

 

 

 

 

 

 

Режим «посадка-взлет».

На  данном этапе МВИ определяется исходя из следующих условий: выруливание  вылетающих ВС с предварительного на исполнительный старт возможно после  приземления ВС, заходящего на посадку, а взлет может быть разрешен только после освобождения ВПП приземлившимся ВС.

tпв={tвпп;tрул}

Т11= max {95;75}=95 с,

Т12= max {95;110}=110 с,

Т21= max {90;75}=90 с,

Т22= max {90;110}=110 с

Определим средний интервал занятости ВПП  по формуле 

 

 

tпв=95*0.36+110*0.24+90*0.24+110*0.16=99.8 c. 

 

 

Режим «взлет-посадка».

Данный  режим является наиболее важным с  точки зрения влияния на безопасность полетов и именно для него наиболее тщательно обрабатывается статистический материал, чтобы с учетом среднеквадратических отклонений по типам ВС определить средний интервал времени, затрачиваемый  с момента выдачи разрешения на занятие  исполнительного старта до начала разбега. МВИ при использовании ВПП  в этом режиме определяется исходя из следующих условий:

-заходящее   на посадку ВС должно быть  не ближе ДПРМ (4км), а взлетающее  – занимать начало разбега  при полетах по ППП;

-заходящее   на посадку ВС должно быть  над ТВГ, а взлетающее на  установленной ИПП для взлета  конкретного типа ВС высоте (100 м, 200м )- при заходе ВС в автоматическом режиме.

Полеты по ППП.

а) Заход обычный:

tвп (ППП)= tдпрм

Здесь так же необходимо учесть, что по ФАПу, сказано, что между взлетом и посадкой ВС при полетах с одной или параллельной ВПП, расстояние между которыми менее 1000м - 45 с., следовательно

Т11=42 с, но по ФАП Т11=45 с,

Т12=42 с, но по ФАП Т12=45 с,

Т21=50 с,

Т22=50 с.

 

 

tвп=0.36*45+0.24*45+0.24*50+0.16*50=47 c.

 

Для режима «взлет-посадка» расчетная величина позиции во времени определяется с учетом времени руления (tрул) ВС с ПС на исполнительный старт.

tпвс(ППП)=tрул+ tдпрм

 

Т11=75+42=117 с,

Т12=75+50=125 с,

  Т21=110+42=152 с,

  Т22=110+50=160 с.

В УВД  временные величины tвп и tпвс переводятся в линейные величины:

 

Двп(ППП)= tвп(ППП)×Vзп ;            Дпвс=tпвс×Vзп.

Двп11=45×95=4275 м.,             Дпвс11=117×95=11115 м,

Двп12=45×80=3600 м.,                Дпвс12=125×80=10000 м,

Двп21=50×95=4750 м.,                Дпвс21=152×95=14440 м,

Двп22=50×80=4000 м.,                Дпвс22=160×80=12800 м.

 

б) Заход автоматический:

tвп= tразб+tнаб+tтвг

Т11=45+40+101=196 с,

Т12=45+40+120=205 с,

Т21=60+45+101=206 с,

Т22=60+45+120=225 с.

 

tвп=0.36*196+0.24*205+0.24*206+0.16*225=205.2 c.

 

Определим расчетную величину позиции во времени  с учетом времени руления (tрул) ВС с ПС на исполнительном старте:

tпвс=tрул+ tразб+tнаб+tтвг

Тпвс11=75+45+40+101=261 с,

Тпвс12=75+45+40+120=280 с,

Тпвс21=110+60+45+101=316 с,

Тпвс22=110+60+45+120=335 с.

 

Приведем  временные значения tвп и tпвс в линейные значения:

             Двп=tвп×Vзп ;                         Дпвс=tпвс×Vзп.

Двп11=196×95=18620 м.,                Дпвс11=261×95=24795 м,

Двп12=205×80=16400 м.,                Дпвс12=280×80=22400 м,

Двп21=206×95=19570 м.,                Дпвс21=316×95=30020 м,

Двп22=225×80=18000 м.,                Дпвс22=335×80=26800 м.

 

 

 

 

 

 

1.2 Определение нормативов пропускной  способности ЗВП.

 

Под пропускной способностью системы УВД или  ее элемента (ВПП или ЗВП)

Понимают  максимальное значение интенсивности  N-потока поступающих в систему (ЗВП) ВС, при которой еще не нарушаются заданные ограничения по безопасности движения. В ЗВП могут быть измерены следующие показатели пропускной способности:

а) пропускная способность ВПП.

 

 

где tвпп- среднее значение интервала занятости ВПП, измеряемого от времени пролета прилетающим ВС точки ДПРМ до времени получения доклада об освобождении ВПП (tвпп=tдпрм+tвпп). Учитывая процентное соотношение эксплуатируемых на данном аэродроме ВС мы можем записать:

 

tвпп=(tдпрм (Ил-86)+tвпп (Ил-86))×N(Ил-86)+(tдпрм (A300)+tвпп(A300))×N(A300), где

(tдпрм (Ил-86)+tвпп (Ил-86)) - время занятости ВПП ВС типа Ил-86;

N(Ил-86)- количество процентов от общего числа ВС Ил-86 (N/100)

(tдпрм (А300)+tвпп (А300)) - время занятости ВПП ВС типа А300,

N(А300)- количество процентов от общего числа ВС А300 (N/100)

 

tвпп=(42+95)×0,6+(50+90)×0,4=138,2 с,

 таким  образом, 

 

б) потенциальная пропускная способность  ЗВП.

-по  потоку вылетающих ВС:

µ^п_выл =1/tвв,

где tвв- среднее значение управляемого интервала взлета.

µ^п_выл=3600/120=30 ВС/час.

-по  потоку прилетающих ВС: 

µ^п_прил=1/ tпп,

где tпп -среднее значение управляемого интервала посадки, сформированного активными действиями диспетчеров путем задержки ВС в воздушном пространстве перед заходом на посадку. (Для Ил-86 tпп =130,а для А300 tпп =130).

Учитывая  процентное соотношение ВС, находим  Х:

tпп=130×0,6+130×0,4=130 с

 

 

в) реальная (нормативная) пропускная способность ЗВП для потока прилетающих  ВС.

 

 

где - граничное значение допустимого среднего времени задержки одного ВС перед заходом на посадку:

• =4мин- для полетов по ППП
• =1 мин –для полетов по ПВП.

С=δ/tпп - коэффициент вариаций случайной величины управляемого интервала посадки t относительно своего математического ожидания t.

(δ) – среднеквадратическое отклонение случайной величины t относительно своего математического ожидания t.

Если  t_ПП взять в секундах, то для практических вычислений нормативной пропускной способности ЗВП можно использовать следующую формулу:

µр=3600/120(1+0.0023×120)=38 ВС/час.

 

г) пропускная способность ЗВП по потоку вылетающих ВС:

λ-интенсивность  потока прилетающих ВС. Из этой формулы  видно, то реальная пропускная способность  по потоку вылетающих ВС учитывает  различные режимы работы ВПП и зависит от интенсивности потока прилетающих ВС.