CN107330476B - 一种基于适用机型的公路飞机跑道分级方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于适用机型的公路飞机跑道分级方法，将公路飞机跑道分为三级：一级道面：最小宽度25m，跑道基准长度1900m，乙类只规划导航台、疏散区，适用机型一、二代老机型；二级道面：最小宽度30m，跑道基准长度1900m，乙类只规划导航台、疏散区，适用机型一、二代老机型，三四代机型；三级道面：最小宽度40m，跑道基准长度2400m，乙类只规划导航台、疏散区，适用所有机型。本发明的有益效果是提供的公路飞机跑道分类方法提供了接近于永备机场的宽度，也符合我国目前公路建设的实际。

Description

一种基于适用机型的公路飞机跑道分级方法

技术领域

本发明属于公路跑道建筑技术领域，涉及一种基于适用机型的公路飞机跑道分级方法。

背景技术

公路跑道等级划分目的是使修筑的公路跑道及其规模既能满足平时的公路使用，特殊情况下满足设计飞机运行的使用要求，使得修建和规划的各项设施的技术参数与运行飞机的使用要求相适应，同时能节约土地资源，避免造成浪费。因此，公路跑道不论是设计与施工，还是管理与使用都受到等级的制约。因为飞机是在不断发展的，公路机场的建设技术也应不断提高，所以公路跑道的分级方法也应随着时代不断变化，而目前《公路跑道标准》中对我国公路跑道等级的划分标准还处于上个世纪九十年代初的水平，主要满足当时我军的二代飞机装备战术技术要求，给其建设带来了诸多困惑和不便，与我国公路机场的建设状况，及与我军现有装备的飞机类型都不适应，有必要对公路跑道的等级划分进行研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于适用机型的公路飞机跑道分级方法，解决了目前《公路跑道标准》中对我国公路跑道等级的划分标准还处于上个世纪九十年代初的水平，主要满足当时我军的二代飞机装备战术技术要求，与我国公路机场的建设状况，及与我军现有装备的飞机类型都不适应的问题。

本发明所采用的技术方案是将公路飞机跑道分为三级：

一级道面：最小宽度25m，跑道基准长度1900m，乙类只规划导航台、疏散区，适用机型一、二代老机型；

二级道面：最小宽度30m，跑道基准长度1900m，乙类只规划导航台、疏散区，适用机型一、二代老机型，三四代机型；

三级道面：最小宽度40m，跑道基准长度2400m，乙类只规划导航台、疏散区，适用所有机型。

进一步，一级道面适用机型为强5、歼7、歼8、运7；所述二级道面适用机型为强5、歼7、歼8、歼10、歼11、歼轰7、苏27、苏30、运7、运8；所述三级道面适用强5、歼7、歼8、歼10、歼11、歼轰7、苏27、苏30、轰6、运7、运8、伊尔76。

本发明的有益效果是提供的公路飞机跑道分类方法提供了接近于永备机场的宽度，也符合我国目前公路建设的实际。

附图说明

图1是侧向偏移宽度理论计算值(m)；

图2是距离跑道中心线的距离(m)；

图3是飞机正常起飞滑跑过程示意图；

图4是飞机着陆滑跑过程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

1：侧向偏移量计算

(1)飞机运动方程的建立

采用机体轴系坐标系统，当采用机体轴系时，飞机的横航向运动方程可以写成式(1-1)。

式(1-1)中：Z_K是作用在主轮上的侧向力；Z_C是作用在飞机上的侧向空气动力；Z_δH是由于方向舵的偏转而产生的附加侧向空气动力；m是飞机质量；I_Y是飞机对OY轴的惯性矩；ω_Y是飞机绕OY轴转动的角速度；V是飞机的运动速度；X_C,X_δH分别是力Z_C及Z_δH的作用点至OZ轴的距离；X_K,X_δH分别是主轮及前轮至OZ轴的距离；f₁,f₂,f_H分别是位于坡面上的主轮与前轮在土上的滚动阻力系数；N₁,N₂,N_H分别是作用在位于坡面上的主轮及前轮的飞机荷载；C是飞机主轮轮距。

(2)侧滑角的求解结果

当

时解为：

当

时的解为：

其中：

在以上各式中有:

E₁＝a₁-b₂；E₂＝-b₁(1-a₂)-a₁b₂；E₃＝a₃b₂+b₃(1-a₂)

(3)侧滑宽度的计算

设飞机侧向偏移值为ΔB，飞机通过的路程为L_X，取与跑道平行的方向为L_X轴，与其垂直方向ΔB轴。坐标原点取在飞机开始侧向偏移时的重心处。

曲线上任意一点的曲率半径可以表示为

实际上飞机的运动轨迹的曲率是不大的，因而

与(1-1)式相比很小，可以近似的认为

因此，飞机在侧向偏移时，运动轨迹的曲率半径为

由力学原理可知，曲率半径可表示为

其中：V是曲线上任意一点的切向速度，即飞机的运动速度；ω_v是飞机绕曲线瞬时中心转动的角速度。所以有：

将关系式

及β值代入式(1-1)整理后得

ω_v＝B₁e^ptcosqt+B₂e^ptsinqt+B₃

(1-5)

将式(1-5)代入方程组(1-4)，并假定：当t＝0时，ΔB＝0，

积分后得飞机侧向偏移为：

式(1-6)中:

F₆＝B₂(p²-q²)+2pqB₁

飞机在地面的着陆滑跑时，可以近似的认为是一匀减速运动，这在实用上精度已足够。因此，飞机可能产生侧向偏移地段的长度可以式(1-7)表达。

式(1-7)中：V₁是飞行员可以用方向舵保持的飞机直线运动的最小速度；V₂是着陆滑跑时，前轮接地的飞机速度；j_cp是在L_X范围内的平均减速度。

(4)算例

某型飞机在8m/s侧风(规范取值)时飞机的侧向偏移宽度计算结果如图1。一般跑道横坡不小8‰，不大于12‰，因此，从图1中可以看出，飞机外侧机轮距离跑道中心线的距离一般不超过12m。

根据统计结果，该型号飞机的着陆点横向分布曲线如图2。

从多个机场对飞行的实际观测的结果看，飞机的最大偏移是12m，与上述的计算结果是吻合的。

步骤2：跑道宽度确定

公路跑道的宽度通常考虑歼(强)击机单机、双机起飞、单机着陆、及飞机在跑道端头原地180°调头的情况。

(1)单机起飞的宽度

单机起飞时飞机应该位于跑道中心线位置，容易对准起飞方向，在地面滑跑时受到侧风的影响相对较小，需要的跑道宽度可以窄一些，则某型飞机所需跑道的最小宽度是，主起落架宽度加上两倍的主起落架外轮与跑道边沿的安全净距，安全净距一般取5.0m，则所需跑道宽度为：5.4+2×5.0＝15.40(m)。

(2)单机着陆的宽度

单机着陆时飞机有着陆误差。根据飞机着陆点横向分布理论计算与实际观测的结果，最大偏移是12m。

考虑到机场跑道是双面横坡及风向的可变性，则某型飞机所需跑道的最小宽度是：(12(着陆误差偏移量)+2.7(主起落架的一半))×2＝29.4m。

(3)双机起飞的宽度

当飞机双机起飞时，两飞机的翼尖距离最小为10m，起飞时飞机对准跑道，偏移量较小，按一个偏移量考虑，所以跑道的宽度需要：

10(翼尖横向距离)+14.7(翼展)+12(偏移量)＝36.7m。

(4)单机原地180°调头所需宽度为：

该型飞机就地180°调头所需宽度很小，约23m。

(5)公路跑道宽度确定

首先将公路跑道分级由一级和二级，变为一级、二级和三级，按照我军目前航空兵装备的飞机现状，根据不同级别的公路跑道所适应的机型，一般情况下：

一级公路跑道，应能满足强5、歼7、歼8、运7等一、二代老机型的使用，以歼-8代表为设计机型；根据上述计算，其公路跑道的最小宽度宜为30m，但考虑到与原“公路跑道标准”的最小跑道宽度20m相衔接，最后确定为25m。此时，只考虑歼强击机的单机起飞和着陆。一般的4车道公路基本能够满足这一宽度要求。

二级公路跑道，应能满足强5、歼7、歼8、歼10、歼11、歼轰7、苏27、苏30、运7、运8等飞机的使用，苏30代表为设计机型；根据上述计算结果，仅考虑单机起飞和降落时，确定最小宽度为30m；若考虑双机起飞，最小跑道宽度宜为40m。一般6～8车道公路能够满足这一宽度要求。

三级公路跑道，除了能满足二级公路跑道适应的机型外，还应能满足轰6和伊尔76运输机等大型飞机的使用，并以其中具体使用飞机代表为设计机型。考虑到需要满足轰6和伊尔76等大型飞机的使用，一般只考虑单机起降，宽度应大于35m，并且考虑到外侧发动机需要在道面内，并满足歼强击机的双机起飞，最后确定其最小宽度为40m。一般8车道以上公路能够满足这一宽度要求。

因此，根据上述计算方法，并兼顾老标准中的最小跑道宽度，确定各等级公路跑道最小宽度：一级公路跑道为25m；二级公路跑道为30m；三级公路跑道为40m。

步骤3：公路跑道长度确定

公路的直线最大与最小长度一般有所限制，公路的直线与曲线搭配及其长度设计较为合理，但不一定满足计划使用的各种飞机起飞着陆安全要求，因而需根据各种飞机的资料、使用期飞机可能负荷及当地的计算气温、计算气压以及跑道有效纵坡等数据进行计算确定公路跑道的长度。

3.1.公路飞机跑道长度的计算原理

(1)飞机起飞跑道长度计算

飞机从停机坪滑出，通过滑行道、端联络道进入跑道，对准跑道中线以后刹车停住，然后加大油门，提高发动机转速，待发动机转速达到起飞转速后松开刹车，以停机迎角进行三点滑跑，待加速到抬起前轮速度V_R时，飞行员拉杆开始抬起前轮，飞机迎角很快增至预定迎角，此后飞机进行两点滑跑，当飞机速度达到离地速度V_lof时，飞机的两主轮离开地面。整个过程如图3所示。

根据图3，可以得到飞机起飞所需跑道长度为：

L_q＝l₁+S_q+l₂ (3-1)

式中∶L_q为保证飞机起飞滑跑所需的跑道长度，m；S_q为飞机起飞实际滑跑距离，m；l₁为飞机起飞滑跑起点到跑道后端的距离，m，通常情况下，歼击机、强击机按照单机、双机或中队起飞可分别取50、100或150m，轰炸机一般都是单机起飞可取100m，在公路跑道长度计算时，取为100m；l₂为飞机离地点到跑道前端的安全距离，根据飞机种类、飞行员的技术水平和经济条件等因素来确定，通常取100～200m，考虑到使用公路跑道的飞行员技术水平较高，取为100m。

在跑道长度公式(3-1)中，l₁、l₂可以根据实际情况和飞机的使用要求比较容易的确定下来，因此要确定跑道长度关键是要确定飞机的起飞地面滑跑距离S_q。

一般情况下，飞机的起飞地面滑跑是变加速的。假定飞机沿有风的跑道滑跑，其运动方程可写为∶

式中∶V为空速，S为滑跑距离，t为滑跑时间，

为地速，V_w为沿着飞机滑跑方向的风速，规定逆风为正，a为滑跑加速度。

由方程(3-2)第2式，得∶

由方程(3-2)第1式和式(3-3)得∶

设飞机滑跑初始空速为V₀，末端空速为V_x，则从V₀加速至V_x所经过的时间和距离分别为∶

式中∶V₀应取起始计算时所对应的飞机空速，当飞机从静止开始滑跑时，则V₀＝V_w；V_x对应于截止计算时的飞机空速，如抬前轮速度V_R、离地速度V_lof等。

飞机在有纵向坡度的跑道上滑跑时，有发动机推力、空气阻力、地面摩擦阻力、升力、支承反力及重力。

根据牛顿第二定律，其加速度为：

式中：m为飞机起飞质量；F为作用在飞机上沿跑道方向的合力；P为全部发动机在跑道当时条件下的瞬时总推力；α为飞机起飞滑跑迎角，三点滑跑时取停机迎角α_tj，两点滑跑时取离地迎角α_ld；

为发动机安装角；Q为综合阻力；Q_φ为飞机重力在跑道纵向坡度上的分力。其中：

P＝nP(H,M) (3-8)

Q＝X+f(G-Y) (3-9)

Q_φ＝Gsinφ≈Gtanφ＝Gφ (3-10)

式中：n为全部发动机台数；P(H,M)为一台发动机在跑道当时条件下滑跑过程中的瞬时推力，M为飞机滑跑马赫数(飞机速度与音速的比值)，H为机场压力高度；X为飞机滑跑过程中所受的瞬时空气阻力；f为机轮与地面的摩擦系数；Y为飞机滑跑过程中所受的瞬时升力；φ为跑道纵向坡角；G为飞机重力。其中：

式中：C_x为空气阻力系数；S为机翼面积；C_y为升力系数；ρ为机场当时条件下的实际空气密度；V为飞机的瞬时空速。把式(3-11)～(3-12)代入式(3-10)，并注意到m＝G/g，得飞机的瞬时加速度表达式为：

最后得起飞地面滑跑距离的一般表达式为：

然后确定飞机正常起飞滑跑过程中的各参数，根据数值积分法计算出飞机正常起飞所需的滑跑距离。

根据驾驶误差系数的定义，可得飞机正常起飞实际滑跑距离S_q的计算式：

S_q＝k_qS_q0 (3-16)

驾驶误差系数通常是根据测试多个飞行员、多架飞机、多次飞行的统计结果，反映的一般飞行员的驾驶技术水平，一般飞行员驾驶误差系数要比驾驶技术水平较高的飞行员驾驶误差系数要大10～20％。由于在公路飞机跑道上起飞降落的飞行员技术水平较高，因此，在本发明中，驾驶技术误差系数取一般飞行员驾驶误差系数的90％。将式(1-23)代入式(1-8)即可得实际起飞跑道长度。

(2)飞机着陆跑道长度计算

飞机着陆是指飞机从一定高度下滑并过渡到地面滑跑，直至完全停止的整个运动过程。它分为下滑、拉平、平飞减速、飘落和地面减速滑跑五个阶段。飞机着陆通常为单机。下滑着陆时，飞行员在下滑目测点将飞机拉平，要求飞机经过平飞减速后在T字布正侧方的跑道上接地。但是，由于飞行员驾驶操作不可能完全那么准确，通常情况是有时飞机提前接地，有时延缓接地。飞机的接地先以两主轮接地，进行两点滑跑；待飞机速度减至放前轮速度时，飞行员放下前轮，飞机进行三点滑跑。在飞机接地后进行两点和三点滑跑的过程中，飞行员会根据刹车限制速度和放减速伞限制速度及时地刹车和放减速伞进行减速，直至飞机停止或以很小的速度转入端联络道。由于飞机在不同构形、装载和环境下的接地速度不同，因此，飞行员刹车和放减速伞的时机是不确定的。飞机着陆地面滑跑整个过程如图4所示。在着陆滑跑过程中，发动机推力为慢车推力。

由图4可以看出，飞机着陆对跑道长度的要求，应考虑飞机延缓接地这种不利情况，这时需要的跑道长度较长。因此，保证飞机着陆所需的跑道长度为：

L_l＝S_l+l₃ (3-17)

式中∶L_l为保证飞机着陆滑跑所需的跑道长度，m；S_l为飞机着陆滑跑距离，m；l₃为飞机接地点为跑道的T字布附近，而T字布通常设在离跑道近端200m处，因此，l₃可取200m。

在跑道长度公式中，l₃可以根据实际情况和飞机的使用要求比较容易地确定下来，因此，确定跑道长度的关键是确定飞机的着陆地面滑跑距离S_l。

假定公路飞机跑道坡度角为φ，沿飞机滑跑方向上坡为正，机轮与地面的折算摩擦系数为f，认为φ是小量，因此cosφ＝1，sinφ＝φ，发动机慢车推力P≈0，则根据飞机在地面滑跑时的受力情况，可得到着陆地面滑跑距离计算公式∶

其中∶

A＝f+φ (3-19)

式中∶V为飞机空速，规定逆风为正，V_x1取起始计算时所对应的飞机空速，如接地速度V_jd、前轮接地速度V_qj、放减速伞速度V_fs、刹车速度V_sh等。V_x2对应于截止计算时的飞机空速，如前轮接地速度V_qj、放减速伞速度V_fs、刹车速度V_sh、停止速度V_w等，当截止计算速度为停止速度时，V_x2＝V_w。

对于公路跑道，需要确定飞机着陆时的各个参数，最后得到飞机实际着陆滑跑刹车放阻力伞所需的跑道长度。

飞行员驾驶飞机着陆时，为了防止刹爆轮胎和前轮猛然撞地，一般在两轮滑跑过程中不刹车不放减速伞。飞机以两轮滑跑2～3s后放下前轮，同时开始刹车和放减速伞，减速伞的打开需要1～2s左右的时间，之后，减速伞才完全起作用。因此，本文在计算刹车放减速伞情况下的着陆滑跑距离时，将着陆滑跑距离S_l0分为两轮滑跑段S₂、刹车段S_sh、刹车放伞段S_fs等三段，即

S_l0＝S₂+S_sh+S_fs (3-21)

各段计算公式分别如下：

式中：下标1、2分别表示主轮接地和前轮接地参数，S为机翼面积，φ为跑道平均纵坡，ρ_sj为跑道当时条件下的实际大气密度，f₁和f₂在无实验数据下，可参考《军用飞机飞行性能规范》给出的数据∶f₁＝0.025，f₂＝0.2～0.3，C_xfs为减速伞阻力系数，V_fs为放减速伞速度。

根据驾驶误差系数的定义，可得飞机正常着陆实际滑跑距离S_l的计算式为：

S_l＝k_lS_l0 (3-25)

同样道理，着陆驾驶误差系数取一般飞行员驾驶误差系数的90％进行计算。

3.2.公路飞机跑道基准长度计算

前一节研究了军用飞机跑道长度对飞机起飞着陆的要求，在实际公路飞机跑道长度设计时，还有一些具体要求，结合军用飞机跑道长度的设计方法，公路飞机跑道长度设计的计算公式为：

L_q1＝l₁+S_q1+l₂

L_q2＝l₁+S_q2+l₂

L_l＝l₃+S_l

(3-27)

式中L_q1、L_q2分别为飞机最大质量加力起飞、正常质量不加力起飞所需跑道长度，m；S_q1、S_q2分别为相应于上述跑道长度的起飞滑跑距离，m。

飞机对跑道长度的基本要求是必须保证飞机在正常情况下能够安全地进行起飞滑跑和着陆滑跑的需要，即同时满足起飞着陆的要求，跑道设计长度应取：

L＝max(L_q1,L_q2,L_l) (3-28)

标准条件下的跑道基准长度，即海拔为零、气温为15℃、无风、跑道平均纵坡为零时，以规定机型和规定质量起飞着陆所需的跑道长度，通常取整为50m的整数倍。

对于强5、歼7、歼8、歼轰7和轰6飞机通过计算公式进行计算，见表3.1。

表3.1通过计算确定的公路飞机跑道基准长度

对于歼10、苏27、苏30、歼11和伊尔76等飞机需要通过查相关飞机手册(计算表)确定其基准跑道长度，其结果见表3.2。

表3.2通过查计算表确定的公路飞机跑道基准长度

3.3.公路飞机跑道基准长度的确定

对于上述的计算结果进行分析，在实际飞行训练中应注意以下几点：

(1)苏27、苏30、歼11飞机的跑道基准长度确定

苏27、苏30飞机的飞行训练操作要求应注意以下两点：

1)跑道长度大于或等于1800m，起飞质量小于或等于23吨时，发动机用最大状态起飞，“作战－训练”开关应放“作战”位置；如果起飞质量大于23吨，发动机用“全加力”状态，“作战－训练”开关可放任一位置。

2)跑道长度小于1800m，起飞时只能用全加力状态。

由此可见，在实际飞行训练的操作过程中，将跑道长度1800m作为一个判断基准长度来考虑。由表2.5可知，虽然通过查计算图表得到的苏27、苏30飞机的跑道基准长度只有1300～1450m，而考虑实际飞行训练安全，苏-27、苏30飞机的跑道基准长度不宜太短，应定为1800m比较合理。歼11飞机与苏27飞机的性能较为接近，跑道基准长度参考苏27确定。

(2)伊尔76飞机的跑道基准长度确定

为了伊尔76飞机的飞行安全，不但要保证其发动机正常情况下的起飞和着陆安全，还需要考虑一发失效时的起飞着陆安全，通过查相关图表可知：伊尔76飞机最大质量起飞时出现一发失效时，继续起飞所需的跑道基准长度和中断起飞所需的跑道长度均为2340m，取整为2350m。

步骤4：根据以上计算结果，进行公路飞机跑道等级划分

4.1.等级划分指标的选取

不同类型的飞机对跑道具有不同的使用要求，特别是对于公路跑道这种平战结合的辅助机场，为了便于规划设计与使用管理，对其进行分级显得更为重要。其要求是能适应我军飞机装备的发展和我国公路工程建设水平，满足战场建设规划和国民经济建设发展需要，提高公路跑道工程建设的标准化和现代化水平，充分发挥公路跑道应有的作用，需要扩大使用机型，提高到可供轰炸机和运输机使用。

目前，公路跑道分级按照跑道道面的最小宽度由大到小分为一级和二级两个等级，建议改为由小到大分级，分为一级、二级和三级共三个等级，这样划分有两个优点，其一是与现行的民航和军用永备机场等级由小到大的分级方法一致，便于管理和使用；其二是增加一个等级，扩大了选择建设的范围，增加了修建的灵活性。关于跑道等级划分指标的选取，除了道面宽度以外，建议增加跑道长度和适应机型两项指标，这样建设公路跑道的目的和用途将更加明确，做到军事、社会、经济与环境等方面综合效益良好。

4.2.适应机型的确定

公路飞机跑道主要供军用飞机使用。目前我国军用飞机根据其不同的用途，通常分为歼击机、轰炸机、强击机、军用运输机、侦察机、教练机、早期警戒机、反潜机、空中加油机、直升机以及救护机、联络机、观察机等。按照公路跑道的用途，可使用的机型有强5、歼7、歼8、运7、运8、轰6等一、二代老机型，还有伊尔76运输机、歼10、歼11、歼轰7、苏27、苏30等三代机。不同类型的飞机具有不同的使用要求和不同的机场设计特点，为了便于公路跑道的规划设计与管理，需要确定适应的机型。

现行军用机场战术技术标准和建设标准都将军用永备机场分为四级，即一级、二级、三级、四级，其飞行场地适用机型、跑道基准长度及其他设施、主要保障机型等如表4.1所示。

表4.1机场分级和飞行场地适用机型

公路飞机跑道是永备机场的补充，战时主要供歼、强击机机动作战、备降或疏散隐蔽使用，亦可供中、小型运输机使用，平时可用于抢险救灾。为了充分发挥公路跑道应有的作用，根据当前军事斗争准备和战略布局需要，应扩大使用机型，提高到可供轰炸机和运输机使用。

不同级别的公路跑道应能适应相应的机型，按照我军目前航空兵装备的飞机现状，结合军用永备机场的适应机型，提出如下建议：一级公路跑道，应能满足强5、歼7、歼8、运7等一、二代老机型的使用，以歼-8代表为设计机型；二级公路跑道，应能满足强5、歼7、歼8、歼10、歼11、歼轰7、苏27、苏30、运7、运8等飞机的使用，苏30代表为设计机型；三级公路跑道，除了能满足二级公路跑道适应的机型外，还应能满足轰6和伊尔76运输机等大型飞机的使用，并以其中一种飞机代表为设计机型。

不同类别的公路跑道，其保障的飞机也不同，按照公路跑道的作用，根据我军当前的飞行建制模式，建议一级和二级甲类公路跑道应考虑保障2个飞行中队或1个飞行团飞机数量，乙类应考虑保障1～2个飞行中队的飞机数量；而三级公路跑道除满足上述要求外，建议甲类应至少保障2架大型运输机，乙类应保障1架大型运输机。

4.3.道面宽度的确定

不同级别的公路跑道，保障的飞机类型不同，故不同级别的公路跑道其宽度要求就不同。而公路跑道是以高速公路和一级公路为基础建设的，因此，必须考虑到高速公路和一级公路的实际情况，即在满足代表机型起降要求的同时，应尽量与高速公路和一级公路其他路段设计宽度一致，各级公路跑道的宽度分析研究如下：

(1)一级公路跑道：其代表的机型为歼-8，该飞机翼展为9.34m，主起落架间距为3.74m，综合分析可知强5、歼7、歼8系列飞机对公路跑道的最小宽度要求为20m，鉴于公路跑道设有大于3m的路肩，建议单机起飞，取道面最小宽度为25m。

(2)二级公路跑道：其代表的机型为苏30，该飞机翼展为14.70m，在目前的歼击机中翼展最宽，其主起落架间距为4.34m，比第二代机型稍宽一些，需要的跑道宽度也应该相应的宽一些；但是它装有前轮转向操纵机构，有利于在滑跑过程中对方向的控制，比第二代机型对跑道的利用率高很多，对跑道的最小宽度要求为25m，考虑公路跑道的特殊性、飞行员的心理压力及双机起飞的要求，则取道面最小宽度为30m。

(3)三级公路跑道：其代表的机型为轰-6，该飞机翼展为34.19m，主起落架间距为9.78m。三级公路跑道一般都修建在行车速度大于100km/h的双向八车道或十车道的高速公路和一级公路上，这些公路路面宽度一般都大于40m，所以这里不考虑轰-6系列飞机的最小宽度。根据调研得知，苏30双机起飞两机之间距离为10m，则跑道宽度为40m，同时能够满足苏30双机起飞对于跑道宽度的要求，因此，取道面最小宽度为40m。

4.4.跑道基准长度的综合确定

通过前面公路飞机跑道平面宽度规划设计的研究，公路跑道的道面宽度一般较永备机场的道面宽度要窄一些，同时在实际建设中，公路跑道是结合公路进行修建，两侧的自然条件与永备机场也无法相比，两侧无保险道或比较窄。在公路飞机跑道长度计算时按较好的驾驶动作水平来考虑，所需的滑跑距离相对较短。因此，综合考虑上述几个因素，为了保证飞行安全，在确定公路飞机跑道基准长度取值时应有一定的富裕度，按100m取整。确定公路飞机跑道基准长度如下：

(1)主要保证歼(强)击机使用的一、二级公路跑道基准长度为1900m；

(2)主要保障轰炸机、运输机使用的三级公路跑道基准长度为2400m。

4.5.等级划分方法

公路跑道等级划分有一定的目的和作用，它不但关系到其建设规划与设计、使用和维护等方面，而且在新的历史时期，面对军事斗争准备的形势，公路跑道建设的作用显得越来越重要。我们要提高对等级划分目的和作用的认识，提出科学可行的划分方法，为公路跑道工程的建设提供依据。

军用飞机的种类和型号很多，性能不一，对公路跑道设施的要求有很大差异。为了使各种设施的技术要求能与在这个跑道上运行的飞机性能相适应，公路跑道需要进行分级。因此，分级的目的是为了使修建的公路跑道及其规模既能满足所设计飞机的使用要求，又不至于造成很大的浪费。

由于飞机是在不断发展的，随着时代的变迁，公路跑道的分级方法也随之在不断变化，不同时期有不同的分级方法。针对我国机场的布局和建设的任务，结合我国公路和其跑道建设的现状，研究了公路跑道具有的优点和作用，通过对现行公路跑道等级划分方法进行详细地探讨，指出了存在的不足和问题；在研究公路跑道宽度影响因素的基础上，依据我国公路标准和保障的飞机，确定了各级跑道的宽度值；为了适应我军现有飞机和公路建设实际，与军用永备机场等级划分方法协调一致，并和国际民航组织的划分方法接轨，基于公路标准、飞机参数和调查分析，在考虑未来的发展的基础上，提出了采用跑道宽度、长度和适应机型三个指标控制的划分方法，把公路跑道等级由小到大分为一级、二级和三级共三个等级，可为修订《公路飞机跑道工程建设标准》和公路跑道的建设提供参考和帮助。

根据上面的分析研究，为了适应我军现有装备的飞机和公路建设的状况，更好的发挥公路跑道的作用，其等级划分采取道面宽度、跑道基准长度和适应机型三个指标来控制，由小到大分为三级，每一级按配套及保障设施又分为甲乙两类，详见表4.2。

表4.2公路飞机跑道分级与分类表

本发明结合道面最小宽度和跑道基准长度等三个控制指标的公路飞机跑道等级划分新方法，由小到大分为一级、二级和三级的三个级别，每个一级都明确了适用的机型，这样不但与国际民航、我国民航和军用永备机场等级由小到大的分级方法一致，便于建设、管理和使用，而且增加一个等级，满足多机种多用途的使用并符合公路建设实际，扩大了选取的灵活性，提高了其社会、经济、军事与环境等方面综合效益。通过对公路跑道宽度进行详细的研究，提出了按等级以设计使用机型和公路宽度相结合的确定方法，一级、二级和三级公路飞机跑道的最小宽度分别为25米、30米和40m，其优点是提供了接近于永备机场的宽度，也符合我国目前公路建设的实际，使飞行员在公路跑道上起飞与降落的心理压力减小了，飞行安全保障概率增大。确定公路飞机跑道基准的长度分别是主要保证某(某)机使用的一级和二级公路跑道基准长度为1900m，主要保障某(某)机使用的三级公路跑道基准长度为2400m。这样不但能保证飞行在公路跑道上的使用安全，也减少了直线段的长度，还增加了选取公路跑道的可能性。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种基于适用机型的公路飞机跑道分级方法，其特征在于：

步骤1：侧向偏移量计算

(1)飞机运动方程的建立

采用机体轴系坐标系统，当采用机体轴系时，飞机的横航向运动方程可以写成式(1-1)；

式(1-1)中：Z_K是作用在主轮上的侧向力；Z_C是作用在飞机上的侧向空气动力；Z_δH是由于方向舵的偏转而产生的附加侧向空气动力；m是飞机质量；I_Y是飞机对OY轴的惯性矩；ω_Y是飞机绕OY轴转动的角速度；V是飞机的运动速度；X_C,X_δH分别是力Z_C及Z_δH的作用点至OZ轴的距离；X_K,X_δH分别是主轮及前轮至OZ轴的距离；f₁,f₂,f_H分别是位于坡面上的主轮与前轮在土上的滚动阻力系数；N₁,N₂,N_H分别是作用在位于坡面上的主轮及前轮的飞机荷载；C是飞机主轮轮距；

(2)侧滑角的求解结果

当

时解为：

当

时的解为：

其中：

在以上各式中有:

E₁＝a₁-b₂；E₂＝-b₁(1-a₂)-a₁b₂；E₃＝a₃b₂+b₃(1-a₂)；

(3)侧滑宽度的计算

设飞机侧向偏移值为ΔB，飞机通过的路程为L_X，取与跑道平行的方向为L_X轴，与其垂直方向ΔB轴；坐标原点取在飞机开始侧向偏移时的重心处；

曲线上任意一点的曲率半径可以表示为

实际上飞机的运动轨迹的曲率是不大的，因而

与(1-1)式相比很小，可以近似的认为

因此，飞机在侧向偏移时，运动轨迹的曲率半径为

由力学原理可知，曲率半径可表示为

其中：V是曲线上任意一点的切向速度，即飞机的运动速度；ω_v是飞机绕曲线瞬时中心转动的角速度；所以有：

或写成

(1-4)

将关系式

及β值代入式(1-1)整理后得

ω_v＝B₁e^ptcosqt+B₂e^ptsinqt+B₃

(1-5)

将式(1-5)代入方程组(1-4)，并假定：当t＝0时，ΔB＝0，

积分后得飞机侧向偏移为：

式(1-6)中:

F₃＝-F₄F₅；

F₅＝B₁(p²-q²)-2pqB₂； F₆＝B₂(p²-q²)+2pqB₁

飞机在地面的着陆滑跑时，可以近似的认为是一匀减速运动，这在实用上精度已足够；因此，飞机产生侧向偏移地段的长度可以式(1-7)表达；

式(1-7)中：V₁是飞行员可以用方向舵保持的飞机直线运动的最小速度；V₂是着陆滑跑时，前轮接地的飞机速度；j_cp是在L_X范围内的平均减速度；

步骤2：跑道宽度确定

公路跑道的宽度考虑歼击机单机、双机起飞、单机着陆、及飞机在跑道端头原地180°调头的情况；

(1)单机起飞的宽度

单机起飞时飞机应该位于跑道中心线位置，容易对准起飞方向，在地面滑跑时受到侧风的影响相对较小，需要的跑道宽度可以窄一些，则某型飞机所需跑道的最小宽度是，主起落架宽度加上两倍的主起落架外轮与跑道边沿的安全净距，安全净距取5.0m，则所需跑道宽度为：5.4m+2×5.0m＝15.40m；

(2)单机着陆的宽度

单机着陆时飞机有着陆误差；根据飞机着陆点横向分布理论计算与实际观测的结果，最大偏移是12m；

考虑到机场跑道是双面横坡及风向的可变性，则某型飞机所需跑道的最小宽度是：(12米+2.7米)×2＝29.4m；

(3)双机起飞的宽度

当飞机双机起飞时，两飞机的翼尖距离最小为10m，起飞时飞机对准跑道，偏移量较小，按一个偏移量考虑，所以跑道的宽度需要：

翼尖横向距离+翼展+偏移量即

10m+14.7m+12m＝36.7m；

(4)单机原地180°调头所需宽度为：

该型飞机就地180°调头所需宽度很小，23m；

(5)公路跑道宽度确定

首先将公路跑道分级由一级和二级，变为一级、二级和三级，按照我军目前航空兵装备的飞机现状，根据不同级别的公路跑道所适应的机型：

一级公路跑道，应能满足强5、歼7、歼8、运7一、二代老机型的使用，以歼-8代表为设计机型；其公路跑道的最小宽度为25m；此时，只考虑歼强击机的单机起飞和着陆；

二级公路跑道，应能满足强5、歼7、歼8、歼10、歼11、歼轰7、苏27、苏30、运7、运8飞机的使用，苏30代表为设计机型；最小宽度为30m；若考虑双机起飞，最小跑道宽度为40m；

三级公路跑道，除了能满足二级公路跑道适应的机型外，还应能满足轰6和伊尔76运输机大型飞机的使用，并以其中具体使用飞机代表为设计机型；考虑到需要满足轰6和伊尔76大型飞机的使用，只考虑单机起降，宽度应大于35m，并且考虑到外侧发动机需要在道面内，并满足歼强击机的双机起飞，最后确定其最小宽度为40m；

步骤3：公路跑道长度确定

3.1.

(1)飞机起飞跑道长度计算

飞机从停机坪滑出，通过滑行道、端联络道进入跑道，对准跑道中线以后刹车停住，然后加大油门，提高发动机转速，待发动机转速达到起飞转速后松开刹车，以停机迎角进行三点滑跑，待加速到抬起前轮速度V_R时，飞行员拉杆开始抬起前轮，飞机迎角很快增至预定迎角，此后飞机进行两点滑跑，当飞机速度达到离地速度V_lof时，飞机的两主轮离开地面，可以得到飞机起飞所需跑道长度为：

L_q＝l₁+S_q+l₂ (3-1)

式中∶L_q为保证飞机起飞滑跑所需的跑道长度，S_q为飞机起飞实际滑跑距离，l₁为飞机起飞滑跑起点到跑道后端的距离，歼击机、强击机按照单机、双机或中队起飞分别取50、100或150m，轰炸机都是单机起飞可取100m，在公路跑道长度计算时，取为100m；l₂为飞机离地点到跑道前端的安全距离，根据飞机种类、飞行员的技术水平和经济条件因素来确定，取100～200m，考虑到使用公路跑道的飞行员技术水平较高，取为100m；

在跑道长度公式(3-1)中，l₁、l₂可以根据实际情况和飞机的使用要求比较容易的确定下来，因此要确定跑道长度关键是要确定飞机的起飞地面滑跑距离S_q；

飞机的起飞地面滑跑是变加速的；假定飞机沿有风的跑道滑跑，其运动方程可写为∶

式中∶V为空速，S为滑跑距离，t为滑跑时间，

为地速，V_w为沿着飞机滑跑方向的风速，规定逆风为正，a为滑跑加速度；

由方程(3-2)第2式，得∶

由方程(3-2)第1式和式(3-3)得∶

设飞机滑跑初始空速为V₀，末端空速为V_x，则从V₀加速至V_x所经过的时间和距离分别为∶

式中∶V₀应取起始计算时所对应的飞机空速，当飞机从静止开始滑跑时，则V₀＝V_w；V_x对应于截止计算时的飞机空速，抬前轮速度V_R、离地速度V_lof；

飞机在有纵向坡度的跑道上滑跑时，有发动机推力、空气阻力、地面摩擦阻力、升力、支承反力及重力；

根据牛顿第二定律，其加速度为：

式中：m为飞机起飞质量；F为作用在飞机上沿跑道方向的合力；P为全部发动机在跑道当时条件下的瞬时总推力；α为飞机起飞滑跑迎角，三点滑跑时取停机迎角α_tj，两点滑跑时取离地迎角α_ld；

为发动机安装角；Q为综合阻力；Q_φ为飞机重力在跑道纵向坡度上的分力；其中：

P＝nP(H,M) (3-8)

Q＝X+f(G-Y) (3-9)

Q_φ＝Gsinφ≈Gtanφ＝Gφ (3-10)

式中：n为全部发动机台数；P(H,M)为一台发动机在跑道当时条件下滑跑过程中的瞬时推力，M为飞机滑跑马赫数，H为机场压力高度；X为飞机滑跑过程中所受的瞬时空气阻力；f为机轮与地面的摩擦系数；Y为飞机滑跑过程中所受的瞬时升力；φ为跑道纵向坡角；G为飞机重力；其中：

式中：C_x为空气阻力系数；S为机翼面积；C_y为升力系数；ρ为机场当时条件下的实际空气密度；V为飞机的瞬时空速；把式(3-11)～(3-12)代入式(3-10)，并注意到m＝G/g，得飞机的瞬时加速度表达式为：

最后得起飞地面滑跑距离的表达式为：

然后确定飞机正常起飞滑跑过程中的各参数，根据数值积分法计算出飞机正常起飞所需的滑跑距离；

根据驾驶误差系数的定义，可得飞机正常起飞实际滑跑距离S_q的计算式：

S_q＝k_qS_q0 (3-16)

驾驶误差系数是根据测试多个飞行员、多架飞机、多次飞行的统计结果，反映的飞行员的驾驶技术水平，驾驶技术误差系数取飞行员驾驶误差系数的90％；

(2)飞机着陆跑道长度计算

飞机着陆是指飞机从一定高度下滑并过渡到地面滑跑，直至完全停止的整个运动过程；它分为下滑、拉平、平飞减速、飘落和地面减速滑跑五个阶段；飞机着陆为单机；下滑着陆时，飞行员在下滑目测点将飞机拉平，要求飞机经过平飞减速后在T字布正侧方的跑道上接地；但是，由于飞行员驾驶操作不可能完全那么准确，有时飞机提前接地，有时延缓接地；飞机的接地先以两主轮接地，进行两点滑跑；待飞机速度减至放前轮速度时，飞行员放下前轮，飞机进行三点滑跑；在飞机接地后进行两点和三点滑跑的过程中，飞行员会根据刹车限制速度和放减速伞限制速度及时地刹车和放减速伞进行减速，直至飞机停止或以很小的速度转入端联络道；由于飞机在不同构形、装载和环境下的接地速度不同，因此，飞行员刹车和放减速伞的时机是不确定的，在着陆滑跑过程中，发动机推力为慢车推力，飞机着陆对跑道长度的要求，应考虑飞机延缓接地这种不利情况，这时需要的跑道长度较长，因此，保证飞机着陆所需的跑道长度为：

L_l＝S_l+l₃ (3-17)

式中∶L_l为保证飞机着陆滑跑所需的跑道长度，S_l为飞机着陆滑跑距离，l₃为飞机接地点为跑道的T字布附近，而T字布设在离跑道近端200m处，因此，l₃可取200m；

在跑道长度公式中，l₃可以根据实际情况和飞机的使用要求比较容易地确定下来，因此，确定跑道长度的关键是确定飞机的着陆地面滑跑距离S_l；

假定公路飞机跑道坡度角为φ，沿飞机滑跑方向上坡为正，机轮与地面的折算摩擦系数为f，认为φ是小量，因此cosφ＝1，sinφ＝φ，发动机慢车推力P≈0，则根据飞机在地面滑跑时的受力情况，可得到着陆地面滑跑距离计算公式∶

其中∶

A＝f+φ (3-19)

式中∶V为飞机空速，规定逆风为正，V_x1取起始计算时所对应的飞机空速，接地速度V_jd、前轮接地速度V_qj、放减速伞速度V_fs、刹车速度V_sh；V_x2对应于截止计算时的飞机空速，前轮接地速度V_qj、放减速伞速度V_fs、刹车速度V_sh、停止速度V_w，当截止计算速度为停止速度时，V_x2＝V_w；

对于公路跑道，需要确定飞机着陆时的各个参数，最后得到飞机实际着陆滑跑刹车放阻力伞所需的跑道长度；

飞行员驾驶飞机着陆时，为了防止刹爆轮胎和前轮猛然撞地，在两轮滑跑过程中不刹车不放减速伞；飞机以两轮滑跑2～3s后放下前轮，同时开始刹车和放减速伞，减速伞的打开需要1～2s的时间，之后，减速伞才完全起作用；因此，本文在计算刹车放减速伞情况下的着陆滑跑距离时，将着陆滑跑距离S_l0分为两轮滑跑段S₂、刹车段S_sh、刹车放伞段S_fs三段，即

S_l0＝S₂+S_sh+S_fs (3-21)

各段计算公式分别如下：

式中：下标1、2分别表示主轮接地和前轮接地参数，S为机翼面积，φ为跑道平均纵坡，ρ_sj为跑道当时条件下的实际大气密度，f₁和f₂在无实验数据下，参考《军用飞机飞行性能规范》给出的数据∶f₁＝0.025，f₂＝0.2～0.3，C_xfs为减速伞阻力系数，V_fs为放减速伞速度；

根据驾驶误差系数的定义，可得飞机正常着陆实际滑跑距离S_l的计算式为：

S_l＝k_lS_l0 (3-25)

同样道理，着陆驾驶误差系数取飞行员驾驶误差系数的90％进行计算；

3.2.公路飞机跑道基准长度计算

结合军用飞机跑道长度的设计方法，公路飞机跑道长度设计的计算公式为：

L_q1＝l₁+S_q1+l₂

L_q2＝l₁+S_q2+l₂

L_l＝l₃+S_l

(3-27)

式中L_q1、L_q2分别为飞机最大质量加力起飞、正常质量不加力起飞所需跑道长度，S_q1、S_q2分别为相应于上述跑道长度的起飞滑跑距离；

飞机对跑道长度的基本要求是必须保证飞机在正常情况下能够安全地进行起飞滑跑和着陆滑跑的需要，即同时满足起飞着陆的要求，跑道设计长度应取：

L＝max(L_q1,L_q2,L_l) (3-28)

标准条件下的跑道基准长度，即海拔为零、气温为15℃、无风、跑道平均纵坡为零时，以规定机型和规定质量起飞着陆所需的跑道长度，取整为50m的整数倍；

对于强5、歼7、歼8、歼轰7和轰6飞机通过计算公式进行计算

见表3.1；

表3.1 通过计算确定的公路飞机跑道基准长度

对于歼10、苏27、苏30、歼11和伊尔76飞机确定其基准跑道长度，其结果见表3.2；

表3.2 通过查计算表确定的公路飞机跑道基准长度

3.3.公路飞机跑道基准长度的确定

对于上述的计算结果进行分析，在实际飞行训练中应注意以下几点：

(1)苏27、苏30、歼11飞机的跑道基准长度确定

在实际飞行训练的操作过程中，将跑道长度1800m作为一个判断基准长度来考虑；由表3.2可知，苏-27、苏30飞机的跑道基准长度不宜太短，定为1800m；歼11飞机与苏27飞机的性能较为接近，跑道基准长度参考苏27确定；

(2)伊尔76飞机的跑道基准长度确定

为了伊尔76飞机的飞行安全，不但要保证其发动机正常情况下的起飞和着陆安全，还需要考虑一发失效时的起飞着陆安全，伊尔76飞机最大质量起飞时出现一发失效时，继续起飞所需的跑道基准长度和中断起飞所需的跑道长度均为2340m，取整为2350m；

步骤4：根据以上计算结果，进行公路飞机跑道等级划分

道面宽度的确定

(1)一级公路跑道：其代表的机型为歼-8，该飞机翼展为9.34m，主起落架间距为3.74m，综合分析可知强5、歼7、歼8系列飞机对公路跑道的最小宽度要求为20m，取道面最小宽度为25m；

(2)二级公路跑道：取道面最小宽度为30m；

(3)三级公路跑道：其代表的机型为轰-6，该飞机翼展为34.19m，主起落架间距为9.78m，取道面最小宽度为40m；

跑道基准长度的综合确定

(1)主要保证歼击机使用的一、二级公路跑道基准长度为1900m；

(2)主要保障轰炸机、运输机使用的三级公路跑道基准长度为2400m；

等级划分方法

见表4.2；

表4.2 公路飞机跑道分级与分类表

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