一种航空器场面运行动态影响评估方法与流程

本发明具体涉及一种航空器场面运行动态影响评估方法。

背景技术：

在最近的二十年里，航空业迅猛发展，机场交通日益繁忙，对机场扩建和新建的需求增长，机场运行的机型种类愈加丰富，滑行路线愈加复杂。与此同时，由于机场落后的设施设备，空管或运行控制人员对新机型的不熟悉，种种因素加剧了机场场面事故发生的风险。例如曾经多次报道过发生工作人员被发动机吸入造成死亡的事件，以及白云机场飞机发动机尾喷吹道边标识牌的事件等。这些事件反映出了场面运行安全问题的严重性。

目前国内外针对机场场面安全的研究主要为航空器场面冲突解脱，较少考虑滑行时航空器对周边设施和人的影响，这一问题主要重点在于航空器自身在场面运行轨迹和对周边的影响区域的研究。国内对于这两方面的研究还比较少，或是比较片面。

结合航空器场面运行轨迹，评估航空器场面运行的影响区域，有利于规避潜在的碰撞风险，具有较强的参考价值，但其研究目前尚为空白，因此航空器场面运行动态影响区域研究是亟需开展。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种航空器场面运行滑行段存在安全隐患的判断方法，实现了航空器在场面运行时影响区域确定和安全隐患评估。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种航空器场面运行动态影响评估方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤s1，建立机场场面结构图，确定场面内滑行道段参数及待评估项的位置坐标信息；

步骤s2，根据航空器在场面的滑行路径数据，获得航空器滑行阶段依次经过的滑行道段及其几何中心的运行轨迹；

步骤s3，依据航空器的运行轨迹，确定在所经过的滑行道段上航空器起落架的运行轨迹；

步骤s4，依据航空器起落架的运行轨迹，计算航空器起落架对道面的动态影响区域；

步骤s5，依据航空器起落架的运行轨迹，计算航空器对周边空间的动态影响区域；

步骤s6，评估航空器滑行阶段在各滑行道段是否存在安全隐患：先依据步骤s4中获得的航空器起落架对道面的动态影响区域和步骤s1中获得的滑行道段参数，评估当前滑行道段是否存在安全隐患；再依据步骤s5中获得的航空器对周边空间的动态影响区域和步骤s1中确定的待评估项位置，评估当前滑行道段是否存在安全隐患；当前述两者均不存在安全隐患时，则航空器在此滑行道段运行时不存在安全隐患。

进一步的，在所述步骤s1中，滑行道段包括直线滑行段和滑行转弯段两种类型，直线滑行段参数包括起始点坐标、终止点坐标、长度和宽度；滑行转弯段参数包括起始点坐标、终止点坐标、宽度、转弯半径和转弯度数。

进一步的，步骤s3中，确定航空器起落架在滑行道段上的运行轨迹具体过程包括：

步骤s31，当航空器位于直线滑行段时，航空器的滑行轨迹位于滑行道的中心线，前轮和主起落架中心遵循中心线直线运行轨迹；

步骤s32，当航空器位于滑行转弯段时，航空器前轮沿滑行道中心线行驶，主起落架中心遵循转弯段圆弧运行轨迹，圆弧半径为当前滑行转弯段转弯半径rj，转过的总弧度为当前滑行转弯段转弯度数θj；

当飞机的前轮s运动到圆弧上某一点，其与圆心连线对应的角度为θs，依据飞机基准长度d以及和辅助式子确定当前时刻下的转向角β，并依据确定起落架的两主轮中心u在转向角β时刻下与中心线的偏移量λ。

进一步的，步骤s4中计算航空器起落架对道面的动态影响区域过程包括：

步骤s41，当航空器位于直线滑行段时，航空器起落架对道面的影响区域为滑行道中心线左右各一半主轮距的距离范围；

步骤s42，航空器位于滑行转弯段时，航空器起落架对道面的影响区域为滑行道中心线靠滑行道外侧一半主轮距的距离范围以及滑行道中心线靠滑行道内侧一半主轮距的距离加上弯道内侧主轮与引导现的最大偏移量范围。

进一步的，步骤s5中航空器对周边空间的动态影响区域包含机翼和发动机分别对周边空间的动态影响区域。

进一步的，确定航空器机翼对周边空间的动态影响区域：

步骤s51，当航空器位于直线滑行段时，机翼对周边空间的动态影响区域为滑行道直线部分中心线两侧二分之一翼展区域范围；

步骤s52，航空器位于滑行转弯段时，机翼对周边空间的动态影响区域为滑行道转弯部分中心线外侧二分之一翼展长度区域和内侧二分之一翼展长度加上弯道内侧主轮与导向线的最大偏移量区域范围；

进一步的，发动机对周边空间的影响范围包含进气道影响区域和尾喷影响区域两个部分；

步骤s53，发动机进气道影响区域是以发动机前部分的中点为圆心的半圆形区域，依据两个外侧发动机间的距离，确定发动机进气道影响区域的圆心位置，依据发动机进气道影响区半径确定半圆形发动机进气道影响区域；

步骤s54，发动机尾喷影响区域包含中间矩形部分和矩形部分两侧顶角为15°的等腰三角形，中间矩形部分与机翼线水平的边长为两个外侧发动机间的距离，与机翼线垂直部分的边长为尾喷影响距离，左右等腰三角形的腰长为尾喷影响距离；此发动机影响范围关于起落架两主轮连线的中垂线对称，即发动机影响范围相对航空器运行轨迹可以由其对称线说明；

依据以上确定的航空器发动机影响范围，并依据当前所处的滑行阶段确定影响范围相对运行轨迹的位置：

当航空器位于直线滑行段时，该影响范围的中线与滑行道中线重合；

当航空器位于滑行转弯段时，该影响范围的中线与滑行道中线平行并靠近滑行道内侧偏移的线重合，即整体以滑行道中线作为基准线，往滑行道内侧偏移最大偏移量距离。

进一步的，依据航空器起落架对道面的动态影响区域和滑行道段参数，评估当前滑行道段是否存在安全隐患的具体过程包括：

直线滑行段时，滑行道直线部分宽度应不小于步骤s41确定的直线段影响范围；

滑行转弯段时，转弯部分滑行道宽度应不小于步骤s42确定转弯段段影响范围与滑行道道边安全间隔之和。

若满足上述条件，则起落架对道面无影响。

进一步的，依据航空器对周边空间的动态影响区域和待评估项位置，评估当前滑行道段是否存在安全隐患的具体过程包括：

步骤s61，依据航空器机翼对周边空间的动态影响区域和待评估项位置信息，评估当前滑行道段是否存在安全隐患的具体过程为：

直线滑行段时，滑行道直线部分中心线两侧二分之一翼展区域范围内低于飞机机翼高度位置的周边空间区域内若有人或待评估项，则判定为危险；

滑行转弯段时，滑行道转弯部分中心线外侧二分之一翼展长度区域和内侧二分之一翼展长度加上弯道内侧主轮与导向线的最大偏移量区域范围内低于飞机机翼高度位置的周边空间区域内若有人或待评估项，则判定为危险；

若以上未判定为危险，则机翼对周边空间无影响；

步骤s62，依据航空器发动机对周边空间的动态影响区域和待评估项位置信息，评估当前滑行道段是否存在安全隐患的具体过程为：

直线滑行段时，其影响区域的中线与滑行道中线重合，当待评估项位于影响区域范围之内时，均有可能被发动机吸入或喷出的尾气灼烧，判定为危险；

滑行转弯段时，其影响区域的中线与滑行道中线平行并靠近滑行道内侧最大偏移的线重合，当物体位于影响区域范围之内时，均有可能被发动机吸入或喷出的尾气灼烧，判定为危险；

若以上未判定为危险，则发动机对周边空间无影响。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明原理简单，弥补了国内对航空器场面运行动态影响区域危险评估的空白，从航空器起落架微观运行轨迹计算航空器起落架对道面、航空器对周边空间的动态影响区域，和航空器场面滑行影响判断，同时本发明还将场面和航空器运行轨迹信息数据化，未来可以依据实时数据仿真实现可视化的影响区域展示，使其具有普适性。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为航空器起落架微观运行轨迹计算流程图；

图3为直线滑行阶段时起落架微观运行轨迹辅助说明图；

图4为滑行转弯段时起落架微观运行轨迹辅助说明图；

图5为航空器起落架对道面的动态影响区域计算流程图；

图6为航空器对周边空间的动态影响区域计算流程图；

图7为发动机的影响范围辅助说明图；

图8为航空器场面滑行影响判断流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的一种航空器场面运行动态影响评估方法，包括以下步骤：

步骤s1，建立机场场面结构图，确定场面内滑行道段参数及待评估项的位置坐标信息。

其具体过程如下：

(1.1)以机场基准点为坐标原点，正东方向为x轴正方向，正北方向为y轴正方向，建立直角坐标系；

(1.2)根据机场的跑道和滑行道的结构，获得跑道和滑行道每一处的连接交叉点(因为滑行道的末端也是连着跑道的，所以也需要考虑跑道点)，并按照跑道点{r1，r2，r3…，ri，…}和滑行道点{t1，t2，t3…，ti，…}对交叉点进行归类，依据建立的坐标系获取各交叉点的坐标；机场内的标牌设施、设备等是在航空器滑行时是否影响的待评估项，为了方便，本发明中将这些设施、设备称为待评估项，依据建立的坐标系获取待评估项坐标。

(1.3)依据步骤(1.2)所归类的交叉点，依次记录机场所拆分的所有滑行道段，滑行道段由起始端点和终止端点构成，且所有的点均属于(1.2)归类的跑道点或滑行道点集。同时对于每一条滑行道段，记录滑行道参数，包含滑行道段起始、终止点所属于的滑行道点ti或跑道点ri所对应的坐标，滑行道段的类型(直线滑行段或滑行转弯段)。同时直线滑行段还需记录长度li、宽度wi，滑行转弯段还需记录宽度wi、转弯半径rj、和转弯度数θj。

步骤s2，根据航空器在场面的滑行路径数据，获得航空器滑行阶段依次经过的滑行道段及其几何中心的运行轨迹。

(2.1)根据收集的航空器在场面的滑行路径数据，结合步骤(1.3)所述的机场的滑行道段，整理出航空器滑行阶段依次经过的所有滑行道段其中根据滑行道段的类型不同，包含有直线滑行段和滑行转弯段

(2.2)根据所述(2.1)中获取的航空器滑行道段结合所述(1.3)中的滑行道段参数，可以获得航空器几何中心所经过的轨迹。

在确定航空器场面运行动态影响评估时候还与航空器具体类型有关，因此根据航空器机型，从航空器手册获取航空器信息。具体包含航空器的几何中心、翼展长度b、翼弦长度c等结构信息；基准长度(起落架的前轮到主起落架中心的距离)d、主轮距(起落架两主轮之间距离)d等起落架信息；两个外侧发动机间的距离d1、发动机的宽度lp，发动机进气道影响区半径rpower，尾喷影响距离x1等发动机信息。

由于航空器的各组成部分位置相对固定，依据航空器所述几何中心经过的轨迹，和上述的航空器机型信息，经过距离转换，可以确定在轨迹任意时刻航空器的起落架、机翼、发动机相对位置。

步骤s3，依据航空器的运行轨迹，确定在所经过的滑行道段上航空器起落架的运行轨迹。

图2为航空器起落架微观运行轨迹计算流程图，对应所述步骤s3包括以下分步骤：

(3.1)依据航空器运行轨迹，逐个判断航空器所处的滑行阶段；

(3.2)当航空器位于直线滑行阶段时，航空器的滑行轨迹位于滑行道的中线，前轮和主起落架中心遵循直线运行轨迹，如图3所示；

(3.3)当航空器位于滑行转弯段时，航空器前轮沿滑行道中心线(即引导线)行驶，主起落架中心遵循圆弧运行轨迹如图4所示，圆弧半径为当前滑行转弯段转弯半径rj，转过的总弧度为当前滑行转弯段转弯度数θj。

当飞机的前轮s运动到圆弧上某一点，其与圆心连线对应的角度为θs，依据飞机基准长度d以及和辅助式子确定当前时刻下的转向角β，并依据确定起落架的两主轮中心u在转向角β时刻下与引导线的偏移量λ。

步骤s4，依据航空器起落架的运行轨迹，计算航空器起落架对道面的动态影响区域；

图5为航空器起落架对道面的动态影响区域计算流程图，对应所述步骤(4)包含以下分步骤：

(4.1)判断航空器当前所处的滑行阶段；

(4.2)依据航空器所处的滑行阶段，结合所述步骤(3)所述航空器微观运动轨迹，确定航空器在所处滑行阶段下起落架轨迹。

(4.3)由于起落架相对航空器的质心位置相对固定，而滑行阶段起落架的前轮沿着滑行道行驶，航空器起落架对场面的影响区域主要体现在两个主轮划过的区域。

(4.3.1)当航空器位于直线滑行段时，航空器起落架对道面的影响区域为滑行道中心线左右各一半主轮距的距离范围(d/2)；

(4.3.2)航空器位于滑行转弯段时，航空器起落架对道面的影响区域为滑行道中心线靠滑行道外侧一半主轮距的距离范围(d/2)以及滑行道中心线靠滑行道内侧一半主轮距的距离加上弯道内侧主轮与引导现的最大偏移量范围(d/2+λ)。

步骤s5，依据航空器起落架的运行轨迹，计算航空器对周边空间的动态影响区域；

图6为航空器对周边空间的动态影响区域计算流程图，对应所述步骤(5)包含以下分步骤：

(5.1)所述的航空器对周边空间的动态影响区域包含机翼和发动机分别对周边空间的动态影响区域；

(5.2)判断航空器当前所处的滑行阶段；

(5.3)依据航空器所处的滑行阶段，结合所述步骤(3)所述航空器微观运动轨迹，确定航空器在所处滑行阶段下起落架轨迹(计算起落架轨迹是因为以起落架作为参考系，起落架的俩主轮在机翼下方)；

(5.4)由于前三点式起落架飞机的主轮基本都安装在机翼下方，与机翼相对位置固定，依据所述步骤(5.3)航空器起落架轨迹确定主轮轨迹，结合由所述步骤(2.2)中获取的主轮和机翼的位置关系以及翼展长度b确定航空器机翼对周边空间的动态影响区域。

(5.4.1)当航空器位于直线滑行段时，机翼对周边空间的动态影响区域为滑行道直线部分中心线两侧二分之一翼展(b/2)区域范围；

(5.4.2)航空器位于滑行转弯段时，机翼对周边空间的动态影响区域为滑行道转弯部分中心线外侧二分之一翼展(b/2)区域和内侧二分之一翼展加上弯道内侧主轮与导向线的最大偏移量(b/2+λ)区域范围。

(5.5)由于前三点式发动机位置于主起落架位置相对固定，依据所述步骤(5.3)所述在特定滑行阶段航空器起落架位置结合航空器在当前滑行状态下的发动机影响范围确定航空器发动机对周边空间的动态影响区域。

(5.5.1)所述的发动机的影响范围如图7所示，包含进气道影响区域和尾喷影响区域两个部分。

(5.5.1.1)发动机进气道影响区域是以发动机前部分的中点为圆心的半圆形区域，依据两个外侧发动机间的距离d1，确定发动机进气道影响区域的圆心位置，即机翼线中点左右各d1/2距离，依据发动机进气道影响区半径rpower确定半圆形发动机进气道影响区域；

(5.5.1.2)发动机尾喷影响区域是如图7中所述的不规则区域，包含中间矩形部分和矩形部分两侧顶角为15°的等腰三角形，依据两个外侧发动机间的距离d1和尾喷影响距离x1，确定中间矩形部分与机翼线水平的边长为d1，与机翼线垂直部分的边长为x1，左右等腰三角形的腰长为x1；

(5.5.1.3)所述的依据步骤(5.5.1.1)和(5.5.1.2)确定的发动机影响范围关于起落架两主轮连线的中垂线对称，即发动机影响范围相对航空器运行轨迹可以由其对称线加上不规则影响区域进行说明；

(5.5.2)依据所述(5.5.1)确定航空器发动机影响范围，并依据当前所处的滑行阶段确定影响范围相对运行轨迹的位置；

(5.5.2.1)当航空器位于直线滑行段时，该影响范围的中线与滑行道中线重合；

(5.5.2.2)当航空器位于滑行转弯段时，该影响范围的中线与滑行道中线平行并靠近滑行道内侧偏移的线重合，即整体以滑行道中线作为基准线，往滑行道内侧偏移λ距离。

步骤s6，依据航空器所处滑行段，结合步骤s4所述航空器起落架对道面和步骤s1中确定的滑行道段参数，并结合步骤s5所述航空器对周边空间的动态影响区域和步骤s1中确定的待评估项位置，评估当前滑行段是否存在安全隐患；

图8为航空器场面滑行影响判断流程图，对应所述步骤(6)包含以下分步骤：

(6.1)所述的航空器场面滑行影响判断包含起落架对道面的影响以及机翼和发动机对周边空间的影响两部分；

(6.2)对于航空器在场面滑行的任意时刻，确定航空器所处的滑行段，并依据所述步骤(2)中确定的该滑行段的参数信息以及该段待评估项的具体位置信息；

(6.3)依据所述步骤(4)确定的起落架对道面的动态影响区域，判断滑行道宽度是否满足所述(6.3.1)和(6.3.2)要求，若满足则该时刻起落架对道面无影响；

(6.3.1)滑行道直线部分宽度应不小于步骤(4.3.1)确定直线段影响范围；

(6.3.2)滑行道转弯部分飞机主轮外侧与道边的距离不应小于滑行道道边安全间隔，由于转弯时主轮向内侧偏移，转弯部分滑行道宽度应不小于步骤(4.3.2)确定转弯段段影响范围与滑行道道边安全间隔之和；所述的滑行道道边安全间隔由机场飞行区指标确定。

(6.4)依据所述步骤(5)确定航空器机翼对周边空间的动态影响区域，结合航空器所处的滑行道部分待评估项位置信息，依据所述(6.4.1)和(6.4.2)的判断规则，若未判定为危险，则该时刻机翼对周边空间无影响；

(6.4.1)滑行道直线部分中心线两侧二分之一翼展(b/2)区域范围内低于飞机机翼高度位置的周边空间区域内若有人或其他待评估项，则判定为危险；

(6.4.2)滑行道转弯部分中心线外侧二分之一翼展(b/2)区域和内侧二分之一翼展加上弯道内侧主轮与导向线的最大偏移量(b/2+λ)区域的内若有人或其他待评估项设施，则判定为危险；

(6.5)依据所述步骤(5)确定航空器发动机对周边空间的动态影响区域，结合航空器所处的滑行道部分待评估项位置信息，依据所述(6.5.1)和(6.5.2)的判断规则，若未判定为危险，则该时刻发动机对周边空间无影响；

(6.5.1)滑行道直线部分影响范围为如图7所示不规则图形，其中不规则图形的中线与滑行道中线重合，当待评估项位于影响区域范围之内时，均有可能被发动机吸入或喷出的尾气灼烧，判定为危险；

(6.5.2)滑行道转弯部分影响范围为如图7所示不规则图形，其中不规则图形的中线与滑行道中线平行并靠近滑行道内侧偏移λ的线重合，当待评估项位于影响区域范围之内时，均有可能被发动机吸入或喷出的尾气灼烧，判定为危险；

(6.6)当所述的(6.3)至(6.5)均判定为无危险时，即可认为当前滑行阶段不存在安全隐患。

步骤s7，依据步骤s6航空器滑行影响的判定流程，对整个滑行段进行安全隐患评估。

本发明依据收集的航空器滑行路径计算航空器起落架的微观运行轨迹，并从起落架对道面和航空器机翼、发动机对周边空间的动态影响区域两个方面判断航空器场面滑行的影响，有利于规避潜在的起落架破坏道面、机翼与场面物体碰撞以及发动机吸入或喷出损坏场面人/待评估项设备等多种风险，具有较强的参考价值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。