摘要：尾流间隔是影响机场运行容量的重要因素，在保证安全的前提下缩减尾流间隔，能进一步提高机场的通行能力和运行效率，进而提高机场容量。美国、欧洲及国际民航组织先后开展了尾流间隔优化工作，提出了尾流间隔重新分类(RECAT)概念，证明在RECAT标准下尾流间隔将会缩减，本文针对国内运行情况提出RECAT优化方案，并采用广州白云机场进离场航班的实际运行数据进行验证，最后给予RECAT技术的实施建议，为后续开展RECAT技术的推广应用提供有益参考。 

一、背景 

为防止航空器进入前机尾涡流场所引起的俯仰、滚转、失速等危险情况，国际民航组织制定了基于实践经验的尾流间隔标准，在确保空中交通运行安全、有序方面发挥了重要作用。现行航空器尾流间隔标准形成于上世纪70年代，但自90年代以来未曾进行过大的修订，A380机型投入运行时只是额外制定了新的间隔标准。它将航空器按照最大起飞重量来进行分类，进而给出不同类别组合下的航空器尾流间隔标准。受限于当时的认知能力和技术水平，这些标准相对较为保守，存在缩减尾流间隔的潜力。随着空中交通流量的持续增长，这些相对保守的尾流间隔标准在一定程度上限制了繁忙机场的容量，造成了不必要的航班等待和延误。 

二、缩减尾流间隔标准技术 

（一）“三步走”计划 

国际民航组织在航空系统组块升级计划（ASBU）中，明确提出了缩减尾流间隔的“三步走”计划，即在机场运行引线中，给出了三个尾流间隔升级模块，如表1所示： 

表1 ASBU中的尾流间隔优化模块汇总表 

在B0-WAKE组块中，提出优化和改进静态的尾流间隔标准以提高机场的起降容量，其主要内容就是航空器尾流重新分类（Re-categorization，RECAT）。该方案在对航空器尾流消散、数值模拟、尾流遭遇、雷达探测等方面开展的大量研究基础上，通过对各机型组合下最小安全间隔的计算分析，将现行尾流间隔标准中的重型飞机分成B、C两类、将中型飞机分为D、E、F三类、将较小的中型飞机与轻型飞机合并形成F类，从而形成新的航空器尾流间隔标准，如图1。 

由于航空器分类的细化，使得可以更合理地确定各类别之间的间隔标准，实现尾流间隔的安全审慎缩减。新标准中各类别组合下的尾流间隔如表2所示，图中蓝色区域代表间隔标准有所缩减；绿区域代表有所增加（单位为海里）。 

与ICAO现行间隔标准相比，由于对重型、中型进行了细分和优化，因此间隔有所缩减。同时考虑到轻型飞机遭遇尾流后的安全风险，又适度增加了以轻型飞机作为后机组合下的间隔。 

（二）安全性分析 

在RECAT项目的研究中，假定现行间隔标准是安全的，然后对现有间隔标准下的不同航空器组合下的尾流安全进行计算，依据计算结果，对相对保守的间隔进行适当缩减。 欧控（Eurocontrol）和德国宇航研究所（DLR）进行了详细的安全案例分析,并根据希思罗机场和法兰克福机场的100,000组尾流实验测量数据，进行了详细的尾流遭遇风险评估分析工作。通过选取15种典型前机、42种典型后机，两两组合后形成630种前后机组合，计算尾流遭遇风险（具体衡量指标参数包括诱导滚转力矩系数和所需当量滚转角速度），得到的安全评估结果如下图所示。 

图中纵坐标为不同后机遭受尾流后的严重程度与最大可接受值的比值，也称尾流遭遇风险。蓝色曲线为RECAT标准下尾流遭遇风险曲线，红色曲线为现行尾流间隔标准下尾流遭遇风险曲线。可以看出，实施RECAT后的尾流遭遇风险总体高于现行间隔标准的风险，但并没有超出极限值，也低于现行间隔标准下某些极端机型组合的遭遇严重度，因此新分类标准是安全的、可接受的。 

三、国内外应用现状 

（一）欧洲应用情况 

欧洲于2007年首先提出了航空器RECAT的概念，在欧美联合研究的基础上，欧控于2013年进行了 RECAT-EU优化研究，通过调整RECAT中各类别所属的机型种类以更好地提升容量。 

戴高乐机场于2016年3月在欧洲率先实施RECAT-EU运行，欧控的研究表明，空管在实施RECAT-EU方案后会在跑道容量和运行效率方面获得受益，在高峰时段可以提高5%的跑道容量；并且在同等吞吐量下新方案能够降低整体进离场飞行时间。预计到2020年，受益于机型比的改变（重型飞机的比例加大），容量的提升效果会更加明显。 

（二）美国应用情况 

美国联邦航空局（FAA）于2009年开始与欧洲联合开展RECAT技术的可行性研究，包括安全性评估和管制员工作负荷研究，以及容量提升效果仿真预测等。在此基础上，FAA对空管规章Order JO 7110.65中相应条款进行修改，并最终发布了7110.659C。 

孟菲斯机场从2012年11月开始成为全球第一个实施RECAT运行的机场。实施6个月时间以后，经统计孟菲斯机场航空器离场通行能力增加22%，进场通行能力增加15%。美国的KMIA（迈阿密）、KPHL（费城）、KSDF（路易斯维尔）和KIAH（休斯顿）等机场也在2013年实施了RECAT运行。 

（三）我国应用情况 

民航局于2015年出台了《中国民航航空系统组块升级（ASBU）发展与实施策略》。该文件全面引进了ASBU中效能改进领域1（机场运行）中有关“尾流间隔”引线对应的全部模块要求。民航局空管局与中国民航大学开展了基于航空器尾流重新分类以缩减尾流间隔的技术可行性研究与验证项目。2018年5月在“第三届北京航空安全国际论坛”上，吴成昌副理事长介绍了RECAT技术在美国的实施情况，空管局马兵副局长做了“积极推动新技术应用，提升空管安全运行效率”的报告，提出在尽快推动RECAT技术的应用验证工作。 

四、应用RECAT技术的优化构想 

随着航班量的逐年增长，在目前的空管运行规则下，国内主要机场的跑道容量渐趋饱和，制约了机场未来发展。推广基于RECAT技术的新尾流间隔标准，可成为提高效率的有效举措之一。 

目前欧、美等地区和国家的RECAT标准都是按照重量和翼展，将机型重新分为六类。对于中型飞机所分成的D、E类来说，对应的间隔值基本一致。因此即使不对中型飞机分类，效果也基本接近于RECAT-1的效果，如表3中红色阴影标注。 

（一）RECAT优化方案 

鉴于上述分析，参照FAA ORDER 7110.659C中给出的RECAT分类方法，本文的优化方案仅将重型机分为B、C两类，其他类别保持不变，与ICAO的分类相同，得到的具体分类如下： 

优化方案的最小尾流间隔标准值如表4所示，表中灰色区域代表间隔缩减的类别组合，绿色区域代表间隔有所增加的类别组合。 

表4建议方案最小尾流间隔标准表 

该方案的设计初衷为：在保证尾流间隔缩减效果的前提下尽量减少机型分类，并且缩小与ICAO现行尾流间隔标准的差异性，便于飞行员及管制员记忆和使用，使推广应用时实现更加平稳的过渡。 

（二）方案验证分析 

为了验证优化方案的有效性，笔者将以广州机场2018年连续12个月的航班起降时刻数据为例，统计各类别的机型架次数量，然后使用FAA RECAT方案以及本文提出的优化方案计算出加权平均尾流间隔，对预期的容量提升效果进行对比分析。 

在白云机场的进港航空器组合中，A380、A330、B777、A320、B738等8种机型占比超过96%（如表5），并且涵盖了各尾流类别（J、B、C、M），L型飞机占比极少，因此后续分析将以该8种机型为主。  

表5 进场航空器机型及数量统计（月均） 

参照目前FAA的RECAT尾流间隔标准和优化方案尾流间隔标准，根据每个机型组合的概率，加权乘以每个机型组合的间隔，得出加权平均尾流间隔，加权平均间隔值越小，说明机场通行能力越强，起降容量越大。使用优化方案及FAA的RECAT方案分别求出白云机场各个时段8种机型的加权平均尾流间隔值，并与现行间隔标准的加权平均尾流间隔值进行对比，可以看出各个时段的容量提升效果，见图5所示, 图中的横坐标为时间段，纵坐标为预期容量提升效果，两条区线分别代表FAA的RECAT方案以及优化方案（RECAT-CH1）。 

同时在验证过程中，笔者也发现航空器机型占比不同，对容量的提升效果也发生变化。当前后机组合为相对较大飞机情况下，其最小尾流间隔较现行间隔标准缩减较为明显，前后机组合为相对较小飞机情况下，由于优化方案和现行尾流间隔标准均采用最小雷达尾流间隔（5km），所以尾流间隔变化不明显。例如：广州白云机场在凌晨2点至5点期间，重型飞机占比较高（见图6），实施RECAT后的效果也较为明显（见图5），容量提升效果为全天最高值。 从图中可以看出，两个方案对运行效率提升的效果基本一致。其主要原因是FAA RECAT方案中的D、E类飞机对应的间隔值与优化方案中的M类飞机基本一致，另外在白云机场起降航班中，中型机里较轻的飞机以及轻型飞机占比极少，因此优化方案尽管只是分成5类，但效果基本接近于FAA RECAT方案的效果，同时优化方案与ICAO现行标准的差异性也比较小，便于飞行员和管制员理解和使用。综上所述，优化方案可行性及操作性都较强。 

（三）实施建议 

RECAT运行与现行尾流间隔运行在机型分类、间隔标准方面存在较大差异，为确保安全、顺利地开展RECAT技术的试验或正式推广应用，需要做好规章偏离、设备升级、人员培训、实施效能评估等工作，本文就上述方面给予实施建议： 

1.申请规章偏离。鉴于缩短最后进近尾随间隔，将增加航空器复飞的概率，此类事件在现行的《民用航空空中交通管理规则》（CCAR-93-R5）被判定为严重差错：指挥航空器起降过程中违反尾流间隔规定,导致航空器中断正常运行的。为鼓励飞行员及管制员积极推进航空器尾流重新分类及间隔标准的实施，建议空管单位在推广实施航空器尾流重新分类技术时，在尾流间隔相关的规章条款未能及时修订前，向局方申请偏离许可，容许运行单位在安全可控的情况下给予偏离许可。 

2.设备升级。空管的自动化设备具备自动识别并标识新的尾流分类功能是全面实施 RECAT 的必要保证。空管自动化系统及塔台运行管理系统需要具备不同机型和尾流的自定义映射关系。如 A380 映射为 J 类、B744 映射为B 类、B763 映射为 C 类等，雷达标牌及进程单应能显示RECAT后尾流类型。同时对于切入航向道（LOC）的航空器，在后机标牌适当位置，显示出与前机之间的实际间隔及所需最小间隔。所需最小间隔亦可通过图形进行显示，这样更便于管制员操作。 

3.人员培训。实施RECAT运行前需要对飞行员开展宣贯，对管制员开展针对性培训和考核，以熟悉新尾流间隔标准、陆空通话用语以及应急处置方案等。 

4.实施效能评估。RECAT技术的实施效果与机场交通流状况、机型混杂比与分布状况有关。在不同机场的实施效果可能截然不同，有的机场效果比较明显、有的机场则收效甚微。因此需要在推广前开展可行性及实施效能评估，选择潜力较大的机场稳步推进,只有根据不同机场的具体情况进行仔细分类，才能更好地挖掘空域资源，提高管制运行效率。 

五、结束语 

随着社会经济持续快速发展，国民航空出行需求持续增长，机场容量已经成为影响机场运行和持续发展的重要因素。在空域资源日益紧张、空域结构难以大幅优化提升的前提下，通过深挖内部潜力，推广基于RECAT技术的新尾流间隔标准，是提升空中保障能力，缓解资源紧张的有效途径。 (陈艳彦  中南空管局)

参考文献 

[1] NextGen Operational Performance Assessment［R］． USA: NextGen September，2015 

[2] Robert Graham. European Wake Turbulence Categorization and Separation Minima on Approach and Departure［R］．European:Eurocontrol,2015 

[3] 魏志强，刘薇，褚双磊.基于航空器重新分类(RECAT)技术的尾流间隔缩减方法研究[J].空中交通,2015年第9期,3-6