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。基于时间的尾流间隔能充分利用进近时的顶风，动态缩减管制间隔，提升管制运行效率，降低航班延误和不必要的等待。 

　　一、TBS技术的发展背景 

　　随着航空运输业的持续快速发展，机场容量日趋饱和，时刻资源重金难求。通过技术手段挖掘空域潜力和空管运行效率，已成为国内外民航空管领域的重要研究领域和方向。ICAO及我国现行的尾流间隔基本是在上世纪60~70年代形成的，将航空器按照最大起飞重量来分类，给出不同类别组合下的间隔标准。而在实际运行中，尾流的影响取决于前机重量、速度、翼展，后机稳定性、操纵性、飞行速度，以及大气中的侧风、湍流、层结特性等参数，造成现行间隔标准无法准确反映飞机尾流的真实强度和消散影响。 

　　在静态尾流间隔的缩减方面，从2015年开始，中国民航大学与民航空管局联合开展了针对RECAT技术的攻关研究。攻克了尾流安全评估、机型分类方法、间隔标准拟定、空管自动化系统升级等关键技术，并从2019年12月开始，率先在广州和深圳机场开展RECAT管制实验运行工作，有效提升机场运行效率。同时在2020年底，该技术又进一步推广到全国12个机场。统计表明，尾流间隔最大可缩减23%，平均容量提升大约2%。相关成果被评为我国空管2019年十大新闻、空管“十三五”十大新闻。 

　　充分利用有利的气象要素可进一步缩减尾流间隔，实现随气象变化的动态尾流间隔。尾流的消散取决于时间，但现行尾流间隔却是用距离来表示的。在固定的距离间隔下，顶风情况由于飞机需要更长的时间去飞行，因此会导致容量下降。英国希思罗机场的统计数据表明，从2012年10月到2013年7月，该机场搜集了风速数据和机场早高峰的交通流数据。数据表明，顶风越大、高峰小时的容量也越小，如下图所示。 

从上图可以看出，下滑道上平均15节的顶风会带来6.7%的容量下降，25节顶风则会带来14.3%的影响。20节的平均顶风就意味着4架次/小时的影响。 

　　二、基于时间尾流间隔标准的技术研究 

　　（一）ASBU中的尾流间隔缩减计划分析 

　　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，如下表所示： 

　　表1ASBU中的尾流间隔优化模块汇总一览表 

　　在B1-WAKE组块中，提出动态尾流间隔，其主要目的就是利用有利的顶风和侧风来缩减间隔。其基本原理是，尾涡的消散取决于时间，只要持续一定时间就可以消散掉，从而不对后机构成影响。而在飞行中如果遇到顶风，则相同时间对应的飞行距离会更短一些，因此在顶风飞行时，前后机之间不必要保持过大的间隔。 

　　（二）国外的相关实验分析 

　　进场阶段TBS的概念主要是应对最后进近阶段的顶风问题。在固定的距离间隔下，顶风情况需要更长的时间去飞行，导致效率低下。将间隔规则从距离转变成时间，使得进近和塔台管制员可以按照时间间隔来调配飞机。进近阶段采用基于时间的尾流雷达间隔规则（TBS），可以向进近飞机提供一致的时间间隔，以便跑道的进近容量能保持稳定（不受顶风的影响）。需要向进近管制员和塔台管制员提供必要的工具支持，以便能够一致、精确地发布TBS指挥。具体的间隔提醒如下图粉色线条所示。 

　　2012年2~3月，在希思罗机场进行了EXE-06.08.01-VP-302验证；2012年7月，在希思罗机场进行了EXE-06.01.08-VP-303验证。这两次使用了实时的atc模拟器，验证了希思罗机场的TBS工具和程序，此外还包括概念培训、工具培训。测试验证的目的是：评估进近管制员在各种风速状况下、使用TBS支持工具、采用TBS最小间隔标准的安全性、人的性能、跑道进场容量，同时还预测了飞机在等待和最后进近时的运行性能与环境影响（排放、噪声）。 

　　模拟结果表明，在希思罗机场进近阶段实施TBS是可行的，在高到达率、强顶风情况下可以带来显著的效益，并减少飞机等待和进近时间。特别是： 

　　• 显著提升飞机进场容量，平均每小时可增加2个降落，在典型样本下可以最多增加5个降落/小时。 

　　• 等待时间平均缩短0.9分钟；进近到接地时间缩短了1.4分钟。 

　　• 对于尾涡对，间隔更精确； 

　　• 小于间隔的情况出现的次数减少了一半； 

　　• 工作负荷没有差异； 

　　• 最后进近管制员的情景认知轻微地减小了（更多地关注于TBS工具，而忽视了具体的机型） 

　　英国希思罗机场于2015年开展了TBS运行，依据顶风数据对现行间隔标准进行调整。TBS将最后进近阶段的间隔规则从距离改变为时间。在最后进近管制员的雷达显示器上以及塔台管制员的空中交通监控显示器上，通过在跑道延长线上提供了间隔标识，以便于最后进近管制员和塔台管制员发布TBS限制。在高到达率、强顶风情况下可以带来显著的效益，并减少飞机等待和进近时间。平均每小时可增加2个降落，在某些情况下甚至可以增加5个降落/小时。等待时间平均缩短0.9分钟；进近到接地时间缩短了1.4分钟。 

　　（三）TBS的主要技术内容分析 

　　在目前的进场运行中，最后进近的间隔是由最后进近管制员采用雷达间隔来保持的，也就是距离间隔，颗粒度不小于0.5海里。如果出现可能的违反间隔趋势，管制员会首先调速，然后使用航向机动，最后才是复飞。在相距跑道入口小于等于4海里时，不再建议使用调速指令。 

　　在常用机型五边飞行速度的特征统计与建模研究方面，通过对典型机场二次雷达记录数据的统计分析，识别出不同机型的调速规律，进而建立间隔压缩模型，有助于更好地配备间隔，确定合理的五边切入时机，一方面可以降低不必要的间隔浪费，提高终端运行效率；另外也有助于降低由于间隔丧失而导致的复飞几率。前后飞机进近时的追赶效应，其本质是后机的减速滞后于前机，使得虽然前后飞机的时间间隔相同，但距离间隔在逐渐减小。因此，要保证在跑道入口处满足间隔要求，在切入下滑道时就需要更大的间隔。 

　　在机场近地面风速的临近预报技术研究与实现方面，利用目前主流的非静力中尺度数值模式WRF开展高分辨率（1-4 km）下多组参数化方案组合的数值模拟试验，结合FFS、ETS等评分指数对机场终端区分钟级别的风场模拟效果进行定量评估，确定最优组合方案；分析现有边界层方案在高分辨率下的预报效果，针对机场终端区风场的时空特征进行统计分析，通过集合预报产品为机场跑道沿线提供顺、逆风及侧风的概率预报；结合多种评价指标（如平均误差、均方根误差RMSE、技巧评分等）对构建的高时空分辨率机场终端区关键点风场、跑道沿线顺、逆风及侧风预报进行定量评估和检验，分析模型优化、改进前后对机场终端区风场预报的影响及其影响机制。 

　　在不同顶风条件下的所需尾流间隔计算方面，假定现行的距离尾流间隔在静风或微顶风条件下的安全性是可以接受的然后将距离间隔换算成时间间隔；在大顶风条件下由于地速减小，因此同样的时间间隔对应的距离间隔就可以缩减。假定先行间隔是基于5节顶风、3度下滑角计算出来的（实际上现行间隔即使在顺风条件下也是安全的，因此这个假设本身是比较保守的），那么当遇到足够大的顶风时，所需尾流间隔就可以有比较大的缩减，如下表所示。 

　　三、应用TBS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TBS技术的新尾流间隔标准，可成为提高效率的有效举措之一。 

　　（一）建议的实施措施 

　　TBS运行与现行尾流间隔存在较大差异，为确保安全、顺利地开展TBS技术的实验验证，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。 

　　1.校企联合技术攻关。TBS涉及到气象观测与临近预报、尾流消散与遭遇分析、五边进近速度统计分析、尾流间隔实时计算、自动化系统升级改造等技术难题，需要校企多方联合，开展技术攻关与测试验证，为标准制定、实验运行、人员训练、设备研发等提供技术基础和决策依据。 

　　2.申请规章偏离。TBS运行与现行尾流间隔存在较大差异，为确保安全、顺利地开展TBS技术的实验验证，需要做好规章偏离工作； 

　　3.系统开发与设备升级。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 TBS的必要保证。因此需要开发动态间隔实施运算系统，能根据接收的气象自动观测数据、前后飞机机型及类别，实时计算出所需的前后机间隔，并发送给空管自动化系统。空管自动化系统及塔台运行管理系统需要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，并根据需要进行间隔提醒和告警； 

　　4.开展安全仿真与评估验证分析。需要从技术上对建立的TBS模型进行安全性分析，包括尾流消散机理分析、消散过程模拟、遭遇严重度评估、遭遇概率仿真计算与分析等。 

　　5.人员培训。实施TBS运行需要开展针对性培训，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。 

　　6.实施效能评估。TBS技术的实施效果与机场交通流状况、风速情况、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。 

　　（二）前景展望与意义分析 

　　针对TBS运行的关键技术进行研究，包括基于雷达记录数据统计分析的常用机型五边调速模型、机场近地面风速的临近预报技术、不同顶风条件下的所需尾流间隔缩减模型等，具有如下意义： 

　　1.提升技术水平，降低管制员负荷和压力。研究常用机型在五边飞行时的调速规律，不仅便于飞行员更好地操控飞机，规范飞机在五边飞行时的趋势预期；同时也有助于管制员更好地管控五边跟随飞行时的间隔压缩量，减少在管制指挥中的不必要间隔余量，实现五边间隔的精细、科学管理；  

　　2.准确分析和预测尾涡的影响范围，更好地确保安全、提高运行效率。通过对近地面风场的精细化临近预报，可以准确分析和预测尾涡的演化与运动趋势，为管控尾流遭遇风险提供数据支持，同时也有助于科学、合理地利用有利风速，动态缩减管制间隔、提高运行效率。 

　　3.制定科学合理的间隔标准，提升在国际空管领域的影响力与话语权。TBS涉及到气象观测与临近预报、尾流消散与遭遇分析、五边进近速度统计分析、尾流间隔实时计算、自动化系统升级改造等技术难题，开展相关技术研究可以进一步提升我国空管的研究能力和国际话语权，为“四强空管”和“民航强国”建设贡献力量和智慧。（作者：丰怀北）