第39卷第2期2021年4月
胡椒粉吃多了Vol.39No.2
April2021中国民航大学学报
JOURNAL OF CIVIL AVIATION UNIVERSITY OF CHINA
基于RECAT-EU的尾流间隔缩减效果预测
山药鸽子汤
王雪瑶打吕佳航巴魏志强2b
(1.北京交通大学交通运输学院，北京100044;2.中国民航大学a.航空工程学院；b.空中交通管理学院，天津300300)
摘要：RECAT(recategorization)-EU是由欧洲航行安全组织提出的尾流间隔分类标准遥为分析RECAT-EU标准的实施效果，首先介绍了标准的提出背景，然后建立相应的机场理论容量提升效果预测模型，并利用Mat-lab开发预期理论容量提升计算软件，最后利用所开发软件仿真分析了广州白云国际机场不同时间段和各类机型数量占比变化情况下的机场理论容量提升效果遥仿真结果表明袁实施RECAT-EU尾流间隔标准后袁该机场理论容量可提升约6%遥
关键词：空中交通曰尾流间隔曰机型分类曰机场容量学做面食
中图分类号：V355文献标志码：A文章编号：1674-5590(2021)02-0012-04
Prediction of wake turbulence paration reduction effect bad on RECAT-EU
WANG Xueyao x,LYU Jiahang2a,WEI Zhiqiang2b
(1.School of Traffic and Transportation,Beijing Jiaotong University,Beijing100044,China;
2a.College of A eronautical Engineering;2b.College of Air Traffic Management,CA UC,Tianjin300300,China)
Abstract:RECAT(recategorization)-EU is propod by EUROCONTROL as a wake turbulence paration standard.In order to analyze the implementation effect of RECAT-EU,firstly,the background of the standard is studied,then the corresponding theoretical capacity improvement prediction mode are established and the expected capacity improvement calculation software is developed by Matlab.Taking Guangzhou Baiyun International airport as an example,the capacity improvement effect in different time periods and for different types of aircrafts is simulated and analyzed by using this software.Simulation results show that the implementation of the RECAT-EU w
ake turbulence paration standard can increa the capacity by about6%.
Key words:air traffic;wake turbulence paration;aircraft type classification;airport capacity
随着民航业高速发展，空域资源紧张和地面保障不足等问题日渐加剧，机场容量和运行效率都亟待提高［1］。机场容量和运行效率与终端区飞机最小间隔密切相关，而间隔标准受限于空管监视能力和尾流间隔叫在不改变其他影响机场容量因素的情况下，机场运行效率主要由尾流间隔决定，缩小尾流间隔能明显提升跑道容量讥
目前，国际民航组织(ICAO)尾流间隔标准将机型按最大起飞重量(MTOW,maximum take-off weight)分为3类：轻型机(MTOW臆7t)、中型机(7t<MTOW臆136t)、重型机(MTOW>136t)。对于A380，则将其单独划分为超级重型机r。在保证安全的前提下，现行尾流标准显得过于保守，存在缩减尾流间隔的潜力。欧洲和美国都先后提出通过调整航空器尾流间隔实现机场运行效率和机场容量的提升，且其安全性不低于现行运行标准的尾流再分类标准(RECAT,recategorization)［6］。欧洲提出的RECAT-EU标准不仅把最大起重量作为分类因素之一，同时还考虑了翼展的影响，且对某些特定机型还进行了进一步分类。其将飞机分为6类: F类(MTOW臆15t)、E类(15t<MTOW臆100t，翼展臆32m)、D类(15t<MTOW臆100t，翼展>32m)、C类(MTOW>100t，翼展臆52m)、B类(MT0W>100t, 60m臆翼展臆72m)、A类(MTOW>100t,72m<；翼展臆80m)。欧洲于2007年提出了尾流重新分类的概念，尾流重新分类初期被命名为RECAT1，然后于2015年7月被改名为RECAT-EU并发布了RECAT-EU尾
收稿日期：2019-11-26；修回日期：2020-03-10
基金项目：国家自然科学基金项目(U1633125,71701202)；中央高校基本科研业务费专项(3122017067)作者简介：王雪瑶(1997-)，女，重庆人，硕士研究生，研究方向为交通运输规划与管理.
第39卷第2期王雪瑶，吕佳航，魏志强：基于RECAT-EU的尾流间隔缩减效果预测-13-
流分类和进离场的最小间隔文件［7］。美国联邦航空管理局(FAA,Federal Aviation Administration)于2009年联合多个机构开展了RECAT技术的可行性研究。美国孟菲斯国际机场于2012年11月开始运行RECAT，是世界上第一个运行RECAT的机场。2010年日本启动了空管系统协同行动，计划2018年完成第一阶段RECAT技术的跟踪、消化和推广应用［8］o
国内对RECAT技术的研究还不成熟。聂润兔等［9］分析了RECAT标准对跑道容量的影响；魏志强等问通过比较不同国家和地区RECAT标准的差异，分析加权平均尾流间隔最小标准及各机型占比对机场容量的影响。中国民用航空局于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ICAO在航空系统组块升级(ASBU)中效能改进领域1(机场运行)有关“尾流间隔”引线(thread/对应的全部模块要求［11］。2019年1月23日，中国民用航空局空中交通管理局在广州、深圳两场航空器尾流再分类管制实验运行宣传贯彻动员工作会上，对广州、深圳实施的尾流重新
分类方案进行了详细讨论问。
为分析RECAT-EU的尾流缩减效果，首先构建相应的机场理论容量提升效果预测模型，然后开发预期理论容量提升计算软件。以广州白云国际机场(简称白云机场)航班信息数据为例，利用所开发软件分析了不同时间段和各类机型数量占比变化情况下机场容量的提升效果，最后得出相应结论。
1预测模型建立
利用尾流间隔大小来反映机场容量提升时需做出以下假设:①飞机对跑道的请求是连续不断的;
②飞机的离场、到达概率完全是随机的;③只有尾流间隔是变量，其他任何与机场容量相关的因素都是固定值。
水利工程造价假定某机场一共有M架飞机，某飞机i在到达或离场的飞机流中出现的概率为P i，其后紧邻的飞机j 在到达或离场的飞机流中出现的概率为P，假设前机i与后机j的出现是相互独立事件，则可得到飞机对(i,,)在到达或离场飞机流中出现的概率为
P j=P伊P(1/对于特定的飞机对(i,,)，在相应尾流间隔分类标准下，能得到相应飞机对的最小尾流间隔Sj，则该机场单位时间内的加权平均尾流间隔为
M M
$=移移P ij伊S j(2/ i=1j=1
根据RECAT-EU和ICAO标准可分别计算出不同的加权平均尾流间隔，假设RECAT-EU标准下的最小加权平均尾流间隔为S r,ICAO标准下的最小加权平均尾流间隔为S l，则机场容量提升量可表示为I_(S l-S/S l(3/
2软件开发及功能模块
根据所建立的计算模型，利用Matlab进行软件开发设计。具体运算流程如图1所示。
图1软件运算流程
Fig.1Software operation process
2.1航班信息数据处理模块
将收集的机场航班信息数据整理为*.CSV文件；在Matlab中使用fopen函数打开文件；然后利用texts-can函数读取文件；最后设置相应变量，并利用循环语句和ismember函数进行循环判断，将每列数据读入相应的变量中。具体步骤如图2所示。
图2航班信息数据处理模块实现流程
Fig.2Working process of flight information data processing module
2.2时间数据处理模块
对于时间数据，分别进行了两种形式处理:①读
-14-中国民航大学学报2021年4月
取航班信息数据中的时间参数，按年、月、日、时分开存储;②将时间参数转换为相应整数，用于后续进行筛选和对比。具体处理过程如图3所示。
图3时间处理模块实现流程
Fig.3Working process of time processing module
2.3标准间隔数据整理与读取模块
对于同一种机型，其在RECAT-EU与ICAO中的类型及尾流间隔存在差异。因此，需要把航班信息数据中的所有机型在RECAT-EU与ICAO标准下的分类都整理出来，然后存储在EXCEL表中；然后在Matlab 中利用xlsread函数读取EXCEL文件；最后设置相应变量分别用于存储RECAT-EU和ICAO的机型类别和尾流间隔。具体实现过程如图4所示。
图4标准间隔数据整理与读取流程
Fig.4Sorting and fetching process of paration standard data
2.4预期容量提升计算模块
志愿者培训方案
为计算加权平均间隔，分别编写了机型数量占比函数和加权平均间隔函数。通过外部输入相应的时间，筛选出该时间段内的机型种类，并计算出这些机型的数量占比；利用数量占比来反映机型出现的概率；将所有机型两两组对计算出其组合概率。通过查找RECAT-EU和ICAO标准下的尾流间隔，利用组合概率乘以尾流间隔就得到此种组合下的加权间隔；再将所有飞机组合所得加权间隔求和就得到机场的RECAT-EU和ICAO的加权平均尾流间隔；最后利用式/3）可求得机场容量的提升量。具体实现过程如图5所示。
图5容量提升计算的实现流程
Fig.5Working process of capacity increa calculation
2.5软件界面设计
为了方便用户使用机场预期容量提升计算软件，设计了相应的软件界面。用户只需在软件界面中加载相应的机场数据和时间，就能得到该机场在相应时间内使用RECAT-EU标准后的容量提升数据。具体软件界面如图6所示。
tr
mmciw H h ues'
整n e
wflws：■■■
RECAT-EU I*Wft
图6软件界面
Fig.6Software interface
3基于RECAT-EU技术下的效果分析
3.1不同时间尺度下效果分析
为了分析不同时间尺度下使用RECAT-EU时的机场预期容量提升效果。利用收集的白云机场2018年1月170—1月31日的航班信息数据，对RECAT-EU尾流间隔缩减效果进行计算分析。首先以时间为变量进行相应的计算分析，分别计算白云机场进港航班在1月17日一1月31日（15d）,l月18日一1月24日（7d）,l月18日一1月22日（5d）,l月18日当天（1d）,
第39卷第2期王雪瑶，吕佳航，魏志强：基于RECAT-EU的尾流间隔缩减效果预测-15-
1月18日10点一22点(12h)及1月18日11点一12点(1h)不同时间段内的容量提升效果，结果如表1所示。
表1不同时间段下的提升效果变化
Tab.1Increasing effect vs.time period
%时间段容量提升时间段容量提升
15d 6.19d 6.32
7d 6.2112h 5.83
5d 6.251h 5.61
从表1中可看出，在不同时间段的情况下，容量提升效果也会发生变化，但基本稳定在5.6%~6.4%。这是由于每个时间段内机型不同，每种机型飞机数量不一样导致其容量提升效果产生变化。
3.2改变机型数量占比下的效果分析
将白云机场中的各类机型数量都以1%的间隔从0增加到10%，同时保持其他机型数量不变，分析机场容量提升效果的变化，结果如图7所示。
%
、富*
炖
豊
职业生涯规划引言机型数量占比/%
图7改变机型数量占比下的提升效果变化
Fig.7Increasing effect vs.aircraft type
从图7可看出，当增加B、C类机型数量占比时，容量提升效果逐渐增大;C类飞机对应的直线斜率大于B类飞机，反映出C类飞机对机场容量提升效果影响更大，这是由于C类飞机最大起飞重量小于B类飞机，在RECAT-EU标准下C类飞机的尾流间隔缩减程度大于B类飞机；当增加A、D、E、F类机型数量占比时，容量提升效果都呈下降趋势，也呈线性关系；当F类机型数量占比超过飞机总量的7%时,RECAT-EU不但没有提升机场容量，反而降低了机场容量。RECAT-EU考虑到轻型飞机重量过轻，若其处在重型机与中型机的尾流区域中，会受到极大影响。因此，在ICAO 的尾流间隔之上增加了轻型机的尾流间隔。但在实际情况下一般大型机场的轻型机数量占比通常在1%以下，因此,RECAT-EU不会出现使机场容量提升为负的情况，且大型机场的提升效果要好于小型机场。
4结语
通过上述分析可得出以下结论:
关于理想的事例1)ICAO中现存尾流间隔分类过于保守,RECAT-EU标准下机场容量会在原有基础上显著提升，约在6%左右；
2)时间尺度和机型数量占比都会影响RECAT-EU的实施效果；
3)当B、C类机型数量占比提升时，使用RECAT-EU会使容量提升效果更理想；当A、D、E、F类机型数量占比提升时,RECAT-EU的容量提升效果会变差；容量提升与机型数量的改变呈线性关系；
4)由于大型机场B、C类机型数量占比最大，且F 类机型数量极少，几乎可以忽略，因此大型机场使用RECAT-EU技术，其容量提升效果会更加明显。
参考文献：
[1]徐肖豪，赵鸿盛，王振宇.尾流间隔缩减技术综述[J].航空学报,
2010,31(4):655-662.
[2]吴浩宁，李雄，陈芊.首都机场地面运行容量仿真研究J].航空
计算技术,2016,46(3):101-105.
[3]胡军，徐肖豪.空中交通中尾流间隔的研究J].中国民航学院学
报,2002,20(4):1-5.
[4]牛田田，高浩然，何昕.尾流间隔优化在提升跑道容量中的应用
[J].中国科技信息,2019(7):46-47.
[5]潘卫军，冉斌，吴郑源，等.尾流间隔分类标准综述J].中国民航飞
行学院学报,2019,30⑵:54-57,62.
[6]魏志强，牟明江.飞机尾流间隔标准中的机型分类方法J].空军工程
大学学报(自然科学版),2019,20(1):32-37.
[7]FREDERIC R,VINCENT T.RECAT-EU European wake turbulence
categorisation and paration minima on approach and depature:edition1.1[R].Brusls:Eurocontrol,2015.
[8]FAA.Recategorization(RECAT)of FAA wake tubulence paration
categories at specific airports:SAF012007[R].Washington DC:Federal Aviation Administration,2013.
[9]聂润兔，李冰冰.尾流分类新标准(RECAT)对跑道容量影响分析[J].
航空计算技术,2015,45(；4):4-7.
[10]魏志强，牟明江，李志远.RECAT间隔标准的差异性对比与计算分
析[J].航空计算技术,2017,47(4):6-9,13.
[11]杨红雨，杨波，武喜萍，等.智能化空管技术研究与展望[J].工程
科学与技术,2018,50(4):12-21.
[12]李芳芳，李经纬.中国民航进一步推进航空器尾流重新分类技术应
低压低是什么原因用[EB/0L].(2019-02-25)[2020-03-05]./ 2019/0225/190249.shtml.
(责任编辑：刘智勇)
