西南地区某机场跑道中段道面沉陷区的检测与评价

对西南某机场跑道部分区域沉陷变形的情况进行专项调查,找到沉陷区域并评价其严重程度,帮助机场运营管理单位掌握飞行区道面状况。首先将跑道检测区按照沉陷程度分为十个闭合水准线路,分区测量点位高程;再将高程数据与设计数据对比分析,运用Surfer、Matlab软件制图呈现和计算跑道沉陷程度;结合道面纵、横坡坡度的改变判断跑道的适用性。评价结论为跑道沉陷部分体积约2700 m~3,约20%测量区域的横坡坡度不符合要求,为避免沉陷情况加剧,应在道面维护工作上做出相应应对措施。

基于IFC标准的机场道面结构信息模型存储与传递方法

为解决机场跑道系统在全生命周期建筑信息模型(BIM)应用中的信息传递和数据交互问题,将工业基础类(IFC)标准在机场跑道系统进行扩展,建立机场道面结构的IFC实体架构,在此基础上创建面向运维应用的刚性道面板实体,并进行几何信息与属性信息的扩展;提出基于IFC的属性信息添加与传递方法,对信息传递过程中的属性信息丢失率进行分析。研究表明:通过建立IFC标准模型,可以实现机场跑道系统的信息传递和数据交互;采用基础模型族扩展法进行机场道面模型传递的属性信息丢失率高达84.21%;采用IFC解析扩展法首次传递可保证信息不丢失,但二次传递信息存在丢失问题;族模型IFC解析扩展法可实现信息首次传递不丢失,二次传递属性信息丢失率低至16.7%,并且采用不同IFC标准版本对模型传递过程中的属性信息丢失率产生较大影响。应用IFC标准进行机场领域扩展具有较高的可行性,所提的信息传递方法可实现机场道面全生命周期信息传递。研究成果可为机场飞行区新IFC实体的扩展提供支持,为机场工程数字化提供技术参考。

机场道面水平钻孔注浆材料的制备与性能研究

为满足机场不停航施工道面下基层水平注浆工程对材料的需求,开展了复合硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥复配试验。制备出符合施工要求的硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥砂浆,并使用维卡仪、截锥圆模、压力试验机等设备研究了材料的凝结时间、流动性、1d抗压强度等。结果表明:硫铝酸盐水泥掺加比例越高,凝结时间越短;水灰比及减水剂掺量对流动性影响较大,同时对其他性能有一定影响。在确认最佳配合比时,经圆柱体强度试件模拟的钻孔注浆和现场试验段重锤式弯沉仪及探地雷达实测结果表明:复合水泥砂浆具有良好的工作性能,道面强度及结构恢复至钻孔前水平,能满足机场不停航施工要求。

Canny算子+模糊C聚类融合的红外热成像机场道面积水识别方法

为解决基于积水可见光图片处理时,受光照变化影响大、夜晚及恶劣天气下难以成像,或成像图像质量低到无法识别的问题。提出一种利用红外热成像+图像处理技术进行积水区域识别的方法,利用红外成像技术拍摄道面积水图像克服了传统拍照方式受光照条件限制的缺陷,进一步针对红外成像积水边界边缘模糊、边缘温度分布无明显规律的特征,提出基于Canny算子和模糊C均值聚类的红外图像积水边缘检测融合算法,并利用该算法对实拍积水红外图像进行处理分析,结果表明:该算法对模糊边界有良好的提取效果,图像分割结果与人工标注的实际面积误差在7%以内,且利用像素点的比值能够快速、准确地获取积水面积,为湿滑跑道道面状况评估提供量化支撑,为飞机在湿滑道面上的安全运行提供有效技术支撑。

基于时频分析的机场跑道平整度评价方法

机场跑道平整度是道面评价的重要内容,目前常用的平整度评价方法无法确定不平整在跑道上的分布情况,也无法针对不同机型飞机的滑跑安全性进行分类评价。基于此,提出了一种基于时频分析的跑道平整度评价方法。基于飞机三自由度动力模型,采用参数化分析方法对飞机以不同速度在具有不同振幅、不同波长的不平整跑道上滑跑时飞机重心处竖向加速度均方根分布特征进行统计分析;反算飞机重心处竖向加速度均方根为0.25g和0.4g时对应的跑道不平整信号的振幅、波长与滑跑速度,建立基于跑道不平整信号频域信息与飞机滑跑速度的飞机滑跑安全振动判断曲面;采用S变换方法对机场跑道高程进行时频分析,得到跑道不同位置处不平整信号的波长与振幅分布曲面;分析飞机在跑道上不同位置的滑跑速度,以坐标位置代替滑跑速度,形成基于跑道不平整信号频域信息与跑道位置的飞机滑跑安全振动判断曲面;与S变换获得的曲面叠加,得到基于时频分析的跑道平整度评价曲面。与现有评价方法相比,所提方法可以对跑道具体位置的平整度情况进行评价,并能够根据不同的机型对跑道平整度分级评价。

基于强模糊云的机场刚性道面易损性评价

为进一步完善民用机场飞行区道面的评价体系,在现有的道面评价管理技术规范基础上,建立新的刚性道面易损性评价体系,综合考虑结构和功能2个方面对道面做出综合易损性评价,分别选取有代表性的5个结构性指标和4个功能性指标,并通过熵权法确定各指标在子体系中的权重,借助模糊云评价模型在定性概念和定量描述之间相互转化的突出优势,在拓展云模型(ECM)的基础上提出强模糊云(SFCM)模型,建立道面综合易损性评价模型。结合中国南部某机场实际机场道面检测数据分析,得到该机场道面综合易损性评价值为2.277,道面评价结果为具有较大易损性,评价结果的置信度接近1,说明计算结果有效,同时与ECM的评价结果(2.123)一致,证明评价结果可靠。SFCM充分考虑评价指标不完全符合标准正态分布的特性,构建偏峰分布并增强区间过渡的模糊性,评价结果更符合实际。

机坪管制移交区域划设影响因素研究

论文针对机坪管制移交工作中责任边界划设问题,构建机坪管制移交区域划设影响因素体系,将灰数系统理论融入DEMATEL-AISM模型中,利用中心度与熵权法改进模型主观赋权问题,构建Grey-DEMATEL-AISM模型,探寻因素间耦合关系,划分因素层级结构,并根据成都双流国际机场机坪管制移交情况进行实例验证。结果表明:机坪管制移交区域划设影响因素共15个,其结构体系可划分为5个层次,机坪管制员负荷与空管塔台管制员负荷为原因度最小的结果因素,位于上层直观层;塔台位置、跑滑构型等12项因素位于中间过渡层;场面流量是原因度最大的原因因素,位于底层根源层。

基于范数灰关联-动态功效系数法的机坪U型区空间效率评估

为了确定机坪U型区空间效率评估指标体系及其指标的重要程度,分别从机坪设计和机坪运行两个维度建立机坪U型区空间效率评估指标体系。基于此提出了基于范数灰关联-动态功效系数法的机坪U型区空间效率评估方法。并以10个国内大型运输机场航站楼对应的U型区机坪为例进行计算,得到了影响机坪U型区空间效率各指标的权重及各机场航站楼对应的U型区机坪的空间效率评分。提出在U型区设计时应着重考虑指廊边机位个数、U型区指廊纵深和U型区底边长度3个指标。结果表明,该方法能够较为科学地对机坪U型区空间效率影响因素进行综合分析,有效评判不同构型机坪U型区空间效率。

近距平行跑道机场绕行滑行道使用策略研究

为了给近距平行跑道机场制定和优化航空器场面运行策略提供理论依据,提升跑道运行安全水平和效率、减少机场运行场面冲突、降低安全隐患。分析并建立基于进、离港航班平均地面滑行时间最小为目标的绕滑(end-around taxiway,EAT)运行决策模型,并以某机场两条近距平行跑道绕滑运行为例,采用数值计算和AirTOp运行仿真软件两种方式验证了该模型的可行性。算例结果表明:由该模型确定的绕滑使用策略,可以同时降低机场进、离港航班的延误水平,提高地面滑行效率。通过对该机场航班运行数据的进一步研究发现,起飞跑道交通密度与绕滑使用率之间存在较为明显的正相关关系,进而提出针对该机场在高峰小时运行架次和起降比变化情况下的绕滑运行策略。

基于跑道容量的中小机场滑行道位置优化研究

随着民航业的快速发展,中小机场航班量持续增长,中小机场跑道服务能力逐渐成为机场发展与规划的重要因素。针对民航中小机场跑滑结构简单,跑道占用时间较长等特点,构建了跑道占用时间影响下,考虑跑道运行规则以及管制规则的全着陆、全起飞以及混合运行跑道容量模型。提出了基于跑道容量的滑行道位置优化模型。利用数学模型绘制容量变化曲线进行滑行道位置优化,并搭建AnyLogic仿真模型对理论模型进行仿真验证。结果表明,在不同起降比例下,通过对滑行道位置进行仿真优化,可为滑行道位置设置提供参考方案以提升中小机场跑道容量。

装配式刻槽道面宏观构造特征参数研究

本文以A320主起落架轮胎与装配式道面板为研究对象,首先,基于能量损耗理论及摩擦学基本原理,建立轮胎与道面之间的能量耗散方程,从而得出道面宏观构造特征参数与摩擦耗散之间的量化关系。其次,利用ABAQUS建立飞机轮胎-道面板相互作用动力仿真模型。最后,通过仿真实验得到最优的装配式刻槽道面的构造特征参数(刻槽深度、刻槽宽度、刻槽倒角),结果表明:当刻槽宽度为30 mm、刻槽深度为2 mm、刻槽倒角为45°时,装配式道面板可以显著增强道面抗滑性能,具有良好的摩擦耗散性能,与轮胎接触面更大,抓地性能更好,可以提高装配式道面板的耐久性。

基于Q-Learning的航空器滑行路径规划研究

针对传统算法规划航空器滑行路径准确度低、不能根据整体场面运行情况进行路径规划的问题,提出一种基于Q-Learning的路径规划方法。通过对机场飞行区网络结构模型和强化学习的仿真环境分析,设置了状态空间和动作空间,并根据路径的合规性和合理性设定了奖励函数,将路径合理性评价值设置为滑行路径长度与飞行区平均滑行时间乘积的倒数。最后,分析了动作选择策略参数对路径规划模型的影响。结果表明,与A*算法和Floyd算法相比,基于Q-Learning的路径规划在滑行距离最短的同时,避开了相对繁忙的区域,路径合理性评价值高。

基于LSTM的机场飞行区活动目标潜在冲突预测

针对机场飞行区冲突不断的问题,提出一种基于长短期记忆(LSTM)网络预测机场飞行区活动目标潜在冲突的方法。根据复杂网络理论,以航空器和车辆2类活动目标为研究对象,建立飞行区活动目标网络,设置网络动态演化模型,输入运行数据计算多个网络特征指标,对指标时间序列进行主成分分析,拟合成潜在冲突指数;利用Keras框架搭建LSTM网络模型,将指标时间序列输入LSTM网络进行训练和预测,并与其他预测方法对比;用西安咸阳机场实际运行数据进行实验,将预测值与真实值进行对比,各项指标预测均方误差分别为1.608%、13.126%、0.072%、0.004%、0.014%。结果表明:通过建立飞行区活动目标网络模型,可以用网络特征指标从不同角度刻画潜在冲突;LSTM网络可以有效预测飞行区活动目标网络的潜在冲突,提醒相关人员预防冲突发生,降低冲突概率。

变暖背景下砾石换填对多年冻土区机场跑道下地温场的影响

受气候变暖影响,东北北部地区冻融灾害频发,对寒区工程设施造成了重要影响。地基温度场的研究是分析与解决工程基础冻融灾害的重要手段。文中我们以漠河机场跑道为对象,通过有限单元法研究了洁净砾石换填对机场道基温度场的影响,并对运行30年内道基温度场进行预测。结果表明,换填使季节最大冻结深度(MSF)增加,且换填对道基下MSF的水平影响范围在道面中心线两侧30 m左右。之后,通过比较不同换填深度(1.5(顶)~3.5(底)、1.5~4.5、1.5~5.5和1.5~6.5 m)的道基温度场变化,发现:换填底部深度达到4.5 m时,MSF变化的速率开始减小。最后,根据IPCC第六次评估报告(AR6)未来100年间不同气候变暖速率模型模拟研究了无换填与不同换填深度下的MSF可能变化。结果发现,到2100年,在SSP2-4.5情景下,未换填及不同换填深度的道基下MSF分别为1.63、1.86、1.84、1.84和1.84 m。因此,利用换填法来减少跑道冻融灾害时换填深度应至少达到4.5 m。同时,应加强漠河机场道基地表水与该跑道区地下水的防排水设施建设与维运。研究结果有助于进一步认识换填对多年冻土和活动层水热状态的影响,可为解决道基冻胀和融沉问题提供重要科学依据。

考虑空域时空特性的动态多跑道使用策略优化方法

多跑道机场飞行区运行效率低下会导致空域-跑道系统容流供需失衡,进而造成终端区空域交通拥堵、航班延误现象频发。为提升多跑道机场终端区运行效率,借助全空域与机场模型软件(total airspace and airport modeler,TAAM)建立空域仿真模型,针对不同运行模式动态转换下对终端区交通流走向、扇区开合等空域时空特性的影响进行分析,提出1种考虑不同运行时段内终端区机场走廊口流量配比和进离港流量分布的动态多跑道使用策略优化方法。首先,使用TAAM综合考虑不同跑道运行模式下各扇区内航班流量、高度变更、移交协调及冲突解脱对管制负荷的影响,拟合得出不同跑道运行模式下基于当量航空器架次的各扇区管制负荷函数。以终端区内航班平均飞行时间、平均延误时间及管制员工作负荷为优化目标,建立了跑道使用策略优化模型。设计了1种基于航空器基本性能数据库(the base aircraft data,BADA)的多目标非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),并结合机场实际运行条件在无运行限制、运行方向限制、运行模式限制等5种场景下进行仿真计算。对各场景Pareto最优解集进行评价得出不同场景下最优跑道使用策略,并使用TAAM进行仿真对比验证。结果表明:无运行限制和运行方向限制相较于单一跑道运行模式的航班服务效率提升10.15%,5.01%;管制员工作负荷减少3.91%,3.4%;延误时间减少28.86%,19.46%。

不同季节影响下复合道面力学响应分析

为了研究复合道面在不同季节时的力学响应,以中原地区某机场改造项目为项目背景,借助三维有限元软件,建立了道面有限元模型,分析了复合道面在温度影响下的力学响应,并与机场监测数据进行对比,验证了模型的准确性。研究发现:大气温度所能影响的道面深度范围在0.56 m以内,和大气温度相比,道面面层温度峰值远大于气温峰值;道面内部不同结构层之间温度变化趋势相同,随着道面深度的加深,温度峰值逐渐递减,并且出现时间具有延迟现象;在不同季节,道面在相同机型作用下所产生的变形不同,说明温度对于道面的受力是有影响的,其中混凝土层在冬季时所产生的应变值比夏季所产生的减少约74%,变化比较明显。

极地高密度烧结雪层无侧限压缩离散元分析

从新雪变成老雪的过程叫作“烧结”,对雪层进行人工压实和烧结是建设极地机场跑道的主要方法,雪层烧结使雪颗粒间胶结尺寸增加,雪层强度增强。为探究人工压实烧结雪层在无侧限压缩荷载下的胶结接触破坏规律和承力机理,本研究采用三维离散元方法模拟了密实烧结雪层无侧限压缩试验,在室内试验结果基础上构建雪的胶结接触模型并标定接触参数,通过建立压实烧结雪离散元模型,进行了无侧限压缩加载模拟。模拟的结果验证了离散元模拟的有效性并表明:(1)在无侧限压缩下,密实烧结雪试样在剪切带区域发生集中胶结破坏,胶结断裂主要归因于接触在受拉状态下受剪;(2)冰雪颗粒的破碎会影响冰雪道面的抗剪强度,因此需要慎重考虑高应力对内摩擦角的影响。本研究将为极地地区通过压实烧结雪层简单现场试验预测其复杂应力路径下的力学特征提供科学支持。

道面摩擦系数测量方法研究:特定工况下估算模型构建与验证

随着我国民航业的快速发展,飞机起降安全问题是机场当局面临的重要考虑和挑战。轮胎与跑道接触面上产生的摩擦力被认为是飞机安全着陆的关键因素,而对于摩擦系数测量方法的研究是解决我国道面摩擦系数测量工作的重要任务。提出一种基于有限元的道面摩擦系数测量方法,利用ABAQUS进行轮—路相互作用的多物理场耦合分析,分别获得不同载荷、气压和速度工况下摩擦系数与胎面摩擦(剪)应力之间的关系。通过分析获得单变量工况与多变量工况下摩擦应力的变化趋势,然后利用拟合法逆向求解摩擦系数,建立不同工况的摩擦系数估算模型,实现在特定工况下仅依靠胎面摩擦应力估算摩擦系数的测量方法。最后,采用机场跑道摩擦系数测试车对标准工况下的估算模型进行验证。6次测试距离为3000 m的实验结果表明,估算测量与实际测量之间的误差为2.47%~4.13%,通过实验验证了基于有限元法所构建的估算模型的有效性与准确性,为道面摩擦系数测量方法的研究提供思路。

飞机着陆数值仿真及机场道面动载特性研究

为研究飞机着陆滑跑过程民用机场道面动荷载特性,以Boeing737-800机型为例,基于动力学仿真软件VI-Aircraft,建立了机身、起落架及轮胎三维数值仿真模型,根据某机场道面实测平整度数据创建道面仿真模型,形成了一套考虑气动力变化特性的飞机着陆冲击仿真方法,并通过相关起落架系统落震试验以及飞机-地面运动学理论解析两方面验证了仿真方法的可靠性。此外,系统讨论了各类着陆状态参数对道面动载特性的影响,明确了不同着陆状态参数影响下道面动载系数量化取值范围,揭示了各着陆状态参数对道面动载响应的影响规律及影响机理。研究结果表明:随着陆质量、接地速度及滚转角增大,道面动载响应显著增强;随着陆航向速度增大,道面动载响应明显减小;而随俯仰角增大,道面动载响应整体呈现波动减小的趋势。飞机着陆过程中道面动载系数敏感性因素从大到小依次为:航向速度、着陆质量、接地速度、滚转角与俯仰角,充分考虑各着陆状态参数影响,一般情况下道面动载系数DIM分布区间为1.18~1.80。研究成果可进一步拓展用于飞机着陆跑道桥的分析研究。

飞机与地铁动载下道基动力响应现场监测及分析

为了探究飞机滑行荷载与下穿地铁运行荷载联合作用下机场滑行道道基的动力响应,对某濒海软土机场一条滑道实施实时监测,在地铁线临近穿过滑行道的位置布置加速度传感器,以获取机场滑行道地层动力响应信号。通过分离响应信号获得地铁荷载所对应长、短周期频率的响应信号,在频域上对地铁长、短频率信号进行幅值对比,分离出地铁与飞机的动力响应主频率。结果表明,飞机的动力响应主频率为5~30 Hz,地铁的动力响应频率主频率为30~60 Hz,飞机滑行荷载对机场滑行道产生的动力响应是地铁穿行引起的动力响应的6倍以上。