Анализ методов управления потоками

Раздел 1. Обоснование  нормативов пропускной способности  зоны взлета и посадки.

 

1.Расчет минимальных временных  интервалов (МВИ) занятости ВПП  при выполнении взлетно-посадочных  операций и определение позиций  ВС на схеме захода на посадку.

Основными факторами, определяющими порядок  расчета МВИ и определения  позиций ВС на схеме захода на посадку, является режим использования и  количество ВПП, наличие и характеристики РД, взлетно-посадочные характеристики ВС, эксплуатируемых на данном аэродроме  и другие.

  ВПП  может использоваться в четырех  режимах «взлет-взлет», «посадка-посадка», «посадка-взлет» и «взлет-посадка».

   При расчете МВИ для всех  четырех режимов использования  ВПП проводится хронометраж взлетно-посадочных  операций по каждому из эксплуатируемых  на данном аэродроме типов  ВС. На основании протоколов измерений  заполняется специальная таблица  рассчитанного среднего значения  каждого элемента взлетно-посадочных  операций.

Таблица 1.

ВС	Трул, с	Тразб. С	Тнаб, с	Твпп, с	Твпр, (БПРМ)	Ттвг, с	Тдпрм, с	Vзп, м/с	Нтвг, м	УНГ, град
Ил-86	75	45	40	95	10.5	101	42	95	500	3
A 300	110	60	45	90	12.5	120	50	80	500	3

 

На аэродроме эксплуатируются Ил-86(60%) тяжёлый, А-300(40%) тяжелый.

Найдем  значения S твг для данных типов ВС:

• Sтвг= Нтвг/tgУНГ;  
• Sдпрм=4000 м, 
• Sбпрм=1000 м,  
• S твг=9600 м.
• Ттвг=Sтвг/Vзп,   
• Тдпрм=Sдпрм/Vзп,   
• Твпр(бпрм)=Sбпрм/Vзп

Режим «взлет-взлет».

МВИ в  этом режиме определяется следующим  образом. Диспетчер старта (СДП) дает разрешение занимать исполнительный старт(ИС) второму ВС, находящему на предварительном старте (ПС), после прохождения взлетающим ВС места расположения РД, на которой на ПС ожидает второе ВС. Поэтому управляемый интервал может быть измерен как интервал времени между двумя последовательными командами диспетчера о разрешении занимать исполнительный старт двум претендующим на взлет ВС.

В ряде случаев этот интервал совпадает  с интервалом занятости ВПП, измеряемым от времени выдачи разрешения на занятие  исполнительного старта до времени  прохода первым ВС соответствующей  РД при разбеге. Вместе с тем, на многих аэродромах могут быть такие условия  организации движения, когда ∆tри невелика, и второе ВС достаточно быстро занимает ИС, после чего вынуждено ожидать выполнения второго условия безопасности движения- занятия первым ВС заданной высоты после взлета. В этом случае управляемый интервал определяется временем между двумя последовательными командами диспетчера о разрешении взлета ∆tрв.

С учетом сказанного, управляемый интервал движения «взлет-взлет» определяется соотношением:

tвв=max {∆tрв , ∆tри},   где ∆tрв=tразб+tнаб, а  ∆tри=∆tрул.

Определяем  средний интервал занятости ВПП  в режиме «взлет-взлет» по формуле (1) с использованием данных таблицы  №1 для вариантов взлета в последовательности:

• Ил-86 за Ил-86,
• Ил-86 за А-300,
• А-300 за Ил-86,
• А-300 за А-300.

 

Пусть Ил-86 – самолет №1, а А-300 – самолет №2, тогда множество возможных вариантов примет вид (11,12,21,22). Следовательно, вероятности данных вариантов (как независимые события), соответственно равны:

Ил-86 за Ил-86     (11)                   Р11=Р1×Р1=0,6×0,6=0,36

Ил-86 за A-300      (12)                   Р12=Р1×Р2=0,6×0,4=0,24

A-300 за Ил-86    (21)                   Р21=Р2×Р1=0,4×0,6=0,24

A-300 за A-300      (22)                   Р22=Р2×Р2=0,4×0,4=0,16

 

Учитывая  Федеральные авиационные правила (ФАП), где установлены следующие  интервалы (МВИ) между последовательными  взлетами и посадками ВС:

- легкие  за средними и тяжелыми - 3мин;

- средние  и тяжелые за тяжелыми - 2мин;

- в  других случаях - не менее 1мин. 

 

Т11= max {75;45+40}=85 с, но по ФАП Т11=120 с,

Т12= max {75;60+45}=105 с, но по ФАП Т12=120 с,

Т21= max {110;45+40}=110 с, но по ФАП Т21=120 с,

Т22= max {110;60+45}110 с. по ФАП Т22=120 с,

Определим среднее время занятости ВПП  по формуле:

 

 

tвв=0.36*120+0.24*120+0.24*120+0.16*120=120 с; (2)

 

 

 

 

 

 

Режим «посадка-посадка».

При использовании  ВПП в этом режиме МВИ определяется исходя из следующих условий: в момент освобождения ВС на ВПП второе судно, выполняющее заход на посадку  вслед за первым, должно находиться не ближе БПРМ.

• Заход обычный:

tпп={tвпп+tвпр}

Т11={95+10,5}=105,5 с, но по ФАП Т11=120 с.

Т12={95+12.5}=107.5 с, но по ФАП Т12=120 с.

Т21={90+10.5}=100.5 с, но по ФАП Т21=120 с.

Т22={90+12.5}=102.5 c. но по ФАП Т22=120 с

 

tпп=0.36*120+0.24*120+0.24*120+0.16*120=120 с.

 

• Заход автоматический:

tпп={tвпп+tтвг}

Т11={95+101}=196 с,

Т12={95+120}=215 c,

Т21={90+101}=191 с,

Т22={90+120}=210 c.

 

 

tпп=196*0.36+215*0.24+191*0.24+210*0.16=201.6 с.

 

 

 

 

 

 

Режим «посадка-взлет».

На  данном этапе МВИ определяется исходя из следующих условий: выруливание  вылетающих ВС с предварительного на исполнительный старт возможно после  приземления ВС, заходящего на посадку, а взлет может быть разрешен только после освобождения ВПП приземлившимся ВС.

tпв={tвпп;tрул}

Т11= max {95;75}=95 с,

Т12= max {95;110}=110 с,

Т21= max {90;75}=90 с,

Т22= max {90;110}=110 с

Определим средний интервал занятости ВПП  по формуле 

 

 

tпв=95*0.36+110*0.24+90*0.24+110*0.16=99.8 c. 

 

 

Режим «взлет-посадка».

Данный  режим является наиболее важным с  точки зрения влияния на безопасность полетов и именно для него наиболее тщательно обрабатывается статистический материал, чтобы с учетом среднеквадратических отклонений по типам ВС определить средний интервал времени, затрачиваемый  с момента выдачи разрешения на занятие  исполнительного старта до начала разбега. МВИ при использовании ВПП  в этом режиме определяется исходя из следующих условий:

-заходящее   на посадку ВС должно быть  не ближе ДПРМ (4км), а взлетающее  – занимать начало разбега  при полетах по ППП;

-заходящее   на посадку ВС должно быть  над ТВГ, а взлетающее на  установленной ИПП для взлета  конкретного типа ВС высоте (100 м, 200м )- при заходе ВС в автоматическом режиме.

Полеты по ППП.

а) Заход обычный:

tвп (ППП)= tдпрм

Здесь так же необходимо учесть, что по ФАПу, сказано, что между взлетом и посадкой ВС при полетах с одной или параллельной ВПП, расстояние между которыми менее 1000м - 45 с., следовательно

Т11=42 с, но по ФАП Т11=45 с,

Т12=42 с, но по ФАП Т12=45 с,

Т21=50 с,

Т22=50 с.

 

 

tвп=0.36*45+0.24*45+0.24*50+0.16*50=47 c.

 

Для режима «взлет-посадка» расчетная величина позиции во времени определяется с учетом времени руления (tрул) ВС с ПС на исполнительный старт.

tпвс(ППП)=tрул+ tдпрм

 

Т11=75+42=117 с,

Т12=75+50=125 с,

  Т21=110+42=152 с,

  Т22=110+50=160 с.

В УВД  временные величины tвп и tпвс переводятся в линейные величины:

 

Двп(ППП)= tвп(ППП)×Vзп ;            Дпвс=tпвс×Vзп.

Двп11=45×95=4275 м.,             Дпвс11=117×95=11115 м,

Двп12=45×80=3600 м.,                Дпвс12=125×80=10000 м,

Двп21=50×95=4750 м.,                Дпвс21=152×95=14440 м,

Двп22=50×80=4000 м.,                Дпвс22=160×80=12800 м.

 

б) Заход автоматический:

tвп= tразб+tнаб+tтвг

Т11=45+40+101=196 с,

Т12=45+40+120=205 с,

Т21=60+45+101=206 с,

Т22=60+45+120=225 с.

 

tвп=0.36*196+0.24*205+0.24*206+0.16*225=205.2 c.

 

Определим расчетную величину позиции во времени  с учетом времени руления (tрул) ВС с ПС на исполнительном старте:

tпвс=tрул+ tразб+tнаб+tтвг

Тпвс11=75+45+40+101=261 с,

Тпвс12=75+45+40+120=280 с,

Тпвс21=110+60+45+101=316 с,

Тпвс22=110+60+45+120=335 с.

 

Приведем  временные значения tвп и tпвс в линейные значения:

             Двп=tвп×Vзп ;                         Дпвс=tпвс×Vзп.

Двп11=196×95=18620 м.,                Дпвс11=261×95=24795 м,

Двп12=205×80=16400 м.,                Дпвс12=280×80=22400 м,

Двп21=206×95=19570 м.,                Дпвс21=316×95=30020 м,

Двп22=225×80=18000 м.,                Дпвс22=335×80=26800 м.

 

 

 

 

 

 

1.2 Определение нормативов пропускной  способности ЗВП.

 

Под пропускной способностью системы УВД или  ее элемента (ВПП или ЗВП)

Понимают  максимальное значение интенсивности  N-потока поступающих в систему (ЗВП) ВС, при которой еще не нарушаются заданные ограничения по безопасности движения. В ЗВП могут быть измерены следующие показатели пропускной способности:

а) пропускная способность ВПП.

 

 

где tвпп- среднее значение интервала занятости ВПП, измеряемого от времени пролета прилетающим ВС точки ДПРМ до времени получения доклада об освобождении ВПП (tвпп=tдпрм+tвпп). Учитывая процентное соотношение эксплуатируемых на данном аэродроме ВС мы можем записать:

 

tвпп=(tдпрм (Ил-86)+tвпп (Ил-86))×N(Ил-86)+(tдпрм (A300)+tвпп(A300))×N(A300), где

(tдпрм (Ил-86)+tвпп (Ил-86)) - время занятости ВПП ВС типа Ил-86;

N(Ил-86)- количество процентов от общего числа ВС Ил-86 (N/100)

(tдпрм (А300)+tвпп (А300)) - время занятости ВПП ВС типа А300,

N(А300)- количество процентов от общего числа ВС А300 (N/100)

 

tвпп=(42+95)×0,6+(50+90)×0,4=138,2 с,

 таким  образом, 

 

б) потенциальная пропускная способность  ЗВП.

-по  потоку вылетающих ВС:

µ^п_выл =1/tвв,

где tвв- среднее значение управляемого интервала взлета.

µ^п_выл=3600/120=30 ВС/час.

-по  потоку прилетающих ВС: 

µ^п_прил=1/ tпп,

где tпп -среднее значение управляемого интервала посадки, сформированного активными действиями диспетчеров путем задержки ВС в воздушном пространстве перед заходом на посадку. (Для Ил-86 tпп =130,а для А300 tпп =130).

Учитывая  процентное соотношение ВС, находим  Х:

tпп=130×0,6+130×0,4=130 с

 

 

в) реальная (нормативная) пропускная способность ЗВП для потока прилетающих  ВС.

 

 

где - граничное значение допустимого среднего времени задержки одного ВС перед заходом на посадку:

• =4мин- для полетов по ППП
• =1 мин –для полетов по ПВП.

С=δ/tпп - коэффициент вариаций случайной величины управляемого интервала посадки t относительно своего математического ожидания t.

(δ) – среднеквадратическое отклонение случайной величины t относительно своего математического ожидания t.

Если  t_ПП взять в секундах, то для практических вычислений нормативной пропускной способности ЗВП можно использовать следующую формулу:

µр=3600/120(1+0.0023×120)=38 ВС/час.

 

г) пропускная способность ЗВП по потоку вылетающих ВС:

λ-интенсивность  потока прилетающих ВС. Из этой формулы  видно, то реальная пропускная способность  по потоку вылетающих ВС учитывает  различные режимы работы ВПП и зависит от интенсивности потока прилетающих ВС.

µвыл =

 

д) пропускная способность ЗВП из условия равенства потоков прилета  и вылета

 

 При  решении этого трансцендентного  уравнения подставляются различные  значения (λ) и то значение, которое обеспечит равенство или будет наиболее близким к нему, и будет являться решением уравнения. Подставим λ=17 и получим число, близкое к 1.

Таким образом, пропускная способность ЗВП  при равенстве прилетающих и вылетающих ВС равна 17 ВС/час, так как все другие значения не обеспечивают более точного соблюдения равенства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод:

Данный курсовой проект направлен  на исследование вопросов организации  УВД в районе аэродрома.

В процессе нахождения минимальных  временных интервалов занятости  ВПГТ необходимо рассматривать четыре режима с учетом особенностей ВС. А  так же при взлетах и посадках ВС используется два режима: обычный, без

использования автоматических средств УВД другой режим - автоматический. Режим «взлет-посадка» является наиболее важным с точки зрения влияния на безопасность полетов.

МВИ характеризуются таким определением как расчетная позиция. Расчетная позиция - это такое взаимное расположение двух ВС, при котором гарантируются безопасные интервалы для их последовательного взлета и (или) посадки для ПВП, ППП и режима автоматического захода на посадку.

В расчете нормативной  пропускной способности ЗВП необходимо учитывать максимальное значение интенсивности  потока, а так же соблюдать заданные ограничения по безопасности движения.

а) между взлетом и посадкой ВС:при полетах с одной ВПП и параллельных ВПП, расстояние между осями которых менее 1000м,- 45с;

б) между последовательными  взлетами и посадками ВС:

-для легких ВС за средними и тяжелыми ВС- 3 мин;

             -для средних и тяжелых ВС за тяжелыми ВС- 2 мин;

  На основе расчета минимальных временных интервалов были определены нормативы пропускной способности ВПП и ЗВП для потока прилетающих и  вылетающих ВС. Нормативы максимального значения интенсивности потока поступающих в систему (ЗВП) ВС, при которой не нарушаются заданные \ ограничения по безопасности движения.

В обосновании нормативов пропускной способности ВПП и  ЗВП в первом разделе можно  прийти к выводу, что для повышения  пропускной способности ВПП необходимо уменьшить среднее значение интервала  занятости ВПП, представляющий собой сумму двух временных отрезков:

     1.Время полета прилетающего ВС от БПРМ до посадки;

2.Время на освобождение ВПП после посадки.

Таким образом, чтобы уменьшить  средний интервал занятости ВПП, необходимо принятием соответствующих  мер, уменьшить продолжительность  второго отрезка времени, так  как уменьшение первого возможно лишь увеличением скорости захода на посадку ВС, а это недопустимо, потому что для посадки используют установленную для каждого типа ВС скорость и диспетчер не может  давать команду на ее увеличение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Часть2 . МЕТОДИКА УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ ПОСТУПАЮЩИХ В ЗВП ВЫЛЕТАЮЩИХ ВС.

 

2.1 Управление потоками поступающих в ЗВП вылетающих ВС

           Данный метод применяется для определения интенсивности потока вылетающих ВС в соответствии с нормативами пропускной способности ЗВП по информации о прогнозируемом (известном) количестве прилетов ВС в определенный интервал времени (с 12.00 до 13.00, с 13.00 до 14.00, с 14.00

до 15.00 и  т.д.).

         Исходной информацией для при применения методики управления плотностью потока вылетающих S ВС являющиеся результаты нормативов пропускной способности на вылет, рассчитанные по формуле (12) с учетом типов эксплуатируемых на аэродроме ВС и их процентного соотношения. На основании рассчитанных данных по режимам «взлет-взлет», «посадка- посадка», «взлет-посадка» и среднего значения управляемого интервала посадки t_пп определяется пропускная способность ЗВП на вылет по формуле (16), в которой интенсивность прилетов ВС меняется в диапазоне от нуля до абсолютной пропускной способности с шагом одно ВС в час. На основании расчетов заполняется таблица 2 и строится график зависимость потенциальной пропускной способности на вылет от величины интенсивности прилетов ВС. Нормативы пропускной способности если из полученных величин потенциальной пропускную способность (при каждом значении интенсивности прилетов) вычесть, величину, равную 5.

 

 

Таблица 2

 

λ	0	1	2	3	4	5	6	7
µвыл	29	28	27	26	25	24	23	22
µприл	24	23	22	21	20	19	18	17

 

8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
21	20	19	18	17	16	15	14	13	12
16	15	14	13	12	11	10	9	8	7

 

18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28
11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
6	5	4	3	2	1

 

 

          Выдерживание нормативов пропускной способности на вылет

гарантирует, что в худшем случае время ожидания взлета на ПС не будет  больше 4 мин на одно ВС .

 

2.2 Управление потоками поступающих  в ЗВП прилетающих ВС.

Цель - снижение нагрузки на диспетчера круга путем  рассредоточения во времени потока прибывающих в ЗВП ВС.

Методика заключается в выполнении следующих процедур:

а)ведение графика прибытия прилетающих ВС, со всех существующих направлений (коридор входа) для данного РА;

б)оценка ожидаемого количества прилётов ВС в некоторый фиксированный интервал времени и прогнозируемых интервалов прибытия ВС;

в)сравнение полученных по графику оценок с нормативами пропускной способности ЗВП, а полученных интервалов прибытия - с нормативами;

г)выработка экипажем некоторых прибывающих ВС (находящихся в зоне управления диспетчеров ДПП или РЦ) команд, направленных на гашение скорости движения, или команд, назначающих более позднее время посадки, из диапазона достижимого времени посадки для каждого конкретного типа прибывающих ВС.

Методика  должна применяться в наиболее интенсивные  ио прилетам промежутки, когда у диспетчера круга по расчетам ожидается на управление более трех ВС.

Результатом применения методики является поступление  в ЗВП более упорядоченного во времени потока прилетающих ВС, что снижает вмешательство диспетчера круга (при дефиците времени и расстояния в управление интервалами и очередностью прибытия ВС.

График  прибытия представляет собой рулон  миллиметровой бумаги (прозрачной кальки), на которой в соответствующем масштабе проведены прямые вертикальные линии положения фиксированных точек на траекториях снижения и захода на посадку для всех предусмотренных направлений прибытия данного РА до ДПРМ.

На графике  прибытия вычерчивают наклонные  прямые линии, соединяющие фиксированные  точки направлений прибытия с  осью времени прибытия на ДПРМ. Построение наклонных прямых можно производить  двумя способами:

а) с помощью  специальной диспетчерской линейки, представляющей собой прозрачную пластину прямоугольной формы с прорезями  для вычерчивания наклонных прямых линий, в которой каждая прорезь  соответствует определенному типу ВС, а угол наклона прорези по отношению к горизонтальной оси  пропорционален средней скорости движения ВС по траектории прибытия;

б) с помощью  справочной таблицы времени движения ВС от фиксированных точек до времени  посадки (пролета ДПРМ) (табл. 3). В  этом случае на графике отмечается время пролета ВС фиксированной  точки направления прибытия; к  этому времени прибавляется время  движения по траектории, выбранное  из табл.3 для соответствующего типа ВС; результирующее время откладывается  -а оси времени (линии ДПРМ); между двумя полученными точками проводится наклонная прямая и надписывается бортовой номер (позывной) ВС.

Необходимо  упорядочи ь следующий поток прилетающих ВС (см. табл. №4) Удаление фиксированных точек от ДПРМ: S₁ = 63км; S₂ = 48км;

S₃ =88 км., S₄=108 км. При известное расстоянии до фиксированных точек, средней скорости движения ВС, а гак же времени пролета ФТ, мы можем

определить время пролета ВС ДПРМ по формуле:

                                              T_дпрм=Т_прол+ S_фт/W_cp

 

Таблица №3

№ п\п ВС	Тип ВС	№ точки	Т прол	V ср. км\ч	Т дпрм
1	Як-42	3	12.15	700		12.22
2	Ил-96	4	12.26	700		12.35
3	Ан-24	2	12.16	500		12.21
4	Ил-76	3	12.29	700		12.36
5	Ту-134	1	12.22	600		12.28
6	Ил-86	1	12.27	700		12.32
7	Як-40	4	12.37	500		12.50
8	Як-42	4	12.35	700		12.44

 

Построение  наклонных прямых можно производить  и третьим способом. При принятии решения о необходимости введения процедуры управления потоком прилетающих ВС все диспетчеры РЦ (подхода), ответственности которых находятся фиксированные точки прибытия при пролете ВС фиксированных точек уточняют у экипажей ВС расчетное время прибытия на ДПРМ и передают его диспетчеру, ответственному за формирование интервалов захода на посадку.

Если  из графика прибытия становится ясно, что у диспетчера круга прогнозируется количество ВС, превышающее нормативы, либо расчетные интервалы времени  прибытия меньше нормативных, то производится вмешательство в режимы движения ВС. Управление временем прибытия можно  осуществлять тремя способами: изменением скорости, изменением курса следования (в зонах векторения) или их комбинацией. В нашем случае проще всего произвести управление с помощью изменения скорости

движения  ВС. Возможные диапазоны изменения скоростей: ВС 1,2 классов-

150-200км/ч, 3 класса - 150км/ч.

Управление скоростью осуществляется с помощью специальной таблицы, по которой можно определить величину изменения расстояния ∆S на участке пути длинною ∆S при изменении скорости полета на величину ∆V

(табл. №4). Изменения ∆S рассчитывается по формуле

 

Где ∆W cр - средняя путевая скорость на участке длинной S.

Величина  необходимой задержки AS может определяться в минутах или километрах. При этом для перевода минут в километры необходимо для ВС 3-го класса число минут умножить на 5, а для ВС 1,2-го класса - на 7.

Если управление временем с помощью назначения экипажу скорости по каким-либо причинам не дало желаемых интервалов между заходящими на посадку ВС, то диспетчер может осуществить дополнительное управление путем выдачи команд на изменение курса следования или использования запаса ЗВП при выдаче команды на задержку выполнения 3-го разворота. 

 

Таб № 5

№ п\п ВС	Тип ВС	№ точки	Т прол	V ср. км\ч	Т дпрм
1	Як-42	3	12.15	700		12.24
2	Ил-96	4	12.26	700		12.35
3	Ан-24	2	12.16	500		12.21
4	Ил-76	3	12.29	700		12.38
5	Ту-134	1	12.22	600		12.28
6	Ил-86	1	12.27	700		12.32
7	Як-40	4	12.37	500		12.50
8	Як-42	4	12.35	700		12.44

 

Новое время пролёта ДПРМ получили путём изменения скоростей.

1. Як-42 (1) – на 150 км\ч меньше. 
2. Ил-76 (4)  - на 150 км\ч меньше.

 

 

 

 

 

 

Вывод:

 

Второй  раздел данной курсовой состоит из нескольких частей.

В первой части мы производили управление потоками поступающих в 3BII

вылетающих  ВС г е. приводили интенсивность  потока вылетающих ВС в

соответствие  с  нормами пропускной способности 3BII. Данный метод связан с таблицей и приложенным графиком, в которых учитывались такие значения как:

- интенсивность  прилётов ВС в диапазоне от 1 до 30 ВС с шагом одно ВС в час;