Χωρητικότητα Αεροδροµίου

Transcript

1 Αεροδρόµια και αεροπορικές µεταφορές Χωρητικότητα Αεροδροµίου Χριστίνα Μηλιώτη Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών Πανεπιστήµιο Πατρών

2 Ευχαριστίες Οι διαφάνειες του µαθήµατος περιέχουν εκπαιδευτικό υλικό των καθηγητών του Massachusetts Institute of Technology (ΜΙΤ) Amedeo R. Odoni και Richard de Neufville που ευγενικά µου διέθεσε ο καθηγητής Amedeo R. Odoni, αποκλειστικά για τις διδακτικές ανάγκες του µαθήµατος «Αεροδρόµια και αεροπορικές µεταφορές» στο Πανεπιστήµιο Πατρών.

3 Χωρητικότητα Αεροδρομίου Σκοπός: Η επισκόπηση των βασικών εννοιών που σχετίζονται µε τη χωρητικότητα και ο υπολογισµός της χωρητικότητας του πεδίου ελιγµών ü Ορισµός χωρητικότητας ü Παράγοντες που επηρεάζουν τη χωρητικότητα ü Μοντέλο υπολογισµού χωρητικότητας ενός διαδρόµου ü Διαγράµµατα και πίνακες

4 ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ ΒΑΣΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ Page 4

5 Χωρητικότητα Εκφράζει τον αριθμό κινήσεων (αφίξεων /αναχωρήσεων) που μπορεί να εξυπηρετήσει ένα σύστημα διαδρόμων κατά τη διάρκεια μιας συγκεκριμένης χρονικής περιόδου. Η χωρητικότητα είναι μια πιθανολογική ποσότητα, μια τυχαία μεταβλητή που μπορεί να πάρει διαφορετικές τιμές σε διαφορετικούς χρόνους.

6 Χωρητικότητα πεδίου ελιγμών Η χωρητικότητα του πεδίου ελιγµών και ειδικότερα του συστήµατος διαδρόµων καθορίζει τη χωρητικότητα του αεροδροµίου. ü Συνήθως είναι εξαιρετικά δύσκολο και χρονοβόρο να αυξηθεί σηµαντικά η χωρητικότητα του συστήµατος διαδρόµων ενός µεγάλου αεροδροµίου ü Αντίθετα η χωρητικότητα των επίγειων υποδοµών (κτίρια επιβατών και εµπορευµάτων, οδικό δίκτυο πρόσβασης) καθώς και η χωρητικότητα των λοιπών υποδοµών (τροχόδροµοι, δάπεδα) µπορούν εύκολα να αυξηθούν Page 6

7 Ενδεικτικές Τιμές Η χωρητικότητα ενός διαδρόµου σε µεγάλα αεροδρόµια κυµαίνεται από 20 έως 60 κινήσεις την ώρα. Μερικά αεροδρόµια των ΗΠΑ λειτουργούν ταυτόχρονα 4-7 διαδρόµους και εξυπηρετούν περισσότερες από 200 κινήσεις σε µια ώρα Ένας διάδροµος µε βέλτιστη διάταξη των τροχοδρόµων και µε ικανοποιητική χωρητικότητα του χώρου στάθµευσης αεροσκαφών µπορεί να φτάσει τις αεροπορικές κινήσεις µέσα σε ένα έτος

8 Μέγιστη Χωρητικότητα Μέγιστη χωρητικότητα (η χωρητικότητα κορεσµού): Ο αναµενόµενος αριθµός κινήσεων που µπορεί να εξυπηρετηθεί σε µια ώρα από ένα σύστηµα διαδρόµων χωρίς την παραβίαση των κανόνων ΑΤΜ υπό συνθήκες συνεχούς ζήτησης. Προϋποθέτει τη γνώση ειδικών συνθηκών κάτω από τις οποίες λειτουργεί ο διάδροµος ü Σύνθεση αεροσκαφών ü Σύνθεση κινήσεων ü Κανονισµοί ΑΤΜ Δε λαµβάνει υπόψη το επίπεδο εξυπηρέτησης (level of service). ü Για τον ορισµό αυτό είναι αδιάφορο εάν η καθυστέρηση ανά κίνηση είναι λίγων λεπτών ή µερικών ωρών!! Page 8

9 Δηλωμένη Χωρητικότητα Δηλωµένη χωρητικότητα (declared capacity): Ο αναµενόµενος αριθµός κινήσεων που µπορεί να εξυπηρετηθεί σε µια ώρα από ένα σύστηµα διαδρόµων µε ένα λογικό επίπεδο εξυπηρέτησης (level of service). ü Η καθυστέρηση χρησιµοποιείται σαν βασικός δείκτης του level of service. ü Δεν υπάρχει µια καθιερωµένη µεθοδολογία καθορισµού της δηλωµένης χωρητικότητας. ü Στις περισσότερες περιπτώσεις προσεγγίζει το 85-90% της µέγιστης χωρητικότητας Page 9

10 ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΝ ΤΗ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ Page 10

11 συνθηκών Παράγοντες που επηρεάζουν τη χωρητικότητα ü Ο αριθµός και η γεωµετρική διάταξη των διαδρόµων ü Οι διαχωρισµοί µεταξύ των αεροσκαφών που επιβάλλονται από το σύστηµα ΑΤΜ ü Η ορατότητα και το ύψος νέφωσης ü Η διεύθυνση και η ένταση των ανέµων ü Η σύνθεση στόλου ü Η σύνθεση των αεροπορικών κινήσεων ü Ο τύπος και η θέση των εξόδων του διαδρόµου ü Η κατάσταση και η απόδοση του συστήµατος ΑΤΜ ü Οι περιορισµοί λόγω θορύβου και άλλων περιβαλλοντικών

12 Παράγοντες που επηρεάζουν τη χωρητικότητα Ο αριθµός και η γεωµετρική διάταξη των διαδρόµων ü Αριθµός ταυτόχρονα ενεργών διαδρόµων ü Κατανοµή κινήσεων ενεργού διαδρόµου (αφίξεις ή αναχωρήσεις µόνο ή συνδυασµός) Το πόσοι και ποιοι διάδροµοι µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε δεδοµένη στιγµή εξαρτάται από ü Καιρικές συνθήκες ü Περιβαλλοντικοί παράγοντες

13 Παράγοντες που επηρεάζουν τη χωρητικότητα ü Αριθµός ταυτόχρονα ενεργών διαδρόµων Boston Logan International Airport (BOS)

14 Παράγοντες που επηρεάζουν τη χωρητικότητα Διαχωρισµοί µεταξύ των αεροσκαφών που επιβάλλονται από το σύστηµα ΑΤΜ ü Για την ασφάλεια πτήσεων, κάθε σύστηµα ΑΤΜ απαιτεί ένα σύνολο ελάχιστων διαχωρισµών µεταξύ των αεροσκαφών που χρησιµοποιούν κανόνες ενόργανης πτήσης (Instrument flight rules). ü Οι απαιτούµενοι διαχωρισµοί ορίζονται σε µονάδες απόστασης ή χρόνου

15 Οι διαχωρισµοί µεταξύ των αεροσκαφών ü Οι διαχωρισµοί αυτοί επηρεάζουν το µέγιστο αριθµό αεροσκαφών που µπορούν να διασχίσουν τµήµα του εναέριου χώρου ή να χρησιµοποιήσουν το σύστηµα των διαδρόµων στην µονάδα του χρόνου ü Κάθε τύπος αεροσκάφους ανήκει σε µια κατηγορία µε βάση το βάρος και το µέγεθός του FAA (USA) Super Heavy (SH): Airbus 380 [1,235,000 lbs = 560 tons] Heavy (H): lbs (116 tons) MTOW [and <SH] Boeing 757 Large (L): lbs (19 tons) MTOW < lbs Small (S): MTOW < lbs (19 tons) ü Οι διαχωρισµοί προσδιορίζονται για κάθε δυνατό διατεταγµένο ζεύγος κατηγοριών αεροσκαφών και κάθε δυνατή ακολουθία κινήσεων Άφιξη -Άφιξη Αναχώρηση -Άφιξη Αναχώρηση-Αναχώρηση Άφιξη -Αναχώρηση

16 Οι διαχωρισµοί µεταξύ των αεροσκαφών ü Ο λόγος είναι ότι τα µεγάλα αεροσκάφη δηµιουργούν αεροδίνες που θέτουν σε κίνδυνο τα αεροσκάφη που βρίσκονται από πίσω τους ü Οι διαχειριστές εναέριας κυκλοφορίας απαιτούν µεγαλύτερους διαχωρισµούς µεταξύ ζευγών αεροπλάνων όταν το πρώτο αεροπλάνο είναι µεγαλύτερο.

17 ü Υπολογίζεται σε ναυτικά µίλια ü Το προπορευόµενο πρέπει να έχει ελευθερώσει το διάδροµο όταν το αεροσκάφος που ακολουθεί ακουµπήσει στο έδαφος Οι διαχωρισµοί µεταξύ των αεροσκαφών Άφιξη-Άφιξη: Αεροσκάφος που ακολουθεί SH H L or B757 S Προπορευόµενο Αεροσκάφος SH 2.5 (or 3) H 2.5 (or 3) B (or 3) L 2.5 (or 3) 2.5 (or 3) 2.5 (or 3) 4 S 2.5 (or 3) 2.5 (or 3) 2.5 (or 3) 2.5 (or 3)

18 Οι διαχωρισµοί µεταξύ των αεροσκαφών Αναχώρηση-Αναχώρηση Αεροσκάφος που ακολουθεί SH H L or B757 S Προπορευόµενο Αεροσκάφος SH H or B L S ü Υπολογίζεται σε δευτερόλεπτα

19 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΠΙΝΑΚΕΣ ΚΑΙ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ Page 19

20 Υπολογισμός ωριαίας χωρητικότητας Η Ωριαία Χωρητικότητα υπολογίζεται από τον µαθηµατικό τύπο Ω.Χ.=C x T x E όπου C = Βάση ωριαίας Χωρητικότητας Τ = Συντελεστής «επαφής και απογείωσης» Ε = Συντελεστής Εξόδου Page 20

21 Υπολογισµός χωρητικότητας απλού διαδρόµου Page 21

22 Υπολογισµός χωρητικότητας απλού διαδρόµου Υπολογισµός χωρητικότητας τεµνόµενων διαδρόµων Page 22

23 Υπολογισμός ωριαίας χωρητικότητας C = Βάση ωριαίας Χωρητικότητας Υπολογίζεται από τον πίνακα για τεµνόµενους διαδρόµους Για τον υπολογισµό της βάσης ωριαίας Χωρητικότητας χρειάζεται ο δείκτης µίξης C +3D= (Ποσοστό αεροσκαφών κατηγορίας C)+ 3 x (ποσοστό αεροσκαφών κατηγορίας D) Οι κατηγορίες αεροσκαφών είναι οι εξής Κατηγορία Α µικρά µονοκινητήρια αεροσκάφη µικτού βάρους κάτω από lb Κατηγορία B µικρά δικινητήρια αεροσκάφη µικτού βάρους µέχρι lb Κατηγορία C µεγάλα αεροσκάφη µικτού βάρους lb Κατηγορία D βαριά αεροσκάφη µικτού βάρους πάνω από lb Page 23

24 Υπολογισμός ωριαίας χωρητικότητας Τ= Συντελεστής «επαφής και απογείωσης» q Εξαρτάται από το αναµενόµενο ποσοστό αποτυχηµένων προσγειώσεων (κυρίως αν το αεροδρόµιο χρησιµοποιείται για εκπαίδευση πιλότων) q Υπολογίζεται από τον πίνακα για το αντίστοιχο ποσοστό Επαφής και απογείωσης q Για τον υπολογισµό χρειάζεται και ο δείκτης µίξης C +3D= (Ποσοστό αεροσκαφών κατηγορίας C)+ 3 x (ποσοστό αεροσκαφών κατηγορίας D) Page 24

25 Υπολογισμός ωριαίας χωρητικότητας Ε = Συντελεστής Εξόδου 1.Προσδιορίζεται το εύρος των αποστάσεων των εξόδων µε βάση το δείκτη µίξης από πίνακα 2.Προσδιορίζεται ο αριθµός των εξόδων (Ν) που Α)βρίσκονται εντός του εύρους των αποστάσεων Β) Απέχουν µεταξύ τους τουλάχιστον 750 ft 3.Aν N=4 ή µεγαλύτερο τότε Ε=1 Αν Ν<4 τότε ο συντελεστής υπολογίζεται από πίνακα Page 25

26 Παράδειγμα Να υπολογιστεί η ωριαία χωρητικότητα συστήµατος τεµνόµενων διαδρόµων σε συνθήκες VFR σύµφωνα µε τα παρακάτω δεδοµένα Δεδοµένα Μίξη αεροσκαφών Α=15% Β=35% C=25% D=25% Ποσοστό αφίξεων 60% Ποσοστό επαφής και απογείωσης touch and go 20% Θέσεις εξόδων διαδρόµου 1500, 2500, 3500 ft από το κατώφλι Page 26

27 Υπολογισµός χωρητικότητας απλού διαδρόµου Υπολογισµός χωρητικότητας τεµνόµενων διαδρόµων Page 27

28 Παράδειγμα Ω.Χ.=C x T x E Μίξη αεροσκαφών Α=15% Β=35% C=25% D=25% C+3D=100% Ποσοστό αφίξεων 60% Βάση ωριαίας χωρητικότητας= 64 κινήσεις την ώρα Ποσοστό επαφής και απογείωσης touch and go 20% C+3D=100% Συντελεστής «επαφής και απογείωσης» Τ=1,10 Page 28

29 Παράδειγμα Θέσεις εξόδων διαδρόµου 1500, 2500, 3500 ft από το κατώφλι Απέχουν µεταξύ τους 1000 ft>750 Δεδοµένου ότι ο δείκτης µίξης είναι C+3D=100% το εύρος αποστάσεων των εξόδων από το κατώφλι αντιστοιχεί στο διάστηµα ft Καµία δεν αντιστοιχεί στο εύρος που υπολογίστηκε από τον πίνακα άρα Ν=0 Ε = Συντελεστής Εξόδου=0,87 Ω.Χ.=C x T x E= 56,3=57 κινήσεις την ώρα Page 29

30 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΜΟΝΤΕΛΑ Page 30

31 Μοντέλο υπολογισµού χωρητικότητας ενός διαδρόµου Διάδρομος Τελική προσέγγιση Πύλη ü Το µοντέλο οφείλεται στον Blumstein (1959) ü Εκτιµά τη χωρητικότητα ενός διαδρόµου που χρησιµοποιείται µόνο για αφίξεις ü Η ίδια προσέγγιση µπορεί να χρησιµοποιηθεί για αναχωρήσεις ή µεικτές κινήσεις

32 Μοντέλο υπολογισµού χωρητικότητας ενός διαδρόµου Διάδρομος Τελική προσέγγιση Πύλη ü Οι διαδροµές των αφικνούµενων αεροσκαφών συγκλίνουν στην περιοχή εισόδου (Πύλη) της τελικής προσέγγισης, 5-8nmi από το κατώφλι του διαδρόµου ü Τα αεροπλάνα κατεβαίνουν σε φάλαγγα στην τελική προσέγγιση έως ότου πατήσουν στο διάδροµο, όπου επιβραδύνουν και εξέρχονται από το τροχοδροµικό σύστηµα

33 Μοντέλο υπολογισµού χωρητικότητας ενός διαδρόµου Διάδρομος Τελική προσέγγιση Πύλη Απαιτήσεις 1. Σε όλο το µήκος της τελικής προσέγγισης τα αεροσκάφη πρέπει να διατηρούν µια διαµήκη απόσταση το ένα από το άλλο σύµφωνα µε τους διαχωρισµούς ΑΤΜ 2. Απαιτείται µια µόνο κατάληψη ανά διάδροµο, δηλαδή κάθε αεροσκάφος πρέπει να βρίσκεται ασφαλώς εκτός διαδρόµου πριν η επόµενη άφιξη πατήσει στο διάδροµο.

34 Μοντέλο υπολογισµού χωρητικότητας ενός διαδρόµου Holding Stack Διάδρομος Τελική προσέγγιση Πύλη Ορίζουµε τα ακόλουθα µεγέθη r= το µήκος της διαδροµής της τελικής προσέγγισης (ίδιο για όλα τα αεροσκάφη) i (j): κατηγορία αεροσκάφους [heavy/large/medium/small] V i =ταχύτητα στην τελική προσέγγιση µε την προϋπόθεση ότι το αεροπλάνο i διατηρεί σταθερή ταχύτητα O i =χρόνος κατάληψης διαδρόµου, δηλαδή ο χρόνος που µεσολαβεί από τη στιγµή που το αεροσκάφος πατά στο διάδροµο έως τη στιγµή που εγκαταλείπει το διάδροµο µέσω µιας εξόδου S ij : Ελάχιστος διαχωρισµός που απαιτείται µεταξύ των αεροσκαφών T ij : ελάχιστο χρονικό διάστηµα µεταξύ διαδοχικών αφίξεων στο διάδροµο

35 Μοντέλο υπολογισµού χωρητικότητας ενός διαδρόµου Holding Stack Διάδρομος Τελική προσέγγιση Πύλη Διακρίνουµε δυο περιπτώσεις 1. Ανοικτή περίπτωση (opening case). U i >U j Η απόσταση µεταξύ των αεροσκαφών αυξάνει. Στην περίπτωση αυτή τα δυο αεροσκάφη βρίσκονται στη µικρότερη απόσταση στην αρχή της τελικής προσέγγισης (πύλη εισόδου). 2. Κλειστή περίπτωση ( closing case). U i <U j Η απόσταση µεταξύ των αεροσκαφών αυξάνει. Στην περίπτωση αυτή τα δυο αεροσκάφη βρίσκονται στη µικρότερη απόσταση τη στιγµή που το πρώτο βρίσκεται στο κατώφλι του διαδρόµου.

36 Πώς υπολογίζω το Tij Διάδρομος Τελική προσέγγιση Πύλη S ij % &' ( )*+,-. &' / ' 0, / &, 2 & Όταν v i > v j ( opening case ) Διάδρομος S ij Τελική προσέγγιση Πύλη % &' ( )*+. &' / ', 2 & Όταν v i < v j ( closing case )

37 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Page 37

38 Μοντέλο υπολογισµού χωρητικότητας ενός διαδρόµου Δεδοµένα Αφίξεις Μονός διάδροµος 3 τύποι αεροσκαφών Μήκος κοινής διαδροµής τελικής προσέγγισης= 5 n. miles Περιθώριο ασφάλειας b=10 sec Τύπος Aircraft Characteristics Σύνθεση (%) Ταχύτητα (knots) Χρόνος κατάληψης (sec) Heavy (1) Medium (2) Light (3) Προπορευόμενο Αεροσκάφος Απαιτήσεις Διαχωρισμού Αεροσκάφος που ακολουθεί n.m. 5 n.m. 6* n.m. 2 3 n. m. 3 n.m. 4* n.m. 3 3 n.m. 3 n.m. 3 n.m.

39 Υπολογισµός Τij Μήκος κοινής διαδροµής τελικής προσέγγισης= 5 n. miles Τύπος Χαρακτηριστικά Αεροσκάφους Σύνθεση (%) Ταχύτητα (knots) Χρόνος κατάληψης (sec) Heavy (1) Medium (2) Light (3) Προπορευόμενο Αεροσκάφος Απαιτήσεις Διαχωρισμού Αεροσκάφος που ακολουθεί n.m. 5 n.m. 6* n.m. 2 3 n. m. 3 n.m. 4* n.m. 3 3 n.m. 3 n.m. 3 n.m. Opening Case T 12 = max,-. &' / ', / &, O 5 = = max :9 3600, 60 = =max[171, 60}=171sec Closing Case T 31 = max. &', O / 5 = ' = max D, 50 sec =77 sec :9

40 Υπολογισµός Τij Προπορευόμενο Αεροσκάφος Υπολογισµός Τij Αεροσκάφος που ακολουθεί Στην πράξη προστίθεται και ένα περιθώριο ασφαλείας b=10 sec Προπορευόμενο Αεροσκάφος Υπολογισµός Τij Αεροσκάφος που ακολουθεί

41 Υπολογισµός πιθανοτήτων Τύπος Χαρακτηριστικά Αεροσκάφους Σύνθεση (%) Ταχύτητα (knots) Χρόνος κατάληψης (sec) Heavy (1) Medium (2) Light (3) pij = Η πιθανότητα ένα αεροσκάφος τύπου i να ακολουθείται από ένα αεροσκάφος τύπου j 20% of aircraft are Type 1, 50% are Type 2 Η πιθανότητα ένα αεροσκάφος τύπου 1 να ακολουθείται από ένα αεροσκάφος τύπου2 είναι: p12 = (0.2)*(0.5) = 0.1

42 Υπολογισµός πιθανοτήτων Προπορευόμενο Αεροσκάφος Υπολογισµός Pij Αεροσκάφος που ακολουθεί pij = Η πιθανότητα ένα αεροσκάφος τύπου i να ακολουθείται από ένα αεροσκάφος τύπου j 20% of aircraft are Type 1, 50% are Type 2 Η πιθανότητα ένα αεροσκάφος τύπου 1 να ακολουθείται από ένα αεροσκάφος τύπου2 είναι: p12 = (0.2)*(0.5) = 0.1

43 Υπολογισµός χωρητικότητας Υπολογισµός Τij Υπολογισµός Pij Προπορευόμ ε-νο Αεροσκάφος Αεροσκάφος που ακολουθεί Προπορευόμε -νο Αεροσκάφος Αεροσκάφος που ακολουθεί Η µέση τιµή των χρονικών διαχωρισµών E(t) = pij tij Χωρητικότητα= DI99 JKL 78: JKL ==29 αεροσκάφη E(t) = (0.04)(113) +(0.1)(181) + (0.06)(226) +(0.1)(87) + (0.25)(100) +(0.15)(154) +(0.06)(87) + (0.15)(100) +(0.09)(118) E(t) = 124 seconds

44 Μοντέλο υπολογισµού χωρητικότητας ενός διαδρόµου Βήµατα Υπολογισµού 1. Υπολογίζω τους ελάχιστους διαχωρισµούς για όλα τα ζεύγη αεροσκαφών i, j 2. Υπολογίζω τις πιθανότητες γιο όλα τα i, j 3. Υπολογίζω το µέσο χρονικό διαχωρισµό και την χωρητικότητα

45 Χαρακτηριστικά αεροδροµίων ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ?