Xác định công suất khai thác đường cất hạ cánh tại CHK dựa vào qui tắc kiểm soát tiếp cận

PGS. TS. Nguyễn Thị Phương Trường Đại học Giao thông vận tải Người phản biện: TS. Trần Văn Khảm

TÓM TẮT: Đường cất hạ cánh (hay còn gọi là đường băng) là cơ sở hạ tầng quan trọng của cảng hàng không sân bay, phục vụ các máy bay qua cảng. Công suất khai thác đường băng phụ thuộc vào qui tắc kiểm soát tiếp cận do kiểm soát viên không lưu đưa ra áp dụng cho những trường hợp khác nhau. Bài báo giới thiệu một số nét cơ bản nhất về qui tắc kiểm soát tiếp cận tại sân bay. Trên cơ sở các qui tắc đó có thể tính toán xác định cụ thể công suất khai thác đường băng cho từng trường hợp cụ thể: Đường băng chỉ phục vụ máy may đến, đường băng chỉ phục vụ máy bay đi, đường băng phục vụ hỗn hợp cả máy bay đi và máy bay đến. Bài báo đưa ra ví dụ minh họa cho xác định công suất khai thác đường băng của một sân bay.

TỪ KHÓA: Công suất khai thác, qui tắc kiểm soát tiếp cận, máy bay dẫn trước, máy bay theo sau.

Abstract: Runways are important airport infrastructure serving departure and arrival flights at the airport. Airport’s runway capacity depends on approach control rules, that are applied on different occasions by air traffic controllers. This article introduces the most basic features of rules of approach control at the airport. Basedon that, runway capacity is properly calculated on occasions such as: Ruway capacity for departures, arrivals and mix of departures and arrivals. This article represents an example problem to inlustrate for calculating runway capacity at the airport

Keywords: Ruway capacity, approach control rules, leading aircraft, trailing aircraft.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Công suất khai thác đường cất hạ cánh (hay còn gọi là đường băng) là một chỉ tiêu quan trọng đánh giá năng lực phục vụ máy bay của đường băng tại một cảng hàng không sân bay. Việc xác định chính xác chỉ tiêu này giúp cho người quản lý và khai thác cảng hàng không, không chỉ thấy được mức độ phục vụ của cơ sở hạ tầng sân bay đối với nhu cầu vận tải hàng không qua cảng mà còn là cơ sở đưa ra giải pháp tăng công suất khai thác dựa vào những nhân tố tác động. Việc xác định công suất đường cất hạ cánh tại nhiều sân bay trên thế giới có thể dựa vào mật độ máy bay đến cảng kết hợp kinh nghiệm xác định thời gian trễ bình quân của máy bay khi đến hoặc rời khỏi đường cất hạ cánh, hoặc xác định bằng phương pháp vẽ đồ thị. Tuy nhiên, trên thực tế các máy bay đến hoặc rời khỏi sân bay được thực hiện trên cơ sở của hoạt động kiểm soát tiếp cận. Điều đó có nghĩa hoạt động kiểm soát tiếp cận ảnh hưởng đến công suất khai thác đường băng. Như vậy, ta có thể tính công suất khai thác đường băng dựa vào qui tắc kiểm soát tiếp cận.

2. NỘI DUNG

2.1. Tổng quan về qui tắc kiểm soát tiếp cận tại sân bay

Tại cảng hàng không, trong khoảng thời gian nhất định có thể có nhiều loại máy bay với công suất chuyên chở khác nhau, tốc độ tiếp cận đường cất hạ cánh cũng khác nhau. Để phục vụ các máy bay đến cảng với mục đích đảm bảo an toàn, điều hòa và hiệu quả, công tác kiểm soát tiếp cận phải dựa vào qui tắc:

* Nếu đường băng chỉ phục vụ cho máy bay đến:

- Xác định rõ khoảng cách cần thiết để các máy bay hạ độ cao vào giai đoạn tiếp cận đường cất hạ cánh, khoảng cách này gọi là khoảng cách tiếp cận của các máy bay (γ).

- Xác định cụ thể giãn cách tối thiểu giữa các máy bay đến hoặc đi (δ_ij). Trong đó, i là máy bay dẫn trước, j là máy bay theo sau. Giãn cách tối thiểu này có thể được tính theo thời gian (giây) hoặc tính theo cự ly (mi).

* Nếu đường băng chỉ phục vụ cho máy bay đi:

Xác định thời gian giãn cách giữa các máy bay cất cánh khỏi đường băng.

* Nếu đường băng phục vụ cho cả máy bay đi và máy bay đến:

- Hai máy bay không thể cùng lúc hoạt động trên một đường băng, sẽ ưu tiên cho máy bay đến sử dụng đường băng trước máy bay đi.

-  Các máy bay đi sẽ được thực hiện khi đường băng trống.

2.2. Khái niệm công suất khai thác đường cất hạ cánh (công suất khai thác đường băng)

Công suất khai thác đường cất hạ cánh là chỉ tiêu xác định số lượt máy bay được đường cất, hạ cánhđường băng phục vụ trong một đơn vị thời gian (thường tính trong một giờ). Đường cất hạ cánh tại sân bay, có thể phục vụ cho 3 mục đích: Chỉ phục vụ máy bay đến, chỉ phục vụ máy bay đi, phục vụ cả máy bay đi và máy bay đến.

3. TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT ĐƯỜNG CẤT HẠ CÁNH (CÔNG SUẤT ĐƯỜNG BĂNG)

3.1.Công suất đường băng chỉ phục vụ máy bay đến

- Gọi V là vận tốc của máy bay đang trong giai đoạn tiếp cậnđường băng;

- V_i ;V_j là tốc độ tiếp cận của máy bay i và máy bay j (mi/giờ);

- Gọi T là thời gian cần thiết để máy bay tiếp cận đường băng (giây);

- ∆T_ij là chênh lệch (giãn cách) thời gian để tiếp cận đường băng của máy bay dẫn trước i và máy bay theo sau j.

Xác định giãn cách thời gian này như sau:

+ Trường hợp cả máy bay trước và sau cùng tốc độ (V_i =V_j):

∆T_ij = T_j - T_i = δ_ij/V_j

∆T_ij = T_j - T_i = δ_ij/V_i

+ Trường hợp máy bay dẫn trước i đang tiếp cận đường băng với tốc độ nhỏ hơn máy bay theo sau j  (V_i≤ V_j):

∆T_ij = T_j - T_i = δ_ij/V_j

+ Trường hợp máy bay dẫn trước i đang tiếp cận đường băng với tốc độ lớn hơn máy bay theo sau j (V_i> V_j) :

∆T_ij = T_j - T_i = δ_ij/V_i + γ (1/V_j - 1/ V_i)

- Gọi p_ij là xác suất xuất hiện máy bay dẫn trước i và máy bay theo sau  j;

- Gọi E(∆T_ij) là thời gian giãn cách tiếp cận đường băng bình quân giữa máy bay dẫn trước i và theo sau j.

Do trong khoảng thời gian nhất định, máy bay dẫn trước có thể cùng tốc độ, hay nhỏ hơn, hay lớn hơn so với máy bay theo sau, nên thời gian giãn cách tiếp cận đường băng giữa hai máy bay i và j được tính như sau:

E(∆T_ij)=Σp_ij* ∆T_ij = Σ[p_ij][∆T_ij] (giây)

Trong đó:                                 

[p_ij] - Ma trận xác suất máy bay dẫn trước i và máy bay theo sau j;

[∆T_ij] - Ma trận giãn cách thời gian tiếp cận đường băng giữa máy bay dẫn trước i và máy bay theo sau  j.

- Gọi (C_a) là công suất đường băng chỉ phục vụ máy bay đến trong một giờ:

Minh họa các trường hợp tốc độ tiếp cận đường băng giữa hai máy bay qua đồ thị dưới đây:

 

3.2.Công suất đường băng chỉ phục vụ máy bay đi

Đối với kiểm soát tiếp cận phục vụ máy bay đi, quy định rõ giãn cách thời gian tối thiểu giữa các máy bay đi t_d

 

 

 

3.3.Công suất đường băng phục vụhỗn hợp máy bay đến và máy bay đi

Dựa vào quy tắc kiểm soát tiếp cận đã được đề cập ở trên, khi đường băng phục vụ cả máy bay đến và máy bay đi, công suất hỗn hợp sẽ bao gồm trước hết là công suất đường băng phục vụ máy bay đến, cộng thêm công suất đường băng phục vụ máy bay đi được xen kẽ khi phục vụ máy bay đến.

Gọi C_mlà công suất hỗn hợp đường băng phục vụ cả máy bay đến và đi, khi đó công suất hỗn hợp được tính như sau:

 

 

 

Trong đó:

n_d - Số lượng các máy bay đi trong mỗi khoảng thời gian trống giữa máy bay đến;

p_nd - Xác suất khoảng trống giữa các máy bay đến có n_d máy bay đi.

4. VÍ DỤ VẬN DỤNG

Giả sử tại một sân bay có một đường băng phục vụ các máy bay đến và các máy bay đi. Cự ly tiếp cận tính đến ngưỡng đường băng (ngưỡng đường băng là vị trí bắt đầu tiếp đất của máy bay) cho tất cả các máy bay là 7mi (1mi hàng không = 1.609km). Trong khoảng thời gian nhất định đường băng phục vụ hai loại máy bay, loại máy bay A có tốc độ tiếp cận là 120 mi/giờ, máy bay B có tốc độ tiếp cận là 90 mi/giờ. Mỗi máy bay đến sẽ sử dụng đường băng 40s trước khi thoát khỏi đường băng. Trong khoảng thời gian phân tích, giả sử có 5 máy bay theo thứ tự đến sân bay như sau: B, A, A, B, A. Thứ tự máy bay đi tương tự như máy bay đến. Máy bay đi sẽ chờ khoảng trống của đường băng để cất cánh. Giả thiết rằng máy bay đến đầu tiên đến điểm kiểm soát tiếp cận (vị trí bắt đầu thực hiện kiểm soát tiếp cận) vào lúc 0 giờ. Qui tắc kiểm soát tiếp cận và phân cách không lưu như sau:

Lời giải:

Trong ví dụ cho rằng có hai loại máy bay A và B đến sân bay, cho thấy có 4 khả năng xảy ra:

- MB dẫn trước là A, theo sau là A

- MB dẫn trước là B, theo sau là B

- MB dẫn trước là A, theo sau là B

- MB dẫn trước là B, theo sau là A

Do loại máy bay A và B có tốc độ tiếp cận khác nhau nên có các trường hợp sau:

* Áp dụng trường hợp cả máy bay trước và sau cùng tốc độ:

∆T_ij = T_j - T_i = δ_ij/V_j

- Đối với loại MB A: ∆T_AA = 4(3.600)/120 = 120s

- Đối với loại MB B: ∆T_BB = 3 (3.600)/90 = 120s

* Áp dụng trường hợp MB trước i tiếp cận đường băng với tốc độ nhỏ hơn MB sau j:

(Vi≤ Vj) : ∆T_ij = T_j - T_i = δ_ij/V_j

Với ví dụ trên: Máy bay trước là B, máy bay sau là A:  

∆T_BA = 3(3.600)/120 = 90s

* Áp dụng trường hợp MB trước i tiếp cận đường băng với tốc độ lớn hơn MB sau j :

∆T_ij = T_j - T_i = δ_ij/V_i + γ (1/V_j - 1/ V_i) 

Với ví dụ trên: Máy bay trước là A, máy bay sau là B:

∆T_AB = 5(3.600)/120 + 7(1/90 - 1/120)(3.600) = 220s.

Theo ví dụ, thứ tự từng cặp máy bay đến sân bay là B-A, A-A, A-B, B-A, nên xác suất xuất hiện các cặp máy bay đến như sau: AA(0,25); BA(0,5); AB(0,25); BB(0).

Từ kết quả tính toán giãn cách thời gian tiếp cận đường băng giữa các máy bay và xác suất đã được xác định như trên, giãn cách thời gian bình quân giữa các máy bay đến được xác định như sau:

E(∆T_ij) = 0,25(120) +0,5(90) + 0,25(220) + 0,00(120) = 130s.

Thay số vào công thức tính công suất đường băng chỉ phục vụ máy bay đến ta có:

C_a = 3.600/130 = 28 MB/giờ

Từ giả thiết thời gian giãn cách giữa các máy bay đi là 120s, thay vào công thức ta có:

E(T_d) = 0,25(120) + 0,5(120) + 0,25(120) + 0,00(120) = 120s

Thay số vào công thức tính công suất đường băng chỉ phục vụ máy bay  đi:

 

 

5. KẾT LUẬN

Qua nghiên cứu trên cho thấy, quy tắc kiểm soát tiếp cận đã ảnh hưởng trực tiếp đến công suất khai thác đường cất hạ cánh (đường băng). Trong điều kiện khí tượng hàng không tại khu vực tiếp cận của máy bay không thuận lợi,có nguy cơ gây mất an toàn cho các máy baycất và hạ cánh, qui tắc kiểm soát tiếp cận nói chung, qui tắc giãn cách tối thiểu giữa các máy bay đến hoặc đi sẽ được điều chỉnh, trong trường hợp đó công suất khai thác đường băng có thể giảm hơn. Điều này là cơ sở giúp nhà khai thác cảng điều chỉnh kế hoạch điều phối slot, tránh xuất hiện các chuyến bay bị chậm, gây ùn tắc trong cảng. Mặt khác, khi khoa học, kỹ thuật ngày càng phát triển, các trang thiết bị kiểm soát tiếp cận ngày càng hiện đại, cho phép kiểm soát viên không lưu điều chỉnh qui tắc kiểm soát theo hướng tăng lưu lượng máy bay được phục vụ trong một đơn vị thời gian, nhưng vẫn đảm bảo nguyên tắc hoạt động của máy bay “an toàn, điều hòa và hiệu quả”.

Tài liệu tham khảo

[1]. Planning and Design of airport, by Robert Horonjeff and Francis.Mckelvey, 1993.

[2]. Rules of the air and air traffic control regulations 2006 (http://www.tcaa.go.tz/files/Rules%20of%20the%20Air%20September%202006.pdf). 

[3]. Airport Runway Capacity and Delay: Some Models for Planners and Managers (http://bitre.gov.au/publications/1982/files/op_050.pdf).