這次作業從三大影響機場的主要設計來探討,通常機場的設計都是從這裡開始發想設計的
1.Airport/Runway capacity 機場/跑道容量
2.Runway configuration 跑道配置
3.Runway orientation 跑道方位
1.Airport/Runway capacity 機場/跑道容量
2.Runway configuration 跑道配置
3.Runway orientation 跑道方位
Airport/Runway capacity 機場/跑道容量
機場容量與跑道容量息息相關,對一個機場而言,「跑道」就是機場運作的關鍵設施,唯有跑道正常運作時,飛機才能執行離場與到場,這個機場才可視為運作狀態;如果跑道停止運作,則機場陸用側的旅客設施能處理再多旅客和貨物都沒用。所以跑道的多寡、配置的形式、其間距對於安全的影響、助導航設施的好壞等,都是影響機場容量的主要因素。所以機場的容量,對跑道而言會以「起降飛機數量」來作為評估機場運作容量的一個主要方式。
風向影響跑道設計,間接影響容量
在一個機場設計時,跑道的設置數量與設置方式就決定了這個機場的好壞,由以跑道的方位設計。由於飛機要「逆風起降、一路順風」,所以機場週邊的「盛行風向」就成了機場跑道設計的主要因素,在運輸工程裡面有所謂的「風玫瑰(Wind Rose)」設計法,簡單來說就是用一張風向標記分佈、一塊透明板找出這個機場的盛行風向,以此決定跑道方位該如何設計。
風向的好壞會嚴重影響到機場的運作效率,所以像是大陸型氣候的機場,由於不見得有季風的穩定風向,因此呈現「三角形」的跑道設計,甚至三角形交叉型的跑道設計都有可能,不過毋庸置疑,這樣的配置當然也會影響到機場地面滑行的排序與效率。
在一個機場設計時,跑道的設置數量與設置方式就決定了這個機場的好壞,由以跑道的方位設計。由於飛機要「逆風起降、一路順風」,所以機場週邊的「盛行風向」就成了機場跑道設計的主要因素,在運輸工程裡面有所謂的「風玫瑰(Wind Rose)」設計法,簡單來說就是用一張風向標記分佈、一塊透明板找出這個機場的盛行風向,以此決定跑道方位該如何設計。
風向的好壞會嚴重影響到機場的運作效率,所以像是大陸型氣候的機場,由於不見得有季風的穩定風向,因此呈現「三角形」的跑道設計,甚至三角形交叉型的跑道設計都有可能,不過毋庸置疑,這樣的配置當然也會影響到機場地面滑行的排序與效率。
儀器控制飛機起降
另外一個會影響到航機起降的,就是跑道的助導航設施。一般來說,我們會把跑道分為「目視跑道」、「儀器跑道」兩種,顧名思義後者就是有儀器來輔助航機起降。而儀器跑道又分為「非精確儀器跑道」與「精確儀器跑道」兩種不同的助導航方式,這些都會影響在不同天候下跑道的能否運作,也會攸關跑道的運作效率。
下面列出與儀器控制的相關數據:
CAT I:DH = 200 ft / RVR = 800M(桃園的06-24跑道)
CAT II:DH = 100 ft / RVR = 400M(桃園的05-23跑道)
CAT III A:RVR = 200M(桃園機場主計劃希望能更新至這個水準)
CAT III B:RVR = 50M
CAT III C:RVR = 0M(瞎著眼都可以落地,難怪大陸人叫「盲降」!)
另外一個會影響到航機起降的,就是跑道的助導航設施。一般來說,我們會把跑道分為「目視跑道」、「儀器跑道」兩種,顧名思義後者就是有儀器來輔助航機起降。而儀器跑道又分為「非精確儀器跑道」與「精確儀器跑道」兩種不同的助導航方式,這些都會影響在不同天候下跑道的能否運作,也會攸關跑道的運作效率。
下面列出與儀器控制的相關數據:
CAT I:DH = 200 ft / RVR = 800M(桃園的06-24跑道)
CAT II:DH = 100 ft / RVR = 400M(桃園的05-23跑道)
CAT III A:RVR = 200M(桃園機場主計劃希望能更新至這個水準)
CAT III B:RVR = 50M
CAT III C:RVR = 0M(瞎著眼都可以落地,難怪大陸人叫「盲降」!)
航機混合型態
跑道容量是機場容量的主要因素,而影響跑道容量的另一個主要原因,就是航機的混合型態,主要是受到飛機的「機尾亂流(Wake Turbulence)」的影響。機尾亂流是一種受到飛機動力與主翼構型所產生的「小型龍捲風」,平行地拖曳在飛機機翼的後方。由於機尾亂流會有擴散的效應,因此對於在巡航中的飛機來說,雷達隔離所保持的距離早就已經大過於機尾亂流的影響範圍,所以並不會造成嚴重的影響;但對於一定要排成一條線的離場與進場航路,機尾亂流就會構成嚴重的影響,尤其在進場落地階段,機尾亂流不僅影響航機進場的穩定性,甚至可能造成安全性的危害!
跑道容量是機場容量的主要因素,而影響跑道容量的另一個主要原因,就是航機的混合型態,主要是受到飛機的「機尾亂流(Wake Turbulence)」的影響。機尾亂流是一種受到飛機動力與主翼構型所產生的「小型龍捲風」,平行地拖曳在飛機機翼的後方。由於機尾亂流會有擴散的效應,因此對於在巡航中的飛機來說,雷達隔離所保持的距離早就已經大過於機尾亂流的影響範圍,所以並不會造成嚴重的影響;但對於一定要排成一條線的離場與進場航路,機尾亂流就會構成嚴重的影響,尤其在進場落地階段,機尾亂流不僅影響航機進場的穩定性,甚至可能造成安全性的危害!
NASA於1974年進行的波音727機尾亂流實驗,可見清晰的尾流型態
起降時間帶 vs. 順序大搶奪
由於機場隨著不同時間有不同的容量限制,在配合各航班在不同時間受延誤時所可能造成的衝擊程度(短班受衝擊的程度會比長班大),就會有不同的容量管理策略,這種管理策略的應用我們稱為「時間帶分配」,也就是限定在某個時間內,航空公司可塞入的航班數量。而時間帶的好壞,對於航空公司而言除了影響載客量的多寡外,也會影響到航班的調度問題。
在航情量很大、但機場跑道使用能量有限的機場中(例如日本成田),航管員會依據機型以及可使用的對應跑道,開始預先排序以避免不必要的燃油損耗,並維持地面的航機秩序。
在航空燃油這麼昂貴的今天,許多機場都會實施「機坪待命(Gate Hold)」的方式來節省滑行時燃燒的油料。實施機坪待命作業時,機場運作單位必須要精確算出跑道的起飛效率,以桃園機場來說,早上的時段就是每兩分鐘放走一架;下午到晚上的時段大約就是每四分鐘放走一架,因此機場運作單位(尤其是航管員)必須很精確評估可放行的數量以及航機後推與滑行所耗用的時間,並保持大約兩到三架在跑道頭等待起飛,動態的環境考驗著航管員與其他作業人員的合作效率、經驗與判斷力,並不是一件容易的事情!
由於機場隨著不同時間有不同的容量限制,在配合各航班在不同時間受延誤時所可能造成的衝擊程度(短班受衝擊的程度會比長班大),就會有不同的容量管理策略,這種管理策略的應用我們稱為「時間帶分配」,也就是限定在某個時間內,航空公司可塞入的航班數量。而時間帶的好壞,對於航空公司而言除了影響載客量的多寡外,也會影響到航班的調度問題。
在航情量很大、但機場跑道使用能量有限的機場中(例如日本成田),航管員會依據機型以及可使用的對應跑道,開始預先排序以避免不必要的燃油損耗,並維持地面的航機秩序。
在航空燃油這麼昂貴的今天,許多機場都會實施「機坪待命(Gate Hold)」的方式來節省滑行時燃燒的油料。實施機坪待命作業時,機場運作單位必須要精確算出跑道的起飛效率,以桃園機場來說,早上的時段就是每兩分鐘放走一架;下午到晚上的時段大約就是每四分鐘放走一架,因此機場運作單位(尤其是航管員)必須很精確評估可放行的數量以及航機後推與滑行所耗用的時間,並保持大約兩到三架在跑道頭等待起飛,動態的環境考驗著航管員與其他作業人員的合作效率、經驗與判斷力,並不是一件容易的事情!
Runway configuration 跑道配置
機場的跑道配置與要從機場的整體規劃來看。以一般提供客運的機場而言,主要可將機場分為「空用側」和「陸用側」,這兩側的分法很容易,以登機門為界,往飛機運作的區域,如停機坪、滑行道、跑道等,就是空用側的設施;而由登機門進入,主要以「人」和「貨」運作為為主,就是陸用側。
而在設計空用側與陸用側關係及範圍,必須考慮許多影響因素、例如:飛機起降效率與乘客登機或貨物上機之間的關係、陸用機具與飛機行進道路之間的分配、等等許多因素。
也因為影響因素甚廣,因此分成下列幾項分別探討桃園機場現況是否已經完美抑或是需繼續更新。
而在設計空用側與陸用側關係及範圍,必須考慮許多影響因素、例如:飛機起降效率與乘客登機或貨物上機之間的關係、陸用機具與飛機行進道路之間的分配、等等許多因素。
也因為影響因素甚廣,因此分成下列幾項分別探討桃園機場現況是否已經完美抑或是需繼續更新。
左圖是桃園機場第一期主計劃,黃色部分包括北側跑滑道、一航廈、第一貨運站、機場維修區……等。藍色部分為南側跑滑道、第二航廈、貨運區、維修區。綠色部分主要為第三航廈、貨運區、維修區。
桃園機場目前有兩條跑道,分別為:
(1) 北跑道(05L-23R,原05-23):長3,660公尺,寬60公尺。
(2) 南跑道(05R-23L,原06-24):長3,350公尺,寬60公尺。
左圖是桃園機場計劃中的第三條跑道配置圖。三跑道機場的規劃通常採用錯位配置的方式,採用此方式是為了讓到場的航機重飛軌跡可以和離場航機的軌跡避開。如果都採平行配置,再加上距離相近的情況則會導致跑道效率相互干擾使機場效率無法提升。
多跑道配置的錯位案例非常多,例如香港機場的新計畫中,第三跑道規劃與另外兩條跑道錯位1,140公尺;擁有三條跑道的北京機場,第三跑道南邊也是錯位超過2,000公尺;距離桃園很近的上海浦東機場,第三條跑道也是錯位了600公尺。
跑道的錯位設計主要有兩個因素。第一個因素就是可以讓兩條跑道的航機可以逼近平行落地的條件,一般來說進場的軌跡大約是每1海浬高度變化300英呎,因此像是成田機場兩條錯位距離高達1.5海浬的跑道、當兩航機進入進場軌跡時、光是水平軌跡就有至少400~500英呎的高度落差,這樣就能幫助航管員縮短連續進場航機的軌跡。
第二個因素就是如果雙跑道恰好同時有離到場航機混雜時,錯位的雙跑道有助於提供其中一條跑道有離場航機、另一條跑道為到場航機而執行重飛作業時,兩架爬升中的航機軌跡可以被有效的拉開水平與垂直隔離。
目前綱要計畫的三跑道方案中,且稱為05L(第三跑道)、05C(目前05L跑道)、05R跑道,由於05L和05C兩條跑道距離較近,因此應該會採取05L落地、05C起飛、05R起降混合的方式進行運作。以16小時三跑道、8小時雙跑道的運作方式來計算,日流量大約是1,700架次。然而,這種三跑道的建置方式必須要考量到機場用地大量徵收的問題。
多跑道配置的錯位案例非常多,例如香港機場的新計畫中,第三跑道規劃與另外兩條跑道錯位1,140公尺;擁有三條跑道的北京機場,第三跑道南邊也是錯位超過2,000公尺;距離桃園很近的上海浦東機場,第三條跑道也是錯位了600公尺。
跑道的錯位設計主要有兩個因素。第一個因素就是可以讓兩條跑道的航機可以逼近平行落地的條件,一般來說進場的軌跡大約是每1海浬高度變化300英呎,因此像是成田機場兩條錯位距離高達1.5海浬的跑道、當兩航機進入進場軌跡時、光是水平軌跡就有至少400~500英呎的高度落差,這樣就能幫助航管員縮短連續進場航機的軌跡。
第二個因素就是如果雙跑道恰好同時有離到場航機混雜時,錯位的雙跑道有助於提供其中一條跑道有離場航機、另一條跑道為到場航機而執行重飛作業時,兩架爬升中的航機軌跡可以被有效的拉開水平與垂直隔離。
目前綱要計畫的三跑道方案中,且稱為05L(第三跑道)、05C(目前05L跑道)、05R跑道,由於05L和05C兩條跑道距離較近,因此應該會採取05L落地、05C起飛、05R起降混合的方式進行運作。以16小時三跑道、8小時雙跑道的運作方式來計算,日流量大約是1,700架次。然而,這種三跑道的建置方式必須要考量到機場用地大量徵收的問題。
左圖為2011年桃園機場園區剛要計劃機場配置圖
其他設施配置:
登機門
第一航廈北登機門(A1-A9):9處
第一航廈南登機門(B1-B9):9處
第二航廈南登機門(C1-C10):10處
第二航廈北登機門(D1-D10):10處
國內線停機坪:3處
遠端停機坪:15處
航空貨運站
數量:2個(場內)
總面積:208,681平方公尺
年容量:約1,350,000公噸
停機坪
客運停機坪:面積486,236平方公尺,停機位41個(含國內線)
遠端停機坪:面積233,585平方公尺,停機位15個
貨運停機坪:面積361,643平方公尺,停機位25個
修護停機坪:面積315,270平方公尺,停機位31個
滑行道
北滑行道15條,南滑行道11條
聯絡南、北滑行道2條,共計28條
從上面的資料可以知道機場跑道的整體配置,要從許多層面來加以考慮、而且其互相影響牽制的關係是十分複雜的。
登機門
第一航廈北登機門(A1-A9):9處
第一航廈南登機門(B1-B9):9處
第二航廈南登機門(C1-C10):10處
第二航廈北登機門(D1-D10):10處
國內線停機坪:3處
遠端停機坪:15處
航空貨運站
數量:2個(場內)
總面積:208,681平方公尺
年容量:約1,350,000公噸
停機坪
客運停機坪:面積486,236平方公尺,停機位41個(含國內線)
遠端停機坪:面積233,585平方公尺,停機位15個
貨運停機坪:面積361,643平方公尺,停機位25個
修護停機坪:面積315,270平方公尺,停機位31個
滑行道
北滑行道15條,南滑行道11條
聯絡南、北滑行道2條,共計28條
從上面的資料可以知道機場跑道的整體配置,要從許多層面來加以考慮、而且其互相影響牽制的關係是十分複雜的。
Runway orientation 跑道方位
首先先知道跑道方位決定之因素:風頻涵蓋率,風切效應,風向,空域的可用性,塔台目視範圍,野生動物危害。而影響跑道方位的最大因素來自於風。
FAA規定飛機降落時,至少 95%時間,風之橫向速率小於24 kph (15 mph),若不能滿足 95%的風頻涵蓋率,則須另加建斜向跑道。由於飛機要「逆風起降、一路順風」,所以機場週邊的「盛行風向」就成了機場跑道設計的主要因素,我們可以利用風玫瑰圖來輔助設計,簡單來說就是用一張風向標記分佈、一塊透明板找出這個機場的盛行風向,以此決定跑道方位該如何設計。所以像是桃園機場的東北--西南向,台中清泉崗、台南、嘉義的南北向,松山、高雄小港的東西向等,都是透過這種方式來決定跑道的方向。
右圖是一個決定跑道方位的「風玫瑰圖」範例
FAA規定飛機降落時,至少 95%時間,風之橫向速率小於24 kph (15 mph),若不能滿足 95%的風頻涵蓋率,則須另加建斜向跑道。由於飛機要「逆風起降、一路順風」,所以機場週邊的「盛行風向」就成了機場跑道設計的主要因素,我們可以利用風玫瑰圖來輔助設計,簡單來說就是用一張風向標記分佈、一塊透明板找出這個機場的盛行風向,以此決定跑道方位該如何設計。所以像是桃園機場的東北--西南向,台中清泉崗、台南、嘉義的南北向,松山、高雄小港的東西向等,都是透過這種方式來決定跑道的方向。
右圖是一個決定跑道方位的「風玫瑰圖」範例
風切則是指單位距離內風之向量差,風切可由風向或風速的不同所引起。風向不同引起之風切例如台北吹東北風,新竹吹西南風,此兩站間風向改變180度,這就是明顯的風切,將有明顯風切的地方用線連起來,稱為風切線。風速不同引起之風切又可分成徑向風切及橫向風切兩種。
左圖為飛機風切的簡單示意圖
左圖為飛機風切的簡單示意圖