问题

为什么美国的机场跑道很多设计成交叉式而国内基本设计成平行式?

回答
关于美国机场跑道交叉式设计多于平行式,以及国内多采用平行式的现象,这背后涉及机场规划的多种考量,包括但不限于历史发展、地理条件、航空需求、空域管理以及经济成本等因素。要详细解答这个问题,我们需要一层层剥开来看。

首先,我们要明白,机场跑道的设计并非一成不变,交叉式和纯平行式只是两种常见的布局形式,很多机场也会采用两者的混合布局。问题的核心在于为什么在“很多”和“基本”这两个词语的背后,存在着设计倾向性的差异。

1. 历史发展与早期机场的演变

理解这一点,需要回溯到航空业的早期。

交叉式跑道的兴起: 在航空业的萌芽时期,飞行技术相对粗糙,对机场的要求也比较简单。最早的机场往往是利用大片平坦的草地, pilots 会根据风向和场地情况选择合适的起降方向。随着飞机的性能提升和对更稳定起降的要求出现,人们开始修建固定跑道。在早期的机场,受限于场地大小和技术条件,能够修建的跑道数量有限。为了最大限度地利用有限的空间,并应对各种风向变化,设计人员发现修建两条相互垂直或成一定角度的跑道,可以同时满足大部分风向下的起降需求。这就催生了交叉式跑道的出现。这种布局在初期能够以相对较低的成本和占地面积,提供比单跑道更灵活的起降选择。
美国早期航空业的发展特点: 美国是航空业的先行者之一,拥有广阔的国土和相对充足的土地资源,早期城市化和工业化进程中,很多小型机场和军用机场在建设时,交叉式设计是一种务实且经济的选择。它能够服务于不同风向下的航空活动,适应性强。

2. 地理条件与风向的适应性

这是最直接也是最关键的因素之一。

风向是决定跑道方向的首要因素: 机场跑道的朝向设计,首要考虑的是当地的盛行风向。跑道应该尽量与盛行风向平行,这样可以增加飞机的起降效率和安全性。如果一个地区的风向非常复杂,经常变化,或者盛行风向不固定,那么修建一条指向一个方向的跑道可能无法满足大部分时间的需求。
交叉式跑道的优势: 在风向多变或盛行风有两个主要方向的地区,交叉式跑道(通常是互相垂直或成一定角度)能够提供更好的覆盖。例如,如果一个地区的风向主要来自东西向和南北向,修建一条东西向跑道和一条南北向跑道,就能大大提高起降的效率,减少因侧风过大而导致的延误或备降。
平行式跑道的考虑: 而当一个地区的风向非常稳定,有明确且单一的盛行风向时,修建一条或多条与该盛行风向平行的跑道是最理想的。平行式跑道可以最大化地利用这一风向,并且在相同起降频率下,平行式布局的跑道之间相互干扰的可能性更小,空域管理相对简单。

那么为什么说“国内基本设计成平行式”呢?

这可能与中国机场建设的一些特点有关:

大型枢纽机场的规划: 随着中国民航业的飞速发展,建设大型枢纽机场成为主流。这类机场的目标是承担巨大的客货运量,需要高效率的运行。高效率的运行往往意味着需要尽可能减少跑道之间的干扰。
平行式跑道的效率优势: 在同一时间,同一条跑道的起降效率是有限的。如果需要同时处理大量的航班,多条平行跑道的优势就显现出来了。它们可以独立运行,减少互相等待的时间。例如,两条平行的跑道可以实现“独立平行进近”和“独立平行离场”,显著提高空域容量。
空域管理与简化: 平行式跑道在空域管理上相对更简单和高效。塔台只需要管理与跑道平行方向的进离场飞机,减少了交叉区域的冲突点。而交叉式跑道,特别是十字交叉,会产生多个交叉点,在飞机同时在不同跑道进出时,空域管制会变得异常复杂,效率也大打折扣,对指挥的精密度要求极高,且一旦出现指令失误,后果严重。
风向数据和机场选址: 中国在机场选址和建设过程中,会进行详尽的气象勘测,选择风向相对稳定的场地。一旦确定了主要的盛行风向,建设与其平行的多条跑道是最高效的选择。
土地资源的考量: 虽然中国土地资源也同样宝贵,但在建设大型枢纽机场时,其占地面积已经相当可观。在选址时,如果能找到一个风向条件理想的区域,修建平行跑道比修建需要更多角度变化的交叉跑道可能在总体规划上更紧凑、更易于管理。

3. 航空需求与空域容量

航班密度: 美国很多老牌机场和繁忙的枢纽机场(如洛杉矶国际机场LAX、芝加哥奥黑尔国际机场ORD等)经历了长期的发展和扩建。在航空需求爆炸式增长的背景下,为了提高空域容量,增加平行跑道是直接有效的手段。而一些早期建设的机场,可能保留了历史性的交叉布局,但随着需求的增长,也在不断进行改造和增建,通常会优先考虑平行跑道的扩建。
大型机场的运行模式: 大型机场的运行讲究效率和独立性。多条平行跑道允许更多的飞机同时起降,而不会互相干扰。这对于需要处理巨量航班的机场来说至关重要。

4. 成本与维护

建设成本: 交叉式跑道在初期建设时,在提供多风向适应性方面可能比修建多条完全不同方向的平行跑道更为经济,因为它可以用更少的跑道覆盖更多的风向角度。
维护与运营成本: 随着机场运行模式和技术的进步,跑道维护、灯光系统、导航设备等,对于大量平行跑道来说,可能在某些方面更为标准化和易于维护(尽管总面积可能更大)。而交叉式跑道由于其结构上的交叉,其中心区域的维护和管理可能更为复杂。

5. 空域管理与安全

复杂性: 交叉式跑道,尤其是十字交叉,在同时运行的情况下,会产生非常复杂的空中交通管制区域。飞机在交叉点可能会有冲突,需要非常精密的管制和高度的飞行员配合。这会限制跑道的使用效率,并增加安全风险。
平行跑道的优势: 平行跑道的设计,特别是带有一定间隔的平行跑道,可以实现独立的进近和离场,大大简化了空域管理,提高了运行效率和安全性。塔台可以更容易地分配起降的飞机,减少了不确定性。

举例说明:

美国的交叉式机场(或者带有交叉式布局的):
丹佛国际机场 (DEN): DEN 是一个很好的例子,它拥有多条交叉布局的跑道,以及一些与主要风向平行的跑道。其巨大的占地面积和多方向的风向分布,促使了这种混合布局。
亚特兰大哈兹菲尔德杰克逊国际机场 (ATL): ATL 也是一个非常繁忙的机场,拥有多条平行跑道,但也可能在早期历史中存在过交叉布局。其主要跑道是平行式的,以应对高航班量。
国内的平行式机场:
北京首都国际机场 (PEK) / 北京大兴国际机场 (PKX): 这两个机场都拥有多条平行跑道,以满足巨大的航班量和提高运行效率。
上海浦东国际机场 (PVG) / 上海虹桥国际机场 (SHA): 同样是拥有多条平行跑道的繁忙机场。

总结与分析:

“为什么美国的机场跑道很多设计成交叉式而国内基本设计成平行式?”这个问题,更准确的说法可能是:在美国,存在一些历史悠久、土地资源相对充裕且风向条件复杂的机场,其早期设计或后续扩建中保留了或选择了交叉式布局以提高风向适应性。而在中国,随着民航业的快速发展和大型枢纽机场的建设,以及对运行效率和空域管理简化的追求,平行式跑道布局成为了主流选择。

这并不是说一方完全排斥另一种,而是说在不同历史背景、地理条件、发展阶段和建设理念下,对跑道布局的侧重点有所不同。

美国: 拥有更多历史悠久的机场,土地相对充裕(尤其是在一些早期规划中),为了适应多变的自然条件和历史发展,一些机场可能保留了或采用了交叉式设计。同时,美国也有大量平行跑道设计的机场。
中国: 在民航业的快速发展期建设了大量新机场,特别是大型枢纽机场,更注重现代化的设计理念,追求极致的运行效率和空域管理能力,因此平行式布局成为更普遍的选择。

理解这一点,更重要的是认识到机场设计是一个多因素权衡的结果,没有绝对最优的设计,只有在特定条件下最适合的设计。

网友意见

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好问题,这问题我上学问过老师,工作问过教员。原因只有一个,风!

机场跑道一般要和本地常年风向平行,这是前提。

过去的飞机抗侧风性能较差,那种风向不是西北就是东北的机场,想修第二跑道只能交叉,修平行的基本上没意义。

美国有些机场n年前就建好了,反正也用习惯了,而且返修耗资太大,因此也就沿用至今。

相比之下,国内机场大多是近现代建设的,飞机技术已经很发达,侧风基本上不成问题,因此都是平行跑道。

有趣的是,美国有些机场跑道是一个X型旁边一个I型,X I这样的

我公司规定,737 800飞机,干跑道顺风最大允许5米每秒,侧风15,逆风25。

湿跑道是5,12,25。

其实美国这样也有好处,无形中提高了本国管制员的水平。

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