analiza uticaja lokacije i tipa izlaznice na kapacitet poletno sletne ...

ANALIZA UTICAJA LOKACIJE I TIPA IZLAZNICENA KAPACITET POLETNO SLETNE STAZERUNWAY CAPACITY ANALYSISAS A FUNCTION OF EXIT TYPE AND LOCATIONANDRIJA VIDOSAVLJEVIĆUniverzitet u Beogradu, Saobraćajni fakultet, Beograd, a.vidosavljevic@sf.bg.ac.rsRezime: Predviđeni porast potražnje za vazdušnim saobraćajem zahteva povećanja kapaciteta sistema vazdušnogsaobraćaja, pogotovu aerodromskog sistema gde se upravo predviđaju najveća zagušenja. S druge strane, aviokompanije imaju interes za lokacijom izlaznice koja im omogućuje minimiziranje operativnih troškova (minimalnorulanje do platforme nakon sletanja i sl). Navedeni razlozi predstavljali su motivaciju za razvoj modela operacijesletanja. Mogućnosti primene modela ilustrovane su na problemu lokacije izlaznice D staze 12 Beogradskogaerodroma.Ključne reči: Kapacitet poletno sletne staze, lokacija izlaznice, simulacija.Abstract: The predicted increase in air transport demand requires increase of air traffic system capacity, especiallyairport system capacity where greatest congestions are expected. In addition, airlines have an interest for exit locationwhich guarantees operating costs minimization (minimum taxing time landing, etc). The stated reasons were themotivation for development a model of the aircraft landing operations. The model’s capabilities are illustrated usingrunway exit location problem at Belgrade airport.Keywords: Runway capacity, runway exit location, simulation.1. UVODStudija Evropske komisije [1], i njene kasnije revizije,predviđaju da će se broj zahteva za vazdušnim saobraćajemudvostručiti u narednih 10 – 15 godina i utrostručiti unarednih 20 godina. Iako se vazdušni prostor uglavnomsmatra glavnim limitirajućim faktorom kapaciteta sistemavazdušnog saobraćaja, studije pokazuju da se najveća zagušenjapredviđaju upravo na vazduhoplovnim pristaništima(aerodromima).Aerodromski sitem se sastoji od: terminalnog vazdušnog prostora, poletno sletnih staza – PSS rulnih staza pristanišne platforme, pristanišne zgrade, veze sa opslužnim područjem.Kapacitet aerodromskog sistema zavisi od kapaciteta svihnjegovih delova, pa shodno tome i od kapaciteta PSS-a.Kapacitet PSS-a se definiše kao broj vazduhoplova kojestaze mogu da prihvate u određenom intervalu vremena(najčešće 60 minuta) i zavisi od: broja i međusobnog rastojanjaPSS-a, broja i lokacija izlaznica, konfiguracijerulnih staza, itd. Kako je kapacitet staze obrnuto proporcionalanvremenu koje vazduhoplovi provedu na stazi, proizilazida su problemi maksimizacije kapaciteta i minimizacijezauzetosti PSS-a dualni. Lokacija izlaznice za kojuje vreme zauzetosti PSS-e minimalno, ujedno predstavljaoptimalnu lokaciju sa aspekta kapaciteta.S druge strane, avio kompanije se rukovode jedino smanjenjemtroškova poslovanja, pa se problem lokacije izlaznicemože posmatrati kroz minimizaciju nepotrebnogvremena rulanja do pristanišne platforme nakon sletanja.Ovaj problem je od izuzetne važnosti naročito kod aerodromakod kojih je pristanišni kompleks lociran u blizinipraga PSS-e koji je najčešće u upotrebi (aerodrom Beograd,praga 12) [2].Cilj istraživanja, izloženog u ovom radu, je bio razvojmodela operacije sletanja na PSS-u sa dve izlaznice, radianalize uticaja lokacije i tipa izlaznice na kapacitet PSS-eza zadati miks 1 vazduhoplova. Pored mogućnosti promenemiksa vazduhoplova u populaciji (radi predstavljanjasadašnjeg ili budućeg saobraćaja), model je moguće prilagoditiPSS-i sa više izaznica, radi posmatranja problemaoptimalne lokacije nove izlaznice pri njenoj konstrukciji.Rad je organizovan na sledeći način. U poglavlju 2 opisanesu operacija sletanja i njene faze. Zatim je predstavljenmodel operacije sletanja sa usvojenim pretpostavkama i1 Zastupljenost pojedinih tipova vazduhoplova u populaciji1

opisan proces validacije modela. U poglavlju 3 prikazanisu neki rezultati analize podataka dobijenih simulacijommodela i izvedeni su zaključci.2. MODEL OPERACIJE SLETANJAOpis operacije sletanjaNakon segmenta završnog prilaza, na visini od 15m iznadpraga PSS-e započinje operacija sletanja. Sletanje je završenokada je vazduhoplov napustio PSS-u. Operacija sletanjaje podeljena u sledeće faze [3]: nizlet – u kojoj vazduhoplov i dalje ponire po ravniponiranja konstantnom brzinom; prilet – u kojoj se vazduhoplov prevodi iz poniranjau horizontalni let i slet – koja se sastoji od tri podfaze:– idržavanje – vazduhoplov leti horizontalno, uz sveveće propinjanje (povećanje napadnog ugla) kakobi nadomestio smanjenje brzine (prouzrokovanopovećanjem otpora) i održao uzgonsku silu jednakutežini vazduhoplova;– opadanje (parachute) – kada je vazduhoplov dostigaomaksimalni napadni ugao, njegovim daljimpovećanjem dolazi do naglog pada uzgona i propodanjavazduhoplova do dodira glavnih nogustajnog trapa sa PSS-om;– rulanje – nakon dodira sa stazom, vazduhoplovpočinje da usporava i rula do napuštanja staze.Sletanje je završeno kada rep vazduhoplov napustiPSS-u.Brzina vazduhoplova na početku faze sletanja zavisi odviše faktora. Minimalnu brzinu vazduhoplova, potrebnuza održanje u vazduhu, diktiraju kategorija vazduhoplovai brzina vetra. Za svaku (težinsku) kategoriju vazduhoplovadefinisana je brzina gubitka uzgona (V s ) 2 , koja predstavljabrzinu vazduhoplova u odnosu na vazdušnu masu(Air Speed). Brzina sletanja (V ref ) je po definiciji 30% većaod brzine gubitka uzgona, dok je brzina vazduhoplovau odnosu na zemlju (Ground Speed) jednaka V ref uvećanojza leđnu odnosno umanjenoj za čeonu komponentu vetra.S druge strane stvarna brzina kojom vazduhoplov leti usletanju zavisi od pilota koji upravlja vazduhoplovom(ljudski faktor). Takođe u periodu vršnog opterećenjakontrolor letenja može zahtevati od pilota promenu brzineradi optimalnog sekvencionisanja dolazećeg saobraćaja.od: koeficijenta trenja (meteorološki uslovi) i podužnognagiba PSS-e, težine vazduhoplova, brzine pri dodiruPSS-e, upotrebe vazdušnih kočnica i obrnutog potiska i sl.Međutim najuticajni je ljudski faktor, jer od pilotove procenerastojanja do izlaznice zavisi koliki će intenzitet kočenjabiti.Model operacije sletanjaU simulacionom modelu operacije sletanja za granice sistemaizabrani su prag PSS-e na koji se vrši sletanje (1) itačka na izlaznici na kojoj je vazduhoplov u potpunostinapustio PSS-u (5). Operacija sletanja je podeljena u četirifaze, kao što je prikazano na slici 1: poniranja – od praga do tačke dodira (1 – 2), usporavanja – od tačke dodira do tačke gde vazduhoplovdostiže brzinu izlaza (2 – 3), rulanja – kretanje do tačke izlaza (3 – 4), napuštanja staze – (4 – 5).Ulazni parametri modela kao što su: ubrzanje vazduhoplovau letu i nakon dodira PSS-e, funkcija raspodele brzinevazduhoplova na pragu za različite kategorije vazduhoplova,funkcija raspodele položaja tačke dodira (touchdown) dobijeni su na osnovu podataka snimljenih na Beogradskomaerodromu 1980. godine [4].Slika 1.Značajne tačke u operaciji sletanjaPrva faza obuhvata let vazduhoplova između praga PSS-ei tačke na PSS-i na kojoj točkovi zadnjih nogu stajnog trapaprvi put dodirnu stazu. U ovoj fazi predpostavljeno jeda se vazduhoplov kreće ravnomerno usporeno sa ubrzanjem-1m/s 2 . Brzina vazduhoplova na pragu (V 1 ) predstavljaslučajnu promenljivu koja zavisi od kategorije vazduhoplova(sa određenom verovatnoćom uzima vrednost L,M i H u zavisnosti od zadatog miksa populacije) i predstavljenaje empirijskim raspodelom na slici 2.Na rastojanje tačke dodira vazduhopolova sa PSS-om odpraga najveći uticaj ima brzina vazduhoplova na pragu,ali i brzina prevođenja vazduhoplova u stanje gubitka uzgona(meko i tvrdo sletanje), ljudski faktor i sl.Nakon dodira PSS-e, vazduhoplov počinje da usporava ikada se steknu uslovi 3 napušta stazu. Intenzitet usporenjaje promenljivog karaktera i ima dva pika, prvi pri dodiruPSS-e i drugi nakon aktiviranja vazdušnih kočnica. Zavisi2 brzina pri kojoj krila ne proizvode dovoljanu uzgonsku silu za održavanjevazduhoplova u vazduhu3 brzina vazduhoplova manja ili jednaka brzini izlaza i na datom mestupostoji izlaznicaSlika 2: Funkcija raspodele brzine vazduhoplovana pragu PSS-e2

Položaj tačke dodira (L 12 ) takođe predstavlja zavisnu slučajnupromenljivu. Na osnovu brzine na pragu (V 1 ) vazduhoplovise dele u šest kategorija, i svakoj je pridružena određenaempirijska raspodela položaja tačke dodira (slika 3).Slika 3.Funkcija raspodele položaja tačke dodira PSS-eKako je pretpostavljeno ravnomerno usporeno kretanjevazduhoplova u prvoj fazi, na osnovu generisanih vrednostiV 1 i L 12 moguće je odrediti brzinu vazduhoplova pridodiru PSS-e (V 2 ) po formuli (1), dok se vreme koje vazduhoplovprovede u prvoj fazi (t 1 ) računa poformuli (2).V22V1 2 a1 L12 (1)2 L12t1 (2)V V1U drugoj fazi vazduhoplov, nakon dodira sa PSS-om, počinjeda usporava kako bi što pre napustio PSS-u. Za potrebeovog rada, predpostavljeno je konstantno usporenjekoje iznosi -1.4m/s 2 . Brzinu izlaza 4 (V 3 ) vazduhoplov dostižeu tački 3, čije se rastojanje od praga (L 13 ) dobija poformuli (3), dok se vreme provedeno u ovoj fazi (t 2 ) dobijapo formuli (4).2 2V2V3L13 L12(3)2a22 L13t2 (4)V2V3Položaj tačke 3 može biti dvojak u zavisnosti da li je vazduhoplovželjenu brzinu dostigao pre ili posle prolaskaizlaznice I. U prvom slučaju (tačka 3' na slici 1) rastojanjeL 13 se dobija kada u formuli (3) brzina V 3 uzme vrednostpropisanu za izlaznicu I (V I ). Tada važi da je L 13 < L I . Usuprotnom, vazduhoplov nastavlja usporeno kretanje dodostižanja propisane brzine za izlaznicu II (V II ) koju dostižeu tački 3'' na slici 1.Po dostizanju brzine izlaza, vazduhoplov nastavlja rulanjepo stazi do tačke lokacije izlaznice (tačka 4 na slici 1).Vazduhoplov se u trećoj fazi kreće konstantnom brzinompa se vreme rulanja određuje po formuli (5), gde L predstavljarastojanje izlaznice od praga (uzima vrednost L I iliL II u zavisnosti od prihvaćene izlaznice).4 brzina sa kojom je, po standardima, dozvoljeno da vazduhoplov napustiPSS-u. Zavisi od tipa izlaznice.2tL L133 (5)V3Poslednja faza obuhvata rulanje vazduhoplova između tačaka4 i 5 radi napuštanje PSS-e. Kako se smatra da je vazduhoplovnapustio stazu tek kada je celom svojom dužinomprešao ivicu PSS-e, tačka 5 je lociranja na 50m rastojanjaod ivice PSS-e, koliko iznosi dužina najvećegvazduhoplova u populaciji. Vreme potrebno za napuštanjePSS-e dobija se po formuli (6).50mt4V3Izlazne promenljive modela predstavljaju: vreme zauzetostiPSS-e, koje se dobija kao zbir vremena trajanja pojednihfaza operacije sletanja, i podatak da li je vazduhoplovprihvatio izlaznicu I ili ne, na osnovu kojeg se računa verovatnoćaprihvata izlaznice.Validacija modelaValidacija modela je izvršena poređenjem podatakadobijenih snimanjem saobraćaja na Beogradskomaerodromu 1980. godine [4] sa rezultatima simulacionogmodela za slučaj polu-brze izlaznice locirane na 2000mod praga, što odgovara tadašnjoj konfiguracije PSS-e, iodgovarajući miks vazduhoplova.Slika 4. Raspodele verovatnoća vremena zauzetostiUporednim prikazom raspodela verovatnoća vremena zauzetostidobijenih snimanjem saobraćaja i simulacionimmodelom (slika 4) uočene su razlike koje su posledicapretpostavki modela. Sa slike 4 može se videti da je frekvencijavremena zauzetosti PSS-e od 50 sekundi, kojugenerišu vazduhoplovi koji prihvate prvu izlaznicu, znatnoniža u modelu što je posledica pretpostavljene brzineizlaza. Usvajanje brzine izlaza, koja je manja od projektovanebrzine preporučene od strane ICAO-a, uslovilo je imanju verovatnoću prihvata izlaznice (77% naspram82.5% koliko iznosi za snimljeni saobraćaj).Još značajniji uticaj ima pretpostavka da vazduhoplovusporava konstantno do brzine izlaza a zatim nastavlja rulanjekonstantnom brzinom sve do napuštanja PSS-e. Kakou realnosti pilot prilagođava kočenje svojoj trenutnojbrzini i procenjenom rastojanju do izlaznice, to će se retkodesiti da vazduhoplov u rulanju konstantnom brzinom,jednakoj brzini izlaza, provede onoliko vremena koliko se3

dobija modelom. Kao direktna posledica ove pretpostavke,u rezultatima modela na slici 4 se može uočiti velikafrekvencija vremena zauzetosti u opsegu 150-180 sekundi,koje uzrokuju vazduhoplovi koji nisu prihvatili prvuizlaznicu, dok vremena zauzetosti snimljenog saobraćajane prelaze 140 sekundi i u opsegu 90-140 javljaju se umalom broju slučajeva.lokaciji izlaznice. Daljim udaljavanjem izlaznice, prekooptimalne (2100 m), dolazi do porasta prosečnog vremenazauzetosti PSS-e i pored daljeg povećanja verovatnoćeprihvata izlaznice, što je grafički predstavljeno širenjemprvog pika krive gustine raspodele i njegovim pomeranjemka višim vrednostima, a posledica je dužeg rulanjavazduhoplova po pisti.3. ILUSTRACIJA PRIMENE MODELAPrimena modela operacije sletanja, opisanog u ovom radu,ilustrovana je na primeru Beogradskog aerodroma“Nikola Tesla“. Simulacija operacije sletanja vršena je zaprag 12, sa ciljem određivanja optimalne lokacije izlazniceD. Funkcija cilja je minimiziranje prosečnog vremenazauzetosti PSS-e, sa ciljem povećanja kapaciteta PSS-e. Usimulaciji su sprovedena dva eksperimenata za slučaj brzeodnosno polu-brze izlaznice, od kojih svaki ima jedanaestscenarija za razne lokacije izlaznice (1500m-2500m).Analiza nekih od rezultata prikazana je u nastavku.U tabeli 1 dat je uporedni prikaz rezultata eksperimenta 1,svih 11 scenarija. Iz tabele se može videti da je optimalnalokacija brze izlaznice, sa aspekta minimalnog vremenazauzetosti PSS-e, na 2100m od praga 12.Tabela 1.Rezultati eksperimenata 1ScenarioLokacijaizlazniceProsečno vremezauzetostiPSS-eVerovatnoćaprihvataizlaznice D1 1500 155 202 1600 143 273 1700 126 394 1800 116 475 1900 89 706 2000 66 927 2100 64 998 2200 69 1009 2300 75 10010 2400 81 10011 2500 87 100Sa slike 5, na kojoj su prikazane raspodele verovatnoćavremena zauzetosti PSS-e za četiri reprezentativna scenarijaeksperimenta 1, može se videti da kriva gustine raspodeleima dva pika: jedan na nižim vrednostima vremenazauzetosti (40-60 sekundi), koji generišu vazduhoplovikoji su izašli na izlaznicu D, i drugi na višim vrednostimavremena zauzetosti (170-180 sekundi), kao posledica neprihvatanjaizlaznice D.Za slučaj lokacije izlaznice preblizu praga PSS-e na kojise sleće (scenario 1), većina vazduhoplova ne uspeva danapusti PSS-u na prvoj izlaznici (verovatnoća prihvata izlazniceje mala svega 20%, tabela 1), pa je drugi pik izraženiji,što uzrokuje visoko prosečno vreme zauzetostiPSS-e. Udaljavanjem izlaznice od praga povećava se verovatnoćaprihvata izlaznice, pa prvi pik postaje sve izraženiji,dok se drugi pik smanjuje i na kraju potpuno isčezava.Povećanje verovatnoće prihvata izlaznice dovodi dosmanjenja prosečnog vremena zauzetosti PSS-e sve dodostizanja minimalne vrednosti koja odgovara optimalnojSlika 5. Raspodele verovatnoća vremena zauzetosti4. ZAKLJUČAKU ovom radu prikazan je model operacije sletanja namenjenanalizi uticaja lokacije i tipa izlaznice na kapacitetPSS-e za zadati miks populacije vazduhoplova.Analizom podataka, tokom validacije modela, utvrđeni suuzroci razlike između podataka dobijenih snimanjem saobraćajai rezultata modela i predložena su buduća unapređenjamodela (uvođenje kompleksnijeg algoritma kočenjasa modeliranjem uloge pilota). I pored uočenih razlika, aobzirom na namenu modela, smatra se da model dovoljnomdobro opisuje posmatrani sistem.Primena modela ilustrovana je na primeru lokacije izlazniceD za stazu 12 Beogradskog aerodroma za ulazni miks saobraćajakoji odgovara 1980. godini. Analizom podataka utvrđenesu optimalne lokacije brze i polu-brze izlaznice, kao iprednosti koje donosi uvođenje brze izlaznice. U budućemradu korisno bi bilo razmatranje problema lokacije izlazniceD za ulazni miks koji odgovara današnjem saobraćaju, imajućiu vidu da je dugolinijski saobraćaj 80-ih godina činio velikiudeo. Problem lokacije nove izlaznice je samo još jedanod mogućih, koji bi takođe bilo interesantno posmatrati.LITERATURA[1] P. Argüelles, et al., "EUROPEAN AERONAUTICS:A VISION FOR 2020", European Commission, Luxembourg,2001.[2] V. Tošić, D. Teodorović, O. Babić, "Optimum runwayexit location", Transportation Planning and Technology,10(2) (1985) 135–145.[3] S. Gvozdenović, P. Mirosavljević, pisana predavanja“Uvod u performanse transportnih vazduhoplova“,Saobraćajni fakultet, Beograd, 2008.[4] Z. Živković, diplomski rad “Analiza karakteristikasaobraćaja na PSS-i aerodroma Beograd“, Saobraćajnifakultet, Beograd, 1980.4