随着当前国内经济的高速发展和2009年全球金融危机后的国内航空运输市场逐步恢复, 航空运输量的需求日趋增长。同时对未来国内航空运输市场做出的评估和判断表明, 为更好满足运输量激增问题, 只有通过改扩建或者新建机场的方式实现。然后改扩建和新建机场后机场的占地规模不断扩大所带来的问题既是随着机场附近居民区生活水平逐步提高后也对机场周围生活环境质量提出了更高的要求, 则相应的也令国内民用机场在未来的建设中的航空噪声问题变得日益突出。但是要在国内机场综合地使用各项减噪声方法, 其中不仅需要航空制造厂商设计出更为静音的飞机机型, 法规部门制定出更为严格的适航审定条例, 同时航空公司、空中交通管制和机场规划设计建设等各单位的共同参与也是必不可少的。
2001年10月, 国际民航组织 (简称ICAO) 的189个成员国共同签署并发布了“平衡推进措施”来解决航空噪声对机场附近生活区的影响问题, 且该方法于2004年作出第一次修订[1]。ICAO将该减噪声措施划分为以下四部分:降低噪声源、减噪声运行程序、运行限制、机场附近的土地规划与管理等。本文将针对以上方面来详细分析国内民用机场在未来可实施的减噪声措施。
1 减噪声措施
1.1 降低噪声源
飞机审定噪声规定的不断严格促使了航空制造商必须不断地研究开发更加静音的飞机减噪声技术。1969年美国联邦航空局FAA首次针对起飞、侧向和进近三个方向建立了最大噪声限制, 称为第二阶段噪声。此后随着航空交通运输量的增加促使了更为严格的飞机型号和适航合格审定规定, 其中即包含了噪声审定。此后FAA在1978年采取了第三阶段噪声限制, 之后于2005年进一步建立了直至目前最为严格的第四阶段噪声限制。第四阶段限制与ICAO附件16第四章噪声标准[2]完全一致, 即第四阶段值在起飞、侧向和进近三个方向的累积噪声值要比第三阶段值小10EPNd B。尽管更为严格的噪声限制发布, 但是目前大部分在产飞机均已能满足第四阶段要求。同时航空制造厂商也在不断推进, 将更为先进的静音技术用在最新飞机设计中。空客公司宣称其A380-800型飞机的累积噪声要比第四阶段噪声限制低12EPNd B, 而波音公司也发布了其累积噪声, 比限制的裕度甚至高达16EPNd B。如图1, 分别对比了787-8、767-300、A340-300等机型的85d BA噪声影响区面积大小, 从中可以看出787-8型飞机的噪声影响区完全限制在机场范围内, 而未影响到机场附近的生活区。而波音公司也详细对比分析了787-9和A340-300的噪声影响区域面积, 其减小程度可高达60%。
如波音公司联合NASA、GE、古德里奇等部门共同开发了静音技术演示机型 (QTD2) , 该项目只在通过降低发动机和起落架噪声来减小客舱内和对生活区的噪声影响。为了减小发动机前缘风扇叶片产生的噪声, 波音和古德里奇共同开发了单片式组合吸音筒安装在发动机短舱进口处, 同时在不破坏除冰效能的前提下重新设计了发动机进气唇口而实现了吸音作用。吸音筒和唇口设计完全实现了短舱进口噪声的吸收。而在发动机喷流噪声控制方面, 波音联合GE、NASA共同开发了安装在发动机短舱和排气装置上可降噪的V型喷口设计, 如图2所示。V型喷口设计增强了发动机喷流与外界喷流掺混来降低喷流噪声。
同时在降低起落架噪声方面, 主起落架机轮中间安装了雪橇式整流罩, 其能有效地减小起落架放下时引起的噪声。
1.2 减噪声优选跑道和减噪声运行程序
从图3的数据可以看出, 当前世界最常采用的减噪声措施是减噪声运行程序和减噪声优选报道。该方法包含了鼓励选择优先使用, 以使飞机在起飞离场和最后进近阶段尽可能避开机场附近的噪声敏感区 (如学校、居民区等) 。同时有关部门还可以发布特定的起飞离场和最后进近飞行程序, 同时一旦航空公司某机型的飞行任务违背了减噪声程序, 则还会在一定程度给予经济上的惩罚。在美国, 机场噪声和能力法案 (ANCA, 1990) 即提出了机场部门提交的任何减噪声优选跑道和运行程序均要通过FAA的审定。
同时国际民航组织文件8168第一卷《飞行程序》的“减噪声程序”章节中公布了两种减噪声爬升程序 (NADP) , 其中NADP1是缓解靠近跑道离场端噪声敏感区的减噪声程序, 而NADP2是缓解远离跑道离场端噪声敏感区的减噪声程序。两种程序的差异在于收襟翼和缝翼的加速阶段。如图4, NADP1程序在规定的最低高度 (如800英尺AGL) 或以上减小功率, 推迟收襟翼和缝翼时机直至达到规定的最大高度 (如3000英尺AGL) 后再依照计划收襟翼和缝翼并同时保持可靠地上升率, 最终完成至正常航路爬升速度的过渡。
查找中国民航国内航行资料汇编 (NAIP) 的机场使用细则AD2.22章节噪声限制规定减噪程序发现, 目前国内仅北京首都机场和上海虹桥机场公布了减噪声起飞离场程序[3], 而其余所有国内民用运输机场再无减噪声程序内容。如上海虹桥机场要求在保证飞行安全的情况下, 所有的飞行员均需执行以下减噪声飞行操作程序, 若飞行员不执行减噪声飞行操作程序必须在起飞前告知ATC并说明理由如下。
(1) 在航空器起飞性能允许的情况下, 尽可能使用减推力起飞。
(2) 航空器起飞爬升到1500英尺 (QNH) , 调整和保持发动机爬升功率/推力, 保持爬升速度V2+10kt, 保持襟翼和缝翼在起飞状态。
(3) 航空器起飞爬升至3000英尺 (QNH) 以上, 转为正常航路爬升速度, 并按程序收襟翼和缝翼。
降低着陆和进近阶段噪声的有效方法是采取连续下降进近 (CDA) 程序[4], 该程序也被证明可以有效地降低下降跌段的燃油消耗量。在CDA程序中, 飞机从某一高度以慢车推力一直下降到着陆接地点, 所以相比于传统的阶梯下降剖面飞机执行了CDA程序的剖面更高, 因而能有效地降低对地面噪声敏感区的影响面积。同时慢车推力的CDA程序下降模式总是会比采用高-低功率循环推力设置的传统阶梯下降模式更加静音。若在某机场预实施CDA程序作为减噪声程序的一部分, 必须要事先在技术和研究方面证实其可行性, 尤其是在交通管制流量较大的机场必须要做出相应的验证飞行。如香港国际机场已经公布了一类CDA程序用于供飞机夜间着陆进近使用。该程序允许飞机距接地点15海里处切入航向道位置后以3度的连续下降垂直剖面从8000英尺连续下降到4500英尺切入下滑道, 在此期间完全没有借助水平飞行阶段, 并且要求飞机在连续下降过程中必须保持发动机处于低推力设置。若飞机性能不能满足完成CDA程序的性能要求, 则必须事先通知管制人员给予备份下降指令。
1.3 运行限制和噪声税赋的征收
强制淘汰高噪声飞机是从法规层面上来实现高噪声飞机的运行限制。美国的航空噪声与能力法案强制要求加速淘汰第二阶段噪声限制的飞机, 并且禁止美国国内的航空公司进一步引进第二阶段飞机加入机队。而航空公司方面也依照法案执行, 于1999年12月全面完成了落后的第二阶段飞机的淘汰工作。与此同时世界上其他发达国家 (加拿大、日本、新加坡和欧洲诸国等) 也在同步地开展该淘汰第二阶段飞机的工作, 其中欧盟国家各成员国于2202年四月完成了该进程, 然而其他发展中和不发达国家, 如亚洲、南美和非洲等地区仍然在依照本国经济情况而开展实施进程中。在机场的运行限制上, 如日本成田机场对没有得到第三阶段许可的喷气飞机, 不允许其在当地时间23:00~06:00之间起飞和降落。ICAO的研究报告表明, 当前淘汰第三阶段飞机的费用会远超出减噪声带来的经济效益, 因而目前尚未有任何一国开展淘汰第三阶段飞机的工作。
从图3中也可以看出夜间飞行噪声限制是第二常采用的减噪声措施, 反映出了夜间噪声对于人类的影响相比白天更大。一般而言, 机场会禁止超过一定噪声限制的飞机在特定的夜间时间段内运行, 若承运人违反相应条例则会受到机场部门的惩罚。几乎所有机场的减噪声运行限制均会将夜间飞行噪声限制作为重要内容加以规定。进一步的分析不同机场的夜间噪声限制条例可以发现, 其在夜间飞行限制时间段、限制飞机噪声级的具体要求、责罚措施均是不同的。
以美国的机场为例, 如在华盛顿里根机场, 当地时间22:00~07:00范围内起飞超过72d BA和进近超过85d BA的飞机是完全被禁止的, 若违反了夜间噪声限制条例将处以最高5000美元的罚款。而在圣地亚哥国际机场, 夜间噪声限制仅在23:30~06:30时间段内针对起飞实施, 并有惩处措施, 而针对夜间进场航班没有任何限制。
美国所有的机场均有权利向每位旅客征收旅客机场设施使用费, 并用该费用的部分来支持机场的减噪声工程。然后部分机场更会利用经济手段, 以噪声税的形式来鼓励航空公司运行更加静音的飞机。一般而言, 噪声税会随着噪声强度越强而越高, 部分机场也会将其与飞机的重量挂钩, 因为飞机越重其产生的噪声越大。所以不同机场执行的噪声税公式也不相同。大部分日本的机场是依据着陆来征收噪声税, 其计算公式T=tn (n-n1) , 其中T是每次飞行产生的噪声税, n表示飞机噪声审定的飞越和进近测量值的算术平均值, 而n1是基本值83EPNd B。tn是常值, 2006年该值调定为3400日元。
1.4 机场附近的土地规划与管理
在机场的改扩建和新建机场的项目中, 噪声影响问题势必要成为重点关注的对象。所以在未来的新建和改扩建项目中要在源头上把握住土地规划的合理性和可预见性, 其中需要民用航空当局、机场部门、当地政府等多方协调, 科学规划出对周边居民区影响最小的方案[5]。
美国的机场部门可以利用旅客机场设施使用费和机场发展项目基金用于减噪声项目实施, 这些项目不包括飞机运行方法的开发。该项目主要包含的是隔声屏障结构建造、安装噪声监测设备以提高噪声管理、居民住宅区和公共设施的隔音玻璃的安装工程、设立专职部门处理附近居民区的噪声投诉问题等。如今在美国很多机场均在实施以上的硬件设施搭建项目, 其作为了“平衡进近”措施的一部分。通常当地政府均有对机场外围土地的规划发展的裁决权, 因此在机场周边土地规划中就因有机场部门提供较为精确的噪声影响区域图来参与并帮助当地政府确定土地使用和机场的兼容性问题。
2 结语
目前国内已实施了减噪声措施的民用机场非常少, 因此为了降低航空噪声对机场附近生活的影响, 同时又不影响航空公司运输总量前提下, 参照国际民航组织, 并结合本国的实际情况后, 提出了以下几点可在未来国内民用机场实施的减噪声措施:降低噪声源 (航空制造商设计低噪声飞机同时航空公司淘汰落后高噪声飞机) , 在国内大部分机场全面实行减噪声运行程序, 加强运行限制和监管措施并伴以违规惩处措施, 以及机场附近的土地总体规划与管理等。
摘要：未来随着国内民用运输市场的日益增加, 随之而来的机场和航空噪声问题变得日益突出, 因此在民用机场实施减噪声措施需要航空制造商、法规部门、航空公司、空中交通管制单位以及机场规划设计建设部门共同参与其中。本文主要介绍了国际民航组织于2001年 (2004年一次修订) 提出的“平衡推进措施”用以解决航空噪声对机场附近生活区的影响。其中包含了四点:降低噪声源、减噪声运行程序、运行限制和机场附近的土地规划与管理等。
关键词：机场,航空噪声,减噪声措施
参考文献
[1] Raquel Cirvin, Aircraft noise-abate-ment and mitigation strategies[J].Journalof Air Transport Management, 2009.
[2] ICAO, Annex 16 to the convention onInternational Civil Aviation Aircraftnoise[R].fifth edition, 2008.
[3] 王维, 高金华, 等.我国民用机场航空噪声影响现状及原因分析[J].城市环境与城市生态, 2003.
[4] 刘炳权.谈谈机场运行的减噪声程序[J].中国民用航空, 2006.
[5] 徐志胜, 吴军, 等.大型国际机场规划中飞机噪声影响分析[J].声学技术, 2007.