使用FAA-COMFAA進行機場道面PCN之評估

使用FAA-COMFAA評估機場道面PCN

國際民航組織(ICAO)為了統一機場道面強度的表達形式，於1977年成立研究團隊，團隊成員包括澳大利亞、加拿大、法國、紐西蘭、英國、美國及三個國際組織（Airport Associations Coordinating Council, AACC; International Air Transport Association, IATA;  and International Coordinating Council of Aircraft Industries Association , ICCAIA）所提名之專家所組成，發展出飛機分類數（Aircraft Classification Number, ACN）－道面分類數（Pavement Classification Number, PCN）的標準評估法，由包括PCN值、道面型式(剛性或柔性)、道基強度、胎壓及評估方法在內之一組數碼，來呈現道面強度，並據以發布於AIP。

ICAO規定總停機坪重量大於5,700kg(12,500lb)之航空器，必須採用ACN- PCN標準評估法推估公布；公布數據依序包括PCN值、道面型式、道床強度、最大允許胎壓、評估方法。總停機坪重量小於或等於5,700kg之航空器，僅須公布道面所能承受之最大容許重量及實際輪胎壓力限制(非最大允許胎壓)即可。

一、簡介

1.1  ACN- PCN之定義

l  ACN：在給定輪軸配置下的飛機，在道面結構上對於特定標準道床強度之相對影響的數值；而不必明確顯示鋪面結構厚度。

l  PCN：可以無限制操作之道面承載能力的數值，而不必明確指定機型；

亦即，具有特定PCN值的道面可以支持ACN值等於或小於該PCN值的飛機不限次數的活動。

1.2  ACN- PCN之限制

PCN值不能用於替代道面設計或評估， 道面設計和評估是需要詳細分析的複雜工程問題， 它們不能減少到單一數值。

1.3  ACN- PCN之評估方法

ACN- PCN評估方法有二種：

l  技術評估法(Technical evaluation method) ：對道面特性及道面行為技術應用的具體研究。須熟悉道面及其交通情況，且了解道面設計使用的方法，用以推導出單輪荷重(Derived Single Wheel Load, DSWL)，進而轉化成該航空器的ACN值，並據以發布PCN。

l  使用飛機法(Using aircraft method)：對航空器類型和重量的認識，以及正常使用下令人滿意的道面支持。以當前正在使用道面飛機的操作總重量，查對其ACN，並據以發布PCN。

1.4  PCN發布必須包含之數據

1.         道面分類數PCN值。

2.         道面型式：分成剛性 "R"、柔性 "F"，如為複合結構或非標準結構，應加以註釋。

3.         道床強度類級：分成 "高、中、低、極低"。

4.         最大允許胎壓：分成 "無限制、高、中、低"。

5.         評估方法：分成 “技術評估法(T)、使用飛機法(U)" 。

如道面強度受到季節性影響，應分別發布其PCN值。

二、ICAO評估ACN的標準程序、使用參數與方法

2.1  ICAO評估ACN的標準程序流程

ICAO評估ACN的標準程序流程如圖2.1-1，流程顯示評估參數包括：航空器重量與重心位置、輪胎間距、胎壓、道面型式(剛性或柔性) 及道床強度，依據上述參數，經由ACN電腦程式或圖表(導出單輪荷重圖)或航空器的ACN數值表，求得ACN值。

圖2.1-1 ICAO技術評估法評估ACN標準流程

2. 2 評估ACN的使用參數之分類、值域與代碼

流程圖所列之航空器重量、重心、輪距及胎壓等資料可在供機場規劃用之飛機特性手冊內查得，胎壓及道床強度則各自分成如表2.2-1所列 "高、中、低、極低" 四個分類級距；而胎壓對道面的影響僅次於荷重與輪距，除了在計算導出單輪荷重(Derived Single Wheel Load, DSWL)時採用標準胎壓1.25MPa(181psi)外，也分成四個等級如表2.2-2，並據以發布。

表2.2-1  道床強度分類、值域及代碼
剛性道面
道床強度分類	道床k值代表	值域	指定代碼
	pci(MN/m³)	pci(MN/m³)
高(High)	552.6 (150)	k≧442 (≧120)	A
中(Medium)	294.7 (80)	221<k<442 (60<k<120)	B
低(Low)	147.4 (40)	92<k≦221 (25<k≦60)	C
極低(Ultra Low)	73.7 (20)	k≦92 (k≦25)	D
柔性道面
道床強度分類	道床CBR值代表	值域	指定代碼
高(High)	15	CBR≧13	A
中(Medium)	10	8<CBR<13	B
低(Low)	6	4<CBR≦8	C
極低(Ultra Low)	3	CBR≦4	D

表2.2-2  胎壓分類、值域及代碼
胎壓分類	值域		指定代碼
無限制(Unlimited)	無胎壓限制		W
高(High)	≦1.75MPa	≦254psi	X
中(Medium)	≦1.25MPa	≦181psi	Y
低(Low)	≦0.5MPa	≦73psi	Z

2.3 評估ACN之推論模式與理論基礎

研究團隊所發展之ACN數值係以道面設計的數學模式求得航空器所需的鋪面厚度(參考厚度)，等於該厚度在單輪、標準胎壓1.25MPa（181psi）時允許的荷重（導出單輪荷重, DSWL） (equating the thickness derived for a given aircraft landing gear to the thickness derived for a single wheel load at a standard tire pressure of 181 psi (1.25 MPa. )。

導出單輪荷重（DSWL）單位為公斤（kg），將DSWL化為公噸再乘以2（DSWL/500kg），所得值即為該型航空器在該鋪面結構允許荷重下之ACN值 (The aircraft classification number, at the selected mass and subgrade k value, is two time the derived single wheel load in 1,000kg.)

數學模式的理論基礎視鋪面材料性質而定，剛性道面係以彈性荷重板在溫克基礎（Winkler foundation）上之魏式解（Westergaard solution）；採用美國波特蘭水泥協會（PCA）發展之設計法 “Design of Concrete Airport Pavement”。柔性道面係以表面荷重作用在均質等向半彈性空間所產生的應力與位移之波式解（Boussinesq solution）；採用美國工兵團（CoE）發展之設計法“Procedure for Development of CBR Design Curves”。

求算參考厚度的輸入參數並非一般用於道面厚度之輸入參數，而係以ACN-PCN法所定義之參數 ：

l  道床土壤強度用A~D及其代表數值 (詳表2.2-1)，其中柔性道面採用道床土壤強度CBR，剛性採用混凝土版下之組合k。

l  剛性道面之混凝土強度用2.75MPa(399psi)，而非應力比0.5所對應之工作應力。

l  柔性道面之航空器操作頻率用10.000覆蓋次數。

註：操作頻率(Operation Frequency)：飛機在該評估道面上的活動次數(Pass)須轉化為覆蓋次數(Coverage)-飛機滑行活動有漫遊(Wandering)現象，每次活動不一定都輾壓過同一點，故不等於飛機的活動次數，例如雙輪及雙縱輪飛機之輪跡分布模式如下圖。每一架飛機的覆蓋數值係從數學上得出的覆蓋率(pass-to-coverage ratio, P/C )。

2.4  ACN之獲得

ICAO在其評估CAN的標準程序流程(圖2.1-1)中標示了三個獲得ACN值途徑：

1.      ACN電腦程式：包括ICAO Doc. 9157所附電腦程式、美國聯邦航空總署(FAA)的COMFAA ，如圖2.4-1。

2.         諾莫圖(Nomographs) ：利用二維圖像來進行計算（查圖）的工具，機場規劃用各型飛機之特性手冊備有該諾莫圖 ，如圖2.4-2。

3.    航空器ACN數值表：