Quy hoạch cảng hàng không bài giảng

QUY HOẠCH VÀ THIẾT KẾ CẢNG HÀNG KHÔNG - SÂN BAY

I. Tài liệu tham khảo:
1.

Quy hoạch thiết kế và khảo sát sân bay. GS.TS. Vũ Đình Phụng. NXBXD 2003

2.

Thiết kế và quy hoạch sân bay – cảng hàng không. GS.TS Phạm Huy Khang.
NXBXD 2005.

3.

Thiết kế và xây dựng mặt đường sân bay. Nguyễn Quang Chiêu. NXBGD 2001.

4.

Các tài liệu liên quan của ICAO.

II. Mục đích môn học:
1.

Hiểu và giải thích được cơ chế cất hạ cánh của tàu bay.

2.

Giải thích được chức năng của các bộ phận cấu tạo tàu bay đối với hoạt động
cất/hạ cánh.

3.

Hiểu khái niệm và phân biệt được các bộ phận của sân bay – cảng hàng không.

4.

Tính toán được các yếu tố hình học của hệ thống sân đường trong sân bay.

5.

Biết cách thiết kế tổng thể một sân bay với các dữ liệu cho trước.

III. Nội dung chính:
•

Chương 1: Tổng quan về ngành vận tải hàng không

•

Chương 2: Lịch sử và xu thế phát triển của các thiết bị bay

•

Chương 3: Cấu trúc cơ bản của tàu bay

•

Chương 4: Thiết kế các yếu tố hình học của hệ thống sân đường trên sân bay

•

Chương 5: Các dạng sân bay đặc biệt

•

Chương 6: Công tác quy hoạch CHK – SB

•

Chương 7: Quy hoạch chiều đứng sân bay


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH VẬN TẢI HÀNG KHÔNG
I. Vận tải hàng không trong hệ thống vận tải đa phương thức:
1. Khái niệm vận tải hàng không:
Là hình thức vận chuyển hành khách và hàng hóa bằng thiết bị bay với hành trình
được thực hiện trong không gian ở độ cao và theo một hành lang bay xác định.
Vận tải hành khách

|
|
|
|
|
|

2. Các yếu tố cấu thành nên hình thức vận tải HK:
Tàu bay:

Sân bay:

Vận tải hàng hóa


Thiết bị dẫn đường hàng không:

Các phương thức vận tải khác:

3. Đặc điểm của vận tải HK so với các hình thức vận tải khác:
Ưu thế

|
|
|
|
|

→ Lý do lựa chọn hình thức vận tải HK:

Hạn chế


II. Lịch sử phát triển ngành hàng không:

Bắt nguồn ý tưởng và khát vọng của con người:

1. TK 15: Mô hình của Leonardo Da Vinci:

Nguyên tắc giống như máy
bay trực thăng ngày nay với cơ
cấu cánh quạt bằng dây chun

xoắn lại.

2. TK 18: Năm 1783 Khí cầu của anh em Montgolfier:


Khinh khí cầu được làm bằng
lụa có các sọc giấy và chứa đầy khí
nóng từ một lò than đang cháy.
Khinh khí cầu đã bay được hơn
1 km trong thời gian 10 phút

3. TK 19: Năm 1885 Thiết bị bay 2 động cơ hơi nước của А. Ф. Можайский
Mô hình máy bay được trang bị
2 động cơ hơi nước.
Trong chuyến bay đầu tiên, máy
bay cất cánh, rời khỏi mặt đất, sau đó
đột ngột bị đổi hướng và đụng phải
dãy hàng rào cao làm hỏng cánh và
bộ khung
4. TK 20: 17/12/1903: Thiết bị bay 1 động cơ xăng Wright flyer
→ Kỷ nguyên HK thực sự bắt đầu!
Chiếc “máy bay” thô sơ bằng gỗ vân
sam và tần bì, cánh bọc vải.
Chuyến bay đầu chỉ kéo dài 12 giây và
đi được 36m.
Trong ngày thử nghiệm này họ còn
thực hiện một số chuyến bay khác, đạt
được hành trình 59 giây và 260m.
Các tài liệu về công trình này cũng
không còn sau vụ cháy nhà kho.

Wright flyer:
Sải cánh: 12,3m

Tốc độ tối đa: 16km/h

Chiều dài: 6,4m

1 động cơ xăng 12 mã lực, 4 xilanh

Chiều cao: 2,7m

1 người lái, 2 tầng cánh

Trọng lượng: 274kg

Các lý do khiến thiết bị bay thời kỳ này chưa thực sự thành công:

5. Thành tựu mới của ngành HK thế kỷ 20:
21/5/1927: Chuyến bay của Charles Lindbergh qua Đại Tây Dương trong 34h
bằng MB có tên Spirit of St. Louis


6. Một số mốc quan trọng của ngành vận tải HK thế giới:
•

Năm 1911 cục bưu điện toàn LB Mỹ đã sử dụng MB để chuyên chở thư tín.

•

Năm 1918 đường bay bưu chính đầu tiên được xây dựng từ Washington tới New
York, năm 1919 từ New York đi Chicago, 1920 từ New York đi San Francisco.

•

Năm 1919 hãng HK đầu tiên trên thế giới ra đời mang tên Dutch Lines chuyên
đảm nhận các chuyến bay thương mại thường lịch.

•

Năm 1920 bắt đầu các chuyến bay chở khách quốc tế từ Mỹ đi các nước khác.
Lượng hành khách bắt đầu tăng mạnh, dẫn đến sự ra đời của hệ thống dẫn đường
cho hoạt động này.

•

Năm 1944, 52 quốc gia đã nhóm họp tại Chicago (Mỹ) và lập ra Tổ chức hàng
không dân dụng quốc tế ICAO (International Civil Aviation Organization). Năm
1990, VN tham gia tổ chức này.

•

Năm 1939 – 1945 công nghiệp sản xuất MB chiến đấu phát triển mạnh mẽ. Năm
1943, mỗi ngày LB Xô Viết sản xuất khoảng 300 MB chiến đấu các loại để bảo vệ
tổ quốc.

•

Năm 1947 MB 2 động cơ ra đời như IL-12, IL-2 sức chở vài chục người, vận tốc

220 – 240km/h và trở thành MB chở khách chủ yếu của LB Xô Viết.

•

Năm 1950 động cơ phản lực xuất hiện và mở ra một kỷ nguyên mới trong vận
tải HK.

•

Từ 1950 cho đến nay: vận tải HK đã có những bước tiến vượt bậc trong tất cả các
mặt: số lượng, chất lượng và an toàn bay. Các loại MB mới có sức chở lớn (Boing


787 và Airbus-380 chở tới 600 khách) bay liền mạch hàng chục nghìn km với vận
tốc lên tới 1000km/h.
•

Các thiết bị phục vụ bay ra đời và ngày càng hiện đại: hệ thống định vị toàn cầu,
hệ thống dẫn đường, lái tự động, hệ thống chống sét….

7. Một số mốc quan trọng của ngành vận tải HK Việt Nam:
•

Trước 1945: chiếc MB 1 động cơ (Pháp) lần đầu xuất hiện tại VN năm 1919.
Thời kỳ này thực dân Pháp xây dựng SB Bạch Mai (1919), Gia Lâm (?), Đồng
Hới (1930), Cát Bi (1936), Đà Nẵng (1940) và Tân Sơn Nhất (1930) với quy mô
rất nhỏ và hạn chế, chủ yếu phục vụ quân sự.

•

Năm 1946 - 1954: xây mới SB quân sự Nà Sản (Sơn La - do người Pháp xây
dựng năm 1950 - hiện vẫn đang sửa chữa), SB Mường Thanh (1954 – nay là SB
Điện Biên Phủ - tỉnh Điện Biên).

•

Năm 1954 - 1975:


Ở miền Bắc:



Tiếp quản và nâng cấp các SB cũ (Bạch Mai, Gia Lâm, Cát Bi, Mường
Thanh),



Xây dựng mới SB Đa Phúc (nay là SB Nội Bài) và một số SB quân sự khác
như Hòa Lạc.

à Nhìn chung, quy mô các SB còn nhỏ, trang thiết bị còn nghèo nàn, chủ yếu
để chuyên chở hàng hóa phục vụ cho sản xuất và chiến đấu, còn vận chuyển
hành khách với số lượng rất nhỏ.


Ở miền Nam:


trừ SB Tân Sơn Nhất phục vụ cho vận tải hành khách, còn tất cả các

sân bay khác đều phục vụ cho mục đích quân sự của Mỹ - Ngụy.


SB Biên Hòa được nâng cấp thành SB quân sự hiện đại, đồng thời



xây dựng thêm một loạt các SB dã chiến (Chu Lai, Cam Ranh, Xuân
Lộc, Cẩm Mỹ, Bình Sơn,…)
•

Sau 1975 :


1975 – 1990: khôi phục kinh tế sau chiến tranh, chưa có điều kiện (kinh tế,
kỹ thuật) để đầu tư vào ngành HK dân dụng, chỉ đủ đầu tư để mở rộng 2 SB
lớn: Nội Bài và Tân Sơn Nhất.



Sau 1990: ngành HKDD Việt Nam đã có những bước tiến đáng kể:


Máy bay được hiện đại hóa,



Các dịch vụ quản lý bay không ngừng hoàn thiện,



Mạng đường bay ngày càng được mở rộng cả trong và ngoài nước.

à Sự phát triển của ngành HKDD tác động một cách có hiệu quả vào sự phát
triển chung của ngành kinh tế quốc dân và được xác định là một ngành kinh tế
- kỹ thuật mũi nhọn của đất nước, được ưu tiên phát triển.

III. Tiềm năng phát triển của ngành HK dân dụng VN:
1. Các tiềm năng chính:

2. Các thách thức:
2.1. Quy hoạch mạng lưới CHK - SB hợp lý:
Hiện ngành HKDD VN đang khai thác 21 CHK, SB, trong đó có 7 CHK quốc tế
(Nội Bài, Đà Nẵng, Cam Ranh, Phú Bài, Tân Sơn Nhất, Phú Quốc, Cần Thơ).


Theo quy hoạch đến 2020 sẽ có 26 CHK được đưa vào khai thác, trong đó có 10
CHK quốc tế.
→ Đánh giá:

2.2. Sửa chữa. nâng cấp và xây mới CHK - SB hiện đại:
Đa số các CHK, SB đều được sửa chữa, nâng cấp từ các SB được xây dựng từ thời
Pháp thuộc và chiến tranh chống Pháp, Mỹ nên khả năng phục vụ và nâng cấp mở rộng
gặp nhiều khó khăn.
Để đáp ứng nhu cầu khai thác các MB cỡ lớn cần cải tạo/thay mới kết cấu mặt
đường CHC và khu vực sân đỗ MB.
Cần đầu tư trang bị hệ thống phụ trợ mặt đất và trang thiết bị dẫn đường hàng
không đáp ứng yêu cầu chuẩn của ICAO tương ứng với cấp hạng CHK – SB.
2.3. Phát triển đội tàu bay hiện đại:
Số lượng MB sở hữu tăng dần, từ 6/25 chiếc (2000), 7/30 chiếc (2001), 9/33 chiếc

(2002), đến17/43 (2004). Dự kiến đến năm 2015, đội tàu bay cả nước gồm 149 chiếc, có
khả năng chuyên chở 33 triệu hành khách/năm.
Đội tàu bay hiện nay bao gồm B767, B777, A330, A320, A321, Fokker 70, ATR
72,… đáp ứng nhu cầu vận chuyển hàng không quốc tế và nội địa.
Bắt đầu mở rộng khai thác dịch vụ vận chuyển bằng trực thăng và thủy phi cơ cho
mục đích dân dụng.
2.4. Nâng cao khả năng quản lý, điều hành bay:
Nhiệm vụ: giám sát và chỉ dẫn sự vận chuyển MB theo tín hiệu trong không gian
và trên mặt đất để đảm bảo an toàn bay; cung cấp cho phi công các thông tin về thời tiết,
tốc độ và hướng gió, điều kiện cất hạ cánh khi thời tiết xấu.


Chiến lược phát triển: đến 2020 đáp ứng được 1 triệu chuyến bay (gấp đôi năm
2010), đến năm 2030 – 1,2 triệu chuyến, đảm bảo các yêu cầu của ICAO và an toàn cho
100% chuyến bay hoạt động trong vùng trời Việt Nam.
Nhiệm vụ: đầu tư cơ sở vật chất, công nghệ, kỹ thuật hiện đại; huấn luyện nguồn
nhân lực chất lượng cao

2.5. Nâng cao trình độ nhân lực:
Nhân lực:


Nhân viên khai thác mặt đất (hướng dẫn HK đăng ký ký gửi hành lý, hỗ trợ HK
giữa các chuyến bay);



Nhân viên khai thác vận tải HK (chịu trách nhiệm về vận chuyển hàng hóa bằng
đường HK);



Kiểm soát viên không lưu (giám sát, hướng dẫn các chuyến bay trong khu vực
quản lý của SB);



Tiếp viên HK (đảm bảo chất lượng phục vụ và an toàn chuyến bay);



Phi công (điều khiển MB và kiểm soát tất cả các vấn đề kỹ thuật liên quan đến
chuyến bay);



Kỹ sư HK (có thể làm việc tại các đơn vị nghiên cứu và chế tạo thiết bị bay, hoặc
trực tiếp tại SB để bảo trì và kiểm tra kỹ thuật trước mỗi chuyến bay);



Kỹ sư cơ khí động học (kiểm tra và bảo trì động cơ cho các thiết bị bay);



Kỹ sư xây dựng SB.

IV. Giới thiệu tổng quan về một số sân bay:
1. Một số SB cổ xưa trên thế giới:
•

College Park Airport (Maryland, USA)


•

Amsterdam Airport Schiphol (Netherlands)

•

Kingsford Smith International Airport hay Sydney Airport (Australia)

•

Bader Field (Atlantic, New Jersey, USA)
2. Một số sân bay hình thành trong thập niên 40 - 60:

•

Chicago O’Hare International (1942-1943).

•

Washington Dulles International (1958 – 1962).

•

Houston Intercontinental (1969).

•

Kansas City International Airport (1965 – 1972).

V. Xu hướng phát triển CHK - SB:


Xu hướng thiết kế, xây dựng theo hướng hiện đại hóa để đón các MB siêu lớn thế
hệ mới;



Xu hướng đơn giản hóa thủ tục;



Xu hướng xây dựng thành các điểm trung chuyển hàng không khu vực và châu
lục;



Xu hướng đô thị hóa (Airport – city, Mega – airport);



Xu hướng thân thiện, bảo vệ môi trường;



Xu hướng thương mại hóa các CHK;



Xu hướng toàn cầu hóa.

Câu hỏi ôn tập:
Vì sao sự phát triển ngành HK VN không có những bước tiến

1.

mạnh mẽ?
2.

Tiềm năng phát triển ngành HK VN ở đâu?

3.

Những thách thức đối với ngành HK VN?


Xu hướng phát triển ngành HKDD trên thế giới?

4.

CHƯƠNG 2: LỊCH SỬ VÀ XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA THIẾT BỊ BAY
I. Lịch sử phát triển của thiết bị bay:
1. Trước thế kỷ 19:
Các thiết bị bay chưa có động cơ

2. Thế kỷ 19:
Ra đời các loại động cơ có công suất lớn giúp thắng lại trọng lực của thiết bị.

Điều kiện thuận lợi:
•
•

Cách mạng khoa học kỹ thuật bùng nổ ở Mỹ và châu Âu.
Lý thuyết về thủy/khí động lực học được khai sáng bởi các tên tuổi Daniel
Bernoulli, George Cayley, Николай Егорович Жуковский (điển hình là
Lực nâng khí động học Zhukovski).

Tuy nhiên, các động cơ thời này chưa thực sự gặt hái thành công do:


1.
2.
3.

3. Thế kỷ 20:
3.1. Trước Thế chiến thứ nhất (trước 1914):
Đã xuất hiện động cơ xăng gọn nhẹ, công suất lớn --> thao tác bay trở nên dễ
dàng hơn (thiết bị bay Wright Flyer, thiết bị 14 Bis của Alberto Santos-Dumont, thiết bị
cất cánh thẳng đứng của Paul Cornu,...).
Các xu hướng chế tạo thiết bị bay thời này:
1.
2.
3.
Những hạn chế:
1.
2.
3.2. Thế chiến thứ nhất (1914 - 1918):
Lần đầu tiên MB được sử dụng cho mục đích quân sự.

Đặc điểm của MB thời kỳ này:
1.
2.


3.
4.

.

3.3. Những năm 1920 đến Thế chiến thứ 2 (1937):
Đặc điểm MB thời kỳ này:
1.
2.
3.
4.
5.

Các lực lượng MB quân sự:
a) Máy bay ném bom:
Nhiệm vụ: Mang bom, ngư lôi để đánh phá các mục tiêu lớn trên mặt đất và trên
biển theo phương thức ném bom diện rộng theo tọa độ.
Đặc điểm: kích thước rất lớn, tầm bay cao, xa (vượt đại dương). Có thể có nhiều
động cơ lắp tại mũi và ở hai cánh.
b) Máy bay tiêm kích:
Nhiệm vụ: để không chiến, tiêu diệt MB đối phương.
Đặc điểm: có kích thước nhỏ, tốc độ cao, tính cơ động tốt, mang pháo và súng
máy. MB thường chỉ có 1 động cơ tại mũi.
c) Máy bay tấn công mặt đất:

Nhiệm vụ: chuyên tấn công chính xác các mục tiêu nhỏ di động trên mặt đất (trên
biển) để hỗ trợ bộ binh hoặc tấn công truy đuổi độc lập.
Đặc điểm: kích thước nhỏ/trung bình, được trang bị vũ trang mạnh (súng máy,
pháo, bom nhỏ chuyên dụng chống tăng, dàn hỏa tiễn,...).
3.4. Thế chiến thứ 2 (1937 - 1945):
Tàu sân bay ra đời đã làm thay đổi hoàn toàn cách thức chiến tranh trên biển.
Các MB trên TSB được thiết kế đặc biệt: có khả năng cất/hạ cánh trên một đường
băng ngắn, có kích thước nhỏ gọn.
3.5. Sau Thế chiến thứ 2 (sau 1945):
Xu thế phát triển của MB thời kỳ này:
1.

Cải tiến động cơ:

2.

Phát triển cấu trúc MB:

3.

Phát triển các công năng đặc dụng:

4.

Phát triển trực thăng:

II. Các đặc điểm kỹ thuật của MB:
1. Các bộ phận cấu trúc cơ bản:
1.1. Cơ cấu khung:

1.2. Cơ cấu điều khiển bay:

wing (cánh nâng chính)

flap (cánh tà)

Horizontal stabilizer (đuôi ngang)

aileron (cánh liệng)

elevator (cánh lái độ cao)

spoiler (cánh tà lưng)

vertical stabilizer (đuôi đứng)

slat (phanh khí động)

rudder (cánh lái hướng)


Nghiêng cánh: sử dụng cánh liệng (aileron) và có thể thêm hỗ trợ của cánh tà
lưng (spoiler).

Rẽ sang phải, sang trái: dùng cánh lái đuôi (rudder)


Hướng lên, chúc xuống: dùng cánh lái cao độ (elevator).

Đối với trực thăng: sử dụng cánh quạt nâng


2 tay của phi công đồng thời điều khiển:
Cần Cyclic: điều khiển bay tới, bay lui, bay ngang sang trái, sang phải.
Cần Collective: điều khiển độ cao lên, xuống. Phía đầu của chiếc cần này có một
tay vặn dùng để thay đổi tốc độ quay của cánh quạt, điều khiển vận tốc trực thăng.

2. Các kích thước cơ bản:


2.1. Vì sao cần quan tâm đến kích thước của MB:

2.2. Các kích thước cần quan tâm:
•
•
•
•
•

Sải cánh
Chiều dài
Chiều cao
Bán kính quay nhỏ nhất
Vệt bánh

3. Các loại động cơ:
3.1. Động cơ piston:

3.2. Động cơ turbine khí (Gas turbine engine):
3.2.1. Động cơ turbine cánh quạt (Turbiprop):

Nguyên tắc hoạt động:

Đặc điểm:

3.2.2. Động cơ turbine phản lực (Turbojet):

Nguyên tắc hoạt động:

Đặc điểm:
3.2.3. Động cơ turbine phản lực cánh quạt (Turbofan):


Nguyên tắc hoạt động:

Đặc điểm:

4. Các loại tải trọng:
4.1. Tải trọng hoạt động không tải (Operating Empty Weight – OEW):


Tải trọng cơ sở của MB,



Tải trọng phi hành đoàn, hành lý của họ,



Lượng chất lỏng cần thiết cho hoạt động của động cơ (dầu máy, chất làm
mát, nước),



Thực phẩm phục vụ hành khách



Thiết bị di động phục vụ hành khách trên chuyến bay



Thiết bị khẩn cấp.

4.2. Tải trọng chất tải (Payload - PL):


Tải trọng của hành khách và hành lý của họ,



Tải trọng của hàng hóa.

4.3. Tải trọng khi kim đồng hồ nhiên liệu ở vị trí 0 (the Zero-Fuel Weight –
ZFW):

ZFW = EOW + PL
4.4. Tải trọng cất cánh (the Take-Off Weight – TOW):
TOW = ZFW + Total Fuel
(Total Fuel = Reserve fuel + Trip fuel + Taxi-out fuel)
4.5. Tải trọng cất cánh lớn nhất (Maximum Take-Off Weight – MTOW):
Là trọng lượng lớn nhất theo thiết kế khi cất cánh của MB, tức là khi MB nhả
phanh để bắt đầu quá trình chạy đà.
4.6. Tải trọng hạ cánh lớn nhất (Maximum Lending Weight – MLW):
Là trọng lượng hạ cánh lớn nhất cho phép để đảm bảo càng MB và mặt đường
CHC vẫn nguyên vẹn.
Sự phân bố (%) các loại tải trọng của MB động cơ turbine:
OEW

PL

66

24

59

14

44

10
Vì sao cần quan tâm đến các loại tải trọng của MB?

5. Bánh hơi MB:
Chức năng:

Đặc điểm:

Bánh hơi được bơm khí Nitrogen vì:
•

•
•

Khí Nitrogen có kích thước phân tử lớn hơn không khí → không thể dễ
dàng thoát ra khỏi lốp bánh hơi → giữ được áp suất ổn định trong điều kiện
biên độ nhiệt rất lớn (-50ºC khi bay cao đến hàng trăm ºC khi tiếp đất).
Giảm khả năng bị oxi hóa bên trong lốp.
Không dễ cháy → nguy cơ nổ lốp cũng thấp hơn.

Bánh hơi được thắng bằng hệ thống ABS (Anti-lock Braking System) điện toán,
mỗi giây thắng và nhả hàng trăm lần. Trong quá trình này, cao su bị đốt cháy và bết lại
trên mặt đường CHC.
Cách sắp xếp bánh hơi ở một số loại MB:

6. Hộp đen MB:
Mỗi MB có 2 hộp đen: ghi dữ liệu chuyến bay (FDR) và ghi âm buồng lái (CVR).