Preview

Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей»

Расширенный поиск

Расширение функциональных возможностей бортовой системы предупреждения столкновения летательного аппарата с землей

Полный текст:

Аннотация

Рассмотрены дополнительные функции бортовой системы предупреждения столкновения летательного аппарата с землей: своевременный переход от отображения угловых отклонений от глиссады к отображению линейных отклонений при посадке и движении после приземления; формирование речевого предупреждения о недопустимом боковом отклонении от оси взлётно-посадочной полосы при пробеге; отображение озвучиваемых значений оставшегося расстояния до конца взлётно-посадочной полосы, проекций векторов требуемого и фактического торможения, параллельных оси взлётно-посадочной полосы, и расчётной точки остановки летательного аппарата.

Для цитирования:


Бабуров В.И., Гальперин Т.Б., Маслов А.В., Рогова А.А., Саута О.И. Расширение функциональных возможностей бортовой системы предупреждения столкновения летательного аппарата с землей. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2015;(1):29-36.

В аэропортах с большой интенсивностью дви­жения наибольший риск возникновения ава­рийных ситуаций существует при посадке летательных аппаратов (ЛА) на взлётно-посадочную полосу (ВПП). Ведущими зарубеж­ными фирмами - изготовителями авионики по этому вопросу в минувшем десятилетии был получен ряд патентов [1-4]. Особое внимание уделяется функции системы информационного оповещения о ВПП (RAAS - Runway Awareness and Advisory System) на конечном участке за­хода на посадку. Оповещения формируются при выполнении определённых условий по дальности до середины порога ВПП [5], высо­те ЛА над ВПП и заданному диапазону углов снижения.

Способ [6], существенно развивающий способы [1-4], на этапе полёта до граничной высоты формирует адаптированное к типу ЛА оповещение о выборе ВПП, а также преду­преждения об отклонениях ЛА от заданной траектории и об отклонениях прогнозируемой точки посадки от заданной.

Однако на следующих этапах посадки - полёте ниже граничной высоты, приземлении и движении по ВПП - способ [6], обобщённая блок-схема которого приведена на рис. 1, недо­статочно надёжен в связи с отсутствием опре­деления и отображения с достаточной точно­стью отклонений ЛА от заданной траектории посадки (далее - глиссады) и от оси ВПП, так как не рассматривался вопрос снижения точ­ности определения отклонений ЛА от заданной глиссады в угловых единицах, традиционно отображаемых на приборной доске, например, вертикальной (курсовой) и горизонтальной (глиссадной) планками на приборе навигаци­онном плановом (ПНП). Этот вопрос актуален для спутниковых систем посадки, в которых ошибка вычисления угловых отклонений уве­личивается по мере приближения ЛА к порогу ВПП, при постоянном значении среднеквадра­тической ошибки определения координат ЛА навигационной системой. Решение этой про­блемы подробно рассматривается в [7].

 

Рис. 1. Блок-схема алгоритма выдачи оповещений при заходе на посадку и при движении по ВПП после приземления

 

Авторами предложен способ оповеще­ния о расположении ЛА относительно ВПП при заходе на посадку и при движении после приземления, запатентованный в [8] (рис. 2, 3).

 

Рис. 2. Блок-схема усовершенствованного алгоритма работы авиационной бортовой системы

 

 

Рис. 3. Блок-схема усовершенствованного алгоритма работы авиационной бортовой системы (продолжение рис. 2)

 

На основе информации о динамическом состоянии ЛА, полученной от его бортовых датчиков, и информации аэронавигационной базы данных выбирается ВПП для захода на посадку. Для ВПП, над которыми при сни­жении ЛА не достигнута граничная высота, проверяются условия оповещения о выборе нескольких ВПП и в случае выполнения этих условий выдается оповещение. После выбора одной ВПП и достижения ЛА граничной вы­соты выполняется расчёт расстояния до кон­ца ВПП по информации бортовых датчиков и базы данных, и после прохождения половины ВПП формируется оповещение об оставшемся расстоянии до конца ВПП.

В случае отсутствия сигнала «шасси об­жато» на основании информации от борто­вых датчиков о координатах ЛА, информации от пилота о номере назначенной для посадки ВПП и информации аэронавигационной базы данных о параметрах ВПП рассчитываются параметры глиссады для выбранной ВПП.

Затем определяется граничное расстоя­ние до порога ВПП, на котором диапазон от­носительной ошибки определения углового отклонения ВС от плоскостей курса и глисса­ды начинает превышать допустимую величи­ну. До достижения граничного расстояния от­клонения ЛА от плоскостей курса и глиссады определяются в угловых, а после достижения граничного расстояния - в линейных единицах.

В кабине индицируется признак выда­чи линейных отклонений от заданной глис­сады. При наличии сигнала «шасси обжато» на основе информации аэронавигационной базы данных, параметров и динамических воз­можностей ЛА определяется зона допустимых боковых отклонений от оси ВПП в линей­ных единицах. Боковые отклонения ЛА от оси ВПП, вычисленные в линейных единицах, ото­бражаются на приборной панели и на лобовом стекле в идентичных графических ориентирах.

До приземления как угловое, так и линей­ное отклонение ЛА от заданной глиссады, ото­бражаются на приборной панели, например, на работающем в режиме посадки ПНП, в котором боковое откло­нение ЛА от плоскости курса отображается положением кур­совой планки, а отклонение ЛА от плоскости глиссады отобра­жается положением глиссадной планки (рис. 4-6).

 

Рис. 4. Изображение на лобовом стекле ЛА с нулевым угловым боковым отклонением и с угловым отклонением вниз от глиссады

 

 

Рис. 5. Изображение на лобовом стекле ЛА на конечном участке с нулевым линейным боковым отклонением и с линейным отклонением вниз от глиссады

 

 

Рис. 6. Изображение на лобовом стекле ЛА на конечном участке с угловым отклонением влево и вниз от заданной глиссады

 

После приземления боко­вое отклонение ЛА от оси ВПП отображается на приборной па­нели в линейных единицах и на лобовом стекле - положением курсовой планки (рис. 7) в виде ПНП, работающего в режиме навигации.

 

Рис. 7. Изображение на лобовом стекле ЛА при пробеге с достаточным по величине торможением и нулевым линейным боковым отклонением от оси ВПП

 

Ниже граничной высоты и до момента остановки по­сле пробега по ВПП на лобо­вом стекле, помимо отклоне­ний ЛА от заданной глиссады и оси ВПП, отображается вид ВПП, соответствующий реаль­ному виду ВПП из кабины. При нулевом боковом отклонении отображение ВПП имеет вид равнобедренной трапеции, ось симметрии которой представляет собой ось ВПП, а середина основания лежит на одной вертикали с отображением курсовой планки. В случае ненулевого линейного боко­вого отклонения отображение ВПП имеет вид неравнобедренной трапеции, середина основа­ния которой лежит на одной вертикали с ото­бражением курсовой планки при ненулевом линейном боковом отклонении (рис. 8).

 

Рис. 8. Изображение на лобовом стекле ЛА при пробеге с недостаточным по величине торможением и линейным отклонением влево от оси ВПП

 

Для облегчения управления ЛА при про­беге по сигналу «шасси обжато» на лобовом стекле отображаются составляющие векторов фактического и требуемого ускорения, парал­лельные оси ВПП. При этом величина требуе­мого ускорения определяется из условия оста­новки ЛА в пределах длины ВПП (рис. 7-9).

 

Рис. 9. Изображение на лобовом стекле ЛА при пробеге с разгоном и линейным отклонением влево от оси ВПП

 

При наличии фактического ускорения, соответствующего торможению ЛА при про­беге по ВПП, определяется и отображается на лобовом стекле проекция на ось ВПП расчёт­ной точки остановки ЛА. Проекция расчётной точки остановки за пределами длины и в преде­лах длины ВПП отображается разным цветом (рис. 7, 8).

Составляющая вектора фактического ускорения, противоположно направленная по­садочному курсу ВПП и соответствующая тор­можению ЛА при пробеге, отображается на лобовом стекле таким образом, чтобы конец составляющей находился на одном горизон­тальном уровне с проекцией расчётной точки остановки ЛА на ось ВПП. Составляющая век­тора фактического торможения отображается сплошной стрелкой, а составляющая вектора требуемого торможения - контурной стрелкой. После прохождения середины ВПП на лобовом стекле с заданным интервалом отображается цифровое значение расстояния до конца ВПП (рис. 7-9).

При торможении ЛА составляющая век­тора фактического ускорения и проекция рас­чётной точки остановки отображаются одним цветом, изменяющимся при выходе расчёт­ной точки за пределы длины ВПП. В случае внештатной ситуации составляющая вектора фактического ускорения, совпадающая по на­правлению с посадочным курсом ВПП и соот­ветствующая разгону ЛА при пробеге, а также нулевая составляющая, отображаемая точкой и соответствующая равномерному движению ЛА при пробеге, отображаются тем же цветом, что и в случае выхода расчётной точки оста­новки за пределы длины ВПП при торможении (рис. 8, 9).

При пробеге по ВПП формируется пред­упреждение о превышении допустимой вели­чины бокового отклонения от оси ВПП в ли­нейных единицах, например, в виде речевого сообщения.

Предлагается оценивать опасность вы­катывания ЛА за пределы ширины ВПП по характеру перемещения курсовой планки по­ложения ЛА относительно оси ВПП, индици­руемой при пробеге по ВПП на лобовом стекле и приборной панели, а также по формируемой предупреждающей сигнализации о недопусти­мом линейном смещении ЛА от оси ВПП при пробеге.

Условия формирования предупреждаю­щей сигнализации о недопустимом линейном боковом отклонении от оси ВПП при пробеге иллюстрирует рис. 10. Нижние границы срабатывания сигнализации зон А, Б, В, Ж, З и верхние границы срабатывания сигнализации зон Г, Д, Е, Ж, З имеют наклон, т. к., если ЛА смещается с увеличением линейного боково­го отклонения, то, чем больше абсолютная величина составляющей скорости увеличения бокового отклонения ЛА Vy, тем при меньшей величине линейного бокового отклонения сра­батывает сигнализация, предупреждающая о недопустимой величине линейного бокового отклонения, а если ЛА смещается с уменьше­нием линейного бокового отклонения, то, чем больше абсолютная величина составляющей скорости уменьшения бокового отклонения ЛА Vy, тем при большей величине линейного бокового отклонения срабатывает упомянутая бокового отклонения» сигнализация. Зоны Б и Д имеют наклонные боковые границы и несимметричны относи­тельно оси у. Наклон границ зон Б и Д обуслов­лен тем, что с ростом абсолютной величины линейного бокового отклонения допустимая величина скорости бокового смещения всегда уменьшается, а несимметричность зон Б и Д относительно оси у обусловлена тем, что при смещении ЛА с увеличением линейного боко­вого отклонения допустима меньшая скорость смещения, чем при смещении ЛА, приводящем к уменьшению линейного бокового отклоне­ния. Положение границ зон срабатывания за­висит также от параметров ЛА, его динамиче­ских возможностей и характеристик точности бортовых датчиков.

 

Рис. 10. Зоны срабатывания предупреждающей сигнализации о недопустимой величине линейного бокового отклонения от оси ВПП при пробеге в системе координат «линейное боковое отклонение - скорость изменения линейного

 

Сигнализация о недопустимом боковом отклонении ЛА от оси ВПП и отображение в наглядной форме на ло­бовом стекле проекций на ось ВПП векторов фактического и требуемого торможений, а так­же проекции расчётной точки остановки помо­гут пилоту вовремя оце­нить параметры дви­жения ЛА при пробеге и, при необходимости, своевременно внести в управление коррективы, требуемые для заверше­ния пробега ЛА в преде­лах ВПП.

Выводы

  1. Риски возникновения аварийных ситуаций при заходе на посадку, посадке и пробеге ЛА по ВПП могут быть снижены путём расши­рения функциональных возможностей бортовой системы предупрежде­ния столкновения ле­тательного аппарата с землей следующими способами:
  • отображение линейных отклонений вме­сто угловых отклонений от плоскостей курса и глиссады по достижении заданного порога угловой ошибки;
  • отображение на приборной панели и на лобовом стекле в идентичных геометрических ориентирах отклонений ЛА от заданной глис­сады до момента обжатия шасси и отклонений ЛА от оси ВПП при пробеге;
  • формирование речевого предупреждения о недопустимом боковом отклонении от оси ВПП при пробеге;
  • отображение на лобовом стекле озвучи­ваемых значений расстояния, оставшегося до конца ВПП;
  • отображение параллельных оси ВПП проекций векторов требуемого и фактическо­го торможения;
  • отображение проекции на ось ВПП рас­чётной точки остановки ЛА.
  1. Согласно экспертным оценкам, пред­ложенные способы позволят снизить аварий­ность при посадке в сложных метеоусловиях на 10-15 %.

Список литературы

1. Ground operations and imminent landing runway selection: Пат. 6 983 206 США, МПК G01S19/15, G08B23/00, G01S5/14, G01S19/20, G01S19/40, G01S19/48, G08G5/02, G08G5/04, G08G5/06, G01S13/91; Заявлено 15.05.2003; Опубл. 03.01.2006 Англ.

2. Ground operations and imminent landing runway selection: Пат. 7 079 951 США, МПК G01S19/15, G08B23/00, G01S5/14, G01S19/20, G01S19/40, G01S19/48, G08G5/02, G08G5/04, G08G5/06, G01S13/91; Заявлено 10.12.2004; Опубл. 18.07.2006 Англ.

3. Ground operations and imminent landing runway selection: Пат. 7 206 698 США, МПК G01S19/15, G08B23/00, G01S5/14, G01S19/20, G01S19/40, G01S19/48, G08G5/02, G08G5/04, G08G5/06, G01S13/91; Заявлено 10.12.2004; Опубл. 17.04.2007 Англ.

4. Ground operations and imminent landing runway selection: Пат. 7 363 145 США, МПК G01S19/15, G08B23/00, G01S5/14, G01S19/20, G01S19/40, G01S19/48, G08G5/02, G08G5/04, G08G5/06, G01S13/91; Заявлено 10.12.2004; Опубл. 22.04.2008 Англ.

5. МВК НГЭ СССР Министерство гражданской авиации СССР Нормы годности к эксплуатации в СССР гражданских аэродромов (НГЭА СССР). Издание третье. М.: «Воздушный транспорт», 1992. 132 с.

6. Способ оповещения о расположении летательного аппарата относительно взлетно-посадочных полос при заходе на посадку: Пат. 2 410 753 Россия, МПК G08G5/00 (2006.01), G08B23/00 (2006.01), 2009148560/11; Заявлено 18.12.2009; Опубл. 27.01.2011 Рус.

7. Бабуров В. И., Гальперин Т. Б., Маслов А. В., Рогова А. А., Саута О. И. Способ сопряжения угловых и линейных отклонений в бортовом оборудовании спутниковой системы посадки // Вестник Концерна ПВО «Алмаз – Антей». 2013. № 1. С. 27–32.

8. Способ оповещения о расположении летательного аппарата относительно взлетно-посадочных полос при заходе на посадку и при движениии после приземления: Пат. 2 465 652 Россия, МПК G08G5/00 (2006.01), 2011113706/11; Заявлено 04.04.2011; Опубл. 27.10.2012 Рус.


Об авторах

В. И. Бабуров
ОАО «ВНИИРА»
Россия

Бабуров Владимир Иванович – доктор технических наук, директор НТЦ «Навигатор».

Область научных интересов: авионика.

г. Санкт-Петербург



Т. Б. Гальперин
ЗАО «ВНИИРА-Навигатор»
Россия

Гальперин Теодор Борисович – кандидат технических наук, заслуженный изобретатель России, главный специалист.

Область научных интересов: радиолокационные и радионавигационные системы летательных аппаратов.

г. Санкт-Петербург



А. В. Маслов
ОАО «ВНИИРА»
Россия

Маслов Александр Викторович – ведущий инженер НТЦ «Навигатор».

Область научных интересов: алгоритмы бортовых систем предупреждения столкновений летательных аппаратов с рельефом.

г. Санкт-Петербург



А. А. Рогова
ОАО «ВНИИРА»
Россия

Рогова Анна Александровна – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник НТЦ «Навигатор».

Область научных интересов: алгоритмы бортовых комплексов спутниковых систем навигации и посадки летательных аппаратов.

г. Санкт-Петербург



О. И. Саута
ОАО «ВНИИРА»
Россия

Саута Олег Иванович – доктор технических наук, начальник научно-исследовательского сектора НТЦ «Навигатор».

Область научных интересов: наземные и бортовые комплексы спутниковых систем навигации и посадки летательных аппаратов.

г. Санкт-Петербург



Для цитирования:


Бабуров В.И., Гальперин Т.Б., Маслов А.В., Рогова А.А., Саута О.И. Расширение функциональных возможностей бортовой системы предупреждения столкновения летательного аппарата с землей. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2015;(1):29-36.

Просмотров: 37


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2542-0542 (Print)