Расширение функциональных возможностей бортовой системы предупреждения столкновения летательного аппарата с землей

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].

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

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).

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.

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).

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).

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 V_y, 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 V_y, 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.

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.

2. Согласно экспертным оценкам, пред­ложенные способы позволят снизить аварий­ность при посадке в сложных метеоусловиях на 10-15 %.