Расширение функциональных возможностей бортовой системы предупреждения столкновения летательного аппарата с землей

Версия для печати

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.

Ключевые слова: система предупреждения столкновения летательного аппарата с землей, система информационного оповещения о приближении к взлётно-посадочной полосе, отклонения от плоскостей курса и глиссады.

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).

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

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).

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 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.

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 бокового отклонения»

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 V y , тем при большей величине линейного бокового отклонения срабатывает упомянутая сигнализация. Зоны Б и Д имеют наклонные боковые границы и несимметричны относительно оси y. 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 y 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 %.

Авторы:

Бабуров Владимир Иванович – доктор технических наук, директор НТЦ «Навигатор» ОАО «ВНИИРА», г. Санкт-Петербург. Область научных интересов: авионика.

Гальперин Теодор Борисович – кандидат технических наук, заслуженный изобретатель России, главный специалист ЗАО «ВНИИРА-Навигатор», г. Санкт-Петербург. Область научных интересов: радиолокационные и радионавигационные системы летательных аппаратов.

Маслов Александр Викторович – ведущий инженер НТЦ «Навигатор» ОАО «ВНИИРА», г. Санкт-Петербург. Область научных интересов: алгоритмы бортовых систем предупреждения столкновений летательных аппаратов с рельефом.

Рогова Анна Александровна – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник НТЦ «Навигатор» ОАО «ВНИИРА», г. Санкт-Петербург. Область научных интересов: алгоритмы бортовых комплексов спутниковых систем навигации и посадки летательных аппаратов.

Саута Олег Иванович – доктор технических наук, начальник научно-исследовательского сектора НТЦ «Навигатор» ОАО «ВНИИРА», г. Санкт-Петербург. Область научных интересов: наземные и бортовые комплексы спутниковых систем навигации и посадки летательных аппаратов.

Материал предоставлен для публикации журналом "Вестник концерна ПВО "Алмаз - Антей"


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 сопряженияугловых 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 движении после приземления: Пат. 2 465 652 Россия, МПК G08G5/00 (2006.01), 2011113706/11; Заявлено 04.04.2011; Опубл. 27.10.2012 Рус.

13.07.2015
  • Эксклюзив
  • Невоенные аспекты
  • Россия
  • XXI век