Система предупреждения столкновения самолетов (TCAS)

Реферат

Проблема столкновения летательных аппаратов в воздухе имеет тот же возраст, что и сама авиация. Несмотря на кажущуюся безбрежность воздушного океана, самолетам всегда было тесно в воздухе. Особенно эта теснота стала заметна с началом бурного развития реактивной авиации, когда и гражданский воздушный флот стал развиваться ускоренными темпами.

Сейчас во многих районах мирового воздушного пространства царит просто настоящее столпотворение. Вполне понятно, что чем больше количество участников движения, тем вероятность их неприятной встречи в определенный, столь же неприятный момент времени возрастает.

Проблема столкновений летательных аппаратов в воздухе стала ощутимой еще в 50-х годах. Когда стали происходить летные происшествия с массовой гибелью людей, ICAO (Международная организация гражданской авиации) вплотную занялась этим вопросом. Была разработана концепция, а затем международные стандарты Бортовой системы предупреждения столкновений (Аirborne collision avoidance system (ACAS)).

Из всех разработок согласно этой концепции основное распространение получила система ТСAS (Traffic alert and Collision Avoidance System).

Литературный перевод с английского так и звучит: Система предупреждения столкновений самолетов в воздухе (в английской транскрипции аббревиатура произносится «тикас»).

Эта система (в последних ее вариантах и модификациях) обозревает воздушное пространство вокруг самолета, обнаруживает другие воздушные суда, анализирует полученную информацию, выдает ее экипажу, а в случае возникновения опасности столкновения, предупреждает об этом пилотов и выдает необходимые рекомендации к немедленному действию.

Поколения TCAS.

На данный момент самая последняя версия системы – это TCAS ІІ. Ранее существовала так называемая пассивная система наблюдения, которая активно не обследовала воздушное пространство, а использовала сигналы других воздушных судов, выдаваемые на запросы с земли или с других систем самолета.

Затем появилась система TCAS І, которая анализировала воздушную обстановку в радиусе 30 миль и выдавала экипажу примерную информацию о движении других воздушных судов (высота и направление полета).

Эта система могла выдавать сигнал ТА (Traffic Advisory), то есть предупреждение о близком прохождении другого самолета.

Однако полным соответствием стандартам ACAS на данный момент обладает только система TCAS II. Она в настоящее время установлена на большинстве коммерческих воздушных судов. Производят ее фирмы Rockwell Collins, Honeywell и ACSS. В России такое системы не производятся.

28 стр., 13650 слов

СИСТЕМА «ЭКИПАЖ – ВОЗДУШНОЕ СУДНО — СРЕДА», СТАТИСТИЧЕСКИЕ ...

... возникновения особых ситуаций, связанных с ошибками экипажа при отказах систем воздушного судна ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ [Электронный ресурс ... экипажа при этом. В третьей части (раздел 4) отчета приведены фрагменты визуализации характерных инцидентов на момент ... экипажа при отказах АТ – – – VHF1 - Выход на внешнюю радиосвязь КВС АПвкл - Автопилот включен кАРД2 - Клапан отбора воздуха ...

Принцип работы.

Комплектация и общий принцип.

Система TCAS представляет собой автономную бортовую систему предупреждения

столкновений в воздушном пространстве. Она предупреждает экипаж и выдает рекомендацию по разрешению (RA), когда вычисляет риск столкновения.

Правильное использование системы СПС (TCAS-II) повышает безопасность воздушного

движения. Индикаторы СПС предназначены для оказания помощи летным экипажам увидеть находящиеся поблизости самолеты с работающими ответчиками, отвечающими стандарту ИКАО. Также индикаторы СПС помогают в лучшем понимании экипажем ситуации вокруг своего самолета, однако необходимо учитывать, что они выдают только частичную информацию, имеют ограниченную точность и опираются только на ссылку о движении в ограниченном объеме пространства, поэтому неправильное их использование может быть опасным.

В комплект оборудования TCAS входят: компьютерный блок, который просчитывает варианты развития событий и определяет выдаваемые команды, две приемопередающие антенны, устанавливаемые сверху и снизу фюзеляжа (одна из них направленная (сверху), другая всенаправленная), отдельные антенны для S- транспондеров (о них далее) и дисплей-индикатор в кабине.

Этот дисплей –индикатор выдает информацию о перемещении близколетящих самолетов, а также визуальные команды для предотвращения столкновений (RA).

Дисплей системы TCAS II по сути дела совмещает в себе три прибора: указатель вертикальной скорости, прибор обзора воздушной обстановки (метки отслеживаемых самолетов) и командный прибор, выдающий рекомендательные команды к действию.

Однако у TCAS нет собственного приемопередатчика и при работе система использует так называемые приемоответчики системы управления воздушным движением (УВД), в англ. варианте АТС (Air Traffic Control ) или транспондеры.

Транспондер.

Транспондер — это приемопередающее устройство, которое посылает свой радиосигнал в ответ на принятый. В английском это будет transponder (от transmitter-responder — передатчик-ответчик).

То есть эти устройства используют принцип вторичной радиолокации.

Суть этого принципа в том, что в отличие от первичной радиолокации, где локатор определяет только азимут и дальность до облучаемого объекта, вторичный локатор в ответном сигнале получает еще и идентификационные данные и параметры положения объекта в пространстве, а также некоторые другие дополнительные сведения.

На всех самолетах гражданской авиации устанавливаются такие приемоответчики. С их помощью диспетчер идентифицирует воздушное судно и имеет возможность следить за его передвижением.

В зависимости от своих конструктивных возможностей и условий использования транспондеры могут работать в различных режимах, и в соответствии с режимом в сигнале, который они выдают, может содержаться различная информация.

Режимы работы трансподера (ответчика).

Первый и самый простой – режим А. Каждому воздушному судну Службой Управления Движением (попросту диспетчером) присваивается свой четырехзначный цифровой идентификационный код (squawk code), в просторечии «сквок». Если код не выдан диспетчером, то используется один из существующих стандартных, например 1200 – код полета по США или 7000 – код полета по Европе.

7 стр., 3375 слов

Режим работы нейтралей в электроустановках

... др.). При напряжении 6...35 кВ такой режим нейтрали рекомендован ПУЭ во всех электроустановках. Причина широкого распространения режима работы с изолированной нейтралью заключается в том, что в такой сети замыкание одной фазы на ...

Этот код пилот вводит в систему через пульт управления транспондером у себя в кабине. Существуют, кстати, так называемые спецкоды. Например 7500 – захват самолета, 7700 -аварийная ситуация на борту. При отображении на экране радара диспетчера таких кодов автоматически срабатывает оповещение для диспетчеров.

Так вот в режиме А в ответном сигнале транспондера закодирован только сквок. То есть самолет идентифицируется, отметка на экране локатора есть, но никаких других данных (в том числе и о высоте полета) нет.

Информации минимум, поэтому для исправления ситуации был разработан режим С. Здесь уже вместе с кодом в сигнале присутствует информация о высоте полета. Транспондеры, использующие режим А+С, называют RBS или ATC RBS. Такие приемоответчики в США, например, обязательны при полетах выше 3000 м (10000 футов) и в радиусе 30 миль вокруг больших аэроузлов (аэропортов).

Следующий режим, наиболее продвинутый (еще говорят интеллектуальный), – это режим S (seleсt).

Транспондер, работающий в этом режиме отвечает избирательно, когда запрашивают именно его, тогда как работающие в режиме А/С отвечают на любой сигнал облучения локатором. Это позволяет снизить общее засорение эфира ответами транспондеров (их ведь немало в пространстве 🙂 , интерактивная карта это хорошо показывает).

Кроме того в выдаваемом ответе на режиме S содержится дополнительная информация, такая как скорость, высота, бортовой номер (позывной) и могут быть также GPS-координаты.

В Европе транспондеры, работающие в режиме S бывают двух видов: ELS (Elementary Surveillance) и EHS (Enhanced Surveillance).

Различаются по объему выдаваемой информации. EHS гораздо более информативен.

Таким образом транспондер — это как бы «окно в мир» для системы TCAS 🙂 . Однако это окно должно быть соответствующим образом открыто. То есть для того, чтобы TCAS могла правильно оценить обстановку и выработать нужные рекомендации, она должна получить достаточно информации о приближающихся воздушных судах. А это означает, что на них должны быть установлены транспондеры как минимум с режимом работы С (лучше конечно S).

Причем запросы в режиме А TCAS не осуществляет и поэтому самолеты, который оборудованы транспондерами только с режимом А она не видит.

TCAS может осуществлять наблюдение за самолетами как в режиме работы транспондеров С, так и в режиме S. Приемопередатчики, работающие в режиме S ежесекундно излучают самогенерируемые сигналы, так называемые сквиттеры. В этом сигнале содержится адрес отправителя. По его данным ТКАС адресно отправляет запрос и по полученному ответу определяет дальность, курсовой угол (азимут) и высоту контролируемого самолета.

Получаемые данные отправляются в вычислительный блок (компьютер), который, объединяя сведения обо всех воздушных судах, вычисляет степень опасности каждого контролируемого самолета по отношению к борту, на котором установлена система TCAS. Формируется как бы виртуальная объемная карта защищаемого пространства вокруг нашего самолета.

47 стр., 23162 слов

Задания: Состав планера самолета

... элементов Студент должен знать: основные агрегаты самолета, их функции. !Task0 Самолет включает в себя следующие агрегаты… !TRUE крыло, фюзеляж, шасси, оперение, силовую установку !FALSE ... элементов Студент должен знать: основные конструктивно-силовые схемы агрегатов самолета !Task0 Основными силовыми элементами в лонжеронном крыле являются... !TRUE продольные балки (лонжероны), воспринимающие изгиб ...

Посторонний летательный аппарат, который входит в защищаемую зону, называют самолетом-нарушителем ( на английском intruder) или конфликтующим самолетом.

ТКАС может обнаруживать воздушные суда на расстояниях до 40 миль.

Система TCAS II в отличие от TCAS I выдает не только пассивную информацию о воздушной обстановке, но и прямые рекомендации по устранению возникшей конфликтной ситуации. Система одновременно может отслеживать до 30 воздушных судов и для трех одновременно выдавать команды по разрешению конфликтной ситуации.

Информация от системы TCAS II выдается визуально на индикатор-дисплей в кабине экипажа, а также в звуковом варианте через динамик и наушники СПУ (самолетное переговорное

Выдаваемые команды можно разделить на консультативные, их обозначают ТА (Traffic Advisory) и команды для непосредственных немедленных действий по предотвращению столкновения RA (Resolution Advisory).

ТА – это предупредительный сигнал. Он означает, что самолет-нарушитель вошел в защищаемую зону, необходимо усилить внимание и осмотрительность и быть готовым к выдаче команды RA. Никаких активных действий по команде ТА не предусматривается.

Если компьютер системы, анализируя обстановку, обнаруживает возможность возникновения опасного сближения или столкновения, то он, в соответствии со своей программой, определяет необходимый маневр для того, чтобы обеспечить безопасное вертикальное эшелонирование самолетов. Говоря простым языком, чтобы обеспечить их безопасное расхождение по высоте.

Причем при выборе маневра возможен учет характеристик самолетов (их скороподъемности, в частности) и близость их к земле.

Система TCAS II определяет действия самолета по предотвращению столкновения только в вертикальной плоскости.

Для решения проблемы предотвращения столкновения введено понятие точки наибольшего сближения СРА (Closest Point of Approach).

Так вот автоматика при выработке рекомендательного алгоритма действий экипажа берет во внимание не расстояние до СРА, а время ее достижения.

Оно обычно остается постоянным. Для зоны ТА – 35-48 сек., для зоны RA – 20-30 cек. То есть экипаж вне зависимости от скоростей сближения с самолетом-нарушителем всегда имеет определенный запас времени для осуществления необходимых действий.

Визуально команды ТА и RA отображаются на индикаторе следующим образом. Отметка самолета–нарушителя, находящегося в зоне ТА, – это желтый кружок, в зоне RA – красный квадрат. Так называемые близкорасположенные самолеты (не нарушители), находящиеся на расстоянии до 6 миль и на высотах до 1200 футов (около 360 м) имеют отметку в виде голубого ромба. А на высотах и расстояниях больше указанных – в виде пустого голубого или белого ромба.

Также при выдаче команды RA на указателе вертикальной скорости секторы шкалы окрашиваются в разные цвета. Красный цвет означает, что в этой зоне находиться нельзя, иначе неминуемо произойдет столкновение. Зеленый цвет обозначает рекомендуемые значения вертикальной скорости для гарантированного предотвращения столкновения.

39 стр., 19027 слов

«Оценка ремонтопригодности вертикального стального резервуара по результатам

... резервуара РВС-5000 2.1 Характеристики резервуара Корпус резервуара имеет 8 горизонтальных поясов и 12 вертикальных сварных швов. Корпус резервуара ... оценка ремонтопригодности резервуара РВС-5000 по результатам технического диагностирования и предложена его реконструкция и ремонт, ... пояса с днищем [1]. 1 Актуальность работы Обеспечение надежности резервуарных конструкций – важнейшая проблема ...

Звуковые команды RA можно разделить на корректирующие и предупредительные. Первые предписывают пилоту немедленно изменить траекторию движения в вертикальной плоскости для предотвращения столкновения.

Вторые выдают рекомендации пилоту по выдерживанию, либо же неиспользованию определенных вертикальных скоростей.

В случае получения пилотом команд RA, его действия должны быть следующими:

-Приступить к выполнению команды не позднее 5 сек с момента ее получения. Если это усиливающая команда (типа Increase climb, Increase descent) или же выдана команда для изменения направления маневра на противоположный (Climb, Climb Now, Descent, Descent Now), то выполнение должно начаться не позднее 2,5 сек.

  • Выполнять команду RA даже если она противоречит указаниям диспетчера. Он может быть неинформирован о срабатывании TCAS.
  • Не выполнять действий, противоположных указанным в RA.
  • Стараться при выполнении команд RA свести к минимуму изменение траектории полета, заданной диспетчером, а после выполнения команд немедленно ее восстановить.
  • По возможности быстрее уведомить службу УВД (диспетчера) о своих действиях.

Для этого ICAO ввела специальную форму доклада летчика: «TCAS RA (тикас арэй)». Диспетчер при этом подтверждает получение уведомления ответом: «RODGER».