CC BY
37
УДК 656.7.08:004
Д. Ю. БЕЛОГРУДОВА, Р. А. САЙФУТДИНОВ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОПАСНОСТИ ВЫКАТЫВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ЗА ГРАНИЦЫ ВЗЛЁТНО-ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ
Рассматриваются факторы и условия, приводящие к выкатыванию воздушного судна за пределы взлётно-посадочной полосы. Проведён анализ вероятности базовых событий при посадке самолёта БЛ-40 N0 на аэродроме «Бугуруслан-Северный».
Ключевые слова: воздушное судно, взлётно-посадочная полоса, гражданская авиация, человеческий фактор, система автоматического управления.
Важнейшей проблемой, стоящей перед гражданской авиацией в области обеспечения безопасности полётов, является проблема выкатывания воздушных судов за границы взлётно-посадочной полосы (ВПП). С момента зарождения авиации заход на посадку и посадка являются самым сложным этапом полёта воздушного судна (ВС). Несмотря на то, что время от входа в глиссаду до посадки составляет в среднем всего 5% от общего полётного времени, на этих этапах происходит около 60% всех авиационных происшествий [6].
Анализ авиационных событий, происходящих с воздушными судами на этапах приземления и пробега, показывает, что выкатывание воздушных судов за границы ВПП остаётся самым частым типом инцидентов в мире. В большинстве случаев выкатывание ВС происходит без последствий для пассажиров и экипажа. Несмотря на это, выкатывания считаются основной угрозой для безопасности полётов [4].
По данным мировой статистики, посадка, во время которой в большинстве случаев происходит выкатывание ВС за пределы ВПП, является наиболее опасным этапом полёта, что обусловлено рядом специфических особенностей (рис. 1):
- посадка является таким этапом, на котором деятельность пилота резко изменяется от длительной монотонной деятельности во время полёта по маршруту с использованием средств
© Белогрудова Д. Ю., Сайфутдинов Р. А., 2021
автоматизации управления полётом до максимальной мобилизации внимания и профессиональных навыков при переходе к ручному управлению и визуальному полёту;
- на посадку в наибольшей степени оказывают влияние все внешние факторы, усложняющие деятельность экипажа;
- исправление допущенных ошибок на посадке ограничено крайне малыми резервами времени и пространства;
- самолёт на посадке имеет ухудшенные характеристики устойчивости и управляемости.
Следующие факторы и условия относятся к повторяющимся причинам (по отдельности или в сочетании) выкатываний за пределы ВПП:
• ошибки в расчёте посадочных характеристик ВС;
• ошибки в технике пилотирования и/или принятия решения;
• нерасчётное состояние поверхности ВПП;
• неожиданный сдвиг ветра или попутный ветер;
• неточный расчёт посадочной дистанции из-за неправильного учёта влияния отказа системы, возникшего в полёте, или неправильный расчёт влияния допустимой неисправности, связанной с конфигурацией ВС или средствами снижения подъёмной силы и торможения;
• нестабильный заход на посадку;
• отсутствие решения об уходе на второй круг, когда это требуется;
• длительное выдерживание самолёта над ВПП для гашения избытка скорости;
• не подготовлен режим автоматического выпуска спойлеров перед посадкой;
Рис. 1. Особенности этапа посадки ВС
• посадка с повышенной тягой двигателей;
• преждевременное перемещение РУД на увеличение прямой тяги двигателей, вызывающее отключение системы автоматического торможения;
• приземление с отделением от ВПП и его неграмотное исправление;
• позднее начало торможения (или поздний переход от автоматического торможения к торможению педалями при необходимости);
• снижение эффективности торможения, связанное с обеспечением продольной управляемости в условиях бокового ветра;
• отказы взлётно-посадочных систем и устройств;
• недостаточная видимость на ВПП;
• наличие уклона ВПП;
• наличие на ВПП влаги, слякоти, льда, снега, неровностей и др. (низкий коэффициент сцепления);
• отказ антиюзовой автоматики, приводящий к гидроглиссированию [1].
Таким образом, выкатывания за пределы ВПП могут быть сведены в шесть групп в зависимости от основной причины:
1) нестабилизированный заход на посадку;
2) неправильная техника выравнивания;
3) непредвиденные или значительно худшие, чем ожидалось, условия;
4) снижение эффективности или отказ устройств гашения подъёмной силы или средств торможения;
5) нештатная конфигурация ВС;
6) неправильные действия и/или взаимодействие в экипаже при неблагоприятных метеоусловиях или нештатном техническом состоянии ВС.
Проанализировав факторы и условия, влияющие на вероятность выкатывания ВС за пределы ВПП, необходимо понимать, что сценариев развития событий может быть огромное множество,
и рассмотреть все не является возможным. В качестве примера взят один из сценариев выкатывания самолёта БЛ-40 N0 за пределы ВПП. Базируясь на теории алгебры логики, составлено «дерево факторов опасности» выкатывания воздушного судна, представленное в научно-теоретическом журнале «Вестник УлГТУ» №1 за 2021 год [3].
Каждый из опасных факторов должен иметь количественную величину, характеризующую вероятность его возникновения. Так как статистических данных недостаточно, необходимо использовать метод экспертных оценок.
Экспертная оценка - это метод поиска и результат применения метода, полученный на основании использования персонального мнения эксперта или коллективного мнения группы экспертов.
Так, для получения достаточных вероятностных данных, проведено анкетирование 26-ти пилотов-инструкторов Бугурусланского лётного училища гражданской авиации. В рамках индивидуального анкетирования оценены возможные количества возникновения каждого опасного фактора на 100 случаев выкатывания самолёта БЛ-40 N0 на аэродроме «Бугуруслан-Северный». По результатам анкетирования получены вероятностные данные опасных факторов, представленные в таблице 1.
Примем полученное значение вероятности затянутого выравнивания самолёта экипажем перед посадкой за Х.
Тогда вероятность посадки со значительным перелётом расчётной зоны приземления: Р(Р(Х3)+ Р(4) + Р(5) + Р(6))
1) Р(Х3) = Р(Х) • Р(3) = 0,293742 • 0,027 =
= 0,007931.
2) Р(Р(Х3)+ Р(4)) = Р(Х3)+Р(4)-Р((Х3)4) =
Вероятности базовых соб
= 0,007931 + 0,002 - (0,007931-0,002) = = 0,009931 - 0,00001586 = 0,009915.
3) Р(Р(Х3)+ Р(4) + Р(5)) = Р(Р(Х3)+ Р(4)) + + Р(5) - (Р(Р(Х3)+ Р(4)) -Р(5))= 0,009915 + + 0,014 - (0,009915 • 0,014) =
=0,023915 - 0,00013881 = 0,023776.
4) Р(Р(Х3)+ Р(4) + Р(5) + Р(6)) =
= Р(Р(Х3)+ Р(4) + Р(5))+ Р(6) —((Р(Р(Х3)+ +Р(4) + Р(5)) -Р(6)) = 0,023776 + 0,015 -
- (0,023776 • 0,015) = 0,038776 -
- 0,00035664 = 0,0352.
Примем полученное значение вероятности посадки со значительным перелётом расчётной зоны приземления за У.
Тогда вероятность выкатывания самолёта за пределы ВПП составляет: Р(Р((7+8)-У)+Р(9))
1) Р(7+8) = Р(7)+Р(8) - Р(7-8) = 0,25+0,22 -
- (0,25 • 0,22) = 0,47 - 0,055 = 0,415.
2) Р((7+8>У) = Р(7+8) Р(У) = 0,415 ^0,0352 = = 0,014608.
3) Р(Р((7+8) У)+Р(9)) = Р((7+8>У) + Р(9) -
- (Р((7+8>У> Р(9)) = =0,014608 + 0,0001 -
- (0,014608 0,0001) = 0,014708 -
- 0,0000014608 = 0,0147.
Таким образом, вероятность выкатывания самолёта за пределы ВПП можно записать в общем виде:
Р{Р[(7+8)-Р(Р[Р(1+2) -3]+ Р(4) + Р(5) + + Р(6))]+Р(9)} = 0,0147 Итак, вероятность выкатывания самолёта БЛ-40 N0 за пределы ВПП аэродрома «Бугуруслан-Северный» во время учебных полётов составляет 0,0245 и находится в зоне опасного риска (>10-3) (таблица 2).
Таблица 1
й «дерева факторов опасности»
№ Базовое событие Вероятность Р
1 Превышение рекомендованной РЛЭ скорости пролёта порога ВПП 0,146
2 Превышение рекомендованной РЛЭ высоты пролёта порога ВПП 0,173
3 Неуход на второй круг при нестабилизированном заходе 0,027
4 Отказы взлётно-посадочных систем и устройств 0,002
5 Посадка с повышенной тягой двигателя 0,014
6 Приземление с отделением от ВПП и его неграмотное исправление 0,015
7 Снижение эффективности торможения, связанное с обеспечением продольной управляемости в условиях бокового ветра 0,25
8 Позднее или неэффективное торможение 0,22
9 Нерасчётное состояние поверхности ВПП 0,01
Таблица 2
Уровни риска
Уровень риска Величина риска
Оптимальный < 10-4
Допустимый 10-4 - 10-3
Опасный > 10-3
Так как данная величина находится в зоне опасного риска, то она требует проведения различного рода мероприятий и внедрения технических средств для его снижения.
Мероприятия по снижению риска
Большинство разрабатываемых и используемых в настоящее время мероприятий по снижению риска выкатываний относятся к организационным и обучающим. Примером таких мероприятий может служить создание нормативных документов, определяющих пути обеспечения безопасности для пилотов авиакомпаний, в части идентификации, понимания и снижения риска при выкатывании самолётов за пределы ВПП на этапе посадки. Одним из основных современных документов, определяющих пути обеспечения безопасности для пилотов, авиакомпаний, разработчиков самолётов, обучающих организаций, в части идентификации, понимания и снижения риска при выкатывании самолётов за пределы ВПП на этапе посадки является рекомендательный циркуляр Федерального авиационного агентства США (FAA) АС №91-79. Данный циркуляр разработан FAA в сотрудничестве с разработчиками и эксплуатантами самолётов и определяет основные ключевые элементы безопас-
ности для предупреждения выкатыванию за пределы ВПП.
Согласно этим документам лётным составам предписывается изучить конструктивные и аэродинамические особенности эксплуатируемых самолётов, влияющие на их устойчивость и управляемость на пробеге, что в конечном итоге не исключает возможность ошибки экипажа.
В настоящее время ведётся разработка различных наземных систем аварийного торможения самолётов, принцип работы которых основан на передаче энергии от самолёта к тормозному устройству, установленному на торце ВПП. Примером такой системы может служить система аварийного торможения самолётов Engineered Material Arresting System (EMAS). Данная система аварийного торможения устанавливается по торцам ВПП (рис. 2).
Принцип её работы основан на передаче энергии движения самолёта к материалу системы. Как только колёса самолёта ломают материал, происходит плавное и контролируемое торможение [2].
Данная система аварийного торможения исключит фактор 8 и снизит риск фактора 7 (таблица №1) как минимум в 10 раз.
Рис. 2. Система аварийного торможения EMAS
1) P(7-Y) = P(7) -P(Y) = 0,025 -0,0352 = = 0,00088.
2) P(P(7-Y)+P(9)) = P(7-Y) + P(9) -
- (P(7-Y)- P(9)) = 0,00088+ 0,0001 -
- (0,00088-0,0001) = 0,00098 - 0,00000009 = = 0,0009799.
Таким образом, вероятность выкатывания самолёта за пределы ВПП можно записать в общем виде:
P{P[7-P(P[P(1+2) -3]+ P(4) + P(5) + + P(6))]+P(9)} = 0,0009799 Сделав перерасчёт, учитывая использование системы аварийного торможения самолётов Engineered Material Arresting System, вероятность выкатывания самолёта DA-40 NG за пределы ВПП на аэродроме «Бугуруслан-Северный» в рамках учебных полётов составила 0,0009799 и находится в зоне допустимого риска (10 4 — 10 3).
Однако важно отметить, что главным недостатком наземных систем является то, что данные системы борются с последствиями выкатывания, снижая риск разрушения конструкции самолёта, не позволяя устранить причину выкатывания самолёта за пределы ВПП.
Существующие на сегодняшний день системы, осуществляющие торможение ВС при пробеге, не учитывают воздействие внешних и эксплуатационных факторов. При пробеге управление такими системами возлагается на пилотов, что зачастую приводит к ошибкам и, как следствие, к выкатыванию ВС за пределы лётного поля. При этом действенным вкладом в решение проблемы будут разработка и внедрение автоматизированных систем предупреждения о потенциальной опасности выкатывания. Оснащение ВС такой системой обеспечит качественно новый уровень информационной поддержки экипажа, основанный на оценке конкретной ситуации, прогнозе её развития и формировании необходимых рекомендаций экипажу.
Также существуют системы автоматического управления движением ЛА по ВПП, установленные на современных самолётах гражданского назначения, предназначены, как правило, для обеспечения автоматического торможения с различными фиксированными моментами. К основному недостатку бортовых средств торможения относится отсутствие единой системы, которая комплексно оценивает интенсивность торможе-
ния. Контроль за работой отдельных систем на таком самолёте возлагается на экипаж, что зачастую приводит к ошибкам [5].
Например, на самолёте Боинг 737 система автоматического управления обеспечивает торможение в медленном режиме «LOW», в среднем режиме «MEDIUM» или в максимальном «МАХ». Режим торможения лётчик выбирает перед посадкой нажатием соответствующей кнопки. То есть такая система не в состоянии отслеживать меняющееся состояние поверхности ВПП (коэффициента сцепления) и вырабатывать соответствующие управляющие воздействия.
Чтобы снизить роль человеческого фактора, на борту ВС целесообразно иметь систему, прогнозирующую и предотвращающую опасную ситуацию, связанную с выкатыванием. В общем виде алгоритм её работы может быть представлен следующим образом:
1. Получение сигналов от системы определения местоположения ВС и информации о параметрах движения самолёта.
2. Вычисление потребной для остановки дистанции для текущих значений скорости и ускорения.
3. Реализация функции объективного определения угрозы выкатывания воздушного судна.
4. Предотвращение выкатывания за счёт своевременного предупреждения экипажа о недопустимости выключения или снижения режима реверса тяги или торможения колёс, либо выдачи рекомендации об уходе на второй круг, в случае если потребная для остановки дистанция меньше остаточной длины ВПП.
Также важно отметить необходимость разработки политики авиакомпании, направленной на предотвращение выкатываний. Такая политика должна включать в себя:
• применении правил и процедур, обеспечивающих готовность и настрой на выполнение ухода на второй круг при несоответствии условий посадки нормам безопасности;
• регистрацию неисправностей системы торможения в бортовом журнале ВС и их учёта в соответствии с требованиями MEL;
• выполнения процедур прерванной посадки;
• запрета посадки за установленной зоной
приземления;
• выполнения «жёсткого» приземления на ВПП, покрытую слякотью или водой.
Современные методы снижения риска выкатывания ВС за пределы ВПП малоэффективны, так как не позволяют устранить причину выкатывания, действенным вкладом в решение проблемы будут разработка и внедрение автоматизированных систем предупреждения о потенциальной опасности выкатывания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Безопасность полётов: учебное пособие / составители: Б. В. Зубков, С. Е. Прозоров: под ред. Б. В. Зубкова. - Ульяновск : УВАУ ГА (И), 2013. - 451 с.
2. Мозоляко А. В., Акимов А. Н., Воробьев В. В. Проблемы предотвращения выкатывания гражданских воздушных судов на этапе пробега по ВПП // Научный вестник МГТУ ГА. Сборник научных статей. - 2014. - №204. -С. 74-77.
3. Сайфутдинов Р. А., Белогрудова Д. Ю. Метод прогнозирования авиационных происшествий в системе менеджмента безопасности авиационной деятельности // Вестник УлГТУ. -2021. - №1 (93).
4. Сайфутдинов Р. А., Глушков В. А., Гай-ниева Д. А., Кузнецова А. С. Информационная система управления профессиональными рисками. Образование и информационная культура: теория и практика. Сборник научных трудов. -Ульяновск, 2017. - С. 99-103.
5. Сайфутдинов Р. А., Гаврющенко А. П., Магдеева Д. Р., Карсакова Е. Д. Управление безопасностью технологических процессов. Информационные технологии в образовании. Материалы всероссийской очной научно-практической конференции 15 марта 2019 года. Республика Татарстан. - Буинск, 2019. -С. 101-104.
6. Вероятная причина катастрофы - ошибка экипажа: (саит). - URL: https://www.forbes.ru/ ekonomika-column/vlast/69586-samaya-veroyatnaya-prichina-katastrofy-oshibka-ekipazha (дата обращения: 15.06.2021). - Текст: электронный.
REFERENCES
1. Bezopasnost' polyotov: uchebnoe posobie / sostaviteli: B. V. Zubkov, S. E. Prozorov: pod red. B. V. Zubkova [Flight safety: a textbook / compiled by: B. V. Zubkov, S. E. Prozorov: edited by B. V. Zubkov]. Ulyanovsk, UVAU GA (I), 2013, 451 p.
2. Mozolyako A. V., Akimov A. N., Vorobyov
V. V. Problemy predotvrashcheniya vykatyvaniya grazhdanskih vozdushnyh sudov na etape probega po VPP [Problems of preventing the rolling out of civil aircraft at the runway run stage] Nauchnyj vestnikMGTU GA. Sbornik nauchnyh statej [Scientific Bulletin of MSTU GA. Collection of scientific articles]. 2014, No. 204, pp. 74-77.
3. Sayfutdinov R. A., Belogrudova D. Yu. Metod prognozirovaniya aviacionnyh proisshestvij v sisteme menedzhmenta bezopasnosti aviacionnoj deyatel'nosti [Method of forecasting aviation accidents in the aviation safety management system] Vestnik UlGTU [Bulletin of UlSTU]. 2021, №1 (93).
4. Sayfutdinov R. A., Glushkov V. A., Gainieva D. A., Kuznetsova A. S. Informacionnaya sistema upravleniya professional'nymi riskami. Obrazovanie i informacionnaya kul'tura: teoriya i praktika. Sbornik nauchnyh trudov. [Information system of professional risk management. Education and information culture: theory and practice. Collection of scientific papers]. Ulyanovsk, 2017, pp. 99-103.
5. Sayfutdinov R. A., Gavrushchenko A. P., Magdeeva D. R., Karsakova E. D. Upravlenie bezopasnost'yu tekhnologicheskih processov. Informacionnye tekhnologii v obrazova-nii. Materialy vserossijskoj ochnoj nauchno-prakticheskoj konferencii 15 marta 2019 goda. [Safety management of technological processes. Information technologies in education. Materials of the All-Russian full-time scientific and practical conference on March 15, 2019]. The Republic of Tatarstan, Buinsk, 2019, pp. 101-104.
6. Veroyatnaya prichina katastrofy - oshibka ekipazha: (sait). [The probable cause of the disaster is a crew error: (website)]. URL: https : //www. forbe s. ru/ ekonomika-column/vlast/ 69586-samaya-veroyatnaya-prichina-katastrofy-oshibka-ekipazha (accessed: 15.06.2021). Text: electronic.
Сайфутдинов Рафаэль Амирович, доцент кафедры Поискового и аварийно-спасательного обеспечения полётов и техносферной безопасности (ПАСОПиТБ) Ульяновского института гражданской авиации имени Главного маршала авиации Б. П. Бугаева.
Белогрудова Дарья Юрьевна, курсант 2-го курса Бугурусланского лётного училища гражданской авиации.
Поступила 12.06.2021 г.
