CC BY
19TECHNICAL SCIENCES
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА РАДИОТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА
СЦЕПЛЕНИЯ ВС С ВПП
Матюхин К.Н.
канд. техн. наук Соболь А.С. студент Горковец Е.А. студент Ягодин В.О. студент
Московский Государственный Технический Университет Гражданской Авиации(МГТУГА)
г. Москва
METHODS AND MEANS OF RADIO ENGINEERING CONTROL OF THE AIRCRAFT FRICTION
COEFFICIENT WITH THE RUNWAY
Matyukhin K.
Ph.D. tech. Sciences Sobol A. student Gorkovets E. student Yagodin V.
student MSTU CA Moscow
DOI: 10.5281/zenodo.7106999
Аннотация
Коэффициент сцепления поверхности ВПП с колесами шасси ВС играет важнейшую роль в обеспечении безопасной посадки. Одним из главных критериев необходимости замера коэффициента сцепления является любая смена климатических условий. Величина нормативного коэффициента сцепления оценивается состоянием покрытия поверхности ВПП. Сегодня не существует общепринятых процедур разработки методов и средств использования устройств измерения сцепления. Максимально точно определять показатель коэффициента сцепления возможно только с помощью специального оборудования, например, аэродромная тормозная тележка (АТТ). Особенности и преимущества новой технологии измерения коэффициента сцепления с помощью систем датчиков. Система включает в себя группу метеодатчиков и группу комбинированных датчиков. С помощью датчиков при каждой посадке ВС на ВПП будет измеряться КС и передаваться актуальная информация в службу движения. Предположительные затраты на систему датчиков, показали, что внедрение новой технологии — это хорошая и выгодная альтернатива АТТ.
Abstract
The friction coefficient of the runway surface with the wheels of the aircraft landing gear plays a crucial role in ensuring a safe landing. The main criterion for the need to measure the COP is any change in climatic conditions. The condition of the surface of the coating is estimated by the value of the normative adhesion coefficient. Currently, there are no generally accepted procedures for the development of methods and means of using friction-measuring devices. It is possible to calculate the COP indicator as accurately as possible only with the help of special equipment, for example, an airfield brake trolley (ATT). Peculiarities and advantages of the new technology for measuring CV using sensor systems. The system includes a group of weather sensors and a group of combined sensors. With the help of sensors, with each landing of an aircraft on the runway, the COP will be measured and relevant information will be transmitted to the traffic service. Estimated costs for the sensor system showed that the introduction of new technology is a good and profitable alternative to ATT.
Ключевые слова: коэффициент сцепления, климатические условия, взлётно-посадочная полоса, система датчиков, методы определения КС.
Keywords: coefficient of friction, climatic conditions, runway, sensor system, methods for determining the COP.
Введение
С 1950-х годов активно начали обсуждать обязательные требования для обеспечения необходимых характеристик сцепления на ВПП, соответствующих для эффективного торможения на территории аэродрома.
В 1976 Министерство гражданской авиации СССР совместно с Комитетом ИКАО предложили многоуровневую систему, которая включает рекомендуемые степени определения состояния нормальной, сухой и не соответствующей нормативам безопасной посадки на поверхность ВПП.
Широкое распространение устройств замера КС обуславливается климатическими условиями. Критически важный параметр в России - коэффициент сцепления, а работоспособная измерительная техника - необходимость. Без высокой точности определения КС не обойтись даже на юге страны из-за резких перепадов погоды.
Выезды со взлетно-посадочной полосы могут быть обусловлены многочисленными факторами. Просчеты диспетчеров, ошибки пилотирования, отказ систем самолета - всегда на поверхности. Состояние же ВПП обсуждается существенно реже. Но важнейшую роль в обеспечении безопасной посадки играет именно коэффициент сцепления поверхности шасси самолета.
Основная часть
Все значения коэффициента сцепления выше 0,4 принимаются, как благоприятные условия посадки, при которых у воздушных судов не должно возникнуть никаких проблем со сцеплением с ВПП. Показатели в диапазоне от 0,4 до 0,31 предупреждают о сложностях, которые необходимо ликвидировать. Если КС ниже 0,31 - принимается комплекс срочных мер [1].
Снятые специальным оборудованием замеры отправляются в службу эксплуатации аэродрома, далее - диспетчерам. Они отправляют данные о состоянии ВПП перед посадкой командиру экипажа воздушного судна.
Даже небольшая ошибка с передачей сводки по коэффициенту сцепления пилотам при резкой перемене погоды, может привести к большому к инциденту. Как правило, специалисты всегда занижают реальный показатель с поправкой на возможное внезапное ухудшение погодных условий.
Можно много говорить об важности КС, но лучше всего увидеть это на реальных примерах:
В 2018 году в международном аэропорту Сочи произошло происшествие с самолетом Боинг - 737
Коэффициент сцепления (КС) колес самолета с поверхностью взлетно-посадочной полосы - критический параметр, который влияет на безопасность приземления, особенно в странах с непростыми погодными условиями, таких, как Россия. Ошибки при расчете КС не допускаются, т. к. серьезных происшествий.
Коэффициент сцепления - это отношение силы трения к вертикальной нагрузке. На коэффициент сцепления влияют очень многие погодные факторы. Существенно уменьшается показатель сцепления с ВПП при наличии на ней снега или льда. Также уменьшается коэффициент сцепления колеса с мокрым покрытием [4].
Главным критерием обязательного замера коэффициента сцепления является любая перемена погодных условий: туман, осадки, температура, обледенение или таяние льда. Начальник аэродромной службы определяет регулярность замеров, либо ответственным за эксплуатацию ВПП на определенном объекте.
По величине эффективности торможения (нормативного коэффициента сцепления) оценивается состояние поверхности покрытия ВПП. Существует корреляционная зависимость между значениями «измеренного коэффициента сцепления» и «нормативного коэффициента сцепления» для идентичных состояний покрытий в соответствии с приведенной таблицей 1:
Таблица 1
ОАО «ЮТэйр». Неоднократное игнорирование экипажем предупреждений бортовых систем о сдвиге ветра; средний нормативный коэффициент сцепления которой на поверхности ВПП, согласно расчетам, был менее 0,3, что запрещает выполнять посадку согласно действующим нормативным документам - все эти факторы привели к выкатыванию воздушного судна за пределы ВПП, его разрушению и пожару.
В аэропорту Южно-Сахалинск произошел инцидент с самолетом А-330 УР-ВРК ОАО «Аэрофлот» в 2015 году. После посадки летательного аппарата, произошел сход самолета за пределы ВПП передней стойки шасси на 5 метров, при выполнении разворота в «кармане». В заключении комиссии по расследованию, причиной выкатывания А-330 произошло из-за попадания передней стойки шасси на отдельные пятна уплотненного снега на поверхности ВПП с критически маленьким коэффициентом сцепления.
С 1972 по 1974 год Международная организация гражданской авиации (1САО) разработала спе-
Корреляционная зависимость
Измеренный коэффициент сцепления 0.1 0.15 0.17 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6
Нормативный коэффициент сцепления 0.26 0.29 0.3 0.32 0.34 0.37 0.39 0.42 0.45 0.49 0.54 0.57
циальную программу по оценке и анализу оборудования, которое применяется для измерения эффективности торможения шасси на ВПП.
На основе испытаний разных измерительных устройств выяснилось, что существуют значительные расхождения в точности измерений параметров поверхностей ВПП. Как результат, для устройств измерения сцепления были составлены корреляционные таблицы с показателями коэффициента сцепления для сухих и мокрых, а также покрытых уплотненным снегом или слоем льда взлетных полос [3].
На данный момент еще не создали общепризнанные процедуры разработки методов и средств для применения устройств измерения сцепления с ВПП. Правительство пошло путем разработки своих методов и устройств опираясь на соответствующий климат.
Благодаря специальному оборудованию возможно максимально точно определить показатель КС. В большинство стран эти задачи выполняются с помощью аэродромных тормозных тележек (АТТ) с различными модификациями в зависимости от климатических условий.
Аэродромная тормозная тележка - это одноосный агрегат с разновеликими колёсами, соединёнными карданным валом. Одно из колес - измерительное, его трение об поверхность ВПП при буксировке приводит к появлению тормозящей силы. Фиксируется уровень специальным датчиком, считывающим внутреннее напряжение в конструкции изделия [2].
Усиленный сигнал на выходе регистрируется по микроамперметру АВР и далее интегрируется в показатель коэффициента сцепления.
Объем воздушных перевозок постоянно увеличивается, индустрия ГА стремительно разрастается и возникает потребность к появлению новых технологий.
Мы хотим представить Вам свою идею по внедрению нового метода измерения КС с помощью датчиков.
Идея замеров КС с помощью беспилотника тоже не нова. И она довольно интересная, но много вопросов. Кто будет являться эксплуатантом беспилотного ЛА, где брать внешнего пилота (оператора)? Необходимость подачи плана полета, техобслуживание и содержание, если посчитать финансы, то можно прослезиться.
В этом случае вариант с датчиками видится нам гораздо предпочтительнее.
Наша идея заключается в том, что при каждой посадке ВС на ВПП будет измеряться КС с помощью систем датчиков. Таким образом, у нас будет актуальная информация о состоянии ВПП и осадков на ней примерно каждые 2 минуты.
Допустим, аэропорт закрыт на технологический перерыв, он длится 2 часа. За это время готовят полосу, делают замер КС. Передают в службу движения. Открывается аэропорт, начинают приземляться ВС и далее уже датчики обновляют информацию о текущем КС. Аэродромной службе меньше забот.
Главная цель внедрения технологии - это экономия денег и времени, но нельзя забывать про такой ценный ресурс, как человеческая жизнь, полёты станут ещё безопаснее и комфортнее, т.к. актуальная информация по КС будет постоянно обновляться.
А сейчас хотим рассказать про нашу систему измерения КС, её особенности и преимущества. Система включает в себя несколько групп датчиков, а именно:
Группа метеодатчиков будет применяться как вспомогательное/ сопутствующее оборудование в системах для удалённых объектов. Она позволит получать сведения о любых погодных условиях: влажность воздуха и температура, скорость и направление ветра, количество и тип осадков с помощью нескольких уникальных приборов. Эта группа поможет нам составить корреляционную таблицу осадков и соответствующим им КС. Так, например, мы сможем заранее знать, что в мелкий дождь или утреннюю росу будет КС, соответствующий таблице, который не повлияет на посадку ВС, а в снег или гололёд, будет пониженный КС, для улучшения которого, нужны реагенты от обледенения и дальнейшее наблюдение за поверхностью ВПП [5].
Группа комбинированных датчиков, в отличии от простых устройств, позволяет с отличной точностью определять все необходимые параметры для расчёта КС. Эта группа может состоять из следующих устройств: микроволнового радара, акустического и лазерного датчиков, радиолокационного детектора и т.п. при необходимости. Каждое устройство будет определять соответствующий параметр, необходимый для точного расчёта КС.
Наша система измерения КС будет работать по адаптивному алгоритму, который будет выдавать лучшие результаты путём постоянной подстройки под входные данные.
Но есть и проблемный вопрос - это сертификация датчиков. Необходимо вносить изменения в аэронавигационный паспорт аэродрома, технологии работы, инструкции и руководства и т.д.
Сейчас мы бы хотели представить Вам предположительные затраты, требуемые на обслуживание АТТ и на реализацию внедрения системы датчиков (таблица 2).
Таблица 2
Предположительные затраты на АТТ-2
Предположительные затраты на АТТ-2
Аэродромный автомобиль 2.5 млн
АТТ-2 3 млн в 2021 году
Каждый год
Заработная плата 2 млн в год
ГСМ 40 литров в сутки (это 14600 литров год, при средней стоимости гсм будет 0.7 млн в год)
Амортизация и техобслуживание 500 тыс или 0.5 млн в год
Итог 8.7 млн
Начнём с аэродромного автомобиля, чаще всего это Mitsubishi Outlander, его приблизительная стоимость 2,5 млн руб. Стоимость тележки АТТ- 2 год назад была 3 млн руб. Фонд заработной платы трех водителей (сменная работа) - примерно 2 млн в год. ГСМ в сутки 40 литров. Умножаем на 365 дней и получаем 14600 литров в год или 700 тыс. Затраты на техобслуживание и амортизационные
Средняя длина пробега ВС 2000 м. Примерно каждый датчик работает до диапазона 300 м. Если мы будем устанавливать датчики по всей длине пробега ВПП с шагом 250 метров (берем с запасом), то нам понадобится примерно 8 систем датчиков измерения КС. Посоветовавшись со специалистом, мы взяли приблизительную стоимость датчиков и необходимые затраты на установку.
Предположительные затраты на систему датчиков составило 3.3 млн в 1 год. В последующем -1 млн.
Невозможно не заметить, что в 1 год мы экономим почти 5.5 млн рублей, а в последующие года примерно 2.2 млн. Так, за 10 лет эксплуатации датчиков, мы сможем с экономить примерно 25.3 млн (с учетом 1 года). С помощью таблиц и наших приблизительных расчётов мы показали Вам, что внедрение датчиков — это хорошая и выгодная альтернатива АТТ.
Внедрение новых технологий измерения КС будет способствовать развитию транспортной системы страны и всего мира.
Заключение
Идея обеспечение точной оценки и передачи данных службе управления о состоянии поверхности ВПП в реальном времени действительно вдохновляет. Однако назревает такой вопрос: во всех ли аэродромах стоит применять систему датчиков? Концепция предполагает, что все аэропорты перейдут в будущем на систему датчиков. Сегодня век
счисления - это примерно 10% в год от первоначальной стоимости автомобиля и АТТ-2, что составляет 500 тыс, при условии их эксплуатации 10 лет.
Как вы можете видеть, что предположительные затраты на АТТ-2 за 1 год составят примерно 8.7 млн. Последующие года по 3.2 млн.
Таблица 3
технологий и недаром все надежнейшие системы являются децентрализованными. Но нужна она будет маленьким аэропортам, у которых слишком большой интервал между взлетами и посадками? Очевидно, что нет.
Дальнейшее совершенствование точности показателя КС будет достигаться путем комплексных мер: совершенствование материалов поверхности ВПП, реагентов для ее обработки, повышением точности работы систем измерения КС и автоматизация процесса.
Надеемся, технология датчиков будет внедряться повсеместно в разумном русле, а также в будущем упрощать жизнь всей отрасли. Что ж, время покажет, а пока можно констатировать, что растущий спрос на масштабируемые аэронавигационные услуги и необходимость снижения расходов имеют место быть, а, как известно, спрос рождает предложение.
Список литературы
1. Воробьев В.В., Харламов А.С., Янчугин С.Ю., Ганиев Ш.Ф. Влияние состояния поверхности рулежных дорожек и взлетно-посадочной полосы на время вылета воздушных судов. Научный вестник МГТУ ГА, 2019 - 14 с.
2. Wambold, J. C., and J. J. Henry. Joint Winter Runway Friction Measurement Program (JSRFMP) 2003 Testing and Data Analysis, Transport Canada TP 14194E, June 2003, 118 с.
Предположительные затраты на систему датчиков
Предположительные затраты на систему датчиков
Датчики ~ 2млн
Установка/монтаж 300к
Каждый год
Амортизация и техобслуживание 200к
Заработная плата 800к в год
Итого 3.3 млн
3. Руководство по эксплуатации гражданских аэродромов РФ (РЭГА РФ-94). - М.: ВТ, 1995.
4. ФГУП «ЛИИ им. М. М. Громова». Научно-технический отчет о НИР «Определение корреляционной зависимости между нормативным коэффициентом сцепления на ВПП» по договору №
011/992/549 ВДА-08 с ООО «Авиакомпания Волга-Днепр», г. Жуковский, 2008.
5. Horne, W.B., Correlation Between Ground Vehicle Friction Measuring Equipment and Aircraft on Runways and Taxiways for both Summer and Winter Conditions, study conducted for Transport Canada Aerodrome Safety, April 1998.
