Модификация системы TCAS 2000 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.7.051

МОДИФИКАЦИЯ СИСТЕМЫ TCAS 2000

С. Е. Мащенков Научный руководитель - В. М. Мусонов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: pnk-sibsau@mail.ru

Рассматривается текущее состояние бортовых систем предотвращения столкновения воздушных судов, а также предложены частные подходы к построению оптимальных траекторий для разведения конфликтующих ЛА.

Ключевые слова: предотвращение столкновений, оптимальные траектории.

MODIFICATION OF THE SYSTEM TCAS 2000

S. E. Mashchenkov Scientific Supervisor - V. M. Musonov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, KrasnoyarskyRabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail:pnk-sibsau@mail.ru

This article discribs about present status and development of aircraft collision systems, as well as the construction of optimal trajectories for preventing dangerous proximity of aircraft.

Keywords: prevention of collisions, optimal trajectories.

Во всем мире ИКАО ТКАС II стал обязательным в январе 2005 года для всех гражданских самолетов с турбинными двигателями и максимальной сертифицированной взлетной массой более 5700 кг или разрешённым перевозить более 19 пассажиров исходя из этого необходимо выделить повторяющиеся проблемы, из которых следует извлечь уроки.

Система TCAS 2000 представляет собой автономную бортовую систему предотвращения столкновений, предназначенную для помощи летным экипажам в предотвращении столкновений в воздушном пространстве. Система TCAS 2000 должна быть включена во время полета в тех зонах воздушного пространства, в которых требуется использование системы TCAS.

Система TCAS 2000 в базовой конфигурации состоит из установленных на самолете антенн, блока вычислителя TCAS 2000, ответчика режима-S и установленных в кабине экипажа индикаторов и пульта управления.

На вычислительный блок системы TCAS 2000 (CU) от соответствующих приборов самолета поступают данные о радиовысоте, барометрической высоте, пребывании самолета в воздухе или на земле, а также о выпущенном или убранном шасси, а также от сигнализатора высоты/блока управления или пульта управления режимами (как вариант ARINC 429).

Построение манёвра уклонения требует решения таких задач, как:

1) определить в какой момент времени будет пересечение опасной траектории;

2) определить в какой момент должны быть предприняты действия по предотвращению опасного сближения;

3) необходимо построить непосредственно сам манёвр уклонения;

4) определить нужный момент времени для возврата на заданный маршрут

Формализованная постановка задачи. Пусть два летательных аппарата движутся по пересекающимся трассам на минимальном расстоянии друг от друга (см. рисунок).

Самолёт ЛА 1 движется по трассе А со скоростью V. Второй самолёт ЛА2 совершает полёт по трассе B c постоянной скоростью V2, пересекающей трассу А под определённым углом. Зона безо-

Секция « Техническая эксплуатация электросистем и авионики»

пасности ЛА1 ограничена сферой, перемещающейся вместе с самолётом. Маневр совершает ЛА2. Опасное сближение самолётов может произойти в зоне пересечения трасс с вероятностью, превышающей допустимый риск. Величина риска определяется радиусом зоны ограничения. В результате необходимого манёвра конфликтная ситуация разрешается, если минимальное расстояние между воздушными судами при их наихудшем сближении обеспечивается не менее заданного допуска, обеспечивающего безопасное эшелонирование [1; 3].

Y

Полет по пересекающимся трассам

Пусть в нормальной земной системе координат положение ЛА1и ЛА2 в пространстве характеризуется радиусами - векторами г1 и г2, а также векторами абсолютных скоростей У1, У2. Положение одного летательного аппарата относительно другого будет определяться радиус- вектором Я = г2 - г1. Вектор относительной скорости У12 = У1 - У2. Тогда момент времени пересечения опасной траектории будет определять параметр максимального сближения самолётов

х =

V12 * R

Vl2 '

(1)

Время достижения максимального сближения самолётов

Tmm = -L Jr2 - х2' (2)

V12

Работа алгоритмов и надёжность получаемых результатов для оценки конфликтной ситуации между летательными аппаратами напрямую зависит от состава и точности измеряемых параметров' Для определения момента времени начала выполнения манёвра, имеющиеся параметры дополним критериями по высоте H1 и H2'

Началом выполнения заданного манёвра уклонения можно считать вторжение самолёта в защищаемую область воздушного пространства, так называемого критерия вторжения' Критерий обнаружения угрозы в простом случае, предполагающем, что манёвр самолётов отсутствует V1 и V2 = const, можно записать в виде

Т = ^ = (3)

Vi V2 w

где т - время, необходимое для обнаружения угрозы; r1 и r2 - наклонная дальность'

Движение каждого ЛА определяется своей собственной системой дифференциальных уравнений со своими собственными управляющими параметрами' Под управляющим параметром понимается траектория движения ЛА2, который обходит защищённую область'

Манёвр уклонения также можно построить, используя метод адаптивного выдерживания ограничений на компоненты вектора состояния динамической системы' Метод обеспечивает получение решений различных задач выдерживания заданных ограничений на компоненты вектора состояния

динамической системы при различных способах задания ее математической модели; получение реализуемой траектории увода в фазовом и физическом пространстве от поверхности ограничения при заданном управлении ограничения; адаптивность к свойствам объекта, форме поверхности ограничения [2].

Реализация схемы гарантирует сходимость параметров опорной траектории к значениям краевых условий по координатам вектора состояния. Если условия задачи не требуют обеспечения сходимости по значениям производных вектора состояния и управлений, то процедура формирования опорного решения, определяемая системой, может считаться завершенной [4].

Библиографические ссылки

1. Акимов А. Н., Воробьев В. В., Мозоляко Е. В. Состояние и развитие систем предотвращения столкновений воздушных судов // Научный вестник МГТУ ГА. М., 2013. 9 с.

2. Акимов А. Н., Воробьев В. В. Особенности проектирования лёгких боевых и учебно-тренировочных самолётов. М. : Машиностроение, 2005.

3. Акимов А. Н., Андреев В. В. Метод прямой оптимизации, основные положения и порядок применения. М. : ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского, 1997.

4. Марьин Н. П. Направление развития систем предупреждения столкновений // Новости навигации. 2007. № 1.

© Мащенков С. Е., 2016