CC BY
86
УДК 656.7.052
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УВД НА ОСНОВЕ КОНТРОЛЯ ДОПУСТИМОЙ СКОРОСТИ ДОГОНА ПРИ ПОСАДКЕ
Ю.Е. ГЛУХОВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Нечаевым Е.Е.
Рассматриваются проблемы, условия эффективного УВД на этапе захода ВС на посадку, а также пути их решения, возможности развития и повышения эффективности системы на базе возможных технологий АЗН-В.
Ключевые слова: скорость догона, трековый интервал, бортовой индикатор АЗН-В.
1. Введение
Развитие систем наблюдения в ключе концепции CNS/ATM открывает пользователям воздушного пространства и другим заинтересованным лицам новые возможности. Особенно важно внедрение перспективных процедур ОВД, основанных на возможностях АЗН в загруженных зонах воздушного пространства [7, 8].
Функционирующая уже 30 лет в Московском центре АС УВД «TERCAS» не может обеспечить внедрение АЗН и требует замены новыми, гибкими, подстраивающимися под новейшие требования ОВД системами. Такой может являться резервная система «Альфа 3», установленная там же. Она обладает возможностями современных компьютеров и способна предоставить выполнение широкого спектра постоянно расширяющихся задач.
2. Формулировка проблемы
Для АДЦ ускорение потока и соответственно уменьшение времени нахождения в зоне каждого конкретного ВС становится задачей номер один в условиях перегрузки секторов (при обеспечении уровня безопасности полетов на требуемом уровне) [3]. В обеспечении данной задачи наибольшую сложность для диспетчеров представляют потоки воздушных судов, прибывающих с разных направлений на один аэродром [1].
Способы регулирования требуемого интервала на посадку можно расставить в следующем порядке приоритета применения:
1. Управление скоростями.
2. Изменение маршрута (векторение, RNAV STAR).
3. Зоны ожидания.
Применение каждого последующего способа увеличивает расчетное время прибытия (ETA), то есть задержку. Так на выполнение экипажем зоны ожидания требуется минимум
4 мин, а управление скоростью может внести минимальную корректировку 1-2 мин. Опытные данные показывают, что при плотном заходе на посадку векторением на одну ВПП аэродрома 1-го класса при ВМУ интервал на посадку между ВС одного класса колеблется от 2-х до 3-х мин. Соответственно пропускная способность колеблется от 20 до 30 ВС/ч. Разница в полтора раза! А в условиях продолжительной перегрузки и ошибок диспетчерского состава заявленная пропускная способность в 35-40 ВС/ч оказывается утопической. Причиной номер один является отсталость уровня автоматизации для принятия диспетчерских решений в условиях ситуационного управления [2].
Метод регулирования прибывающего потока схемами STAR+зоны ожидания существенно увеличивают нахождение ВС в зоне, снижая тем самым пропускную способность воздушного пространства [3]. К тому же, АС УВД «TERCAS» не предоставляет диспетчеру рекомендаций
по упорядочиванию потока. Диспетчер вынужден принимать решения по формированию потока практически на глаз, исходя из своей подготовки и опыта координации с коллегами смежных пунктов. Проще всего в таких условиях заводить самолеты на посадку векторением. Но в условиях ежегодного роста авиаперевозок и ограниченности используемого воздушного пространства метод абсолютного векторения все меньше отвечает заявленной пропускной способности районов аэродромов [1].
Исходя из вышесказанного, векторение - весьма универсальный и эффективный способ формирования прилетающего потока, но обладает рядом недостатков:
- экипаж может только догадываться об оставшемся расстоянии до полосы (track-miles/track-kilometers) для расчета профиля снижения;
- необходимость постоянных диспетчерских указаний по выравниванию скоростей ВС в потоке;
- сложность обеспечения эффективных (заданных) интервалов при увеличении количества векторимых ВС одним диспетчером из-за увеличения разделения внимания.
Грамотное применение схем RNAV STAR является достаточно эффективным средством формирования потока, приходящим на смену классическим STAR. Они, будучи более гибкими, позволяют обеспечивать интервалы, спрямляя или затягивая такие схемы. При этом экипаж постоянно контролирует изменение track-miles/track-kilometers и выдерживает ограничения скоростей, предусматриваемые схемой [5].
Но оба метода (в существующем виде) сами по себе не в состоянии обеспечить требуемый в каждом конкретном случае эффективный интервал в конце конечного этапа захода на посадку. Связано это с тем, что в процессе снижения и захода на посадку однородного потока (ВС одной или смежных категорий) каждое ВС, находящееся позади и выше, как правило, догоняет заходящего впереди. Причина тому разница соответствия скоростей IAS и TAS и фактического влияния ветра на разных высотах. При выдерживании постоянной IAS истинная воздушная скорость (TAS) воздушного судна будет уменьшаться при снижении. В случае двух снижающихся воздушных судов, когда лидирующее воздушное судно находится на меньшей высоте с одинаковой IAS, TAS лидирующего воздушного судна будет меньше, чем следующего за ним воздушного судна. Расстояние между этими двумя воздушными судами будет таким образом уменьшаться, если не применяется достаточная разница в скоростях. С целью расчета желаемая разница в скоростях между двумя следующими друг за другом воздушными судами в 11 км/ч (6 уз) IAS на 300 м (1000 фут) разницы в высоте может использоваться в качестве общего правила. На высотах ниже 2450 м (ЭП 80) для целей управления скоростью можно не учитывать разницу между IAS и TAS. Принципы выдачи диспетчерских указаний относительно управления скоростью в горизонтальной и вертикальной плоскости опубликованы в документе ИКАО № 4444. Организация воздушного движения (PANS-ATM). Таким образом, при заходе основного потока с прямой друг за другом и одинаковыми значениями IAS на одинаковых этапах снижения, интервал между парой постоянно будет сокращаться за счет запаздывания уменьшения с высотой TAS последующего [6].
3. Контроль допустимой скорости догона ВС при заходе на посадку
Управление скоростью или контроль ее допустимых отклонений в потоке является неотъемлемой частью эффективного обеспечения пропускной способности при любом способе захода на посадку. Таким образом, целесообразно совершенствовать данную методику в первую очередь. При этом, применение средств автоматизации в принятии диспетчерских решений обязательно. Это позволит существенно разгрузить работу диспетчерского состава по анализу воздушной обстановки, повышая тем самым точность, надежность и эффективность системы в целом.
Необходимость управления скоростями диспетчера определяют по взаимному положению ВС и фактическим векторам их путевых скоростей (под влиянием ветра). Для упрощения порядка исследования целесообразно рассмотреть сначала штилевую ситуацию при заходе с прямой.
Диспетчер принимает решение о необходимости выдачи указаний по корректировке приборных скоростей (IAS) для обеспечения требуемого интервала на посадку на основе динамического анализа следующих элементов (рис. 1):
- трекового интервала между последовательно заходящими на посадку ВС (a);
- трекового расстояния до ВПП (track-miles/track-kilometers) (b);
- требуемого интервала на посадку (с);
- разницы скоростей (V1-V2).
V2 V1
rS-f:
ь
ВПП
Рис. 1. Элементы анализа воздушной обстановки при управлении скоростями догона
Конечно же, более опытные профессионалы из персонала ОВД способны вполне точно прогнозировать в уме развитие такой ситуации под их контролем. Но делать это ежеминутно и при этом принимать решения и выдавать команды в условиях перегрузки просто физически некогда. Процесс принятия решений должен быть максимально упрощен [2] автоматизацией всех расчетов и представлять собой рекомендации диспетчерских решений в готовом виде: рекомендации по скорости, рекомендуемое изменение маршрута схемы, расчётное время задержки.
Трековый интервал - это разница расстояний, которые осталось преодолеть ВС до посадки
а = ^-5,. (1)
В случае взаимоположения ВС друг за другом с малой разницей МПУ(не более 30 градусов), трековый интервал можно сопоставить с кратчайшим расстоянием между ВС.
Постоянная заданная величина минимально допустимого интервала на посадку зависит от взаимоположения ВС и их скоростей следующим образом
С = а + (V -у2)г, (2)
где I = Ь - время преодоления первым ВС трекового расстояния Ь до ВПП со скоростью V,.
^1
Из (1) и (2) видно, что
а ® с , (3)
то есть в ситуации догона ВС изначально больший интервал между ВС постоянно сокращается, так как в доминирующем большинстве случаев самолеты, заходящие последовательно на посадку, догоняют друг друга по принципу «чем ближе к ВПП, тем меньше скорость» [4, 5, 6].
При этом ситуация а < с является недопустимой на конечном этапе захода на посадку (нарушение продольного эшелонирования), где вертикальное эшелонирование не применяется [5, 6].
Согласно международным правилам, для установления желаемого интервала между двумя или несколькими следующими друг за другом воздушными судами диспетчеру следует в первую очередь либо уменьшить скорость следующего позади воздушного судна, либо увеличить скорость следующего впереди воздушного судна, а затем скорректировать скорость(и) других
воздушных судов [6]. При существующих ограничениях максимальной скорости полета дис-
петчеру целесообразно ограничивать в скорости каждое последующее ВС.
Математически данную задачу и ее решение можно сформулировать в следующем упрощенном виде
Т/ЛЬ У,Ь У2Ь . У2Ь
с = а + (V, - У2)— = а + —------— = а + Ь ——,
1 ^ V, у У, V,
У2Ь
= а + Ь-с ,
у,
У2 = а + Ь - с
У~ Ь ’
У, = ^ У- (4)
Ь
Зная, что b = S1 и a = S2 — S1, получаем уравнение скоростей
=a+b-c
2 b 1
V = S 2 — S1 + S1 — C V
2 S1 1,
V = ^ Vr (5)
Полученное значение V2 является максимально допустимым для обеспечения заданного минимально допустимого интервала на посадку с в данный момент сочетания значений S2, S1, V1.
Учитывая скоротечность изменений воздушной обстановки в районе аэродрома и подхода [3], дискретность расчетов должна быть максимально частой и не превышать десятка секунд. Скорость обновления информации от аэродромных РЛК не превышает 5 с. Скорость обновления информации от АЗН достигает 1 с.
Необходимо отметить, что (2), (4), (5) справедливы только для истинных скоростей при
штилевом ветре. Согласно международным правилам [6], на высотах 7600 м (ЭП 250) или выше
корректировку скорости следует выражать в величинах, кратных 0,01 Маха, а на высотах ниже 7600 м (ЭП 250) - величинами приборной скорости (IAS), кратными 20 км/ч (10 уз). Для решения нашей задачи потолок высоты 7600 м будет достаточен. Перевод IAS в TAS производится следующим образом [5]
TAS = IAS х 171233 [(288 ±VAR) - 0,006496H]0,5 - (288 - 0,006496H)2,628, (6)
где VAR - отклонение температуры от МСА, °С; Н - абсолютная высота, м;TAS, IAS, км/ч.
Или
TAS = IAS х 171233 [(288 ±VAR) - 0,00198H]0,5 - (288 - 0,00198H)2,628, (7)
где VAR - отклонение температуры от МСА, °С; Н - абсолютная высота, фут; TAS, IAS, уз.
При заходе с прямой влияние ветра на соседние ВС будет практически одинаковым, вследствие этого, его можно не учитывать. При заходе с разных направлений ВС, следующие на разных МПУ, могут подвергаться воздействию различных величин составляющих скорости ветра. В этом случае необходимо учитывать (прибавлять/отнимать) поправки в векторы скоростей V1 и V2 [4]
W = V cos УС ± U собУВ . (8)
Так как cos УС ® 1, получаем
W = V ±UсобУВ , (9)
где УВ = d-МК ; d- навигационное направление ветра; МК - магнитный курс ВС; U - скорость ветра
W = V ±Ucos(d-МК1), (10)
W2 = V2 ±Ucos(d-МК2). (11)
В этом случае, учитывая (10) и (11), уравнение (5) примет форму
S - г
W2 = Щ. (12)
S1
Диспетчеру следует учитывать доминирующее направление и значительную скорость ветра для своевременного внесения корректировок скорости во время изменения МПУ и соответственно скорости кого-либо из потока. ВС будут лететь то с положительной, то с отрицательной путевой составляющей скорости ветра после изменения направления полета [4]. Для диспетчерского персонала изгибы схем должны быть зонами повышенного контроля.
Для удобства восприятия и применения, значения рекомендуемых системой скоростей должны отображаться кратными 10 км/ч или 5 узлам, округленными в меньшую сторону, и обновляться не реже 5 с. Фактические скорости, превышающие рекомендованные, должны маркироваться соответствующим цветом (например, желтым или оранжевым).
Обновление информации о приборных скоростях, высотах полета и температуре по высотам может оперативно автоматически поступать с борта на землю в АС УВД по каналам АЗН [1]. На основании всех данных и активизированных ФПЛ современная АС УВД (типа «Альфа 3» и другие) способна предоставлять диспетчерскому персоналу расчётное время пролета ПОД, ЕТА, вектора экстраполяции движения «по плану» и оставшееся трековое расстояние до ВПП каждого ВС.
4. Выводы
Если добавить в вычислительный модуль современной АС УВД (типа «Альфа 3») простую программу на основе логики формул (5), (6), (7), (10), (11), (12) и обеспечить сопряжение информации от АЗН-В, то можно реализовать повышение уровня автоматизации процессов ОВД, что, в свою очередь, станет основой для повышения пропускной способности.
Технология процесса может выглядеть следующим образом:
1. Диспетчер обозначает в АС УВД очередность захода на посадку.
2. Между каждыми соседними ВС обозначается требуемый интервал на посадку.
3. Каждому следующему позади воздушному судну АС УВД определяет максимальное допустимое значение приборной скорости.
4. Диспетчер сопоставляет фактическую и рекомендуемую скорости.
5. Если уменьшение скорости возможно и целесообразно, то выдает диспетчерские указания относительно ограничений по скорости.
6. Если уменьшение скорости невозможно или нецелесообразно, то увеличивает значение
S2 с помощью затягивания/изменения схемы, зон ожидания.
7. Контролирует по АЗН выполнение экипажами ограничений по приборной скорости и изменение рекомендаций АС УВД.
8. Если ВС оборудованы бортовыми индикаторами АЗН-В, диспетчер может назначить экипажу максимальную разрешенную приборную скорость догона (IAS2 -IASl), которую экипаж не должен превышать, контролируя IAS следующего впереди ВС по бортовому индикатору АЗН-В.
ЛИТЕРАТУРА
1. Глухов Ю.Е. Повышение эффективности УВД при заходе ВС на посадку на основе использования технологий АЗН-В // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2009. - № 139.
2. Логвин А.И., Левушкин Д.В. Анализ процессов принятия решений в динамических авиационных системах управления // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2011. - № 164.
3. Малыгин В. Б. Основные принципы совершенствования ОрВД в Московской зоне ЕС ОрВД // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2008. - № 136.
4. Черный М.А., Кораблин В.Н. Воздушная навигация. - М: Транспорт, 1991.
5. Производство полетов воздушных судов. ИКАО. Doc 8168 OPS/611.
6. Организация воздушного движения. ИКАО. Doc 4444 ATM/501.
7. Глобальный аэронавигационный план применительно к системам CNS/ATM. ИКАО. Doc 9750.
8. Esler D. 4D-Nav Is Coming // Business & Commercial Aviation magazine, September 2009.
INCREASE OF ATC EFFICIENCY ON BASIS OF ALLOWABLE OVERTAKING SPEED CONTROL ON LANDING
Glukhov Y.E.
Problems, terms of effective ATC on the stage of approach of A/C on landing, and also ways of their decision, possibilities of development and increase of system efficiency are considered on the base of ADS-B technology.
Key words: overtaking speed, track distance, in-cockpit ADS-B flight display.
Сведения об авторе
Глухов Юрий Евгеньевич, 1985 г.р., окончил СПбГУ ГА (2007), старший преподаватель кафедры управления воздушным движением МГТУ ГА, автор 2 научных работ, область научных интересов - организация системы УВД, технологическое развитие системы гражданской авиации, разработка принципов и внедрение новых технологических процедур в области взаимодействия между экипажами ВС и диспетчерами.
