CC BY
119
2009
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Эксплуатация воздушного транспорта. Безопасность полетов
№149
УДК 629.735.015
СНИЖЕНИЕ РИСКА ВЫКАТЫВАНИЯ ВС НА ПРОБЕГЕ ЗА СЧЕТ ВНЕДРЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ
В.В. ЗАВЕРШИНСКИЙ Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.
В статье рассмотрен способ снижения риска выкатывания ВС на пробеге за счет разработки и внедрения автоматизированных систем предупреждения и/или реагирования на потенциальную опасность выкатывания, основанных на получении данных от спутниковых навигационных систем.
Ключевые слова: снижение риска, автоматизированная система, навигационные системы.
По данным Всемирного фонда безопасности полетов (FSF) , происшествия на ВПП и выкатывания за ВПП имели место в 20 процентах из 76 случаев авиационных происшествий (АП) при заходе на посадку и посадке, а также серьезных инцидентов в мире с 1984 по 1997 гг. [1].
Из статистических данных, приведенных в [2], также можно сделать вывод, что выкатывания ВС на пробеге составляют около 20% от общего числа АП, причем средние затраты на восстановление ВС после выкатывания составляют более $ 20 ООО ООО.
Таким образом, предотвращение выкатываний ВС при движении по ВПП является весьма актуальной задачей безопасности полетов (БП).
1. Основные факторы выкатывания и мероприятия по снижению риска выкатываний
Выкатывания за ВПП обычно являются результатом наличия одного или более факторов, которые можно объединить в следующие группы [1]:
- факторы метеоусловий;
- факторы рабочих характеристик ВС;
- факторы техники пилотирования;
- системные факторы.
В соответствии с перечнем факторов, авиакомпании разрабатывают стратегию и индивидуальную линию защиты, уделяя необходимое внимание:
- соблюдению Стандартных эксплуатационных правил (SOP);
- повышению осведомленности о факторах окружающей среды;
- знанию рабочих характеристик воздушного судна и техники пилотирования;
- разработке программ для тренажерной подготовки;
- контролю параметров полета, информированию об отклонениях и перепроверке действий экипажа.
Однако все перечисленные мероприятия, по сути, относятся к организационным и обучающим, т.е. сводятся к управлению риском по человеческому фактору. Между тем можно предположить, что, помимо перечисленных выше мероприятий, действенным вкладом в решение проблемы снижения риска выкатываний ВС будет разработка и внедрение автоматизированных систем предупреждения и/или реагирования на потенциальную опасность выкатывания. Так, например, в «Business & Commercial Aviation magazine» упоминается «бортовой индикатор расчетного пробега ВС по ВПП» предназначенный для расчета потребной длины пробега с учетом «трения ВС о ВПП и положения ВС относительно ВПП...». На сегодняшний момент данные о разработке и внедрении подобных устройств в печати отсутствуют.
2. Вариант технического решения задачи снижения риска выкатывания
При посадке воздушного судна (ВС) на взлетно-посадочную полосу (ВПП), покрытую льдом, осадками или слякотью, тормозные системы шасси оказываются неэффективными; аэродинамические системы торможения (тормозные щитки, интерцепторы или спойлеры) эффективны только на высоких скоростях, т.е. в начале пробега и, таким образом, единственным надежным и эффективным средством торможения ВС является реверс тяги двигателей.
С другой стороны, практически для всех типов ВС существует ограничение применения реверса тяги по скорости движения, что связано с высокой вероятностью попадания в двигатели предметов с поверхности ВПП, а также возможностью возникновения на малых скоростях движения ВС такого явления, как помпаж двигателя, что может привести к повреждению (вплоть до разрушения) двигателя. Тем не менее, в случае угрозы выкатывания действующие документы по летной эксплуатации для различных типов ВС предписывают применение реверса тяги вплоть до полной остановки ВС, что объясняется более высокими затратами на восстановление ВС после выкатывания, нежели затраты на ремонт двигателя (так, стоимость нового современного двигателя ПС-90 составляет около $ 5 000 000).
Принятие решения в таких случаях возлагается на командира ВС, но, тем не менее, случаи выкатывания периодически имеют место, в том числе в связи с несвоевременной и/или необъективной оценкой угрозы выкатывания.
Между тем, техническое оснащение современных ВС позволяет при незначительных материальных затратах реализовать автоматизацию процесса принятия решений при угрозе выкатывания за счет расширения функций бортового оборудования и тем самым снизить риск выкатывания.
В настоящее время многие отечественные и зарубежные ВС оснащены Системами раннего предупреждения приближения к земле (СРППЗ или TAWS), основанными на использовании данных спутниковой навигации. Эти системы в реальном масштабе времени с высокой точностью (индикация до сотых долей угловой минуты) определяют местоположение самолета в пространстве, а также рассчитывают путевую (относительно земли) скорость воздушного судна и фактический путевой угол движения.
Кроме того, эти системы имеют в своем составе постоянно обновляющуюся базу данных земной поверхности, включая данные по координатам торцов ВПП практически всех международных аэропортов.
В [3] предложена доработка СРППЗ с целью реализации функции объективного определения угрозы выкатывания и снижения риска выкатывания за счет своевременного предупреждения экипажа о недопустимости выключения (снижения режима) реверса тяги, и/или механической блокировки рычага управления реверсом тяги для невозможности снижения режима и/или подачи соответствующего сигнала в автомат управления тягой. Предполагается, что степень разрушения ВС в значительной мере зависит от скорости схода ВС с поверхности ВПП.
В СРППЗ предлагается дополнительно ввести следующие фунции:
- расчета текущего отрицательного ускорения воздушного судна на пробеге;
- расчета потребной дистанции для полной остановки воздушного судна при текущей путевой скорости и действующем отрицательном ускорении;
- сравнения расчетной потребной дистанции с фактическим остатком взлетно-посадочной полосы.
Предлагается ввести дополнительные выходные аудиокоманды, например, «Режим реверса не уменьшать!» и соответствующие им дополнительные световые табло.
Предполагается следующая работа устройства в варианте системы предупреждения (рис. 1).
В блок вычислителя 6 поступают данные от приемника спутниковой навигационной системы 1 (текущие географические координаты воздушного судна), данные от блока связи с бортовым оборудованием 2 (сигнал обжатия шасси) и данные из базы данных аэропортов 5. В процессе вычисления производится идентификация взлетно-посадочной полосы, в масштабе ре-
ального времени рассчитываются текущие скорость, ускорение, расстояние до противоположного торца взлетно-посадочной полосы, потребная дистанция для полной остановки воздушного судна для текущих значений скорости и ускорения, а также сравниваются значения фактического расстояния до торца полосы и потребной дистанции. В случае, если потребная для остановки дистанция превышает фактическое расстояние до торца полосы (с определенным запасом), что может быть, например, при отказе или недостаточной эффективности тормозных систем колес шасси, устройство выдает предупреждающую сигнализацию экипажу на устройства 3 (звуковая сигнализация) и 4 (световое табло).
Рис. 1. Схема работы устройства для предотвращения выкатывания ВС на пробеге:
1- приемник спутниковой навигационной системы;
2- блок связи с бортовым оборудованием;
3- устройство звуковой сигнализации;
4- световое предупреждающее табло;
5- база данных аэропортов;
6- блок вычислителя (в составе ЭВМ);
7- исполнительный механизм блокировки рычага управления реверсом тяги;
8- блок связи с автоматом управления тягой.
В [3] предусмотрена также блокировка рычага управления реверсом (РУР) тяги 7 и блок связи с автоматом управления тягой 8 с целью недопущения уменьшения режима обратной тяги двигателей вплоть до полной остановки воздушного судна («активная» версия устройства).
Одно из преимуществ предлагаемого решения состоит в минимальных затратах по переоборудованию ВС, поскольку для работы в режиме предупреждения требуется, по сути, только доработка действующего программного обеспечения СРППЗ (за исключением светового табло).
Кстати, рекомендация [1] о включении в SOP стандартного сообщения «До конца ВПП осталось (футов или метров)» для использования в условиях низкой видимости, может так же быть реализовано программным обеспечением СРППЗ на основании регистрации текущего местоположения ВС с учетом фактической путевой скорости.
Вполне возможным также представляется использование данных СРППЗ для предотвращения выкатывания на более ранних этапах посадки, например, для контроля высоты и путевой скорости прохода порога (торца) ВПП и выдачи в случае необходимости рекомендаций для ухода на второй круг.
В [4] приведен ряд возможных стратегий уменьшения рисков, включающий избежание риска, изолирование риска и уменьшение ущерба. Очевидно, предлагаемый вариант стратегии можно определить как стратегию замены риска на заведомо меньший риск, т. к. в данном случае при уменьшении риска выкатывания увеличивается риск повреждения двигателя. Сопоставляя среднюю стоимость восстановления ВС после выкатывания и стоимость нового двигателя, явно большую, нежели стоимость ремонта двигателя, можно сделать вывод о целесообразности применения такой стратегии хотя необходим более детальный анализ «затраты-выгоды».
3. Проблемы разработки математического обеспечения
В части определения потребной дистанции для полной остановки ВС наиболее важным является вопрос разработки метода расчета этой дистанции. Дифференциальные уравнения движения ВС по ВПП при наличии ветра и переменной тяге двигателей аналитического решения не имеют и могут быть решены только численно [5].
В [6] движение ВС на этапе торможения описывается как равнозамедленное. Учитывая, что в том же источнике приводятся дистанции выкатывания за пределы ВПП до 50 футов, очевидно, что при расчете потребной дистанции полной остановки ВС нужна максимальная точность, и представление движения как равнозамедленного является некорректным. Это объясняется тем, что аэродинамическое сопротивление и обратная тяга двигателей существенно снижаются при падении приборной и, следовательно, путевой скорости.
Таким образом, встает задача разработки и реализации в виде программного обеспечения математической модели движения ВС на пробеге для системы снижения риска выкатывания ВС. При этом требуется найти компромисс между максимальной адекватностью используемой математической модели движения ВС, что подразумевает достаточную ее сложность и максимальным быстродействием программного обеспечения, что диктуется высокими скоростями движения ВС на пробеге и необходимостью работы системы в режиме реального времени.
Вывод
Внедрение описанной системы позволит существенно повысить своевременность и объективность оценки угрозы выкатывания воздушных судов за пределы взлетно-посадочной полосы и тем самым снизить риск выкатывания. Вместе с тем, встает проблема разработки метода расчета потребной дистанции пробега в части отыскания компромисса между максимальной адекватностью используемой математической модели и максимальным быстродействием соответствующего ей программного обеспечения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Материалы Международного семинара по сокращению количества авиационных происшествий при заходе на посадку и посадке. - Азербайджан, Баку, 12-13 сентября 2007.
2. Лебедев А.М. Метод расчета ожидаемого предотвращенного ущерба от авиационных происшествий: монография. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2007.
3. Завершинский В.В. Патентная заявка № 2008104973/11(005413).
4. Руководство по управлению безопасностью полетов (РУБП ИКАО. Бос. 9859 AN/460. 1-е изд., 2006).
5. Мхитарян А.М. Динамика полета. -М.: Машиностроение, 1971.
6. Benefit-Cost Analysis of Procedures for Accounting for RW Friction on Landing, TP 14082E, Transport Canada,
2003.
APPLICATION OF AUTOMATIZED SYSTEMS OF WARNING TO REDUCE RUNWAY OVERRUN RISK FOR AIRCRAFT ON LANDING
Zavershinskiy V.V.
The article focuses on the ways to reduce runway overrun risk with the help of application of automatized system of warning and reaction to potential danger of runway overrun, based on the received data from satellite navigation systems.
Сведения об авторе
Завершинский Владимир Витальевич, 1962 г.р., окончил КуАИ (1985), ведущий инженер Центра обработки и анализа полетной информации АК Волга-Днепр, автор 2 научных работ, область научных интересов - безопасность полетов.
