ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВИХРЕВОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ

DETERMINE THE EFFECTIVENESS OF WAKE VORTEX FLIGHT SAFETY SYSTEMS

Nikolay Kudryavtsev

lecturer at the department of Federal State Official Military Educational Institution of Higher Professional Education Military Educational Research Centre of Air Force “Air Force Academy named after professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin”,

Russia, Voronezh

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается вопрос влияния технических систем, обеспечивающих вихревую безопасность, на эффективность их функционирования. Для чего строится имитационная модель полетов в аэродромной зоне. В результате анализируется вероятность захода на второй круг в зависимости от погодных условий.

ABSTRACT

In this article the effectiveness of the wake vortex flight safety system operation is discussed. For what the simulation model of flights in the area of aerodrome is built. At the end of the article the analysis of a missed approach for a variety of weather conditions is performed.

Ключевые слова: вихревая безопасность; технические системы обеспечения взлета и посадки воздушных судов.

Keywords: wake vortex flight safety; arrival and departure manager systems

В настоящее время в Российской Федерации наблюдается устойчивая тенденция роста интенсивности воздушного движения, обусловленная увеличением как внутреннего, так и внешнего объема перевозок. По прогнозу аналитиков Международной Организации Гражданской Авиации (ИКАО) в ближайшие десятилетия эта тенденция будет только сохраняться. Вместе с тем, возможности крупных отечественных аэропортов при существующей на сегодняшний момент времени организации воздушного движения часто не отвечают потребному объему перевозок. В результате нарушается регулярность, экономичность и безопасность воздушного движения.

Дело в том, что в загруженных аэропортах, на этапе снижения и захода на посадку, существует проблема обеспечения вихревой безопасности полетов. Именно на этом этапе при снижении воздушного судна (ВС) до момента касания взлетно-посадочной полосы (ВПП) наиболее велика вероятность его входа в опускающийся вихревой след впереди идущего ВС-генератора вихревого следа.

Практическая сторона проблемы связана с разработкой систем вихревой безопасности (систем вихревого прогноза), прогнозирующими положение опасных зон вихревого следа в реальном масштабе времени. Его можно определять посредством как автономных бортовых систем вихревой безопасности полетов (аналогичных TCAS – системе предупреждения столкновения), так и интегрированных систем вихревой безопасности, аппаратурно реализуемых в комплексе с промышленными системами обеспечения взлета и посадки (AMAN и DMAN соответственно).

Возможности интегрированных систем по полноте учета метеорологических факторов выше, чем у бортовых. Помимо учета скорости бокового ветра и степени турбулентности атмосферы интегрированной системой дополнительно учитывается влияние земли и ее пограничного слоя, влияние неравномерного сдвига ветра, стратификации атмосферы и профиля турбулентности.   За счет этого интегрированные системы вихревой безопасности позволяют осуществить наиболее «гибкое» регулирование интервалов следования ВС, максимально полно учитывающее изменчивость реальных метеоусловий во времени.

Регулирование интервалов следования системами обеспечения взлета и посадки, не использующими данные вихревого прогноза, осуществляется наименее «гибко» путем выдерживания нормативно заданных интервалов продольного эшелонирования.

Теоретическая сторона проблемы связана с установлением уровня вихревой безопасности полетов. На сегодняшний момент времени она решена путем установления минимально допустимых по условиям вихревой безопасности полетов интервалов продольного эшелонирования ВС. Этот уровень установлен эмпирически для большей части метеорологических условий, в которых осуществляется эксплуатация воздушных судов.

Вместе с тем, каким бы ни был «гибким» учет метеоусловий, он не может быть эффективным, если сама система вихревых категорий ВС, на сегодняшний день грубо отражает опасность вихревого следа, поскольку в качестве критерия опасности вихревого следа ВС в ней на сегодняшний день используется характеризующая уровень турбулентности в следе максимальная сертифицированная взлетная масса. В соответствии с которой категории ВС распределены следующим образом:

Н (тяжелые) – типы воздушных судов массой 136000 кг (300000 фунтов) и более;

М (средние) – типы воздушных судов с массой менее 136000 кг (300000 фунтов) и более 7000 кг (15500 фунтов);

L (легкие) – типы воздушных судов с массой 7000 кг (15500 фунтов) и менее.

Такой системе категорий ВС соответствуют определенные установленные ИКАО минимально допустимые интервалы продольного эшелонирования между воздушными судами (ВС) различных категорий. Установленные интервалы не зависят от сложившихся погодных условий. Однако они обеспечивают определенный уровень вихревой безопасности.

Решив задачу рекатегоризации [1] парка ВС, используя в качестве меры безопасности момент крена ВС [2], наведенный самым опасным воздействием из всех возможных воздействий вихревого следа ВС парка, осуществляемым на минимально допустимой безопасной дальности продольного эшелонирования, установленной ИКАО, можно получить новую систему вихревых категорий. Для различного числа категорий она показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Рекатегоризация парка ВС

Для оценки эффективности проведенной рекатегоризации необходима имитационная модель, в основе которой находится автомат (диспетчер) корректировки интервалов следования ВС в потоке ВС, идущих на посадку.

Разработанный автомат преобразовывает входящий поток ВС со случайными интервалами времени между прибытиями в упорядоченный поток ВС с интервалами, не меньшими безопасных. В основу модели положено условие (1) для определения потребного времени задержки очередного ВС, пришедшего в аэродромную зону,

                                       (1)

где:  – безопасный интервал времени следования двух следующих друг за другом ВС;  – интервал времени, фактически прошедший с момента прихода предыдущего ВС. В модели учитывается принадлежность ВС к различным скоростным категориям, продолжительность полета ВС на отдельных участках движения ВС в аэродромной зоне в соответствии со схемой, показанной на рисунке 2,а. В результате на начальном этапе движения ВС выстраиваются в очередь, таким образом, что каждое из ВС движется по своему участку на начальном этапе. Учитывается также занятость (по условиям вихревой безопасности) последующего прямолинейного участка захода на посадку на ВПП. В этом случае (занятости) ВС, заходящее на посадку, направляется на другую ВПП (при занятости обеих ВПП – на второй круг (в отказ)). Общий вид модели показан на рисунке 2,б.

На рисунке 3 для двух ВПП показана зависимость вероятности отказа от количества вихревых категорий K при различных принятых в качестве минимальных уровнях турбулентности атмосферы и при различных интенсивностях следования ВС. Остальными параметрами схемы являются: количество одновременно задержанных (или «ускоренных») по участкам захода ВС – 10; длина предпосадочной прямой – 40 км.

Рисунок 2. Схема (а) и имитационная модель (б) воздушного движения

Рисунок 3. Зависимость вероятности отказа (ухода на второй круг) ВС от количества вихревых категорий и от уровня турбулентности атмосферы в районе аэродрома, выбранного в качестве наихудшего

Таким образом, можно сделать выводы, что для наименьший уровень вероятности отказа (ухода на второй круг) достигается уже для пяти вихревых категорий ВС и, что двух ВПП достаточно для безотказного (на уровне  вероятности) и безопасного по условиям вихревой безопасности обеспечения полетов при интенсивности полетов 60 ВС/час. Отметим, что при интенсивности полетов 75 ВС/час уровень  вероятности отказа при наличии двух ВПП достигается для шести вихревых категорий.

Список литературы:

1. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2013614813. Программа рекатегоризации парка воздушных судов / Кудрявцев Н.С., Баранов Н.А. – заявл. 01.04.2013; опубл. 22.05.2013, бюл. № 5.
2. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2013614812. Программа расчета безопасной дистанции следования воздушных судов / Кудрявцев Н.С., Баранов Н.А. – заявл. 01.04.2013; опубл. 22.05.2013, бюл. № 5.