飞机电子系统中避撞设备的发展和技术探讨

尚金龙　吴勇

摘 要:介绍了TCAS最新版和TCAS的类型,着重分析了TCAS II的避撞探测机理、运行限制和操作办法,具体以B747-400为例,总结了当出现咨询和警告时的操作动作。最后提出TCAS系统的复杂性和关联性要求各部门之间协作保证TCAS发挥应有的功用。

关键词:TCAS探测应答机RA

中图分类号:TN912.2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(c)-0033-02

1 TCAS最新版

自2011年霍尼韦尔宣布世界首个安装有SmartTraffic系统升级版的空中交通防撞系统(以下简称TCAS)得到认证以来,世界上最先进的防撞系统已经诞生,它被欧洲航空协会认为是全球TCAS系统的一次安全升级。利用了ADS-B技术对存在的安全风险提出解决方案,提高了飞机感应复杂环境的灵敏度。与6.0、6.04(A)版本相比,在越洋飞行时可以让飞行员选择更理想的飞行高度,能够快速适应新选择的航线,大大降低了航空公司的运营成本,实现了顶级混合监控和空中交通环境的识别功能力。

2TCAS类型

早期的TCAS I,为驾驶员提供飞机周围大约40英里内的交通状况,可发出相应的咨询和警告但不能提供垂直和水平避让命令,与空管中心协助解决危险状况。

TCAS II,是更先进的TCAS,发射询问信号来探测和跟踪30n mile内装备了TCAS II或ATC飞机的轨迹,并可以通过视觉和语音向机组发出咨询和警戒。相对早期的TCASI具有(RA:Resolution Advisory)的附加功能。RA方式工作时,TCAS可发出类似“Climb,Climb”或“Descend,Descent”之类的机动指令,或告诉驾驶员无需采取机动动作。RA信息有两种,一种是改正RA,要求机组改变当前的垂直速度,一种是预防RA,只需监控当前垂直速度。当其他飞机进近的最近点小于48秒时,则会发布空中交通咨询TA(Traffic Advisory)。进近的最近点是指两架飞机相距最近的空间点,是根据飞机目前的航迹和速度预测出来的。空中发出交通咨询后,如果两架飞机继续沿着可能有危险的航迹飞行,则在离最近点大约35s处,系统会提供处理建议RA。代表其他飞机的符号会变为固定的红色方块,同时伴有诸如“INCREASE CLIMB,INCREASE CLIMB”之类的躲避机动语音提示。

TCAS III,全能型避让, 除了执行垂直机动外,还可以发出水平避让指令躲避入侵飞机。由于技术原因,停止发展。

TCASⅣ,取代TCAS III。除了可以爬升和下降,还可以左转右转。

3TCAS II探测

TCASII探测装有A/C模式、S模式应答机的飞机发出RA,前提要求入侵飞机高度报告有效,否则视为与本机同一高度,发出TA警告；S模式应答机每秒一次发射下传信息(包含24位地址码),以通报存在(TCAS II可以通过接受这个信号,还可以通过对地面台S模式全呼叫询问的应答来获取入侵飞机的24位地址码)。获得地址码TCAS II把其加在自己的滚动询问菜单中,定期循环询问飞机,动态跟踪飞机的位置。当检测出对本机有威胁,其轨迹就会在HIS/ND上显示给机组。根据对方飞机应答机类型,探测情况可以有如下几种情形:

(1)对方飞机带有TCAS II:提供TA和RA,同时协调避让。

(2)对方飞机带有S模式提供TA和RA。

(3)对方飞机带有C模式:提供RA和TA。

(4)对方飞机带有A模式:仅提供TA。

(5)对方飞机无应答机或应答机不工作:无法探测。

4 TCASII运行限制和机组程序

(1)当飞机的爬升能力受到性能限制时,不能发布CLIMB信息；

(2)无线电高度低于1450英尺,INCREASE DESCENT被抑制；

(3)无线电高度低于1000英尺时,DESCEND被抑制；

(4)无线电高度低于500英尺时,不能发布任何RA；

(5)无线电高度低于400英尺时,TA声音被抑制；

(6)出现GPWS警告时,TCAS的所有声音警告被抑制；

(7)在RA期间,如果对方飞机的高度信息丧失,该RA信息自动结束,但不会发布 CLEAR OF CONFLICT通告。

出现TA信息时,机组借助EFIS上显示的信息,目视搜索入侵飞机。当且仅当用眼睛直接看到入侵飞机才操纵飞机保证垂直间隔；出现RA信息时,尽快操纵飞机进入净空域。情况需要时快速调整飞机的垂直速度,保持VSI指针处于红区之外,或飞机符号处在PFD上的红色区域以外。为了遵守TCAS决策信息,允许偏离原定的许可高度,例如,爬升或下降改为平飞等；当冲入解除时,快速操纵飞机返回原定航线。要求使用500fpm以下的垂直速度。

5TCASII操作举例

以B747-400为例,总结当TCAS咨询和警告信息出现时应完成的动作:

(1)当出现TA信息时,迅速完成如下动作:在交通显示的帮助下,目视搜寻交通目标；呼叫任何相冲突的交通目标；除非亲眼看到目标,确认间隔不合适,否则不作避让机动。

(2)当出现RA信息时,如果飞机符号处在PFD上的红色区域以内,迅速完成如下动作:脱开AP,柔和地调整俯仰姿态和推力以达到RA的要求；建立目视接触；冲突解除时,平稳地操纵飞机返回到原许可高度并通报ATC。

(3)如果在着陆情况下出现爬升RA,迅速完成如下动作:脱开AP和AT,前推手柄到最大推力；柔和地调整俯仰姿态以满足RA的要求,同时执行正常的复飞程序；建立目视接触；冲突消除时,与ATC协商下一步的许可。

6 TCASII与其他系统的交联

TCAS是一个极其重要又复杂的机载设备,输入信号有航向、俯仰角、横滚角、气压高度、无线电高度、显示控制、工作方式控制、S模式应答机、最大速率、空地逻辑信号、起落架手柄信号、风切变或近地警告信号等,这些信号的获得就决定了TCAS系统与飞机其他机载系统有复杂的交联,主要有:ADIRS系统、S模式应答机、ADCS、GPWS、L波段互抑制等。系统的交联和内部复杂的构造,对系统的维护和排故提出更高的要求,关联系统输入信号的精度和灵敏度会对TCAS的输出产生很大影响,TCAS有些故障通过自测试并不能检查出来,加上电子信号会受到电磁的干扰,使得TCAS系统故障率较高。这就需要一个故障推理机制加上丰富的排故经验,了解并分析故障现象,严格按照手册施工,还要注意细节,比如说对TCAS进行拆装时,要佩戴防静电腕带,避免静电干扰。

7 结语

任何先进的设备必须在正确的使用下才发挥作用,否则不能实现预期的目的。现在民航飞机已安装多种警告设备,但是实际中很少报警,德国博登湖撞击事件看出飞行员接触TCAS机会很少,对设备并不熟悉。航空管理部分必须制定完善的法规,航空公司应加强飞行员对设备理论和有关法规的学习,定期进行模拟训练,练习平时不易发生但又必须掌握的技术,在遭遇特殊情况时迅速正确处理,才能保证安全。

参考文献

[1] 郑连兴,任仁良.涡轮发动机飞机结构与系统[M].兵器工业出版社.

[2] 董健康,潘玉娥,耿宏.一种飞机TCAS电子系统故障诊断系统设计[J].测控技术与仪器仪表,2011,第37卷第三期:91-92.

[3] 李翔.飞机交通警戒和防撞系统基础与排故案例.[EB/OL].http://www.airacm.com/experience/342/1/17.html.