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机载防撞系统

飞机上的防撞系统,美国航空体系称为空中交通预警和防撞系统(TCAS:Traffic Alert and Collision Avoidance System)欧洲航空体系称为机载防撞系统(ACAS: Airborne Collision Avoidance System)),两者实际上的含义、功能是一致的。防撞系统可显示飞机周围的情况,并在需要时提供语音告警,同时帮助驾驶员以适当机动方式躲避危险,这些都有助于避免灾难性事故的发生。

下面以TCAS为例讲述。TCAS 的历史可追溯到1955年,当时本迪克斯航空电子公司(目前并入霍尼韦尔公司)的J.S.Morrell博士发表了“碰撞物理”一文。其中包括确定进近飞机间接近速率的计算机算法,这也是研究所有防撞系统的基础。在20世纪60年代和七十年代,该公司为美国陆军和美国联邦航空管理局(FAA)研制了数架原理样机,并在80年代后期获得了FAA对TCAS的首次鉴定。

原理:在二次雷达用应答机确定飞机的编号、航向和高度的原理上,把询问装置装在飞机上,使飞机之间可以显示相互之间的距离间隔,从而使驾驶员知道在一定范围内飞行的航空器之间的相互间隔及时采取措施,避免碰撞。和二次雷达一样,TCAS系统需要飞机上都装有应答机才有作用。

关于二次雷达可参考航空管制雷达的类型

组成和功能:

TCAS主要由询问器、应答机、收发机和计算机组成。监视范围一般为前方30海里,上、下方为3000米,在侧面和后方的监视距离较小。(为了减少无线电干扰,管理条例对TCAS的功率有所限制。它把TCAS的前向作用距离限定在45英里左右,侧向和后向作用距离则更小。)

TCAS的询问器发出脉冲信号,这种无线电信号称为询问信号,与地面发射的空中雷达交通管制信号类似。当其他飞机的应答器接收到询问信号时,会发射应答信号。TCAS的计算机根据发射信号和应答信号间的时间间隔来计算距离。同时根据方向天线确定方位,为驾驶员提供信息和警告,这些信息显示在驾驶员的导航信息显示器上。

TCAS可以提供语言建议警告,计算机可以计算出监视区内30架以内飞机的动向和可能的危险接近,使驾驶员有25-40秒的时间采取措施。(TCAS可跟踪45架飞机,根据选定目标的优先级,最多显示30架飞机。

TCAS的采用提高了飞行的安全性,目前新生产的大、中型客机上TCAS都已成为标准装备。

TCAS的分类与区别:

TCAS分为两类:TCAS I和TCAS II。两类系统都可显示与地图类似的空中交通情况。当其他飞机接近时,两类系统都可提供“空中交通报告(或咨询、建议)”(TA)。采用TA方式时,预先录制的声音会播报“Traffic,Traffic”,而表示其他飞机的符号则可改变形状和颜色。

TCAS II是更先进的TCAS,具有被称作“处理建议”(RA)的附加功能。当采用RA方式时,TCAS可发出类似“Climb,Climb”或“Descend,Descent”之类的机动指令,或者会告诉驾驶员无需采取机动动作,具体为:

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。

空中交通咨询(建议)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35秒处,系统会提供处理建议RA(Resolution Advisory)。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“Climb,Climb”之类的躲避机动语音提示。系统还会在垂直速度指示器上用一绿条显示所需的机动速度。这些机动动作幅度不大,一般不会引起乘客的注意。这两架飞机上的TCASII也会进行协调以避免像两架飞机同时爬升之类的机动。当然只有 TCAS II和ACAS II系统具有这种功能。在TCAS I系统中没有RA方式。

下面以右图为例,对TCAS II工作情况作简要说明(模拟图,非真实状况)

TCAS II工作情况作简要说明模拟图TCAS II工作情况作简要说明模拟图

图为空中交通咨询TA(建议)阶段事例:显示在本机正前方12点钟方位有飞机接近,以黄色实心圆表示该接近飞机,同时伴有 “Traffic,Traffic”的警告音,黄色实心圆下面数字代表两机高度差,例图中“-02”表示接近飞机在本机下方200英尺,黄色实心圆右侧箭头表示该机正在爬升,且爬升速度超过500英尺/分钟。

处理建议RA(决断)阶段事例处理建议RA(决断)阶段事例

左图为处理建议RA(决断)阶段事例:两机继续接近中,代表飞机的符号会变为固定的红色方块,同时伴有更为急促的“Climb,Climb”之类的提示机组作躲避机动语音提示。

民航飞机防撞系统现状:

美国在1993年12月31日开始规定,30座以上的客机必须配备TCAS II。

负责向欧洲各国推荐航空管理条例的欧洲空中导航安全机构(也叫欧洲空管)已经建议采用与最新的TCAS II相同的系统。在欧洲,该系统称为机载防撞系统(ACAS II)。ACAS II是采用7.0版软件的TCAS II。这是FAA批准的最新的软件版本。

欧洲空管建议,2000年1月1日后在30座以上的客机或最大起飞重量超过15000千克的飞机上配备ACAS II。

我国民航使用的客机比较先进,绝大部分已预先安装了最新版本的防撞系统。从2002年中为进一步加强安全,也开始对其他未安装防撞系统的客机进行强制安装,这一工作预计于2002年底完成,2003年起,未安装防撞系统的民航客机将不得飞行,其他小型飞机由于飞机结构、技术原因等无法安装的将被严格限制飞行时段、飞行高度和范围,并逐步退出商业运营。

值得一提的是:TCAS并不是雷达,若没有与之兼容的应答器,则无法探测到飞机。在美国,10000英尺以上高度飞行的飞机或在大型机场30英里范围内飞行的飞机必须配备应答器,有些应答器,例如老式的苏制系统,由于与TCAS不兼容,所以无法探测。

TCAS的管理条例只允许产生垂直机动指令,不允许产生转弯指令。

霍尼韦尔公司是惟一一家生产所有类型TCAS的制造商,目前使用的TCAS系统,半数以上出自该公司。

二次雷达、应答机:

是机载设备与地面航空管制雷达配合使用的设备。地面的管制雷达要求有能力辨别飞机的识别代码和气压高度,这种管制雷达称为二次雷达。二次雷达向飞机发出询问信号,机上的应答机就被触发,应答机根据地面询问的模式自动产生应答脉冲信号,向地面雷达报告飞机的编码或飞行高度,这样在雷达屏幕上的飞机光点就会显示出飞机的编码和高度,这使航行管制工作的准确性大为提高,管制方式也由程序管制改变为雷达管制。成答抓了作频率为1090MHz。

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