АННОТАЦИЯ В настоящей дипломной работе проанализированы пути совершенствования обеспечения экипажей ВС метеоинформацией. Первая глава посвящена рассмотрению анализа опасных атмосферных явлений в авиации. Во второй главе разобран анализ предоставления метеоинфомации экипажу и пути ее совершенствования. Третья глава посвящен анализу влияния опасных атмосферных явлений на безопасность полетов. В четвертой главе рассмотрен расчет экономической эффективности бортовой РЛС WXR-2100 MultiScan ThreatTrack™. Пояснительная записка к дипломной работе изложена на 69 страницах, содержит 28 рисунков, 3 таблицы, список использованных источников из 14 наименований. 2 СОДЕРЖАНИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.........................................4 ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..5 ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОПАСНЫХ АТМОСФЕРНЫХ ЯВЛЕНИЙ В АВИАЦИИ7 1.1 Общие сведения о неблагоприятных атмосферных явлениях….…………….7 1.2 Влияние опасных атмосферных явлений на полёты ВС…………….………..9 ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ МЕТЕОИНФОРМАЦИИ ЭКИПАЖУ И ПУТИ ЕЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ...........................................21 2.1 Бортовые средства обнаружения опасных атмосферных явлений самолета Boeing 737………………………………………………………………..21 2.2 Система цифровой спутниковой передачи метеорологической информации ……………………………………………………………………………………….42 2.3 Перспектива обнаружения и предупреждения экипажа ВС об опасных метеоявлениях…………………………………………………………...…………44 ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ОПАСНЫХ АТМОСФЕРНЫХ ЯВЛЕНИЙ НА БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ…………………………………………………….55 ГЛАВА 4. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ БОРТОВОЙ РЛС WXR-2100 MULTISCAN THREATTRACK™……………………………...62 ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………….67 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………………68 3 ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ АП – авиационное происшествие АС - авиационное событие АТБ – аэродромная техническая служба БП – безопасность полетов ВС – воздушное судно В737 – самолет Boeing 737 ГА – гражданская авиация ЛА – летательный аппарат км - километры м – метры м/с – метры в секунду ООН – Организация Объединенных Наций РЛЭ – руководство по летной эксплуатации с – секунды IATA – Международная ассоциация воздушного транспорта 4 ВВЕДЕНИЕ Современный этап развития мировой гражданской авиации характеризуется увеличением интенсивности воздушного движения, причем эти тенденции носят нарастающий характер. Отсюда постоянно повышаются требования к обеспечению безопасности полетов (БП). Поддержание заданного уровня БП, определенного документами Международной Организации ГА (ИКАО), зависит от очень многих факторов, среди которых при выполнении полетов воздушных судов (ВС) один из главенствующих является метеорологический фактор. Неблагоприятные метеорологические условия, прежде всего, в значительной мере влияют на безопасность полетов, вызывают задержку рейсов и приводят к снижению регулярности полетов. Именно метеорологические условия в основном создают понятие "полеты в особых условиях", к которым относят возникновение следующих метеоявлений: На аэродроме вылета и посадки - гроза, град, сильная болтанка, сдвиг ветра, гололед, наземное обледенение, смерч, ураган, пыльная буря, сильные ливневые осадки; По маршруту полета — гроза, град, обледенение в полете, сильная болтанка. При встрече с опасными метеоявлениями по маршруту полета, командир ВС должен выполнять все стандарты и рекомендуемую практику, чтобы предотвратить попадание в них. При невозможности их обхода путем изменения маршрута или высоты полета, экипаж обязан возвратиться на аэродром вылета или произвести посадку на ближайшем запасном аэродроме. Все это говорит о том, что к метеоинформации, получаемой экипажем ВС, предъявляются очень высокие требования по точности оценки сложившейся ситуации. Информацию об опасных метеоявлениях экипаж на борту ВС получает от бортовой метеорологической радиолокационной станции (РЛС). Следовательно, эти устройства должны обеспечивать своевременное и точное определение сложившейся во время полета метеообстановки. Неправильная оценка метеорологической обстановки может привести либо к изменению маршрута или к вынужденному прекращению полета, хотя в этом может не быть 5 необходимости. В наиболее тяжелых случаях неправильная оценка метеоусловий полета может привести к авиакатастрофе. Отсюда очевидно вытекает актуальность и новизна дипломной работы в поиске путей совершенствования предоставления метеоинформации для повышения точности оценки сложившейся ситуации экипажем ВС. В дипломной работе анализируются основные опасные атмосферные явления в авиации - грозовая деятельность, сильная атмосферная турбулентность, обледенение в полёте - и их влияние на полеты ВС. Рассматривается основной способ предоставления метеорологической информации экипажу самолета Boeing 737 -посредством современной доплеровской метеонавигационной радиолокационной станции фирмы Rockwell Collins WXR-2100 MultiScan. В ней разбираются основные принципы работы, режимы и управление РЛС, индикация на многофункциональном индикаторе. Основные пути совершенствования предоставления метеоинформации экипажу рассматриваются на основе использования более совершенных бортовых средств обнаружения опасных явлений погоды MultiScan ThreatTrack™, систем цифровой и спутниковой передачи данных, которые все еще не используются на территории Российской Федерации. 6 ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОПАСНЫХ АТМОСФЕРНЫХ ЯВЛЕНИЙ В АВИАЦИИ 1.1 Общие сведения о неблагоприятных атмосферных явлениях Все полеты воздушных судов в Гражданской авиации выполняются только при условии знания летным экипажем метеорологической обстановки в пунктах вылета, посадки, по маршруту полета, а также на запасных аэродромах. Необходимо, чтобы каждый летный состав владел метеорологической информацией, понимал характер и особенности синоптических процессов, а также смог спрогнозировать возможное развития этих метеоявлений. С момента зарождения авиации на разных этапах полета всегда существовала опасность столкнуться с явлениями погоды, которые могут оказать негативное влияние на полет. В метеорологии принято различать ряд явлений, которые Неблагоприятным сейчас явлением называют принято неблагоприятными считать явление, и опасными. значительно затрудняющее или препятствующее нормальной работе какой-либо отрасли, которое может нанести материальный ущерб и для его предотвращения необходимо предпринять специальные меры. А опасное явление характеризуют как явление, которое по роду возникновения, интенсивности развития или продолжительности может не только нанести значительный материальный ущерб, но и представлять угрозу здоровью или жизни граждан. По данным Росгидромета, в 2014 году количество отдельно только опасных метеоявлений было зарегистрировано 569 случаев. Это наибольшее число опасных явлений за все время наблюдений и превышает на 24 случая статистику за 2013 год. В настоящее время современное бортовое и наземное оборудование позволяет выполнять полёты в неблагоприятных атмосферных условиях. От метеорологических условий зависит эффективность работы воздушного транспорта, в частности регулярность полетов и экономический аспект работы воздушного транспорта. Не только состояние атмосферы, но и качество прогноза 7 погоды оказывают значительное влияние на безопасность полётов воздушных судов, а часто и на здоровье и жизнь людей. Статистика ИКАО свидетельствуют о том, что за последние 25 лет около авиационных происшествий с гражданскими ВС были связаны с 20% неблагоприятными метеоусловиями. В 30% случаев они явились косвенными или сопутствующими причинами АП. При анализе выяснилось, что количество авиационных происшествий на этапе посадки в несколько раз превышает цифры на других этапах полёта. Основные неблагоприятные и опасные для полётов ВС атмосферные явления можно подразделить на две группы: - явления в районе аэродрома – на взлете и посадке; - явления на эшелоне полета. К группе опасных явлений погоды в районе аэродрома относится большой комплекс неблагоприятных метеоявлений: - грозовая деятельность; - обледенение и турбулентность; - ветер с боковой составляющей от 15 м/сек и более при посадке; - низкая облачность; - сдвиг ветра на малых высотах; - туман и ограниченная видимость; - пыльные или песчаные бури; - сильные осадки; - микропорывы, шквалы, штормы, ураганы. Основными опасными атмосферные явления на эшелоне полета являются: - активная конвективная деятельность и связанная с ними грозы, турбулентность, град; - обледенение в полёте; - атмосферная турбулентность и турбулентность ясного неба; - облака вулканического пепла; - струйные течения воздуха; - повышенная электрическая активность атмосферы. 8 1.2 Влияние наиболее опасных атмосферных явлений на полёт воздушных судов В настоящее время с помощью множества вспомогательных радиотехнических и электронных систем, ВС могут безопасно взлетать и приземляться практически при нулевой видимости, в снег, дождь, метель и туман. Попадание молнии в полете даже не всегда является критично-опасным явлением для ВС. Однако некоторые явления погоды всё же представляют собой угрозу для безопасности полётов. Это, прежде всего грозовая деятельность, сильная атмосферная турбулентность и обледенение ВС в полёте. При встрече с этими опасными метеоявлениями в полете экипаж воздушного судна обязан принять необходимые меры для предотвращения негативных воздействий на ВС или действия для их обхода. При исключении их обхода путем изменения полетного маршрута или воздушного эшелона, пилот обязан возвратиться на аэродром вылета или выполнить посадку на ближайшем запасном аэродроме. Рассмотрим более подробно воздействие этих метеорологических явлений на полеты воздушных судов. 1.2.1 Влияние грозовой деятельности на полёты ВС В настоящее время наиболее опасными метеорологическими условиями для авиации стала грозовая деятельность. Прежде всего, связано это с активной турбулентностью в грозовых очагах, и также возможным попаданием молнии, которое может повлечь повреждение авиалайнера или возникновение отказа оборудования. Гроза – это атмосферное явление, связанное с образованием и развитием кучево-дождевой облачности, простирающейся на обширную территорию. Высота верхней границы мощных кучево-дождевых облаков при грозе может распространяться до 12.000 м в умеренных широтах и даже 15.000 – 18.000 м в тропиках. Это вызывает образование в этих облаках восходящих и нисходящих 9 потоков воздуха, что приводит к интенсивной турбулентным потокам в облаке и под ним. А скорость таких потоков часто достигает 50 м/с и более. При полёте в грозовом облаке возможно также сильное обледенение ВС. Фронтальные грозы считаются наиболее опасными, так как быстро перемещаются в пространстве. А внутримассовые грозы легче облетать стороной. Полеты в зоне грозового облака характеризуется такими условиями: 1. Наибольшую степень на эксплуатацию авиационного транспорта оказывает очень сильная турбулентность и болтанка. Зачастую по ходу продвижения грозового облака образуется фронт порывов, для которого характерно усиление ветра, значительные вертикальные и горизонтальные сдвиги ветра. В самой грозовой деятельности сильнейшая болтанка ВС может привести к значительным перегрузкам, потери управления самолетом, разрушению отдельных элементов фюзеляжа или вовсе к авиакатастрофе. Воздушные потоки, подбрасывая лайнер вверх и вниз, затрудняют управление самолетом и выдерживание заданного режима полета. При узких восходящих и нисходящих потоках воздуха в грозе воздушное судно испытывает мощную вибрацию. Особенную опасность представляют микропорывы – так называемые нисходящие потоки холодного и тяжелого воздуха, которые появляются уже в «созревшем» грозовом очаге с ливневым дождем. Они таят опасность, прежде всего, в большой скорости нисходящих масс, которые могут достигать до 200 км/ч. А также микропорывы невидимы для метеорологических радаров, что добавляет ко всему фактор неожиданности. Горизонтальные сдвиги ветра являются еще одним опаснейшим фактором турбулентности грозовой деятельности. Так, 3 мая 1968 года самолет попал в сильную грозу. Командир принял решение снизиться и изменить курс. В процессе правого разворота подействовал сильный и резкий боковой порыв, который увеличил крен и наклонил лайнер вниз. В процессе вывода ВС из сложного положения конструкционная нагрузка превысила расчетные пределы 10 и внезапно оторвалась часть правой консоли крыла, что привело к падению с высоты 2 025 метров. 2. Высокая вероятность удара молнии. В результате вертикальных и турбулентных движений капель воды и ледяных частиц в грозовом облаке происходит их электризация, образуются области с мощными объёмными электрическими зарядами. При этом положительные и отрицательные заряды в облаке создают основное электрическое поле. Когда напряжённость электрического поля между облаками или между облаками и землёй достигает значения пробивного потенциала воздуха (около 3106 В/м), то происходит электрический разряд. Такой разряд в газе, сопровождающийся ослепительной вспышкой света и раскатами грома, называется молнией. Величина электрического тока в канале молнии достигает 20.000 А и более. При полёте вблизи грозовых облаков электризация ВС, а также электромагнитное излучение антенн, расположенных на внешних поверхностях фюзеляжа, могут спровоцировать попадание молний в ВС. В результате этого разрушительные действия, как правило, ограничиваются небольшими оплавленными пятнами на обшивке ВС и в местах выхода проводов, мелкими пробоинами в носовой и хвостовой части фюзеляжа или расплавленными антеннами. При повреждении топливной системы ВС ударом молнии и в результате воспламенения паров топлива может возникнуть пожар. Вероятность поражения самолётов молнией возрастает с увеличением их массы и скорости. 3. Затрудняется использование радиосвязи, и меняются показания радиокомпаса. Электромагнитные импульсы, возникающие в результате грозового разряда, распространяются вокруг на значительные расстояния и создают радиопомехи для радиосистем навигации и связи, особенно в высокочастотном диапазоне радиоволн. В грозовой зоне радиосвязь должна быть отключена полностью. 4. Точность навигационных приборов уменьшается. Удар молнии может вызвать выход из строя электропроводки, системы радиосвязи, радионавигации и радиолокации. Кроме этого, электрический разряд яркой вспышкой может 11 привести к неожиданному ослеплению экипажа, что приведет к потере контроля приборов самолета. 5. Ливневый дождь при грозе иногда сопровождается выпадением града. Град является наиболее опасным видом осадков для ВС, так как может нанести значительные механические повреждения самолету. Ввиду значительных отличий электрических свойств от окружающего воздуха, частицы воды и льда обладают большой эхогенностью, то есть хорошо отражают электромагнитные волны, излучаемые радиолокаторами. Все указанные метеорологические явления могут наблюдаться при грозе комплексно, поэтому гроза является одним из наиболее опасных явлений погоды для авиации. Категорически запрещается входить в грозовую облачность в случае, если очагов наблюдается более половины пространства облака и при расстоянии между засветками в них меньше 10 миль. Облет активной грозовой деятельности по маршруту полета, даже если потребует значительного отклонения, экипаж должен производить на безопасном расстоянии и придерживаться правил по эшелонированию: FL 200-250 – не менее чем за 10 миль FL 250-300 – не менее чем за 15 миль FL 300 и выше – не менее 20 миль Пролет между двумя очагами грозы осуществляется не менее чем, за 25 миль. Если в процессе обхода все же попали в грозовое облако, ни в коем случае нельзя выполнять разворот на 180 градусов – это приведет к тому, что можно не только потратить больше времени в опасном метеоявлении, но и ввиду сильной болтанки его попросту не получится выполнить. Только если есть уверенность, что при небольшом развороте можно выйти в менее активную зону, то разрешается с усиленным контролем скорости и небольшим креном произвести доворот в сторону спокойного пространства. При полете в грозе нужно убедиться, что экипаж и пассажиры пристегнуты. Скорость полета выдерживать по РЛЭ рекомендованную при 12 полете в сильной болтанке – ее значения где-то посередине между max. и min. скоростями для данных условий. Необходимо избегать по максимуму использование автопилота, который, как правило, хорошо справляется с сильной болтанкой. В ручном режиме полета необходимо избегать резких движений органами управления, контролировать колебания скорости вокруг одного среднего значения и не пытаться резко парировать движения ВС вверх-вниз по тангажу. После выхода из грозовой деятельности нужно проверить показание основных приборов и работу всех систем самолета. 1.2.2 Влияние атмосферной турбулентности на полёты ВС Среди опаснейших метеоявлений, оказывающих влияние на полёты ВС, выделяются интенсивные вихревые потоки, струйные течения и связанная с ними атмосферная турбулентность. При выполнении полетов в районах с интенсивной турбулентностью, в результате сильных атмосферных возмущений, воздушное судно может быть повреждено и нарушена целостность его конструкции. Возможен выход самолета на критические углы атаки и потеря устойчивости и управляемости. Болтанка в атмосфере также может стать причиной самопроизвольного выключения двигателя ввиду внезапного уменьшения поступающей массы воздуха, в результате эволюций и колебаний ВС. Такое чаще всего случается с двигателями на высоких эшелонах полета, где он больше всего чувствителен к резким колебаниям расхода воздуха. Выявление и прогноз турбулентности, вызывающей сильнейшую болтанку самолетов — на сегодняшний день одна из наиболее существенных проблем, поставленных перед авиационной метеорологией. Атмосферную турбулентность в основном классифицируют не по причинам образования, а особенностям развития в атмосфере. В авиации ее разделяют на механическую, еще называют орографической турбулентность, рисунок 1, термическую или конвективную турбулентность и турбулентность динамическую. 13 Первая образовывается за счет скорости ветра у земли, неровности уровня земной поверхности, а также их взаимного расположения направления дующего ветра и линии возвышенности. Сильные восходяще-нисходящие потоки, возникают из-за возмущений, образовывающихся вследствие шероховатости рельефа местности. Воздушные поток огибает горные препятствия и, деформируясь, вызывает болтанку ВС. Степень и характер этой деформации зависят от характера набегающего потока — его скорости, вектора и температурной стратификации, а также от формы и размеров горного хребта. Наибольшую деформацию воздушный поток испытывает на подветренной стороне хребта, где часто образуется система так называемых горных волн и вихрей, вызывающая болтанку. Рисунок 1 – Происхождение орографической турбулентности В рекомендациях ИКАО сильные горные волны включены в перечень штормовых явлений при полете по маршруту. Горные волны и связанная с ними механическая турбулентность фиксируются во всех горных районах. Одной из главных причин возникновения горных волн принимают искривление линий тока, поскольку воздух поднимается с наветренной стороны склона горы, а с 14 подветренной - наоборот опускается, рисунок 1. На этот процесс большого масштаба может прибавиться дальнейшая долинная циркуляция. Образованию горных волн способствует усиление скорости ветра с высотой и наличие устойчивого слоя инверсии или изотермии. Максимальная скорость ветра должна быть не менее 7 м/с в слое за 1,5 км от высшей точки хребта. Интенсивность турбулентности усиливается при увеличении скорости ветра и при понижении максимума по соотношению к хребту. Скорость вертикальных порывов на вершинах и впадинах таких волн в отдельных случаях может доходить до 10–12 м/с. Воздействие нисходящих порывов в течение 1,5–2 сек. со скоростью от 6 до10 м/с, вследствие отрицательных перегрузок, приводит к потере высоты на 35–50 м. Сильную и даже очень сильную болтанку можно наблюдать в зоне с подветренного склона в воздушном слое от земной поверхности до 1-1,5 км. над вершиной. Она оказывает свое влияние в радиусе 5-8 км, но вверх и в горизонтальной плоскости турбулентность постепенно ослабевает. Термическая турбулентность формируется благодаря неравномерному нагреву земли или при перемещении холодного воздуха на теплую подстилающую поверхность. Над очень нагретым участком территории формируются элементы конвекции — термики, которые могут иметь форму струй или пузырей. Такая конвекционная турбулентность четко проявляется летом, когда ее развитие начинается в безоблачном небе после восхода солнца, обычно в слое до 100–150 м от поверхности земли. Первоначально она отмечается пилотами в виде отдельных разрозненных возмущений или периодических изолированных провалах и подъемах ВС. С восьми часов она распространяется вверх так быстро, что к полудню уже включает слой атмосферы до 1 000 – 1 500 метров в умеренных широтах и до 2 000 метров в южных широтах. Наисильнейший пик интенсивности турбулентность достигает к 14–15 часам дня и уже отмечается в слое атмосферы до высоты 2000–2500 метров. После 16–ти часов осуществляется ее затухание, причем с различной скоростью и на разных высотах. В конце дня остается несколько тонких слоев и 15 в них болтанка воздушного судна наблюдается, в большинстве случаев, слабая. В ночное время этот вид турбулентности чаще всего наблюдается над морями, океанами и озерами. Большая влажность воздуха способствует развитию разновидностей кучевых облаков. Наиболее оптимальными условиями для развития термической турбулентности являются 3–4 бальные кучевые облака с вертикальной протяженности до 1 км. При полетах под такими облаками может наблюдаться болтанка от умеренной до сильной, так через них поступает достаточно много солнечной радиации и увеличивается неравномерность нагрева подстилающей поверхности. При количестве кучевых облаков до 5–7 баллов уменьшается прямая солнечная радиация, поэтому ослабевает конвекционная турбулентность и уменьшается вероятность болтанки в полете. Слоистые формы облаков противостоят образованию термиков, а в перистых облаках лишь при сильной нестабильности нижнего слоя они могут сохраняться. При полном покрытии неба облаками термики не наблюдаются. Динамическая турбулентность наблюдается в верхней тропосфере и нижней стратосфере, где наблюдаются сильные контрасты в поле ветра и перепады температур. Такие условия характерны для областей струйных течений. Турбулентность при ясном небе – один из наиболее опасных для авиации видов турбулентности. Под этим понимается турбулентность в свободной атмосфере вне зон конвективной деятельности, а также турбулентность в облаках верхнего яруса. Отражённые радиосигналы метеорологических локаторов при ясном небе, не связанные с наличием гидрометеоров, обусловлены случайными изменениями (нерегулярностями) показателя преломления воздуха. Самые сильные нерегулярности показателя преломления наблюдаются при турбулентном перемешивании масс воздуха и водяного пара с большими градиентами температуры и влажности. Турбулентность ясного неба чаще всего проявляется в полете на высоте 5.000 6.000 метров. Она опасна своей непредсказуемостью, так как экипаж практически не располагает временем, чтобы предупредить пассажиров занять свои места и пристегнуться. Так, в феврале 2014 года, «Боинг 737» авиакомпании 16 «United» в полете из Денвера в Биллингс попал в зону настолько мощной атмосферной турбулентности, что это происшествие назвали «26 секунд ада». Тряска была такой сильной, что среди пассажиров прямо из рук родителей вылетел младенец и, к счастью, без травм приземлился в другом пассажирском ряду. Всего на борту авиалайнера получили ранения различной степени 6-ть пассажиров и 2 члена экипажа, из которых одна стюардесса в зоне потолка головой проломила обшивку салона. Прогноз этого опасного явления в зарубежных странах и многих метеорологических центрах составляется в основном синоптическим методом. Он заключается в том, что учитываются донесение авиационных экипажей о наличии турбулентности на эшелонах полета и сопоставляются с барическим полем по высотам, полем скорости и направлении ветра, изменении ее скорости и температуры с высотой. Анализируются связи между наличием турбулентности при ясном небе (ТЯН) и некоторыми физическими параметрами воздушной атмосферы. Полёт самолёта в турбулентной атмосфере сопровождается болтанкой, то есть появлением знакопеременных перегрузок, линейных колебаний центра тяжести самолёта и угловых колебаний относительно него. Хаотичную болтанку соизмерить достаточно трудно, поэтому на практике пилоты «Аэрофлота» сильной считают такую турбулентность, при которой невозможно в кабине увидеть приборов. Это примерно то же самое, если попытаться распознать время на циферблате часов, установленных на работающем отбойном молотке. Сильная болтанка представляет угрозу травмирования пассажиров и экипажа, а также угрозу разрушения элементов конструкции ВС 1.2.3 Влияние обледенения на полёт ВС Обледенение ВС – это явление отложения льда на внешних, обтекаемых воздушным потоком, поверхностях самолёта и двигателей. Оно может возникать, главным образом, во время полёта в переохлажденных водяных облаках или в смешанных облаках, а также в зоне переохлаждённого дождя, мокрого снега, ледяного дождя преимущественно при температурах от 0 до - 17 20°C и ниже. Более всего обледенению подвергаются крыло и оперение самолета, в результате чего изменяется аэродинамический профиль обтекаемых поверхностей, увеличивается лобовое сопротивление и уменьшается подъемная сила. Обледенение приводит к увеличению массы и изменению центровки самолёта, к снижению его максимальной скорости и высоты полёта. Кроме того, обледенение приводит к ухудшению манёвренности самолёта и значительному ухудшению его лётных характеристик. Вместе с тем, увеличивается расход топлива, уменьшается поступление воздуха в двигатели, возрастает потребная мощность (тяга) для заданной скорости, ухудшается видимость через остекление кабины экипажа, уменьшается дальность полета и качество радиосвязи. По характеру образования льда на поверхностях воздушного судна во время полета обледенение подразделяется на три типа. Первый тип — это сублимационное обледенение. В этом случае происходит сублимация водяных паров на поверхности обшивки самолета, то есть превращение их в лед, минуя жидкую фазу. Обычно это происходит, когда воздушная масса, перенасыщенная влагой, воздействует на сильно охлажденный фюзеляж (при отсутствии облаков). Такое возможно, когда на поверхности уже имеются ледяные отложения (низкая температура поверхности) или когда ВС сохраняет низкую температуру обшивки, в случае стремительного снижения из холодных верхних слоев атмосферы или при входе самолета в слой инверсии. Формирующиеся в этом случае кристаллы льда непрочно закрепляются на поверхности и быстро исчезают благодаря набегающему потоку. Второй тип — это сухое обледенение. Оно характеризуется налипанием уже готового льда, снега или града при пролете самолета через кристаллические облака, в которых влага содержится уже в замороженном виде (сформированными кристаллами). Такой лед обычно слабо держится на поверхности (быстро сдувается набегающим потоком) и вреда особо не приносит (если не забивается в какие-либо функциональные отверстия конструкции планера). Остаться ледяные образования на аэродинамических поверхностях могут только в том случае, если они будут иметь достаточно большую 18 температуру, благодаря чему кристаллы льда успеют растаять, а затем снова замерзнуть при контакте с уже имеющимися там отложениями льда. Чаще всего встречающийся и наиболее опасный для летной эксплуатации воздушных судов является третий тип обледенения – замерзание на поверхностях самолета переохлажденных капель влаги, содержащихся в облаке или дожде. Как известно, лед — это одно из агрегатных состояний вещества, в данном случае воды. Получается он посредством перехода воды в твердое состояние, то есть ее кристаллизации. Известная всем температура замерзания воды 0°С - на самом деле это так называемая равновесная температура кристаллизации (или теоретическая). При этой температуре жидкая вода и твердый лед существуют в равновесии и могут существовать так сколь угодно долго. Для того, чтобы вода все-таки замерзла, то есть кристаллизовалась, необходима дополнительная энергия для формирования центров кристаллизации. Эта энергия берется за счет дополнительного охлаждения водных капель, иначе говоря, их переохлаждения. То есть вода уже становится переохлажденной с температурой ощутимо ниже нуля. Чаще всего переохлажденные капли воды содержатся в облаках двух типов: слоистых (stratus cloud или ST) и кучевых (Cumulus clouds или Сu), а также в их разновидностях. Обледенение может возникать при температуре воздуха от 0°С до – 20°С, а наибольшая его интенсивность достигается в диапазоне от 0°С до – 10°С, а в практике известны случаи обледенения даже при -67°С. Для современных самолётов полёт в условиях умеренного обледенения уже не представляет серьёзной опасности, так как они оснащены надёжными противообледенительными средствами, такими как электрообогрев уязвимых поверхностей, механическое устранение льда с помощью вибрационных устройств или химическая защита поверхностей противообледенительной жидкостью. Электронные средства в этом случае используются лишь для индикации работоспособности противообледенительных сигнализации при их отказах. 19 устройств и На самолете Boeing 737 установлена воздушно-тепловая противообледенительная система. В качестве источника тепловой энергии используется горячий воздух, забираемый от двигателей и вспомогательной силовой установки (ВСУ). Такого рода система сейчас наиболее широко распространена в виду своей простоты и надежности. Обогрев остекления кабины осуществляется электро-механическим способом. В стекла кабины вмонтирована тонкая проволока, по которой при необходимости пропускается электрический ток. При прохождении тока стекло нагревается как в обычной бытовой электроплитке, лед тает, и у экипажа исчезают все проблемы, связанные с обледенением. При необходимости, экипаж может воспользоваться дворниками для удаления остатков влаги или льда. Современная противообледенительная система работает в комплексе с датчиками (или сигнализаторами) обледенения. Они помогают контролировать метеорологические условия полета и вовремя обнаруживать начавшийся процесс обледенения. Система антиобледенения может включаться как вручную, так и по сигналу от этих сигнализаторов. 20 ГЛАВА 2. АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ЭКИПАЖУ И ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ Большинство метеорологических явлений и в особенности атмосферных образований имеют физические и электрические свойства, значительно отличающиеся от соответствующих свойств воздуха в свободной атмосфере. Так, они имеют отличающуюся от относительно спокойного воздуха плотность, электрическую проводимость, диэлектрическую и магнитную проницаемость, коэффициент преломления и так далее. Другими словами, эти образования представляют собой неоднородности в среде распространения электромагнитных колебаний, излучаемых бортовым радиолокатором, обладают хорошей отражающей способностью и, тем самым, влияют на распространение радиосигналов. Перемещение этих неоднородностей в пространстве с некоторой скоростью в попутном для ВС или встречном направлении вызывает изменение частоты отражённого от них радиосигнала ввиду эффекта Доплера. Некоторые из метеорологических явлений, например электрические разряды молний, сами являются источниками электромагнитных волн, которые могут быть приняты и запеленгованы бортовым радиоприёмным устройством. 2.1 Бортовые средства обнаружения опасных атмосферных явлений и предоставление ее экипажу ВС Boeing 737 Совершенствование цифровых методов обработки радиосигналов и методов индикации позволило создать устройства, которые могут обнаружить и определить точное местоположение многих метеорологических явлений и образований в атмосфере, представляющих опасность для полётов ВС. С помощью бортовой радиолокационной станции экипаж может обнаружить эти явления путем сканирования пространства перед ВС сфокусированным лучом в горизонтальной, а в некоторых системах и в вертикальной плоскости. 21 Распространяясь в атмосфере, радиолокационный луч проникает в облака и позволяет выявить зоны с повышенной отражающей способностью (эхогенностью), т.е. зоны ливневых осадков, града и грозовой деятельности, а также структуру движения в них. Анализ амплитуды и частоты отражённых радиосигналов позволяет определить динамику гроз и других, опасных для авиации явлений погоды. Доплеровские метеорологические РЛС позволяют различать эхо-сигналы, отражённые от гидрометеоров и от областей со случайными изменениями показателя преломления воздуха. Таким образом, современные бортовые доплеровские метеорологические РЛС позволяют получать и представлять экипажу ВС данные о перемещениях конвективных облаков и гроз, о сдвиге ветра и атмосферной турбулентности, возникающей как в условиях ясного неба, так и при выпадении осадков различной интенсивности, независимо, днём или ночью. Однако идентифицировать можно только те явления в атмосфере, отражённые сигналы от которых превышают уровень собственного теплового шума приёмника РЛС, т.е. объекты, обладающие достаточной эхогенностью. В результате обработки эхо-сигналов от различных метеорологических явлений и преобразования их в цифровую форму на многофункциональном индикаторе представляются отметки (засветки) этих явлений с учётом дальности и углового расположения относительно курса ВС (рисунок 2). Засветки имеют соответствующий цвет в зависимости от амплитуды эхо-сигналов и от доплеровского смещения частоты эхо-сигналов от метеорологических явлений, вызывающих случайные изменения показателя преломления. На индикаторе может быть представлена совмещённая метеорологическая и навигационная информация, как это показано в левой части рисунка 2. Как на отечественных самолётах последних лет Ту-204, Ан-148, SSJ-100, так и на зарубежных – семейств Airbus А 3ХХ и Boeing B 737 установлены современные доплеровские метеонавигационные импульсные РЛС, работающие в сантиметровом диапазоне радиоволн. 22 Рисунок 2 – Индикация эхо-сигналов на многофункциональном индикаторе В качестве примера рассмотрим современную доплеровскую метеонавигационную РЛС Rockwell Collins WXR-2100 MultiScan, которая устанавливается на авиалайнерах Boeing 737. 2.1.1 Основной принцип работы метеорадара WXR-2100 Бортовая метеонавигационная РЛС WXR-2100 сканирует, обрабатывает, анализирует и предоставляет погоду по маршруту полета в цветном изображении на многофункциональном индикаторе. WXR-2100 является полностью автоматической РЛС, которая отображает все особые явления погоды во всех диапазонах, высотах полета и в любой момент времени, без необходимости ручной настройки ввода наклона или усиления антенны и без существенных помех на дисплее.Для понимания принципа работы радара Rockwell Collins, рассмотрим отражательную способность грозовой деятельности, которую можно разделить на 3 части, рисунок 3. Нижняя треть шторма находиться ниже уровня замерзания и состоит полностью из частиц воды, поэтому эта часть грозы наиболее эффективно отражает луч радара. Средняя треть шторма состоит из сочетания переохлажденной воды и кристаллов льда. Коэффициент отражения в этой части грозы начинает уменьшаться в связи с тем, что кристаллы льда очень плохие радиолокационные 23 отражатели. Верхняя треть грозовой деятельности состоят полностью из кристаллов льда и практически невидима для радаров. Кроме того, мощные кучево-дождевые облака могут стремительно развиваться вверх со скоростью до 6 000 футов в минуту. Такие грозы имеют зону сильной турбулентности и волнового движения, которая может проходить в несколько тысяч футов над видимой верхней кромкой грозы. Важно отметить, что значительная турбулентность может сохраняться гораздо выше радиолокационной верхней части грозы. Рисунок 3 – Уровни отражательной способности грозы На основании такой отражательной способности грозы, в зависимости от угла наклона луча и антенны РЛС экипаж может видеть различное радиолокационное изображение на многофункциональном индикаторе, рисунок 4. 24 Для этого частного случая, представленного на рисунке 4, лучшее распознавание погоды наблюдается на третьем изображении при наклоне луча на 2 градуса вниз. А лучший наклон антенны для исключения мешающих отраженных эхо-сигналов от земной поверхности представлен на втором изображении. Поэтому на практике, чтобы найти правильный угол наклона луча РЛС в ручном режиме, часто приходится выбирать компромисс между обзором самой отражающей части грозы и сокращением мешающих отражений луча от земли. Учитывая этот эффект наклона луча радиолокационной станции и степени отражения грозы, представим гипотетически идеальный луч радара для обнаружения опасных явлений погоды. В идеальном случае, он будет сканировать атмосферу на наличие опасных явлений прямо под самолетом, учитывая кривизну земной поверхности для достижения максимальной дальности рисунок 5. 26 1) 2) 3) Рисунок 4 – Обнаружение и отображение грозы при различных настройках наклона антенны 27 Рисунок 5 – Идеальный луч бортовой РЛС В РЛС WXR-2100 система MultiScan имитирует идеальный луч радара, получая эхо-сигналы от нескольких радиолокационных сканирований и объединяя их в одной картинке на дисплее, рисунок 6. Рисунок 6 – Имитация идеального луча системой MultiScan Компания Rockwell Collins разработала собственные алгоритмы и внедрила в свою систему функцию «GCS» (Ground Clutter Suppression) подавления мешающих отражений от земной поверхности. Принцип работы системы MultiScan с этой функцией показан на рисунке 7. 28 Рисунок 7 – Процесс работы системы MultiScan Радиолокационная станция использует 2 луча, каждый из которых оптимизирован для сканирования определённой области впереди самолета. Верхний луч обнаруживает погоду на среднем расстоянии, а нижний луч - на ближнем и дальнем расстоянии, путем автоматической регулировки наклона лучей и настройки усиления, рисунок 8. Затем эта информация сохраняется в памяти компьютера. Когда капитан или второй пилот выбирает желаемый масштаб развертки, компьютер извлекает соответствующие части требуемой информации, объединяет данные и устраняет помехи от земной поверхности. В результате на одном многофункциональном дисплее летный экипаж может наблюдать оптимизированную погодную картину по маршруту полета на расстоянии до 600 км. Рисунок 8 – Сканирование верхнего и нижнего пространства 29 Таким образом, станция WXR-2100 MultiScan решает задачу обнаружения наиболее опасных атмосферных явлений в полете на расстоянии от 0 до 600 км перед самолетом, используя несколько лучей и настроек наклона, подавляя помехи при отражении от земной поверхности. Автоматизация этого процесса освобождает летный экипаж от ручного поиска и анализа метеобстановки, позволяет сконцентрироваться на принятии мер по уходу или предотвращению попадания в опасные для полета условия, рисунки 9 и 10. Рисунок 9 – Индикация с выключенной функцией «GCS» 30 Рисунок 10 – Индикация с активированной функцией «GCS» Иногда, во время взлета или полета на низкой высоте, можно упустить истинные масштабы угрозы в связи с тем, что высокоэнергетическая область со сводом влаги большого шторма может находиться выше зоны сканирования радаром. Поэтому адаптивная система MultiScan использует множество лучей с различными настройками наклона, чтобы защитить ВС от сильного шторма с мощным вертикальным развитием, подъемом влаги в верхнюю ячейку и областями большой потенциальной энергии. При наборе высоты верхний луч сканирует траекторию вдоль набора с углами наклона более +7 относительно продольной оси самолета, а нижний луч использует углы наклона ниже, чем обычно, чтобы просмотреть низкое и среднее пространство, рисунок 11. Общее время, необходимое для завершения одного цикла MultiScan процесса во всех режимах, кроме сдвига ветра, составляет 8 секунд. В режиме сдвига ветра, для обоих режимов - MultiScan и сдвига - ветра общее время цикла составляет 11,2 секунд. При изменении курса в полете, система в процессе обновления развертки преобразует и поворачивает сохраненное цифровое изображение относительно курса самолета. Теперь антенна больше не привязана к развертке на индикаторе 31 и позволяет выполнять несколько функций без прерывания отображения погоды на индикаторе. Рисунок 11 – MultiScan – сканирование с низкой высоты 2.1.2 Индикация и режимы работы метеорадара WXR-2100 Метеорологическая радиолокационная система WXR-2100 MultiScan распознает и определяет местонахождение различных типов осадков, сканируя облака вдоль траектории полета самолета и предоставляя пилоту визуальную цветовую индикацию в зависимости от интенсивности облаков, а значит, и степени опасности. Луч антенны РЛС охватывает дугу в 180 градусов, индицируя такую же развертку на дисплее у пилотов. Оба дисплея в кабине обновляются одновременно, даже если у капитана и второго пилота отличаются масштабы и режимы работы. Индикация обновляется каждые четыре секунды для всех режимов, а в режиме сдвига ветра обновляется каждые 5,5 секунд. В результате экипаж получает быстрое и постоянное обновление всей информации о погоде. На дисплее интенсивность облачных атмосферных осадков отображается различными цветами, которые контрастируют на черном фоне. Области наиболее сильных и опасных атмосферных явлений отображаются красным цветом, умеренные атмосферные осадки индицируются желтым цветом, а зеленым цветом - слабо-опасная категория явлений. Более подробная 32 классификация шторма и его интенсивность в зависимости от цвета на индикаторе представлена в таблице 1. Внешний вид пульта управления бортовой РЛС WXR-2100 MultiScan ThreatTrack™, представлен на рисунке 12. Таблица 1 – Классификация цветовой индикации Цвет изображения Категория шторма Интенсивность дождя (мм/час) Более, Возможные опасные метеорологические явления Сильные порывы ветра и чем 125 турбулентность; сильный дождь, град; молнии; сдвиг ветра на малых высотах Интенсивная 50…125 Сильная турбулентность; молнии; сильные порывы ветра; дождь, град Очень сильная 25…50 Сильная 12…25 Жёлтый Умеренная 2,5…12 Зелёный Слабая 0,25…2,5 Чёрный - Пурпурный (малиновый) Исключительная Красный Менее, чем 0,04 33 Сильная турбулентность; молнии, дождь, град Сильная турбулентность; возможны молнии, дождь Умеренная турбулентность; возможны молнии Турбулентность, от слабой к умеренной; возможны молнии - Рисунок 12 – Схема панели управления системой WXR-2100 в Boeing 737 В панели управления предусмотрена "сплит-функция" раздельного управления. Она позволяет капитану и второму пилоту независимо друг от друга управлять режимами и функциями "GAIN", "TILT". На схеме панели область зеленого цвета предназначена для управления левым индикатором капитана, а область синего цвета - правым индикатором второго пилота. Рассмотрим основные элементы управления и режимы работы. На борту самолета Boeing устанавливаются одиночная система (один приемо-передатчик в конфигурации ВС) или сдвоенная система (два приемопередатчика в конфигурации ВС) управления погодным радаром. Кнопка «L/R» в середине пульта служит для переключения между приемопередатчиками в сдвоенной конфигурации. Она представляет собой фиксирующийся переключатель действия – при нажатии подключается правая система, при отжатии подключается левая система. В одиночной системе эта кнопка отсутствует. 34 Рисунок 13 – Режим «AUTO» в панели управления системой WXR-2100 Кнопка «AUTO» служит для переключения между ручным и автоматическим режимом работы, рисунок 13. Она, по сути, является фиксирующимся переключателем действия. Когда кнопка нажата, капитан и второй пилот используют автоматический режим MultiScan. Когда кнопка находиться в отжатом положении, оба пилота пользуются ручным режимом, и все остальные элементы управления функционируют. Обратите внимание, что не предусмотрено раздельное применение одним членом экипажа автоматического режима, а другим – ручного. В автоматическом режиме, система определяет и сохраняет в памяти всю погоду от поверхности земли до высоты, значительно выше эшелона полета. Потом MultiScan сравнивает высоту грозовой ячейки с высотой полета самолета. Если погода находится по высоте ниже самолета (т.е., неопасная погода), то она не будет отображаться, рисунок 14. 35 Рисунок 14 – Отображение на дисплее при полете над грозовой деятельностью При первом включении автоматического режима, радар сначала сделает развертку на фактическом эшелоне полета воздушного судна, благодаря чему экипаж сразу увидит погоду впереди на участке маршрута. Вторая развертка будет показана с максимальным углом наклона луча вниз. В течение 16 секунд могут отображаться помехи от земли, так как только начинает включаться их подавление и будет полностью инициализировано в начале пятой развертки. Функция «GCS» подавления мешающих отражений от земной поверхности в автоматическом режиме включена по умолчанию. В отдельных случаях, пилоты могут временно отключить эту функцию для наблюдения земли в навигационных целях, без перехода в ручное управление. Для этого нужно нажать и удерживать кнопку «GC» (Ground Clutter), а если ее отпустить – все вернется в первоначальный вид к функции подавления «GCS». В системе присутствует функция, которая позволяет пилоту мгновенно переключиться в ручной, а затем обратно в автоматический режим. Если пилот переходит в ручной режим и затем возвращается к авто в течении 38 секунд, радар запомнит автоматические установки - их не нужно будет повторно настраивать. Кнопка «WX» активирует режим «Погода», который предназначен для обнаружения и отображения на индикаторе зон кучево-дождевых облаков и 36 грозовых очагов на максимальном удалении 600 км. Режим «Погода + Турбулентность» включается соответствующей кнопкой «WX+T» и предназначен для обнаружения наличие турбулентности в осадках с автоматически ограниченной дальностью 74 км. Когда РЛС обнаруживает горизонтальный поток осадков со скоростью 5 и более метров в секунду, направленного на или от антенны радара, тогда участок на экране становиться пурпурного цвета. Эта пурпурная область информирует экипаж о наличии сильной турбулентности. Турбулентность на дисплее будет отображаться только на удалении до 74 км, даже если масштаб развертки будет больше рисунок 15. Рисунок 15 – Режим «WX+T» в масштабе 148 км (80 nm) Режим «MAP» (карта) обеспечивает индикацию всех сигналов радиоэха, в том числе ландшафта и метеорологической информации. Поверхность отображается в красном, желтом и зеленом цветах (от наиболее к наименее отражающей). Чувствительность приемника уменьшается примерно на 10 дБ (на один уровень цвета), чтобы можно было различить особенности рельефа местности, а не погоды. Это позволяет на дисплее идентифицировать линии побережья, холмистую или гористую местность, города и крупные сооружения, 37 рисунок 16. Обратите внимание, что радиолокационная система выполняет только функции обнаружения погоды и картографирования местности – ее нельзя использовать как систему предупреждения об опасной близости земли и предотвращения столкновений. Рисунок 16 – Режим «MAP» в масштабе 296 км (160 nm) Ручка «GAIN» служит для регулировки усиления сигнала в приёмном устройстве радиолокатора и изменяет соотношение цветовых уровней (черный, зеленый, желтый и красный) с фактическими темпами осадков и соответствующим им уровнях угроз. В ручном режиме, при вращении по часовой стрелке увеличивается чувствительность приемника до максимума, при вращении против часовой стрелки уменьшается до минимума. В автоматическом режиме система автоматически использует переменное усиление сигналов на основе понижения температуры атмосферы для компенсации изменений в географическом местоположении, времени суток и высоты так, чтобы оптимизировать настройки усиления и увеличить степень отражения радиосигналов на всех этапах полета. Усиление поддерживается постоянным ниже уровня замерзания. Но когда самолет поднимается выше уровня 38 замерзания и температура падает ниже 0° C, усиление сигналов увеличивается. Когда температура опускается ниже -40° C, верхушки облаков состоят полностью из ледяных кристаллов и имеют минимальный коэффициент отражения. Усиление на основе изменения температуры увеличивает отражение примерно на один уровень цвета в этой области, чтобы обеспечить более точные прогнозы погоды на большой высоте. Ручка «TILT» предназначена для ручного управления наклоном антенны радиолокатора в вертикальной плоскости от нижнего («DN») до верхнего («UP») положения в пределах 15 относительно продольной оси самолёта. В автоматическом режиме она остается не активной. Кнопка «TFR» служит для быстрого выбора всех параметров управления с противоположной стороны второго члена экипажа, за исключением масштаба. Таким образом, если второй пилот нажимает кнопку «TFR», настройки радиолокационного контроля и дисплей у второго пилота будут моментально синхронизирован с параметрами у капитана и наоборот. Эта функция работает как в автоматическом, так и в ручном режиме. В системе MultiScan присутствует очень полезная функция защиты «OverFlight». Она предназначена для предотвращения попадания грозы по траектории полета самолета ниже радиолокационного луча при полетах выше 22 000 футов. В ручном режиме, возможна ситуация, когда по мере приближения грозы по маршруту полета, она становиться невидима для бортовой РЛС и полностью исчезает с дисплея. Когда гроза находится на дальнем расстоянии, верхний луч радара сканирует мокрую и отражающую часть грозы таким же образом, как и в обычном режиме. По мере полета самолета, гроза приближается и опускается ниже верхнего радиолуча. С функцией защиты «OverFlight», система автоматически подключает нижний луч ниже 6000 футов так, чтобы сохранить отражающую часть шторма в поле зрения. На удалении грозы 15 морских миль от самолета компьютер сравнивает сохраненное цифровое изображение грозы с информацией от последнего сканирования и выводит на экран лучшую информацию. Если грозовая область 39 опустится ниже нижнего радиолуча, MultiScan отобразит сохраненное цифровое изображение бури, гарантируя тем самым, что любая угроза останется на экране, пока она не переместится за самолет. Рисунок 17 иллюстрирует функционирование этой системы для более ясного понимания принципа работы. Рисунок 17 – Принцип работы функции защиты полета «OverFlight» Кроме того, в РЛС предусмотрена возможность обнаружения и предупреждения экипажа о сдвиге ветра на высотах ниже 701 м (по радиовысотомеру) при заходе на посадку или при взлёте. При полете ниже 2300 40 футов относительно уровня моря, режим «WINDSHEAR» включается автоматически и развертка сканирования на дисплее ограничивается до 120 градусов, а при полете выше 2300 футов - возвращается снова на 180 градусов. При взлете WXR-2100 обеспечивает индикацию сдвига ветра в зоне 60° (по 30° в обе стороны от курса воздушного судна), ширине 1 км и удалении 6 км от воздушного судна, рисунок 18. При заходе на посадку/уходе на второй круг индикация изменяется незначительно. Рисунок 18 – Индикация режима предупреждения о сдвиге ветра Тестирование системы активируется нажатием на кнопку «TEST» на панели управления РЛС. Во время самотестирования проверяется визуальная и звуковая сигнализация, на дисплее будет наблюдаться изображение текстового контроля. В случае отказа системы, в правом верхнем углу останется мигать код наклона антенны, по которому можно узнать какой компонент системы требует технического обслуживания, рисунок 19. 41 Рисунок 19 – Самотестирование РЛС и код неисправности 2.2 Система цифровой спутниковой передачи метеорологической информации Для предотвращения попадания в зоны грозовой деятельности и других опасных явлений погоды на современных ВС может быть установлено радиоприёмное устройство системы цифрового спутникового вещания (трансляции) метеорологической информации. Обширные данные получаются с помощью различных наземных метеорологических датчиков, в том числе и доплеровских метеорологических радиолокаторов (NEXRAD WX Radar), собираются в едином сервере, регулярно обновляются и транслируются через геостационарные спутники связи для любых получателей, в том числе и авиационного базирования, независимо от высоты полёта ВС. В настоящее время такой сервис на платной основе действует в континентальной части Соединённых Штатов Америки. Аналогичные услуги во всемирном масштабе (за исключением информации метеолокаторов NEXRAD) предоставляют системы спутникового вещания Universal Weather service, SADIS (США) и ISCS (Великобритания). 42 При установке на самолёте, например, аппаратуры GDL-69A экипаж может получать регулярно обновляемую оперативную метеорологическую информацию, такую как: - расположение зон грозовой деятельности и параметры их перемещения, рисунок 20 а; - расположение конвективных облаков, их перемещение и высота верхней границы – Echo tops; - расположение и динамика зон турбулентности от доплеровских метеорологических радиолокаторов NEXRAD с изображением высокого разрешения; - направление и скорость ветра на различных высотах – Winds Aloft at Altitude, а также температуру воздуха, рисунок 20 б, в; - расположение зон обледенения с представлением уровня замерзания – Icing conditions рисунок 20 г; - расположение зон вероятных разрядов молний – Lightning; - предупреждения о сдвиге ветра и прогнозы метеоявлений у земной поверхности, например, различных осадков; - сводки METAR и прогнозы TAF в текстовом формате; - сообщения SIGMET, AIRMET и др. Указанная информация в графическом и текстовом формате может отображаться на многофункциональном дисплее или на планшетном компьютере iPad, используемом на современных ВС в качестве «электронного портфеля» Electronic Flight Bag класса 1, 2 или 3. Для этого должно быть установлено соответствующее программное обеспечение компании Jeppesen, приложение eNav–Weather и обеспечено подключение iPad к радиоприёмному устройству системы цифрового спутникового вещания. 43 а б в г Рисунок 20 – Индикация метеоинформации системы спутникового вещания Universal Weather service 2.3 Перспектива обнаружения и предупреждения экипажа ВС об опасных метеоявлениях 2.3.1 Новые возможности ботовой радиолокационной станции В последний год компания «Rockwell Collins» разработала метеорологическую радиолокационную станцию MultiScan ThreatTrack™, которая обладает уникальными возможностями по оценке угрозы атмосферных явлений в гражданской авиации. Новая система ThreatTrack™ открывает еще больше возможностей, повышает надежность и эффективность предоставления метеоинформации экипажу воздушного судна. С 2015 года этот погодный радар будет устанавливаться на самолеты Boeing 737NG и 737 MAX. 44 Компания производитель «Rockwell Collins» поднимает обнаружение метео-угроз на совершенно новый уровень. Благодаря технологии сканирования «track-while-scan», MultiScan отслеживает до 40 грозовых образований одновременно, определяет относительную угрозу в каждой из них, а затем выполняет подробный анализ грозы в порядке очередности. Концентрируясь на каждой угрозе, а не просто делая серию простых горизонтальных разверток, радар может изменять коэффициент усиления, ширины импульса и частоты для того, чтобы лучше определить характеристики грозы. Теперь, впервые летный экипаж имеет доступ к такой важной информации, как вероятность угрозы молнии и града, качество атмосферы и показания сильной турбулентности, улучшенной системе прогнозирование вертикального развития грозы по маршруту полета (Predictive OverFlight™) и потенциала возникновения турбулентности в ясном небе (CAT). Новая система MultiScan ThreatTrack™ предоставляет шесть новых возможностей, чтобы помочь пилотам в оценке степени опасности атмосферных явлений. Три из этих функций основаны на непосредственном измерении грозовой деятельности. Остальные три функции связаны с определением относительной тяжестью и степенью зрелости очагов. Улучшенная система обнаружения основных угроз позволяет исследовать грозовые очаги и, путем усиления цветовой индикации на дисплее, более точно представлять реальную опасность грозы, рисунок 21. Рисунок 21 – Улучшенная система оценки базовых угроз 45 Она является первой в отрасли системой с двухуровневой классификацией зон конвективной турбулентности – серьёзным и допустимым. Такое разграничение предоставляет экипажу ВС более точную информацию о наличии турбулентности по маршруту полета, позволяет экономней расходовать топливо и более эффективно оперировать летным временем благодаря пролету зон с допустимыми нестабильными волновыми потоками вместо их обхода. В основе новой функции лежат алгоритмы, которые разрабатывались авиационной администрацией США (FAA). ThreatTrack™ может детектировать зоны с сильными турбулентными потоками в пересчете на перегрузки, силу которых может испытать воздушное судно при пролете через них. Компьютер рассчитывает ожидаемую перегрузку на ВС, учитывая основные факторы размер самолета, скорость полета и параметры окружающей атмосферы – и на многофункциональном индикаторе выдает экипажу информацию о сильной турбулентности на расстоянии до 74 км по курсу воздушного судна. Предельные значения, по которым системой распознаются потенциально опасные зоны с сильной турбулентностью, могут изменяться по инициативе эксплуатантов. Это позволяет авиакомпаниям могут самим определять, через какие участки турбулентности их самолеты смогут пролетать, а через какие – нет. На индикаторе области слабой и умеренной турбулентности (допустимый уровень) отображаются точечными зонами пурпурного цвета, а области сильной – более сплошным пурпурным цветом, рисунок 22. 46 Рисунок 22 – Двухуровневая классификация турбулентности Улучшенная функция интеллектуальной защиты полета Predictive OverFlight™ измеряет скорость вертикального развития грозовых очагов впереди самолета. Быстро растущие грозы могут являться причиной образования сильной болтанки над ними, хоть самолет и находится выше видимой вершины облаков. Этот режим предупреждает соответствующей индикацией о потенциальной угрозе этой турбулентности и грозовых очагах, растущих в сторону эшелона полета воздушного судна, рисунок 23. Рисунок 23 – Индикация функции Predictive OverFlight™ 47 Система дополнительной оценки угроз позволяет определить потенциальную опасность, связанную с молнией, градом и перемещением воздушных масс, в грозовом очаге и вне его. Система детекции опасности на средней высоте ставит красные крапинки в пределах шторма, чтобы обозначить зоны потенциальной угрозы молнии, рисунок 24 слева. Эти области электрифицированы, но не имеют высотной конвективной деятельности. Полет через область вблизи уровня замерзания должен осуществляться как можно быстрее. Эта индикация остается активная, пока самолет не поднимается выше, чем 10000 футов над уровнем замерзания. Красные крапинки за границами цветной области обозначают потенциал возникновения града, молнии и турбулентности. Сильные восходящие потоки, выходящие сверху или из сторон зрелой грозы, создают потенциальную опасность в этих областях. Эта индикация доступна на всех высотах, рисунок 24 справа. Рисунок 24 – Система дополнительной оценки угроз На старых радарах, с недостаточным усилением, часто грозовые ядра на крейсерской высоте отображались зелеными областями. А в новой РЛС MultiScan ThreatTrack™, благодаря анализу погоды и усиления на основе температуры, могут отображаться зеленые площади, которые не являются угрозой для самолета. Рассмотрим примеры индикации зеленого цвета и их относительной угрозы. 48 Рисунок 25 – Компьютерный анализ Компьютерный анализ установил, что угроза от грозовых ячеек не распространяется на высоте полета самолета и поэтому область окрашивается в зеленый цвет. Но при пролете над областью, окрашенной зеленым цветом, может наблюдаться слабая и умеренная турбулентность, рисунок 25. Рисунок 26 – Области значительных гроз 49 У значительных гроз мощные силы сдвига приводят к образованию двух «пальцев», выступающих из клетки. Черная область между ними - это возможный вал града, рисунок 26. Полет не должен проходить через эту зону. Рисунок 27 – Вид зеленого экрана При полете на низких высотах, полностью зеленый экран, рисунок 27, РЛС указывает на слоистообразный дождь в атмосфере с слабой или отсутствующей турбулентностью. А на высоте крейсерского полета, такая обширная область зеленого цвета может предупреждать о наличии высотного обледенения «Ice Crystal». Воздушное судно должно выйти из этой зоны как можно скорее. Также для сопоставления географических погодных условий новая технология использует базу данных географических и сезонных изменений погодных условий, что дает возможность MultiScan ThreatTrack предоставлять более точную информацию об опасных погодных явлениях по всему миру. 2.3.2 Цифровые сводки метеорологической информации по аэродрому на борту ВС (D-ATIS) 50 На сегодняшний день специалист управления воздушным движением не имеет возможности каждому экипажу ВС зачитывать погоду, так как при высокой интенсивности воздушного движения, он занят назначением высот, курсов, скоростей для обеспечения безопасных интервалов между воздушными судами. Поэтому в крупных аэропортах с 80-х годов стала использоваться система автоматической передачи информации по аэродрому, получившая название ATIS (Automatic Terminal Information Service). Поначалу оператор начитывал информацию на магнитофон, которая впоследствии транслировалась в эфир с помощью УКВ-радиостанции. Вскоре компьютерная техника позволила использовать автоматические формирователи речевых сообщений. В международных аэропортах информация ATIS вещается поочередно на двух языках – английском и языке государства. Если пилот не расслышал какойлибо элемент в сводке, например, давление аэродрома, ему приходится снова слушать всю сводку погоды на двух языках. Иностранному экипажу, чтобы уточнить несколько цифр в английской части сводки, в процессе ожидания необходимо прослушать сообщение на непонятном языке, что доставляет большие неудобства. В некоторых аэропортах, в том числе российских, практикуется раздельное вещание сводок ATIS на двух языках по разным частотам. Это немного снижает остроту проблемы, но речевое качество информации АТIS зачастую оставляет желать лучшего. В аэропортах с несколькими ВПП возрастает вероятность перепутать летным экипажем информацию. В итоге, для верного и надежного приема метеоинформации, сводку АТИС приходится слушать до трех раз, на что уходит несколько минут. В течение этого времени один пилот из двухчленного экипажа фактически полностью отвлекается от процесса пилотирования, причем на самом трудоемком этапе – снижении и заходе на посадку. А если еще погодные условия на аэродроме близки к минимуму и сводка меняется каждые 2-3 минуты, то мониторинг информации АТИС становится очень трудновыполнимой задачей, и диспетчеру приходиться отвлекаться от управления воздушным движением, чтобы зачитать сводку погоды экипажу по радиосвязи. 51 С появлением новых технологий передача информации ATIS вышла на новый уровень. Уже более 10 лет за рубежом применяется т.н. цифровая АТIS (Digital ATIS или D-ATIS). На воздушном судне устанавливается оборудование для приема D-ATIS и обновленная информация по аэродрому за считанные секунды высвечивается на дисплее или распечатывается на принтере, рисунок 28. В результате время на прием информации сокращается от нескольких минут до нескольких секунд, исключаются ошибки в восприятии информации на слух, а сводку по аэродрому можно получить не только в пределах дальности УКВ радиосвязи, но на любом расстоянии от аэродрома назначения. Рисунок 28 – Сообщение D-ATIS распечатанное на бортовом принтере Цифровая ATIS использует адресно-отчетную систему авиационной связи – ACARS (Aircraft Communications Addressing and Reporting System), разработанную и внедренную в 1978 г. американской фирмой ARINC для замены голосовой связи в УКВ диапазоне. На земле система ACARS представляет собой сеть УКВ радиостанций, которые принимают и передают цифровые сообщения на борт воздушного судна. Аппаратура, формирующая сводку ATIS, через специальный выход подключается к сети линий передачи данных ACARS, а 52 предприятие, осуществляющее обслуживание воздушного движения, должно быть абонентом-подписчиком одного из провайдеров сети (в настоящее время имеются два провайдера: ARINC и SITA). DATIS позволяет пилотам разгрузиться от лишней и ненужной работы, что особенно важно в условиях дефицита времени. Одна из рабочих радиостанций в кабине устанавливается в режим «DATA», т.е. прием-передача данных, при этом пилоту не требуется устанавливать частоту - все частоты ACARS заранее запрограммированы и автоматически выбираются в зависимости от региона полета. Для запроса DATIS необходимо просто набрать сообщение на пульте FMS и четырех буквенное обозначение аэродрома, например UWLL, и послать запрос через ACARS. Далее кодирующее устройство преобразует сообщение в тональный вид и с помощью обыкновенной VHF радиосвязи передает его на наземную VHF радиостанцию, где это сообщение раскодируется и передается получателю. Уже через несколько секунд сводка погоды по аэродрому будет отображена на экране и при желании её можно распечатать. Можно также установить функцию "AUTO" и при изменении ATIS новая информация будет поступать автоматически. Голосовая ATIS продолжает работать параллельно, что позволяет экипажам необорудованных воздушных судов получать сводку как и прежде с помощью прослушивания. Работы по созданию D-ATIS были начаты в США в 1993 г. Первоначально внедрение цифрового ATIS было запланировано в 19 американских аэропортах. В 2008 г. D-ATIS функционировала уже в 72 аэропортах США. В 2003 г. ИКАО включает внедрение D-ATIS в число приоритетных задач технического развития. В 2006 г. D-ATIS внедрено или планируется к внедрению более чем в 210 аэропортах 32 стран мира. В одной только маленькой Финляндии на сегодняшний день цифровая D-ATIS функционирует в 21 аэропорту. В Российской Федерации D-ATIS пока не применяется, хотя ее внедрение в крупных международных аэропортах, таких как Домодедово, Шереметьево, Пулково было бы крайне желательно. Это позволило бы пилотам не отвлекаться на прослушивание и запись голосовой информации по аэродрому. В Москве и 53 Санкт-Петербурге уже имеются радиостанции фирмы ARINC для передачи коммерческой авиационной информации, что позволяет обратиться к этому провайдеру для внедрения цифровой ATIS. Значительная часть современных воздушных судов, выполняющих полеты в РФ, оборудована для приема D-ATIS. Это воздушные суда ведущих зарубежных авиакомпаний (Lufthansa, Finnair, SAS и т.д.), а также большая часть воздушных судов российских авиакомпаний (Аэрофлот, Россия). Однако отсутствие в российских аэропортах необходимого наземного оборудования не позволяет полностью реализовать технические возможности воздушных судов. Скорейшее внедрение Digital ATIS в России способствовало бы повышению качества приема летным экипажем информации о погоде на аэродроме, экономии времени в полете и повышению безопасности полетов. Интеграция российской аэронавигационной системы в мировую аэронавигационную систему способствовала бы повышению привлекательности воздушного пространства и аэропортов России для иностранных пользователей, повышению престижа страны. 54 ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ОПАСНЫХ АТМОСФЕРНЫХ ЯВЛЕНИЙ НА БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ Основными причинами авиационных происшествий, связанных с опасными атмосферными явлениями в авиации, являются: Ошибки, связанные с вычислением воздушной скорости самолета, потребной длины разбега, а также пробега, его подъёмной силы, необходимой траектории этапов набора высоты и снижения, и также касания на посадке или столкновения с рельефом в районе аэродрома. Эти ошибки чаще всего можно встретить на горных аэродромах с короткими взлетно-посадочными полосами в летнюю жару, а также их связывают как с недостаточной подготовкой диспетчеров и летного экипажа, так и с отсутствием полной информации или игнорированием информации поступающей. Ошибки по оценке высоты полёта ввиду неверной установки высотомеров по значению давления на аэродромах посадки, и которые на снижении сопровождались условиями недостаточной видимости земной поверхности. Такие ошибки чаще всего приводят к касанию или столкновению с подстилающей поверхностью вне ВПП, происходят в высокогорной местности и приводят к тяжёлым АП. Ошибки при выборе курса взлёта или посадки ВС (то есть выполнения их с попутным ветром). Такие ошибки не исключены как при отсутствии у пилота ВС необходимой метеоинформации, так и при игнорировании имеющихся данных прогноза ветра в районе аэродрома. Это может привести к АП – выкатыванию воздушного судна за торец ВПП. Ошибки в оценке значения предельно-допустимой боковой составляющей скорости ветра на этапах взлёта или посадки. Такие ошибки распространены как при отсутствии у пилота ВС данных о скорости и направлении ветра у Земли, так и при игнорировании этих данных. Посадка с превышением предельных значений приводит к выкатыванию ВС с ВПП, и также к касанию Земли за территорией ВПП. На взлёте эти ошибки могут привести к нарушениям 55 устойчивости ВС после отрыва, резкому боковому крену и повторному касанию ВПП или поверхности Земли вне ВПП. Ошибки пилотирования ВС при выполнении снижения для посадки или набора высоты после взлёта, вызванные отсутствием информации о сдвигах ветра в нижнем слое атмосферы. От таких ошибок почти всегда приводят к тяжёлым АП. Для предотвращения этих АП необходимо тщательно учитывать предупреждения АМСГ о возникновении метеорологических условий, способствующих усилением сдвигов ветра, а также оборудовать аэродромы системами постоянного оперативного мониторинга поля ветра по району аэродрома и представлять эту информацию диспетчерской службе и экипажам ВС. Затруднения и ошибки в пилотировании из-за сильной болтанки или бросков ВС, вызванных турбулентностью. Они могут происходить как при пересечении оси струйных течений, так и в зонах неустойчивости при конвекции вблизи мощных кучевых или кучево-дождевых облаков. Такие ошибки встречаются при недостаточной информации о зонах сильной турбулентности, либо при игнорировании этой информации. Это может приводить как к временной потере управления ВС и большим перегрузкам с последующим выравниванием, так и к тяжёлым АП. Затруднения в пилотировании, вызванные попаданием ВС в турбулентный «спутный след» от впереди летящего ВС, которые могут привести к броскам ВС, попавшего в спутный след и даже к АП, включая тяжёлые. Такие ошибки могут возникать как по вине диспетчера, который не выдержал необходимый временной и пространственный интервал между ВС, так и по вине пилота ВС, допустившего опасное сближение с впереди летящим ВС или пересечение спутного следа другого ВС. Ошибки в пилотировании, вызванные плохими метеорологическими условиями. Такие ошибки возникают как при отсутствии у пилота соответствующей информации, так и при её игнорировании. Это может приводить к тяжёлым АП. 56 Затруднения в пилотировании ВС при несоблюдении «минимумов погоды» (высота НГО и видимость) при заходе на посадку при погоде «ниже минимума». Такие ошибки могут возникать как при недостаточной информации для пилота, так и при неудовлетворительном метеорологическом обеспечении полётов или при игнорировании пилотами или диспетчерами соответствующей имеющейся информации. Такие ошибки могут приводить к предпосылкам к АП, в том числе и к самим АП, включая тяжёлые. Затруднения в пилотировании и потеря высоты ВС при полёте на малых высотах при попадании ВС в полосу интенсивного ливневого дождя. При этом происходит одновременное отрицательное воздействие нескольких неблагоприятных и опасных факторов: суммарное давление падающих капель может нарушить устойчивость полёта, попадание воды в воздухозаборники двигателей, стекающий слой воды от дождя на фонаре кабины может привести к потере визуальной ориентации пилота ВС, зона мощного ливня часто совпадает с сильным нисходящим потоком воздуха. Как отдельное, так и суммарное воздействие этих факторов может привести к АП, включая катастрофу ВС. Предупреждение таких АП состоит в совершенствовании метеорологического обеспечения полётов. Кроме того, необходимо, чтобы пилоты ВС по возможности избегали вхождения ВС в визуально определённую полосу сильного ливня, также такие АП могут происходить при игнорировании соответствующей информации. Затруднения в пилотировании и АП, включая тяжёлые, вызванные попаданием ВС в полёте в полосу выпадения града из грозо-градовых облака. При этом могут происходить различные виды деформации ВС. Предотвращение подобных АП состоит в совершенствовании метеорологического обеспечения полётов. АП, вызванные попаданием разряда молнии в ВС. Для предотвращения подобного рода АП необходимо совершенствовать систему «обхода» грозовых очагов ВС по данным МРЛ, а также добиваться соблюдения пилотами и 57 диспетчерами взлёта и посадки ВС при приближении грозового очага к аэродрому. АП, вызванные электризацией ВС при полётах в облаках, не являющихся грозовыми. Это может происходить при длительном полёте в кристаллических облаках среднего и верхнего яруса. Для предупреждения подобных АП следует избегать длительных полётов ВС сквозь кристаллические облака. Однако АП, связанные с этим явлением, в основном бывают сравнительно «лёгкими» и не вызывают тяжёлых АП. Затруднения в пилотировании ВС и АП при попадании ВС в полёте в зону интенсивного обледенения. В этих условиях одновременно воздействуют несколько неблагоприятных и опасных факторов: возрастает вес ВС, покрытая даже тонким слоем льда поверхность крыльев и фюзеляжа ВС резко увеличивает трение о воздух, обледенение элементов двигателя, обледенение входных отверстий определителей воздушной скорости. Действие этих различных факторов может привести к предпосылке АП, а также к АП. Включая тяжёлые. Такие АП происходят как при отсутствии достаточной информации о наличии и интенсивности зон обледенения ВС вдоль траектории полёта, так и при отсутствии технических средств на борту ВС по борьбе с обледенение, из-за недостаточной подготовки экипажа или из-за игнорирования предупреждений о возможности обледенения ВС. Предотвращение таких АП состоит в совершенствовании метеорологического обеспечения полётов, повышении качества обучения пилотов технике пилотирования в условиях обледенения ВС и в создании новых, более совершенных систем технических способов борьбы с обледенением в полёте. Ошибки, связанные с обледенением ВС на Земле во время стоянки. На поверхности фюзеляжа и крыльях ВС может возникнуть слой льда, представляющий чрезвычайную опасность для выполнения взлёта ВС. При наличии такого ледяного слоя, трение поверхности ВС о воздух при движении заметно возрастает. Это приводит соответственно к уменьшению подъёмной силы и к необходимости выполнения отрыва при взлёте при существенно 58 больших воздушных скоростях, чем при отсутствии такой ледяной плёнки. Соответственно, попытка отрыва от ВПП такого «обледеневшего» ВС при «обычной» воздушной скорости отрыва может привести к «сливанию на крыло» после отрыва и тяжёлому АП из-за недостаточной воздушной скорости. Предупреждение такого типа АП состоит в разъяснительной работе среди экипажей ВС и аэродромных служб. Кроме того, метеорологам необходимо обеспечивать представление информации о возможности обледенения ВС, стоящих на Земле. Ошибки, вызванные недооценкой состояния ВПП при выпадении осадков. При сильном ливневом дожде колёса ВС при взлёте и посадке могут начать как поочерёдно, так и вместе скользить по поверхности воды на ВПП, что может вызвать как отклонение ВС от осевой линии ВПП, так и выкатывание ВС с ВПП. Что вызовет АП. Для предупреждения подобных АП следует задерживать вылет и посадку ВС на период выпадения сильного ливня на ВПП. Обледенение ВПП при гололёдно-изморозевых отложениях и образовании инея резко снижает коэффициент трения, что необходимо учитывать как при подготовке ВПП к полётам, так и при выполнении «разгона» ВС по ВПП при взлёте, а также «проката» и торможения ВС на ВПП при посадке. Перечисленные опасные для ВС условия могут наблюдаться не только по отдельности, но и в различных сочетаниях друг с другом, взаимно усложняя складывающуюся ситуацию; таких вариантов может быть множество. Для предотвращения подобных АП при метеорологическом обеспечении полётов всегда следует принимать во внимание, что если предполагается или фактически наблюдается появление одновременно двух и более опасных явлений, то необходимо предпринимать экстренные меры. К ним относятся: предупреждение экипажей ВС, действия диспетчеров и экипажей ВС по изменению траектории полёта, задержке вылета или посадке и др. При выполнении полёта могут складываться ситуации, когда направление управляющих воздействий пилота на ВС случайно совпадёт с характером внешнего воздействия окружающей 59 среды на ВС. Таких вариантов неблагоприятных сочетаний может быть достаточно много. Работа по предотвращению подобного рода АП должна состоять в дальнейшем совершенствовании метеорологического обеспечения полётов ВС для получения данных детального мониторинга состояния окружающей среды впереди летящего ВС. Это позволит корректировать действия пилота по управлению ВС таким образом, чтобы с одной стороны, эти действия не совпадали с характером воздействия окружающей среды на различных участках полёта, и с другой стороны, этот мониторинг позволит пилоту заблаговременно предпринимать упреждающие действия по управлению, компенсирующие отрицательные воздействия окружающей среды до входа ВС в опасную зону для сохранения безопасности самолёта. В качестве примера рассмотрим авиакатастрофу, которая произошла 17 марта 2007 года в городе Самара. Экипаж самолета Ту-134А RA-65021 выполнял пассажирский рейс по маршруту Сургут-Самара. К моменту захода ВС на посадку видимость резко ухудшалась из-за образовавшегося тумана. Однако информации об ухудшении видимости диспетчеру, и соответственно экипажу, от метеонаблюдателей своевременно не поступала. Активное пилотирование при заходе на посадку осуществлял второй пилот, контролирующее – КВС. Посадка была разрешена. Информация экипажу об ухудшении видимости на ИВПП от диспетчера не поступала. При снижении, экипаж допустил уклонение от курса посадки и увеличение вертикальной скорости снижения. В дальнейшем, не установив визуальный контакт с наземными и световыми ориентирами, КВС принял запоздалое решение об уходе на второй круг. При уходе на второй круг с малой высоты, вне видимости земли, вследствие просадки, самолет грубо приземлился. При грубом приземлении сложилась левая стойка шасси, произошло разрушение самолета, левое крыло было оторвано, от момента правого крыла самолет, разрушаясь, перевернулся на «спину» и переломился. В результате АП погибло 6 пассажиров, 34 получило травмы различной степени тяжести и были госпитализированы. 60 Авиационное происшествие стало возможным в результате организационно-технологических и процедурных недостатков в работе и взаимодействии служб метеорологического обеспечения и управления воздушным движением, а также ошибок в действиях экипажа. Неиспользование диспетчером посадки всех технических возможностей посадочного радиолокатора из-за противоречия в нормативных документах, определяющих порядок и технологию его работы, а также нечеткое взаимодействие в экипаже и запоздалые действия по уходу на второй круг, не позволили предотвратить переход ситуации в катастрофическую. Отсутствие Федеральных правил производства полетов комплексно регламентирующих летную деятельность, деятельность органов УВД, метеорологического обеспечения и других служб обеспечения полетов, учитывающих международный и отечественный опыт в области комплексного обеспечения безопасности полетов – способствовало данному авиационному происшествию. 61 ГЛАВА 4. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ БОРТОВОЙ РЛС WXR-2100 MULTISCAN THREATTRACK™ Сравнительная характеристика погодных радаров WXR-2100 MultiScan и WXR-2100 MultiScan ThreatTrack™ представлена в таблице 2. Таблица 2 – Сравнительная характеристика бортовых метеолокаторов Обнаружение зон конвективной Одноуровневая турбулентности классификация Система оценки базовых угроз Стандартная Функция интеллектуальной защиты Есть полета «OverFlight™» Двухуровневая классификация - серьёзный и допустимый Улучшенная Есть, улушенная система Predictive OverFlight Индикация быстрорастущих очагов и потенциальной угрозы Нет Есть Нет Есть Нет Есть Нет Есть турбулентности Обнаружение электрефицированных областей и угрозы попадания молнии Обнаружение потенциала возникновения турбулентности в ясном небе Обнаружение зоны града Есть, использует базу Сопоставления погодных условий с Нет базами данных данных географических и сезонных изменений погодных условий Обнаружение высотного Нет обледенения «Ice Crystal» Есть Из таблицы 2 можем сделать вывод, что погодный радар WXR-2100 MultiScan ThreatTrack™ имеет гораздо больше новых и улучшенных функций в сравнении с его предшественником, которые позволяют с гораздо большей 62 точностью и надежностью определять опасные атмосферные явления в полете и предотвращать попадание в них. Рассчитаем годовую экономическую эффективность или годовую экономическую прибыль при с внедрении на ВС современного бортового метеорадара Rockwell Collins WXR-2100 MultiScan ThreatTrack™ по следующей формуле: Э = Эгод – Ен*К, где, Эгод – годовая экономия (прибыль), вызванная установкой новой техники; К – единовременные затраты, связанные с внедрением в эксплуатацию нового оборудования; Ен – норма прибыли (нормативная прибыль) (нормативный коэффициент эффективности) Годовой экономический эффект представляет собой абсолютный показатель эффективности. Замена оборудования считается эффективной, если Э>0. Показатель эффективности является относительной величиной, сравнивающей результаты с затратами. Единовременные затраты рассчитывается как разность затрат на внедрение нового оборудования и стоимости заменяемого оборудования + ущерба от ликвидации заменяемого оборудования - выражается формулой: К = К2-К1+Ку где К2 – затраты на внедрение оборудования.; К1 – стоимость заменяемого оборудования; Ку – ущерб от ликвидации заменяемого оборудования; Поскольку (С0 – С1) представляет экономию (прибыль) от сокращения авиационных инцидентов, то коэффициент эффективности можно рассматривать как сумму предотвращенного ущерба от инцидента. Внедрение новой техники можно считать эффективным, если Кэ > 0,12 – 0,15, то есть если фактическая эффективность больше нормативной. 63 Большое значение имеет определение времени, в течение которого полностью окупятся все единовременные затраты, связанные с установкой и введением в эксплуатацию нового оборудования. Срок окупаемости является обратной величиной коэффициента эффективности. Срок окупаемости определяется по следующей формуле: Тдоп=К2-К1+Ку/Эгод, где, К2 – затраты на внедрение оборудования.; К1 – стоимость заменяемого оборудования; Ку – ущерб от ликвидации заменяемого оборудования; Эгод – годовая экономия (прибыль), вызванная установкой новой техники. Теперь произведем их расчеты, для чего: а) выполним расчет экономической эффективности от внедрения новой техники (в соответствии с методикой определения экономической эффективности капитальных вложений); б) составим таблицу всех исходных и полученных данных экономической эффективности. Стоимость комплекта оборудования погодного радара Rockwell Collins WXR-2100 MultiScan ThreatTrack™ зависит от диаметра передатчика локатора – антенны: Диаметр 12 дюймов – 193 тысяч долларов; Диаметр 14 дюймов – 197 тысяч долларов; Диаметр 18 дюймов – 200 тысяч долларов. Стоимость установки и монтажа бортовой РЛС на воздушное судно Boeing 737 порядка 100 тысяч долларов. Срок ее службы жестко не регламентирован, а первое техническое обслуживание и диагностика всего оборудования бортовой метеонавигационной РЛС предусмотрено на 15 тысячах летных часов. Для расчетов берем стоимость оборудования с диаметром антенны 18 дюймов и стоимость установки. Всего затраты на внедрение нового погодного радара достигают 300 тысяч долларов. 64 Данные, полученные в течение 2-ух последних десятилетий по итогам исследования в рамках проекта NASA по предотвращению авиационных инцидентов, связанных с неблагоприятными метеорологическими условиями (NASA Weather Accident Prevention Project), свидетельствуют о том, что турбулентность, приводящая к мелким или значительным повреждениями ВС, обходилась авиакомпаниями в сумму от 28 тысяч до 167 тысяч долларов на каждый авиационный инцидент. В среднем, количество инцидентов, связанных с турбулентностью достигает 750 случаев в год, а расходы авиационной отрасли в год составляют от 30 до 60 млн. долларов. Повреждения воздушных судов, вызываемые молнией и градом, могут непосредственно в геометрической прогрессии увеличить связанные с ними затраты. Для расчетов возьмем наилучшее развитие событий – 1 инцидент в год со средними затратами на восстановление ВС 100 тысяч долларов. Ен – нормативный коэффициент сравнительной эффективности, для воздушного транспорта он равен 0,15. На основе этих данных, вычислим годовую экономическую эффективность (экономический эффект от внедрения): Э = Эгод–Ен * (К2-К1+Ку) = 100 – 0,15*(300-100+8) = 200 – 31,2= 68,8 тысяч долларов. Вычислим срок окупаемости дополнительных капитальных вложений: Тдоп = К2-К1+Ку/Эгод = (300-100+8)/100 = 2 года Таблица 3 – Исходные и полученные данные расчетов Показатели Значения Буквенные обозначения Стоимость комплекта WXR-2100 MultiScan 200 тысяч долларов ThreatTrack™ К2 Стоимость установки и монтажа WXR-2100 MultiScan 100 тысяч долларов ThreatTrack™ 65 Продолжение таблицы 3 Срок службы до 1-го технического обслуживания Затраты на восстановление ВС при одном инциденте в год (в среднем) Стоимость заменяемого оборудования (в среднем) Годовая экономическая эффективность 15 тысяч летных часов - 100 тысяч долларов Эгод 100 тысяч долларов К1 68,8 тысяч долларов Э 2 года Тдоп Срок окупаемости Выводы и предложения: Внедрение современного бортового метеорадара Rockwell Collins WXR2100 MultiScan ThreatTrack™ позволит получить значительную экономию затрат авиакомпании на восстановлении ВС при попадании в опасные метеорологические условия, таких как турбулентность ясного неба, молний и града, а также высотного обледенения «Ice Crystal». Погодный радар нового поколения способен предупредить экипаж о наличии этих явлений по маршруту полета, благодаря чему удастся избежать пролета в таких районах. Годовая экономическая эффективность при обновлении этого оборудования на ВС Boeing 737 достигает 68,8 тыс. долларов и более всего лишь при предотвращении одного инцидента в год. Срок окупаемости капитальных вложений составит 2 года и менее. Мероприятия по внедрению нового поколения метеонавигационной РЛС позволят значительно сократить потери затраты на восстановления воздушного судна, время простоя ВС на время ремонта, улучшить техническую оснащенность оборудования ВС и условия для работы летного экипажа. 66 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате исследований в данной дипломной работе сделаны следующие выводы: 1. На полеты воздушных судов в гражданской авиации оказывает влияние целый ряд опасных метеорологических явлений. На сегодняшний день наибольшее влияние на полеты оказывают 2. грозовая деятельность, атмосферная турбулентность и обледенение ВС. 3. Основную информацию об опасных атмосферных явлениях на борту экипаж получает от бортовой РЛС, которая в полете помогает экипажу своевременно и точно определить местоположение метеообразований по маршруту. 4. Новые разработки в системе РЛС, например, MultiScan ThreatTrack™, открывают новые возможности, повышают надежность и эффективность работы экипажа, по оценке степени опасности атмосферных явлений. 5. Новая система MultiScan ThreatTrack™ позволяет определять наиболее актуальные на сегодняшний день явления – двухуровневые зоны конвективной турбулентности, области электризации атмосферы, молнии, град, турбулентность ясного неба и высотное обледенение «Ice Crystal». 6. Для совершенствования обеспечения экипажем достоверной информацией о грозовой деятельности и других опасных явлений погоды, необходимо внедрять в Российской Федерации систему цифрового спутникового вещания (трансляции) метеорологической информации. 7. Внедрение Digital ATIS в России способствовало бы повышению безопасности полетов, качества приема летным экипажем информации о погоде на аэродроме и экономии времени в полете. 67 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Федеральные авиационные правила "Подготовка и выполнение полётов в гражданской авиации Российской Федерации" (с изменениями на 10 февраля 2014) [Электронный ресурс] : [утверждены приказом Минтранса России от 31 июля 2009 года № 128 : действ. с 09.11.2009] 2. Федеральные авиационные правила "Подготовка и выполнение полётов в гражданской авиации Российской Федерации" (с изменениями на 10 февраля 2014) [Электронный ресурс] : [утверждены приказом Минтранса России от 31 июля 2009 года № 128 : действ. с 09.11.2009] // ИС "Техэксперт: 3. Международная организация гражданской авиации (ИКАО) (Doc 7300 Приложение 6. Ч. 1). Конвенция о международной гражданской авиации. Приложение 6: Эксплуатация воздушных судов. Ч. 1: Международный коммерческий воздушный транспорт. Самолёты. – 9-е изд.; июль 2010. – Канада, Монреаль : ИКАО, 2010. 4. Международная организация гражданской авиации (ИКАО) (Doc 8896AN/893). Руководство по авиационной метеорологии / утв. Ген. секретарём и опубл. с его санкции. – 9-е изд. – Канада, Монреаль: ИКАО, 2011. 5. Международная организация гражданской авиации (ИКАО) (Doc 9756AN/965). Руководство по расследованию авиационных происшествий и инцидентов. Ч. IV : Представление отчётов / утв. Ген. секретарём и опубл. с его санкции. - 1-е изд. - Канада, Монреаль: ИКАО, 2003. 6. Международная организация гражданской авиации (ИКАО) (Doc 9808 AN/765). Человеческий фактор в системе мер безопасности гражданской авиации / утв. Ген. секретарём и опубл. с его санкции. – 1-е изд. – Канада, Монреаль : ИКАО, 2002. 7. Положения и эксплуатационные правила, касающиеся БСПС : письмо Генерального секретаря ИКАО от 30.08.2002 № AN11/19-02/82. 68 8. Баранов, А.М. Авиационная метеорология и метеорологическое обеспечение полётов: учебник для вузов ГА / А.М. Баранов, Г.П. Лещенко, Л.Ю. Белоусова. – М.: Транспорт, 1993. – 287 с. 9. Лушников, А.С. Бортовые радиоэлектронные системы обеспечения безопасности полётов воздушных судов : учеб. пособие / А.С. Лушников. – Ульяновск : УВАУ ГА(И), 2009. – 144 с. Сафонова, Т.В. Авиационная метеорология : учеб. пособие / Т.В. Сафонова. – Ульяновск: УВАУ ГА(И), 2009. – 242 с. 10. Aveneau, C. Final report on ACAS/RVSM interaction – ACAS/WP-3.6/ 185D – модификации 1.0 / C. Aveneau, B. Bonnemaison // Released issue. – NY, 2001. 11. Collins WXR-2100 MultiScan™ Radar Fully Automatic Weather Radar: operator’s guide, Rockwell Collins, Inc – USA, 2003. 12. Flight Crew Operations Manual 737-8K5/-8Q8: Document Number D627370-800-TYM – The Boeing Company , November 20, 2009. 13.MultiScan ThreatTrack Quick Reference Guide - Boeing, Rockwell Collins, Inc - USA, 2014. 14. Официальный сайт компании Rockwell Collins. – Режим доступа: http://www.rockwellcollins.com. – электронный ресурс 69
