飛機電子系統中避撞設備的發展和技術探討

尚金龍　吳勇

摘 要:介紹了TCAS最新版和TCAS的類型,著重分析了TCAS II的避撞探測機理、運行限制和操作辦法,具體以B747-400為例,總結了當出現咨詢和警告時的操作動作。最后提出TCAS系統的復雜性和關聯性要求各部門之間協作保證TCAS發揮應有的功用。

關鍵詞:TCAS探測應答機RA

中圖分類號:TN912.2 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0033-02

1 TCAS最新版

自2011年霍尼韋爾宣布世界首個安裝有SmartTraffic系統升級版的空中交通防撞系統(以下簡稱TCAS)得到認證以來,世界上最先進的防撞系統已經誕生,它被歐洲航空協會認為是全球TCAS系統的一次安全升級。利用了ADS-B技術對存在的安全風險提出解決方案,提高了飛機感應復雜環境的靈敏度。與6.0、6.04(A)版本相比,在越洋飛行時可以讓飛行員選擇更理想的飛行高度,能夠快速適應新選擇的航線,大大降低了航空公司的運營成本,實現了頂級混合監控和空中交通環境的識別功能力。

2TCAS類型

早期的TCAS I,為駕駛員提供飛機周圍大約40英里內的交通狀況,可發出相應的咨詢和警告但不能提供垂直和水平避讓命令,與空管中心協助解決危險狀況。

TCAS II,是更先進的TCAS,發射詢問信號來探測和跟蹤30n mile內裝備了TCAS II或ATC飛機的軌跡,并可以通過視覺和語音向機組發出咨詢和警戒。相對早期的TCASI具有(RA:Resolution Advisory)的附加功能。RA方式工作時,TCAS可發出類似“Climb,Climb”或“Descend,Descent”之類的機動指令,或告訴駕駛員無需采取機動動作。RA信息有兩種,一種是改正RA,要求機組改變當前的垂直速度,一種是預防RA,只需監控當前垂直速度。當其他飛機進近的最近點小于48秒時,則會發布空中交通咨詢TA(Traffic Advisory)。進近的最近點是指兩架飛機相距最近的空間點,是根據飛機目前的航跡和速度預測出來的。空中發出交通咨詢后,如果兩架飛機繼續沿著可能有危險的航跡飛行,則在離最近點大約35s處,系統會提供處理建議RA。代表其他飛機的符號會變為固定的紅色方塊,同時伴有諸如“INCREASE CLIMB,INCREASE CLIMB”之類的躲避機動語音提示。

TCAS III,全能型避讓, 除了執行垂直機動外,還可以發出水平避讓指令躲避入侵飛機。由于技術原因,停止發展。

TCASⅣ,取代TCAS III。除了可以爬升和下降,還可以左轉右轉。

3TCAS II探測

TCASII探測裝有A/C模式、S模式應答機的飛機發出RA,前提要求入侵飛機高度報告有效,否則視為與本機同一高度,發出TA警告；S模式應答機每秒一次發射下傳信息(包含24位地址碼),以通報存在(TCAS II可以通過接受這個信號,還可以通過對地面臺S模式全呼叫詢問的應答來獲取入侵飛機的24位地址碼)。獲得地址碼TCAS II把其加在自己的滾動詢問菜單中,定期循環詢問飛機,動態跟蹤飛機的位置。當檢測出對本機有威脅,其軌跡就會在HIS/ND上顯示給機組。根據對方飛機應答機類型,探測情況可以有如下幾種情形:

(1)對方飛機帶有TCAS II:提供TA和RA,同時協調避讓。

(2)對方飛機帶有S模式提供TA和RA。

(3)對方飛機帶有C模式:提供RA和TA。

(4)對方飛機帶有A模式:僅提供TA。

(5)對方飛機無應答機或應答機不工作:無法探測。

4 TCASII運行限制和機組程序

(1)當飛機的爬升能力受到性能限制時,不能發布CLIMB信息；

(2)無線電高度低于1450英尺,INCREASE DESCENT被抑制；

(3)無線電高度低于1000英尺時,DESCEND被抑制；

(4)無線電高度低于500英尺時,不能發布任何RA；

(5)無線電高度低于400英尺時,TA聲音被抑制；

(6)出現GPWS警告時,TCAS的所有聲音警告被抑制；

(7)在RA期間,如果對方飛機的高度信息喪失,該RA信息自動結束,但不會發布 CLEAR OF CONFLICT通告。

出現TA信息時,機組借助EFIS上顯示的信息,目視搜索入侵飛機。當且僅當用眼睛直接看到入侵飛機才操縱飛機保證垂直間隔；出現RA信息時,盡快操縱飛機進入凈空域。情況需要時快速調整飛機的垂直速度,保持VSI指針處于紅區之外,或飛機符號處在PFD上的紅色區域以外。為了遵守TCAS決策信息,允許偏離原定的許可高度,例如,爬升或下降改為平飛等；當沖入解除時,快速操縱飛機返回原定航線。要求使用500fpm以下的垂直速度。

5TCASII操作舉例

以B747-400為例,總結當TCAS咨詢和警告信息出現時應完成的動作:

(1)當出現TA信息時,迅速完成如下動作:在交通顯示的幫助下,目視搜尋交通目標；呼叫任何相沖突的交通目標；除非親眼看到目標,確認間隔不合適,否則不作避讓機動。

(2)當出現RA信息時,如果飛機符號處在PFD上的紅色區域以內,迅速完成如下動作:脫開AP,柔和地調整俯仰姿態和推力以達到RA的要求；建立目視接觸；沖突解除時,平穩地操縱飛機返回到原許可高度并通報ATC。

(3)如果在著陸情況下出現爬升RA,迅速完成如下動作:脫開AP和AT,前推手柄到最大推力；柔和地調整俯仰姿態以滿足RA的要求,同時執行正常的復飛程序；建立目視接觸；沖突消除時,與ATC協商下一步的許可。

6 TCASII與其他系統的交聯

TCAS是一個極其重要又復雜的機載設備,輸入信號有航向、俯仰角、橫滾角、氣壓高度、無線電高度、顯示控制、工作方式控制、S模式應答機、最大速率、空地邏輯信號、起落架手柄信號、風切變或近地警告信號等,這些信號的獲得就決定了TCAS系統與飛機其他機載系統有復雜的交聯,主要有:ADIRS系統、S模式應答機、ADCS、GPWS、L波段互抑制等。系統的交聯和內部復雜的構造,對系統的維護和排故提出更高的要求,關聯系統輸入信號的精度和靈敏度會對TCAS的輸出產生很大影響,TCAS有些故障通過自測試并不能檢查出來,加上電子信號會受到電磁的干擾,使得TCAS系統故障率較高。這就需要一個故障推理機制加上豐富的排故經驗,了解并分析故障現象,嚴格按照手冊施工,還要注意細節,比如說對TCAS進行拆裝時,要佩戴防靜電腕帶,避免靜電干擾。

7 結語

任何先進的設備必須在正確的使用下才發揮作用,否則不能實現預期的目的。現在民航飛機已安裝多種警告設備,但是實際中很少報警,德國博登湖撞擊事件看出飛行員接觸TCAS機會很少,對設備并不熟悉。航空管理部分必須制定完善的法規,航空公司應加強飛行員對設備理論和有關法規的學習,定期進行模擬訓練,練習平時不易發生但又必須掌握的技術,在遭遇特殊情況時迅速正確處理,才能保證安全。

參考文獻

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[2] 董健康,潘玉娥,耿宏.一種飛機TCAS電子系統故障診斷系統設計[J].測控技術與儀器儀表,2011,第37卷第三期:91-92.

[3] 李翔.飛機交通警戒和防撞系統基礎與排故案例.[EB/OL].http://www.airacm.com/experience/342/1/17.html.