基于機場Type Ⅰ ILS設備進行CAT Ⅱ ILS試飛的可行性研究

章園媛，白衛國

(中國商用飛機有限責任公司 民用飛機試飛中心，上海 201323)

0 引 言

適航性是按照公眾批準的最低安全要求繼續飛行的航空器固有品質，是民用航空器的一種屬性。根據我國民用航空器的適航管理法規和規定，國產民用飛機必須按照適航要求向中國民航局航空器適航審定司表明其符合性。作為一種較常見的符合性驗證方法，飛行試驗是在真實的飛行環境下進行的各類試驗[1]。對于民用飛機，飛行試驗在飛機型號合格審定過程和飛機適航管理過程中占有極其重要地位。

Ⅱ類儀表著陸系統飛行試驗，簡稱CAT Ⅱ ILS試飛，旨在向適航當局表明飛機的自動飛行控制系統具有CAT Ⅱ ILS運營能力。通常適航要求在安裝有Ⅱ類設備性能的儀表著陸系統(簡稱Type Ⅱ ILS)的機場進行。目前我國具備CAT Ⅱ類運行條件的機場皆為國際性樞紐機場如首都國際機場、上海浦東機場等，受航班量大、空域緊張、資源調配困難等因素影響，這類機場很難平衡各項要求來滿足試驗所需。而國外符合要求的機場也存在協調難、經費高、周期長等問題。因此，能否有效選擇適合的機場在很大程度上影響試驗的開展。

根據美國聯邦航空管理局(FAA)頒布的咨詢通告[2]，采用安裝有Ⅰ類設備性能的儀表著陸系統的機場開展試驗，即采用Type Ⅰ ILS設備進行CAT Ⅱ ILS試飛，在特定條件下同樣能滿足規章要求，獲得適航當局認可。資料表明國外利用相關經驗開始研究采用CATI類地基增強系統(GBAS)開展CATⅡ類運行[3]，而國內因民用飛機試飛水平尚處在初步發展階段，采用此類試飛方法進行飛行試驗的研究尚未起步。

基于上述考慮，在國內本文首次提出采用Type Ⅰ ILS設備進行CAT Ⅱ ILS試飛，并做深入研究，分析證明其可行性。

1 可行性研究思路

采用Type Ⅰ ILS設備進行CAT Ⅱ ILS試飛的可行性研究，其重點在于分析驗證使用性能類別相對較低的Type Ⅰ ILS設備進行試驗依然滿足適航審定要求，這也是后續開展試驗、結果驗證的前題。因此本文根據相關適航條款、規定，按下述步驟驗證分析采用Type Ⅰ ILS設備進行CAT Ⅱ ILS試飛的可行性。

首先，適航條款允許使用其他類型的導航設備進行Ⅱ類ILS運行，這里其他類型的導航設備包括采用Type Ⅰ ILS設備。這類設備因性能不滿足 Ⅱ類ILS運行的標準設備需求，須獲得適航當局特別審批[2,4]。其次，技術要求規定這類設備在校驗后性能不應低于Ⅱ/D/2級別，且具有可維護性，同時為防止對ILS空間信號造成不可接受的干擾，應對ILS臨界區進行有效保護[5-6]。因此，采用機場Type Ⅰ ILS設備有效進行CAT Ⅱ ILS試飛應滿足如下要求：

(1) 地面ILS設備具有Ⅱ類設備性能；

(2) 其航向信標的航道結構滿足Ⅲ類設備規范(飛到ILS基準數據點 “D”點)；

(3) 符合2級完整性和連續性要求；

(4) 系統運行過程中，車輛、航空器等不得進入該區域。

一般采用飛行校驗的方式來檢測機場地面導航設備的性能，經過飛行校驗后的設備能夠達到最佳狀態。因此，在設備定期校驗時，針對航向信標航道結構這一參數，按照Ⅲ類設備規范校準可滿足要求(2)。要求(3)中，ILS設備信號的完整性和連續性級別定義分別體現了不發射錯誤引導信號的概率及不丟失引導信號的概率，通常已達到了機場Ⅰ類 ILS運行設備2級完整性和連續性的要求[7]。而要求(4)只需在試飛驗證時保證ILS運行過程中車輛、航空器不得進入ILS臨界區即可。綜上所述，當機場地面ILS設備滿足Ⅱ類設備性能要求，即可表明采用機場Type Ⅰ ILS設備進行CAT Ⅱ ILS試飛具有可行性。

本文通過對照Ⅰ類和Ⅱ類設備性能的ILS技術規范，找出與標準值及容限要求存在差異的各項技術要求，并將差異項與真實機場ILS校驗報告進行比對，分析Type Ⅰ ILS設備在一定條件下滿足Ⅱ類設備性能的要求，完成可行性研究。

2 ILS設備性能分析

采用飛行校驗的手段檢測ILS設備性能，主要體現為兩個檢查校準過程：一是信號的正常性檢查，即對正常發射的ILS信號進行標稱量值的檢查及調整，判斷信號是否符合要求，如航道、校直、寬度、覆蓋等參數；二是根據信號完整性告警門限，驗證并校準地面ILS設備的告警門限值，使其與空中信號的告警門限保持一致，告警數值設置表示所允許的信號變化范圍[8]。

Ⅰ類和Ⅱ類設備性能的ILS各項校驗項目技術要求不同，通過判斷校驗結果是否滿足相關類別的標準值及容限要求，可準確區分ILS設備性能類別。

2.1 性能類別標準

ILS設備性能校驗包括航向信標和下滑信標的校驗[9]。根據ILS飛行校驗調試技術規范[10]，Type Ⅰ ILS設備和Type Ⅱ ILS設備的校驗項目及技術要求如表1～表2所示。

表1 ILS航向信標校驗技術要求

表2 ILS下滑信標校驗技術要求

從表1～表2可以看出：ILS設備航向信標的12項定期校驗性能指標中只有5項針對Ⅰ類和Ⅱ類的標準值及容限要求存在差異；而ILS下滑信標的11項定期校驗的性能指標中只有3項針對Ⅰ類和Ⅱ類的標準值及容限要求存在差異。

由此可見，Type Ⅰ ILS設備和Type Ⅱ ILS設備性能要求多數是一致的，如果Type Ⅰ ILS設備實際校驗數據中體現兩者差異部分的數值能滿足Type Ⅱ ILS設備的性能要求，可說明Type Ⅰ ILS設備達到Ⅱ類設備性能的要求。

2.2 校驗結果分析

根據國內某A機場18號、36號跑道和某B機場22號跑道Ⅰ類儀表著陸系統定期校驗報告的數據，ILS設備的校驗參數有：

(1) 航向信標校準參數：調制度，航道校直，航道校直告警(90 Hz、150 Hz)，航道結構(1、2、3區)，航道寬度，寬度對稱性，航道寬度告警(寬、窄告警)，覆蓋；

(2) 航向信標檢測參數：識別，余隙/角度(90 Hz、150 Hz)，極化；

(3) 下滑信標校準參數：調制度，下滑角/入口高度，下滑角下限告警，下滑道結構(1、2、3區)，下滑道寬度，寬度對稱性，下滑寬度告警(寬、窄告警)，覆蓋；

(4) 下滑信標檢測參數：150 Hz余隙/角度。

上述參數與Ⅱ類ILS設備定期校驗的飛行校驗項目一致。

依據2.1節分析，將報告中航向信標的航道校直、校直告警、航道結構(2、3區)、寬度對稱性、極化5項校驗數據，及下滑信標的寬度對稱性、下滑道結構(2、3區)、寬度告警3項校驗數據與Ⅱ類設備性能技術要求進行比對分析，結果如表3～表4所示。

表3 ILS航向信標校驗結果分析

表4 ILS下滑信標校驗結果分析

從表3可以看出：不同機場不同跑道，相同機場不同跑道的Ⅰ類ILS航向信標的航道校直、航道結構、寬度對稱性、極化均滿足Ⅱ類精度要求；只有校直告警僅滿足Ⅰ類±15 μA的精度要求，未達到Ⅱ類±10 μA的精度要求。校直告警是航道監視器在檢測到航道的偏移超過門限值時產生的信號完整性告警，只是監控器允許偏差的一個范圍，不影響信號本身的精度。實際驗證時通過地面導航設備運行的監控器數據判斷其未超過Ⅱ類±10 μA的精度要求即可。

從表4可以看出：不同機場不同跑道，相同機場不同跑道的Ⅰ類ILS下滑信標的下滑道結構、寬度對稱性均滿足Ⅱ類精度要求；只有寬度告警僅滿足Ⅰ類0.945°的精度要求，未達到Ⅱ類0.90°的精度要求。寬度告警是地面設備監視器檢測到下滑寬度角度達到預期告警門限值時產生的告警，是監控器允許偏差的一個范圍，不影響信號本身的精度。實際驗證時通過地面導航設備運行的監控器數據判斷其未超過Ⅱ類0.90°的精度要求即可。

綜上分析，Type Ⅰ ILS設備在實際性能校驗數據中兩者差異部分的數值均能滿足Type Ⅱ ILS設備的性能要求。因此，Type Ⅰ ILS設備性能滿足Ⅱ類設備性能要求。

3 結 論

(1) 本文依據適航條款，在不影響審定結果的前提下，采用設備性能類別相對較低的Type Ⅰ ILS設備進行CAT Ⅱ ILS試飛，有效解決了試驗機場選擇難、試飛效率低的問題。

(2) 通過將Type Ⅰ ILS設備和Type Ⅱ ILS設備性能技術標準對比分析，驗證了Type Ⅰ ILS設備滿足Ⅱ類設備性能要求。

(3) 根據本文分析，當機場地面ILS設備滿足Ⅱ類設備性能要求，采用機場Type Ⅰ ILS設備進行CAT Ⅱ ILS試飛具有可行性，滿足適航審定要求。