Спецтехника

Безопасность выполнения полетов самолетов определяется сочетанием различных факторов. К ним относится и влияние внешней среды, которое проявляется в изменении несущих свойств самолета и снижении эффективности органов управления вплоть до потери управляемости в полете. Вклад турбулентных вихревых следов в причины потери управляемости самолета составляет более 30%.

За каждым летящим самолетом образуется вихревой след, представляющий собой вращательное движение массы воздуха в виде двух вихревых жгутов, сходящих с консолей крыла. Вихревой след характеризуется наличием значительных по величине скосов потока, существенно меняющих картину обтекания поверхности самолета, попадающего в след.

Спутный след за ЛА является неограниченным потоком, который движется со средней скоростью невозмущенного потока. Длина спутного следа составляет от нескольких километров до нескольких десятков километров и зависит от:

• компоновки, веса ЛА
• состояния механизации крыла
• условий полета (высота, скорость, перегрузка)
• состояния атмосферы

В зоне формирования происходит сворачивание вихревой пелены ЛА в два, а для некоторых самолетов и более, мощных концевых жгута. Протяженность зоны формирования спутного следа составляет 2-3 размаха крыла ЛА.

Зона устойчивого спутного следа характеризуется наличием двух концевых жгутов — устойчивых формирований, имеющими противоположное вращение вовнутрь. Продолжительность этой зоны значительна. Она зависит от компоновки ЛА, полетного веса, режимов обтекания и состояния атмосферы и составляет от нескольких километров до нескольких десятков километров. При симметричной нагрузке расстояние между осями концевых жгутов составляет примерно 0,8 от размаха крыла. Начиная с этой зоны, спутный след за ЛА имеет тенденцию к снижению. В начальный период времени след снижается интенсивно, затем скорость снижения постепенно затухает и след зависает примерно на 100-150 метров ниже траектории.

По мере развития спутного следа оси концевых жгутов искривляются и принимают вид синусоид. На этом расстоянии начинается зона неустойчивого спутного следа. Система концевых жгутов продолжает существовать относительно долго, иногда более 2-З минут. Оси концевых жгутов волнообразно сходятся и расходятся до тех пор, пока не соединятся в более близких точках и не образуют цепочку изолированных вихревых колец. С этого момента наступает зона разрушенного следа.

В зоне разрушенного следа наблюдается цепочка вихревых колец и разрушение спутного следа. Зона разрушенного спутного следа по протяженности существенно меньше зоны неустойчивого следа.

Попадание другого самолета в спутную струю приводит к значительному изменению углов атаки и скольжения, а, следовательно, и к существенному нарушению режима полета. Характер поведения самолета зависит от того, в какое место спутной струи он попадает.

Если самолет, находящийся на уровне спутной струи (I), приближается к ней с внешней стороны, то появляется момент, который накреняет самолет в наружную сторону от струи, в результате чего самолет отбрасывается от нее. Такое накренение сопровождается значительной потерей высоты, до 150 — 200 м c угловой скоростью крена до 200 °/с, а поэтому на малых высотах, например, при предпосадочном снижении, оно представляет значительную опасность.

Если фюзеляж самолета проходит через центр вихря (II), то появляется значительный момент, накреняющий самолет внутрь спутной струи. Самолет в этих случаях может перевернуться на 130°. Этот случай также опасен, особенно, если он неожиданный, так как пока летчик разберется, в чем дело, может произойти значительная потеря высоты.

Если самолет попадает внутрь спутной струи, но не в ее середину (III), то момент накреняет самолет в наружную сторону. Воздействие спутной струи на самолет может быть настолько сильным, что для парирования накренения недостаточно даже полного отклонения элеронов.

Вблизи земли на высоте, примерно равной полуразмаху, вихревые жгуты прекращают свое перемещение вниз и начинают перемещаться вдоль земной поверхности, зачастую вызывая рядом с собой вторичные вихреобразования.

В районе аэродрома благоприятные условия для образования вторичных вихревых потоков создаются большими строениями, зданиями, сооружениями, поверхностью земли со сложными рельефом местности и переменной шероховатостью. Воздух обтекает строения сбоку, сверху, способствуя образованию локальных вихревых потоков, в том числе и сдвига ветра. Интерференция спутного следа и этих вихревых потоков приводит к появлению на аэродроме зон со сложной структурой течения, сдвигом ветра, роторами и скоростями потока, представляющими опасность для ЛА. Например, боковой ветер в 2-4 м/с может практически остановить один из перемещающихся вдоль земли жгутов над ВПП, что представляет особенную опасность с точки зрения групповых полетов.

В настоящее время вопросы обеспечения безопасности полета по предотвращению столкновений в воздухе и с земной поверхностью, по попаданию в грозовые метеообразования и воздушные слои со сдвигом ветра решены на приемлемом уровне для отдельных систем (TCAS, TAWS/EGPWS, WXR).

Предлагаемая ЗАО «РАА «Спецтехника» бортовая система обеспечения безопасности полета с учетом вихревого прогноза (БСБП) интегрирует функции вышеперечисленных систем и дополнительно позволяет исключать возникновение особых ситуаций, связанных с возможностью столкновения воздушных судов (ВС) на земле между собой и с наземными сооружениями, а также попадание в опасные вихревые потоки и метеообразования.

При разработке БСБП реализован принципиально новый подход к решению задач предупреждения столкновений и вихревой безопасности, основанный на использовании технологии АЗН-В, что обеспечивает высокую достоверность оценки обстановки и конфликтных ситуаций с адекватным их разрешением.

Новые функции и дополнительные возможности БСБП:

• комплексная обработка информации;
• формирование на средствах индикации образа воздушной обстановки с учетом вихревого следа;
• совмещение в одной бортовой системе функций обеспечения вихревой безопасности полетов с функциями TCAS (предупреждение столкновений в воздухе), TAWS/EGPWS (предупреждение столкновений с земной поверхностью) и AMDAR (измерение на борту и передача метеоданных в глобальную метеорологическую сеть);
• повышение эффективности использования воздушного пространства на всех этапах полета;
• повышение безопасности полетов путем комплексного использования БСБП и технических средств обучения, в том числе, тренажеров;
• обеспечение комплексного решения задач обеспечения безопасности полетов и информационной поддержки задач навигации RNP/RNAV.

Использование информационных возможностей БСБП позволяет:

• повысить точность определения параметров взаимного пространственного положения конфликтующих воздушных судов и скорости их сближения;
• избегать столкновений не только путем разведения летательных аппаратов по высоте, но и по направлению;
• решить задачу распознавания конфликтной ситуации и выработки управляющих воздействий для ее разрешения.

БСБП осуществляет определение интегральной угрозы столкновения ВС с земной поверхностью, зданиями, сооружениями и создаваемыми ими опасными турбулентными вихревыми зонами, а также с опасными вихревыми зонами, образующимися при обтекании ВС набегающим потоком воздуха и метеообразованиями, обнаруженными с помощью метеорадиолокатора.

При нахождении ВС на земле решается задача предупреждения его столкновения с другими ВС и с наземными транспортными средствами, оборудованными транспондерами АЗН-В, при его движении по ВПП и РД аэродрома. При этом БСБП осуществляет обнаружение конфликтных ситуаций и их классификацию по уровню угрозы с использованием информации о радиальной дальности конфликтующего объекта и скорости сближения.

БСБП обеспечивает получение данных от бортовых датчиков метеоинформации и передачу этих данных в наземные системы метеорологического обеспечения полетов по каналам АЗН-В (функция бортовой метеостанции типа AMDAR).

БСБП дополнительно получает информацию от наземных технических средств дистанционного мониторинга микрометеорологической обстановки в зоне аэродрома — сканирующих допплеровских лидаров, определяющих следующие параметры: вертикальный профиль скорости ветра, структуру аэрозольных слоев, высоту нижней кромки облачности, дальность видимости, наличие и структуру облачных слоев, интенсивность и динамику вихревых следов за ВС, сдвиг ветра, пространственное распределение вертикальной компоненты скорости ветра, профиль фоновой турбулентности, интенсивность турбулентности в вихревых следах.

Источник: https://raa-st.ru/projects/ISSF/