• 001.jpg
  • 002.jpg
  • 003.jpg
  • 004.jpg
  • 005.jpg
  • 006.jpg
  • 007.jpg
  • 008.jpg
  • 009.jpg
  • 010.jpg

Система вихревой безопасности

Предпосылки:

Неотъемлемой частью процесса создания летательным аппаратом подъемной силы является образование за ним вихревого следа. Он представляет собой сильные завихрения воздуха, образуемые на концах крыла вследствие разницы давления на его несущих поверхностях. Диаметр таких завихрений может достигать 8-15 метров, а окружная скорость - 150 км/ч. Вихревой след зависит от компоновки воздушного судна, полетного веса и режима обтекания. Попадание в вихревой след может привести к неконтролируемой угловой скорости по крену (до 200 градусов в секунду), потере высоты (до 150-200 метров) и, в конечном итоге, полной потере управляемости.

Кроме того, след протяженностью в несколько километров под действием сил различной природы может опускаться ниже траектории самолета на 150-300 метров, а также смещаться в горизонтальном направлении из-за ветра и влияния земли, что не позволяет без специальных технических решений знать его положение и предупреждать возможность попадания в него.

В истории авиации хорошо известны инциденты и катастрофы, вызванные этим явлением. 12 ноября 2001 г. после взлета и выполнения схемы выхода из аэропорта Джона Ф. Кеннеди Аэробус А300-400 авиакомпании "American Airlines" на высоте 800 м попал в зону сильной турбулентности вихревого следа Боинга В747-400 авиакомпании "Japan Airlines", что привело к потере управляемости. Расследование авиационной катастрофы показало, насколько опасным и скоротечным для воздушного судна явился фактор турбулентности в следе. Переход от аварийной ситуации к катастрофической длился 8 секунд. В результате погибли 251 пассажир, 9 членов экипажа и 5 человек на земле.

Вихревые следы влияют не только на безопасность полетов, но и оказывают существенное влияние на экономику воздушно-транспортной системы. В настоящее время на практике действуют правила ИКАО, определяющие минимальные расстояния между летящими в одном направлении самолетами по условиям непопадания в вихревые следы (горизонтальное эшелонирование). В некоторых случаях эти расстояния достигают 6 морских миль. Для взлетов и посадок воздушных судов на одну ВПП или на параллельных близко расположенных ВПП допустимый временной интервал между операциями составляет 2-3 минуты.

В ситуации постоянного роста потребностей в авиаперевозках многие крупнейшие аэропорты мира уже работают на пике своей пропускной способности. Задержки взлетов и посадок по причине обеспечения требуемых ИКАО безопасных интервалов следования в европейских аэропортах, по данным Wake Net Europe, к 2015 г. составят порядка 40%, что эквивалентно большим финансовым потерям, исчисляемым миллиардами евро.

Нормы ИКАО определяют также вертикальное эшелонирование самолетов при полете на маршруте. Необходимость увеличения пропускной способности воздушных трасс привела к введению 6 дополнительных эшелонов полета (программа RVSM) и введению на некоторых высотах полета минимума вертикального эшелонирования 1 000 футов вместо традиционных 2 000 футов. Однако практика полетов в условиях RVSM показала, что близость воздушных судов привела к увеличению докладов пилотов о турбулентности в вихревом следе. По данным NATS, частота входов в вихревые следы увеличилась с 1,8 до 6,2 раз на 100 тыс. часов полета. Таким образом, необходимость исследований в данной области продиктована двумя причинами - требованиями безопасности полетов и экономическими факторами.

Решение:

За рубежом большие надежды возлагались на бортовые системы инструментального обнаружения вихревых следов. Однако многолетние разработки в этой области показали бесперспективность использования для этих целей бортовых лидаров и радаров, поэтому российские ученые избрали другой путь решения проблемы.

Пространственное положение вихревого следа можно рассчитать на основе математической модели его поведения, учитывающей показания бортовых систем, геометрию летательного аппарата и метеорологическую обстановку. Результатом математических расчетов является индикация вихревых следов на дисплее в кабине пилота, позволяющая ему избегать попадания в опасные зоны.

В основе концепции российской разработки лежит еще один принцип: каждое воздушное судно само рассчитывает свой собственный вихревой след и информирует о нем всех участников воздушного движения, включая диспетчера. Информация о вихревом следе передается по открытым цифровым линиям передачи данных. Такой подход оказался весьма перспективным в связи с рекомендациями ИКАО по внедрению технологий CNS/ATM ИКАО, составной частью которых является развитие линий передачи цифровых данных, реализуемых аппаратурой автоматического зависимого наблюдения в вещательном режиме (АЗН-В). Цель внедрения технологий CNS/ATM ИКАО состоит в обеспечении безопасности полетов на основе принципа «все видят всех». Российская Интегрированная система обеспечения вихревой безопасности полетов на основе применения спутниковых навигационных и телекоммуникационных технологий (ИСВБП) расширяет этот принцип «все видят всех, включая след каждого».

ИСВБП базируется на инновационном подходе, разработанном и запатентованном авторами - сотрудниками ОАО «АСТРА». Данная система на основе перспективных технологий CNS/ATM ИКАО обеспечивает информирование экипажей воздушных судов и диспетчеров системы УВД об опасных вихревых следах, реализуя принцип полной ситуационной осведомленности всех участников воздушного движения о текущей и прогнозируемой вихревой обстановке.

Инновационная интегрированная система вихревой безопасности полетов соответствует перспективным требованиям ИКАО по сокращению минимумов эшелонирования воздушных судов по вихревой турбулентности (предусмотрены в ИКАО ASBU (Blocs B0-70, B1-70 и B2-70).

В информацию о вихревых следах входят данные, вычисляемые на борту каждого воздушного судна, с использованием разработанных авторами проекта численных алгоритмов. Эти алгоритмы вычисляют существующее и прогнозируемое положение вихревого следа и его интенсивность на основе данных о типе воздушного судна, его конфигурации, параметрах полета, принимая во внимание метеорологические данные о скорости ветра, атмосферной турбулентности и стратификации. Потенциальные конфликтные ситуации, связанные с попаданием в вихревой след (включая рекомендации по избеганию опасной зоны) ранжируются по степени опасности и графически отображаются всем аэронавигационным пользователям.

Текущий статус реализации:

Разработка имеет статус подготовленного для реализации инновационного проекта, что подтверждено полученной в 2010 г. Золотой медалью Всемирной организации интеллектуальной собственности при ООН (WIPO) за инновационный проект «Интегрированная система вихревой безопасности полетов».

Подготовлена система защиты интеллектуальной собственности проекта, включающая международные заявки на изобретение в основных странах-производителях авиационной техники. Получено 27 патентов.

В 2011-2012 гг. ФГБУ ФАПРИД Минюста России направило претензионные письма к руководству проекта SESAR по причине копирования российских разработок в области вихревой безопасности компаниями Airbus и Thales.

Для формирования системы зонтичного патентования в 2012 г. на основе государственного бюджетного финансирования подана 4-ая международная заявка на изобретение.

По инициативе авторов проекта в 2010 г. была создана рабочая группа ИКАО по турбулентности вихревого следа, в которой они являются полноправными участниками.

В 2011 г. авторы вошли в специальный комитет SC-206 Радиотехнической корпорации США (RTCA) для разработки стандартов системы вихревой безопасности, необходимых для получения сертификата одобрения Федеральной авиационной администрации США.

В 2012 г. подготовлен проект циркуляра ИКАО "Требования к системе вихревой безопасности", который будет являться основой для будущего стандарта ICAO SARPs, необходимого для внедрения Системы как обязательного оборудования.

Специалисты компании активно работают над созданием стандартов и требований к бортовому оборудованию нового поколения в международных организациях и комитетах авиационной отрасли таких, как CANSO, RTCA, EUROCAE и SAE. В 2011-2012 гг. в RTCA при непосредственном участии экспертов «МАНС» был разработан и принят первый стандарт DO-339 «Aircraft Derived Meteorological Data via Data Link for Wake Vortex, Air Traffic Management and Weather Applications – Operational Services and Environmental Definition (OSED)», описывающий операционные требования к системе вихревой безопасности.

Конкурентные преимущества системы:
  • Упреждающий характер выполнения работ по обеспечению перспективных требований ICAO в части обязательности использования системы вихревого зрения для оснащения самолетов, районных и аэродромных центров;
  • Опережение по темпам разработки потенциальных конкурентов на 2-3 года;
  • Высокая степень проработки технических решений;
  • Реализация в одной бортовой системе обеспечения безопасности полетов функций четырех систем (VVS, TCAS, TAWS, AMDAR), что экономически выгодно для пользователя;
  • Международные заявки на изобретение способа и системы предупреждения попадания самолета в вихревой след генератора вихрей, международные заявки на изобретение интегрированной системы вихревой безопасности летательного аппарата и летного тренажера;
  • Слаженная кооперация для выполнения проекта;
  • Наличие производственных мощностей и технологической базы;
  • Наличие государственных контрактов со стороны Министерства обороны России на создание аналогичной системы специального назначения.
Результаты внедрения:

Ввод в эксплуатацию ИСВБП позволит:

  • Повысить уровень безопасности полетов с учетом неуклонного роста воздушных перевозок;
  • Обеспечить экологические выгоды в непосредственной близости от наиболее загруженных аэропортов;
  • Повысить пропускную способность аэропортов и воздушного пространства;
  • Обеспечить дополнительный доход для авиалиний, аэропортов и поставщиков аэронавигационных услуг.

Предварительный анализ, проводимый EUROCONTROL (European Wake Vortex Mitigation Benefits Study TRSD03/2005/WP1 – Work Package Report – Final) показал, что эксплуатация системы вихревой безопасности на 15 крупнейших европейских аэродромах потенциально увеличит доход аэропортов и операторов услуг на 974 млн. евро. в год, в т.ч.:

  • Увеличение количества взлетно-посадочных операций на 95 712;
  • Снижение задержек полетов на 13 228 часов.