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空中防撞系统升级进行时:
东航首架安装TCASⅢ的A319投入运营

时间:2015年08月10日 14:02   来源:中国商飞公司新闻中心
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飞机在TCAS“指挥下”完成规避动作。 王紫绘

 

  东航启用全新TCASⅢ

  近日,中国东方航空股份有限公司西北分公司一架注册号为B-6477的全新空客A319飞机正式投入运营,该飞机是东航国内首架安装全新空中交通防撞系统TCASⅢ系统的飞机。

  TCAS是用来防止航空器之间撞击的机载电子系统,它通过探测邻近飞机的存在,当邻近飞机与本机距离过近、威胁到安全时,会向飞行机组人员发出警告,飞行员通过目视和音响警告,判断威胁的存在,并通过地面的交通管制台来协调处理。当告警的级别超过限制的时候,飞机之间会通过TCAS自动协调应急机制,采取爬升或下降的机动动作来避免空中交通事故。

  相比之前的TCAS,作为升级替代品的TCASⅢ是现今唯一满足欧洲航空安全局(EASA)新标准要求的空中监视系统,被动探测距离从100海里升级到125海里,同时监控飞机数量从200余架增加到400余架。中国商飞北研中心航电技术研究部通信导航组组长方伟告诉《大飞机报》记者,东航新安装的TCASⅢ是L-3公司和Thales公司的合资公司ACSS生产的一款综合监视系统产品,该产品集成了TCAS、TAWS(地形感知和告警系统)、ADS-B(广播式自动相关监视)、S模式应答机等四个系统,它可以通过ADS-B In模式获取周边其他飞机准确的位置信息,并可以实现与其他飞机在水平方向上的避让。TCASⅢ目前主要在空客A320、A330和A340等系列飞机上使用。

  早在1955年,本迪克斯航空电子公司(目前并入霍尼韦尔公司)的J.S.Morrell博士发表了“碰撞物理”一文,其中包括确定进近飞机间接近速率的计算机算法,这也是研究所有防撞系统的基础。

  当前,正在研发或使用的TCAS系统有三种类型:TCASⅠ、TCASⅡ和TCASⅢ。TCASⅠ,作为最简单的系统,主要由TCAS处理器、TCAS天线和一个A/C模式应答机组成,该系统不允许作横向偏离,在仪表飞行条件下,飞行机组需要将情况通报给空中交通管制中心,以协助解决冲突。而TCASⅡ则是具备自动协调纵向避撞机动,它可以根据实际情况自动将爬升或下降的指令,给到有冲突危险的飞机,飞行员根据指令进行机动,从而避免交通事故的发生。TCASⅢ则是在TCASⅡ的基础上,增加了横向机动避撞协调方式。

 

装载TCASⅢ的东航A319。 资料图

 

  C919将装载更高级TCAS

  要让TCAS发挥作用,飞机还得安装一个叫做应答机的电子设备。应答机是用来应答TCAS的询问的,当它接收到TCAS的询问的时候,就会自动产生应答信息,包括高度信息、飞机识别码等。基于应答机对特定询问的回答,可利用定向天线和计时信息获得方位与距离的信息,TCAS根据每架飞机的方位、距离和高度可以计算出它们的航迹。另外,TCAS还可以根据这些信息来评估可能发生的交通冲突。

  那么TCAS是如何工作的呢?当两架都装备了TCAS的飞机在某一区域内飞行时,它们各自的航向将导致其航迹在当前位置前方的某点相交,这两架飞机上的TCAS都向另一架飞机的应答机发出询问,并获得对方飞机的航向、高度以及垂直速度和水平速度的信息,利用这些信息和自己的飞行参数,就可以计算出它们相互接近的速率和一个可能发生撞击的位置。当飞机由远到近,高速接近的过程中,在双方的TCAS显示区域上,对方飞机由一般符号变成接近符号,紧接着变为戒备符号(伴随着戒备告警语音),最后变成警告符号(伴随警告告警语音),当警告发生时,将会发出避撞机动指令。

  根据这个指令,TCAS要求驾驶员立即响应爬升指令和下降指令。如果在发出第一个避撞指令后,TCAS没有识别到机组的避撞机动操作,更紧急的指令会继续产生,直到飞行机组相应指令,并且危险情况消失。

  2014年10月29日至30日,ARJ21-700飞机进行了TCAS空地、空空局方审定试飞,成功验证了飞机交通告警和防撞系统的功能以及与其相关显示系统、驾驶舱控制器的关联关系,试飞科目圆满完成。

  而目前正在研制的C919大型客机上,装备的是柯林斯公司的综合监视系统,它已经集成了气象雷达、地形提示和警告系统、交通告警和防撞系统/S模式应答机功能模块,支持最新的7.1版本的TCASⅡ功能。通过这种集成的方式,可以将一些输入、输出进行合并,在不影响安全性的基础上,简化系统的集成设计、减少航空备件、节省维护的成本,并且节省飞机安装空间,减少飞机重量。

 

  ADS-B或成“下一代”TCAS

  随着航空工业的发展,在TCAS的基础上不断有新的技术出现,比如,最近民用航空正在推广ADS-B。

  ADS-B是一种既可用于空中交通管制也可用于飞机防撞的技术,可使飞行员和管制员获得可靠的实时的空中飞行动态信息,增强飞机的位置识别能力。管制员利用ADS-B不仅能得到可能发生碰撞的飞机位置,而且可看到该飞机的方向、速度和高度及变化趋势。ADS-B还可作为机场起降的辅助设备,配备在机场地面的车辆上形成地面移动引导和管制系统(SMGCS),应用ADS-B的费用只有TCASⅡ的一半。

  由于TCAS过于依赖询问和应答的模式,特别是对于安装TCASⅠ的飞机,遇到交通情况,需要地面的交通管制中心来协调避撞机动,而安装TCASⅡ的飞机又不能发送TCAS自动协调的避撞指令,因此地面交通管制中心在协调上会遇到一些麻烦。广播式是相对于TCAS询问应答的方式,它不需要其它飞机或者地面台询问,而是周期性地以广播的方式由点向地发射本机信息,并且本机的信息包括基于GPS的位置信息,这样的传输方式效率更高,抗干扰的能力更强。

  ADS-B功能已经在民用航空中得到应用,并且已经获得美国联邦航空管理局(FAA)的批准。因为ADS-B具有很好的扩展性,未来会有更多基于ADS-B的全新应用出现。方伟告诉记者,北研中心目前在做ADS-B IN模式的相关研究,以及多源综合监视系统研究的课题。在他看来,TCAS将集成到综合监视系统中,短时间内还无法被替代,随着ADS-B功能的不断加强,TCAS有可能被技术更先进的ADS-B替代。

 

  【知识堂】

 

  TCAS已成为

  全球航空业标配

  美国:1993年美国联邦航空管理局(FAA)规定,凡进入美国国境飞行的30座以上的客机(或最大起飞重量超过15000公斤),都必须具有TCAS Ⅱ的能力。

  欧洲:欧洲航空安全局(EASA)于2000年要求30座以上的客机(或最大起飞重量超过15000公斤),都必须具有TCASⅡ的能力。2005年,这一规定更新为要求19座以上的涡轮发动机客机(或最大起飞重量超过5700公斤)都必须具有TCAS Ⅱ7.0版本的能力。

  巴西:19座以上的飞机(或最大起飞重量超过5700公斤)需具有TCASⅡ的能力。

  中国:2002年7月12日,我国民航空管部门对未安装TCASⅡ的民用飞机实施严格的飞行限制:不得在国内的大部分民用机场、航路上起降、运行。并在2003年1月1日前,在最大起飞重量15000公斤或载客30人以上飞机强制安装TCASⅡ。

 

  悲情撞机

  催生系统升级

  1956年6月30日,在美国科罗拉大峡谷上空两架民航班机相撞,造成128人死亡,FAA启动了防撞系统的研发工作。

  1978年,一架轻型飞机在圣地亚哥上空与一架民航班机相撞,进一步推动FAA对空中交通告警和防撞系统的研究,本迪克斯航空电子公司在此期间还为FAA研制了数架原理样机。

  1986年8月31日,在靠近美国洛杉矶国际机场的塞利图斯空域,一架墨西哥航空的DC-9和一架私人飞机在空中相撞。不久后,本迪克斯航空电子公司通过了FAA对TCAS的首次鉴定。TCAS的作用从此得到了肯定,并且逐渐被全球民航界使用和推广。

 

  “Climb!Descend!”

  TCAS是这样工作的

  TCAS可以为飞机形成一个保护区,在这个保护区内,它会向邻近的飞机发出询问信号,以获得入侵飞机的代码、高度、航向和其他数据,并在驾驶舱内的显示器上以不同颜色的图形显示出来。

  以TCASⅡ为例,如果有其他飞机闯入飞机的保护区并有相撞危险时,TCAS就会用颜色变化来向飞行员发出咨询提示,或发出垂直机动指示,以指导驾驶员避免与入侵飞机发生冲突。

  如果驾驶员没有采取措施而入侵飞机还在持续接近,TCAS就不是用颜色变化来提醒飞行员了,而是会用语音来指示避撞动作,如“Climb(爬升)!Climb!”“Descend(下降)!Descend!”对方飞机若安装有TCAS,也会发出同样的警告。这时,只要飞行员按照指示操作,飞机就会轻而易举地规避与其他飞机相撞的危险。

 

 

TCAS系统显示界面。 资料图

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