Autoland

Lądowanie CAT IIIA

W lotnictwie autoland opisuje system, który w pełni automatyzuje procedurę lądowania samolotu , z załogą nadzorującą ten proces . Takie systemy umożliwiają samolotom lądowanie w warunkach pogodowych, które w przeciwnym razie byłyby niebezpieczne lub niemożliwe do wykonania.

Opis

Systemy Autoland zostały zaprojektowane tak, aby umożliwić lądowanie przy zbyt słabej widoczności, aby umożliwić jakąkolwiek formę lądowania z widocznością, chociaż można ich używać przy dowolnym poziomie widoczności. Są one zwykle używane, gdy widzialność jest mniejsza niż 600 metrów zasięgu widzialności wzdłuż drogi startowej i/lub w niesprzyjających warunkach pogodowych, chociaż w przypadku większości statków powietrznych obowiązują ograniczenia — na przykład w przypadku Boeinga 747-400 ograniczenia to maksymalny wiatr czołowy o wartości 25 węzłów, maksymalny wiatr tylny 10 kts, maksymalna składowa bocznego wiatru 25 kts i maksymalny boczny wiatr przy jednym silniku niepracującym 5 węzłów. Mogą one również obejmować automatyczne hamowanie do całkowitego zatrzymania, gdy statek powietrzny znajdzie się na ziemi, w połączeniu z systemem automatycznego hamowania , a czasami automatyczne rozmieszczanie spojlerów i odwracaczy ciągu .

Autoland może być używany do każdego odpowiednio zatwierdzonego systemu lądowania według wskazań przyrządów (ILS) lub mikrofalowego systemu lądowania (MLS), a czasami jest używany do utrzymania płynności statku powietrznego i załogi, a także do jego głównego celu, jakim jest wspomaganie lądowania statku powietrznego na niskich widoczność i/lub zła pogoda.

Autoland wymaga użycia wysokościomierza radarowego w celu bardzo dokładnego określenia wysokości samolotu nad ziemią, aby zainicjować flarę lądowania na właściwej wysokości (zwykle około 50 stóp (15 m)). Sygnał lokalizatora ILS może być używany do kontroli bocznej nawet po wylądowaniu, dopóki pilot nie wyłączy autopilota . Ze względów bezpieczeństwa, po włączeniu automatycznego lądowania i odebraniu przez system automatycznego lądowania sygnałów ILS, system przystąpi do lądowania bez dalszej interwencji.

Można go wyłączyć tylko poprzez całkowite odłączenie autopilota (zapobiega to przypadkowemu wyłączeniu systemu autoland w krytycznym momencie) lub poprzez zainicjowanie automatycznego odejścia na drugi krąg. Co najmniej dwa, a często trzy niezależne systemy autopilota współpracują ze sobą w celu przeprowadzenia automatycznego lądowania, zapewniając w ten sposób redundantną ochronę przed awariami. Większość systemów automatycznego lądowania może działać z jednym autopilotem w sytuacjach awaryjnych, ale są one certyfikowane tylko wtedy, gdy dostępnych jest wiele autopilotów.

Szybkość reakcji systemu automatycznego lądowania na bodźce zewnętrzne działa bardzo dobrze w warunkach ograniczonej widoczności i względnie spokojnych lub stałych wiatrów, ale celowo ograniczona szybkość reakcji oznacza, że ​​generalnie nie są one płynne w swoich reakcjach na zmieniające się uskoki wiatru lub porywy wiatru – tj . zdolne do kompensacji we wszystkich wymiarach wystarczająco szybko – aby bezpiecznie umożliwić ich użycie.

Pierwszym samolotem, który uzyskał certyfikat zgodności ze standardami CAT III 28 grudnia 1968 r., był Sud Aviation Caravelle , a następnie Hawker-Siddeley HS.121 Trident w maju 1972 r. (CAT IIIA) i CAT IIIB w 1975 r. Trident był certyfikowany do CAT II w dniu 7 lutego 1968 r.

Możliwość automatycznego lądowania została szybko wdrożona w obszarach i na samolotach, które często muszą działać przy bardzo słabej widoczności. Lotniska regularnie nękane przez mgłę są głównymi kandydatami do podejść kategorii III, a włączenie funkcji automatycznego lądowania w samolotach odrzutowych pomaga zmniejszyć prawdopodobieństwo, że zostaną zmuszone do zmiany kursu z powodu złej pogody.

Autoland jest bardzo dokładny. W swoim artykule z 1959 roku John Charnley, ówczesny superintendent brytyjskiego Royal Aircraft Establishment (RAE) Blind Landing Experimental Unit (BLEU), podsumował dyskusję wyników statystycznych stwierdzeniem, że „Można zatem twierdzić, że nie tylko czy system automatyczny wyląduje samolotem, gdy pogoda uniemożliwi pilotowi człowieka, wykonuje również operację znacznie dokładniej”.

Wcześniej systemy automatycznego lądowania były tak drogie, że rzadko były używane w małych samolotach. Jednak wraz z rozwojem technologii wyświetlania, dodanie wyświetlacza przeziernego (HUD) umożliwia wyszkolonemu pilotowi ręczne sterowanie samolotem przy użyciu wskazówek z systemu naprowadzania. To znacznie zmniejsza koszty operacji przy bardzo słabej widoczności i umożliwia statkom powietrznym, które nie są wyposażone w automatyczne lądowanie, bezpieczne lądowanie ręczne przy niższych poziomach widoczności do przodu lub zasięgu widzialności wzdłuż drogi startowej (RVR). W 1989 roku Alaska Airlines była pierwszą linią lotniczą na świecie, która ręcznie wylądowała odrzutowcem przewożącym pasażerów ( Boeing B727 ) w pogodzie kategorii III FAA (gęsta mgła), co było możliwe dzięki systemowi naprowadzania przez głowę.

Historia

Zobacz też: Jednostka Eksperymentalna Ślepego Lądowania

Tło

Autoland lotnictwa komercyjnego został początkowo opracowany w Wielkiej Brytanii , w wyniku częstego występowania warunków bardzo słabej widoczności zimą w północno-zachodniej Europie. Występują one zwłaszcza, gdy antycyklony znajdują się nad Europą Środkową w listopadzie/grudniu/styczniu, kiedy temperatury są niskie, a mgła radiacyjna łatwo tworzy się we względnie stabilnym powietrzu. Nasilenie tego typu mgły zostało zaostrzone pod koniec lat czterdziestych i pięćdziesiątych XX wieku przez występowanie węgla i innych cząstek dymu w powietrzu z ogrzewania i wytwarzania energii elektrycznej ze spalania węgla .

Miasta szczególnie dotknięte obejmowały główne centra Wielkiej Brytanii i ich lotniska, takie jak Londyn Heathrow , Gatwick , Manchester , Birmingham i Glasgow , a także miasta europejskie, takie jak Amsterdam , Bruksela , Paryż , Zurych i Mediolan . Widoczność w tym czasie mogła spaść nawet do kilku stóp (stąd londyńskie mgły sławy filmowej), aw połączeniu z sadzą tworzył śmiercionośny, długotrwały smog. Warunki te doprowadziły do ​​uchwalenia w Wielkiej Brytanii „ Ustawy o czystym powietrzu ”, która zakazała spalania paliwa powodującego dym.

W okresie bezpośrednio powojennym British European Airways (BEA) uległo wielu wypadkom podczas podejścia i lądowania przy słabej widoczności, co spowodowało, że skupił się na problemach bezpiecznego lądowania pilotów w takich warunkach. Wielkim przełomem było odkrycie, że przy tak słabej widoczności bardzo ograniczone dostępne informacje wizualne (światła itp.) były niezwykle łatwe do błędnej interpretacji, zwłaszcza gdy wymóg ich oceny łączył się z wymogiem jednoczesnego lotu samolotem na przyrządach. Doprowadziło to do opracowania tego, co jest obecnie powszechnie rozumiane jako procedura „monitorowanego podejścia”.

Jeden pilot otrzymuje zadanie dokładnego lotu według wskazań przyrządów, podczas gdy drugi ocenia wizualne wskazówki dostępne na wysokości decyzyjnej , przejmując kontrolę nad wykonaniem lądowania po upewnieniu się, że samolot faktycznie znajduje się we właściwym miejscu i na bezpiecznej trajektorii do lądowania. Rezultatem była znaczna poprawa bezpieczeństwa operacji przy słabej widoczności, a ponieważ koncepcja wyraźnie obejmuje obszerne elementy tego, co jest obecnie znane jako zarządzanie zasobami załogi (chociaż jest starsze niż to sformułowanie o około trzy dekady), została rozszerzona, aby objąć znacznie szerszy spektrum działań niż tylko słaba widoczność.

Jednak z tym podejściem „czynnika ludzkiego” wiązało się uznanie, że ulepszone autopiloty mogą odgrywać główną rolę w lądowaniach przy słabej widoczności. Elementy wszystkich lądowań są takie same i obejmują nawigację z punktu na wysokości na trasie do punktu, w którym koła znajdują się na żądanej drodze startowej. Ta nawigacja jest realizowana przy użyciu informacji z zewnętrznych, fizycznych, wizualnych wskazówek lub z syntetycznych wskazówek, takich jak przyrządy pokładowe. Przez cały czas musi istnieć wystarczająca łączna informacja, aby upewnić się, że pozycja i trajektoria statku powietrznego (pionowa i pozioma) są prawidłowe.

Problem z operacjami przy słabej widoczności polega na tym, że wskazówki wizualne mogą zostać zredukowane do faktycznego zera, a zatem istnieje zwiększone poleganie na informacjach „syntetycznych”. Dylemat, przed którym stanęła BEA, polegał na znalezieniu sposobu działania bez wskazówek, ponieważ taka sytuacja występowała w jej siatce ze znacznie większą częstotliwością niż w przypadku jakiejkolwiek innej linii lotniczej. Było to szczególnie rozpowszechnione w swojej macierzystej bazie, londyńskim Heathrow, które mogło być skutecznie zamknięte na kilka dni.

Rozwój autolandu

Ośrodki badań lotniczych rządu Wielkiej Brytanii, w tym Blind Landing Experimental Unit (BLEU), utworzone w latach 1945/46 w RAF Martlesham Heath i RAF Woodbridge w celu zbadania wszystkich istotnych czynników. Personel techniczny lotów BEA był mocno zaangażowany w działania BLEU w zakresie rozwoju Autoland dla jego floty Trident od późnych lat pięćdziesiątych. między innymi analizę struktur mgły, ludzkiej percepcji, konstrukcji instrumentów i wskazówek świetlnych. Po kolejnych wypadkach prace te doprowadziły również do opracowania minimów operacyjnych statków powietrznych w postaci, jaką znamy je dzisiaj. W szczególności doprowadziło to do wymogu, aby minimalna widzialność była zgłaszana jako dostępna, zanim statek powietrzny będzie mógł rozpocząć podejście – koncepcja, która wcześniej nie istniała. Mniej więcej z tego okresu wyrosła podstawowa koncepcja „docelowego poziomu bezpieczeństwa” (10-7) oraz analizy „drzew błędów” w celu określenia prawdopodobieństwa zdarzeń awaryjnych.

Podstawowa koncepcja automatycznego lądowania wynika z faktu, że autopilota można ustawić tak, aby śledził sztuczny sygnał, taki jak wiązka ILS (ang . ówczesne przyrządy lotnicze. Gdyby wiązka ILS mogła być śledzona na niższej wysokości, to wyraźnie statek powietrzny byłby bliżej drogi startowej, gdy osiągnął granicę użyteczności ILS, a bliżej drogi startowej wymagana byłaby mniejsza widoczność, aby zobaczyć wystarczające wskazówki do potwierdzenia pozycji statku powietrznego i trajektoria. W przypadku systemu sygnałów kątowych, takiego jak ILS, wraz ze spadkiem wysokości wszystkie tolerancje muszą być zmniejszane – zarówno w systemie statku powietrznego, jak iw sygnale wejściowym – w celu utrzymania wymaganego stopnia bezpieczeństwa.

Dzieje się tak, ponieważ pewne inne czynniki – prawa fizyczne i fizjologiczne, które rządzą na przykład zdolnością pilota do spowodowania reakcji statku powietrznego – pozostają stałe. Na przykład na wysokości 300 stóp nad pasem startowym przy standardowym 3-stopniowym podejściu samolot będzie znajdował się 6000 stóp od punktu przyziemienia, a na wysokości 100 stóp będzie 2000 stóp na zewnątrz. Jeśli niewielka korekta kursu wymaga 10 sekund przy 180 kts , zajmie to 3000 stóp. Będzie to możliwe, jeśli zostanie zainicjowane na wysokości 300 stóp, ale nie na 100 stóp. W związku z tym na niższych wysokościach tolerowana może być tylko mniejsza korekta kursu, a system musi być dokładniejszy.

Nakłada to wymóg, aby naziemny element naprowadzający był zgodny z określonymi normami, a także elementy powietrzne. Tak więc, chociaż samolot może być wyposażony w system automatycznego lądowania, będzie całkowicie bezużyteczny bez odpowiedniego środowiska naziemnego. Podobnie wymaga od załogi przeszkolonej we wszystkich aspektach operacji rozpoznawania potencjalnych awarii zarówno w sprzęcie pokładowym, jak i naziemnym oraz odpowiedniej reakcji, aby móc korzystać z systemu w okolicznościach, od których jest przeznaczony. W związku z tym kategorie operacji przy ograniczonej widzialności (Cat I, Cat II i Cat III) mają zastosowanie do wszystkich 3 elementów podczas lądowania – wyposażenia statku powietrznego, środowiska naziemnego i załogi. Rezultatem tego wszystkiego jest stworzenie spektrum sprzętu o słabej widoczności, w którym autopilot samolotu do automatycznego lądowania jest tylko jednym z elementów.

Rozwój tych systemów opierał się na uznaniu, że chociaż ILS byłby źródłem wskazówek, sam ILS zawiera boczne i pionowe elementy, które mają raczej różne cechy. W szczególności element pionowy (ścieżka schodzenia) pochodzi z przewidywanego punktu przyziemienia podejścia, tj. zazwyczaj 1000 stóp od początku pasa , podczas gdy element boczny (lokalizator) pochodzi zza drugiego końca. Przekazywana ścieżka schodzenia staje się zatem nieistotna wkrótce po tym, jak statek powietrzny osiągnie próg pasa startowego, aw rzeczywistości statek powietrzny musi oczywiście wejść w tryb lądowania i zmniejszyć prędkość pionową dość długo, zanim minie nadajnik ścieżki schodzenia . Niedokładności w podstawowym ILS można było dostrzec w tym, że nadawał się on do użytku tylko do 200 stóp (kat. I) i podobnie żaden autopilot nie był odpowiedni ani zatwierdzony do użytku poniżej tej wysokości.

Boczne prowadzenie z lokalizatora ILS byłoby jednak użyteczne aż do końca dobiegu do lądowania, a zatem jest używane do zasilania kanału steru autopilota po przyziemieniu. Gdy samolot zbliża się do nadajnika, jego prędkość wyraźnie spada, a skuteczność steru maleje, kompensując w pewnym stopniu zwiększoną czułość nadawanego sygnału. Co ważniejsze, oznacza to jednak, że bezpieczeństwo samolotu nadal zależy od ILS podczas dobiegu. Co więcej, gdy kołuje z pasa startowego i po dowolnej równoległej drodze kołowania, sam działa jak reflektor i może zakłócać sygnał lokalizatora. Oznacza to, że może to mieć wpływ na bezpieczeństwo każdego kolejnego statku powietrznego, który nadal korzysta z lokalizatora. W rezultacie taki statek powietrzny nie może polegać na tym sygnale, dopóki pierwszy statek powietrzny nie znajdzie się daleko od pasa startowego i „strefy chronionej kategorii 3”.

W rezultacie, kiedy odbywają się te operacje przy słabej widoczności, operacje na ziemi wpływają na operacje w powietrzu znacznie bardziej niż przy dobrej widoczności, kiedy piloci widzą, co się dzieje. Na bardzo ruchliwych lotniskach skutkuje to ograniczeniami w ruchu, co z kolei może poważnie wpłynąć na przepustowość lotniska. Krótko mówiąc, operacje przy bardzo słabej widoczności, takie jak automatyczne lądowanie, mogą być przeprowadzane tylko wtedy, gdy samoloty, załogi, sprzęt naziemny oraz kontrola ruchu lotniczego i naziemnego spełniają bardziej rygorystyczne wymagania niż zwykle.

Pierwsze automatyczne lądowania „rozwoju komercyjnego” (w przeciwieństwie do czystych eksperymentów) zostały osiągnięte dzięki uświadomieniu sobie, że ścieżki pionowe i boczne mają różne zasady. Chociaż sygnał lokalizatora byłby obecny podczas całego lądowania, w każdym razie ścieżkę schodzenia należało zignorować przed przyziemieniem. Uznano, że gdyby samolot dotarł na wysokość decyzji (200 stóp) na prawidłowej, stabilnej ścieżce podejścia – warunkującej bezpieczne lądowanie – miałby pęd wzdłuż tej ścieżki. W konsekwencji system automatycznego lądowania mógłby odrzucić informacje o ścieżce schodzenia, gdy stały się one niewiarygodne (tj. na wysokości 200 stóp), a wykorzystanie informacji o pochyleniu uzyskanych z ostatnich kilku sekund lotu zapewniłoby wymagany stopień wiarygodności, że prędkość opadania (a tym samym przestrzeganie do właściwego profilu) pozostaną stałe. Ta faza „ balistyczna ” kończyłaby się na wysokości, na której konieczne stało się zwiększenie nachylenia i zmniejszenie mocy, aby wejść w flarę lądowania. Zmiana nachylenia następuje nad pasem startowym w odległości 1000 stóp poziomych między progiem a anteną schodzenia, dzięki czemu może być dokładnie wyzwolona przez radiowysokościomierz.

Autoland został po raz pierwszy opracowany w samolotach BLEU i RAF, takich jak English Electric Canberra , Vickers Varsity i Avro Vulcan , a później we flocie BEA Trident , która weszła do służby na początku lat 60. Trident był 3-silnikowym odrzutowcem zbudowanym przez de Havillanda w konfiguracji podobnej do Boeinga 727 i był niezwykle wyrafinowany jak na swoje czasy. BEA określiła zdolność „zerowej widoczności”, aby poradzić sobie z problemami swojej podatnej na mgłę sieci. Miał autopilota zaprojektowanego tak, aby zapewniał niezbędną redundancję, aby tolerować awarie podczas automatycznego lądowania, i to właśnie ten projekt miał potrójną redundancję.

Ten autopilot wykorzystywał trzy jednoczesne kanały przetwarzania, z których każdy dawał fizyczne wyjście. Element bezpieczeństwa w przypadku awarii został zapewniony przez procedurę „głosowania” przy użyciu przełączników momentu obrotowego, w której przyjęto, że w przypadku, gdy jeden kanał różni się od pozostałych dwóch, prawdopodobieństwo wystąpienia dwóch podobnych jednoczesnych awarii może zostać zdyskontowane, a dwa kanały zgodne „przegłosowałby” i odłączy trzeci kanał. Jednak ten system potrójnego głosowania nie jest bynajmniej jedynym sposobem na osiągnięcie odpowiedniej redundancji i niezawodności, a wkrótce po tym, jak BEA i de Havilland zdecydowali się pójść tą drogą, utworzono równoległą próbę z wykorzystaniem „podwójnego podwójnego ", wybrana przez BOAC i Vickers dla 4-silnikowego samolotu dalekiego zasięgu VC10 . Koncepcja ta została później wykorzystana w Concorde . Niektóre BAC 1-11 używane przez BEA również miały podobny system.

Lotnictwo cywilne

BEA Hawker Siddeley Trident

Najwcześniejsze eksperymentalne lądowania kontrolowane przez autopilota w służbie komercyjnej nie były w rzeczywistości lądowaniami w pełni automatycznymi, ale były określane jako „automatyczne rozbłyski”. W tym trybie pilot ręcznie sterował przechyłu i odchylenia , podczas gdy autopilot kontrolował „rozbłysk” lub pochylenie. Były one często wykonywane w obsłudze pasażerów w ramach programu rozwoju. Autopilot Trident miał osobne przełączniki włączania elementów pochylenia i przechyłu i chociaż normalne wyłączanie autopilota odbywało się za pomocą konwencjonalnego przycisku kciuka jarzma sterującego, możliwe było również odłączenie kanału przechyłu, pozostawiając włączony kanał pochylenia.

Podczas tych operacji pilot uzyskał pełne odniesienie wzrokowe, zwykle znacznie powyżej wysokości decyzji, ale zamiast całkowicie odłączyć autopilota przyciskiem kciuka, wezwał drugiego oficera tylko do zatrzaśnięcia kanału przechyłu. Następnie drugi oficer ręcznie kontrolował boczny tor lotu, jednocześnie monitorując ciągłą kontrolę autopilota nad pionowym torem lotu – gotowy do całkowitego wyłączenia go przy pierwszych oznakach jakiegokolwiek odchylenia. Choć brzmi to tak, jakby w praktyce mogło to dodać element ryzyka, to oczywiście zasadniczo nie różni się to od pilota szkoleniowego monitorującego obsługę szkolonego podczas szkolenia on-line lub kwalifikacji.

Po udowodnieniu niezawodności i dokładności zdolności autopilota do bezpiecznego rozbłysku samolotu, kolejne elementy miały dodać podobną kontrolę ciągu. Dokonano tego za pomocą sygnału radiowysokościomierza, który przestawił serwomechanizmy automatycznej przepustnicy na bieg jałowy. Ponieważ krok po kroku zwiększano dokładność i niezawodność naziemnego radiolokatora ILS, można było pozostawiać włączony kanał rolkowy coraz dłużej, aż samolot faktycznie przestał unosić się w powietrzu i nastąpiło w pełni zautomatyzowane lądowanie. w rzeczywistości została zakończona. Pierwsze takie lądowanie w BEA Trident miało miejsce w RAE Bedford (wówczas siedziba BLEU) w marcu 1964 r. Pierwsze podczas lotu komercyjnego z pasażerami na pokładzie miało miejsce podczas lotu BE 343 w dniu 10 czerwca 1965 r. Z Trident 1 G- ARPR, z Paryża na Heathrow z kapitanami Ericem Poole i Frankiem Ormonroydem.

Lockheed L-1011 TriStar miał funkcję automatycznego lądowania umieszczoną w kluczowych rolach podczas marketingu.

Następnie systemy automatycznego lądowania stały się dostępne w wielu typach samolotów, ale głównymi klientami były głównie europejskie linie lotnicze, których sieci zostały poważnie dotknięte mgłą radiacyjną. Wczesne systemy automatycznego lądowania wymagały względnie stabilnej masy powietrza i nie mogły działać w warunkach turbulencji , a zwłaszcza porywistych wiatrów bocznych. W Ameryce Północnej na ogół było tak, że ograniczona, ale nie zerowa widoczność była często związana z tymi warunkami, a gdyby widoczność naprawdę spadła do zera, na przykład zamieci śnieżnej lub innych opadów , wówczas działania byłyby niemożliwe z innych powodów.

W rezultacie ani linie lotnicze, ani porty lotnicze nie nadały wysokiego priorytetu operacjom przy najniższej widoczności. Zapewnienie niezbędnego wyposażenia naziemnego (ILS) i powiązanych systemów dla operacji kategorii 3 prawie nie istniało, a główni producenci nie uważali go za podstawową konieczność dla nowych statków powietrznych. Ogólnie rzecz biorąc, w latach 70. i 80. był dostępny, jeśli klient tego chciał, ale po tak wysokiej cenie (ze względu na to, że był to element o ograniczonej produkcji), że niewiele linii lotniczych widziało uzasadnienie kosztów.

Doprowadziło to do absurdalnej sytuacji dla British Airways, że jako pierwszy klient Boeinga 757 , który miał zastąpić Trident, zupełnie nowy „zaawansowany” samolot miał gorszą zdolność operacyjną w każdych warunkach pogodowych w porównaniu z flotą rozbijaną na złom. Oznaką tego filozoficznego podziału jest komentarz starszego wiceprezesa Boeinga, że ​​nie mógł on zrozumieć, dlaczego British Airways tak bardzo martwi się o certyfikację kategorii 3, skoro w Ameryce Północnej były wówczas tylko dwa lub trzy odpowiednie pasy startowe, na których można było w pełni wykorzystać. Zwrócono uwagę, że British Airways ma 12 takich pasów startowych tylko w swojej sieci krajowej, z czego cztery w swojej głównej bazie na Heathrow.

W latach 80. i 90. globalna presja ze strony linii lotniczych klientów na przynajmniej niektóre ulepszenia operacji przy ograniczonej widoczności była rosnąca; zarówno ze względu na regularność lotów, jak i ze względów bezpieczeństwa. Jednocześnie stało się oczywiste, że wymagania dotyczące operacji przy prawdziwej zerowej widzialności (jak pierwotnie przewidywano w definicjach kategorii ICAO ) zmniejszyły się, ponieważ przepisy dotyczące czystego powietrza ograniczyły niekorzystny wpływ dymu dodawanego do mgły radiacyjnej w najgorszym przypadku dotknięte obszary. Udoskonalona awionika sprawiła, że ​​technologia stała się tańsza w implementacji, a producenci podnieśli standard „podstawowej” dokładności i niezawodności autopilota. W rezultacie, ogólnie rzecz biorąc, większe nowe samoloty pasażerskie były teraz w stanie wchłonąć koszty systemów automatycznego lądowania co najmniej kategorii 2 w swojej podstawowej konfiguracji.

Jednocześnie organizacje pilotażowe na całym świecie opowiadały się za stosowaniem systemów Head Up Display przede wszystkim z punktu widzenia bezpieczeństwa. Wielu operatorów w nieskomplikowanych środowiskach bez wielu pasów startowych wyposażonych w ILS również szukało ulepszeń. Efektem netto była presja w branży, aby znaleźć alternatywne sposoby osiągnięcia operacji przy słabej widoczności, takie jak system „hybrydowy”, który wykorzystywał system automatycznego lądowania o stosunkowo niskiej niezawodności, monitorowany przez pilotów za pośrednictwem HUD. Alaska Airlines była liderem w tym podejściu i podjęła wiele prac rozwojowych z Flight Dynamics i Boeingiem w tym zakresie.

Głównym problemem związanym z tym podejściem było to, że władze europejskie bardzo niechętnie certyfikowały takie systemy, ponieważ podważały one dobrze sprawdzone koncepcje „czystych” systemów autoland. Ten impas został przełamany, gdy British Airways zaangażowało się jako potencjalny klient regionalnego odrzutowca Bombardiera , który nie mógł pomieścić pełnego systemu automatycznego lądowania kategorii 3, ale musiałby działać w takich warunkach. Współpracując z Alaska Airlines i Boeingiem, piloci techniczni British Airways byli w stanie wykazać, że koncepcja hybrydowa jest wykonalna i chociaż British Airways nigdy ostatecznie nie kupiło regionalnego odrzutowca, był to przełom potrzebny do międzynarodowego zatwierdzenia takich systemów, co oznaczało, że mogli dotrzeć do globalnego rynku.

Koło zatoczyło pełne koło w grudniu 2006 r., kiedy londyńskie Heathrow przez długi czas było dotknięte gęstą mgłą. To lotnisko działało z maksymalną przepustowością w dobrych warunkach, a nałożenie procedur przy słabej widoczności wymaganych do ochrony sygnału lokalizatora dla systemów automatycznego lądowania oznaczało znaczne zmniejszenie przepustowości z około 60 do 30 lądowań na godzinę. Ponieważ większość linii lotniczych obsługujących Heathrow miała już samoloty wyposażone w autoland, a zatem spodziewano się, że będą działać normalnie, wystąpiły ogromne opóźnienia. Najbardziej dotkniętymi liniami lotniczymi były oczywiście British Airways, jako największy operator na lotnisku.

Autoland awaryjny

Firma Garmin Aviation zaczęła badać funkcję awaryjnego automatycznego lądowania w 2001 roku i uruchomiła program w 2010 roku, zatrudniając ponad 100 pracowników, inwestując około 20 milionów dolarów. Testy w locie rozpoczęły się w 2014 roku od 329 lądowań próbnych na Cessnie 400 Corvalis i kolejnych 300 lądowaniach na innych samolotach. Funkcja jest aktywowana przez strzeżony czerwony przycisk na Garmin G3000 , ocenia wiatr, pogodę i rezerwy paliwa w celu wybrania odpowiedniego lotniska do zmiany kierunku i przejmuje sterowanie samolotem w celu lądowania, doradza ATC i wyświetla instrukcje pasażerom.

Jednosilnikowy samolot turbośmigłowy Piper M600 rozpoczął testy w locie na początku 2018 roku i wykonał ponad 170 lądowań w celu uzyskania oczekującego certyfikatu FAA , który uzyskał w 2020 roku. Zapewniając dostęp do ponad 9000 pasów startowych o wysokości ponad 4500 stóp (1400 m), jest oferowany od 2020 r. za 170 000 USD, w tym dodatkowe wyposażenie. Został również certyfikowany dla jednosilnikowego Cirrus Vision SF50 w tym samym roku, lądującego na pasach startowych powyżej 5836 stóp (1779 m), SOCATA -Daher TBM 900 i ostatecznie uzyska certyfikat dla innych samolotów.

W czerwcu 2021 r. system Garmin Autoland zdobył nagrodę Collier Trophy 2020 za „największe osiągnięcie w dziedzinie aeronautyki lub astronautyki w Ameryce” w poprzednim roku.

Systemy

Typowy system automatycznego lądowania składa się z radia ILS (zintegrowany odbiornik ścieżki schodzenia, odbiornika lokalizatora i być może także odbiornika GPS) do odbierania sygnałów lokalizatora i ścieżki schodzenia. Wyjściem tego radia będzie odchylenie od środka, które jest dostarczane do komputera sterującego lotem; ten komputer, który kontroluje powierzchnie sterowe statku powietrznego, aby utrzymać samolot wyśrodkowany na lokalizatorze i ścieżce schodzenia. Komputer sterujący lotem steruje również przepustnicami samolotu, aby utrzymać odpowiednią prędkość podejścia. Na odpowiedniej wysokości nad ziemią (wskazanej przez radiowysokościomierz) komputer sterujący lotem zwolni przepustnice i zainicjuje manewr pochylenia. Celem tego „ rozbłysku ” jest zmniejszenie energii samolotu, zmniejszenie siły nośnej i umożliwienie mu osadzenia się na pasie startowym.

W przypadku kategorii CAT IIIc komputer sterujący lotem będzie nadal akceptował odchylenia od lokalizatora i używał steru do utrzymywania statku powietrznego na lokalizatorze (który jest wyrównany z linią środkową pasa startowego). Podczas lądowania rozwiną się spojlery (są to powierzchnie na górze skrzydła w kierunku krawędzi spływu), co powoduje, że przepływ powietrza nad skrzydłem staje się turbulentny, niszcząc siłę nośną. W tym samym czasie system autobrake włączy hamulce. Układ przeciwpoślizgowy będzie modulował ciśnienie hamowania, aby wszystkie koła się obracały. Wraz ze spadkiem prędkości ster kierunku straci skuteczność, a pilot będzie musiał kontrolować kierunek samolotu za pomocą sterowania przednim kołem, systemu, który zwykle nie jest podłączony do komputera sterującego lotem.

Z punktu widzenia bezpieczeństwa awioniki lądowanie CAT IIIc jest najgorszym scenariuszem do analizy bezpieczeństwa, ponieważ awaria automatycznych systemów od flary do dobiegu może z łatwością doprowadzić do „twardego przewrócenia” (gdzie powierzchnia sterowa odchyla się całkowicie w w jednym kierunku.) Nastąpiłoby to tak szybko, że załoga może nie zareagować skutecznie. Z tego powodu systemy automatycznego lądowania są zaprojektowane tak, aby uwzględniały wysoki stopień redundancji, dzięki czemu pojedyncza awaria dowolnej części systemu może być tolerowana (aktywna awaria) i można wykryć drugą awarię – w tym momencie system automatycznego lądowania wyłączy się (rozłącz się, porażka pasywna).

Jednym ze sposobów osiągnięcia tego jest posiadanie „wszystkich po trzy”. Trzy odbiorniki ILS, trzy radiowysokościomierze, trzy komputery sterujące lotem i trzy sposoby kontrolowania powierzchni lotu. Wszystkie trzy komputery sterujące lotem pracują równolegle i są w ciągłej komunikacji krzyżowej, porównując swoje dane wejściowe (odbiorniki ILS i wysokościomierze radiowe) z sygnałami z pozostałych dwóch komputerów sterujących lotem. Jeśli istnieje różnica w wejściach, komputer może „odrzucić” odbiegające wejście i powiadomi inne komputery, że (na przykład) „RA1 jest uszkodzony”. Jeśli wyjścia nie są zgodne, komputer może zadeklarować, że jest uszkodzony i jeśli to możliwe, sam się wyłączy.

Kiedy pilot uzbraja system (przed przechwyceniem lokalizatora lub ścieżki schodzenia), komputery sterujące lotem wykonują obszerną serię wbudowanych testów. W przypadku lądowania CAT III wszystkie czujniki i wszystkie komputery pokładowe muszą być w dobrym stanie, zanim pilot otrzyma wskazanie „AUTOLAND ARM” (ogólne wskazania, które będą się różnić w zależności od dostawcy sprzętu i producenta samolotu). Jeśli część systemu jest błędna, zostanie wyświetlone wskazanie, takie jak „TYLKO PODEJŚCIE”, aby poinformować załogę lotniczą, że lądowanie CAT III nie jest możliwe.

Jeśli system jest prawidłowo w trybie ARM, gdy odbiornik ILS wykryje lokalizator, wówczas system autoland zmieni tryb na „LOCALIZER CAPTURE”. Komputer sterujący lotem zmieni drona w lokalizator i będzie latał wzdłuż lokalizatora. Typowe podejście polega na tym, że samolot znajdzie się „poniżej ścieżki schodzenia” (naprowadzanie pionowe), więc samolot będzie leciał wzdłuż lokalizatora (wyrównanego z linią środkową drogi startowej), aż do wykrycia ścieżki schodzenia. W tym momencie tryb automatycznego lądowania zmieni się na CAT III, a samolot będzie kierowany przez komputer sterujący lotem wzdłuż wiązek lokalizatora i ścieżki schodzenia.

Anteny tych systemów nie znajdują się w punkcie przyziemienia pasa startowego, a lokalizator znajduje się w pewnej odległości poza pasem startowym. Na określonej wysokości nad ziemią statek powietrzny zainicjuje manewr wyrównania, utrzyma ten sam kurs i osiedli się na pasie startowym w wyznaczonej strefie przyziemienia.

Jeśli system automatycznego lądowania utraci nadmiarowość przed osiągnięciem wysokości decyzji, wówczas załodze lotniczej zostanie wyświetlony komunikat o błędzie „AUTOLAND FAULT”, w którym to momencie załoga może zdecydować się na kontynuację podejścia CAT II lub jeśli nie jest to możliwe z powodu pogody warunkach, wówczas załoga musiałaby zainicjować odejście na drugi krąg i udać się na lotnisko alternatywne.

Jeśli pojedyncza awaria wystąpi poniżej wysokości decyzyjnej, zostanie wyświetlony komunikat „AUTOLAND FAULT”; w tym momencie samolot jest zobowiązany do lądowania, a system automatycznego lądowania pozostanie włączony, kontrolując statek powietrzny tylko w dwóch systemach, dopóki pilot nie zakończy dobiegu i nie zatrzyma samolotu na pasie startowym lub nie zjedzie z pasa startowego na drogę kołowania. Nazywa się to „aktywacją w przypadku awarii”. W tym stanie system automatycznego lądowania jest „jeden błąd” od wyłączenia, więc wskazanie „AUTOLAND FAULT” powinno poinformować załogę lotniczą o bardzo uważnym monitorowaniu zachowania systemu i gotowości do natychmiastowego przejęcia kontroli.

System nadal jest aktywny w przypadku awarii i nadal wykonuje wszystkie niezbędne kontrole krzyżowe, więc jeśli jeden z komputerów sterujących lotem zdecyduje, że należy nakazać pełne wychylenie powierzchni sterowej, drugi komputer wykryje, że jest różnica w poleceniach, a to wyłączy oba komputery (fail-passive), w którym to czasie załoga lotnicza musi natychmiast przejąć kontrolę nad statkiem powietrznym, ponieważ automatyczne systemy wykonały bezpieczną rzecz, wyłączając się z linii.

Podczas projektowania systemu łączone są przewidywane wartości niezawodności poszczególnych urządzeń, które składają się na cały system automatycznego lądowania (czujniki, komputery, elementy sterujące itd.) i obliczane jest ogólne prawdopodobieństwo awarii. Ponieważ zagrożenie występuje głównie podczas rozbłysku, wykorzystuje się ten czas ekspozycji, a ogólne prawdopodobieństwo awarii musi być mniejsze niż jeden na milion.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Autoland&oldid=1123432491 ”