淺析低空空域航空器的飛行安全

岑國忠

(交通運輸部南海第一救助飛行隊,廣東珠海 519000)

淺析低空空域航空器的飛行安全

岑國忠

(交通運輸部南海第一救助飛行隊,廣東珠海 519000)

本文簡要介紹了低空空域飛行特性及其定義,揭示了低空空域管理及其在可能出現(xiàn)在通用航空運行中的問題并做出適當(dāng)改革。同時針對低空空域的沖突探測以及告警系統(tǒng)做出說明,并建立了針對對頭相遇和交叉相遇兩種情況下的航空器短期沖突告警系統(tǒng)風(fēng)險概率分析模型,發(fā)現(xiàn)了飛行員反應(yīng)時間和風(fēng)險概率之間存在的潛在關(guān)系。

低空空域 告警 風(fēng)險概率 沖突探測

1 低空空域飛行特點

1.1 低空空域簡介

低空空域是指飛行區(qū)域在1km以下空間范圍內(nèi)的相應(yīng)飛行區(qū)域,2009年時有關(guān)方面將1km以下的空域分為3部分,報告、監(jiān)視、管制;2013年之后放松航空管制。它作為一名國家空域體系中的重要組成成員,按照ICAO的空域分類標(biāo)準(zhǔn),包括除去公共運輸航空以及特殊用途空域之外的所有空域。

1.2 低空空域飛行的特點

按照中國《飛行間隔規(guī)定》：在不包括3km本身的3km以下的人眼距離飛行時,能見度需要大于5km,指示空氣速度小于等于450km/h,在同一高度兩架航空器對頭相遇時,應(yīng)相互保持自己距離對方500m以上避讓,若是在同一高度交叉相遇時,在座艙右側(cè)看到另一航空器則升高高度,若在左側(cè)則降低[2]。

1.3 低空空域管理及通用航空運行中出現(xiàn)的問題

由于我國對低空空域的管理制度將會逐漸放松,就管制運行、信息服務(wù)、安全防衛(wèi)等管理方面將會面臨著一系列的難題。

目前實施的低空飛行管理中,基礎(chǔ)資料應(yīng)用于信息服務(wù)的匱乏,復(fù)雜的審批程序、飛行任務(wù),以及落后的管理空域方式導(dǎo)致了低空飛行的制約性發(fā)展,一定程度上減少了飛行活動的數(shù)量。針對管理改革,可以劃分出報告空域和部分低空監(jiān)視空域,簡化審批程序,從而提高低空飛行活動迅速發(fā)展。

管制運行方面則大部分是由于存在很多現(xiàn)有設(shè)備和系統(tǒng)無法監(jiān)視的覆蓋盲區(qū),因此造成使用限制,資源利用制約。因此如果將開發(fā)力度投入在低空空域資源以及提高低空用戶的服務(wù)能力,必將促進(jìn)現(xiàn)在的管制服務(wù)發(fā)展以及提高低空管制能力。

安全防衛(wèi)問題則受制于現(xiàn)有裝備技術(shù)條件,在嚴(yán)格管制空中活動時安全為題并不突出,但由于低空飛行活動逐步放松管制,安全問題將會凸顯,因此,對于重點地區(qū)的監(jiān)控防衛(wèi)能力急需提高以保證安全。

2 低空空域沖突探測及低高度告警系統(tǒng)

2.1 最低安全高度告警

使用報警系統(tǒng)計算目標(biāo)物是否在未來與地面某障礙物在高度上接近,如果發(fā)生即向管制員發(fā)出低高度預(yù)警,當(dāng)飛行目標(biāo)物進(jìn)入危險區(qū)時,應(yīng)該馬上發(fā)出低高度告警信號。

圖1 同高度對頭飛行航空器避讓圖

以上需要在數(shù)據(jù)初始化初期加載位置范圍和標(biāo)高以及地標(biāo)參數(shù),從而在初始化后可以判斷目標(biāo)物是否會在將來一段時間內(nèi)進(jìn)入與地面某障礙物的不安全的高度差范圍內(nèi)。

2.2 航空器間的短期沖突告警

告警系統(tǒng)是指在設(shè)定告警距離范圍內(nèi)目標(biāo)物有沖突,也就是任何兩架飛行目標(biāo)物水平和垂直間隔均不大于安全飛行所規(guī)定的的最小值時則發(fā)出沖突告警信號。

2.3 區(qū)域侵入告警

當(dāng)飛行目標(biāo)物在限制區(qū)和危險區(qū)時其具有侵入趨勢,并且水平和垂直間隔均不大于標(biāo)準(zhǔn)的告警的規(guī)定值時即產(chǎn)生侵入告警。而在禁區(qū)由于只存在水平間隔,所以當(dāng)其水平間隔不大于告警標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值時即產(chǎn)生侵入告警。

3 航空器短期沖突告警系統(tǒng)風(fēng)險概率分析

當(dāng)兩架飛行器發(fā)生對頭相遇時,即,當(dāng)兩架飛行器在同一高度,初始位置我們分別設(shè)為A1和A2(如圖l所示)。以任一飛行器的位置為原點,兩飛行器所在的直線為x軸,y軸為垂直方向建立笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)。

假設(shè)：兩飛行器在最低能見度為5km時相互發(fā)現(xiàn),其要在相應(yīng)的距離(x10,y10)和(x20,y20)處進(jìn)行轉(zhuǎn)彎,不能在發(fā)現(xiàn)對方時立即轉(zhuǎn)彎,應(yīng)該按照規(guī)定各自向右避讓,這是由飛行員反應(yīng)延遲時間和操作延遲時間共同決定的。在經(jīng)過σ后即轉(zhuǎn)彎時間,飛行器的位置分別為

(x11,y11)和(x21,y21)。在確保高度的非滑移的不變條件下,其轉(zhuǎn)彎時間為σ,轉(zhuǎn)彎角度為θ,轉(zhuǎn)彎半徑為R。在進(jìn)行計算時,我們假設(shè)這兩個飛機飛行參數(shù),在計算更為方便的基礎(chǔ)上,是完全相同的,由相應(yīng)的下標(biāo)區(qū)分。

假設(shè)飛機右轉(zhuǎn)彎時以ψ坡度角進(jìn)行飛行,受到向下的重力G垂直于地面而向上的升力Y垂直于飛機平面,向后的阻力D則沿著飛機縱軸以及向前推力U是沿著飛機縱軸。

根據(jù)相應(yīng)的盤旋運動方程式以及飛行原理,加以平飛和盤旋的受力原理,可得出轉(zhuǎn)彎的位置坐標(biāo),從而計算出此時的兩飛行器的距離即為二者坐標(biāo)的空間距離d。若d＜500m,則表明兩架航空飛行器處于危險的間隔內(nèi),反之則處于安全的間隔內(nèi)。

4 結(jié)語

國家針對低空空域的開放是勢在必行的,因此必將大幅提高通用航空的需求。在國家準(zhǔn)確的制定相關(guān)法規(guī)的引導(dǎo)下,通用航空將步入一個新的階段,而我們的航空制造業(yè)也會迅猛發(fā)展,但是同時要加強監(jiān)督飛行安全的力度,保障飛行器安全的飛行。

[1]王世錦,隋東.低空空域飛行沖突風(fēng)險研究[J].西南交通大學(xué)學(xué)報,2010,45(1)：116-123.

[2]錢瑛.空管飛行沖突與低高度報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].電子科技大學(xué),2003.