基于機場Type Ⅰ ILS設(shè)備進(jìn)行CAT Ⅱ ILS試飛的可行性研究

章園媛，白衛(wèi)國

(中國商用飛機有限責(zé)任公司 民用飛機試飛中心，上海 201323)

0 引 言

適航性是按照公眾批準(zhǔn)的最低安全要求繼續(xù)飛行的航空器固有品質(zhì)，是民用航空器的一種屬性。根據(jù)我國民用航空器的適航管理法規(guī)和規(guī)定，國產(chǎn)民用飛機必須按照適航要求向中國民航局航空器適航審定司表明其符合性。作為一種較常見的符合性驗證方法，飛行試驗是在真實的飛行環(huán)境下進(jìn)行的各類試驗[1]。對于民用飛機，飛行試驗在飛機型號合格審定過程和飛機適航管理過程中占有極其重要地位。

Ⅱ類儀表著陸系統(tǒng)飛行試驗，簡稱CAT Ⅱ ILS試飛，旨在向適航當(dāng)局表明飛機的自動飛行控制系統(tǒng)具有CAT Ⅱ ILS運營能力。通常適航要求在安裝有Ⅱ類設(shè)備性能的儀表著陸系統(tǒng)(簡稱Type Ⅱ ILS)的機場進(jìn)行。目前我國具備CAT Ⅱ類運行條件的機場皆為國際性樞紐機場如首都國際機場、上海浦東機場等，受航班量大、空域緊張、資源調(diào)配困難等因素影響，這類機場很難平衡各項要求來滿足試驗所需。而國外符合要求的機場也存在協(xié)調(diào)難、經(jīng)費高、周期長等問題。因此，能否有效選擇適合的機場在很大程度上影響試驗的開展。

根據(jù)美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)頒布的咨詢通告[2]，采用安裝有Ⅰ類設(shè)備性能的儀表著陸系統(tǒng)的機場開展試驗，即采用Type Ⅰ ILS設(shè)備進(jìn)行CAT Ⅱ ILS試飛，在特定條件下同樣能滿足規(guī)章要求，獲得適航當(dāng)局認(rèn)可。資料表明國外利用相關(guān)經(jīng)驗開始研究采用CATI類地基增強系統(tǒng)(GBAS)開展CATⅡ類運行[3]，而國內(nèi)因民用飛機試飛水平尚處在初步發(fā)展階段，采用此類試飛方法進(jìn)行飛行試驗的研究尚未起步。

基于上述考慮，在國內(nèi)本文首次提出采用Type Ⅰ ILS設(shè)備進(jìn)行CAT Ⅱ ILS試飛，并做深入研究，分析證明其可行性。

1 可行性研究思路

采用Type Ⅰ ILS設(shè)備進(jìn)行CAT Ⅱ ILS試飛的可行性研究，其重點在于分析驗證使用性能類別相對較低的Type Ⅰ ILS設(shè)備進(jìn)行試驗依然滿足適航審定要求，這也是后續(xù)開展試驗、結(jié)果驗證的前題。因此本文根據(jù)相關(guān)適航條款、規(guī)定，按下述步驟驗證分析采用Type Ⅰ ILS設(shè)備進(jìn)行CAT Ⅱ ILS試飛的可行性。

首先，適航條款允許使用其他類型的導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行Ⅱ類ILS運行，這里其他類型的導(dǎo)航設(shè)備包括采用Type Ⅰ ILS設(shè)備。這類設(shè)備因性能不滿足 Ⅱ類ILS運行的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備需求，須獲得適航當(dāng)局特別審批[2,4]。其次，技術(shù)要求規(guī)定這類設(shè)備在校驗后性能不應(yīng)低于Ⅱ/D/2級別，且具有可維護(hù)性，同時為防止對ILS空間信號造成不可接受的干擾，應(yīng)對ILS臨界區(qū)進(jìn)行有效保護(hù)[5-6]。因此，采用機場Type Ⅰ ILS設(shè)備有效進(jìn)行CAT Ⅱ ILS試飛應(yīng)滿足如下要求：

(1) 地面ILS設(shè)備具有Ⅱ類設(shè)備性能；

(2) 其航向信標(biāo)的航道結(jié)構(gòu)滿足Ⅲ類設(shè)備規(guī)范(飛到ILS基準(zhǔn)數(shù)據(jù)點 “D”點)；

(3) 符合2級完整性和連續(xù)性要求；

(4) 系統(tǒng)運行過程中，車輛、航空器等不得進(jìn)入該區(qū)域。

一般采用飛行校驗的方式來檢測機場地面導(dǎo)航設(shè)備的性能，經(jīng)過飛行校驗后的設(shè)備能夠達(dá)到最佳狀態(tài)。因此，在設(shè)備定期校驗時，針對航向信標(biāo)航道結(jié)構(gòu)這一參數(shù)，按照Ⅲ類設(shè)備規(guī)范校準(zhǔn)可滿足要求(2)。要求(3)中，ILS設(shè)備信號的完整性和連續(xù)性級別定義分別體現(xiàn)了不發(fā)射錯誤引導(dǎo)信號的概率及不丟失引導(dǎo)信號的概率，通常已達(dá)到了機場Ⅰ類 ILS運行設(shè)備2級完整性和連續(xù)性的要求[7]。而要求(4)只需在試飛驗證時保證ILS運行過程中車輛、航空器不得進(jìn)入ILS臨界區(qū)即可。綜上所述，當(dāng)機場地面ILS設(shè)備滿足Ⅱ類設(shè)備性能要求，即可表明采用機場Type Ⅰ ILS設(shè)備進(jìn)行CAT Ⅱ ILS試飛具有可行性。

本文通過對照Ⅰ類和Ⅱ類設(shè)備性能的ILS技術(shù)規(guī)范，找出與標(biāo)準(zhǔn)值及容限要求存在差異的各項技術(shù)要求，并將差異項與真實機場ILS校驗報告進(jìn)行比對，分析Type Ⅰ ILS設(shè)備在一定條件下滿足Ⅱ類設(shè)備性能的要求，完成可行性研究。

2 ILS設(shè)備性能分析

采用飛行校驗的手段檢測ILS設(shè)備性能，主要體現(xiàn)為兩個檢查校準(zhǔn)過程：一是信號的正常性檢查，即對正常發(fā)射的ILS信號進(jìn)行標(biāo)稱量值的檢查及調(diào)整，判斷信號是否符合要求，如航道、校直、寬度、覆蓋等參數(shù)；二是根據(jù)信號完整性告警門限，驗證并校準(zhǔn)地面ILS設(shè)備的告警門限值，使其與空中信號的告警門限保持一致，告警數(shù)值設(shè)置表示所允許的信號變化范圍[8]。

Ⅰ類和Ⅱ類設(shè)備性能的ILS各項校驗項目技術(shù)要求不同，通過判斷校驗結(jié)果是否滿足相關(guān)類別的標(biāo)準(zhǔn)值及容限要求，可準(zhǔn)確區(qū)分ILS設(shè)備性能類別。

2.1 性能類別標(biāo)準(zhǔn)

ILS設(shè)備性能校驗包括航向信標(biāo)和下滑信標(biāo)的校驗[9]。根據(jù)ILS飛行校驗調(diào)試技術(shù)規(guī)范[10]，Type Ⅰ ILS設(shè)備和Type Ⅱ ILS設(shè)備的校驗項目及技術(shù)要求如表1～表2所示。

表1 ILS航向信標(biāo)校驗技術(shù)要求

表2 ILS下滑信標(biāo)校驗技術(shù)要求

從表1～表2可以看出：ILS設(shè)備航向信標(biāo)的12項定期校驗性能指標(biāo)中只有5項針對Ⅰ類和Ⅱ類的標(biāo)準(zhǔn)值及容限要求存在差異；而ILS下滑信標(biāo)的11項定期校驗的性能指標(biāo)中只有3項針對Ⅰ類和Ⅱ類的標(biāo)準(zhǔn)值及容限要求存在差異。

由此可見，Type Ⅰ ILS設(shè)備和Type Ⅱ ILS設(shè)備性能要求多數(shù)是一致的，如果Type Ⅰ ILS設(shè)備實際校驗數(shù)據(jù)中體現(xiàn)兩者差異部分的數(shù)值能滿足Type Ⅱ ILS設(shè)備的性能要求，可說明Type Ⅰ ILS設(shè)備達(dá)到Ⅱ類設(shè)備性能的要求。

2.2 校驗結(jié)果分析

根據(jù)國內(nèi)某A機場18號、36號跑道和某B機場22號跑道Ⅰ類儀表著陸系統(tǒng)定期校驗報告的數(shù)據(jù)，ILS設(shè)備的校驗參數(shù)有：

(1) 航向信標(biāo)校準(zhǔn)參數(shù)：調(diào)制度，航道校直，航道校直告警(90 Hz、150 Hz)，航道結(jié)構(gòu)(1、2、3區(qū))，航道寬度，寬度對稱性，航道寬度告警(寬、窄告警)，覆蓋；

(2) 航向信標(biāo)檢測參數(shù)：識別，余隙/角度(90 Hz、150 Hz)，極化；

(3) 下滑信標(biāo)校準(zhǔn)參數(shù)：調(diào)制度，下滑角/入口高度，下滑角下限告警，下滑道結(jié)構(gòu)(1、2、3區(qū))，下滑道寬度，寬度對稱性，下滑寬度告警(寬、窄告警)，覆蓋；

(4) 下滑信標(biāo)檢測參數(shù)：150 Hz余隙/角度。

上述參數(shù)與Ⅱ類ILS設(shè)備定期校驗的飛行校驗項目一致。

依據(jù)2.1節(jié)分析，將報告中航向信標(biāo)的航道校直、校直告警、航道結(jié)構(gòu)(2、3區(qū))、寬度對稱性、極化5項校驗數(shù)據(jù)，及下滑信標(biāo)的寬度對稱性、下滑道結(jié)構(gòu)(2、3區(qū))、寬度告警3項校驗數(shù)據(jù)與Ⅱ類設(shè)備性能技術(shù)要求進(jìn)行比對分析，結(jié)果如表3～表4所示。

表3 ILS航向信標(biāo)校驗結(jié)果分析

表4 ILS下滑信標(biāo)校驗結(jié)果分析

從表3可以看出：不同機場不同跑道，相同機場不同跑道的Ⅰ類ILS航向信標(biāo)的航道校直、航道結(jié)構(gòu)、寬度對稱性、極化均滿足Ⅱ類精度要求；只有校直告警僅滿足Ⅰ類±15 μA的精度要求，未達(dá)到Ⅱ類±10 μA的精度要求。校直告警是航道監(jiān)視器在檢測到航道的偏移超過門限值時產(chǎn)生的信號完整性告警，只是監(jiān)控器允許偏差的一個范圍，不影響信號本身的精度。實際驗證時通過地面導(dǎo)航設(shè)備運行的監(jiān)控器數(shù)據(jù)判斷其未超過Ⅱ類±10 μA的精度要求即可。

從表4可以看出：不同機場不同跑道，相同機場不同跑道的Ⅰ類ILS下滑信標(biāo)的下滑道結(jié)構(gòu)、寬度對稱性均滿足Ⅱ類精度要求；只有寬度告警僅滿足Ⅰ類0.945°的精度要求，未達(dá)到Ⅱ類0.90°的精度要求。寬度告警是地面設(shè)備監(jiān)視器檢測到下滑寬度角度達(dá)到預(yù)期告警門限值時產(chǎn)生的告警，是監(jiān)控器允許偏差的一個范圍，不影響信號本身的精度。實際驗證時通過地面導(dǎo)航設(shè)備運行的監(jiān)控器數(shù)據(jù)判斷其未超過Ⅱ類0.90°的精度要求即可。

綜上分析，Type Ⅰ ILS設(shè)備在實際性能校驗數(shù)據(jù)中兩者差異部分的數(shù)值均能滿足Type Ⅱ ILS設(shè)備的性能要求。因此，Type Ⅰ ILS設(shè)備性能滿足Ⅱ類設(shè)備性能要求。

3 結(jié) 論

(1) 本文依據(jù)適航條款，在不影響審定結(jié)果的前提下，采用設(shè)備性能類別相對較低的Type Ⅰ ILS設(shè)備進(jìn)行CAT Ⅱ ILS試飛，有效解決了試驗機場選擇難、試飛效率低的問題。

(2) 通過將Type Ⅰ ILS設(shè)備和Type Ⅱ ILS設(shè)備性能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對比分析，驗證了Type Ⅰ ILS設(shè)備滿足Ⅱ類設(shè)備性能要求。

(3) 根據(jù)本文分析，當(dāng)機場地面ILS設(shè)備滿足Ⅱ類設(shè)備性能要求，采用機場Type Ⅰ ILS設(shè)備進(jìn)行CAT Ⅱ ILS試飛具有可行性，滿足適航審定要求。