Модернізація системи аеродромних вогнів

Зміст

• Розділ 1. Технічне завдання
• Розділ 2. Інженерний аналіз підсистеми ССА, що модернізується
• Розділ 3. Аналіз нормативно-технічної документації
• Розділ 4. Модернізація підсистеми вогнів ЗПС
• Розділ 5. Розрахунок показників надійності модернізованої підсистеми
• Перелік використаних джерел

Розділ 1. Технічне завдання

Тема: Модернізація системи аеродромних вогнів

Об'єкт дослідження: підсистема вогнів наближення аеродрому «Одеса» .

Мета роботи: Виконати модернізацію підсистеми вогнів ЗПС

Задачі, що підлягають виконанню:

— провести інженерний аналіз світлосигнальної апаратури підсистеми вогнів ЗПС

— провести аналіз нормативно-технічних документів, що регламентують склад, структуру комплектність підсистеми

Вимоги до виконання курсової роботи:

— означити проблему, що підлягає вирішенню

— виконати модернізацію підсистеми з використанням сучасної світлосигнальної апаратури

— розрахувати показники надійності підсистеми аналітичним методом

— оцінити вплив показників надійності модернізованої підсистеми на рівень безпеки польотів на етапі візуального пілотування

— при необхідності, розробити заходи для забезпечення підсистемою нормованого рівня безпеки

Результатом курсової роботи стане підвищення рівня якості світлосигнальної апаратури для наближення її до європейського рівня та відповідності міжнародним нормативним документам.

Розділ 2. Інженерний аналіз підсистеми ССА, що модернізується

1. Технічні характеристики:

Міжнародний аеропорт Одеса — міжнародний аеропорт міста Одеса.

Країна: Україна

Регіон: Одеська область

Тип: цивільний, військовий

Код ІКАО: UKОО

Код ІАТА: ODS

Місце знаходження: 7,5 км на південний захід від Одеси.

Висота над рівнем моря: 52 м

Координати: 46°25? пн. ш.30°40? сх. д.

Місцевий час: UTC +2

Час роботи: цілодобово

Експлуатант: комунальне підприємство «Міжнародний Аеропорт Одеса»

Сайт: airport. od.ua

Злітно-посадкова смуга (ЗПС):

Довжина: 2 799 м

Покриття: асфальтобетон

Загальна площа земельної ділянки, яку займає аеродром — 570,8 га. Аеропорт має в наявності штучну злітно-посадкову смугу (ШЗПС) з бетонним покриттям. Розміри штучної злітно-посадкової смуги (ШЗПС): 2800×56 м, обладнана радіотехнічними засобами приземлення світосигнальною системою, метеообладнанням, яке забезпечує цілодобову експлуатацію по 1 категорії ИКАО з двох курсів.

2. Комплекс радіотехнічних засобів ближньої навігації:

з магнітним курсом посадки (МК пос.) — 340°: курсо-глісадна система посадки СП-80;

дальні та ближні привідні радіостанції системи заходу на посадку (ОСП) з магнітним курсом посадки (МК пос.) — 160° та магнітним курсом посадки (МК пос.) — 340°;

Аеродром має 57 стоянок, мережу РД. Аеродром обладнаний засобами керування повітряним рухом.

модернізація підсистема аеродромний вогонь

3. Об'єктом модернізації є підсистема вогнів наближення типу Калверта, що розташована на штучній злітно-посадковій смузі (ШЗПС) з МК_{пос. -} 160/340 аеродрому «Одеса» .

Стандартна конфігурація підсистеми вогнів наближення та світлових горизонтів за стандартною схемою розташування вогнів наближення по центральному ряду («трійки», «двійки», «одиниці») з п’ятьма світловими горизонтами.

Розділ 3. Аналіз нормативно-технічної документації

Система вогнів наближення для точного заходу на посадку по категорії 1 складається з ряду вогнів, установлених повздовж осьової лінії ВПП, де це можливо, в межах 900 м від порогу ВПП, і ряду вогнів, створюючих світловий горизонт завдовжки 30 м на відстані 300 м від порогу ВПП.

Вогні, створюючі світловий горизонт, розташовуються як можна точніше по горизонтальній прямій перпендикулярно лінії осьових вогнів і так, щоб ця лінія ділила їх навпіл. Вогні світлового горизонту встановлюються з такими інтервалами один від одного, щоб створювався ефект суцільної лінії, за винятком того, що допускаються розриви по обидві сторони від продовженої осьової лінії ВПП. Ці розриви, з врахуванням місцевих вимог, зводяться до мінімуму і не перевищують 6 м кожен.

Вогні, утворюючі осьову лінію, розташовуються з подовжнім інтервалом в 30 м-кодів, при цьому найближчий вогонь розташовується на відстані 30 м-кодів від порогу ВПП.

Система вогнів розташовується, наскільки можливо, в горизонтальній плоскості, що проходить через поріг ВПП, за умови, що:

а) жоден об'єкт, окрім ILS або азимутної антени MLS, не виступає за плоскість вогнів наближення в межах 60 м-коду від осьової лінії системи

b) всі вогні, окрім вогню, розташованого в межах центральної частини світлового горизонту, або лінійного вогню осьової лінії (окрім їх кінців), видні з борту повітряного судна, що виконує захід на посадку.

Будь-яка установка ILS або азимутна антена MLS, виступаюча за плоскість вогнів, вважається перешкодою і відповідним чином маркірується і освітлює.

Вогонь наближення центрального ряду:

Вогні наближення центрального ряду - призначені для показу пілоту повітряного судна напрямку на вісь ЗПС

Світлотехнічні вимоги:

Повинен бути вогнем постійного випромінювання білого кольору.

Вогонь має бути пристосований до можливості зміни середнього значення його сили світла в основному промені в діапазоні 1% - 100% від номінального значення.

Світлотехнічні характеристики вогню повинні відповідати вимогам, сформульованим у нормативному документі.

Повинен бути вогнем кругового огляду постійного випромінювання білого кольору і випромінювати світловий потік у верхню півсферу в межах кута у вертикальній площині не менш 15⁰.

Середнє значення сили світла вогню в основному промені повинне бути не менше 50 кд.

Вогні із середнім значенням сили світла основному промені більше 200 кд має бути пристосований до можливості зміни середнього значення його сили світла в основному промені в діапазоні 1% - 100% від номінального значення.

Вогонь наближення бічного ряду:

Вогні наближення бічного ряду - призначені для показу пілоту повітряного судна напрямку на ЗПС на ділянці 0−300 метрів від торця ЗПС.

Світлотехнічні вимоги:

Повинен бути вогнем постійного випромінювання червоного кольору.

Вогонь має бути пристосований до можливості зміни середнього значення його сили світла в основному промені в діапазоні 1% - 100% від номінального значення.

Світлотехнічні характеристики вогню повинні відповідати вимогам, сформульованим у нормативному документі.

Вогонь світлового горизонту:

Вогні світлового горизонту - призначені для створення штучного горизонту з метою орієнтування пілота повітряного судна у поперечному напрямку по відношенню до природного горизонту.

Світлотехнічні вимоги:

Повинен бути вогнем постійного випромінювання білого кольору.

Вогонь має бути пристосований до можливості зміни середнього значення його сили світла в основному промені в діапазоні 1% - 100% від номінального значення.

Світлотехнічні характеристики вогню повинні відповідати вимогам, сформульованим у нормативному документі

Повинен бути вогнем кругового огляду постійного випромінювання білого кольору і випромінювати світловий потік у верхню півсферу в межах кута у вертикальній площині не менш 15⁰.

Середнє значення сили світла вогню в основному промені повинне бути не менше 50 кд.

. Вогні із середнім значенням сили світла основному промені більше 200 кд має бути пристосований до можливості зміни середнього значення його сили світла в основному промені в діапазоні 1% - 100% від номінального значення.

Розділ 4. Модернізація підсистеми вогнів ЗПС

1. Можливі варіанти модернізації

Для модернізації підсистеми вогнів наближення та світлових горизонтів може бути запропоновано два варіанти конфігурація підсистеми вогнів наближення та світлових горизонтів:

Варіант І. Стандартна конфігурація підсистеми вогнів наближення за схемою їх розташування по центральному ряду з лінійними вогнями (мінімум 4 одиночних вогню в одному лінійному) та одним світловим горизонтом шириною 30 м, (схема ALPA-ATA).

Варіант ІІ. Конфігурація підсистеми вогнів наближення та світлових горизонтів за спрощеною схемою розташування одиночних вогнів наближення по центральному ряду з п’ятьма світловими горизонтами (спрощена схема Калверта).

Обидва розглянуті конфігурації стандартизовані ІКАО та мають право на існування, тому при виборі певного варіанти необхідно виходити з трьох основних критеріїв, розташував їх в порядку пріоритетності наступним чином:

1. Надійність підсистеми, що визначає її спроможність забезпечувати нормовані значення ризиків щодо безпеки польотів в складі ССА.

2. Первісні капітальні витрати на придбання та витрати на наступне технічне обслуговування підсистеми вогнів, що визначаються складом та кількістю елементів підсистеми відповідної конфігурації.

За першим критерієм — мінімальними значеннями ризиків щодо безпеки польотів на етапі візуального пілотування, на першому місці перебуває конфігурація ALPA-ATA, на другому — спрощена конфігурація Калверта.

За другим критерієм на першому місці, без сумніву, перебуває спрощена конфігурація Калверта, яка містить мінімальну кількість елементів:

· вогнів наближення центрального ряду — 24 шт.

· вогнів світлових горизонтів 44 шт.

· загальна кількість вогнів складає 68 шт.

На другому місці конфігурація ALPA-ATA, яка містить наступну кількість елементів:

· вогнів наближення центрального ряду, (чотири одиночних вогню у складі одного лінійного вогню) — 96 шт.

· вогнів світлового горизонту 10 шт.

· загальна кількість вогнів складає 106 шт.

Слід, однак, зауважити, що максимальна кількість елементів присутня в конфігурації ALPA-ATA, але максимальна кількість первісних витрат на її придбання частково компенсується меншими витратами на придбання високовольтного кабелю, низьковольтного кабелю, високовольтних конекторів та наступне технічне обслуговування за рахунок компактного розміщення підсистеми на площі льотного поля аеродрому.

2. Вибір схеми конфігурації

За результатами аналізу двох конфігурацій з застосуванням запропонованих критеріїв, я віддаю перевагу конфігурації ALPA-ATA з обох напрямків посадки.

Остаточне рішення в виборі конфігурацій підсистем вогнів наближення та світлових горизонтів полягає в виборі конфігурації ALPA-ATA довжиною вогнів наближення центрального ряду — 720 м з МК_{. -} 160° та МК-340°. Таким чином, загальна кількість вогнів підсистеми вогнів наближення та світлового горизонту складає - 212 шт. Вогні наближення та світлового горизонту кругового огляду не встановлюються взагалі, що не суперечить вимогам стандартів ІКАО, та нормативно-технічного документу ЦА України.

Світлосигнальна система вважається у повному комплекті, тобто експлуатаційний мінімум аеродрому буде забезпечуватись на рівні висоти прийняття рішення — Н_впр. = 60 м; при дальності видимості на ШЗПС — RVR = 550 м, що відповідає мінімальним значенням параметрів експлуатаційного мінімуму І категорії при точному заході на посадку.

Відповідно до рекомендацій ІКАО, п. 16.4.2, 16.4.3, конфігурації підсистем вогнів наближення по центральному ряду з лінійними вогнями і одним світловим горизонтом мають додатково оснащуватись вогнями наближення проблискового типу, які підвищують інформативність осьової лінії вогнів наближення, особливо, якщо захід на посадку здійснюється на фоні міської забудови, і коли пілот спостерігає багато сторонніх не аеронавігаційних вогнів.

3. Склад підсистеми

Склад підсистеми вогнів наближення та світлових горизонтів за конфігурацією ALPA-ATA з довжиною вогнів наближення центрального ряду — 720 м:

Надземний прожекторний вогонь наближення високої інтенсивності в зборі, колір випромінювання білий, потужність джерела світла:

150,0 — 200,0 Вт 192 шт.

Надземний прожекторний вогонь світлового горизонту високої інтенсивності в зборі, колір випромінювання білий, потужність джерела світла:

150,0 — 200,0 Вт 20 шт.

Ізолювальний трансформатор з номінальними струмами 6,6/6,6 А, потужністю 0,15−0,2 кВА, для електропостачання надземних вогнів наближення та світлових горизонтів 212 шт.

Регулятор яскравості з номінальним діючим значенням струму навантаження — 6,6 А, номінальної потужності не менше 12,0 кВА 4 шт.

Високовольтний мідний первинний кабель, перетином 6,0 мм ², довжина 22 000 м

Високовольтний конектор, пара 60 шт.

Низьковольтний мідний двожильний вторинний кабель, перетином 2,5 мм ², довжина 500 м

Підсистема вогнів наближення проблискового типу 2 комплекти

Розділ 5. Розрахунок показників надійності модернізованої підсистеми

У загальному випадку, до складу одиночного аеродромного вогню входять джерело світла, оптична система, арматура та вторинна обмотка ізолювального трансформатору.

Найбільш ненадійним елементом з усіх вищевказаних є джерело світла, отже будемо вважати, що середнє напрацювання до відмови одиночного аеродромного вогню визначається середнім напрацюванням до відмови його джерела світла, що не впливає на точність подальших розрахунків так як показники надійності інших елементів більш ніж на порядок перевищують показники надійності джерел світла.

Ймовірність безвідмовної роботи за час t систем такого типу визначається за допомогою біноміального закону розподілу випадкової величини.

де Р (t) — ймовірність безвідмовної роботи аеродромного вогню за час t;

N — загальна кількість одиночних вогнів;

K — максимальна кількість аеродромних вогнів, що відмовили, при якій ще зберігається працездатний стан підсистеми;

Pav — ймовірність безвідмовної роботи одиночного аеродромного вогню за час t;

Qav — ймовірність відмови одиночного аеродромного вогню за час t;

Кількість сполучень з N елементів по і знаходиться за відомою формулою бінома Ньютона;

Зважаючи на те, що при відмові мінімум 15% вогнів будь-якої з підсистем вогнів ЗПС — вся підсистема вогнів ЗПС переходить у непрацездатний стан, вважаю за потрібне підставити у вищевказану формулу загальну кількість вогнів усіх підсистем ЗПС. Виходячи з цього: N = 212 шт.; K = 32шт.

Значення ймовірності безвідмовної роботи за 12 год. одиночного аеродромного вогню визначається за наступною формулою:

де t — час між двома технічними обслуговуваннями — 12 год.;

Т₀ — середнє значення напрацювання на відмову джерела світла аеродромного вогню.

На даний час джерела світла виробництва фірми OSRAM мають середнє значення напрацювання на відмову Т₀ = 3000 год.

Підставивши значення до відповідних формул, отримаємо:

Математичні розрахунки виконані в програмі «MathCad 14.0»

Отримавши вищевказане значення ймовірності безвідмовної роботи, можна стверджувати, що заміна вогнів ЗПС науково обґрунтована з точки зору надійності.

Перелік використаних джерел

1. Сертифікаційні вимоги до цивільних аеродромів України" (СВ ЦАУ), наказ Державіаслужби України від 17 березня 2006 р.

2. Аэродромы. Приложение 14 к Конвенции о международной гражданской авиации: в 2 т. / изд.5-е, июль 2005. — Том 1. Проектирование и эксплуатация аэродромов.

3. Руководство по проектированию аэродромов. Часть 4. Визуальные средства.4-е изд. — 2004. Doc.9157, AN/901.

4. Единые авиационные требования (Joint Aviation Requirements — JAR — OPS 1, Commercial Air Transportation (Aeroplanes) / Amendment 4, 1 July 2002.

5. ДСТУ 2860 — 94 Надійність техніки. Терміни та визначення; Чин. від 01.01.96. — К.: Держстандарт України, 1996.

6. «Наставление по светотехническому обеспечению полетов в гражданской авиации СССР (НАЭСТОП ГА — 86)» — М.: Транспорт, 1987.

7. Дев’яткіна С.С. «Визначення критеріїв відмови світлосигнальних систем аеродромів. — Вісник НАУ.» — 2006. — № 1.

8. Дев’яткіна С.С., Ванецян С. Г. «Завдання та методичні вказівки по виконанню курсової роботи з дисципліни „Технічна експлуатація світлосигнальних систем аеропортів“ та домашнього завдання з дисципліни „Наземні засоби забезпечення безпеки польотів“.» — 2005р.

9. Інтернет-ресурс «Wikipedia®» — http://uk. wikipedia.org