Sisteme de ghidare la aterizare
Introducere
Evaluarea apropierii până la pista şi manevrele de aterizare care
trebuie executate sunt părţile cele mai dificile in cazul pilotării la
vedere. Astfel, in timpul apropierii trebuie nu numai sã se
supravegheze foarte atent viteza dar simultan şi constant, sã se
asigure corecţiile necesare în toate din cele trei dimensiuni pentru a
putea urma, în ordinea corecta, traiectoria optima de zbor. Pentru
simplificarea acestor manevre se folosesc sisteme de semnalizare a
pistei si a trasei ideale de coborâre.
Menţinerea unei pante de apropiere exacte fără ajutorul
sistemelor vizuale de indicare a pantei de apropiere, a devenit şi mai
dificilă odată cu introducerea motoarelor turboreactoare. Vechile
aeronave cu elice răspundeau aproape imediat la mărirea puterii
motorului deoarece, rotindu-se mai repede, elicele accelerau curentul
de aer care intra în contact cu aripile, fapt care antrena creşterea
imediată a portanţei. Turboreactoarele nu numai că răspund mult mai
lent la modificările comenzilor privind puterea motoarelor dar nici nu
au un efect direct asupra curentului de aer de la suprafaţa aripii, astfel
ca trebuie ca întreaga masă a aeronavei să fie supusă unei acceleraţii
în urma unei creşteri de putere a motoarelor pentru ca din aceasta să
rezulte o creştere a portanţei si implicit a traiectoriei de zbor.
Sisteme de navigaţie pentru aterizare
Aterizarea avioanelor pe vizibilitate redusă dar în deplină
securitate utilizând instrumentele de la bordul avionului, a fost o
problemă care a preocupat aviaţia de transport încă de la începutul
creării sale. Primele sisteme de aterizare după instrumente au apărut
în Germania în anul 1932 (sistemul Lorenz) apoi prin perfecţionări
treptate s-a ajuns la un sistem standardizat în întreaga lume, numit ILS.
La ora actuală el reprezintă sistemul principal pentru efectuarea
procedurilor de apropiere pe toate aeroporturile deschise traficului de
pasageri şi marfă. Dacă se ţine seama că sistemul ILS constituie şi baza
procedurii de aterizare automată, se poate admite că sistemul este în
plină evoluţie. In viitor sistemul MLS (Microwave Landing System) va
înlocui sistemul deja clasicul ILS. Acesta este conceput cu o precizie
ridicata de ghidare la aterizare cu precizie de centimetrii, permiţând
implementarea sistemelor de aterizare automata controlata de la sol.
In present exista câteva sisteme MLS instalate in lume, dar acestea vor
coexista mult timp împreună cu sistemul ILS.
Sistemul de aterizare instrumentala ILS (Instrument
Landing System) este folosit de peste 40 de ani si este sistemul cu
cea mai mare acurateţe pentru ghidare la aterizare general acceptat.
Este format din localizatorul LLZ (Localizer), un emiţător VHF
directional, emiţătorul de panta GS (Glideslope) UHF si markere
verticale OM, MM.
Sistemul ILS reprezintă un complex de mijloace radiotehnice la
sol şi la bordul avionului, care permit pilotului sa aterizeze în orice
condiţii meteorologice, astfel:
permite menţinerea direcţiei de apropiere la aterizare,
corespunzătoare planului vertical ce trece prin axa pistei ;
păstrând direcţia de apropiere la aterizare, avionul poate să
coboare sub un unghi predeterminat, adică să păstreze o pantă,
astfel încât să ajungă la punctul optim de contact cu pista ;
să determine 2 distanţe faţă de pragul pistei, marcate pe harta
si cunoscute de echipaj – la momentul trecerii prin pozitiile
cunoscute si marcate (respectiv la trecerea pe deasupra
emitatoarelor marker) echipajul primeste un semnal sonor
specific.
Un sistem ILS se compune dintr-un complex de instalaţii,
dispozitive, agregate, etc, dispuse la sol şi la bordul avionului.
la sol:
- un radiofar de direcţie (aliniament);
- un radiofar de pantă;
- 2 sau 3 radiomarkere;
- dispozitive pentru controlul funcţionării corecte
(monitoare);
- dispozitive de comandă şi semnalizare la distanţă;
- sistem de alimentare propriu (de rezervă).
la bord:
- un receptor pentru semnalele
radiofarului de direcţie si un receptor
pentru semnalele radiofarului de
pantă;
- un indicator cu două ace în
cruce (CDI);
- un receptor pentru semnalele radiomarkerelor;
- dispozitiv de semnalizare optică şi sonoră a recepţionării
semnalelor radiomarkerelor.
Radiofarul de direcţie (LLZ) sau aliniament este amplasat în
partea opusă direcţiei de aterizare, dincolo de pragul pistei, în
prelungirea axei, la o distanţă ce variază între 200 şi 500 m. Puterea de
emisie a radiofarului este în jurul lui 50W, iar gama de frecvenţe
utilizată este cuprinsă între 108,1 MHz şi 112 MHz. El dispune în
principiu de două antene dipol prevăzute cu un reflector parabolic, care
permite acoperirea unui sector de ± 70° faţă de axa pistei pe o
distanţă de aproximativ 45 km la 600 m înălţime de zbor.
Frecvenţa purtătoare a emiţătorului este modulată în amplitudine
simultan cu frecvenţele de 90 şi 150 Hz formând două diagrame
radiante care prin suprapunere dau naştere unui fascicol sub forma
unui sector îngust de 5° şi a cărui bisectoare este axa pistei. Acesta se
mai numeşte şi fascicolul de faţă al radiofarului de direcţie. Pentru un
observator care se găseşte la intrarea pistei, cu faţa spre radiofar,
modulaţia de 150 Hz se află la dreapta, iar cea de 90 Hz la stînga axei
pistei.
Emiţătorul radiofarului de
direcţie mai este modulat
periodic cu o frecvenţă de 1.020
Hz corespunzătoare semnalului
de identificare al sistemului,
format din 3 litere din alfabetul
Morse. Durata de transmitere
este de 5 semnale pe minut.
Fiecare radiofar de
direcţie este format din două
echipamente de emiţătoare
identice, unul de bază şi unul de
rezervă, precum şi un dispozitiv de control automat al funcţionării (mo-
nitor). În cazul apariţiei unei defecţiuni în funcţionarea vreunui bloc,
dispozitivul comută automat al doilea echipament, semnalizând acest
lucru la panoul principal de comandă şi control.
Radiofarul de pantă (GP) este amplasat la o distanţă cuprinsă
între 125 şi 380 m faţă de pragul de aterizare al pistei şi lateral la 120 -
185 m. Puterea de emisie a radiofarului este în jurul a 20W, iar gama
de frecvenţă utilizată este 328 - 355,4 MHz, deci gama frecvenţelor
ultraînalte (UHF). Antena specială formată de regulă din două elemente
montate pe un pilon vertical, permite prin ajustare stabilirea unui unghi
de pantă cuprins între 2° şi 4°, dintre care cel optim este de 2,5°.
Distanţa de acţiune între limitele de 8° faţă de axa pistei este de
aproximativ 18 km la o înălţime de zbor de 600 m.
Ca şi la radiofarul de direcţie, frecvenţa purtătoare a emiţătorului
este modulată în amplitudine simultan cu frecvenţa de 90 şi 150 Hz,
formând două diagrame de radiere care se suprapun. Acestea
constituie un sector de 1° a cărui bisectoare este planul înclinat ce
trece prin panta de coborâre stabilită. Modulaţia de 150 Hz este
amplasată dedesubtul pantei, iar cea de 90 Hz deasupra acesteia.
Comparativ cu sectorul de direcţie, sectorul de pantă este mult mai
îngust ceea ce presupune o fineţe a manevrelor avionului în plan
vertical mult mai pronunţată.
Radiomarkerele sunt amplasate în axa pistei la distanţe stabilite
prin norme. Ele sunt în număr de 3, din care practic, pentru sistemele
ILS de categoria I şi în majoritatea cazurilor de categoria a II-a, se
utilizează numai două. Ele lucrează pe frecvenţa de 75 MHz, la fel ca şi
celelalte radiomarkere de pe lângă radiofarurile nedirecţionale de rută
sau radio-balize.
Puterea lor de emisie este în jurul de 2,5W, ceea ce asigură o
diagramă de radiere verticală suficientă pentru efectuarea procedurilor
de apropiere după instrumente. Ca şi radiofarul de direcţie şi de pantă,
radiomarkerele au un dispozitiv de control automat al funcţionării.
Scopul radiomarkerului exterior (OM) este acela de a permite
aeronavelor din zbor, în etapa apropierii intermediare şi finale, să
verifice înălţimea obligată de zbor şi distanţa faţă de pragul pistei. De
obicei, în punctul radiomarkerului exterior se amplasează şi o
radiobaliză (LOM) care ajută la efectuarea procedurii.
Scopul radiomarkerului intermediar (MM) este acela de a indica
pe vizibilitate redusă momentul ghidajului vizual după reperele de la
sol.
Radiomarkerul interior (IM, doar uneori exista), atunci când este
prevăzut în sistem, poate fi amplasat la o distanţă cuprinsă între 75 şi
450 m şi la maximum 30 m lateral de ax. Frecvenţa purtătoare este
modulată în amplitudine cu 3,000 Hz transmiţând pentru identificare în
mod continuu 6 puncte pe secundă. Durata de zbor a unui avion în
cuprinsul diagramei de radiere în condiţiile arătate la radiomarkerul
exterior este de 3 ± 1 secundă.
Scopul radiomarkerului interior este acela de a avertiza echipajul
în condiţii de vizibilitate foarte reduse asupra imediatei apropieri de
pragul pistei. De regulă, când se instalează un radiomarker interior,
distanţa lui faţă de prag corespunde înălţimii de luarea deciziei pentru
panta nominală a sistemului.
Clasificarea sistemelor ILS
Ţinând cont de fiabilitatea şi integritatea agregatelor şi
dispozitivelor componente, precum şi de gradul de precizie, sistemele
ILS se clasifică în 5 categorii de performanţe care determină
exploatarea operaţională a unui aerodrom:
- Sistemul ILS de categoria I este sistemul cu performanţa cea
mai scăzută, care permite efectuarea procedurii de apropiere
pînă la o înălţime de luarea deciziei de 60 m, şi o vizibilitate
orizontală de 800 m.
- Sistemul ILS de categoria a II-a are o performanţă mai ridicată,
permiţînd efectuarea procedurii de apropiere până la o înălţime
de luarea deciziei de 30 m şi o vizibilitate orizontală de 400 m.
Majoritatea aeroporturilor internaţionale sunt dotate cu sisteme
de categoria a II-a.
- Sistemul ILS de categoria a III-a A permite efectuarea procedurii
de apropiere până la o înălţime de luarea deciziei de 0 m şi o
vizibilitate orizontală de 200 m.
- Sistemul ILS de categoria a III-a B permite efectuarea procedurii
de apropiere pînă la o înălţime de luarea deciziei de 0 m şi o
vizibilitate orizontală de 50 m.
- Sistemul ILS de categoria a III-a C are performanţa cea mai
ridicată, permiţînd ghidajul avionului pe timpul apropierii finale
şi pe pistă cu o înălţime de luarea deciziei de 0 m şi o
vizibilitate orizontală de asemenea de 0 m.
Sisteme de iluminare la sol
Iluminarea pistei cu un sistem de balizare dedicat este extrem de
importanta, localizarea vizuala pistei la aterizare fiind absolut esenţială
pentru încheierea zborului in condiţii de siguranţă. Totodată, in cazul
aeroporturilor mari, balizarea pistei, a cailor de rulare si a platformelor
cu lumini colorate specific asigura dirijarea la sol a avioanelor, acestea
urmând liniile de culoare după un algoritm care este transmis
echipajelor de către turnul de control.
Caracteristicile sistemului de balizare luminoasă al aeroportului
pot fi clasificate în patru rubrici principale şi anume:
configuraţia;
culoarea;
intensitatea luminoasă;
bătaia (acoperire, distanţa la
care poate fi văzut
dispozitivul);
Configuraţia şi culoarea sunt
elemente care furnizează informaţiile
esenţiale pentru orientarea dinamică (in zbor sau mers) a avioanelor.
Configuraţia furnizează informaţii de dirijare iar culoarea oferă pilotului
date privind poziţia aparatului.
Intensitatea luminoasă şi bătaia (acoperirea) sunt
caracteristici esenţiale ale luminilor necesare pentru a se asigura un
randament bun al configuraţiei şi culorii.
Aceste patru elemente sunt
valabile pentru toate dispozitivele
luminoase ale aeroportului dar variază
foarte mult în funcţie de diferiţi factori
cum ar fi dimensiunile aeroportului
şi/sau condiţiile de vizibilitate.
Iluminarea pistei si a traseului de
sol este esenţială atât la aterizare cat si
la decolare, balizajul indicând o serie de
informaţii de poziţie necesare
echipajului atunci când se afla la sol sau
in imediata apropiere (verticala) a
pistei. De menţionat faptul ca exista mai multe standarde privitoare la
configuraţia balizajului, aceasta variind in funcţie de tipul si
configuraţia pistei, precum si de categoria aeroportului. Indiferent de
situaţie, sistemul de balizaj trebuie sa semnalizeze cel puţin
următoarele:
Axul pistei (alb – marcaj
premergător);
Latralele pistei (alb);
Capul pistei (verde);
Finalul pistei (roşu);
La apropiere si aterizare, sistemele
de iluminare la sol au rolul sa orienteze
echipajul către pista, transmiţând
acestuia atât informaţia de panta care
trebuie urmărită in vederea executării
unei aterizări corecte. Se remarca 2
sisteme de semnalizare general folosite
pe aeroporturi:
Indicator vizual de panta (VASI
– Visual Approach Slope Indicator) este
un sistem de semnalizare a poziţiei
avionului fata de panta de coborâre
ideală, sistemul fiind compus din 4
blocuri luminoase bicolore (alb si roşu), amplasate lateral fata de pista,
la 150m si 300m fata de începutul pistei si care pot prezenta
următoarele semnale:
ALB – ALB = avionul este prea sus
ALB – ROSU = poziţie corecta
ROSU – ROSU = avionul este prea jos
Sistemul VASI este eficient in cazul aeroporturilor mici si suficient
de precis pentru avioane mici (acestea fiind mai uşor manevrabile si
Prea JOS CORECT Prea SUS
necesitând distante mai mici pentru oprire), dar, se poate dovedi
insuficient de precis pentru ghidarea avioanelor mari. Astfel, in cazul
aeroporturilor moderne (de clasa superioara) se apelează la soluţii de
semnalizare de precizie mai buna, capabile sa transmită pilotului
informaţii exacte privitoare la panta de coborâre.
Sistemul de indicare a pantei la apropiere de precizie
(PAPI – precision approach path indicator) este realizat dintr-un
ansamblu de 4 blocuri luminoase bicolore (alb si roşu), amplasate in
laterala stânga a pistei si care pot semnaliza următoarele:
ALB ALB ALB ALB = mult prea sus (panta peste 3.5º)
ALB ALB ALB ROSU = prea sus (panta 3.2º – 3.5º)
ALB ALB ROSUROSU = panta normala (3.0º)
ALB ROSUROSUROSU = prea jos (panta 2.8º – 2.5º)
ROSUROSUROSUROSU = mult prea jos (panta sub 2.5º)
Marcaje la pista
Marcajele pentru destinaţia pistei constau intr-un număr de doua
cifre iar in cazul pistelor paralele, acest număr este însoţit de o litera:
numărul de doua cifre exprima direcţia magnetica pe care este
situata pista in grade fata de Nord, rotunjit la cel mai apropiat
număr întreg de ordinul zecilor si apoi împărţit la 10. De
exemplu, pista 36 este aliniata la ~360º fata de nord, pista 9 va
desemna o pista aliniata la ~90º fata de nord iar pista 1-7 va fi
aliniata la ~170º fata de nord. In cazul in care pista poate fi
folosita in ambele direcţii, vor fi marcate ambele capete ale
pistei, numerele fiind decalate cu 180º. Astfel, pista 9 devine
pista 27 când este folosita din direcţia opusa. Pentru claritatea
transmisiei radio, fiecare cifra este pronunţată separat.
in cazul pistelor paralele, fiecare număr este însoţit de o litera,
L(left – pista stanga), C(center – pista centrala) si R(right – pista
drepta), după cum urmează, in ordine de la stânga la dreapta
privind dinspre direcţia de apropiere:
- 2 piste paralele: L R
- 3 piste paralele: L C R
- 4 piste paralele: L R L R
- 5 piste paralele: L C R L R
Numerele si cifrele trebuie sa aibă forma si proporţiile arătate in figura
următoare:
Sistemul NDB (Nondirectional Beacon) de la sol folosit împreună
cu echipamentul de la bordul aeronavei ADF (Automatic Direction
Finding), este un mijloc de radionavigaţie pentru apropieri de non-
precizie. Acest sistem foloseşte frecvente joase si medii (190-1.750
kHz).
Exista doua tipuri de NDB: NDB Local care este de putere scăzuta
si este folosit pentru aeroporturi pentru ghidare la aterizare si NDB de
ruta, de putere ridicata (in zone oceanice poate ajunge la câteva sute
de mile), care este folosit pentru navigaţia pe cai aeriene si pentru
zonele de aşteptare.
In prezent aproape toate aeroporturile sunt dotate cu NDB. In
viitor se plănuieşte înlocuirea lor cu alte sisteme de acurateţe ridicata
ca GPS (Global Position Sysem).