В данное пособие к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Теория увд» включены описания 3-х лабораторных работ: Оптимизация размера зоны увд для обеспечения минимальной вероятности столкновения воздушных судов

Введение
В данное пособие к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Теория УВД» включены описания 3-х лабораторных работ:

1. 
   Оптимизация размера зоны УВД для обеспечения минимальной вероятности столкновения воздушных судов.
   
2. 
   Обеспечение безопасности полетов в точке пересечения воздушных трасс.
   
3. 
   Прогнозирование и анализ конфликтных ситуаций.
   

Описание каждой лабораторной работы построено на общей схеме, включающей в себя постановку задачи, описание метода ее решения с приведением необходимых формул и контрольные вопросы для защиты лабораторной работы.

Исходные данные для выполнения лабораторной работы задает преподаватель.

После выполнения экспериментальной части работы должен быть оформлен отчет, содержащий:

- титульный лист,

- название и цель работы,

- краткие теоретические сведения, основные понятия и их взаимосвязь,

- текст программы,

- результаты расчетов,

- выводы по работе.

Для подготовки к защите работы необходимо ответить на контрольные вопросы.
Литература
1. Крыжановский Г.А. Введение в прикладную теорию УВД. - М.: Машиностроение, 1984.

2. Программирование на ЭВМ задач воздушной навигации и УВД./Под ред. Е.А. Копытова. - М.: Транспорт, 1999.
Лабораторная работа № 1

Оптимизация размера зоны УВД для обеспечения минимальной вероятности столкновения воздушных судов

Под безопасностью воздушного движения понимают совокупность факторов, исключающих угрозу жизни и здоровью пассажиров и экипажей воздушных судов в процессе выполнения полета.

Различают две группы факторов, обеспечивающих безопасность воздушного движения:

- первая группа связана со строгим выполнением правил полетов, управления воздушным движением и требований летной эксплуатации воздушных судов;

- вторая группа обусловлена прочностью конструкции воздушных судов, надежностью работы двигателей и бортовых систем.

К числу основных факторов первой группы, обеспечивающих безопасность воздушного движения, относятся совершенство организации полетов; УВД и точность навигации воздушных судов по этапам полета; высокий уровень специальной подготовки и дисциплины экипажей воздушных судов; диспетчеров и работников служб, обеспечивающих полеты; знание и строгое выполнение требований по обеспечению безопасности воздушного движения, изложенных в документах, регламентирующих полеты и летную эксплуатацию воздушных судов.

По методике, применяемой в гражданской авиации нашей страны, и рекомендациям ИКАО количественная характеристика безопасности воздушного движения может быть выражена двумя методами: вероятностью столкновения воздушных судов за один полет и вероятностью отказа авиационной техники за один полет или наработкой в часах на один отказ, связанный с угрозой безопасности полета.

Вероятность столкновения воздушных судов в границах зоны УВД как мера безопасности воздушного движения может быть определена по эмпирической формуле, параметры которой поясняются схемой, приведенной на рис. 1.

S1
S2

ностью отказа авиационной техники за один полет или наработкой в часах на один отказ, связанный с угрозой безопасности п

Зона УВД
R_зон

H_зон

Рис. 1. Вариант схемы движения воздушных судов в границах зоны УВД

при их вероятном столкновении
Вероятность столкновения воздушных судов:



где S– путь, проходимый воздушными судами в границах зоны УВД;

r_кр – радиус критической зоны вокруг воздушного судна, вход в которую другого судна означает их столкновение;

N – количество воздушных судов в границах зоны УВД;

R_зон – средний радиус зоны УВД;

H_зон – высота зоны;

E – основание натуральных логарифмов.
Формула получена по результатам моделирования движения воздушных судов в границах аэродромных узлов.

В качестве допустимого критерия безопасности, выраженного через вероятность столкновений воздушных судов, по рекомендациям ИКАО принята =4×10^-8 столкновений на один полет.

Расчету по приведенной формуле должно предшествовать получение зависимости высоты зоны УВД от его радиуса при условии постоянства суммы этих параметров.

Для каждой пары «высота-радиус» необходимо подсчитать вероятность столкновения ВС. Результат должен быть представлен графически, и его анализ позволяет определить оптимальный размер зоны УВД с точки зрения минимума вероятности столкновения.
Контрольные вопросы к лабораторной работе № 1

1. 
   Назовите группы факторов, обеспечивающих безопасность воздушного движения.
   
2. 
   Какие конкретные факторы составляют каждую группу?
   
3. 
   Какими количественными параметрами может быть охарактеризована безопасность воздушного движения?
   
4. 
   От каких факторов зависит вероятность столкновения воздушных судов в пределах данной зоны УВД?
   
5. 
   Каков допустимый критерий безопасности воздушного движения, принятый по рекомендациям ИКАО?
   

Лабораторная работа № 2

Обеспечение безопасности полетов в точке пересечения воздушных трасс

Постановка задачи. Размер районов (зон) УВД и время нахождения воздушных судов под управлением диспетчеров районных центров (РЦ) позволяют применять в них все виды регулирования движения ВС более эффективно, чем в других зонах управления.

Пересечение занятых эшелонов рекомендуется производить после расхождения самолетов, особенно при полете на встречных курсах. При этом полностью исключается возможность сближения и обеспечиваются установленные безопасные интервалы эшелонирования. Однако в ряде случаев на практике применяют способ пересечения занятых эшелонов (встречных и попутных) в режиме снижения на установленных интервалах продольного эшелонирования до расхождения самолетов. В этих случаях диспетчер обязан определить минимальное расстояние между самолетами в момент их нахождения на смежных эшелонах, на котором может быть начат маневр по пересечению занятого эшелона с заданным режимом снижения или набора.

При схождении двух самолетов, летящих на одном эшелоне по разным воздушным трассам в точку их пересечения, диспетчер должен проанализировать возможность расхождения самолетов на установленном интервале эшелонирования, который должен быть равен 40 км и более при попутном и встречном пересечениях. Пересечение можно считать встречным, если трассы пересекаются под углом более 70°, а полет ВС выполняется на встречно – пересекающихся курсах, попутным – если трассы пересекаются под углом менее 70°, а полет ВС выполняется на попутно-пересекающихся курсах. Установив на основе анализа воздушной обстановки необходимость регулирования движения самолетов, диспетчер должен произвести соответствующие расчеты, которые достаточно просто реализовать на ЭВМ. С этой целью разработана программа, представленная ниже.




при пересечении встречного эшелона

Метод решения. Рассмотрим две задачи – А и Б, решаемые диспетчером при регулировании движения самолетов.

А. Расчет минимального расстояния для начала маневра ВС при пересечении эшелона, занятого другим ВС. Суть задачи заключается в следующем. В момент начала маневра T₂ между маневрирующим (набирающим высоту) и летящим на встречном (попутном) эшелоне самолетами должно быть расстояние S_н.м, обеспечивающее безопасность их расхождения. Задачу решим отдельно для встречного и попутного эшелонов. В момент пересечения встречного эшелона T₂, занятого другим ВС, между воздушными судами должен быть минимальный интервал продольного эшелонирования S_min не менее 30 км. В соответствии со схемой, представленной на рис. 2, минимальное расстояние для начала маневра определяется по формуле:



Расстояние, на которое сблизятся ВС за время выхода маневрирующего самолета на занятый эшелон:

;

где – интервал вертикального эшелонирования;

V_в – вертикальная скорость маневрирующего ВС;

W₁,W₂ – путевые скорости соответственно первого и второго ВС.
При подаче команды на выполнение маневра по пересечению заданного эшелона диспетчер должен увеличить расстояние S_Н.М. на поправку S_РС, учитывающую продолжительность сеанса радиосвязи и осмысливание команды экипажем.

Для встречного пересечения поправка S_РС зависит от суммарной скорости и определяется из выражения:
(1)
При пересечении попутного эшелона, занятого другим ВС, может быть два случая маневрирования: «до догона» и «после обгона» ВС.



Рис.3. Схема определения S_Н.М. при пересечении попутного эшелона «до догона»

На рис. 3 показаны элементы маневра ВС в случае пересечения эшелона «до догона». Расстояние S_н.м. рассчитывается аналогично способу, представленному выше, по формуле:

,

где .

Искомую величину S_н.м. необходимо увеличить на поправку , которая для попутного пересечения зависит от разности скоростей и определяется из выражения:

(2)

Расчет в случае пересечения попутного эшелона «после обгона» выполним в соответствии со схемой, представленной на рис. 4, по формуле:

,

где

Б. Регулирование маневрирования скоростью и высотой. Данная задача решается в случае, если интервал фактического расхождения двух ВС, летящих на одном эшелоне, меньше минимального потребного интервала. Регулирование движения самолетов направлено на увеличение фактического интервала расхождения и достигается путем изменения путевой скорости одного или обоих.



Рис. 4. Схема определения при пересечении попутного эшелона «после обгона» ВС или изменением высоты полета ВС
Целью решения задачи является определение скоростей ВС после их коррекции.

Процесс решения задачи включает следующие три этапа: расчет фактического интервала расхождения ВС в точке пересечения трасс, определение потребного интервала расхождения ВС, принятие решения о необходимости регулирования движения самолетов.

Расчет фактического интервала расхождения ВС выполняется в следующем порядке:

1. 
   Определяется время полета (в минутах) каждого самолета от точки пересечения трасс:
   

где , – удаление от точки пересечения трасс соответственно первого и второго ВС, км.

2. 
   Определяется фактический временной интервал расхождения самолетов: .
   
3. 
   Определяется линейный интервал расхождения самолетов (в километрах). Отметим, что независимо от того, какой самолет выходит в точку пересечения первым (более скоростной или менее), наименьший интервал расхождения самолетов будет в тот момент, когда в точке пересечения трасс находится более скоростной самолет. Из этого следует, что минимальное расстояние между самолетами (фактический линейный интервал расхождения ВС) определяется по скорости менее скоростного самолета:
   

.
Путевая скорость менее скоростного самолета определяется из выражения:



Заданный интервал расхождения самолетов определяется по формуле:

.

Поправка определяется по формулам (1) для встречного и (2) для попутного пересечения воздушных трасс.

Решение о необходимости регулирования движения самолетов, летящих в точку пересечения трасс, принимается путем сравнения фактического линейного интервала расхождения ВС с заданным:

а) если , то достаточно только проконтролировать выдерживание самолетами установленного режима полета;

б) если , то диспетчер обязан применить один из видов регулирования движения ВС и обеспечить расхождение самолетов на установленном интервале , по возможности обеспечивая регулярность полетов.

Для регулирования движения ВС необходимо определить разность потребного и фактического интервалов расхождения ВС:

.

Тогда требуемое изменение скорости:

.

Время полета до точки пересечения самолета, выходящего в нее первым:



На полученную величину необходимо уменьшить скорость самолета, выходящего в точку пересечения вторым, т. е. если , то ; если , то ;

Здесь и соответственно скорости 1-го и 2-го самолетов после коррекции.

Если велико, можно изменить на /2 скорости обоих самолетов (менее скоростного ВС на — /2, более скоростного + /2), если это не выходит за пределы возможностей самолетов. В предлагаемой программе применяется именно этот способ изменения скорости.