交通提醒与防撞系统介绍及其常见故障分析

角、磁航向等信息。如果惯导输入信号故障, 将使 T CA S 单的描述, 希望能够对业内人士的排故工作有所帮助。为
故障。
现假信号, 误报警, 在对飞机的T CA S 上下天线检查时, 均
( 2) 应答机故障
无水气, 但是下天线有一馈线松动。机务人员拧紧后测试
通常机载应答机装有两部, 这两部功能完全相同, 所 系统正常, 测量上下天线电阻未发现异常, 且再无机组报
以应答机故障相对比较容易判别。排查重点是在故障发生 告。最后分析, 天线馈线松动是造成此次假信号出现的主
½ L 波段设备的互抑制: 飞机上的两部应答机、两部 测 距机和 T CA S 均工作于 L 波段, 为避免相互干扰, 同一 时刻只应有一部处于发射状态。
¾ 来自近地警告系统( G PWS) 的抑制信号: 如果出现 “低于下滑道”“拉起”“风切变”三种警告信息时, 其优先权 高于T CA S 的咨询信息, 因而会抑制T CA S 输出的交通咨 询和解脱咨询。
( 2) TCAS Ⅱ 20 世纪90 年代研制成功的 T CA S Ⅱ是一种比T CA S Ⅰ更全面的系统。它不仅能够在各种气象条件下将本机周 围的相遇飞机的状况显示在显示器上, 而且还能够跟踪约
图2
( 3) 天线: 装有上下两部天线, 天线为四单元相控阵天 线, 使用四根同轴 电缆与 T CA S 计算机 相连, 用来发 射 T CA S 计算机的询问信号和接收入侵飞机发射产生的应 答信号并送到 T CA S 计算机。
中, 其故障率也特别高。这其中包括硬件故障和软件故障 后出现红色的“T r aff ic”信息, 并有“Climb, Clim b, Clim b”
两种, 硬件故障的判断比较容易, 借助计算机内部的自检 语音警告, 要求飞机以俯仰姿态迅速爬升, 机组果断遵循
软件可以明确测试出。而软件故障具有其隐蔽性, 表现形 T CA S 指令迅速爬升, 直至信息消失。然而, 当机组向空中
¿ 空地逻辑信号: 在地面, T CA S 系统将不产生询问 或应答信号; 在空中, 将抑制 T CA S 系统自测试。
À 起落架手柄信号: 提供起落架手柄放下信号。当手 柄在放下位时, T CA S 下天线将工作在全向方式。
5 TCAS 系统故障分析
首先, T CA S 系 统作为现代飞机的重要机载电子设 备, 具有探测范围大、探测精度高、反映速度快等特点, 它
和一个自检按钮, 按压T EST 按钮, 即开始自测试。各个状 灯亮。
态灯含义如下:
¾ HDN G ( 航向) 。当T CA S 计算机无法获得由惯性基
¹ T T R -PA SS 和T T R -FA IL 。这两个L ED 指示器用 准组件提供的航向数据时, 该指示器灯亮。
于表示 T CA S 计算机/ 收发组本身的工作状况。组件正常
笔 者 认为, 首先 应 依据 飞机 维护 手册 ( AMM ) , 对 T CA S 进行测试, 查找故障源。对我们过站机务来说, 尤其 可以保证快速地将准确的故障信息及时地反馈给航空公
司, 以便其第一时间制定出有效的故障隔离方案。以B737300 为例, T CA S 的测试分为两种。
图6
( 1) T CA S 在驾驶舱的自测试
( 3) 信号交连。T CA S 为实现避撞功能, 一方面需获取
字;
相遇飞机的信息, 以评估其飞行轨迹, 另一方面还需计算
º邻近飞机: ◆, 白色实 心菱形, 高度显示为白色数 本机的飞行趋势。因此, T CA S 计算机需由其他导航系统
字;
输入各种导航数据, 其交连关系较为复杂。以B737-300 为
30 海里范围内的装备T CA SⅡ的多架飞机, 评估本机和相 遇飞机发生危险接近的可能, 发出交通咨询( T A ) , 并且可 在确实存在潜在的危险接近时, 提前向机组发出解脱咨询 ( R A ) 。T CA SⅡ所能提供的回避措施为垂直机动咨询: 爬 升( Cl im b) 或下降( Descend) 。我国于 1991 年首次装 备 T CA S Ⅱ, 目前各航空公司已普遍装备 T CA S Ⅱ。
¿ R/ A ( 解脱咨询) 。在T CA S 计算机所输出的解脱咨
时, 绿色的T T R -PA SS 灯亮; 组件故障时, 则红色的T T R - 询信息不能正常输出到相应的显示器上显示时, R/ A 红
FA IL 灯亮。
色指示器灯亮。
ºX PN D R( 应答机) 。当应答机故障或T CA S 计算机
后询问机组, T CA S 故障时是否转换过 1、2 部应答机, 转 要原因。
换后故障是否存在; 也可分别选择 1、2 部应答机, 并直接 进行 T CA S 自测试和 A T C 自测试。
6 结束语
( 3) 惯导故障
本文对T CA S 系统的概念及发展作了简单介绍, 并对
第一部惯导向T CA S 计算机提供本机的俯仰角、横滚 其工作原理、组成、交联设备和常见故障的特点进行了简
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当垂直运动趋势大于 500 英尺/ 分时, T A CS 在该飞机符 号旁用箭头表示出来, 箭头方向表示目标机的运动方向, 如图 4 所示。
图3
信息。
( 2) 信息显示。T CA S 可以跟踪并监督 30 架飞机, 在
图4
监督区域里的飞机被分成 4 组显示:
¹ 一般飞机: ◇, 白色空 心菱形, 高度显示为白色数
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2012 年第 2 期
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交通提醒与防撞系统介绍 及其常见故障分析
◎朱 军/ 南京禄口国际机场有限公司
1 TCAS 系统的概念
飞机上的防撞系统, 美国航空体系称为空中交通预警 和防撞系统 ( T CA S ) , 欧洲 航空体系 称为机载 防撞系统 ( A CA S) , 两者实际上的含义、功能是一致的。T CA S 是一 种先进的机载电子系统, 它通过询问和监听周围飞机的空 中交通管制( A T C) 应答机, 设法监视本架飞机周围空域 中其他飞机的存在、位置以及运动状况, 以使飞行员在明 了本机邻近空域交通状况的情况下, 主动地采取回避措 施, 防止与其他飞机危险接近。
» 惯性系统( IRS) : 提供航向、俯仰角、横滚角和气压
数字表示××百英尺。当高度小于 100 英尺时, 显示为0。 高度数据, 用来确定本机的位置、高度和飞行路径。
图5
第2 期
朱 军: 交通提醒与防撞系统介绍及其常见故障分析
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¼ 无线电高度( RA ) 提供无线电高度信号, 用来设定 产生交通咨询和决断咨询的灵敏度等级。
¼ LO WER A N T ( 上天线) 。该红色灯亮, 表示 T CA S
刺耳的“T CA S SY ST EM T EST O K ”音频信息。
收发机的下天线故障。
( 2) T CA S 计算机测试
½ RA D A L T ( 无线电高度) 。当T CA S 计算机无法获
在 T CA SⅡ计算机的前面板上装有多个 L ED 指示器 得由无线电高度表所提供的无线电高度信息时, 该指示器
机其他系统的数字和离散信号、基于本机数据和接收的数
据进行计算、产生交通咨询和决断咨询。 ( 2) T CA S/ A T C 控制盒: 用于驾驶舱人机接口, 主要
有 T CA S 方式选择和应答机编码选择等功能。
图1
2 TCAS 系统的发展
( 1) TCAS Ⅰ T CA S 研究的历史可追溯到 20 世纪 50 年代。1956 年, 发生在美国的两架民航班机相撞事件, 促使当时的美 国民航局启动了对有效防撞系统的研发工作。T CA S Ⅰ就 是实现上述基本设想的机载防撞系统, 它能够确定入侵飞 机的相对高度、方位和接近率, 将本机周围一定立体空域 中的交通状况, 显示在专用的 T CA S 显示器、雷达显示器 或其他显示器上, 使飞行员能一目了然地掌握本机邻近空 域中的交通状况。此外, T CA S 能在必要时向飞行员发出 交通咨询( T A ) , 以提醒飞行员注意存在潜在的危险临近 的情况。由于 T CA S Ⅰ是较为简单的系统, 所以一直未正 式装备飞机。
越来越受到广大飞行人员和地面交通管制人员的喜爱和
依赖, 是飞机安全飞行的重要帮手。但是与 T CA S 系统的 卓越表现相对应的是, 其复杂的系统交联和内部构造, 却 给系统维护和故障排除带来了更高的要求, 尤其是 T CA S 系 统的故障 在表现 形式上, 比较 简单。如 B737-300, 若 T CA S 失效, 它只在电子水平状态指示器( EHSI) 上显示“ T CA S FA IL ”信息产生, 而在装备有飞机电子中央监控系 统( ECA M ) 或发动机指示和机组警告系统( EICA S) 的机 型上, T CA S 系统的故障信息种类也并不多。但是通过我 们前面的叙述知道, T CA S 系统是十分复杂的, 交联系统 较多。那么, 怎么在这些简单的故障信息里找到故障的根 源呢?
4 TCAS 系统的工作概况
( 1) 基本原理。T CA S 计算机向其他飞机发送询问信 号并接受其他飞机来的应答信号, 以获取其高度、距离和 方位数据。T CA S 利用这些数据以及从机载飞机系统输入 的其他数据进行计算该飞机目标是否构成碰撞威胁, 并提 供目标位置的目视指示以及交通避撞警戒的目视和语音
实例: 2006 年 3 月, 某公司的一架波音 757-200 型飞
高。在飞机上由于空气气流、颠簸、高空辐射、电磁干扰等 机在武汉准备落地时, 在7 500 英尺至2 300 英尺的下降过
客观因素, 决定了 T CA S 计算机在这种恶劣的工作环境 程中出现黄色的“T raf f ic”信息, 并伴有语音警告, 1 至2 秒
À T / A ( 交通咨询) 。在T CA S 计算机所输出的交通咨
无法正 常获得由应答 机提供的数据时, XP N DR 指示器 询信息不能正常输出到相应的显示器上显示时, T / A 红
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色指示器灯亮。
障还是可以被发现的。如: T CA S 下天线有水或被水腐蚀,
» T A 的飞机: ●, 琥珀色实心圆, 高度显示为琥珀色 例。
数字;
¹ S 模式应答机: 提供本机的 24 位识别码, 用来与入
¼ RA 的飞机: , 红色实 心方块, 高度显示 为红色数 侵飞机之间建立通信以协调躲避措施。
字。
º电子飞行仪表系统( EFIS) : 提供显示控制。
其中, 每个符号都有相对高度数字读出, + 、- 表示上下,
亮。
惯导系统校准成功后, 按压并保持 A T C/ T CA S 控制
» U P PER A N T ( 上天线) 。该红色灯亮, 表示 T CA S
面板上的T EST 按钮或转到T EST 位, T CA S 计算机将送 收发机的上天线故障。
出自测试视频信息给 EF IS 显示, 同时扬声器中听到非常
式为使用中时好使坏, 并且在地面测试时多数可以正常通 交通管制人员确认情况时, 结果却是附近并没有飞机活
过, 所以此类故障一般通过对故障件进行隔离来判断结 动, 随后飞机才正常落地。事后, 根据机组的反映, 机务人
果, 如采用对调 T CA S 计算机的方法可以有效隔离此类 员在地面对T CA S 进行自测试正常, 初步判断为T CA S 出
其次, 结合工作中遇到的实际情况, 我们在此也总结 造成接触不良或阻抗变化; 馈线与天线之间的接头老化松
了一些常见的故障源来分析它们的特点。
动等; 馈线固定卡不合适、过度弯折, 造成阻抗变化等。这
( 1) T CA S 计算机故障
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些故障都可以通过细心的检查或测量发现。
T CA S 计算机是 T CA S 系统的核心, 其精度要求较
( 3) T CA S Ⅲ和 T CA S Ⅳ 目前正在研制的T CA S Ⅲ和T CA S Ⅳ, 除了可执行垂 直机动外, 还可执行横向偏离, 以躲避入侵飞机, 这将大大 减少飞机危险接近或空中相撞的可能性。
3 TCAS 系统的组成
( 1) T CA S 计算机是 T CA S 系统的核心部件, 其主要 功能是发出询问信号、接收入侵飞机的应答信号、接收本