冲上云霄

自动避免地面碰撞系统

美国空军F-16 Auto GCAS可以挽救生命和机身。类似的系统可以在商用飞机上运行。


洛克希德·马丁公司F-35战斗机的自动地面防撞系统。
唐·维特(Don Witt)
ATP。 Learjet系列,空中客车A320,
波音737,波音757/767

T他的航空界仍在寻找解决飞行失控(LOC-I)致命问题的解决方案。在民用航空领域,LOC-I造成的死亡人数继续超过任何其他事故类别。许多因素为LOC-I打开了大门。

可能是眩晕或失去方向感,例如2006年空中客车A320潜入索契海面时;也可能是飞行控制故障,例如过去在COS(科罗拉多斯普林斯科罗拉多州)和波音(宾夕法尼亚州匹兹堡)的波音737飞机上的舵交接,或者是最近发生的波音737 MAX事故。

造成国内LOC-I致命事故的原因有很多,但是,在几乎所有情况下,机组人员都有意识,为控制而战,或者为生存所需的态势感知而奋斗。另一方面,近年来,军事战斗机飞行员最常因飞行员失去G-LOC意识而丧生-由于持续不断的极高G力而导致意识丧失。

这些飞行员​​实际上死于睡眠。幸运的是,G-LOC绝不会引起航空公司或商务飞机事故的原因,因为此类飞机无法产生或维持足够的G以使飞行员入睡。但是,现代喷气式战斗机能够维持在人类身体极限范围内的G力量,仅在该制度下就花费了许多小时的训练时间,更不用说实际战斗了。

民用和军用喷气式飞机事故的共同点是,一架飞机实际上失控地掉入了地面。好消息是,军方,特别是美国国家航空航天局(NASA)的洛克希德·马丁(Lockheed Martin)和空军研究实验室(AFRL),已经为他们的街道一侧找到了解决方案,也许有一天它也可以在民用一侧使用,在接地之前可以安全地自动从失控中恢复。

G-LOC –沉默的杀手

即使在第二次世界大战中,活塞发动机战斗机也可以维持足够的G,以使飞行员“变灰”或“熄灭”。一些喷火战斗机的舵踏板上方有一个横杆,因此飞行员可以在激烈的转身战斗中抬起脚,抬起双腿,并帮助他保持足够的血液垂直流到大脑和眼睛。

出于同样的原因,现代F-16飞机已经倾斜了弹射座椅。在越南时代,一线战斗机可以更高的速度瞬间产生高达9 Gs的速度,但他们无法维持下去。一架F-4可以维持稳定的6 Gs,但这通常处于下降状态。

飞行员在6 Gs时遇到的主要问题是,如果他转身看是否有对手在后面并追踪他,他的头将掉落在机盖上,并且他只能非常困难地将其返回。随着F-16的出现,它可以连续承受超过9 Gs的能力。

不幸的是,在这种持续的G力量下,意识丧失可能突然出现而没有任何警告。在F-4中,隧道视力和6 Gs的视力丧失是接下来的意识丧失的明确警告,但有时F-16的9 Gs不能及时甚至根本没有察觉到这些警告。 。

突然,飞行员就走了。更糟糕的是,他可能已经离开了很长一段时间。那可能是10甚至20秒,这听起来可能不多,但以600 kts的速度,它有足够的时间到达地面。实际上,有75%的F-16坠毁是由于G-LOC造成的。

该怎么办?洛克希德公司,美国国家航空航天局和美国空军研究实验室经过长期的发展,为解决该问题提供了令人惊讶的成功技术解决方案–自动地面防撞系统(Auto GCAS),这是一种计算机程序,在飞行过程中不断运行。

它投影飞机的当前轨迹,并“看”精确的地形图(数字地形高程数据[DTED]),以计算潜在的坠机事故。显然,Auto GCAS不知道飞行员是否有意识,但是如果飞行路线朝向寒冷的坚硬地面,它将一直等到最后一个可能的时刻(以免打扰飞行员实际尝试做的事情),然后将飞机向右滚动并用力拉,直到飞行路径再次安全。

空军国民警卫队第162联队的F-16,亚利桑那州图森。这些飞机可以在战斗中承受大于9 Gs的力量。

发挥到极限

开发Auto GCAS时,最困难的方面也许是完善程序,以免不必要地过分“谨慎”地打断低空扫射等。实际上,Auto GCAS在战斗中实现的节省之一是在相对较低但陡峭的扫射通过时,飞行员显然被固定了目标。

我之所以能够参加这样的活动,是因为我突然被拉出了通行证,不是通过计算机,而是通过我的后座。此刻,我与现实失去了一切联系。幸运的是,我的“后排家伙”在他的上拉动作中将9.5 Gs放到了仪表上,我们几乎错过了目标卡车和地面。

尽管大多数F-16飞行员并不具备后座豪华功能,但现在他们拥有Auto GCAS。位于亚利桑那州图森的莫里斯·安格伯(Morris ANGB)的空军国民警卫队第162联队进行了大量F-16训练。实际上,F-16 Auto GCAS保存在YouTube上的视频被美国空军解密,发生在其训练计划中。

如果起初飞行员对Auto GCAS持怀疑态度,那么在进行了几次保存后,现在已经被大多数人热情地接受,因为到目前为止已经保存了7架F-16和8架飞行员。当飞行员失去空间方向并且根本不知道向上的方向时,可以将Auto GCAS的一个方面称为飞行员激活的恢复系统(PARS)。

想像一下,在一个漆黑的夜晚,在陡峭的潜水中发射弹药,这种潜水从翻滚到倒立开始,您可能会知道会发生什么! PARS是F-16座舱中的一个单独按钮,飞行员必须放开油门或侧杆才能将其激活。

PARS启动自动GCAS恢复,快速滚动到水平以及5G上拉。 PARS Auto GCAS功能可以避免2006年致命的空难,这是一架绑定索契的空客A320。而且由于几乎所有民用LOC-I事故都是由有意识的飞行员控制时发生的,因此PARS可以消除民用航空事故的主要原因,即LOC-I。

我们会在商用飞机上看到Auto GCAS系统吗?希望如此。美国空军的技术人员正在考虑将其用于该分支机构的大型飞机,加油机,运输工具和重型轰炸机。那么,为什么不使用电传操纵(FBW)技术在客机和商务飞机中安装类似的系统呢?

在发生LOC-I事故的情况下,民用飞行员因为无法帮助而与地形相撞,而CFIT事故则是因为他们不知道地面在那儿而发生的。 Auto GCAS可以防止任何一种情况,因为它不在乎飞机为何飞向地形–它只是在起作用。

令人遗憾的是,当前的民用增强型近地警告系统(EGPWS)不会自动将飞机从飞行中恢复到地面。实际上,EGPWS手册中的指南甚至没有非常明确地说明飞行员应如何实现这种恢复。

“几乎”还不够好

针对我训练的一架喷气机的EGPWS补充说明,响应“地形,地形,上拉”警告的“需要采取的措施”应该是“立即施加发动机功率,建立积极的爬升姿态,并以最大实际速率爬升,直到出现警告为止停止。”

“施加发动机功率”和“以最大实际速度爬升”到底是什么意思?除非商务喷气机飞行员在其飞机上或C级或D级模拟器中进行过实验,否则他可能一无所知。

我从这样的实验中知道,飞行员可以在施加全油门的情况下以低至200 kts的速度将Learjet升空至俯仰角为45º的进近状态,并从他的起始位置爬升至少4000 ft速度和迎角的增加要求俯仰和爬升率的显着降低。但是您知道您的特定飞机可以做什么吗?

如果商务喷气机飞行员在黑夜和暴风雨的夜晚收到EGPWS警告,则他/她可能会爬升到低于最佳或可用爬升率的水平,因为他/她不知道有什么可用的东西,更重要的是,不知道什么是必需的,以及如何获得它。

商用喷气机在超越陡峭地形方面的能力差异很大。 1995年在哥伦比亚卡利的美国航空波音757事故是我们今天拥有EGPWS的倒数第二个原因。值得一提的是,一旦机组人员从仅靠下的GPWS旧设备收到警告,他们就会积极地整装待发。

他们差点做到了!在调查过程中,飞机扰流板没有在油门全开的情况下自动缩回这一事实是争论的主要内容。航空公司飞行员协会说,这与众不同,但是调查事故的所有其他各方都认为没有这样做,并说这完全是机组人员的过错。

惊讶吗757名机组人员实际上拉得太厉害了,两次都进入了振动筛,但是为时已晚。现代的增强型GPWS或TAWS系统通常会在潜在影响发生前60秒宣布“警告地形”。在许多情况下,这是一个舒适的时间段。

但是,由于EGPWS会投影当前的飞行路线并且无法预测转弯,因此在转弯时可以将其大大缩短。换句话说,飞行员(不知不觉地)平行于高高的山脊飞行可能会突然转入山脊并收到来自EGPWS的非常短的警告。

逃脱这种情况可能很快变得非常困难-甚至不是不可能。另一方面,Auto GCAS不会让这种情况发生,因为一旦系统发现逃脱将变得不可能,它将使机翼水平并拉起并用力拉起。

如果要为运输机,重型轰炸机,民用客机和商务飞机之类的大型飞机开发Auto GCAS,则由于空转率,G限制和爬升较低,命令的回收总是比战斗机早得多。这种飞机的价格。同样,在民用飞机上,也无需对最后一秒进行任何攻击。

GCAS汽车已经在美国的军事活动,挽救生命和战斗机中证明了其价值。民用飞机运营商也可以从中受益。

爬,还是转,还是两者兼而有之?

用于民用和重型军用飞机的Auto GCAS最终可能不仅包括垂直引体向上,而且还包括水平或倾斜转弯以最大化逃生性能,例如目前美国海军F-18地形感知和警告系统(TAWS)所提供的。

美国海军F-18装备有TAWS,大致类似于民用飞机的TAWS。海军TAWS确实会计算最佳的俯仰/转弯方向(斜向恢复[ORT])和引体向上(垂直恢复[VRT])。海军的TAWS只是一个没有自动控制输入的警告系统,但是它确实发出听觉命令,例如“ ROLL RIGHT / LEFT!”。和/或“上拉!”

同时,F-18 HUD显示方向箭头。海军和民用TAWS之间的最大区别在于,就像USAF Auto GCAS一样,它仅在可能的最后时刻发布警告,因为如此多的任务需要非常接近和/或直接在地形上飞行。

另一方面,民用TAWS的优先事项是提供预警(60秒)以及大量恢复时间。

平民世界还有很大的改善空间

请记住,LOC-I是造成民航飞行致命事故的主要原因,其次是CFIT。

有人认为,FBW可以防止LOC-I事故,但对飞机的姿态,迎角(AoA)和负载系数有严格的限制。当然,这不能解决误入地形的问题。空中客车公司拥有其A320,A330,A340和A380 FBW飞机系列,是探索这种可能性的第一家制造商,但尚未完全解决。

索契事故就是一个例子,而法航447航班在大西洋的坠毁就是另一个例子。实际上,索契(Sochi)展示了A320可以在不超出任何控制法规限制且没有任何系统故障的情况下飞行入海。空中客车飞行控制计算机,ELAC和SEC也禁止极端飞行姿态,但仅在正常法律中如此。

当各种仪器和FCC故障使系统进入备用状态时,除负载系数外,所有保护都将丢失。当机组失去控制时,法航447航班就处于这种情况,没有AoA保护。如果进一步的故障使空客客机成为直接法律,则绝对会失去所有保护。

人们可能会问,一旦出现问题,保护就会消失有什么好处。对于F-16 Auto GCAS,某些电子故障将导致Auto GCAS停止运行。在这种复杂的系统中,某种程度的故障可能是不可避免的。当然,Auto GCAS并非旨在防止由于较高的AoA而失去控制。

此类保护已经成为F-16原始飞行控制法的一部分。但是,Auto GCAS现在已成为可操作的现实,通过挽救美军的生命和机身来证明自己,因此民用制造商和监管机构必须坐下来注意。


唐·维特(Don Witt)是美国空军的F-4飞行员,并持有DFC。他是已退休的美国联合航空767和A320机长,曾是一家大型公司飞行部门的安全经理。他目前是Learjet教练,并且是长期的特技教练.

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