进、探索不止:直升机增强型近地告警系统的发展与挑战
发布时间:2019.09.19

▲图为《国际航空》杂志 2019年第8


可控飞行撞地是直升机事故的主要原因之一,而增强型近地告警系统(EGPWS)则是预防此类事故的主要手段。航空工业上电董事长、党委书记蒲毅接受了《国际航空》杂志的采访,介绍了直升机EGPWS的现状和发展趋势,以及国产EGPWS的研制和应用情况。本文为刊登在《国际航空》杂志2019年第8航空电子板块的原文——《直升机增强型近地告警系统的发展与挑战》。


直升机增强型近地告警系统的发展与挑战


(《国际航空》杂志记者 颜思铭) 直升机具有长时间空中悬停、垂直起降、低空低速飞行、机动灵活的特点,随着我国经济的不断发展,民用直升机已广泛应用于运输、抗灾救援、追踪搜索、航空拍摄等方面,其市场发展迅速,需求也越来越大。但是,由于本身的结构特点和使用环境等原因,直升机事故率远高于固定翼飞机,因此要密切关注和研究直升机安全问题。


直升机的CFIT事故

及其预防

美国国家安全运输委员会(NTSB)统计了1996-2000年美国民用直升机的事故,并将这些事故分为直升机故障类、可控飞行撞地(CFIT)类和其他类别,三大类别下将事故原因细分为21种,其中8种原因是各种CFIT事件,直升机本身的故障和CFIT引发的事故占总事故的70%。在NTSB的统计中,直升机CFIT事故有50%撞到高压线塔、16%撞树、5%撞机场设施,以及29%撞地或其他物体。


对此,欧洲直升机安全团队(EHEST)与阿姆斯特丹的荷兰国家航空航天实验室合作研究减少直升机CFIT事故的潜在技术。他们评出了用来预防直升机CFIT事故的“最具发展潜力”的7种技术,增强型近地告警系统(EGPWS)位列其中。

EGPWS通过内置高精度三维数字地形数据库,通过接受各类飞机传感器的飞行数据和位置信息,结合告警算法,预测直升机前方未来一段时间内的危险信息,并给出适应的告警。此外,EGPWS可以接收卫星导航信号并显示直升机当前的环境态势信息,提高飞行员对周边地形态势的感知能力。


与激光雷达技术、被动塔台障碍物避障技术、防线缆保护技术等相比,EGPWS具有很多优势,例如,可以预测前方危险地形、危险线塔、危险障碍物,通过二维地形、三维地形的方式显示,增强飞行机组对周边环境的感知能力。同时,系统也会以语音的方式提示飞行机组,实现双重保障。此外,EGPWS的地形信息基于内置数据库,不会受到恶劣天气的影响,更加适用于直升机飞行特性及任务特性。

因此,EGPWS已成为预防直升机CFIT事故的主要手段之一。


直升机EGPWS

特点

由于直升机与固定翼飞机的飞行特点不同,它们所应用的EGPWS技术也有所区别。


首先,直升机与固定翼飞机的告警算法不同,相对固定翼飞机,直升机各个自由度具备相对独立的飞行能力,且直升机具有低空飞行、悬停、小角度起降和非标准跑道起降等独特的飞行场景。针对直升机的本身特性以及任务特性,在告警包线算法上必须进行重新设计。


其次,直升机与固定翼飞机在功能上有所不同。相对于固定翼飞机,高压电缆和线塔是威胁直升机飞行安全的主要因素之一,所以直升机EGPWS具备独特的高压线和线塔告警功能。同时,直升机的EGPWS还增加了尾桨防撞地功能、海上飞行防撞水功能、侧向防横滚功能等多种直升机独有的告警功能。


第三,由于一般直升机的载荷和机舱空间都比固定翼飞机要小,因此用于直升机的EGPWS更加小型化,集成度更高;具有高运算速度、低功耗、较强的图形处理能力,能适应更广泛的环境等。



国产EGPWS的发

展、应用与挑战

2006年,FAA规定救援直升机必须配装直升机地形提示与告警设备后,美国联合直升机执行度量与数据分析小组(JHMDAT)对2009/2010/2011年的直升机进行事故统计,统计结果表明在此三年中医疗救援直升机事故发生概率比以前减小了约30%。


国外研究直升机近地告警系统的主要有霍尼韦尔公司、桑德尔航空电子公司(Sandel Avionics)、柯林斯航空、佳明,以及Transas公司等,各公司都开发有各种型号的防撞告警系统产品,功能各有所侧重,也配装于多种不同直升机机型。


在国内,航空工业上海航空电器有限公司(航空工业上电)从2003年开始研制固定翼飞机的EGPWS,成为国内第一家自行研发EGPWS的单位,承担了我国大中型飞机近地告警系统研制任务。


航空工业上电董事长蒲毅对此表示:“上电已经为我国多个飞机平台设计开发了十多种EGPWS产品,在役装备数量已经超过300架,其中90%的产品安装于固定翼飞机。”


2014年开始,航空工业上电开始研发直升机EGPWS,目前已经研制出了采用三向导引规避技术的工程样机,技术成熟度达到7级,并且在算法、功能和性能上进行技术攻关,具备了适应适航标准的告警方案。同时,针对不同直升机性能特点以及任务特性,航空工业上电掌握了不同的告警包络线设计的核心技术,可以满足不同直升机的装配需求。该EGPWS采用视频输出、语音告警的视觉/听觉“双通道”形式的告警方式,语音选用言简意赅的中文词语,确保国内飞行员可在收到警报的第一时间做出反应。


截至目前,贝尔、西科斯基、空客直升机、莱奥纳多等公司的部分机型已经配装了多种EGPWS。西科斯基公司曾表示,通过安装EGPWS设备能够使事故率减少1/3,目前霍尼韦尔的MK XXIIEGPWS系统已成为S-76S-92飞机的标准配置。


随着我国低空空域开放和民用直升机的快速发展,我国直升机数量将快速增加。但目前中国民航局并没有强制安装EGPWS,根据运营商的需求,国内只有部分进口民用直升机安装了该系统。国产直升机目前都没有安装EGPWS设备,该系统在国产直升机上面的应用仍是空白。


对此,蒲毅表示,虽然国内目前EGPWS技术应用还不普遍,但上电仍然要大力发展其核心技术。一方面,上电要始终保持EGPWS系统研发的国内最高水准,逼近国际一流,在数百套装机产品的使用迭代过程中,不断提升近地告警包络线设计经验、不断提高性能,缩小与国外的技术差距。另一方面,上电未来要将主动障碍物探测技术、合成视景显示技术、自动防撞技术融合于近地告警系统的解决方案中,实现智能化告警,更加切实有效地减少直升机可控撞地事故。


另外,蒲毅认为,国产EGPWS产品本身的技术能力与国外产品差距不大,但在基础设施、基础技术等方面还有一定差距。为了摆脱对国外技术的依赖,我国应加大在高精度的民用数字地图技术、地形参考导航技术、高压线和线塔的基础地理信息等方面的研究。

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