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與時俱進、探索不止:直升機增強型近地告警系統的發展與挑戰
發布時間:2019.09.19


▲圖為《國際航空》雜志 2019年第8



可控飛行撞地是直升機事故的主要原因之一,而增強型近地告警系統(EGPWS)則是預防此類事故的主要手段。航空工業上電董事長、黨委書記蒲毅接受了《國際航空》雜志的采訪,介紹了直升機EGPWS的現狀和發展趨勢,以及國產EGPWS的研制和應用情況。本文為刊登在《國際航空》雜志2019年第8航空電子板塊的原文——《直升機增強型近地告警系統的發展與挑戰》。


直升機增強型近地告警系統的發展與挑戰


(《國際航空》雜志記者 顏思銘) 直升機具有長時間空中懸停、垂直起降、低空低速飛行、機動靈活的特點,隨著我國經濟的不斷發展,民用直升機已廣泛應用于運輸、抗災救援、追蹤搜索、航空拍攝等方面,其市場發展迅速,需求也越來越大。但是,由于本身的結構特點和使用環境等原因,直升機事故率遠高于固定翼飛機,因此要密切關注和研究直升機安全問題。


直升機的CFIT事故

及其預防

美國國家安全運輸委員會(NTSB)統計了1996-2000年美國民用直升機的事故,并將這些事故分為直升機故障類、可控飛行撞地(CFIT)類和其他類別,三大類別下將事故原因細分為21種,其中8種原因是各種CFIT事件,直升機本身的故障和CFIT引發的事故占總事故的70%。在NTSB的統計中,直升機CFIT事故有50%撞到高壓線塔、16%撞樹、5%撞機場設施,以及29%撞地或其他物體。


對此,歐洲直升機安全團隊(EHEST)與阿姆斯特丹的荷蘭國家航空航天實驗室合作研究減少直升機CFIT事故的潛在技術。他們評出了用來預防直升機CFIT事故的“最具發展潛力”的7種技術,增強型近地告警系統(EGPWS)位列其中。

EGPWS通過內置高精度三維數字地形數據庫,通過接受各類飛機傳感器的飛行數據和位置信息,結合告警算法,預測直升機前方未來一段時間內的危險信息,并給出適應的告警。此外,EGPWS可以接收衛星導航信號并顯示直升機當前的環境態勢信息,提高飛行員對周邊地形態勢的感知能力。


與激光雷達技術、被動塔臺障礙物避障技術、防線纜保護技術等相比,EGPWS具有很多優勢,例如,可以預測前方危險地形、危險線塔、危險障礙物,通過二維地形、三維地形的方式顯示,增強飛行機組對周邊環境的感知能力。同時,系統也會以語音的方式提示飛行機組,實現雙重保障。此外,EGPWS的地形信息基于內置數據庫,不會受到惡劣天氣的影響,更加適用于直升機飛行特性及任務特性。

因此,EGPWS已成為預防直升機CFIT事故的主要手段之一。


直升機EGPWS

特點

由于直升機與固定翼飛機的飛行特點不同,它們所應用的EGPWS技術也有所區別。




首先,直升機與固定翼飛機的告警算法不同,相對固定翼飛機,直升機各個自由度具備相對獨立的飛行能力,且直升機具有低空飛行、懸停、小角度起降和非標準跑道起降等獨特的飛行場景。針對直升機的本身特性以及任務特性,在告警包線算法上必須進行重新設計。


其次,直升機與固定翼飛機在功能上有所不同。相對于固定翼飛機,高壓電纜和線塔是威脅直升機飛行安全的主要因素之一,所以直升機EGPWS具備獨特的高壓線和線塔告警功能。同時,直升機的EGPWS還增加了尾槳防撞地功能、海上飛行防撞水功能、側向防橫滾功能等多種直升機獨有的告警功能。


第三,由于一般直升機的載荷和機艙空間都比固定翼飛機要小,因此用于直升機的EGPWS更加小型化,集成度更高;具有高運算速度、低功耗、較強的圖形處理能力,能適應更廣泛的環境等。



國產EGPWS的發

展、應用與挑戰

2006年,FAA規定救援直升機必須配裝直升機地形提示與告警設備后,美國聯合直升機執行度量與數據分析小組(JHMDAT)對2009/2010/2011年的直升機進行事故統計,統計結果表明在此三年中醫療救援直升機事故發生概率比以前減小了約30%


國外研究直升機近地告警系統的主要有霍尼韋爾公司、桑德爾航空電子公司(Sandel Avionics)、柯林斯航空、佳明,以及Transas公司等,各公司都開發有各種型號的防撞告警系統產品,功能各有所側重,也配裝于多種不同直升機機型。


在國內,航空工業上海航空電器有限公司(航空工業上電)從2003年開始研制固定翼飛機的EGPWS,成為國內第一家自行研發EGPWS的單位,承擔了我國大中型飛機近地告警系統研制任務。


航空工業上電董事長蒲毅對此表示:“上電已經為我國多個飛機平臺設計開發了十多種EGPWS產品,在役裝備數量已經超過300架,其中90%的產品安裝于固定翼飛機。”


2014年開始,航空工業上電開始研發直升機EGPWS,目前已經研制出了采用三向導引規避技術的工程樣機,技術成熟度達到7級,并且在算法、功能和性能上進行技術攻關,具備了適應適航標準的告警方案。同時,針對不同直升機性能特點以及任務特性,航空工業上電掌握了不同的告警包絡線設計的核心技術,可以滿足不同直升機的裝配需求。該EGPWS采用視頻輸出、語音告警的視覺/聽覺“雙通道”形式的告警方式,語音選用言簡意賅的中文詞語,確保國內飛行員可在收到警報的第一時間做出反應。


截至目前,貝爾、西科斯基、空客直升機、萊奧納多等公司的部分機型已經配裝了多種EGPWS。西科斯基公司曾表示,通過安裝EGPWS設備能夠使事故率減少1/3,目前霍尼韋爾的MK XXIIEGPWS系統已成為S-76S-92飛機的標準配置。


隨著我國低空空域開放和民用直升機的快速發展,我國直升機數量將快速增加。但目前中國民航局并沒有強制安裝EGPWS,根據運營商的需求,國內只有部分進口民用直升機安裝了該系統。國產直升機目前都沒有安裝EGPWS設備,該系統在國產直升機上面的應用仍是空白。


對此,蒲毅表示,雖然國內目前EGPWS技術應用還不普遍,但上電仍然要大力發展其核心技術。一方面,上電要始終保持EGPWS系統研發的國內最高水準,逼近國際一流,在數百套裝機產品的使用迭代過程中,不斷提升近地告警包絡線設計經驗、不斷提高性能,縮小與國外的技術差距。另一方面,上電未來要將主動障礙物探測技術、合成視景顯示技術、自動防撞技術融合于近地告警系統的解決方案中,實現智能化告警,更加切實有效地減少直升機可控撞地事故。


另外,蒲毅認為,國產EGPWS產品本身的技術能力與國外產品差距不大,但在基礎設施、基礎技術等方面還有一定差距。為了擺脫對國外技術的依賴,我國應加大在高精度的民用數字地圖技術、地形參考導航技術、高壓線和線塔的基礎地理信息等方面的研究。


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