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Reducing Air Accidents Related with
Weather天气作为影响航空安全的一个重要因素,始终是人们研究和关心的重要问题之一。新技术为人们更多地获取天气情况创造了条件。”多扫描”气象雷达由于基本上消除了地杂波,能提供更完全的气象情况画面;湍流预测和告警系统则提高了预测式风切变系统的能力;航空气象信息网和卫星气象服务能更为有效地跟踪恶劣的气象条件,进行危险评估到目前为止,天气情况仍是影响航空安全的一个重要因素。为提高飞行安全,世界各国都在进行多方面的工作来增加飞行人员对气象信息的感知和了解。美国曾在1997年发起了航空安全性计划,其中一部分是针对减少气象有关事故的。这个计划的目标是在十年内将重大事故率显著减少。美国运输安全委员会称,在1983年与1995年之间,美国航空公司发生的事故有33%与气象有关,而在1990年与1996年之间,商业运输机造成的严重伤害有33%是由大气湍流造成的。NASA的航空安全计划主要是发展一些新技术,使到2007年时,将与气象有关的重大事故减少50%,与大气湍流有关的事故减少50%。这个计划的一些初步成果已渐露端倪,其内容包括新的气象产品、将信息发送到飞机的数据链、气象显示器和帮助飞行员解释信息的决策工具等。”多扫描”气象雷达机载雷达仍然是飞行员使用的主要气象传感器,近年来,又将其引入了预测风切变等增强措施。去年,第一架装备罗克韦尔·柯林斯公司的WXR-2100″多扫描”气象雷达的波音747-400ER交付快达航空公司。这种全自动”多扫描”雷达基本上消除了地杂波,为气象情况提供了高质量的画面。气象雷达是驾驶舱中的一种重要的原始数据传感器。”多扫描”雷达精化了气象显示。这种雷达以两个下倾角扫描,来收集短距、中距和长距气象信息。这些数据储存在一个数据库中,而且经过数次扫描,数字信号处理去掉了地杂波,给出从20千米到600千米的气象画面。这种雷达以较低的下倾角从左扫描到右,以探测近距和远距的气象情况,然后以较高的下倾角从右扫描到左,以探测中距气象情况。每个循环需8秒时间,显示器在每4秒扫描后更新。常规雷达可用来跟踪从约220千米到距飞机40千米~60千米的气象情况,而”多扫描”雷达的双下倾角和地杂波抑制可使飞行员看到更近和更远的气象情况。”多扫描”雷达的一个关键特征是对整个飞行的保护,它被设计成防止飞行员在高空巡航期间驾驶飞机进入雷达波束下而且不在雷暴的顶部。这种较低的”下视”扫描使雷暴顶部在画面中停留较长时间,而且即使雷达回波消失,”多扫描”雷达跟踪和显示储存的数字图像,可以维持到雷暴安全地落在飞机后面为止。罗克韦尔·柯林斯公司还在发展的”2型”将引入雷暴顶部的预测。”2型”雷达将围绕雷达作垂直的”8字形”扫描,收集其增长信息和雷暴顶部的信息,以帮助确定是否存在湍流威胁。该公司已将天线扫描与显示器更新断开,因而有许多方案可供选择。其软件更新将于2004年底提供。湍流预测和告警系统NASA的湍流预测和告警系统项目亦旨在进一步增强气象雷达的性能。TPAWS扩展了在600米以下高度使用的预测式风切变系统的能力,也可以探测1500米高度以上的对流湍流,并为飞行员提供提前90米~200秒的告警。TPAWS采用现有的硬件和在1500米以上起作用的新的软件算法,但它不能探测晴空湍流,而只能探测云外潮湿空气处的湍流。气象雷达制造商们已开始进行认证工作,TPAWS将于2007年装机。TPAWS将给机组人员显示与飞机动态特性和飞行阶段适合的湍流告警。特定湍流级别下乘客所蒙受的危险对波音747-400和波音717来说是不同的。这些信息如何显示仍在继续进行研究。TPAWS的第二个重要组成部分是采用飞机本身作为湍流传感器。机载传感器的信息将用数据链送到地面,主要用于维修,但也可用于气象预报。这种能力的飞行试验计划在2007年进行,有希望到2007年部署。TPAWS的第三个组成部分是长期项目,涉及将气象雷达与飞机的飞行管理系统连接起来以减轻湍流。它将触发自动驾驶仪中的一种湍流遭遇模式,值得注意的是,这种模式不是试图严格地保持高度和速度,这样恰会使乘坐品质变坏。NASA已在TPAWS计划下鉴定了激光雷达传感器,但从适当大小的激光雷达得到足够的功率,在距飞机较远的地方测量湍流来看,激光雷达与普通气象雷达相比没有什么竞争力。航空气象信息网NASA的
“航空气象信息网”的研究工作正在进行中,它将机载雷达信息同上传的气象图像相综合。在AWIN研究项目中,增强的气象雷达和航空气象感知和报告增强项目(这两个项目都是与罗克韦尔·柯林斯公司合作进行的)已合并成机载危险回避系统,它将在NASA的一架波音757上进行试飞。EwxR项目组合了气象雷达数据与上行传输到飞机的Nexrad地面气象雷达的图像,并显示在同一显示器上。这种方法能有效地跟踪恶劣的气象条件,并作出危险评估。它告诉飞行员雷暴单体未来将在什么地方,以及什么气象条件将对飞行产生影响。AWARE从基于因特网的飞行前计划工具开始,帮助通用航空飞行员评估计划航路上的气象情况,并已作为一种机载决策辅助工具在NASA的波音757上进行试飞。AHAS组合了AHAS和EwxR两个系统,并研究在机上如何对数据进行融合。飞行员从雷达得到战术气象数据,而战略气象数据则用数据链传到飞机。机上的算法评估上行传输的气象数据来寻找危险。由于用数据链传输的气象数据具有固有的延迟,这些信息将在做计划时采用。AHAS是一个比EwxR
要广的项目,将拥有雷达、激光雷达、包括TPAWS在内的飞机其他传感器,以及用数据链从其他飞机和地面传来的信息。也是在AWIN之下,霍尼韦尔公司已开发了一个气象信息网,它已于2002年在美国投入使用。该网络采用机载电话或卫星通信链路将Nexrad雷达的镶嵌图像和其他文本与图形数据上行传输到飞机进行显示。WINN已在美联航的一架A320上作了使用鉴定。卫星气象服务与此同时,美国航空公司采用两架波音777飞机针对罗克韦尔·柯林斯公司的卫星气象信息服务进行了试验,这两架波音777装有高带宽卫星链路,可以接收图形气象信息。2005年,NASA将继续发展下一代气象显示和决策辅助技术,即了解飞机与飞行员能力及飞行阶段的系统,系统将搜索气象信息,并以容易理解的方式显示。其飞行验证计划在2005年进行。如果技术发展可在飞机飞行途中提供足够的信息,AWIN项目将满足其发展指标,即通过良好的气象情况感知使事故减少25%~50%。机载对流层气象数据报告系统美国光学探测系统公司在NASA支持下发展了一种新传感器,即把飞机本身作为气象传感器,并部署一种大气数据收集系统。在”机载对流层数据报告系统”项目下,ODS公司计划装备大量飞机来收集对流层下层的大气数据,用于改进气象预报。将商业飞机用作有限大气数据来源,已有10家航空公司经由ARINC的机载通信和报告系统数据链提供飞行中空中温度和风的报告。在欧洲也有一个类似系统在工作。在该项目下,ODS计划将包括货机和公务飞机在内的大量飞机装备传感器和数据链组件。这些飞机的大多数时间在对流层下面飞行,并经常通过气象区域进行爬升和下降,这将产生更精确的空间和时间采样数据用于气象预报和气象模型。参加这一活动的航空公司将免费获得飞机收集的数据,并获得由装备TAMDAR的整个机队产生的数据。TAMDAR探头可用作机载结冰探测系统。ODS公司即将开始C型预生产探头的飞行试验,这种探头重0.7千克,而且在370千米/小时速度下产生不到0.2千克阻力。这种多功能传感器测量温度、压力和湿度,探测结冰,并计算高度、空速、湍流和空中的风。这些数据同GPS位置数据一起用数据链传输到地面站。

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