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进入到二十一世纪以来,随着国内民用航空业的迅猛发展,国内机场的吞吐量和航班密度以极快的速度逐年递增,助航灯光系统作为保障夜晚和低能见度条件下飞行的重要目视助航保障设施,其完好率的保障已经得到民航总局和机场方面的重视,2009年民航总局机场司颁布的《民用机场助航灯光系统运行维护规程》再次说明了其重视程度,规程中中对各类灯光亮灯率允许的最低误差要求如下表。
从上表中体现出的灯光完好率要求是非常严格的,对于大中型机场来说,以目前的航班密度和用于灯具维护的时间,采用目前传统的巡场方式,达到此完好率要求是非常困难的,因此,运用高科技手段实现对单灯实现故障定位是保障助航灯光完好率的最佳方案。这种系统在国内早期的命名为故障灯定位检测系统,从命名上看当时的设计和需求的初衷显而易见。故障灯定位检测技术在国内已经有了十余年的研究历史,曾经涉入的厂家、院校不下十几家,但最终能够推出产品、走向市场并被用户认可的寥寥无几。对故障灯的检测本身技术难度不大,难点在于信息的传输媒介的选择和传输,国内的故障灯定位检测系统制造商无一例外地选择了利用现有灯光电缆作为传输媒介,以电力线载波方式进行数据传输,这也是国内机场使用单位对单灯定位产品的普遍要求,而这恰恰是技术上最难实现的,机场广泛使用的串联灯光回路具有非常复杂的特性,串联回路的长度、回路分布电容特性的复杂程度、恒流调光器控制串联回路电流时产生的丰富的高次谐波等等理论上和实验室无法模拟的条件对电力线载波技术在串联回路的应用提出了极高的要求,也极大地增大了研发的难度。国内机场给这些制造商创造了非常好的条件,提供了很大的支持,足见其对这套系统的期望,但是受限于国内较低的技术水平和能力,成功的范例寥寥无几。
近些年来,国内大中型机场为满足日益增长的航空运输需求,都在努力向全天候运营的目标发展。用户对故障灯定位系统又产生了新的需求,即对灯的亮灭控制。停止排灯控制系统作为保证机场在低能见度条件下实现目视灯光交通流量控制的必要手段,已经成为按II/III类设计的机场的基本需求。随着A-SMGCS概念的提出,又扩展为整个滑行道的自动化目视灯光引导。一种新的命名,即单灯监控系统应运而生,这种系统在功能上收纳了故障灯定位、停止排灯监控、移动物体探测和滑行道目视路径引导等等一系列功能,成为A-SMGCS系统的重要执行机构,其地位也由后台辅助走向了保障飞行的第一线。
对于单灯监控系统系统,国内外尚无相关的标准和规范约束,目前国内机场对这种系统需求基本为以下几点:
1)单灯故障定位的准确率。这是机场对该类系统提出的最基本要求,也是最难衡量的指标。而对于建立在串联回路电力线载波技术基础上的单灯故障定位系统来说,数据通讯的质量成为单灯故障定位准确率的最直接反映,这也体现出这套系统的设计水平。我们经常会发现大家用99.99%这样一个数字来衡量故障定位的准确率,而对这个数字所衡量的条件没有约束和限定,对于单灯监控系统来说,单灯故障定位的准确率应该是一个较长时间的统计数据,比如说一年内出现了几次误报,又有多少次准确的报告,由此量化出单灯故障定位的准确率,但是从事助航燈光维护的专业人士会发现,如果这样来计算准确率,系统产生了一万次坏灯报告,只允许一次是误报,这对于设计者来说可以说是一个天文数字,这与将系统确定为不允许有误报没有什么差别。如果制造商以对某回路查询一万次允许出现一次误报来理解准确率的概念,使用部门又无法界定这个数据的准确性。准确率这个数据如何量化,如何确定出一个切实可行的标准而不至于让这个数据流于形式,是有关部门应该研究的问题。
2)设备的可靠性和稳定性。这是非常重要的硬性指标,用于单灯监控的设备必须设计得令其耐用性和设计寿命都远远大于灯泡本身,才能达到真正的设计目的,这一点取决于制造商对电路的设计、器件的选择、整体的防水和保护性设计是否完善,单灯监控设备与隔离变压器的工作环境相同,必须能够承受恶劣的环境条件。一般来说,从各类器件的平均无故障时间分析,单灯监控设备的平均设计寿命应当在7年左右,为适应恶劣的环境条件,还应当达到IP 67以上的防护等级、-40-85℃或更宽的宽温工作能力。
3)响应时间。FAA AC 150/5340-30D标准中对停止排监控的控制和状态最低响应时间规定为2s和5s(期望均为2s以内),这个时间应用于控制系统是非常合理的,因为这个数据的产生融合了飞机在此区域的限制滑行速度、该区域的面积和长度、对飞机在特定区域的状态探测速度等相关的参数,对于停止排灯监控系统,我们可以理解为带控制功能的故障灯定位系统+飞机的位置探测功能+控制逻辑,这个指标是否可以用于仅用于故障灯定位的回路或系统,需要有关部门研究和确定,因为单纯对于故障灯定位而言,准确性和速度是互相矛盾的,相比较而言,用户更加倾向于定位的准确性,因为用于维护的时间是限定的。
4)对隔离变压器和人员的保护作用。这是被很多制造商和机场用户忽略的功能。提出这一点的原因是,隔离变压器在设计上虽然是隔离的,但并没有着重对人体的安全防护设计,当卤素灯泡正常工作时,其两端的电压对人体来说是安全的,当灯泡出现断芯故障后,由于隔离变压器自身的作用,将在其副边即灯泡两端产生高于100V的危及人体的高电压(随着隔离变压器容量的增大而增大),这对于维护人员来说是非常危险的。单灯监控单元如果能够设计成灯泡发生断芯故障时将其旁路,即短路隔离变压器的二次输出,将有效地解决这个问题。这种应用有多重意义,对隔离变压器而言,设计上是允许开路的,但如果长时间开路,势必造成变压器使用寿命的降低,但这又是无法避免的,因为维护的时间是被限定的,无法保证对灯泡的及时更换,相对来说,出现坏灯时对副边短路对隔离变压器是非常有利的;另外,隔离变压器开路后在串联回路中呈现的感性要远远大于副边带灯或短路,回路中如果出现较大比例的隔离变压器开路(坏灯过多)会直接影响恒流调光器的恒流特性和灯光的质量。
单灯监控产品在国际市场上主要由Safegate、ADB、COOPER、Honeywell等国外知名制造商所控制,但其高昂的价格令国内中小型机场望而却步。目前在国内市场上,象大连宗益科技发展有限公司等也成为真正实现单灯监控功能的制造商,大连、温州、宁波、乌鲁木齐、哈尔滨、南阳等多个机场该类产品的使用业绩,以及今年在成都投入使用的国内第一套停止排灯监控系统的应用,充分说明国内的制造企业已经具备了与国外制造商在产品和技术上的抗衡能力。希望国内的单灯监控制造厂商继续强劲的发展势头,以国内外机场的使用需求为先导,努力打造国有品牌,为中国的民用航空事业做出更大的贡献。
从上表中体现出的灯光完好率要求是非常严格的,对于大中型机场来说,以目前的航班密度和用于灯具维护的时间,采用目前传统的巡场方式,达到此完好率要求是非常困难的,因此,运用高科技手段实现对单灯实现故障定位是保障助航灯光完好率的最佳方案。这种系统在国内早期的命名为故障灯定位检测系统,从命名上看当时的设计和需求的初衷显而易见。故障灯定位检测技术在国内已经有了十余年的研究历史,曾经涉入的厂家、院校不下十几家,但最终能够推出产品、走向市场并被用户认可的寥寥无几。对故障灯的检测本身技术难度不大,难点在于信息的传输媒介的选择和传输,国内的故障灯定位检测系统制造商无一例外地选择了利用现有灯光电缆作为传输媒介,以电力线载波方式进行数据传输,这也是国内机场使用单位对单灯定位产品的普遍要求,而这恰恰是技术上最难实现的,机场广泛使用的串联灯光回路具有非常复杂的特性,串联回路的长度、回路分布电容特性的复杂程度、恒流调光器控制串联回路电流时产生的丰富的高次谐波等等理论上和实验室无法模拟的条件对电力线载波技术在串联回路的应用提出了极高的要求,也极大地增大了研发的难度。国内机场给这些制造商创造了非常好的条件,提供了很大的支持,足见其对这套系统的期望,但是受限于国内较低的技术水平和能力,成功的范例寥寥无几。
近些年来,国内大中型机场为满足日益增长的航空运输需求,都在努力向全天候运营的目标发展。用户对故障灯定位系统又产生了新的需求,即对灯的亮灭控制。停止排灯控制系统作为保证机场在低能见度条件下实现目视灯光交通流量控制的必要手段,已经成为按II/III类设计的机场的基本需求。随着A-SMGCS概念的提出,又扩展为整个滑行道的自动化目视灯光引导。一种新的命名,即单灯监控系统应运而生,这种系统在功能上收纳了故障灯定位、停止排灯监控、移动物体探测和滑行道目视路径引导等等一系列功能,成为A-SMGCS系统的重要执行机构,其地位也由后台辅助走向了保障飞行的第一线。
对于单灯监控系统系统,国内外尚无相关的标准和规范约束,目前国内机场对这种系统需求基本为以下几点:
1)单灯故障定位的准确率。这是机场对该类系统提出的最基本要求,也是最难衡量的指标。而对于建立在串联回路电力线载波技术基础上的单灯故障定位系统来说,数据通讯的质量成为单灯故障定位准确率的最直接反映,这也体现出这套系统的设计水平。我们经常会发现大家用99.99%这样一个数字来衡量故障定位的准确率,而对这个数字所衡量的条件没有约束和限定,对于单灯监控系统来说,单灯故障定位的准确率应该是一个较长时间的统计数据,比如说一年内出现了几次误报,又有多少次准确的报告,由此量化出单灯故障定位的准确率,但是从事助航燈光维护的专业人士会发现,如果这样来计算准确率,系统产生了一万次坏灯报告,只允许一次是误报,这对于设计者来说可以说是一个天文数字,这与将系统确定为不允许有误报没有什么差别。如果制造商以对某回路查询一万次允许出现一次误报来理解准确率的概念,使用部门又无法界定这个数据的准确性。准确率这个数据如何量化,如何确定出一个切实可行的标准而不至于让这个数据流于形式,是有关部门应该研究的问题。
2)设备的可靠性和稳定性。这是非常重要的硬性指标,用于单灯监控的设备必须设计得令其耐用性和设计寿命都远远大于灯泡本身,才能达到真正的设计目的,这一点取决于制造商对电路的设计、器件的选择、整体的防水和保护性设计是否完善,单灯监控设备与隔离变压器的工作环境相同,必须能够承受恶劣的环境条件。一般来说,从各类器件的平均无故障时间分析,单灯监控设备的平均设计寿命应当在7年左右,为适应恶劣的环境条件,还应当达到IP 67以上的防护等级、-40-85℃或更宽的宽温工作能力。
3)响应时间。FAA AC 150/5340-30D标准中对停止排监控的控制和状态最低响应时间规定为2s和5s(期望均为2s以内),这个时间应用于控制系统是非常合理的,因为这个数据的产生融合了飞机在此区域的限制滑行速度、该区域的面积和长度、对飞机在特定区域的状态探测速度等相关的参数,对于停止排灯监控系统,我们可以理解为带控制功能的故障灯定位系统+飞机的位置探测功能+控制逻辑,这个指标是否可以用于仅用于故障灯定位的回路或系统,需要有关部门研究和确定,因为单纯对于故障灯定位而言,准确性和速度是互相矛盾的,相比较而言,用户更加倾向于定位的准确性,因为用于维护的时间是限定的。
4)对隔离变压器和人员的保护作用。这是被很多制造商和机场用户忽略的功能。提出这一点的原因是,隔离变压器在设计上虽然是隔离的,但并没有着重对人体的安全防护设计,当卤素灯泡正常工作时,其两端的电压对人体来说是安全的,当灯泡出现断芯故障后,由于隔离变压器自身的作用,将在其副边即灯泡两端产生高于100V的危及人体的高电压(随着隔离变压器容量的增大而增大),这对于维护人员来说是非常危险的。单灯监控单元如果能够设计成灯泡发生断芯故障时将其旁路,即短路隔离变压器的二次输出,将有效地解决这个问题。这种应用有多重意义,对隔离变压器而言,设计上是允许开路的,但如果长时间开路,势必造成变压器使用寿命的降低,但这又是无法避免的,因为维护的时间是被限定的,无法保证对灯泡的及时更换,相对来说,出现坏灯时对副边短路对隔离变压器是非常有利的;另外,隔离变压器开路后在串联回路中呈现的感性要远远大于副边带灯或短路,回路中如果出现较大比例的隔离变压器开路(坏灯过多)会直接影响恒流调光器的恒流特性和灯光的质量。
单灯监控产品在国际市场上主要由Safegate、ADB、COOPER、Honeywell等国外知名制造商所控制,但其高昂的价格令国内中小型机场望而却步。目前在国内市场上,象大连宗益科技发展有限公司等也成为真正实现单灯监控功能的制造商,大连、温州、宁波、乌鲁木齐、哈尔滨、南阳等多个机场该类产品的使用业绩,以及今年在成都投入使用的国内第一套停止排灯监控系统的应用,充分说明国内的制造企业已经具备了与国外制造商在产品和技术上的抗衡能力。希望国内的单灯监控制造厂商继续强劲的发展势头,以国内外机场的使用需求为先导,努力打造国有品牌,为中国的民用航空事业做出更大的贡献。