بخشی از مقاله
چکیده - سیستم جلوگیری از برخورد ترافیک هوائی - TCAS - ابزاری در کابین هواپیما است که مستقل از برج مراقبت احتمال برخورد هواپیماها را کاهش می-دهد. از آنجا کهآشنایی و تبحر در استفاده از این ابزار عمدتاً از طریق آموزش در سیمولاتور پروازی فراهم میگردد، شبیهسازی آن از ضروریات است. برای این منظور این سیستم مدلسازی و شبیهسازی شده است. در این مقاله به چگونگی این شبیهسازی و نتایج آن برای یک هواپیمای نمونه تشریح شده است که گویای قابلیت ایجاد شده میباشد. در این راستا گرافیک و صدای لازم توسعه داده شده است.
-1 مقدمه
با گذشت زمان و با افزایش تعداد هواپیماها برای انتقال مسافرین و بار، موضوع برخورد و تصادفهای هوایی افزایش یافت. این موضوع موجب دغدغهای در صنعت هوانوردی گردید. از اینرو چندین سال است که استفاده از TCAS برای جلوگیری از برخورد هوایی بین هواپیماها مورد توجه سازمانهای هواپیمایی کشوری قرار گرفته است. به طوری که از سال 2003 میلادی، به قانونی لازم الاجرا برای اعضای سازمان ایکائو تبدیل شده است.[1]
کلمهی TCAS گرفته شده از حروف اول Traffic Collision Avoidance System که در آمریکا مورد استفاده قرار میگیرد. در سازمان ایکائو این کلمه با کمی تغییر به ACAS تبدیل شده است که مخفف Airborne Collision Avoidance System می- باشد. این وسیله وظیفهی ردیابی و دنبال کردن هواپیماهای نزدیک به هواپیمای خودی و اعلام هشدار برای خلبان را بر عهده دارد.[2] در شکل 1 محدودهی عملیاتی TCAS نشان داده شده است. محدودهای که TCAS اعلام هشدار به رنگهای زرد و قرمز و پیام صوتی میدهد، مشخص میشود. یکی از روشهای شبیه-سازی، برنامهنویسی با استفاده از زبانهای متنوع C، C-sharp یا ComDATSS میباشد.[3][4][5] لیکن به کارگیری نرمافزار-های تجاری میتوانند در توسعه سریع مدل و شبیهسازی آن کمک شایانی باشند.
یکی از این نرمافزارها که در جامعه علمی مورد استفاده قرار گرفته و محبوبیت فراوانی کسب کرده است، نرمافزار متلب - سیمولینک است. در مقاله حاضر شبیه سازی گرافیکی وسیله TCAS در هواپیما با استفاده از نرمافزار سیمولینک انتخاب شده است. علت انتخاب این نرمافزار را میتوان به راحتی در پیاده-سازی و قابلیت تبدیل به نرمافزارهای مشابه نظیر C و C-sharp اشاره کرد. در ابتدا مدلسازی هواپیما جهت دریافت اطلاعات لازم برای وسیله TCAS ارائه شده است.
چگونگی مدلسازی گرافیکی و صوتی TCAS در نرمافزار سیمولینک در ادامه توضیح داده شده است. سپس برای چندین موقعیت مختلف دو هواپیما نسبت به یکدیگر شبیهسازی و صحتسنجی انجام شده و نهایتا از شبیه-سازی انجام شده نتیجهگیری میشود. نیروی وارد بر هواپیما در دستگاه بدنی میباشد. همچنین m جرم هواپیما و I ماتریس ممان اینرسی هواپیما میباشد. با مشخص بودن نیروها و گشتاورهای از طریق ضرایب آیرودینامیکی و پایداری هواپیما مدلسازی هواپیما به طور کامل انجام میشود. با استفاده از مدلسازی هواپیما اطلاعات زیر برای استفاده وسیله TCAS ارسال میشود.
· ارتفاع و هدینگ هواپیما
· ارتفاع رادیویی
· اطلاعات ارتفاع فشاری
· ورودی های کنترلر صفحه نمایش
· کد شناسایی هواپیما ID - هواپیما در ایکائو -
· میزان ماکزیمم سرعت عمودی
-3 مدلسازی گرافیکی TCAS
به منظور مدلسازی گرافیکی TCAS ابتدا لازم است توضیحاتی در مورد این وسیله داده شود. به طور کلی 3 مدل از وسیله TCAS در هواپیما استفاده شده است که عبارت است از:
· TCASⅠ
· TCASⅡ
· TCASⅢ
از آنجایی که نصب TCASⅡ از سال 1994 میلادی برای تمام هواپیماهای بالای 30 نفر ظرفیت در آمریکا لازم اجرا گردید.[8] همچنین از سال 2005 میلادی برای تمام هواپیما-های مسافربری با بال ثابت و موتور توربینی با حداکثر وزن برخاست 5700 کیلوگرم و یا با بیشتر 20 صندلی نصب TCASⅡ در تمام دنیا لازم گردید.[9] مدلسازی گرافیکی برای مدل TCASⅡ انجام میشود. همانگونه که مشاهده میشود میزان مسافتی که TCAS اعلام هشدار به رنگ زرد و قرمز و پیام صوتی میدهد مشخص شده است. که برای اعلام هشدار به رنگ قرمز و همزمان پیام صوتی، میزان ارتفاع باید کمتر از 700 پا و برای محدودهی اطرافش در حدود 2/1 ناتیکال مایل باشد و برای هشدار به رنگ زرد، ارتفاع باید کمتر از 850 پا و برای محدودهی اطرافش 3/3 ناتیکال مایل باشد و حداکثر محدودهای که میتواند هواپیمایی دیگر را ردیابی و دنبال کند در حدود 20 ناتیکال مایل میباشد. البته مقدار 2/1 ناتیکال مایل برابر با 25 ثانیه و 3/3 ناتیکال مایل برابر با 40 ثانیه میباشد.
نمایشگر TCASⅡ در کابین خلبان با نشانگر سرعت عمودی یکی شده است؛ به طوری که قسمت بیرونی، سرعت عمودی را نمایش میدهد و قسمت درونی، مربوط به TCASⅡ میباشد. در قسمت درونی، یک هواپیما با رنگ آبی و یا سفید در مرکز قرار گرفته شده است، که نشانگر هواپیمای خودی میباشد و هواپیماهای مزاحم بسته به فاصله با هواپیمای خودی با رنگ-های سبز، زرد و یا قرمز با سطوح دایرهای، لوزی و یا مستطیل نمایش داده میشود. به علاوه این که در قسمت مدرج شده سرعت عمودی، یک نوار قرمز و سبز رنگ وجود دارد که قسمت سبز محدودهی مجاز برای جلوگیری از برخورد، برای سرعت عمودی را نشان میدهد.
به منظور مدلسازی گرافیکی در سیمولینک متلب نیاز به بلوکهای Image From File، Compositing و Rotate میباشد. تا به توان تصویر درستی از عملکرد TCAS در شبیهسازی به نمایش گذاشت. هدف شبیهسازی گرافیکی شکل 3 به صورت لحظهای میباشد. برای ایجاد شکل 3، به منظور مدلسازی گرافیکی TCAS در نرمافزار سیمولینک کلیه تصاویر موجود در شکل 3 - نشانگر سرعت عمودی، محدوده مجاز و غیرمجاز، علایم نشاندهنده موقعیت هواپیماهای مزاحم و... - به صورت مجزا در سیمولینک به عنوان ورودی تصویری به تصویر سرعتسنج عمودی اضافه میگردد. به منظور انتخاب تصویر متناسب با شرایط پروازی، پارامترهایی از قبیل اختلاف ارتفاع h و سرعت عمودی هواپیمای خودی و مزاحم، تعیینکننده محدوده مجاز سرعت عمودی به صورت یک نوار سبز رنگ در کنار یک نوار قرمز رنگ برای هواپیمای خودی لازم میباشد. به همین منظور نمایش گرافیکی به دو بخش تقسیمبندی میشود.
-1 سرعت عمودی هواپیمای مزاحم بیشتر از سرعت عمودی هواپیمای خودی.
این حالت زمانی خطرناک میباشد که هواپیمای مزاحم پایینتر از هواپیمای خودی باشد. برای اعلام اخطارهای لازم این شرایط، هفت تصویر برای فواصل عمودی مختلف دو هواپیما لحاظ شده است - به ازای هر 100 پا - . برای انتخاب تصویر مناسب، زمانی که هر یک از شرطهای لازم مطابق با تفکیک هفت گانه اختلاف ارتفاع ارضا شود - با استفاده از بلوک شرطی - IF سیستم تصویر مناسب را انتخاب و با دیگر قسمتهای صفحه نمایش ادغام و یک تصویر واحد را نشان خواهد داد. هر چقدر فاصله عمودی هواپیمای مزاحم و هواپیمای خودی کمتر باشد، محدودهی مجازی که صفحه نمایش سرعتسنج عمودی نشان میدهد، مقدار بالایی برای اندازه سرعت عمودی درخواست می-کند تا برخورد صورت نگیرد. جدول 1 تصاویر مربوط به محدوده نوار سبز و قرمز برای سه بازه از اختلاف ارتفاع در نمایشگر TCAS را نشان میدهد.
