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上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 系統(tǒng)的工作原理及故障分析系統(tǒng)的工作原理及故障分析 姓姓 名 名 專專 業(yè) 業(yè) 航空電子設(shè)備維修航空電子設(shè)備維修 學(xué)學(xué) 號(hào) 號(hào) 完成日期 完成日期 2011 3 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 I 摘要摘要 本文以交通咨詢及避撞系統(tǒng) TCAS 為例 從 基本工作情況 詳細(xì)地說 明了該系統(tǒng)的基本工作原理 分析了系統(tǒng)的 功能 根據(jù)基本工作 原理分析具體的故障 關(guān)鍵字 關(guān)鍵字 TCASII 基本原理 功能 故障分析 上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 II ABSTRACTABSTRACT Based on TCASII system this paper introduces TCAS s And it explains the failure analysis with the basic working principle KeyKey word word TCASII basic principle function fault analysis 上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 III 目目 錄錄 摘摘 要要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 緒緒 論論 1 一 一 TCAS 系統(tǒng)介紹系統(tǒng)介紹 2 1 1 1 1 2 1 21 2 3 1 3 4 二 二 A CA C 及及 S S 模式編碼模式編碼 6 2 12 1 模式編碼模式編碼 6 2 2 編碼編碼 7 2 32 3 C C 編碼編碼 8 2 42 4 S S 模式模式 9 2 5 模式的應(yīng)答模式的應(yīng)答 10 2 62 6 原理總結(jié)原理總結(jié) 11 三 三 TCAS 咨詢信息顯示和控制咨詢信息顯示和控制 12 3 1 上的顯示和控制上的顯示和控制 12 3 2 上的顯示與控制上的顯示與控制 13 四四 故障分析 故障分析 15 4 4 1 1 故障故障 15 4 4 2 2 故障故障 16 結(jié)結(jié) 論論 17 致致 謝謝 18 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 19 上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 1 頁 緒論緒論 飛機(jī)上的防撞系統(tǒng) 美國航空體系稱為空中交通和防撞系統(tǒng) TCAS 歐洲航空體系稱 為機(jī)載防撞系統(tǒng) ACAS 兩者實(shí)際上的含義 功能是一致的 防撞系統(tǒng)可顯示飛機(jī)周圍 的情況 并在需要時(shí)提供語音及顯示告警 同時(shí)幫助駕駛員以適當(dāng)機(jī)動(dòng)方式躲避危險(xiǎn) 這些都有助于避免災(zāi)難性事故的發(fā)生 下面具體介紹交通咨詢及避撞系統(tǒng) TCAS 上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 2 頁 一 一 TCASTCAS 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 交通咨詢與避撞系統(tǒng) TCAS 是一種新型航空電子系統(tǒng) 可簡稱為避撞系統(tǒng)或防 撞系統(tǒng) 它 接下來簡單說明一下戈?duì)柡娇?1907 號(hào)班機(jī)空難 1 11 1 戈?duì)柡娇崭隊(duì)柡娇?19071907 號(hào)班機(jī)空難號(hào)班機(jī)空難 戈?duì)柡娇?1907 號(hào)班機(jī)是戈?duì)柡娇沼?2006 年 9 月 29 日 計(jì)劃由亞馬孫州州府瑪瑙 斯起飛 經(jīng)停巴西利亞 終點(diǎn)站為里約熱內(nèi)盧 而于中途墜毀的班機(jī) 機(jī)上機(jī)組人員 6 人 乘客 148 人 合計(jì) 154 人 全部遇難 這是到 2007 年 7 月 17 日為止巴西航空史 上死亡人數(shù)最多的空難 調(diào)查員讀取了公務(wù)機(jī)的黑盒證實(shí) 下文將對(duì) TCAS 系統(tǒng)咨詢類型及組成部件做介紹 圖 1 戈?duì)柡娇?1907 號(hào)班機(jī)殘骸 1 21 2 TCASIITCASII 咨詢類型咨詢類型 TCAS 根據(jù)接近飛機(jī)對(duì)于本機(jī)的距離和接近速度把它們分為四類 其他 接近 交 通咨詢 TA 和決斷咨詢 RA 見表 1 表 1 咨詢類型 其他接近交通咨詢決斷咨詢 對(duì)飛機(jī)無威脅 相 對(duì)高度大于 1200ft 小于 2700ft 或距離在 6 n miles 以上 相對(duì)高度等于或小 于 1200ft 且距離 在 6 n miles 以內(nèi) 系統(tǒng)判明的與本機(jī) 存在潛在危險(xiǎn)接近 的飛機(jī) 稱為入侵 飛機(jī) TCAS 會(huì)提 前一定時(shí)間 20s 48s 在對(duì)已判明為交通 咨詢的入侵飛機(jī)被 連續(xù)監(jiān)視約 15s 后 如果該機(jī)與本機(jī)危 險(xiǎn)接近的狀況仍然 上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 3 頁 發(fā)出交通咨詢 存在 則 TCAS 會(huì)發(fā) 出決斷咨詢 TCAS 咨詢類型 TA RA 如圖 3 所示 TCAS 計(jì)算機(jī)向入侵飛機(jī)發(fā)送詢問信號(hào)并接受入侵飛機(jī)發(fā)來的應(yīng)答信息及本機(jī)有 關(guān)系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算出該飛機(jī)是否對(duì)本機(jī)構(gòu)成碰撞威脅 并在顯示器顯示以及發(fā)出 語音警告 此外 TCAS 計(jì)算機(jī)能和其他裝有TCAS 的入侵飛機(jī)的計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)鏈 通實(shí)現(xiàn)避撞的協(xié)調(diào)機(jī)動(dòng)操縱 TCAS計(jì)算機(jī)I O 電路從飛機(jī)系統(tǒng)獲得系統(tǒng)數(shù)據(jù) 從左 ADIRU獲得航向 俯仰 橫 滾IRU數(shù)據(jù) 協(xié)調(diào)和控制ATC應(yīng)答機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 來自生效的ATC左 右ADIRU的氣壓高 度 來自無線電高度表的無線電高度 來自DEU的決斷咨詢狀態(tài) 來自起落架手柄電門 的起落架放下離散信號(hào) 與 GPWC接口的音頻禁止離散數(shù)據(jù) 與氣象雷達(dá)接口的音頻禁 止離散數(shù)據(jù) 來自PSEU的空 地?cái)?shù)據(jù) 1 41 4 TCASTCAS 天線天線 圖 3 TCAS 計(jì)算機(jī) 上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 4 頁 TCASII 利用其方向性天線實(shí)現(xiàn)與相遇飛機(jī)的詢問 應(yīng)答 并獲得目標(biāo)的方位信息 TCASII 天線工作于 L 波段 設(shè)有兩部這樣的方向性天線 一部安裝在飛機(jī)背部中心線 上 另一部安裝在飛機(jī)腹部中心線上 每部天線均可發(fā)射和接收 如圖 4 天線安 裝的位置所示 TCAS 的發(fā)射信號(hào)頻率為 1030MHZ 接收頻率為 1090MHZ TCAS 天線內(nèi)部設(shè)有四個(gè) 輻射單元 這四個(gè)輻射單元互成 90 分別指向飛機(jī)的前 后 左 右 四個(gè)輻射單 元的方向性是相同的 均為 90 的波瓣 天線方向性如圖 5 所示 二 二 A CA C 及及 S S 模式編碼模式編碼 主要對(duì) A 模式的識(shí)別編碼 C 模式的高度編碼以及 S 模式編碼進(jìn)行說明 2 12 1 模式編碼模式編碼 TCAS 詢問裝有應(yīng)答機(jī)的入侵飛機(jī) 根據(jù)詢問與應(yīng)答的延遲時(shí)間計(jì)算出兩機(jī)的距離 R C T T 2 R 為目標(biāo)距離 T 為詢問與應(yīng)答延遲時(shí)間 T 為響應(yīng)時(shí)間 C 為光速 然后通過連續(xù)地詢問和跟蹤計(jì)算可以計(jì)算出距離變化率即接近率 R T 如果 入侵飛機(jī)能夠報(bào)告它的高度 TCAS 計(jì)算機(jī)利用來自本機(jī) ATC 應(yīng)答機(jī)的本機(jī)高度與入 侵飛機(jī)的高度進(jìn)行比較 計(jì)算出兩機(jī)的相對(duì)高度 再利用來自本機(jī) TCAS 方向性天線接 收的應(yīng)答信號(hào)確定入侵飛機(jī)的方位 A 模式的脈沖間隔為 8 s C 模式為 21 s 兩種模式脈沖寬度為 0 8 s 在 P1 脈 沖之后 2 s 的 P2 脈沖用于旁瓣抑制 如圖 6 A C 模式信號(hào)所示 圖 4 TCAS 天線安裝的位置 上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 5 頁 機(jī)載應(yīng)答機(jī)在收到地面有效詢問信號(hào)后 將根據(jù)詢問模式產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)答發(fā)射信 號(hào) 當(dāng)?shù)孛姘l(fā)射的是 A 模式的識(shí)別詢問時(shí) 應(yīng)答機(jī)產(chǎn)生識(shí)別碼應(yīng)答信號(hào) 而當(dāng)?shù)孛姘l(fā) 射的是 C 模式的高度詢問時(shí) 則產(chǎn)生飛機(jī)的實(shí)時(shí)氣壓高度編碼應(yīng)答信號(hào) 2 22 2 模式的識(shí)別編碼模式的識(shí)別編碼 應(yīng)答機(jī)產(chǎn)生的識(shí)別應(yīng)答信號(hào)和高度應(yīng)答信號(hào)均為 1090MHz 的脈沖編碼信號(hào) 應(yīng)答信號(hào)的脈沖寬度均為 0 45 s 脈沖間隔為 1 45 s 或其整數(shù)倍 飛機(jī)的識(shí)別 信號(hào)和高度信號(hào)均采用邏輯編碼方式 即在 12 個(gè)信息脈沖的位置上 利用脈沖的有 表示邏輯 1 或無 表示邏輯 0 進(jìn)行編碼 形成飛機(jī)的識(shí)別碼和高度碼 地面 A 模式詢問時(shí) 飛機(jī)的四位八進(jìn)制識(shí)別碼為 0000 7777 共 4096 種 期中還有一些用于特殊用途 如 7500 表示被劫機(jī) 7600 表示通訊失效 7700 表示飛機(jī)處于緊急狀態(tài) 2 32 3 模式高度編碼模式高度編碼 當(dāng)應(yīng)答機(jī)回答 C 模式的詢問時(shí) 它的應(yīng)答脈沖串表示飛機(jī)的高度信息 氣壓高度 信息是由大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī) ADC 提供的 由高度編碼電路編碼 高度編碼中的 D A B 組脈沖采用格雷編碼 其特點(diǎn) 上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 6 頁 2 4 2 4 模式模式 當(dāng)?shù)孛嬖儐柶靼l(fā)出 A S C S 模式全呼叫詢問信號(hào)后 地面接收到 S 模式應(yīng)答機(jī)的 全呼叫應(yīng)答 并獲得該飛機(jī)地址碼和該機(jī)的位置 地面詢問器則以該機(jī)的地址進(jìn)行 點(diǎn)名詢問 以后即按該地址開始進(jìn)行 僅 S 模式全呼叫 點(diǎn)名詢問信號(hào)和僅 S 模式 全呼叫詢問信號(hào)時(shí)由 1 P 2 P 6 P 脈沖組成的差分相移鍵控信號(hào) 如圖 6 差分相移 鍵控信號(hào)圖所示 2 5 模式的應(yīng)答模式的應(yīng)答 S 模式的應(yīng)答機(jī)發(fā)射的應(yīng)答信號(hào)如響應(yīng) A C 模式和僅 A C 模式全呼叫 則以 A C 模 式的脈碼調(diào)制應(yīng)答信號(hào)作應(yīng)答 如響應(yīng) A S C S 全呼叫 S 模式點(diǎn)名詢問或僅 S 模式 全呼叫 機(jī)載 S 模式應(yīng)答機(jī)則以 S 模式的脈位調(diào)制應(yīng)答信號(hào)應(yīng)答 2 6 TCAS 工作情況工作情況 首先 TCAS 系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)監(jiān)聽本機(jī)附近空域中裝備有 S 模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)的發(fā)射信 號(hào) 不論是否收到詢問信號(hào) S 模式應(yīng)答機(jī)都會(huì)每隔一秒 其次 本機(jī)的其他機(jī)載系統(tǒng)會(huì)連續(xù)地向 最后 上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 7 頁 三 三 TCASTCAS 咨詢信息的顯示和控制咨詢信息的顯示和控制 3 13 1 上的顯示和控制上的顯示和控制 TCASII 的顯示如圖 8 高度顯示指示器所示 或者 TCAS 工作不正常 都不能顯示 RA 信息 3 23 2 上的顯示與控制上的顯示與控制 顯示在電子式水平狀態(tài)顯示器 EHSI 或?qū)Ш斤@示器 ND 上的 TCAS 信息主要是入侵 飛機(jī)的相對(duì)位置 威脅等級(jí)等 如圖 9 導(dǎo)航顯示所示入侵飛機(jī)的相對(duì)位置 圖 8 TCAS 高度顯示指示器 向下避讓 向上避讓 上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 8 頁 詢語音信息 TCAS 控制面板上的方式旋鈕也必須放在 TA ONLY 或 TA RA 位 圖 9 導(dǎo)航顯示 上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 9 頁 四 故障分析四 故障分析 4 14 1 天線故障天線故障 包括 TCAS 系統(tǒng)的上下天線和應(yīng)答機(jī)系統(tǒng)的上下天線 天線故障在 TCAS 系統(tǒng)的故 障中是比較多見的 原因是 所以 TCAS 計(jì)算機(jī)和 ATC 應(yīng)答機(jī)的自檢程序中都包括了天線系統(tǒng)的測(cè)試程序 可 見天線系統(tǒng)對(duì)這兩套設(shè)備的重要性 4 2 4 2 故障故障 TCAS 計(jì)算機(jī)是 TCAS 系統(tǒng)的核心 不僅要完成大量的計(jì)算任務(wù) 而且也要具備發(fā) 射機(jī)和接收機(jī)的功能 其精度要求較高 同時(shí)在飛機(jī)上由于空氣氣流 顛簸 高空輻 射 電磁干擾等客觀因素 決定了其工作環(huán)境的惡劣 在這些情況下 也使 TCAS 計(jì)算 機(jī)的故障率特別高 也是外場排故中 更換頻率最高的部件 才能快速準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)并排除故障 上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 10 頁 結(jié)論結(jié)論 中國民航實(shí)現(xiàn)由民航 向 歷史性跨越 是建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國的必 然要求 民航運(yùn)輸 空中交通咨詢及避撞系統(tǒng) TCAS 保障飛機(jī)在空中的安全飛行 是直接影響飛行安全的重要電子設(shè)備系統(tǒng)之一 安全可靠性直接決定了飛機(jī) 的飛行安全 通過這次的論文寫作 我掌握了飛機(jī)避撞系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí) 從 研究以及 向老師請(qǐng)教 有了更全面的理解 飛機(jī)在整個(gè)飛行過程中的安全飛行 除了如 TCAS 系 統(tǒng)等作為保障 更需要維護(hù)人員 駕駛員 航管人員等之間的互相密切配合 理論是 的基礎(chǔ) 實(shí)踐是 的認(rèn)證 在以后的工作中 我一定以 工 作 為建設(shè)民航強(qiáng)國貢獻(xiàn)自己的力量 上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 11 頁 致謝致謝 從論文選題到搜集資料 從寫稿到反復(fù)修改 期間經(jīng)歷了 如今 伴隨著這篇 畢業(yè)論文的最終成稿 復(fù)雜的心情 成就感 非常感謝我的導(dǎo)師 老師 他為人隨和熱情 在聊天中他總是能像朋友一樣 指導(dǎo)你鼓勵(lì)你 在論文的 等方面他也總會(huì)以 專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 嚴(yán)格要求你 從選題