基于机场Type Ⅰ ILS设备进行CAT Ⅱ ILS试飞的可行性研究

章园媛，白卫国

(中国商用飞机有限责任公司 民用飞机试飞中心，上海 201323)

0 引 言

适航性是按照公众批准的最低安全要求继续飞行的航空器固有品质，是民用航空器的一种属性。根据我国民用航空器的适航管理法规和规定，国产民用飞机必须按照适航要求向中国民航局航空器适航审定司表明其符合性。作为一种较常见的符合性验证方法，飞行试验是在真实的飞行环境下进行的各类试验[1]。对于民用飞机，飞行试验在飞机型号合格审定过程和飞机适航管理过程中占有极其重要地位。

Ⅱ类仪表着陆系统飞行试验，简称CAT Ⅱ ILS试飞，旨在向适航当局表明飞机的自动飞行控制系统具有CAT Ⅱ ILS运营能力。通常适航要求在安装有Ⅱ类设备性能的仪表着陆系统(简称Type Ⅱ ILS)的机场进行。目前我国具备CAT Ⅱ类运行条件的机场皆为国际性枢纽机场如首都国际机场、上海浦东机场等，受航班量大、空域紧张、资源调配困难等因素影响，这类机场很难平衡各项要求来满足试验所需。而国外符合要求的机场也存在协调难、经费高、周期长等问题。因此，能否有效选择适合的机场在很大程度上影响试验的开展。

根据美国联邦航空管理局(FAA)颁布的咨询通告[2]，采用安装有Ⅰ类设备性能的仪表着陆系统的机场开展试验，即采用Type Ⅰ ILS设备进行CAT Ⅱ ILS试飞，在特定条件下同样能满足规章要求，获得适航当局认可。资料表明国外利用相关经验开始研究采用CATI类地基增强系统(GBAS)开展CATⅡ类运行[3]，而国内因民用飞机试飞水平尚处在初步发展阶段，采用此类试飞方法进行飞行试验的研究尚未起步。

基于上述考虑，在国内本文首次提出采用Type Ⅰ ILS设备进行CAT Ⅱ ILS试飞，并做深入研究，分析证明其可行性。

1 可行性研究思路

采用Type Ⅰ ILS设备进行CAT Ⅱ ILS试飞的可行性研究，其重点在于分析验证使用性能类别相对较低的Type Ⅰ ILS设备进行试验依然满足适航审定要求，这也是后续开展试验、结果验证的前题。因此本文根据相关适航条款、规定，按下述步骤验证分析采用Type Ⅰ ILS设备进行CAT Ⅱ ILS试飞的可行性。

首先，适航条款允许使用其他类型的导航设备进行Ⅱ类ILS运行，这里其他类型的导航设备包括采用Type Ⅰ ILS设备。这类设备因性能不满足 Ⅱ类ILS运行的标准设备需求，须获得适航当局特别审批[2,4]。其次，技术要求规定这类设备在校验后性能不应低于Ⅱ/D/2级别，且具有可维护性，同时为防止对ILS空间信号造成不可接受的干扰，应对ILS临界区进行有效保护[5-6]。因此，采用机场Type Ⅰ ILS设备有效进行CAT Ⅱ ILS试飞应满足如下要求：

(1) 地面ILS设备具有Ⅱ类设备性能；

(2) 其航向信标的航道结构满足Ⅲ类设备规范(飞到ILS基准数据点 “D”点)；

(3) 符合2级完整性和连续性要求；

(4) 系统运行过程中，车辆、航空器等不得进入该区域。

一般采用飞行校验的方式来检测机场地面导航设备的性能，经过飞行校验后的设备能够达到最佳状态。因此，在设备定期校验时，针对航向信标航道结构这一参数，按照Ⅲ类设备规范校准可满足要求(2)。要求(3)中，ILS设备信号的完整性和连续性级别定义分别体现了不发射错误引导信号的概率及不丢失引导信号的概率，通常已达到了机场Ⅰ类 ILS运行设备2级完整性和连续性的要求[7]。而要求(4)只需在试飞验证时保证ILS运行过程中车辆、航空器不得进入ILS临界区即可。综上所述，当机场地面ILS设备满足Ⅱ类设备性能要求，即可表明采用机场Type Ⅰ ILS设备进行CAT Ⅱ ILS试飞具有可行性。

本文通过对照Ⅰ类和Ⅱ类设备性能的ILS技术规范，找出与标准值及容限要求存在差异的各项技术要求，并将差异项与真实机场ILS校验报告进行比对，分析Type Ⅰ ILS设备在一定条件下满足Ⅱ类设备性能的要求，完成可行性研究。

2 ILS设备性能分析

采用飞行校验的手段检测ILS设备性能，主要体现为两个检查校准过程：一是信号的正常性检查，即对正常发射的ILS信号进行标称量值的检查及调整，判断信号是否符合要求，如航道、校直、宽度、覆盖等参数；二是根据信号完整性告警门限，验证并校准地面ILS设备的告警门限值，使其与空中信号的告警门限保持一致，告警数值设置表示所允许的信号变化范围[8]。

Ⅰ类和Ⅱ类设备性能的ILS各项校验项目技术要求不同，通过判断校验结果是否满足相关类别的标准值及容限要求，可准确区分ILS设备性能类别。

2.1 性能类别标准

ILS设备性能校验包括航向信标和下滑信标的校验[9]。根据ILS飞行校验调试技术规范[10]，Type Ⅰ ILS设备和Type Ⅱ ILS设备的校验项目及技术要求如表1～表2所示。

表1 ILS航向信标校验技术要求

表2 ILS下滑信标校验技术要求

从表1～表2可以看出：ILS设备航向信标的12项定期校验性能指标中只有5项针对Ⅰ类和Ⅱ类的标准值及容限要求存在差异；而ILS下滑信标的11项定期校验的性能指标中只有3项针对Ⅰ类和Ⅱ类的标准值及容限要求存在差异。

由此可见，Type Ⅰ ILS设备和Type Ⅱ ILS设备性能要求多数是一致的，如果Type Ⅰ ILS设备实际校验数据中体现两者差异部分的数值能满足Type Ⅱ ILS设备的性能要求，可说明Type Ⅰ ILS设备达到Ⅱ类设备性能的要求。

2.2 校验结果分析

根据国内某A机场18号、36号跑道和某B机场22号跑道Ⅰ类仪表着陆系统定期校验报告的数据，ILS设备的校验参数有：

(1) 航向信标校准参数：调制度，航道校直，航道校直告警(90 Hz、150 Hz)，航道结构(1、2、3区)，航道宽度，宽度对称性，航道宽度告警(宽、窄告警)，覆盖；

(2) 航向信标检测参数：识别，余隙/角度(90 Hz、150 Hz)，极化；

(3) 下滑信标校准参数：调制度，下滑角/入口高度，下滑角下限告警，下滑道结构(1、2、3区)，下滑道宽度，宽度对称性，下滑宽度告警(宽、窄告警)，覆盖；

(4) 下滑信标检测参数：150 Hz余隙/角度。

上述参数与Ⅱ类ILS设备定期校验的飞行校验项目一致。

依据2.1节分析，将报告中航向信标的航道校直、校直告警、航道结构(2、3区)、宽度对称性、极化5项校验数据，及下滑信标的宽度对称性、下滑道结构(2、3区)、宽度告警3项校验数据与Ⅱ类设备性能技术要求进行比对分析，结果如表3～表4所示。

表3 ILS航向信标校验结果分析

表4 ILS下滑信标校验结果分析

从表3可以看出：不同机场不同跑道，相同机场不同跑道的Ⅰ类ILS航向信标的航道校直、航道结构、宽度对称性、极化均满足Ⅱ类精度要求；只有校直告警仅满足Ⅰ类±15 μA的精度要求，未达到Ⅱ类±10 μA的精度要求。校直告警是航道监视器在检测到航道的偏移超过门限值时产生的信号完整性告警，只是监控器允许偏差的一个范围，不影响信号本身的精度。实际验证时通过地面导航设备运行的监控器数据判断其未超过Ⅱ类±10 μA的精度要求即可。

从表4可以看出：不同机场不同跑道，相同机场不同跑道的Ⅰ类ILS下滑信标的下滑道结构、宽度对称性均满足Ⅱ类精度要求；只有宽度告警仅满足Ⅰ类0.945°的精度要求，未达到Ⅱ类0.90°的精度要求。宽度告警是地面设备监视器检测到下滑宽度角度达到预期告警门限值时产生的告警，是监控器允许偏差的一个范围，不影响信号本身的精度。实际验证时通过地面导航设备运行的监控器数据判断其未超过Ⅱ类0.90°的精度要求即可。

综上分析，Type Ⅰ ILS设备在实际性能校验数据中两者差异部分的数值均能满足Type Ⅱ ILS设备的性能要求。因此，Type Ⅰ ILS设备性能满足Ⅱ类设备性能要求。

3 结 论

(1) 本文依据适航条款，在不影响审定结果的前提下，采用设备性能类别相对较低的Type Ⅰ ILS设备进行CAT Ⅱ ILS试飞，有效解决了试验机场选择难、试飞效率低的问题。

(2) 通过将Type Ⅰ ILS设备和Type Ⅱ ILS设备性能技术标准对比分析，验证了Type Ⅰ ILS设备满足Ⅱ类设备性能要求。

(3) 根据本文分析，当机场地面ILS设备满足Ⅱ类设备性能要求，采用机场Type Ⅰ ILS设备进行CAT Ⅱ ILS试飞具有可行性，满足适航审定要求。