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Inhalt des Dokuments

Behrend, Ferdinand

Advanced Approach Light System

Der Einfluss eines zusätzlichen visuellen Assistenzsystems zur Steigerung des Situationsbewusstseins bei kritischen Wetterbedingungen hinsichtlich vertikaler Fehler im Endanflug

ISBN 978-3-7983-2904-1 (print) In Warenkorb legen

ISBN 978-3-7983-2905-8 (online) Online Lesen

XXIV, 206 Seiten

Erschienen 2017

Preis: 16,50 EUR

Institute of Aeronautics and Astronautics: Scientific Series (Band 1) (Institut für Luft- und Raumfahrt)

Abstract (Deutsch)

Das stetige Wachstum in der Luftfahrt erfordert die Einführung neuer Technologien, um der Nachfrage nach steigender Kapazität gerecht zu werden. Insbesondere das System Flughafen stellt hierbei oftmals den limitierenden Faktor dar. Schlechte Sichtbedingungen und die unzureichende bodenseitige Ausrüstung mit Navigationseinrichtungen können für Einschränkungen in der Aufrechterhaltung des bestehenden Verkehrsflusses sorgen – insbesondere bei Landeanflügen. Das konventionelle Instrumentenlandesystem besteht aus einer Vielzahl an technischer Komponenten, die hohen Aufwand hinsichtlich Wartung und Betrieb verursachen. Kleine Flughäfen sind oft nur teilweise oder gar nicht mit den entsprechenden Bodenkomponenten ausgerüstet, so dass der Flugbetrieb bei bestimmten Sichtbedingungen vollständig eingestellt werden muss. Neue satellitengestützte Anflugverfahren bieten die Möglichkeit, den Flugbetrieb auch bei schlechten Sichtbedingungen aufrechtzuerhalten, unabhängig von der bisher notwendigen Bodeninfrastruktur. Diese bieten mittlerweile ebenso eine auf der barometrischen Höhenmessung oder einem aufgewerteten Satellitensignal basierende vertikale Flugführungskomponente. Allerdings besteht mit der Verwendung entsprechender Anflugverfahren auch eine neue mögliche Fehlercharakteristik des vertikalen Flugführungssignals. Ist ein Fehler beim auf elektromagnetischen Funkwellen basierenden Instrumentenlandesystem winkelförmig – d.h. je näher sich das Luftfahrzeug dem Sender am Boden nähert, umso kleiner wird die absolute Ablage zum Sollanflugweg – ist dieser bei satellitengestützten Anflügen konstant über den gesamten Endanflug. Eine große Abweichung vom Sollanflugweg auch kurz vor Erreichen der Landebahnschwelle kann die Folge sein. Bei schlechten Sichtbedingungen nahe den Minima eines Präzisionsanfluges kann der Fehler oft erst bei Erreichen der Entscheidungshöhe und dem damit verbundenen visuellen Kontakt zu entsprechenden Bodenmerkmalen erkannt werden. Je größer die Ablage zum Sollanflugweg, umso entscheidender ist das unverzügliche Einleiten des Fehlanflugs, um ein Verlassen der entsprechenden Hindernisfreibereiche zu verhindern. Untersuchungen haben gezeigt, dass die aktuell vorhandenen visuellen Merkmale der Anflugbefeuerung nicht ausreichend sein können, die tatsächliche Position bezüglich der Landebahnschwelle und des Sollanflugweges bei Erreichen der Entscheidungshöhe einzuschätzen. Das hier vorgestellte Advanced Approach Light System soll die Cockpitbesatzung als zusätzliches visuelles Merkmal bei der Entscheidung unterstützen und so zur Verbesserung des Situationsbewusstseins hinsichtlich konstanter vertikaler Fehler beitragen. Das neue Befeuerungssystem wurde in einen Flugsimulator integriert und innerhalb zweier Versuchsreihen mit unterschiedlichen Sichtbedingungen und Entscheidungshöhen von lizensierten Verkehrspiloten getestet. Dabei sollte neben der grundsätzlichen Funktionalität auch die operative Einsetzbarkeit in den bestehenden Ablauf der Handlungsroutinen im Cockpit untersucht werden. Die Ergebnisse der Versuchsreihen haben eine erhebliche Verbesserung im Erkennen vertikaler Fehler mit Hilfe des Advanced Approach Light System aufgezeigt. Die Entscheidung zum Einleiten des Fehlanflugs erfolgte direkt und unverzüglich, wodurch das Luftfahrzeug auch bei sehr niedriger Entscheidungshöhe noch innerhalb des Hindernisfreibereiches blieb. Im Gegensatz dazu wurde bei den Versuchsteilnehmern, denen nicht das neue System zur Verfügung stand, die Entscheidung eher zögerlich und oftmals viel zu spät getroffen, was zu einem Verlassen des Hindernisfreibereichs führte. Das Situationsbewusstsein der Luftfahrzeugführer zum Erkennen vertikaler Fehler beim Erreichen der Entscheidungshöhe wurde durch das Advanced Approach Light System wesentlich erhöht. Die Integration in bestehende Arbeitsroutinen und der operative Einsatz erfolgten bei hoher Akzeptanz problemlos durch die Versuchsteilnehmer.

Abstract (Englisch)

The constant growth in aviation requires the introduction of new technologies, in order to meet the demand for increasing capacity. Especially the airport often represents the limiting factor. Poor visibility conditions and an insufficiently equipped ground infrastructure, regarding navigation facilities, can lead to restrictions in maintaining the prevailing traffic flow – especially during the approaches. The conventional instrument landing system consists of numerous technical components, which are causing expenses regarding maintenance and operation. Smaller airports are often only partially or not at all equipped with the appropriate ground facilities. This can bring air traffic to a total halt during certain visibility conditions. New satellite-based approach procedures offer the possibility to keep up air traffic even during poor visibility conditions, regardless of the ground infrastructure required in the past. These also offer now a barometric guidance or an augmented satellite signal for the vertical flight guidance component. With the use of these approach procedures there is however the possibility of new faults and errors of the vertical flight guidance signal. In a system based on electromagnetic radio waves a fault is angular, meaning if the airplane gets nearer to the transmitter on ground the absolute possible failure of the target approach path gets smaller. In a satellite based approach, on the other hand, it is constant during the whole approach. The result can be a great deviation from the target approach path even just before reaching the runway threshold. Often only after reaching the decision height and the herewith connected visual contact to corresponding ground features, these faults can be recognized during poor visibility conditions close to the minima of a precision approach flight. The larger the absolute error to the target approach path, the more crucial it gets to initate a missed approach procedure and therefore preventing a drop out of the relevant obstacle clearance limit. Research has shown that through the currently present visual characteristics of the approach lighting system the actual position cannot be determined sufficiently regarding the runway threshold and the target approach path in order to estimate the decision height correctly. The here presented “Advanced Approach Light System” is supposed to be an additional visual aid in order to support the cockpit crew in its decisions. Therefore it should amount to improve the awareness of the situation regarding constant vertical faults. The new navigation lighting system has been integrated into a flight simulator and was tested by licensed airline pilots within two test series with varying visibility conditions and decision heights. Next to basic functionality operational usability in existing procedures of practical routines in the cockpit has been evaluated. The results of the test series have demonstrated a significant improvement in identifying vertical faults with the support of the “Advanced Approach Light System”. The decision to initiate a missed approach was made immediate and prompt and therefore the airplane stayed within the obstacle clearance limit even in a low decision height. In contrast, the trial participants without the new system took reluctant and often far too late decisions, which lead to a drop out of the obstacle clearance limit. The “Advanced Approach Lighting System” has significantly improved the situation awareness for pilots in command in recognizing vertical faults when reaching the decision height. The integration in existing work routines and its operative use happened flawlessly and was highly accepted by the trial participants.

Schlagworte

final approach, visual cues, GNSS based approach, approach light system, vertical error,
Endanflug, vertikaler Fehler, visuelle Entscheidungsmerkmale, Befeuerungssystem, Satellitennavigation basierter Anflug, PAPI

Volltext online

Frei im institutionellen Repositorium der TU Berlin (Deposit Once):

https://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5819

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