Встановлення підсистеми глісадних вогнів

Розташування регуляторів яскравості для електропостачання підсистеми глісадних вогнів ШЗПС з з обох напрямків посадки планується в приміщенні трансформаторної підстанції (ТП) - ТП-7.

Довжина кабельної лінії від ТП-7 до глісадних вогнів ШЗПС, встановлених з МК_пос.-18є для стандартної схеми розташування глісадних вогнів ШЗПС - ліворуч, складає 1300 м. Для МК_пос.-198є розташування глісадних вогнів ШЗПС - ліворуч, довжина кабельної лінії складає 1450 м.

В якості прикладу розрахунки проведено для світлосигнального обладнання виробництва фірми «ELTODO». При використанні обладнання іншого виробника, який має сертифікат України, принципових змін не буде, натомість, автори залишають за собою право внести конкретні коректування у комплект технічної документації відповідно до технічних характеристик світлосигнального обладнання конкретного виробника.

2.4 Розрахунки потужності кабельних ліній підсистем глісадних вогнів злітно-посадкової смуги

Для електропостачання кабельних ліній у підсистемах глісадних вогнів застосовуються регулятори яскравості типу ZKPT-7 або регулятори яскравості іншого виробника номінальної потужності не менше 3,0 кВА, номінальним вихідним струмом 8,3 А, номінальним діючим значенням струму, що споживається від промислової мережі 10,4 А та номінальним значенням напруги мережі 380В, 50 Гц.

Регулятори яскравості типу ZKPT-7 в кількості 1 шт. для кожного напрямку посадки встановлюються в приміщенні ТП-7 та підключаються до щитів гарантованого електропостачання через автоматичні вимикачі - 20,0 А.

1) Розрахунок напруги на первинній обмотці ізолюючого трансформатора:

2) Втрати напруги на активному опорі в обох фідерах:

3) Розрахунок індуктивності кабельних ліній:

Оскільки площа перерізу провідника 6 мм², то

4) Розрахунок втрат на індуктивному опорі кабельних ліній:

5) Розрахунок напруги, необхідної для живлення КЛ:

6) Розрахунок потужності КЛ:

7) Розрахунок потужності регуляторів яскравості:

Таблиця 2.5

Результати розрахунків потужності кабельних ліній підсистеми глісадних вогнів ШЗПС

Результати розрахунків потужності кабельних ліній	РАРІ, МК.-18, фідер № 1, приміщення ТП-7, «ліворуч»	РАРІ, МК.-198, фідер № 1, приміщення ТП-7, «ліворуч»
Радіус струмоведучої жили кабелю, м	0,001382	0,001382
Номінальний струм кабельної лінії, А	8,3	8,3
Погонний активний опір кабелю, Ом/м	0,00308	0,00308
Індуктивність кабелю, Гн	0,003496	0,003931
Індуктивний опір кабелю, Ом	1,098	0,564
Напруга на ізолювальному трансформаторі потужністю 200,0 ВА, В	27,60	27,60
Втрати напруги на активному опорі, Raкт., В	33,233	37,068
Втрати напруги на індуктивному опорі, Xінд., В	9,116	10,245
Вихідна напруга регулятора яскравості, В	254,197	258,071
Потужність РЯ, з 10% запасом, ВА	2321	2356

На ТП-7 доцільно передбачити один резервний регулятор яскравості відповідної потужності, на обидва напрямки посадки, хоча з позицій забезпечення надійності підсистеми глісадних вогнів ШЗПС такої потрібності нема.

При використанні ізолювальних трансформаторів потужністю 0,2 кВА з номінальним струмом первинної обмотки 6,6 А, ті ж самі регулятори яскравості можуть бути використані для електропостачання глісадних вогнів ШЗПС після їх відповідного перестроювання на номінальний струм 6,6 А.

2.5 Висновки

1. На основі сформульованих положень і вихідних даних аеропорту «Запоріжжя», був проведений розрахунок місця розташування системи РАРІ на ШЗПС МК -18 і МК -198 з ILS.

2. На основі нормативно-технічних документів цивільної авіації України і аеропорту «Запоріжжя» були встановлені вихідні дані для визначення потужності кабельних ліній підсистем аеродромних вогнів та вибору регуляторів яскравості.

3. На основі сформульованих вихідних даних, був проведений розрахунок потужності кабельних ліній підсистем глісадних вогнів ШЗПС для обох магнітних курсів і вибрані регулятори яскравості.



3. Визначення показників надійності підсистем аеродромних глісадних вогнів типу РАРІ

3.1 Актуальність визначення показників надійності

У складних метеорологічних умовах (СМУ) світлосигнальна система аеродрому (ССА) є єдиним джерелом візуальної інформації для екіпажу повітряного судна (ПС) на найбільш відповідальному етапі польоту - етапі візуального пілотування. За даними статистики близько 60% авіаційних пригод відбувається на етапі візуального пілотування через втрату екіпажем ПС орієнтування. Таким чином, працездатний стан ССА є необхідною умовою для забезпечення нормованих рівнів безпеки та регулярності польотів на аеродромах цивільної авіації (ЦА) на етапі візуального пілотування у СМУ вдень і вночі.

Проблема надійності ССА існує на всіх етапах її життєвого циклу: проектуванні, виробництві, сертифікації та експлуатації. На всіх зазначених етапах мають бути сформульовані вимоги щодо надійності ССА та її елементів і визначено їх відповідність цим вимогам.

Огляд літератури та аналіз нормативно-технічної документації України, стандартів та рекомендацій ІКАО показав, що на цей час відсутні опис надійності ССА та її підсистем (ПССА), критерії їх станів, номенклатура показників надійності та їх нормовані чисельні значення, затверджені методики визначення надійності ССА та оцінки її впливу на рівень безпеки польотів у СМУ. Це робить неможливим визначення оцінки, нормування та керування надійністю ССА на етапах її проектування, сертифікації та експлуатації.

На даний час у більшості аеропортів України ССА експлуатуються за межами гарантованого заводом-виробником терміну служби. Відсутність методик визначення та нормування показників надійності ССА робить неможливим кількісну оцінку впливу надійності ССА на рівень безпеки польотів, ускладнює сертифікацію вітчизняних та імпортних ССА, продовження терміну служби ССА, з урахуванням показників їх надійності.

Практичне застосування методик визначення надійності ССА та оцінки її впливу на рівень безпеки польотів допоможе визначити оптимальні стратегії технічного обслуговування і ремонту (ТОіР) ССА з урахуванням індивідуальних особливостей аеродрому та при необхідності розробити заходи щодо підвищення її надійності до рівня, який дозволяє забезпечити нормований рівень безпеки польотів на етапі візуального пілотування у СМУ.

3.2 Аналіз підсистеми електропостачання аеродромних вогнів та підсистеми аеродромних вогнів з точки зору надійності

В залежності від типу підсистеми ССА та її категорії до складу ПЕАВ можуть входити одна або кілька кабельних ліній. Кабельна лінія (КЛ) - це послідовний електричний ланцюг, що складається з первісних обмоток ізолювальних трансформаторів і кабелю, призначений для передавання електричної енергії від регулятора яскравості аеродромним вогням. У подальшому вважається, що до складу кабельної лінії входить також регулятор яскравості.

Згідно з наведеним визначенням, до складу КЛ входять такі елементи:

1) Регулятор яскравості (РЯ);

2) Кабель;

3) Ізолювальні трансформатори (ІТ).

За допомогою регулятора яскравості здійснюється керування силою струму КЛ та відповідне керування силою світла аеродромних вогнів. Ізолювальні трансформатори здійснюють перетворення напруги та сили струму, що діють у кабельній мережі до значень, що потрібні для електропостачання джерела світла аеродромного вогню, а також забезпечують відсутність відмови кабельної лінії у разі відмови відповідного аеродромного вогню. Кабель з'єднує ізолювальні трансформатори у послідовний електричний ланцюг, вхідні клеми якого підключаються до регулятора яскравості. Надійнісно-функціональна схема кабельної лінії зображена на рис.3.1.

Рис. 3.1 Надійнісно-функціональна схема кабельної лінії

Як видно з рис.3.1, відмова РЯ або відмова кабелю типу «обрив» призводить до відмови кабельної лінії. Таким чином, розглянуті елементи з точки зору надійності з'єднані послідовно. До НФС кабельної лінії не увійшли такі її елементи як ізолювальні трансформатори. Це пояснюється тим, що згідно експлуатаційної статистики відмов елементів ССА, відмова первинної обмотки ізолювальних трансформаторів є такою рідкісною подією, що нею можна знехтувати (чого не можна сказати про відмову вторинної обмотки). У подальшому вважається, що усі відмови ізолювальних трансформаторів відбуваються виключно з причини відмови його вторинної обмотки.

У загальному випадку до складу ПЕАВ підсистеми ССА можуть входити одна, дві або три КЛ, але у кожному випадку критерій відмови ПЕАВ формулюється таким чином: відмова одної з КЛ призводить до відмови ПЕАВ. Отже КЛ у складі ПЕАВ вважаються з'єднаними з точки зору надійності послідовно.



Рис. 3.2 Надійнісно-функціональна схема (послідовна) ПЕАВ з двома КЛ

Під час використання за призначенням ПЕАВ є відновлюваною системою. Інформація про відмову будь-якої КЛ одразу поступає до диспетчера і, в разі якщо вона призводить до відмови підсистеми ССА та ССА у цілому, повітряним суднам дається команда піти на друге коло або на запасний аеродром, і починається аварійне відновлення працездатного стану підсистеми ССА. Після його завершення підсистема ССА та ССА в цілому переходить до працездатного стану, і виконання польотів продовжується.

Підсистема аеродромних вогнів являє собою сукупність елементів - аеродромних вогнів, розташованих на території аеродрому за певною схемою. Аеродромний вогонь, в свою чергу, сам складається з таких елементів, як джерело світла, оптична система та арматура вогню (для спрощення розрахунків вважатимемо її абсолютно надійною). Надійнісно-функціональну схему АВ зображено на рис. 3.3.

Рис. 3.3 Структурна схема надійності аеродромного вогню

Як видно з рисунку, відмова будь-якого елемента аеродромного вогню призводить до його відмови в цілому. Таким чином, всі елементи аеродромного вогню з'єднані з точки зору надійності послідовно. До НФС аеродромного вогню віднесено ізолювальний трансформатор (точніше його вторинну обмотку). Це пояснюється тим, що за даними експлуатаційної статистики відмов елементів ССА, найчастіше відмовляє саме вторинна обмотка ізолювального трансформатора, а це призводить до відмови аеродромного вогню, що постачається електроенергією через ізолювальний трансформатор, який відмовив.

Підсистема аеродромних вогнів є складною системою з великою кількістю елементів, що резервують один одного. У діючих нормативних документах України відсутні конкретні критерії відмови підсистеми ССА. Визначення і обґрунтування цих критеріїв є серйозною науковою задачею, яка має бути вирішена в рамках даного дипломного проекту.

Під час використання за призначенням підсистема аеродромних вогнів вважається не відновлюваною системою, оскільки при відсутності систем автоматичного контролю технічного стану аеродромних вогнів, відмови аеродромних вогнів неможливо зафіксувати негайно, а отже неможливо визначити стан підсистеми і, в разі необхідності, провести її аварійне відновлення.

Таким чином, підсистема ССА на інтервалі часу використання за призначенням є складною багатоелементною системою, що складається з двох підсистем: відновлюваної ПЕАВ та не відновлюваної ПАВ. Разом з тим, у випадках, коли використання ССА не потрібно, вона є повністю контрольованою, обслуговуваною та відновлюваною системою. До початку використання ССА за призначенням, всі її елементи повинні бути приведені до справного чи працездатного стану силами служби електросвітло-технічного забезпечення польотів.

3.3 Загальні положення щодо надійності підсистеми глісадних вогнів

Підсистема глісадних вогнів злітно-посадкової смуги призначена для візуальної індикації глісади планерування пілоту повітряного судна (ПС) на етапі візуального пілотування при заході на посадку у простих і складних метеорологічних умовах.

Нормативно-технічні документи міжнародної організації цивільної авіації (ІКАО) «Doc 9157 AN/901 Руководство по проектированию аэродромов. Часть 4. Визуальные средства» особливо підкреслюють значимість підсистеми глісадних вогнів, п. 1.4.38. «Самыми важными визуальными средствами наведения являются системы визуальной индикации глиссады. В районах многих аэропортов, не имеющих системы визуальной индикации глиссады, особенно там, где заходы на посадку выполняются над водой или безориентирной местностью, пилоты сталкиваются с серьезными затруднениями».

На даний час згідно стандартів та практики, що рекомендується ІКАО, а, також, вимог п. 8.2.4.1., примітка 1, «СВ ЦАУ», підсистема глісадних вогнів ШЗПС є обов'язковою з 01 січня 2008 року для використання у міжнародних аеропортах України, а з 01 січня 2010 року у всіх цивільних аеропортах України.

Правильне функціонування глісадних вогнів в процесі експлуатації визначається правильністю вибору їх типу і проектування.

Відповідно до «Doc 9157 AN/901 Руководство по проектированию аэродромов. Часть 4. Визуальные средства», п. 17.3.5.: «Неотъемлемой частью любого проекта должно стать надежное подтверждение степени работоспособности системы» при проектуванні підсистеми глісадних вогнів необхідно визначити показники надійності підсистеми та провести оцінку їх впливу на рівень безпеки польотів ПС на етапі візуального пілотування.

При створенні проекту підсистеми глісадних вогнів ШЗПС виникає дві основні проблеми:

1. Перша проблема полягає в розробці системи електропостачання глісадних вогнів, а саме в кількості кабельних ліній для електропостачання підсистеми: чи є доцільним електропостачання підсистеми по двох кабельних лініях чи достатньо однієї? Проблема полягає в тому, що стандарти ІКАО вимагають здійснювати електропостачання усіх підсистем вогнів, в тому числі і глісадних, по двох або більше кабельних лініях, нормативно-технічний документ ЦА України - «СВ ЦАУ» дозволяє відповідно до п. 8.2.7.5. здійснювати електропостачання глісадних вогнів з використанням однієї кабельній лінії.

2. Друга проблема полягає в тому, що відповідно до стандартів ІКАО, як вже було сказано вище, кожен проект має супроводжуватися розрахунком надійності для підтвердження того, що спроектована підсистема не знижує рівня надійності ССА та відповідним чином рівня безпеки польотів.

Очевидно, що рішення обох проблем неможливо без визначення показників надійності підсистеми глісадних вогнів ШЗПС та оцінки їх впливу на рівень безпеки польотів на етапі візуального пілотування.

3.4 Критерії відмови підсистеми глісадних вогнів

Визначення надійності підсистеми глісадних вогнів, як і будь-якої технічної системи, неможливе без формулювання та наукового обґрунтування критеріїв відмови п. 17.3.7. «Doc 9157 AN/901 Руководство по проектированию аэродромов. Часть 4. Визуальные средства». Отже виникає проблема формулювання критеріїв відмови підсистеми глісадних вогнів ШЗПС, а також, визначення та оцінки її показників надійності.

Під критеріями відмови підсистеми глісадних вогнів розуміється ознака або сукупність ознак, що характеризують непрацездатний стан підсистеми.

У нормативно-технічних документах цивільної авіації України, стандартах ІКАО відсутні критерії відмови підсистеми глісадних вогнів ШЗПС. Аналіз літератури в галузі візуальних засобів забезпечення глісади продемонстрував, також, відсутність критеріїв відмови не тільки підсистеми глісадних вогнів, а навіть, критеріїв відмови окремого глісадного вогню.

Наукове обґрунтування критерію відмови підсистеми глісадних вогнів надається при розробці Інструкції з застосування світлосигнальної системи аеродрому при відмовах окремих її елементів. Критерії відмови формулюються з урахуванням специфічних особливостей підсистеми глісадних вогнів.

Першою специфічною особливістю підсистеми глісадних вогнів типу РАРІ є те, що вона містить усього чотири вогні, відмова будь-якого вогню веде не тільки до зникнення візуального наведення по глісаді планерування, а, навпаки, до дезінформації екіпажа ПС про номінальну глісаду планерування.

Другою специфічною особливістю підсистеми глісадних вогнів є те, що вона ніяким чином в інформаційному плані не резервується іншими підсистемами аеродромних вогнів світлосигнальної системи. Із вказаного випливає, що відмова підсистеми глісадних вогнів безпосередньо та негативно позначається на рівнях безпеки польотів на етапі візуального пілотування.

Таким чином, виходячи з принципу дії підсистеми глісадних вогнів типу PAPI, формулювання її критерію відмови не викликає труднощів - відмова підсистеми наступає у випадку відмови будь-якого одного з чотирьох вогнів флангового горизонту. Адже в цьому випадку втрачається інформативність підсистеми та пілот може невірно інтерпретувати інформацію про глісаду планерування, що приведе до його хибних дій.

У складі кожного вогню флангового горизонту встановлюється мінімум два джерела світла, що працюють в режимі навантаженого резерву, тобто дублювання. Цей факт можна логічно пояснити, виходячи з двох припущень:

Сила світла вогню з одним джерелом світла, є недостатньою для створення необхідного світлового сигналу, отже два джерела світла є необхідною умовою функціонування окремого вогню флангового горизонту.

Сила світла вогню з одним джерелом світла є достатньою для створення необхідного інформаційного світлового сигналу, а дублювання джерел світла у вогню та ізольованих трансформаторів є необхідною умовою для забезпечення надійності окремого вогню флангового горизонту.

Виходячи з цих двох припущень, можливі два варіанти критерію відмови одного вогню флангового горизонту у підсистемі глісадних вогнів:

Відмова одного вогню флангового горизонту наступає при відмові хоча б одного з двох джерел світла.

Відмова одного вогню флангового горизонту наступає при відмові обох джерел світла у вогні.

Перше припущення малоймовірне, адже є можливість замість двох джерел світла потужністю 200 Вт встановити одне джерело світла потужністю 400 Вт, з тим самим середнім часом напрацювання до відмови. В цьому випадку показник безвідмовності вогню буде майже в два рази вищий, ніж у випадку застосування двох джерел світла.

Однак, цей варіант потребує перевірки, адже в разі відмови одного з джерел світла сила світла вогню знижується майже вдвічі, тому даний вогонь буде спостерігатися пілотом ПС гірше порівняно з іншими трьома вогнями флангового горизонту. У складних метеорологічних умовах (експлуатаційний мінімум аеродрому І категорії) сила світла одного з вогнів флангового горизонту з джерелом світла, що відмовило, може бути недостатньою для забезпечення інформативності підсистеми глісадних вогнів ШЗПС, тобто відмова одного будь-якого джерела світла в вогню призведе до відмови всієї підсистеми.

Виникає парадоксальна ситуація. З одного боку два джерела світла встановлюються у глісадному вогні для забезпечення його надійності. З іншого - відмова одного з джерел світла веде до зниження сили світла вогню у два рази, тобто до його відмови. Виявляється, що дублювання джерел світла у вогню, як засіб підвищення показників надійності вогню призводить, навпаки, до їх зниження, оскільки імовірність відмови одного з джерел світла з двох, що використовуються у вогні вище ніж імовірність відмови одного єдиного джерела світла у вогню. Виникає питання навіщо застосовувати два джерела світла у вогні та, тим більш, дві кабельні лінії для електропостачання вогнів, що також, знижує показники надійності підсистеми.

Для вирішення цієї проблеми були проведені розрахунки дальності видимості глісадних вогнів в умовах мінімальних значень параметрів експлуатаційного мінімуму аеродрому І категорії (DH=60 м, RVR=550 м).

Розрахунки продемонстрували, що відмова одного джерела світла у глісадному вогні та зниження його сили світла навіть у два рази знижує дальність його видимості усього на 8-10%, тобто в умовах експлуатаційного мінімуму аеродрому І категорії ця відстань складає не більше 70 м. Сучасне ПС при посадковій швидкості 250 км/год. проходить цю відстань за одну секунду. Таким чином, беручи за увагу важливість функцій, які покладаються на підсистему глісадних вогнів, можна стверджувати, що наявність двох і більше ламп у глісадному вогні застосовуються тільки з метою підвищення показників його надійності.

Дане припущення є більш ймовірним та правильним ще і через те, що у простих метеорологічних умовах така відмова майже не впливає на інформативність підсистеми в цілому, адже дальність видимості на ШЗПС є такою, що світловий сигнал буде однозначно інтерпретуватися, навіть при зменшенні його інтенсивності (RVR 1000 м). Для остаточного вибору одного з двох варіантів критерію відмови підсистеми глісадних вогнів необхідно визначити показники надійності при кожному варіанті критерію відмови.

3.5 Кількісний опис надійності підсистеми глісадних вогнів

Для підсистем ССА типу ВВІ-І нормоване значення нестаціонарного коефіцієнта готовності за 12 год. дорівнює 0,98. .

Середній час наробітку до відмови - математичне очікування наробітку до відмови:



,

де - загальна кількість елементів,

- фіксований час відмов окремих елементів.

Таблиця 3.1

Сертифіковані дані середнього часу наробітку до відмови світлосигнального обладнання підсистеми РАРІ

№	Обладнання	, год.
1	Джерело світла аеродромного вогню	1000
2	Оптична система аеродромного вогню	10000
3	Ізолювальний трансформатор	10000
4	Регулятор яскравості	10000
5	Кабель	100000

Середній час відновлення працездатного стану Т_{В КЛ} підсистеми електропостачання аеродромних вогнів: .

Кількість аеродромних вогнів і кабельних ліній :

- по 4 вогні з обох магнітних курсів ЗПС;

, для стандартного варіанту по ІКАО - 2, для варіанту по СВ ЦАУ - 1.

3.6 Визначення інтенсивності відмов елементів підсистеми глісадних вогнів

Інтенсивності відмов елементів - умовна щільність вірогідності безвідмовної роботи на відрізку часу 12 год, при умові, що до початку цього проміжку часу об'єкти знаходились в працездатному стані.

.

Фізичний зміст заключається в тому, що щільністю характеризується схильністю об'єктів до відмов в будь-який момент часу t+ при умові, що до моменту часу t він ще не відмовив.

Для джерела світла:

.

Для оптичної системи:

.

Для ізолюючого трансформатора:

.

Для регулятора яскравості:

.

Для кабелю:

.

Вихідні дані для визначення ймовірності безвідмовної роботи за 12 год.(час між двома технічними обслуговуваннями) - інтенсивності відмов елементів - зведено у табл.3.2.

Для подальшого аналізу надійності підсистеми у стовпчику «відносне значення» вказані інтенсивності відмов елементів підсистеми, що виражені через інтенсивності відмов джерел світла (), як найбільш ненадійних елементів підсистеми.

Таблиця 3.2

Інтенсивності відмов елементів підсистеми глісадних вогнів ШЗПС

№	Найменування показника	Значення, 1/год	Відносне значення
1	Інтенсивність відмов джерел світла вогнів, ДС	10-3
2	Інтенсивність відмов оптичної системи вогнів, ОС	10-4	0,1
3	Інтенсивність відмов ізолювальнихтрансформаторів, ІТ	10-4	0,1
4	Інтенсивність відмов регулятора яскравості, РЯ	10-4	0,1
5	Інтенсивність відмов кабелю (відмова типу«обрив»), каб	10-5	0,01

3.7 Визначення імовірності безвідмовної роботи підсистеми глісадних вогнів

Імовірність безвідмовної роботи визначається показниками безвідмовності.

Показники безвідмовності - вірогідність безвідмовної роботи за час t, P(t). Він чисельно показує вірогідність того, що в межах часу t відмови об'єкта не буде. Основним методом визначення показників безвідмовної роботи є випробовування.

P(t) за результатами випробовування можна визначити наступним чином:

,

де - загальна кількість елементів,

- час випробовування,

- кількість відмовивши елементів.

Так як імовірність безвідмовної роботи в нашому випадку визначається через її зв'язок з інтенсивністю відмови то:

.

Метою розрахунків надійності є визначення впливу показників надійності підсистеми на рівень безпеки польотів та доцільності електропостачання підсистеми глісадних вогнів по двох кабельних лініях.

В якості основного показника надійності обираємо такий показник безвідмовності, як імовірність безвідмовної роботи P(t) підсистеми глісадних вогнів за час t = 12 год. між двома технічними обслуговуваннями підсистеми. Вибір даного показника надійності обумовлений тим, що саме він безпосередньо впливає на рівень безпеки польотів ПС на етапі візуального пілотування.

Будемо вважати, що елементи підсистеми глісадних вогнів ШЗПС підпорядковуються експоненціальному закону розподілу середнього наробітку до відмови.

Електропостачання підсистеми глісадних вогнів ШЗПС, як і всіх інших підсистем ССА здійснюється за послідовною схемою через ізолювальні трансформатори. Оберемо варіант електропостачання підсистеми глісадних вогнів ШЗПС з двома кабельними лініями, як це рекомендується в нормативних документах ІКАО. До складу одної кабельної лінії входять регулятор яскравості, кабель, та ізолювальні трансформатори.

Відмова будь-якого з елементів електропостачання приводить до відмови всієї підсистеми глісадних вогнів ШЗПС.

Надійнісно-функціональна схема підсистеми глісадних вогнів ШЗПС з першим варіантом критерію відмови зображена на рис. 3.4, а з другим варіантом - на рис. 3.5.

Отже, визначимо ймовірності безвідмовної роботи підсистеми глісадних вогнів за 12 год. При використанні двох кабельних ліній для обох варіантів критеріїв відмови і порівняємо їх з нормованим значенням.

Рис. 3.4 Надійнісно-функціональна схема підсистеми глісадних за першим критерієм відмови

Рис. 3.5 Надійнісно-функціональна схема підсистеми глісадних за другим критерієм відмови

3.7.1 Розрахунок при при відмові одного джерела світла, вогонь переходить у непрацездатний стан, рис. 3.4

Розрахуємо інтенсивність відмови вогню:

.

Розраховуємо ймовірність безвідмовної роботи аеродромного вогню:

.

Розраховуємо інтенсивність відмови кабельної лінії:

.

Враховуючи, що кабельні лінії дві, розраховуємо ймовірність безвідмовної роботи підсистеми електропостачання аеродромних вогнів за 12 год:

.

Ймовірність безвідмовної роботи всієї підсистеми глісадних вогнів за 12 год. визначається:

.

Оскільки мінімальне нормоване значення для підсистеми світлосигнальної системи аеродрому дорівнює Р_ПССА (t) = 0.98, то виходячи з розрахованої ймовірності безвідмовної роботи всієї підсистеми глісадних вогнів за 12 год., можна сказати, що даний критерій являється хибним, адже в цьому випадку неможливо спроектувати підсистему глісадних вогнів ШЗПС у відповідності до вимог ІКАО таку, щоб не знижувала показника безпеки польотів.

Отже, даний критерій в подальших розрахунках не використовується.

3.7.2 Розрахунок при відмові одного джерела світла, вогонь зберігає працездатний стан, а при відмові обох джерел - втрачає його, рис. 3.5

Оскільки система має резервування елементів, то розраховувати доведеться через ймовірність відмови її елементів. В даній схемі резервуються джерела світла, ізолюючі трансформатори та оптичні системи.

Розраховуємо ймовірність відмови аеродромного вогню підсистеми візуальної індикації глісади типу РАРІ:

.

Розраховуємо ймовірність безвідмовної роботи аеродромного вогню вцілому:

.

Враховуючи, що кабельні лінії дві, які резервують одна одну, розраховуємо їх ймовірність відмови:



.

Розраховуємо ймовірність безвідмовної роботи підсистеми електропостачання аеродромних вогнів:

.

Ймовірність безвідмовної роботи всієї підсистеми глісадних вогнів за 12 год. визначається:

.

Ймовірність другої схеми забезпечує нормовані показники надійності.

Отже, правильним є другий варіант критерію відмови, який логічно підтверджується ще й тим, що підсистема глісадних вогнів, в основному, використовується в умовах експлуатаційного мінімуму без категорії або І категорії, тому напевне відмова одного з джерел світла у вогні не призведе до зниження його сили світла нижче нормованого значення.

Остаточно науково обґрунтований критерій відмови підсистеми глісадних вогнів може бути сформульований наступним чином.

Відмова підсистеми глісадних вогнів наступає при відмові будь-якого вогню у підсистемі.

В свою чергу відмова вогню наступає при відмові двох (або трьох) джерел світла. Таким чином, кількісний критерій відмови для підсистеми глісадних вогнів полягає у відмові більш 4 джерел світла у різних вогнях підсистеми, а топологічний критерій - при відмові двох джерел світла у будь-якому вогні підсистеми.

Після визначення та обґрунтування критерію відмови підсистеми глісадних вогнів можна провести розрахунок її надійності та оцінити вплив показників надійності на рівень безпеки польотів на етапі візуального пілотування.

В разі придбання та встановлення підсистем глісадних вогнів ШЗПС з трьома джерелами світла та оптичними системами у одному глісадному вогні, авторами буде проведено перерахунок критерію відмови глісадного вогню і підсистеми глісадних вогнів ШЗПС в цілому разом з визначенням показників надійності підсистеми глісадних вогнів ШЗПС.

3.7.3 Розрахунок показників надійності підсистеми глісадних вогнів з використанням однієї кабельної лінії

При попередніх розрахунках можна було впевнитись, що підсистема електропостачання аеродромних вогнів має досить велику ймовірність безвідмовної роботи, тобто забезпечує нормований рівень зі значним запасом. Звідси виходить, що електропостачання підсистеми глісадних вогнів можна виконати і однією кабельною лінією, як це зазначено в СВ ЦАУ. Отже необхідно розрахувати надійність підсистеми в цілому при здійсненні електропостачання за допомогою однієї кабельної лінії НФС якої зображена на рис. 3.6.

Рис. 3.6 Надійнісно-функціональна схема підсистеми глісадних вогнів з електропостачанням по одній кабельній лінії

Розраховуємо ймовірність відмови аеродромного вогню:



.

Розраховуємо ймовірність безвідмовної роботи аеродромного вогню:

.

Розраховуємо ймовірність безвідмовної роботи підсистеми електропостачання аеродромних вогнів використовуючи тільки одну кабельну лінію:

.

Ймовірність безвідмовної роботи всієї підсистеми глісадних вогнів за 12 год. визначається:

.

Ймовірність третьої схеми забезпечує нормовані показники надійності.

Використовуючи розроблені моделі надійності підсистеми глісадних вогнів ШЗПС вирішимо спочатку задачу доцільності застосування двох кабельних ліній у підсистемі.

Аналіз математичних моделей надійності показує, що в обох випадках вони складаються з двох співмножників, що представляють собою показники надійності глісадних вогнів та показники надійності систем їх електропостачання.

Показники надійності глісадних вогнів є ідентичними незалежно від схеми їх електропостачання, тому визначимо виграш надійності за рахунок застосування двох кабельних ліній шляхом ділення ймовірності безвідмовної роботи за час t для підсистеми з двома кабельними лініями на ймовірність безвідмовної роботи за час t для підсистеми з однією кабельною лінією.

В результаті простих перетворень та підстановки даних остаточно отримаємо:

.

Таким чином можна зробити наступний висновок: застосування двох кабельних ліній у схемі електропостачання глісадних вогнів збільшує надійність підсистеми всього на 0,13 %, що майже не впливає на рівень безпеки польотів.

Доведемо це ствердження подальшими розрахунками. Для цього визначимо абсолютні значення показників надійності підсистем глісадних вогнів для двох схем електропостачання та проведемо оцінку їх впливу на безпеку польотів.

Для визначення абсолютних значень показників безвідмовності підсистем глісадних вогнів з електропостачанням по двох і по одній кабельних лініях скористаємось показниками безвідмовності, розрахованими для 1-го та 2-го пунктів:

;

.

Імовірність відмови РАРІ:

;

.

Далі розраховується нестаціонарний коефіцієнт готовності ПЕАВ, як імовірність застати ПЕАВ в будь-який момент часу у працездатному стані.

Будемо вважати, що інтенсивність відновлення та інтенсивність відмови 1 і 2 кабельної лінії однакові в зв'язку з їх ідентичністю, тоді:

- інтенсивність відновлення і-тої КЛ;

- інтенсивність відмов і-тої КЛ;

Коефіцієнт готовності для схеми з однією лінією:

.

Коефіцієнт готовності для схеми з двома взаємно резервуючими лініями:

.

Нестаціонарний коефіцієнт готовності підсистеми ССА K_{Г ПССА} (t) розраховується як імовірність того що підсистема електропостачання аеродромних вогнів у будь який момент часу t буде знаходитися у працездатному стані, а підсистема аеродромних вогнів безвідмовно пропрацює на інтервалі часу від початку використання до t.

Коефіцієнт готовності для підсистеми глісадних вогнів з двома лініями:

.

Коефіцієнт готовності для підсистеми глісадних вогнів з однією лінією:

.

Коефіцієнт неготовності ПССА визначається як:

;

.

Коефіцієнт вимушеного простою ПССА - імовірність застати ПССА у будь-який момент часу у стані «відмова КЛ, іде непланове відновлення працездатного стану ПССА»:

;

.

Коефіцієнт аварійного використання ПССА - імовірність застати ПССА у будь-який момент часу у стані «відмова ПАВ, інформації про відмову немає»:

;

.

Визначається середній час напрацювання між відмовами ПССА:

Нестаціонарний коефіцієнт готовності підсистеми глісадних вогнів слід порівняти з нормованим значенням, задавши при цьому ймовірність заходу на посадку з застосуванням світлосигнальної системи аеродрому у складних метеорологічних умовах (К_СМУ = 0,1). Якщо показник надійності підсистеми більше або дорівнює нормованому значенню, це означає, що дана підсистема забезпечує нормований рівень безпеки польотів за 12 год.

,

де К_{Г ПССА норм}(t) - нормоване значення нестаціонарного коефіцієнту готовності ПССА за час t;

Q_{ОС ПССА норм} - нормоване значення імовірності виникнення особливої ситуації на борту ПС з причини відмови підсистеми глісадних вогнів;

К_СМУ - коефіцієнт використання підсистеми світлосигнальної системи аеродрому;

Нормоване значення нестаціонарного коефіцієнт готовності ПССА за час 12 год. Дорівнює:

.

Для схеми з двома кабельними лініями:

.

Для схеми з однією кабельною лінією:

.

Таблиця 3.3

Вихідні дані надійності підсистеми глісадних вогнів

Показник надійності підсистеми	Значення при використанні двох КЛ	Значення при використанні однієї КЛ
Імовірність безвідмовної роботи одної КЛ за 12 год.	РКЛ(t)
Імовірність відмови одної КЛ за 12 год.	QКЛ(t)
Імовірність безвідмовної роботи ПЕАВ за 12 год.	РПЕАВ(t)
Імовірність відмови ПЕАВ за 12 год.	QПЕАВ(t)
Імовірність безвідмовної роботи одного АВ за 12 год.	РАВ(t)
Імовірність відмови одного АВ за 12 год.	QАВ(t)
Імовірність безвідмовної роботи ПАВ	РПАВ(t)
Імовірність відмови ПАВ	QПАВ(t)
Імовірність безвідмовної роботи підсистеми	РПССА(t)
Імовірність відмови підсистеми	QПССА(t)
Коефіцієнт готовності ПЕАВ	КГ ПЕАВ(t)
Коефіцієнт готовності підсистеми	КГ ПССА(t)
Продовження таблиці 3.3
Коефіцієнт неготовності підсистеми	КНГ ПССА(t)
Коефіцієнт вимушеного простою підсистеми	КВП ПССА(t)
Коефіцієнт аварійного використання підсистем	КАВ ПССА(t)
Середній наробіток між відмовами, год.	Т0 ПССА

Результати розрахунків показників надійності глісадних вогнів свідчать про те, що підсистеми глісадних вогнів з одною кабельною лінію та з двома кабельними лініями з запасом забезпечують нормований рівень безпеки польотів, якщо до їх складу входять сучасні елементи, з показниками надійності не гірше, ніж ті, що вказані в табл. 3.2.

На аеродромі «Запоріжжя» планується встановлення світлосигнального обладнання фірми виробника, яка має сертифікат України. Показники надійності світлосигнального обладнання усіх фірм виробників світлосигнального обладнання аеродромів, яки мають сертифікат України, відповідають вимогам таблиці 3.2.

Розрахунки підтверджують недоцільність застосування двох кабельних ліній в системи електропостачання глісадних вогнів, адже це не впливає на рівень безпеки польотів на етапі візуального пілотування.

Таким чином, можна зробити висновок, що вибір системи електропостачання підсистеми глісадних вогнів для аеродрому «Запоріжжя» з застосуванням однієї кабельної лінії є правильним та доцільним. Відповідно при проектуванні підсистеми глісадних вогнів РАРІ на аеродромі «Запоріжжя» пропонується виконувати попередні розрахунки ризиків щодо безпеки польотів.

Оцінка впливу показників надійності підсистеми глісадних вогнів ШЗПС на рівень безпеки польотів на етапі візуального пілотування за своєю сутністю є оцінкою ризику виникнення особливої ситуації на борту повітряного судна через відмову підсистеми глісадних вогнів на етапі візуального пілотування.

Ризики виникнення особливої ситуації на борту повітряного судна при використанні підсистеми глісадних вогнів ШЗПС з урахуванням їх можливої відмови можна вважати прийнятними.

3.8 Висновки

1. Проаналізувавши нормативно-технічні документи ІКАО та СВ ЦАУ, було створено методику для визначення кількісної оцінки впливу показників надійності підсистеми глісадних вогнів аеродрому на рівень безпеки польотів на етапі візуального пілотування.

2. Було визначено критерій відмови підсистеми типу РАРІ, а також критерій відмови кожного її елемента.

3. На основі методики теорії надійності та сформульованого критерію відмови, було розраховано надійність підсистеми РАРІ та визначено її вплив на безпеку польотів.



4. Охорона навколишнього середовища

На всіх стадіях свого розвитку людина була тісно пов'язана з навколишнім світом. Але з тих пір як з'явилося високо індустріальне суспільство, небезпечне втручання людини в природу різко посилилося, розширився обсяг цього втручання, воно стало різноманітніше і загрожує стати глобальною небезпекою для людства. Гідросфера, атмосфера і літосфера Землі в даний час піддаються наростаючому антропогенному впливу.

Найбільш масштабним і значним є хімічне забруднення середовища невластивими їй речовинами хімічної природи. Серед них - газоподібні і аерозольні забруднювачі промислово-побутового походження. Прогресує і накопичення вуглекислого газу в атмосфері. Подальший розвиток цього процесу буде підсилювати небажану тенденцію у бік підвищення середньорічної температури на планеті. Викликає тривогу в екологів і триваюче забруднення Світового океану нафтою і нафтопродуктами, досягло вже 1/5 його загальної поверхні. Нафтове забруднення таких розмірів може викликати істотні порушення газообміну та водообміну між гідросферою і атмосферою. Не викликає сумнівів і значення хімічного забруднення ґрунту пестицидами і його підвищеною кислотністю, що веде до розпаду екосистеми. У цілому всі розглянуті фактори, яким можна приписати забруднюючий ефект, впливають на процеси, що відбуваються в біосфері.

Охорона навколишнього природного середовища, раціональне використання природних ресурсів, забезпечення екологічної безпеки життєдіяльності людини - невід'ємна умова сталого економічного та соціального розвитку України.

З цією метою Україна здійснює на своїй території екологічну політику, спрямовану на збереження безпечного для існування живої і неживої природи навколишнього середовища, захисту життя і здоров'я населення від негативного впливу, зумовленого забрудненням навколишнього природного середовища, досягнення гармонійної взаємодії суспільства і природи, охорону, раціональне використання і відтворення природних ресурсів.

Метою даного розділу є теоретична та практична підготовка інженерів-електриків до самостійного вирішення питань охорони навколишнього середовища як при проектуванні, так і при спорудженні та експлуатації електроустановок в системах електропостачання промислових підприємств, міст і сільського господарства.

4.1 Аналіз нормативно технічних документів

Завданням законодавства про охорону навколишнього природного середовища є регулювання відносин у галузі охорони, використання і відтворення природних ресурсів, забезпечення екологічної безпеки, запобігання і ліквідації негативного впливу господарської та іншої діяльності на навколишнє природне середовище, збереження природних ресурсів, генетичного фонду живої природи, ландшафтів та інших природних комплексів, унікальних територій та природних об'єктів, пов'язаних з історико-культурною спадщиною.

Відносини у галузі охорони навколишнього природного середовища в Україні регулюються Законом України «Про охорону навколишнього природного середовища», а також розроблюваними відповідно до нього земельним, водним, лісовим законодавством, законодавством про надра, про охорону атмосферного повітря, про охорону і використання рослинного і тваринного світу та іншим спеціальним законодавством.

Основними принципами охорони навколишнього природного середовища є:

а) пріоритетність вимог екологічної безпеки, обов'язковість додержання екологічних стандартів, нормативів та лімітів використання природних ресурсів при здійсненні господарської, управлінської та іншої діяльності;

б) гарантування екологічно безпечного середовища для життя і здоров'я людей;

в) запобіжний характер заходів щодо охорони навколишнього природного середовища;

г) екологізація матеріального виробництва на основі комплексності рішень у питаннях охорони навколишнього природного середовища, використання та відтворення відновлюваних природних ресурсів, широкого впровадження новітніх технологій;

д) збереження просторової та видової різноманітності і цілісності природних об'єктів і комплексів;

е) науково обґрунтоване узгодження екологічних, економічних та соціальних інтересів суспільства на основі поєднання міждисциплінарних знань екологічних, соціальних, природничих і технічних наук та прогнозування стану навколишнього природного середовища;

є) обов'язковість екологічної експертизи;

ж) гласність і демократизм при прийнятті рішень, реалізація яких впливає на стан навколишнього природного середовища, формування у населення екологічного світогляду;

з) науково обґрунтоване нормування впливу господарської та іншої діяльності на навколишнє природне середовище;

и) безоплатність загального та платність спеціального використання природних ресурсів для господарської діяльності;

і) компенсація шкоди, заподіяної порушенням законодавства про охорону навколишнього природного середовища;

ї) вирішення питань охорони навколишнього природного середовища та використання природних ресурсів з урахуванням ступеня антропогенної зміненості територій, сукупності дії факторів, що негативно впливають на екологічну обстановку;

й) поєднання заходів стимулювання і відповідальності у справі охорони навколишнього природного середовища;

к) вирішення проблем охорони навколишнього природного середовища на основі широкого міждержавного співробітництва;

л) встановлення екологічного податку, збору за спеціальне використання води, збору за спеціальне використання лісових ресурсів, плати за користування надрами відповідно до Податкового кодексу України.

4.2 Ресурсозбереження. Утилізація. Еколого-економічній збиток

Ресурсозбереження припускає комплексний підхід, органічне сполучення технологічних, економічних і соціальних напрямків інтенсифікації використання ресурсів. Це складова загального поняття «екологізація виробництва».

Екологізація виробництва включає: стимулювання ресурсозбереження, пошук принципово нових джерел енергії, маловідхідне виробництво, переробку відходів, а також процес випуску і використання товарної продукції, в літературі, поряд із поняттям «екологізація виробництва», часто зустрічається термін «екологізація технологій». Екологізація технологій означає впровадження у виробництво і повсякденне життя людей таких виробничих процесів, які при максимальному одержанні високоякісного продукту можуть забезпечити збереження екологічної рівноваги в природному середовищі і не будуть сприяти її забрудненню.

За Н.Ф. Реймерсом «екологізація технологій (виробництва) - це система заходів, спрямованих на запобігання негативному впливу виробничих процесів на природне середовище, здійснюваних за рахунок маловідходних технологій».

За І.І. Дедю «екологізація технологій» - розробка і впровадження у виробництво, комунальне господарство і побут людей таких технологій, які при максимальному одержанні високоякісної продукції забезпечували б збереження екологічної рівноваги в природі, кругообіг речовин і енергії, не допускаючи забруднення навколишнього середовища.

Екологізація включає: ощадливу витрату сировини, комплексне використання природних ресурсів, створення нових технологій, що забезпечують маловідходне виробництво, замкнуті цикли водо обігу, утилізацію відходів. Отже, основними моментами екологізації є:

* ресурсозбереження;

* маловідходне виробництво;

* технології використання й утилізації відходів;

* нові джерела енергії і палива.

Ресурсозбереження - система засобів, спрямованих па виробництво і реалізацію кінцевих продуктів із мінімальною витратою речовини та енергії на всіх стадіях технологічного процесу.

До складу виробничих ресурсів входять виробничі фонди (накопичені основні й оборотні кошти виробництва), науковий потенціал, трудові (у тому числі інтелектуальні) і природні ресурси, залучені в господарський обіг.

Загальною ознакою виробничих ресурсів є їхня потенційна можливість участі у виробництві, де вони трансформуються в продукцію (конкретні споживчі цінності), а також відносна їхня обмеженість при даному рівні і темпах економічного розвитку.

Взаємозв'язок виробленої продукції з чинниками виробництва виражається в показниках ефективності використання ресурсів - ресурсомісткості продукції або ресурсовіддачі.

Ресурсоміткість розраховується як співвідношення між спожитими ресурсами і виробленою продукцією в речовинній формі або у вигляді робіт і послуг. Наприклад, водомісткість виробництва 1 кг сталі складає 30 кг, чавуна - 5 кг, целюлози - 0,5 т; бавовни - 10 т води. При визначенні ресурсомісткості слід також враховувати: територіальну (земельну) ємкість, повітромісткість, енергоємність, трудомісткість, ступінь забруднення навколишнього середовища, розміри порушення екосистеми.

Ресурсовіддача характеризує вихід фізичного обсягу продукції на одиницю використовуваних для виробництва ресурсів (інтегральний ресурс) або їх окремих складових.

Ефективність використання природних ресурсів оцінюється інтенсивністю природокористування, що визначається збільшенням кількості кінцевої корисної продукції на одиницю залученого у виробництво конкретного або інтегрального ресурсу, чи питомими капіталовкладеннями на відтворення цих ресурсів.

Ресурсозбереження припускає зниження витрати усіх видів ресурсів на виробництво одиниці продукції. Його варто розглядати як умову, процес, результат і показник поліпшення використання засобів виробництва і трудових ресурсів на всіх етапах виробничо-господарської діяльності об'єднань і підприємств, а також економічного і соціального розвитку регіонів і народного господарства в цілому.

Як показник, ресурсозбереження являє собою зниження ресурсомісткості виробництва або збільшення виходу кінцевої продукції з необхідних для її випуску ресурсів.

Ресурсозбереження - багатоаспектна проблема, її вирішення означає збільшення випуску продукції при незмінній або меншій витраті матеріальних ресурсів, зниження її собівартості, зростання прибутку, більш повне використання виробничих потужностей і підвищення продуктивності праці, зменшення капіталовкладень у видобувній галузі, поліпшення екологічної ситуації.

Результатом ресурсозбереження є також вивільнення з народногосподарського обігу первинних матеріальних ресурсів внаслідок їхньої заміни побіжними продуктами або відходами виробництва. Ресурсозбереження сприяє не тільки підвищенню ефективності суспільного виробництва, але й запобігає забрудненню навколишнього середовища.

Залучення в повторний господарський обіг раніше виробленої готової продукції (металевий брухт устаткування, брухт пластмас, склобій, макулатура) називається реутилізацією.

Реутилізація - повторне використання - одержання нової продукції з раніше використаної шляхом відповідної її переробки з метою одержання продукту того ж або близького складу.

В даний час в Україні ресурсозбереження, у тому числі енергозбереження - одне з основних напрямків господарської політики. Наприклад, на одиницю національного доходу витрачається більше, ніж у США: нафти і газу в 2,3 рази; енергії - у 2 рази; сталі і бавовни - у 3 рази; цементу - у 2,6 рази.

В Україні вторинні ресурси використовуються в основному на цілі, що не потребують розробки додаткових технологій.

Ресурсозбереження може стати більш ефективним при безпосередній економії вихідної сировини в процесі її переробки. Так, на 1 т вихідного корисного продукту в харчовій промисловості витрачається в декілька разів більше сировини.

Вже зараз можливо (є відповідні технічні розробки й устаткування) повторно використовувати 60% відходів, що утворюються. У майбутньому промислове виробництво буде в основному базуватися на поновлюваних і вторинних матеріальних ресурсах, і тільки для розширеного відтворення буде потрібно залучення первинної сировини.

Повторне використання матеріальних ресурсів має виняткове значення з огляду збереження або подовження часу використання запасів найважливіших руд (ресурсів, що вичерпуються).