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FUNDAMENTOS DE AVIÔNICA APLICADOS AO PBN
Segurança e Operações de Voo
IATA Brasil
22 de Outubro de 2013
Sobre a IATA
� A IATA – International Air Transport Association é a associação da indústria docomércio global.
� Fundada em 1945 possui 240 membros e compreende 84% do tráfego regularinternacional.
� Nossa missão é representar, liderar e servir a indústria.
� A IATA entrega Padrões e Soluções para garantir um transporte aéreo seguro ebem-sucedido.
� Navegação Convencional.� RNAV� Sensores� RNP� ANP� Limitações� Displays� FMS
Roteiro
Navegação Convencional
� Até os anos 60 as estruturas de rotas aéreas eram definidas sobre o bloqueio de posições geográficas definidas por:
� Bloqueio de NAVAIDs (NDB, VORs e DMEs) ou;
� Fixos determinados por distancias eou marcações magnéticas.
� Aeronaves OBRIGADAS a bloquear os NAVAIDs ou FIXOS.
� Rotas não diretas na maioria das vezes.
RNAV - Navegação de Área
� Surgiu em meados dos anos 60 para permitir rotas maisdiretas e eficientes.
� A trajetória da aeronave é definida por pernas (LEGS) projetadas entre WAYPOINTS(definidos por coordenadas geográficas), não necessariamente locados com NAVAIDs.
� Porem apenas aeronaves equipadas com Computadores de Navegação RNAV são capazes de navegar efetivamente entre waypoints (definidos por coordenadas geográficas).
� A posição pode da aeronave é calculada pelos Computadores RNAV usando-se informações de navegação por sensores que podem se utilizar de infraestrutura de solo ou espaço.
� É possível se determinar a posição geográfica de uma aeronave através de 4 tipos de combinações de sensores:
� DME/DME (Radio Posição) � VOR/DME (Radio Posição) � IRS. � GNSS.
�O sistema RNAV integra a informação recebida dos sensores, banco de dados interno e dados de entrada dos tripulantes para navegar provendo:
� Gerenciamento da trajetória Vertical e Horizontal.
� Entradas para o Piloto Automático.� Saídas nos Displays.
Navegação de Área (RNAV)
Sensores - Solução DME/DME
DIST2
DIST1
DME1
DME2
WPT
XXXXX� Soluçao de menor acurácia pois depende
da recepção de duas estações DME.
� DMEs defasados em mais de 120 graus com a posição da aeronave apresentam soluções inacuradas.
� Necessidade de algoritmo para ambiguidade de posição (solução hiperbólica).
� Maior erro próximo às estações (efeito de escala vertical).
WPT
YYYYY
Sensores - Solução VOR/DME
RADIAL & DIST1
DME1
WPT
XXXXX� Soluçao com melhor acurácia pois
depende da recepção de estações DME associadas a um VOR.
� Erro devido a flutuação do sinal de VOR e alcance em função do FL.
� Maior erro próximo às estações (efeito de escala vertical).
WPT
YYYYY
Sensores - Solução IRS (Inertial Reference System)� Criado no final dos anos 60, utiliza o princípio giroscópico para
obter as acelerações angulares e lineares nos 3 eixos.
� Através da integração das acelerações e a inserção das cooordenadas geográficas iniciais pode-se calcular a posição da aeronave em instantes futuros.
� Mais estável e acurado que as rádio posições.
� Integrado com sistema de dados de ar, responsável também por calcular Velocidade no solo, proa verdadeira, vento verdadeiro e deriva (alimentando outros sistemas).
� Sugeito a erros de mecanismo de precessão, hoje se utiliza tecnologia de laser para melhora de acurácia.
� Erro acumulado de curso pode chegar a 15º por hora.
� Pode ser alimentado pelo GNSS com o objetivo de minimizar o erro inerente de navegação.
Sensores - GNSS (Global Navigation Satellite System)� Solução mais precisa de navegação com acurácia de algumas
dezenas de metros.
� Vunerável a disponibilidade das constelações (GPS, Glonass e Galileo) e políticas de estado. Base dos programs NEXTGEN e SESAR.
� Precisão de cálculo de posição depende da geometria dos satélites disponíveis no zenite (Influencia de relevo).
� Mínimo 4 satélites acima de 5º com o horizontepara prover solução de navegação lateral confiável.
� 5 satélites para prover algoritmo de integridade (RAIM) necessário a alguns tipos de certificação.
� Normalmente 9 satélites são usados.
� Precisão de navegação vertical cerca de 4 vezes pior do que a lateral.
� Sistemas de aumentação diferencial (SBAS ou GBAS) podem ser usados para melhorar a precisão lateral para mínimos CAT I /II/III.
Sensores - Solução de Posição
� A posição presente da aeronave (PPOS) é determinada nos modernos FMS através de de uma composição da posição calculada por cada sensor, ponderada pelos seus erros de posição calculados.
� A PPOS estará sempre mais próxima dos sensores mais precisos.
� A precisão de navegação da aeronave é composta pela combinação da precisão 2D de todos os sensores (blending).
� Aeronaves com a tecnologia mais moderna de navegação (B777, A320, A330, A340, E-Jets) apresentam em suas soluções de navegação a ponderação de :
� 2 GNSS.� 3 ou 2 IRS.� Rádio posição (DME/DME ou VOR/DME sitonizados
automaricamente).
� Hierarquia na preferência dos sensores (GNSS, IRS e RadPos).
GPS1GPS2
IRS1
IRS2
RADIO POS
PPOS
RNP - Conceito
� Surgiu no início dos anos 2000 para permitir melhor aproveitamento das trajetórias.
� Corresponde ao desempenho de navegação para a operação em um determinado espaço aéreo, expandindoo conceito precisão de navegação RNAV;
� Elementos de desempenho de navegação:
� AcuráciaErro Total de Posição igual ou menor a um certo valor emNM (RNP-X) em 95% do tempo de voo.
� IntegridadeProbabilidade de que o Erro Total de Posição exceda um limite lateral (sem alerta ao Piloto) seja menor que 10E-5 por hora -> Limite de contenção = 2RNP.
� ContinuidadeProbabilidade de que seja anunciada perda de cpacidade RNP-X seja menor que 10E-4 por hora.
RNP - Evolução da Tecnologia de Navegação
� RNP = navegação com acurácia RNAV + monitoramento de contenção e alerta aos pilotos.� É a base para a construção do conceito PBN!
ANP (Actual Navigation Performance)
FMS DB
� Incerteza da PPOS calculada pelo FMS com 95% de probabilidade.� O ANP deve ser sempre inferior ao RNP provido pelo DB do sistema de navegação.
ANP > RNP
� Quando o ANP excede o RNP a PPOS atual não apresenta a acurácia adequada e um alerta aos pilotos é provido.
� PROCEDIMENTO OPERACIONAL NECESSÁRIO:
1. VERIFICAR POSIÇÃO USANDO MEIOS CONVENCIONAIS DE NAVEGAÇÃO.
2. NOTIFICAR ATC IMEDIATAMENTE.“NEGATIVE RNAV/RNP”
1. NO SOLO => Reinicialização dos sensores.
2. EM VOO:• APROXIMAÇÃO RNP
=> ARREMETIDA IMEDIATA.
• EM ROTA => SOLICITAR AO ATC NOVA AUTORIZAÇÃO
EM NAVEGAÇÃO CONVENCIONAL
UNABLE RNP
Limitações – Degradação dos Sensores
� Em casos de perda de sensores GNSS o cálculo da PPOS dependerá somente dos IRS e RadioPos.
� Os FMS atuais são capazes de sintonizar e atualizar automaticamente as rádio posições, o que melhora a acurácia do cálculo da PPOS.
� Em procedimentos de Aproximação RNP� O ANP pode degradar rapidamente excedendo os limites do
RNP em minutos (tipicamente 0.3NM em 40s-1 minuto).
� Em ROTA � É necessário que a RÁDIO POSIÇÃO seja atualizada em
certos períodos de tempo.
� Tempos limites de update da para garantir a navegação em rota (RNP 4,10 e 20) requerem o update da RadioPos tipicamente a cada 0.3h (DME-DME), 0.5h (VOR-DME) ou a cada 1 hora sintonizando-se manualmente.
GPS1GPS2
IRS2
RADIO POS
PPOS
IRS1
Limitações – Equipamentos Mínimos
� Para se operar em espaços aéreos PBN há exigência de número mínimo de equipamentos a bordo, que garantam que os requisitos de navegação sejam atendidos por estas aeronaves.
� O numero mínimo de equipamentos operacionais é listado no AFM&MEL das aeronaves. Geralmente....
� Voos dentro de áreas com cobertura para Radio Navegação necessitam:
• 1 FMS• 1 CDUs • 1 VOR• 1 DME• Plano de Voo mostrado em dois Displays de
Navegação
� Voos fora de áreas com cobertura para Radio Navegação necessitam:
• 2 FMS• 2 CDUs• 2 IRS• 1 GPS
Limitações – Capacidades de Sistemas
� A capacidade de navegação RNP é dependente do tipo de sistemas embarcados nas aeronaves e modo de navegação empregado (piloto automático on-off, GNSS, etc...)
� Listada nos AFMs das aeronaves. Alguns exemplos:
� Boeing 777
� A330/A340
Displays
Primary Flight Display
Navigation Display
Flight Management System/Computer
� Página de Saídas (DEPARTURES):
� SIDs.� Pistas.
� Página de Pernas (LEGS):
� Perna atual em magenta.� Waypoints.� Distâncias.� Restrições (Velocidade e Altitude).
� Página de Chegadas (ARRIVALS):
� STARs.� Aproximações.
� Página de Progresso do Voo 1 (PROGRESS 1/2):
� Distância para o fixo.� ETA.� Combustível Remanescente.
� Página de Referência de Posição (PROGRESS 2/3):
� Posição calculada FMS (PPOS)� Posição dos sensores (IRS, GNSS e RadioPos)� RNP&ANP
Página de Progresso RNP (Airbus)
Required Time of Arrival
� Página de Progresso RTA :
� Inserção de tempo em apenas 1 waypoint possível.
� FMS Calcula janela possível considerando:� Ci=0 (MRC) - First� MMO/VMO – Last
� Caso não seja possivel - MSG: “RTA NOT ACHIAVABLE”
RNAV with ILS
Vetor para interceptar um curso RNAV
� Nos modernos FMS existe a funcionalidade de se interceptar uma perna definida entre dois waypoints de uma rota carregada do DB a partir de uma proa.
� Ela normalmente é denominada "INTERCEPT LEG " function.
RNP APCH
José Alexandre.T.G. FregnaniDiretor Assistente – Segurança e Operações de VooIATA Brasil
Tel: +55 11 2187 4236
“Representar, liderar e servir a indústria.”
Obrigado!