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sistema anticolision de trafico aereo (tcas)

Ciencia Educacion2/13/2012
Hola a toda la comunidad taringuera, vengo a aportar algo de informacion acerca de aviacion y sistemas referentes a este, ahora les traigo el sistema tcas o traffic alert and collision avoydance system. a y tambien pasense por mis otros post de aviacion, cuyos links dejo al final

TCAS
(Traffic alert and Collision Avoidance System)


Introducción:
El TCAS II es un sistema de alerta y anti-colisión de tránsito que opera sin necesidad de estaciones de control de tránsito aéreo en tierra. Este sistema detecta la presencia de otros aviones que se encuentren cerca de nosotros, los cuales deben estar equipados con "transponders" que respondan la interrogación del radar en modo "C" o "S". El sistema TCAS sigue y evalúa continuamente el peligro potencial de otros aviones con respecto al nuestro, mostrándolos en el display y ante la amenaza de una probable colisión, generara avisos visuales y auditivos a la tripulación para una apropiada acción evasiva (sólo verticalmente). TCAS no puede detectar ninguna aeronave "Intrusa" si estas no poseen un transponder operativo.
Este dispositivo fue diseñado en los Estados Unidos en la década de los '80, surgiendo de las investigaciones desde los años '50 para evitar colisiones entre aeronaves medianas. Se basa en el estándar de OACI llamado ACAS (Airborne Collision Avoidance System).

Haciendo una pequeña reseña de lo que fueron los accidentes antes de la implementación del TCAS

• Choque en el aire sobre el Gran Cañón en 1959: Vuelo 718 United Airlines DC-7 - TWA Flight 2 Lockheed Super Constellation. 128 Víctimas – Éste accidente origina la creación de la Federal Aviation Administration Americana(FAA).

• Choque en el aire sobre la ciudad de Nueva York en 1956: Vuelo 826 United Airlines DC-8 Vuelo TWA 266 Super Constellation Lockheed. 134 Víctimas – Se contabilizan 6 muertes de personas que estaban en tierra.
• Choque en el aire cerca del Asheville Regional Airport en Asheville, North Carolina en 1967: Vuelo 22 Piamonte Airlines Boeing 727 / Lanseair Inc. Cessna 310. 82 Víctimas – Primer accidente mayor de una aerolínea investigado por la recientemente creada NTSB (National Transportation Safety Board).

• Choque en el aire cerca de Zagreb - Yugoslavia en 1976: Vuelo 476 British Airways Hawker Siddeley Trident 3B / Vuelo 550 Inex-Adria Aviopromet Douglas DC-9. 176 Víctimas – Uno de los accidentes con mayor cantidad de víctimas.

• Choque en el aire sobre San Diego, California en 1978: Vuelo 182 Pacific Southwest Airlines (PSA) Boeing 727-214 Cessna 172 privado. 144 Víctimas – 7 personas en tierra y 22 hogares destruidos. Inicia la enseñanza de CRM (-Cockpit- Crew Resources Management Gerenciamiento de Recursos de Tripulación – Cabina – ó más comúnmente conocido como Factores Humanos.)

• Choque en el aire sobre Cerritos, California en 1986: Vuelo 498 Aeroméxico Douglas DC-9-32 Piper PA-28-181 Archer privado. 82 Víctimas – 15 personas en tierra.

Funcionamiento del sistema:
El display de aviso de tránsito alerta a la tripulación de vuelo, la posición relativa de aviones cercanos, que son o pueden convertirse en amenazas de colisión. Este display mejora mucho la capacidad de los pilotos para evitar el choque ya que es una ayuda visual de fácil comprensión. El display está ubicado en el perímetro del instrumento indicador de velocidad vertical (variómetro).
La detección y seguimiento de la aeronave intrusa está dada gracias a la transmisión y recepción de una antena TCAS direccional situada en la parte superior del fuselaje, y otra también direccional ubicada en la parte inferior del fuselaje.
Las aeronaves equipadas con TCAS cuentan con un transponder que trabaja en modo "S" y una unidad de control TCAS/transponder. Este tipo de transponder va a ser utilizado en el futuro para realizar comunicaciones de tipo TCAS con las estaciones en tierra, de esta manera el controlador tendrá la posibilidad de observar nuestra situación TCAS con respecto a otras aeronaves.
El TCAS II opera en la misma frecuencia de transmisión y recepción que las estaciones terrenas (transmisión: 1030 Mhz y recepción: 1090 Mhz). El equipo TCAS y las estaciones de tierra operan en transmisión y recepción, en frecuencias inversas a las que opera el transponder como podemos apreciar en el siguiente cuadro.

SISTEMA FRECUENCIA DE Tx FRECUENCIA DE Rx
Transponders modo S o modo A/C 1090 Mhz 1030 Mhz
TCAS II 1030 Mhz 1090 Mhz
Estación de tierra 1030 Mhz 1090 Mhz


El TCAS interroga a los transponders en modo S o en modo A/C que están en los otros aviones, transmitiendo mensajes a 1030 Mhz con la antena TCAS direccional superior y la antena TCAS direccional inferior y recibe los mensajes de la misma manera pero a 1090 Mhz.
Este sistema detecta aeronaves equipadas con transponders activados en modo "S" prestándole atención a las señales que emiten segundo a segundo. El TCAS también detecta a aeronaves con transponder modo "C" pero le cuesta más encontrarlos ya que en modo "C" el transponder no emite señal segundo a segundo sino que lo hace de manera más espaciada.
Una vez que el avión intruso es confirmado, este sistema es capaz de seguir el desplazamiento de hasta 30 aviones con transponder activado en modo "S" o "C".
El seguimiento de los aviones se realiza repitiendo interrogaciones en formato de modo "S" o "C". Después de interrogados, los transponders emiten respuesta, con un retardo conocido el cual nos permite calcular la distancia en base al tiempo que tarda en llegar la respuesta. Si el transponder está conectado al altímetro, podremos tener información de la altitud relativa del avión intruso. Gracias a la transmisión y recepción efectuada por antenas direccionales el equipo puede determinar la posición del otro avión. Si utilizáramos una antena omnidireccional no podríamos establecer la ubicación de la aeronave que nos amenaza.
Basado en la posición, altitud y distancia de los demás aviones con respecto al nuestro, el TCAS clasifica a las aeronaves intrusas como:
1) NON THREAT (no amenazante)
2) PROXIMITY (próximo).
3) TRAFFIC ADVISORY (TA) (Aviso de tránsito).
4) RESOLUTION ADVISORY (RA) (Aviso de resolución o separación).
Cuando el transito está siendo seguido con la antena direccional el TCAS lo muestra en el display con un símbolo el cual nos indica su posición y rumbo relativo. El contorno del símbolo y su color nos indicará la categoría en que está ese transito: no amenazante, próximo, aviso de transito o aviso de resolución o separación. Si el intruso tiene reportador de altitud, esta también estará indicada en el display. Una cosa importante es que el TCAS sólo dará aviso de resolución si el otro avión está reportando altitud. Los tránsitos que no reportan altitud son leídos como NARs.
El display del RA esta incorporado en el indicador de velocidad vertical. Este consiste en iluminar arcos rojos y verdes alrededor del dial, este indica el rate o limitaciones de ascenso o descenso, para evitar una posible colisión.
El display del TA muestra las aeronaves "intrusas" con su posición y altitud relativa, con una flecha que indica si esta ascendiendo o si esta descendiendo a mas de 500 ft/min. El display del TA puede ser indicado en el indicador del radar meteorológico, en uno creado solamente para el TCAS o en el TA/VSI (indicador de velocidad vertical).
El display de TA indica el tipo de amenaza de cada intruso usando diferentes símbolos y colores. Complementando el display, el TCAS II provee anuncios con una apropiada voz sintetizada.
Los procedimientos del ATC y el concepto de "ver y evitar" continuaran siendo de carácter primario para asegurar una debida separación entre aeronaves. Pero, si no puedo establecer comunicación con el ATC, el TCAS II me es de gran importancia para evitar colisiones.


• Este sistema trabaja independientemente y es compatible con los que opera el control de transito aéreo, además determina si existe alguna amenaza (otra aeronave).
• Este provee información visual y audio a la tripulación dando la información de la posición en una pantalla CTR (de cristal liquido) y esta generalmente es el indicador de velocidad vertical (variómetro), emite una voz de alerta y provee una guía visual en la escala del variómetro.
• Calcula la apropiada maniobra evasiba en el plano vertical.
• Coordina automáticamente las maniobras evasivas de dos o más aeronaves equipadas TCAS II comunicándose a través de un transponder modo S.
El sistema TCAS II monitoréa el espacio aéreo que rodea la aeronave, este sistema interroga los transponder de las aeronaves "intrusas". La respuesta de la interrogación le permite al TCAS II obtener la siguiente información de la aeronave intrusa:
1. La distancia entre mi aeronave y la o las aeronaves intrusas.
2. La posición relativa de las aeronaves "intrusas" con respecto a mi aeronave.
3. La altitud (relativa) y la velocidad vertical del "intruso", si su transponder la emite (Modo C).
4. Me indica si la aeronave se está acercando o sé está alejando.
• Usando esta información el TCAS II predice el tiempo a la aeronave y la separación mínima a la el "intruso" se puede acercar. En caso de que el TCAS II determine que se van a violar las seguridades mínimas de separación, este informara a la tripulación una "Traffic Advisory (TA)", para alertar a la tripulación que un "intruso" se esta acercando a la aeronave.
• Si el intruso continua acercándose, el TCAS II generara una "Resolution Advisory (RA)" para mantener una segura separación vertical entre la aeronave y el "intruso". El TCAS II basa sus alarmas en una reacción de la tripulación de 5 segundos para adquirir la actitud requerida, en caso de que la actitud requerida aumente o disminuya mientras se lleva a cabo la acción evasiva, la reacción de la tripulación deberá ser como máximo de 2 segundos.
• Dos aviones equipados con TCAS II coordinaran la "Resolution Advisory" usando transponder modo S. La coordinación asegura una óptima separación entre las aeronaves. La tripulación deberá llevar a cabo de inmediato, pero a su vez tranquilamente. Dado que las maniobras son coordinadas entre las dos aeronaves, la tripulación nunca hará lo contrario de lo que indica la "Resolution Advisory".
• El TCAS II puede detectar 45 aeronaves, mostrar en el display 30 de ellas y puede coordinar una RA para hasta 3 de los intrusos a la misma vez. En las RA se trata de desviar lo menos posible del plan de vuelo, buscando una segura separación entre las aeronaves.

Traffic

El TCAS II mostrara cuatro símbolos de tráfico diferentes en el display del TA. Los símbolos cambian de forma y color para representar los distintos tipos de amenaza.
El símbolo de tráfico tendrá también asociado un indicador de altitud, el cual indicara la altitud relativa en cientos de pies, también indicando por medio de una flecha, si el mismo esta ascendiendo, descendiendo o volando a nivel. Con un símbolo "+" antes de la altitud relativa me indica que el intruso se encuentra por encima de mi altitud, con un símbolo "-" me indica que la aeronave intrusa se encuentra por debajo de mi altitud.
Si una flecha aparece me indica, dependiendo hacia donde apunta la misma (arriba o abajo), si la aeronave asciende o desciende a 500 ft/min. o más.
Si la aeronave intrusa posee un transponder sin reporte de altitud, Non-Altitud Reporting (NAR), el símbolo de trafico aparecerá sin el indicador de altitud relativa y sin la flecha de indicación de que si se encuentra descendiendo o ascendiendo. El símbolo que el TCAS II le dará a esa aeronave dependerá solamente de su posición y de su velocidad a la cual se acerca. Si las técnicas del TCAS para determinar el azimuth de la aeronave "intrusa" fallan, aparecerá en el display un mensaje de "NO BEARING"(sin rumbo).

avoidance



tcas

Los sistemas necesarios y opcionales de TCAS y del avión son los siguientes:
a) Procesador TCAS.
b) Antena direccional superior.
c) Antena direccional inferior.
d) Aviso de resolución / Indicador de velocidad vertical (RA/VSI).
e) Un radar PPI (pantalla de tránsito).
f) Componentes del sistema de respondedor modo "S".

Procesador TCAS:
El microprocesador basado en el TPA-81A procesador TCAS, es la unidad de control maestro en el sistema TCAS II. Consiste en un control combinado entre una computadora y un transceptor de banda baja (L-band). La operación del TCAS es controlada por un software residente en la memoria de la computadora de control.
El procesador TCAS va instalado en el compartimento de electrónica de la aeronave en la bandeja izquierda de radio, en general.
Este procesador recibe de una fuente primaria de poder 115 VAC (Volts de corriente alterna) con una frecuencia de 400 Hz, y tiene otra entrada de energía de la aeronave en sí, que le proporciona 26 VAC.
Antena direccional:
La antena direccional ANT-81A permite conocer la posición de la aeronave intrusa proporcionando la información al procesador el cual transmite a partir de esta las interrogaciones recibiendo una respuesta en uno de cuatro haces emitidos. Al selectar un haz el procesador posiciona electrónicamente la antena en una dirección de vigilancia durante la operación de transmisión y recepción.
Esta antena direccional tiene la capacidad de ser apuntada electrónicamente y consiste de cuatro elementos mono polo.
Cuatro cables de tipo coaxial conectan al procesador con cada antena . Éstas van montadas en la parte superior e inferior del fuselaje (Por ejemplo, en el DC-9 van en la estación 246).
Display RA/VSI:
Los avisos de resolución en el RA/VSI son indicaciones primarias de vuelo ya que nos van a proporcionar la acción evasiva a seguir. Los avisos de resolución TCAS II en las dos unidades RA/VSI indican las velocidades verticales que deben ser evitadas para mantener una separación de seguridad. Un puntero y una escala de velocidad vertical standard indican la velocidad vertical de nuestra aeronave. El indicador VSI usado para TCAS incluye un arco con segmentos de luces verdes o rojas en la periferia de la escala del instrumento. Cuando la velocidad vertical que llevamos está dentro del arco verde no hay riesgo de colisión, pero si se pone rojo deberemos reajustar esa velocidad en mayor o menor medida.
Estas unidades RA/VSI están instaladas en los paneles del Comandante y del Copiloto. Están alimentadas con 115 VAC a 400 Hz, desde la fuente de poder del avión.
El RA/VSI display IVA-81B consiste de:
Un puntero electromecánico indicador de velocidad vertical.
Un arco de aviso de resolución con LED’s verdes y rojos de alto brillo.
Una bandera accionada electromecánicamente, que indica si el equipo funciona correctamente, funciona defectuosamente o bien está apagado o fuera de servicio.
Display de radar TCAS/PPI:
Esta pantalla nos provee la indicación de los intrusos que se encuentran en nuestras cercanías y que están equipados con transponder modo "S" o "A/C"
La pantalla que nos indica la meteorología puede ser manualmente controlada para que nos muestre los tránsitos o bien las dos cosas al mismo tiempo. Los gráficos alertan al piloto las condiciones de aviso de transito o aviso de resolución, como también indican el estado de operación del equipo.
Unidad de control del respondedor:
La unidad de control del respondedor CTA-81B es el control maestro para ambos (TCAS y transponder).

Conclusiones:
• El tráfico aéreo en el mundo fue creciendo de manera vertiginosa por lo que los accidentes de colisión en los años 80 demandaban un mejor control de tráfico que no dependiera de tierra para guiar a los aviones para evitar las colisiones entre ellos, fruto de esto nace el sistema TCAS.
• El TCAS es el sistema anticolisión utilizado por las aeronaves de uso comercial de pasajeros, que esta normado a nivel internacional su uso en aeronaves de más de 19 pasajeros a raíz de los accidentes en los años 70 y 80, con base de su funcionamiento en el Transponder el TCAS puede calcular la distancia, la velocidad y la trayectoria de otras aeronaves.
• El TCAS es un sistema confiable para la programación de maniobras de las aeronaves en un mismo espacio aéreo para evitar la colisión.


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