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

fregnanij@iata.org

Tel: +55 11 2187 4236

“Representar, liderar e servir a indústria.”

Obrigado!