Ветропарки в зоне аэродромов — новый фактор опасности для полетов воздушных судов

Развитие возобновляемых источников энергии приводит к широкому использованию ветрогенераторов и ветровых турбин. Для повышения эффективности и мощности выработки электроэнергии ветрогенераторы объединяют в ветропарки или ветроэлектростанции.

Классическая конструкция ветрогенератора представляет собой металлическую башню диаметром около 10 метров и высотой 100…200 метров. На вершине башни горизонтально установлен ветрогенератор с композитным ротором, диаметр лопастей до 150…170 метров.

Использование возобновляемых источников энергии, безусловно приводит к уменьшению выбросов углекислого газа в атмосферу, снижению отрицательного влияния на экологию планеты и способствует сокращению влияния антропогенного фактора на климат планеты.

Но, с увеличением плотности размещения ветроэлектростанций, возникают ситуации, когда ветропарк находится в непосредственной близости от аэродрома или иного объекта радиотехнического обеспечения полетов (далее РТОП).

Рис. 1. Ветропарк

При проектировании и размещения подобных объектов, учитываются схемы захода на посадку воздушных судов, но в меньшей степени учитывается влияние на работу средств РТОП как самих конструкций ветрогенераторов, так и влияние вращения композитных роторов на характеристики радиосигналов, которые излучаются различными средствами РТОП. Это влияние проявляется в различных эффектах рассеяния и интерференции радиоволн, а также в эффекте паразитной модуляции радиосигнала.

Для примера рассмотрим влияние ветровых турбин ветропарка на работу курсового радиомаяка системы посадки с форматом сигнала ИЛС.

Условный ветропарк расположен непосредственно в зоне аэродрома и состоит из четырех ветровых турбин. Ветровые турбины установлены на удалении 12…16 километров от торца ВВП и со смещением влево на 3,5…5 километра от оси ВПП, по заходу воздушного судна. При таком расположении ветропарк попадает в зону действия курсового маяка, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.

Рис.2. Схема размещения Ветропарка

Стоит отметить, что при этом ветровые турбины не являются летными препятствиями, и не мешают маневрированию воздушного судна в зоне аэродрома.

Для оценки влияния элементов конструкции ветровой турбины проведем численные эксперименты по расчёту поля рассеяния электромагнитных полей, излучаемых курсовым радиомаяком. В первом приближении для оценки влияния поля излучения антенной решетки курсового радиомаяка введем математическую модель рассеивающих препятствий в виде системы идеально проводящих протяженных цилиндров. Используя принципы асимптотического соответствия трехмерных и двумерных задач антенной техники, сформулируем задачу определения поля рассеяния от системы цилиндров в виде интегрального уравнения Фредгольма II рода для Н-поляризации поля возбуждения антенной системы. Вычислительные эксперименты с использованием квадратурных формул повышенной точности показывают высокую устойчивость результатов моделирования для различных сценариев расположения рассеивающих препятствий относительно РТОП.

Результаты численного моделирования показывают, что поле паразитного рассеяния может иметь значительную амплитуду, что существенно искажает поле основного излучения курсового радиомаяка. В конечном итоге это может приводить к значительному искривлению линии курса радиомаяка, и, как следствие, исключение данного средства РТОП из работы. На рисунке приведен пример расчета Диаграммы направленности поля излучения широкого канала (канала клиренса) для сигнала БЧ (боковые частоты) для заданного расположения ветропарка относительно курсового радиомаяка.

Рис.3 Диаграммы направленности для сигнала БЧ

В математическом моделировании не учитывались эффекты рассеяния электромагнитных полей, возникающие при вращении композитных лопастей ветровых турбин. Это связано с особенностями моделирования полей рассеяния сложных диэлектрических объектов в динамическом режиме, что приводит к необходимости строгих подходов для трехмерных объектов.

По предыдущему опыту можно говорить о существенном влиянии этих эффектов на поле излучения курсового радиомаяка. При этом влияние будет иметь стохастический характер, так как характеристики вращения ротора и положение лопастей в пространстве будут определяться характеристиками ветрового потока. Но для преимущественных направлений ветрового потока расчёт полного поля рассеяния как от одиночной ветровой турбины, так и от ветропарка, безусловно возможен. Методологическая основа и методики построения математических моделей существуют и применяются на практике, в том числе авторами данной статьи.

В настоящий момент в Российской Федерации, отсутствуют нормативно- правовые акты в области авиации (Воздушный кодекс, Федеральные авиационные правила), содержащие требованиями к размещению ветропарков в зоне аэродромов и нормы проектирование средств РТОП с учетом влияния ветровых турбин. Эти пробелы создают предпосылки к возникновению факторов опасности влияющих на безопасность полетов воздушных судов гражданской авиации.

Стоит отметить, что данные факторы также пагубно влияют на экономическую составляющую воздушного транспорта, так как затруднения в производстве полетов приводят к прямым финансовым потерям эксплуатантов воздушного транспорта.

В заключении хотелось бы обратить внимание широкой авиационной общественности и органов исполнительной власти в Российской Федерации на данный фактор, влияющий на безопасность полетов. Также надеемся на скорейшее появлении новых, или дополнение существующих Федеральных авиационных правил в части, касающейся размещения в зоне аэродрома ветровых турбин, ветровых парков.

В свою очередь стоит отметить значительный прогресс в странах подконтрольных Европейская организация по безопасности воздушной навигации «Евроконтроль» в части разработки и внедрение авиационных норм безопасности и рекомендаций для ветровых турбин.

Например, Управлением гражданской авиации Великобритании (Civil Aviation Authority) используются на практики следующие документы: CAP 670 «Air Traffic Services Safety Requirements» и CAP 764 «CAA Policy and Guidelines on Wind Turbines», в которых сформулированы требования и рекомендации по учету фактора ветровых турбин в гражданской авиации.

Авторы статьи готовы оказать консультативную помощь всем заинтересованным лицам и организациям в выработке указанных выше решений и документов для РФ.

Ссылки:

1. ICAO Annex
2. ICAO EUR DOC 015. European guidance material on managing building restricted areas, 2015.
3. CAP 670. Air Traffic Services Safety Requirements.
4. CAP 764.CAA Policy and Guidelines on Wind Turbines.
5. Simbo A. Odunaiya. Ph.D. Ohio University. Wind farms and their effect on radio navigation aids.
6. Amur B. Khashimov , Rinat R. Salikhov. Practical Models of Antenna Systems. 2022

Амур Бариевич Хашимов,
к. ф.-м. н., доцент кафедры радиоэлектроники и систем связи,
Высшая школа электроники и компьютерных наук,
Южно-Уральский государственный университет,
Ведущий специалист в области антенных систем, устройств СВЧ и распространения радиоволн

Ринат Рафикович Салихов,
ООО НПО «РТС»,
Специалист в области антенных систем и радиотехнических систем и комплексов

МКАА «Безопасность полетов» не несет ответственности за содержание этого материала. Содержимое сообщения не обязательно является мнением или взглядом учредителей МКАА «Безопасность полетов». Материал публикуется с целью ознакомления авиационного сообщества с различными мнениями специалистов.

Содержание материалов представлено в том виде, в котором их подготовили авторы – без какой-либо редакторской правки.