辅助飞行器飞行管理的方法和设备的制作方法

辅助飞行器飞行管理的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及辅助飞行器飞行管理的方法和设备。所述设备（1）包括伺服控制器件（5），其以组合的方式自动地控制飞行器的自动推力系统（6）和飞行器的空气制动器（7），作为导向竖直轨迹的常用器件的补充，使得飞行器在由地理约束限定的位置获得速度设定点和/或高度设定点。
【专利说明】辅助飞行器飞行管理的方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及辅助飞行器(具体地，运输飞机)飞行管理的方法和设备。
【背景技术】
[0002]已知在动态操作环境中，飞行器的合适飞行管理本质在于机组人员调节和控制所跟随的轨迹和相关速度曲线的能力。
[0003]大多数飞行器具有允许借助于自动引航系统控制和保持飞行参数的器件。例如，该系统允许保持高度、速度、竖直速度、航向等。配备有使之可以以自动方式跟随指导设定点的自动引航系统的飞行器配备有一项设备(或控制单元)，在AIRBUS型飞机上称为FCU(飞行控制单元)且在BOEING型飞机上称为MCP (模式控制面板)，其允许飞机的飞行员将指导设定点输入指导系统。通常，飞行员选定指导设定点，且然后命令接合(起用)相关指导模式，使得其考虑输入的值(在所谓的“选定”模式中)或者由系统根据各种标准计算的值(例如，在跟随预编程飞行计划的具体情况下)。
[0004]因而，管理伺服控制轨迹和速度的过程的关键要素在于将机组人员的意图传输给飞行器的机载系统。
[0005]飞行器竖直飞行计划的管理涉及管理总能量的有问题方面，总能量即势能(与高度有关)和动能(与速度有关)的组合。竖直平面中的轨迹的任何修改将对飞行器速度发展具有影响，且反之亦然，飞行器的总能量的修改由飞行器的气动和推进性能限制和给定。
[0006]在动态操作环境中，可能发生机组人员希望快速修改飞行器的高度或者其速度，以及飞行器将实现该或这些新目标的方式。机组人员可能需要知道飞机将实际上在哪个水平线(即，沿伺服控制轨迹飞行器前方多大距离)获得这些目标，该水平线取决于飞行器的性能。
[0007]例如，飞行器可能必须:
一以最大强加速度进入大气层；或者
一离开其初始飞行水平，从而在给定距离之前实现较低飞行水平，这样做是为了满足与在该初始飞行水平飞行的其它飞行器分开的约束。
[0008]虽然自动引航系统和相关接口使之可以修改竖直平面中轨迹的设定点(高度或速度)，但是所述接口并不使之可以直接观察飞行器在哪里飞行或者仅仅以局部和近似的方式观察。此外，自动飞行管理的机载系统并不提供直接调节获得这些速度和高度目标的位置的可能性。
[0009]本发明的目的是克服前述缺陷。本发明涉及辅助飞行器(具体地，运输飞机)飞行管理的方法，其具体地允许机组人员管理飞行器的速度变化和高度变化的目标。

【发明内容】

[0010]为此目的，根据本发明，根据所述方法，设想有允许飞行员输入以下设定点中的至少一个的接口单元:速度设定点和高度设定点，以及将这样输入的设定点以自动方式应用于所述飞行器的自动引航器件，所述方法特征在于:
a)还设想接口器件，允许飞行员产生由飞行器前面的距离表示的地理约束，限定他希望获得所输入设定点的位置；以及
b)以组合的方式自动地伺服控制飞行器的自动推力系统和飞行器的空气制动器(作为导向竖直轨迹的常用器件的补充)，使得飞行器在由所述地理约束限定的位置获得所输入设定点。
[0011]因而，本发明给飞行员提供直接修改获得在速度设定点和/或高度设定点方面限定的目标的位置的可能性，且使之可以确保借助于合适自动伺服控制(调节发动机的推力和空气制动器的伸出)实现。
[0012]根据本发明的方法还产生以下优势:
一通过使用飞行器前面的距离来指示飞行员希望在哪里获得高度和/或速度方面的目标，规避了必须在飞行计划上指出该约束的复杂性和限制。此外，不管飞行器的指导模式如何，飞行器前面的距离的该概念是可理解的。
[0013]一希望缩短在获得高度(相应地，速度)的目标值之前行驶的距离的飞行员仅仅需要限定新距离。之后，本发明自动地管理尤其是空气制动器(作为导向竖直轨迹的常用器件的补充)，从而获得目标，同时满足地理约束。由于空气制动器的手动控制不再形成其工作负载的一部分，因而简化了引航任务；以及
-自动推力系统和空气制动器的组合(或整合)管理避免了两个对应控制构件同时使用的情况且有助于减少燃料消耗。
[0014]此外，有利地，在步骤c)中，飞行器飞行的轨迹根据主动指导模式的设定点且根据所控制的推力和空气制动器曲线来确定，从而在所述地理约束处获得所述设定点，且所述轨迹的至少一部分与获得速度和高度设定点的位置一起呈现在观察屏上。
[0015]更准确地，在本发明的框架内，这些信息项呈现:
一在飞行器的驾驶舱的导航参数竖直观察屏上，具有VD (竖直显示)类型；和/或 一在导航参数水平观察屏上，具有ND (导航显示)类型。
[0016]因而，根据本发明，对于伺服控制的高度参数和/或速度参数的任何修改，该显示允许机组人员容易理解飞行器将获得其高度和/或速度目标的位置。
[0017]此外，本发明设想执行飞行器的空气制动器的自动控制，相对于常用控制减少机组人员的工作负载。实际上，空气制动器当今通过机组人员手动控制。当飞行员考虑到减速度和/或降落速率不足以在期望位置获得目标值时，他调用空气制动器的偏转。在大多数飞行器中，空气制动器的控制器件包括把手，空气制动器的控制由该把手的位置管理。
[0018]在本发明的框架内，飞行员可以以各种方式指示飞行器前面的距离(他希望在此获得所输入设定点)，具体地在专用系统页中以数字方式。
[0019]然而，在优选实施例中，设想在所述观察屏上以互动器件的形式实现的至少一个图形目标，所述互动器件表示:
一一方面，指示获得所述设定点的位置的解调元件；和
一另一方面，能由飞行员抓握和移动的控制元件，以便修改他希望获得所输入设定点的飞行器前面的距离，因而产生地理约束。
[0020]此外，在地理约束可能不再由飞行器的器件的伺服控制支持的情况下，例如在外部条件(风等)变化之后，指示地理约束的元件可以改变外观，以警示机组人员约束将不被支持。在该情况下，除了当前轨迹之外，给出获得目标的实际位置的解调元件再次呈现。
[0021]在具体实施例中，确保获得所产生地理约束同时满足至少一个特定优化标准的空气制动器曲线由飞行员确定。该标准可以是在燃料消耗、客舱舒适性和/或结构疲劳方面的优化。该标准或者这些标准可以在吸收扰动(风等)和建模误差的目标下放宽。
[0022]此外，有利地:
一确定飞行器能够最早可能获得所输入设定点的点，且定位该点的标记呈现在观察屏上。这允许机组人员在飞行器稳定在降落速率时确定如果他们希望使用空气制动器时速度管理的操作边际；和/或
一确定和显示在空气制动器偏转到最大值时飞行器应当跟随的预测轨迹。
[0023]此外，有利地，飞行轨迹的瞬变阶段(在具体地修改飞行参数或获得设定点之后斜度和/或加速度过渡期间以常见方式存在)被确定且整合到显示器中。
[0024]此外，在具体实施例中，当飞行器上升或降落同时遵循竖直速度设定点或斜度设定点时，设想允许操作者限定新对应目标值的器件。更准确地，当飞行器处于上升或降落模式同时遵循竖直速度(V/S)或斜度(FPA)时，因而可能基于获得目标高度的飞行器前面的点的指定来限定新指导目标值V/S或FPA。
[0025]此外，在具体实施例中，所述方法应用于:
一所谓的预调节设定点，仅仅在验证后应用于飞行器；或者 一跟随预编程飞行计划的具体情况，如下文详细说明。
[0026]本发明还涉及辅助飞行器(具体地，运输飞机)飞行管理的设备。
[0027]为此目的，根据本发明，该类型的所述设备包括:允许飞行员输入以下设定点中的至少一个的接口单元:速度设定点和高度设定点，以及将借助于所述接口单元输入的设定点以自动方式应用于所述飞行器的自动引航器件，其特征在于，所述设备还包括:
一接口器件，允许飞行员产生地理约束，所述地理约束由飞行器前面的距离表示，限定飞行员希望获得所输入设定点的位置；以及
一伺服控制器件，以组合的方式自动地控制飞行器的自动推力系统和飞行器的空气制动器，使得飞行器在由所述地理约束限定的位置获得所输入设定点。
[0028]此外，在具体实施例中，所述设备还包括:以自动方式确定飞行器跟随的轨迹从而遵循所述设定点和所述地理约束的器件；以及用于在至少一个观察屏(ND类型或VD类型)上呈现该轨迹的显示器件。
[0029]有利地，所述观察屏包括以互动器件的形式实现的至少一个图形目标，所述互动器件表不:
一一方面，指示获得所述设定点的位置的解调元件；和
一另一方面，能由飞行员抓握和移动的控制元件，以便修改他希望获得所输入设定点的飞行器前面的距离，因而产生地理约束。
[0030]此外，在地理约束可能不再由飞行器的器件的伺服控制支持的情况下，例如在外部条件(风等)变化之后，指示地理约束的元件可以改变外观，以警示机组人员约束将不被支持。在该情况下，除了当前轨迹之外，给出获得目标的实际位置的解调元件再次呈现。[0031 ] 此外，在具体实施例中，所述伺服控制器件包括自动确定所述自动推力系统和空气制动器的指令的器件。
[0032]本发明还涉及飞行器，具体地运输飞行器，其配备有例如前述的辅助飞行管理的设备。
【专利附图】

【附图说明】
[0033]附图中的图将阐述本发明可实施的方式。在这些附图中，相同的附图标记表示相似元件。
[0034]图1是根据本发明的辅助飞行管理的设备的示意图。
[0035]图2至4示意性地表示导航数据的各个显示，使之可以适当地突出本发明的实质特征。
[0036]图5至7是根据本发明的设备的计算器件的示意图。
[0037]图8至10图示与本发明的实施方式的具体示例有关的各个相继显示。
【具体实施方式】
[0038]根据本发明且在附图1中示意性地示出的设备I旨在辅助飞行器(未示出)的飞行管理，该飞行器具体地是运输飞机。
[0039]在飞行器上机载的所述设备I是包括如下的类型:
飞行控制接口单元2，优选为FCU (飞行控制单元)类型，允许飞行员将以下设定点中的至少一个输入到设备I中:速度设定点和高度设定点；以及
将借助于所述接口单元2输入的设定点以自动方式应用于所述飞行器的自动引航器件。
[0040]根据本发明，如图1所示，所述设备I还包括:
一接口器件4，允许飞行员产生表示飞行器前面的距离的地理约束，他希望在此获得借助于所述接口单元2输入的(速度或高度)设定点；以及
一伺服控制器件5，以组合的方式自动地控制飞行器的自动推力系统6和飞行器的空气制动器7，作为导向竖直轨迹的常用器件的补充，使得飞行器在由所述地理约束限定的位置获得所输入设定点。
[0041]因而，所述设备I给飞行员提供直接修改获得在速度设定点和/或高度设定点方面限定的目标的位置的可能性，且确保借助于合适伺服控制(调节发动机6的推力和空气制动器7的伸出)实现。
[0042]根据本发明的设备I还产生以下优势:
一通过使用飞行器前面的距离来指示飞行员希望在哪里获得高度和/或速度的目标，规避了必须在飞行计划上指出该约束的复杂性和限制。此外，不管飞行器的指导模式如何，飞行器前面的距离的该概念是可理解的。
[0043]一希望缩短在获得高度(相应地，速度)的目标值之前行驶的距离的飞行员仅仅需要限定新距离。之后，设备I自动地管理发动机和空气制动器，从而获得目标，同时满足地理约束。由于空气制动器的手动控制不再形成其工作负载的一部分，因而简化了引航任务；以及
一自动推力系统6和空气制动器7的组合(或整合)管理避免了两个控制构件同时使用的情况且有助于减少燃料消耗。
[0044]此外，在具体实施例中，所述设备I还包括:以自动方式确定飞行器跟随的轨迹从而遵循设定点和对应地理约束的器件8 ;以及用于在观察屏10上显示该轨迹的显示器件9。
[0045]根据本发明，对于伺服控制的高度参数和/或速度参数的任何修改，该显示允许机组人员容易理解飞行器将获得其高度和/或速度目标的位置。
[0046]更准确地，在本发明的框架内，所述显示器件9能够:
一在飞行器的驾驶舱的导航参数竖直观察屏10上呈现(所考虑轨迹的)竖直轨迹，具有VD (竖直显示)类型，例如如图2至4所示；和/或
一在导航参数水平观察屏上呈现(所考虑轨迹的)横向轨迹，具有ND (导航显示)类型。
[0047]在VD屏或ND屏上实现的显示当然应用于在本发明框架内应当显示的所有要素。
[0048]因而，根据本发明的设备I允许机组人员限定获得目标高度和/或目标速度的地理约束。在本发明的框架内，飞行员可以以各种方式指示飞行器前面的距离(他希望在此获得所输入设定点)，具体地在专用系统页中以数字方式。
[0049]然而，在变型实施例中，所述观察屏10包括以互动器件的形式实现的至少一个图形目标84 (图9和10)，所述互动器件表示:
一一方面，呈现获得(速度或高度的)设定点的位置的解调元件；和一另一方面，能由飞行员抓握和移动的控制元件(器件4 )，以便修改他希望获得所输入设定点的飞行器前面的距离，因而产生地理约束。
[0050]在该变型实施例中，获得设定点(高度、速度)的预测以图形方式通过图形标记或目标84显示，因而，机组人员可以与这些标记互动以限定会合点。在本发明的框架内，机组人员希望获得设定点的飞行器前面的距离称为“会合点”。借助于在产生高度和/或速度方面的会合点之后轨迹/标记的图形反馈，该变型实施例允许飞行员的更直观互动。这还使之可能能够在能量方面相对于显示的其它要素(例如，ATC区域的入口、地形、气候、飞行计划)设置会合点。
[0051]在具体实施例中，设备I还包括空气制动器的预测控制。通过确定飞行器以标称方式获得目标的能力，确定确保获得由飞行员产生的地理约束同时满足至少一个特定标准的空气制动器曲线。该标准可以是在燃料消耗、客舱舒适性和/或结构疲劳方面的优化。该标准或者这些标准可以在吸收扰动(风等)和建模误差的目标下放宽。
[0052]在另一个实施例中，空气制动器7的伺服控制可以扩展到在高度和/或速度约束提前已知且以图形的方式定位时跟随预编程飞行计划的具体情况。知道下一高度和/或速度约束的设备I直接提出刚好在高度和/或速度约束所位于的地方获得目标所需的空气制动器的所需水平。
[0053]此外，在另一个实施例中，竖直曲线和速度的预测考虑使用空气制动器的与伺服控制将跟随的曲线相对应的曲线，以便支持高度和/或速度约束。该实施例使之可以在固定目标和增强获得该目标的预测要素之间具有一致性。
[0054]在变型实施例中，还可以计算假定根据当前指示斜度降落的情况下目标速度的最早可能获得。这允许机组人员在飞行器稳定在降落速率时理解如果他们希望使用空气制动器时速度管理的操作边际是什么，如图2所示。
[0055]图2至4中的每个通过示例的方式图示了在VD类型的屏10上竖直平面的显示，具体地包括:
一图示飞行器位置的标记12;
一图示竖直平面且包括距离标度D和高度标度A的图形15 ;和 一在该图形15上，由厚连续线迹线突出的预测轨迹的竖直曲线。
[0056]在图2中，所述竖直曲线16与针对飞行器的如下特性预测的竖直轨迹有关:怠速推力，平滑配置，空气制动器缩回。
[0057]此外，在图2中还示出:
一厚虚线迹线17，图示根据飞行器当前斜度的竖直曲线；
一以圆的形式表示的标记18，表示根据当前斜度将获得速度目标的位置；
一以带阴影圆的形式表示的标记19，表示根据上一个变型实施例在空气制动器偏转至最大值时根据当前斜度最早可能获得目标速度的位置；和
一薄虚线迹线20，图示在空气制动器偏转至最大值时的竖直曲线。
[0058]在另一个变型实施例中，竖直曲线和速度的整合计算(包括瞬变阶段)可以用于预测获得目标值(高度和速度)的位置，尤其是在飞行器偏离飞行计划的情况下。
[0059]在该变型实施例中，在 接口单元2上输入用于飞行控制(FCT)的设定点包括: 一竖直设定点；
籲高度；
?竖直速度(竖直速度或VS)；
?斜度(飞行路径角度或FPA)；
一横向设定点:
?航向(航向或HDG)；
?轨迹(轨迹或TRK)；
一速度设定点:
?空气速度(当前空气速度或CAS)；
?马赫数；以及
一指导模式(不跟随飞行计划)的选定:
籲保持高度模式；
?实现高度(上升或降落)同时遵循空气速度模式；
籲实现高度(上升或降落)同时遵循斜度模式；
?上升或降落模式，同时遵循竖直速度；
籲保持或实现航向模式；
?保持或实现轨迹模式；
籲获得或保持水平平面上的进场轴线模式；
籲获得或保持水平和竖直平面上的进场轴线模式；和
籲考虑所谓的“有准备”指导模式，在实现合适接合条件时将发生接合。
[0060]在该变型实施例中，总体原则包括在飞行器的所有指导模式中(尤其是在跟随飞行计划之外的模式中)预测和显示飞行器的竖直和速度曲线，通过考虑如下要素中的全部或一些:
一飞行器的当前参数(空气速度、高度、倾侧角、接合模式、当前斜度、当前纵向和竖直加速度、质量、定心(centering))；
一选定或有准备模式；
一机组人员选定的设定点；
—横向曲线(倾侧角曲线);
一飞行器(空气制动器，飞行器进场配置)表面移动曲线和任选地相关推力曲线；和 一环境曲线(风、温度)，基于当前条件或者基于由飞行管理系统产生的现有建模。
[0061]在该变型实施例中，竖直和速度曲线依赖于:
一在每个指导模式中飞行器飞行指导定律的知晓和建模；
一飞行器在环境中的动态性能的建模；
一从一个指导模式过渡至另一个的逻辑和条件的知晓；以及 一飞行器的气动性能的模型的知晓。
[0062]该竖直曲线/速度整合预测允许机组人员具有逼真的预测，具体地:
一在速度方面:
?飞行器何时降落速率不稳定；
?飞行器将何时仅仅一完成 降落就速度稳定；
?降落曲线何时不以恒定斜度实现；和 在高度方面:
?何时同时存在速度变化和飞行器不用强加固定降落斜度的模式指导。
[0063]因为飞行员具有精确、稳定和在修改设定点和于是与该设定点有关的会合点之后即时的预测反馈，空气制动器的管理于是更简单。
[0064]该相同计算可以在假定空气制动器配置为最大值时进行，以给飞行员显示如果他希望使用空气制动器时的操作边际，如图3所示。该图3显示了考虑速度曲线和指导模式(即，在该示例中，没有约束的降落模式)的预测轨迹的竖直曲线13，以及以圆的形式表示的标记21，表示沿所述预测轨迹13将获得速度目标的位置。
[0065]在该图3中还:
一通过虚线示出在空气制动器偏转至最大值时同时考虑指导模式和相关速度曲线(即，在该示例中，没有约束的降落模式)的预测竖直轨迹22 ;和
一示出以有阴影圆的形式表示的标记23，表示可以最早可能(在空气制动器偏转至最大值时)获得速度目标的位置。
[0066]在图3中，为了阐述本发明，我们增加了显示器件9在屏10上未显示的双箭头L。该双箭头L图示了在使用空气制动器获得下一高度目标的情况下相对于没有空气制动器偏转的情况下预测轨迹13的距离边际。
[0067]此外，在具体实施例中，当飞行器处于上升或降落模式同时满足竖直速度(V/S )或斜度(FPA)时，设备I设想基于获得目标高度的飞行器前面的点的指定来限定新指导目标值V/S或FPA的器件。
[0068]在接口单元2上输入用于飞行控制(F⑶)的设定点可以由设备I在一修改设定点的值时就直接考虑。在某些情况下，需要验证设定点的修改，以便考虑其(例如，飞行水平从飞行水平跟随模式变化的设定点)。在这些情况下，在验证之前，设定点称为预调节设定点(或“预设定”)。因而，在具体实施例中，本发明的特性扩展到这种预调节设定点。速度/高度整合预测可以基于所述预调节设定点与当前空气制动器曲线和极限空气制动器曲线(空气制动器的完全偏转)来实现，如图4所示。该图4是预调节速度和竖直预测和由竖直/速度整合计算(包括瞬变阶段)得到的预调节极限的表示(没有约束的预调节降落值与预调节选定速度的情况)。
[0069]在该图4中:
一通过厚连续虚线，示出当前竖直轨迹25 ；
一通过厚虚线，示出考虑预调节速度曲线和预调节指导模式(即，在该示例中，没有约束的降落模式)预调节的预测竖直轨迹26，标记27以圆的形式示出，表示沿该轨迹26将获得预调节目标速度的位置；和
一通过薄虚线，示出在空气制动器偏转到最大值时考虑预调节速度曲线和预调节指导模式(即，在该示例中，没有约束的降落模式)预调节的预测竖直轨迹28，标记29以有阴影圆的形式示出，表示在空气制动器偏转到最大值时沿所述轨迹28将最早可能获得预调节目标速度的位置。
[0070]机组人员还可以产生在高度和/或速度方面的各个所谓“预设定”会合点。这允许飞行员观察由空气制动器提供给他的边际，尤其是在ATC协商的情况下，具有在没有使用其的情况下难以实现的约束。
[0071]图1的设备I的详细说明如下实施。
[0072]所述设备I的器件8考虑:
一单元2的设定点，通过链路31接收；
一通过链路32接收的先前和当前飞行参数；
一通过链路33接收的指导模式；
一通过链路30接收的表面(空气制动器、飞行器配置、齿轮)的进展和任选地推力的曲线，以及通过链路33接收的表面的当前水平；和
一通过链路34接收的沿轨迹的环境条件(温度、风)曲线。
[0073]器件8作为输出提供横向(x，y)和竖直(S，z)轨迹以及获得速度和高度设定点的位置(x，y, s，z)，其传输给显示器件9 (经由链路35)。
[0074]因而，由器件8实施的预测轨迹计算使用当前空气制动器曲线(通过链路30接收)和选定模式的当前设定点作为输入。然而，该相同计算可以附随有预调节设定点和/或空气制动器扩展为最大值的曲线作为输入，直到获得由飞行员输入的设定点或多个设定点。在空气制动器最大偏转的情况下使用当前预测使之可以预测最早可能获得选定设定点，因而在器件4中界定用于限定约束的会合点。
[0075]伺服控制器件5包括计算实现约束的指令的器件36。这些计算器件36考虑地理约束(链路37)和与该约束有关的目标的信息项。这些计算器件36还考虑环境条件(链路34)、飞行器配置(链路33)和飞行器的当前参数(链路38)。空气制动器指令基于这些信息项计算，该指令之后分派给阻流板的动力性能(链路39)。该阻流板动力性能形成空气制动器指令和气动表面偏转之间的联系。同时，平均空气制动器曲线和任选地相关推力水平提供给轨迹预测器件8 (链路30)。后者考虑该值从而显示飞行器将飞行的轨迹。类似地，指令还分配给发动机6 (链路40)。
[0076]在跟随预编程飞行计划(当高度和/或速度约束提前已知且在地理上定位时)的具体情况下(在图1中以点画线图示)，约束由飞行计划(要素41)限定。机组人员仅仅具有借助于器件4 (链路42)验证飞行计划的约束的任务。验证固定获得速度和/或高度目标的距离。对于控制回路，约束的原点是清楚的。
[0077]在跟随预编程飞行计划的具体情况下，FMS类型的飞行管理系统构建由飞行器飞行的轨迹。该轨迹之后通过显示器件9 (经由链路43接收该轨迹)显示。
[0078]根据本发明，预测轨迹的计算基于自动引航的横向、竖直和速度指导定律的操作逻辑的知晓以及基于飞行器的性能，如图5所示。
[0079]具体地，如该图5所示，器件8包括:
一操作逻辑45，接收接合和有准备模式、设定点和跑道信息，且发出预测模式；
一横向建模46，接收当前和过去参数(链路47 )、横向设定点(链路48 )、和器件59的真实速度、以及预测模式，且计算倾侧角；
一速度建模49，接收当前和过去参数(链路47)、速度设定点(链路50)、以及预测模式，且计算加速度；
一竖直建模51，接收当前和过去参数(链路47)、高度设定点(链路52)、以及预测模式，且计算斜度；
一飞行动态逻辑56，接收倾侧角、器件59的真实速度和风，且计算航向；
一飞行器的性能模块53，接收倾侧角、加速度和斜度、以及与飞行器有关的信息(链路54)和环境数据(链路55)，且计算加速度/斜度对；
一处理器件59，基于该对、当前和过去参数(链路47)和环境数据(链路55)计算风、真实速度、地面速度和高度；和
-轨迹计算器件60，借助于航向、风、地面速度和高度推断轨迹和获得速度和高度设定点的位置。
[0080]对于轨迹计算，可以实施两种不同的计算模式:
一第一计算模式使用矢量计算。整个轨迹被初始计算。横向、竖直和速度进展根据经验预先限定且根据参数列表参数化，所述参数表示飞行器飞行的过去状态和当前状态。输出为轨迹矢量X，y, S，Z和获得速度和高度目标值的位置X，y, S，Zo横向(X，y)、竖直z和曲线s坐标在飞行器的参考坐标中限定。在预测水平线中检测的模式变化的情况下，矢量计算基于该模式变化再次进行。该矢量计算还可以再次执行以考虑飞行器的更精确性能数据、风和温度，直到获得精度的稳定；和
一第二计算模式可以是迭代类型。需要当前和先前迭代的飞行参数，从而在之后迭代计算飞行器的位置。横向、竖直和速度建模在该第二计算模式中更接近指导定律。
[0081]在由飞行员强加约束的情况下，当飞行器处于上升或降落模式同时遵循竖直速度(V/S)或斜度(FPA)时，轨迹预测函数可以用于计算在V/S或FPA方面的设定点，使得轨迹尽可能接近由飞行员强加的约束地经过。图6图示使用轨迹预测以从其基于目标高度的约束来推断约束上升速率(V/S或FPA)的方式。
[0082]在该图6中示出:
一计算目标上升速率(通过链路63接收)和目标上升速率的校正值(通过链路64接收)的总和的器件62 ；
一初始化目标上升速率的器件65 (使用器件62和65之间的链路61); 一计算轨迹的器件66 (通过链路67连接到初始化器件65)，提供将获得目标高度的飞行器前面的距离；
一计算从计算器件66通过链路69接收的获得目标高度的距离和通过链路70接收的目标高度上的约束之间的差的器件68 ;和
一将该差(图示通过链路72接收的目标高度获得距离误差)乘以增益且传送通过链路64获得的值的器件71。
[0083]原理在于将获得目标高度与目标上升速率值进行比较，以产生该预测相对于飞行员固定的约束的误差，且基于该误差产生目标上升速率值的校正值。与迭代合作，于是成功地从其推断尽可能接近约束地经过的目标上升速率值。
[0084]此外，形成器件36 —部分的器件73 (在图7中示出)计算要应用的空气制动器指令、平均空气制动器曲线和发动机指令。器件73基于目标总斜度的计算。该计算允许估计沿轨迹应用的空气制动器的平均水平。估计基于飞行器的性能的知晓来进行。之后，该空气制动器平均水平用伺服控制考虑飞行器的当前总斜度来调节。
[0085]因此，如图7所示,所述器件73包括:
一用于计算总斜度的器件74，接收环境数据(经由链路34)和当前飞行参数(经由链路
38)；
—用于计算总斜度目标的器件75，接收环境数据(经由链路34)、约束(经由链路37)和当前飞行参数(经由链路33);
一计算器件76，计算总斜度和总斜度目标之间的差；
一将该差乘以增益的要素77 ；
一计算发动机的控制值的要素78 (用于增益倍增)和79 (用于积分)；
一计算空气制动器的控制值的要素80 (用于增益倍增)和81 (用于积分)；和一飞行器的性能模块82，接收总斜度目标和飞行器的配置，且确定空气制动器曲线(由链路30传输)和空气制动器平均水平(传输给要素81)。
[0086]在图8至10中示出了图示在从没有约束的降落模式产生高度方面的会合点期间的步骤和相关动作/显示的示例。因而:
一首先，飞行员在接口单元2上选定新高度值且验证其。设备I然后产生将飞行的轨迹的实时反馈。图8示出了在没有空气制动器偏转的情况下飞行器飞行的轨迹的预测，其中目标高度83 ；
一飞行员之后指定他希望获得新高度设定点的飞行器前面的距离。在该示例中，他通过在实现目标高度水平的点之前直接互动，通过用他的手86的手指85作用于图形目标84上而完成。该图形目标84因而可以移动，如双箭头87所示那样。正好从互动开始，显示最早可能(在空气制动器完全偏转的情况下)实现目标水平的轨迹88，从而飞行员可以观察他的动作宽容度(latitude);和
一在引入地理约束之后，只要约束未获得，器件5就执行支持该约束方面的伺服控制，通过在外部扰动(风等)之后进行空气制动器的调节(如果必要的话)。
[0087]在图10中示出了在支持约束所需的空气制动器偏转的情况下飞行器飞行的轨迹89。
【权利要求】
1.一种用于辅助飞行器的飞行管理的方法，根据所述方法，设想有允许飞行员输入以下设定点中的至少一个的接口单元:速度设定点和高度设定点，以及将这样输入的设定点以自动方式应用于所述飞行器的自动引航器件， 其中: a)还设想接口器件，允许飞行员产生由飞行器前面的距离表示的地理约束，限定他希望获得所输入设定点的位置；以及 b)以组合的方式自动地伺服控制飞行器的自动推力系统和飞行器的空气制动器，使得飞行器在由所述地理约束限定的位置获得所输入设定点。
2.根据权利要求1所述的方法， 其中，在步骤c)中，以自动的方式，飞行器飞行的轨迹根据主动指导模式的设定点且根据所控制的推力和空气制动器曲线来确定，从而在所述地理约束处获得所述设定点，且所述轨迹的至少一部分与获得速度和高度设定点的位置一起呈现在观察屏上。
3.根据权利要求2所述的方法， 其中，设想在所述观察屏上以互动器件的形式实现的至少一个图形目标，所述互动器件表示: 一一方面，指示获得所述设定点的位置的解调元件；和 一另一方面，能由飞行员抓握和移动的控制元件，以便修改他希望获得所输入设定点的飞行器前面的距离，因而产生地理约束。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中，确定确保获得由飞行员产生的地理约束同时满足至少一个特定优化标准的空气制动器曲线。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中，确定飞行器能够最早可能获得所输入设定点的点，且定位该点的标记呈现在观察屏上。
6.根据权利要求2所述的方法， 其中，飞行轨迹的瞬变阶段被确定且整合到显示器中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中，确定和显示在空气制动器偏转到最大值时飞行器应当跟随的预测轨迹。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中，当飞行器上升或降落同时遵循竖直速度设定点或斜度设定点时，设想允许操作者限定新目标值的器件，所述新目标值与在由飞行员固定的飞行器前面的距离处获得目标高度相对应。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中，所述方法应用于所谓的预调节设定点，仅仅在验证后应用于飞行器。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中，至少所述步骤a)至c)应用于跟随预编程飞行计划的具体情况。
11.一种用于辅助飞行器的飞行管理的设备，所述设备包括:允许飞行员输入以下设定点中的至少一个的接口单元:速度设定点和高度设定点，以及将借助于所述接口单元输入的设定点以自动方式应用于所述飞行器的自动引航器件，所述设备还包括: 一接口器件，允许飞行员产生地理约束，所述地理约束由飞行器前面的距离表示，限定飞行员希望获得所输入设定点的位置；以及 一伺服控制器件，以组合的方式自动地控制飞行器的自动推力系统和飞行器的空气制动器，使得飞行器在由所述地理约束限定的位置获得所输入设定点。
12.根据权利要求11所述的设备， 所述设备还包括:以自动方式确定飞行器跟随的轨迹从而遵循所述设定点和所述地理约束的器件；以及用于呈现在观察屏上所述轨迹的显示器件。
13.根据权利要求12所述的设备， 其中，所述观察屏包括以互动器件的形式实现的至少一个图形目标，所述互动器件表示: 一一方面，指示获得所述设定点的位置的解调元件；和 一另一方面，能由飞行员抓握和移动的控制元件，以便修改他希望获得所输入设定点的飞行器前面的距离，因而产生地理约束。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的设备， 其中，所述伺服控制器件包括自动确定推力系统和空气制动器的控制的器件。
15.—种飞行器， 所述飞行器包括根据权利要求11至14中任一项所述的设备。
【文档编号】B64C19/02GK103569353SQ201310333621
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月2日 优先权日:2012年8月2日
【发明者】C.雷诺勒贝尔凯, F.康斯坦, J.博亚达-博克塞尔, P.路易丝 申请人:空中客车运营简化股份公司