专利名称：具有失速保护的风切变恢复导航系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及飞机的风切变恢复导航系统，尤其是涉及具有失速保护的风切变恢复导航系统。
在风切变情况下为飞行员提供导航的飞机制导系统已成为公知。Berwick，Jr等人的美国专利第4，347，572号就公开了这样一个系统。Berwick，Jr等人的系统利用了许多输入信号，其中包括气团导出信号(例如从一个风标式迎角传感器获得的迎角信号)，从而给飞机的飞行员提供一个确定可获得的最大上升率又不使飞机失速的导航信号。然而，Berwick，Jr等人的专利中公开的系统虽然确实给飞行员提供了导航，但因为该系统利用了气团导出信号，因此该系统对通常在风切变情况下迂到的湍流是敏感的，并且这种湍流会引起一种振荡的导航信号，如果这个信号被飞行员响应的话，就会使飞机在它的俯仰轴方向发生飞行员诱发的振动。
因此，本发明的一个目的就是提供一种能克服现有技术系统许多缺点的风切变恢复导航系统。
本发明的另一个目的是提供一种利用惯性导出信号以避免湍流对气团导出系统影响的风切变恢复导航系统。
本发明还有一个目的是提供一种利用一个俯仰角参考调制器的风切变恢复导航系统，该调制器调制作为一个失速警告信号函数的最优俯仰角。
因此，根据本发明的一个优选实施例，飞机的俯仰姿态要与一个俯仰参考信号比较，从而产生一个俯仰导航指令信号给飞行员，由此确定了在风切变情况下为获得最大上升率所需的最优俯仰角。在一个失速警告发生时，该俯仰参考数值由失速警告信号调制，以便在失速警告期间减小俯仰导航指令信号，防止飞行员获得一个能引起飞行失速的俯仰姿态。一旦失速警告停止，俯仰导航指令信号又相对于俯仰参考值增加，以允许飞行员将俯仰姿态增大到参考数值。
本发明的这些和其它目的及优点，在理解了下面的详细描述和附图的基础上，将变得非常明显。
图1是用于飞机上的风切变恢复导航系统的一个功能性方框图;
图2是在风切变恢复导航系统中使用的俯仰导航系统的一个功能方框图;
图3显示了在本发明的俯仰导航系统中使用的俯仰角参考调制器的操作的一个逻辑流程图。
现在参照附图，尤其是注意图1，图中显示了一个风切变恢复导航系统10，它通过一个姿态控制器指示器12给飞行员提供一个俯仰导航指令信号，这个姿态控制器指示器可以是一个音响指示器或一个目视指示器，例如一个仪表或一个阴极射线管。风切变恢复导航系统10接收来自垂直陀螺14的信号，该垂直陀螺提供一个表征飞机的俯仰姿态的信号，即飞机的纵轴相对于水平线的夹角。风切变恢复导航系统10的其它输入包括，一个失速警告系统16，一个襟翼位置参数18和其它参数20(也许包括表征携带该系统的飞机的类型的信号和其它飞机参数，例如，起落架位置)。
失速警告系统16可以是一个通常的失速警告系统，有时称之为“操纵杆抖振器”，它监视各种飞机参数(例如迎角和风速)，并在失速情况即将发生时给飞行提供一个警告。这个失速警告可以以许多方式通知飞行员，一种方式就是飞机控制器的物理振动，因此就产生了“操纵杆抖振器”这个术语。此外，襟翼位置和其它飞机参数也影响为获得飞机的最大上升率所需的最优俯仰角，因此，表征襟翼位置和飞机类型参数的信号从襟翼位置18和飞机类型参数20提供给风切变恢复导航系统10。飞机类型参数确定了携带本系统的飞机的类型以及在各种飞行构型情况下为获得最大上升率所需的最优俯仰角。典型地，获得最大上升率所需的最优俯仰角，对于现代的商业化飞机来说，大约是15度左右。导航系统10包括一个俯仰参考数值发生器21，它响应于飞机类型参数和襟翼位置信号以提供基于飞机类型和它的襟翼位置的俯仰参考值。这个俯仰参考值发生器可以采取许多形式，例如，一个已经在其中贮存了对于各种飞机在各种襟翼设置值情况下的俯仰参考数值的查阅表，或者一个已经在其中贮存了对于一种特定飞机的参考值、并将其修正成襟翼设置值的函数的计算系统。
风切变恢复导航系统10在图2中更详细地显示出来。风切变恢复导航系统10根据飞机的俯仰姿态提供一个俯仰导航指令信号给姿态控制器指示器12，如上所述的俯仰参考值，由包括由飞机类型参数20和飞机构型参数(例如从襟翼位置参数18获得的襟翼位置)确定的飞机性能特性的各种参数所决定。
这个俯仰参考数值由一个在来自失速警告系统16的失速警告参数控制下的参考调制器22操纵。参考调制器22的操作，将结合图3作更详细的描述，简要地说，当一个失速警告发生时，参考调制器22操纵俯仰参考值以便使俯仰参考值减小。将经失速警告值修正的俯仰参考值加到比较器24上，比较器对从垂直陀螺14得到的现行飞机俯仰姿态和被调制的俯仰参考值进行比较，从而提供一个代表被调制的俯仰参考值和飞机现行俯仰姿态之间偏差的信号。来自垂直陀螺14的俯仰姿态信号的高频成分通过一个高通滤波器26(其时间常数例如约为2秒)和一个放大器28。在相加点30，从比较器24的输出中减去经放大器28放大的高频信号，从而给指令限制器32提供一个阻尼的俯仰误差信号。指令限制器32限制来自相加点30的信号幅度至某个数值，以避免飞机超调，例如，到0-+20度的一个范围。
参考调制器22的逻辑操作如图3所示。该参考调制器监测来自垂直陀螺14的俯仰姿态信号以及俯仰参考值和失速警告值，从而调节相对于该俯仰参考值和失速警告参数所需的俯仰导航指令信号。如图3所示，该系统首先确定是否有一个失速警告。如果没有失速警告，系统确定俯仰导航指令信号是否小于参考数值。如果不小于，则参考调制器的输出就简单地被限制在俯仰参考值上。如果俯仰导航指令信号小于参考值，则俯仰指令信号增加一个预定的度数，例如，2度。经一个预定秒数延迟后，例如，2秒，则重复该过程，又开始确定是否有一个失速警告存在。
如果存在一个失速警告，则俯仰导航指令信号就减少一个预定的度数，例如，2度，经预定时间延迟后，再监测失速警告是否存在。如果这个失速警告仍存在，就再次减小俯仰导航指令信号，但是，如果存在，俯仰导航指令信号就增加，直到它达到俯仰参考值时为止。
权利要求
1.一种导航系统，包括提供俯仰角参考信号的装置；提供失速警告信号的装置；响应所说俯仰角参考信号和所说失速警告信号以提供俯仰导航信号的装置，所说俯仰导航信号由所说俯仰参考信号确定并由所说失速警告信号修正。
2.一种如权利要求1所述的导航系统，其中所说俯仰导航信号提供装置，包括当不存在失效警告时能提供一种等于俯仰角参考信号的信号的装置。
3.一种如权利要求2所述的导航系统，其中所说俯仰导航信号提供装置，包括当一个失速警告信号发生时能减小俯仰导航信号的装置。
4.一种如权利要求1所述的导航系统，其中所说俯仰角信号提供装置，包括响应于表征飞机襟翼位置信号的装置，以改变俯仰角。
5.一种如权利要求4所述的导航系统，其中所说俯仰角信号提供装置，包括对确定飞机类型的数据发生响应的装置。
6.一种用于为飞机的飞行员提供俯仰导航的方法，包括以下步骤监测相对于一个参考俯仰值的飞机俯仰角并根据它们之间的差值提供一个导航信号给飞行员;以及监测失速警告的发生并当失速警告发生时改变该导航信号的数值。
7.一种如权利要求6所述的方法，其中，当失速警告发生时该导航信号的数值被减小。
全文摘要
一个飞机的风切变恢复系统(10)利用惯性导出俯仰信息给飞行员提供在一个风切变情况下确定为获得最大上升率所需的最优俯仰角的信息。系统(10)利用一个俯仰参考调制器(22)，当一个失速警告发生时该调制器(22)接收来自一个失速警靠系统(16)的一个失速警告信号，以减小被控制的俯仰导航信号(12)，以减少在性能条件恶化期间(例如顺风和发动机熄火的情况)飞机失速的可能性。
文档编号B64D45/00GK1037208SQ8910319
公开日1989年11月15日 申请日期1989年4月11日 优先权日1988年4月11日
发明者J·霍华德·格拉夫 申请人:萨特拉德数字控制公司