民用飞机驾驶舱电子系统的输入法及其装置的制作方法

专利名称：民用飞机驾驶舱电子系统的输入法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于民用飞机驾驶舱电子系统人机界面设计技术领域，特别涉及民用飞机驾驶舱 相关电子控制和管理系统数据的输入法及其系统。
背景技术：
如今，民用飞机的操作自动化已成为典型技术特征之一，其相关的航空电子系统已进入 高度综合状态，它主要由飞行管理、飞行控制和推力管理功能系统等组成，可实现从起飞到 着陆的自动飞行管理和引导任务。通过高度自动化的飞行方式，尽可能保证在日常飞行中体现所设计的飞行品质、减少飞 行机组人为掌握飞行时所特有的飞行偏差量和飞行性能表现的大幅波动，极大地减少飞行风 险，改善飞行安全；再者，通过实时的动态计算和合理调整，使飞机能用经济状态沿着所需 轨迹飞行，提高航班生产效率。高度自动化的飞行还大幅度降低了机组人员的驾驶操作技术要求和长期积累过程，对于 普及民用飞机、提高航空运输能力来说，具有不可估量的贡献。当前，航空企业主要应用由美国航空无线电集团下属的"航空公司电子工程委员会"制 定的技术标准，即ARINC600系列设计基础标准和700系列产品设计规范共约50项标准，内容包 括自动飞行管理、无线电通信和导航、飞行显示、发动机推力管理和系统综合等技术。在这些功能中，飞行管理处于系统顶层，依据飞机的基本参数和飞行人员的输入指令， 综合机上资源，通过传感器获得环境条件，由此生成合理的飞行计划，然后通过飞行控制和 推力管理功能，自动引导飞机按既定的任务剖面飞行。由于实际飞行进程中存在诸多变更因素，例如天气、空中交通流量和机场情况等原因， 飞行管理系统必须支持飞行人员的人工调整和操作，换言之，要解决好"自动"和"半自动" 等各种层次下的人机关系。在当前的航空电子系统中，驾驶舱电子系统结构如图l所示，包括飞机性能数据库和导航 数据库、特性数据库、多功能控制显示单元。人机接口的主要形式是多功能控制显示单元(MCDU),这是一种具有屏幕显示、数字和字母键盘以及相应按键和旋钮的输入显示控制装 置。其中多功能控制显示单元的操作界面如图2所示。根据上述ARINC技术规范，这种MCDU的主要输入方式是通过既定的程序设计，按照屏幕上 的相应显示位置，进行逐行逐字逐条输入。 一个典型的控制显示单元的操作页面因此可以多 达70个页面以上。这样，无论是日常飞行的操作工作量，还是熟练掌握所需的培训时间，都 是相当显著的。由于飞行管理需要根据飞行阶段还设定，因此它的任务模式繁多，典型的波音飞机多达 25个管理模式，这就在某些情况下导致非常耗时且需要非常仔细的输入操作。为了解决这一矛盾，通常另外设计一组控制面板，即在图l中特性数据库中准备有起飞数 据、爬升数据、巡航数据、下降数据、进近数据、着陆数据等。以便在需要人工干预的时间 要求，例如更改飞机的升降率。这种面板通常被称为飞行模式控制板。为此，当代的航空电子系统需要仔细设计和划分这些输入法。通常，通过飞行模式控制 板可以进行高度、航向/航迹、高度/高度层、升降率/航迹角的设定和修改。而飞行计划、飞 行性能要求和经济模式的选择一般需要通过多功能控制显示装置完成。这就要求在整个输入法的设计上必须达到逻辑和算法上的一致。即对于飞行机组而言， 这套输入法必须完整、简单、直接和明晰。各种选择之间不应有歧义、重复渠道和不协调的 功能，以便确保机组在高工作负荷下能够正确快速地使用。为了保障飞行安全，降低用户的培训成本，这个系统的输入法还必须尽可能通用化、标 准化。随着空中交通流量的持续增长，新航行系统技术的不断应用，飞行管理的任务越来越复 杂，上述传统的多功能控制显示单元的输入方法显得越来越臃肿，功能页面越来越多，又交 织着正常操作程序、修改程序和应急程序。这就造成了其逻辑关系复杂，开发过程长，成本 高等一系列弊端；且在实际飞行中，操作效率低下，输入差错频发。世界范围内，每年都会有因数据输入错误而导致飞行事故的事例，涉及飞机包括美国波 音747、 757、 737飞机及欧洲空中客车A320、 A340飞机等，造成不同程度的飞机损毁和人员伤 亡。随着计算机处理能力的提高，航空电子系统的核心平台处理能力大大增强，可以对系统 提出更高的处理需求，此外，大屏幕显示控制技术正在成为航空电子系统的主流人机界面， 同时，航空电子系统的综合度越来越高，使用模块化的开放式平台来综合核心功能，如何充 分利用这些新技术和新资源的特征，研发新的系统信息输入法，以充分发挥这些新技术的综 合效益，减轻飞行人员的工作负担，改进驾驶舱的视野，拓展驾驶舱的适用空间，改进舒适 度，成为本领域迫切需要解决的技术问题。页发明内容本发明的目的在于提供一种民用飞机驾驶舱电子系统的输入法及其装置，以满足高度综 合化的航空电子系统的输入需求。本发明根据工程经验和对飞行安全技术研究的心得，基于 图像处理的功能蒙板概念，即将各种飞行任务设计成基本"蒙板"，飞行人员根据飞行计划， 选定蒙板并通过组合，快速实现要加载的数据任务，并在此基础上进行适当修改，因此简化 操作逻辑关系，增加数据输入的便捷性和正确性，减少日常飞行操作的工作量，尤其是思考 和记忆的精神负担。根据上述的发明构思，本发明采用以下技术方案-一种民用飞机驾驶舱电子系统的输入装置，包括飞机性能数据库和导航数据库，其内存储有飞机性能数据和导航数据；特性数据库，与所述飞机性能数据库和导航数据库相连接，其内存储有根据所述飞机性能数据库和导航数据库中存储的数据而生成的起飞数据、爬升数据、巡航数据、下降数据、进近数据、着陆数据；蒙板数据库，与所述特性数据库相连接，用于从所述特性数据库获取数据，其内存储有 根据飞机性能设定的基本特性蒙板；根据飞行任务设定的飞行阶段蒙板；根据航线和技术特 征设定的飞行经验蒙板；多功能控制显示单元，与所述蒙板数据库相连接，用于根据蒙板数据库提供的界面，对 飞机驾驶舱相关电子控制和管理系统进行数据输入和控制。本发明还提供一种民用飞机驾驶舱电子系统的输入方法，包括蒙板数据库，其内存储有 根据飞机性能设定的基本特性蒙板；根据飞行任务设定的飞行阶段蒙板；根据航线和技术特 征设定的飞行经验蒙板；通过蒙板数据库提供的蒙板界面，对飞机驾驶舱相关电子控制和管 理系统进行数据输入和控制。与现有技术相比较，本发明通过研究和预设一套完整的阶段任务数据，飞行人员根据任 务来调用和套用这套数据，从根本上改变了必须按照屏幕上的相应显示位置，进行逐行逐字逐条输入的传统输入法。解决了多功能显示控制装置传统输入方式的缺点，简化对飞行模式 控制板的需求，同时因减少了飞行模式控制板的需求，进一步增加驾驶舱前方视野空间，有 利于飞行安全，提高驾驶舱舒适度。具体优点如下1、显著减少现有输入法的输入页面，预计与现有的主流多功能显示控制装置的方式相 比，可以减少65%的页面，即如果以现有的70张页面为基础比较，预计本发明的页面不多于25张，因此可以预计减少65%的页面。2、 通过蒙板预置的输入法技术，减少日常航班的逐行逐字输入的工作量，从而提高操作 效益，减少日常输入差错的可能性。3、 由此减少飞行人员的日常操作工作量、学习和记忆的训练。减少培训成本可提高用户 经济效益，通过改进飞行安全增加了航空公司的社会效益。4、 本发明作为创意的核心部分即经验蒙板可以实现同一产品的用户化、个性化和风格 化。因此方便地实现航空公司飞行任务特征化，具有极强的航线针对性和经济隐密性，从而 提高航空公司航班飞行的核心竞争力、机队规模的经济效益和全公司的社会效益。5、 本发明有助于提高我国自行研制的航空电子系统和民用飞机的知识产权的含金量。


图l为现有民用飞机驾驶舱电子系统的输入装置原理框图； 图2现有多功能控制显示单元的操作界面及控制按鍵和按钮结构示意图；图3为本发明民用飞机驾驶舱电子系统的输入装置原理框图；图4至图12为本发明实例的操作窗口画面。
具体实施方式
实施例一如图1所示， 一种民用飞机驾驶舱电子系统的输入装置，包括 飞机性能数据库和导航数据库，其内存储有飞机性能数据和导航数据；特性数据库，与所述飞机性能数据库和导航数据库相连接，其内存储有根据所述飞机性 能数据库和导航数据库中存储的数据而生成的起飞数据、爬升数据、巡航数据、下降数据、进近数据、着陆数据；蒙板数据库，与所述特性数据库相连接，用于从所述特性数据库获取数据，其内存储有 根据飞机性能设定的基本特性蒙板；根据飞行任务设定的飞行阶段蒙板；根据航线和技术特 征设定的飞行经验蒙板；多功能控制显示单元，与所述蒙板数据库相连接，用于根据蒙板数据库提供的界面，对 飞机驾驶舱相关电子控制和管理系统进行数据输入和控制。其中，所述基本特性蒙板是根据具体的机型进行设计的基础蒙板，目的在于提供便捷的 飞机性能和导航资源相关的基本参数输入。这主要是指飞机系统的初始化数据，包括飞机性能、导航性能和相关的数据配置，以此作为系统启动和重启的基础。其中，所述飞行阶段蒙板是结合机型特性，根据适航需求设定的仪表飞行程序蒙板，典 型地包括飞行前准备、滑行、起飞、爬升、巡航、下降、进近、着陆等阶段，还包括必要的 修改阶段。所有的阶段设计必须满足适航性要求和仪表飞行操作程序要求。其中，所述飞行经验蒙板是一种个性化的蒙板，类似于现代自动化控制系统的个人偏好 配置，通过民航系统中现行的飞行安全品质监控体系等系统的反馈数据，以及航务部门、飞 行技术部门、飞行安全部门等总结归纳出来的航线飞行经验数据，对具体航线进行数据偏好 配置的功能蒙板。实施例二一种民用飞机驾驶舱电子系统的输入方法，包括蒙板数据库，其内存储有根据飞机性能 设定的基本特性蒙板；根据飞行任务设定的飞行阶段蒙板；根据航线和技术特征设定的飞行 经验蒙板；通过蒙板数据库提供的蒙板界面，对飞机驾驶舱相关电子控制和管理系统进行数 据输入和控制。其中，所述基本特性蒙板处理的数据如下-1) 飞机性能基本参数输入，这包括飞机的极限性能，例如各类最小操作速度，最大飞行 速度，最大升限、最大重量和颤振边界；2) 机上导航资源的初始化数据，例如惯性导航系统的初始化所需坐标和航向数据，磁场 数据、航向和航路数据，以及机场数据。其中，所述飞行阶段蒙板结合机型特性，根据适航需求设定的仪表飞行程序蒙板，典型 地包括飞行前准备、滑行、起飞、爬升、巡航、下降、进近、着陆等阶段，还可包括必要的 修改阶段。所有的阶段设计必须满足适航性要求和仪表飞行操作程序要求。其具体需要处理 如下数据1)飞行前准备阶段初始化所需操作数据，即本次飞行的基本数据起飞和降落机场的气象环境数据、载荷数据、燃油数据、重量平衡数据；本次飞行所需的导航资源数据；本次飞行所执行的仪表程序数据；本次飞行所执行的地面助航台数据；本次飞行所执行的应急程序数据；本次飞行所执行的飞行计划数据。这包括性能和轨迹预测计算必须输入总重、零燃油重 量、轮挡燃油、成本指数和巡航高度等参数。此外，根据具体飞机系统的功能配置需求，可能需要初始化水平引导和垂直引导功能所 需的相关数据，例如需要预置和相应的激活逻辑条件数据。2) 滑行阶段该阶段主要套用滑行方式数据的修改，例如滑行道和跑道的更改所带来的 相应时间和燃油消耗数据更新。预置相应机场跑道的滑行时间和燃油数据； 通过时间和燃油数据的重新计算，实时更新飞行计划； 演算燃油消耗的平衡点；根据用户需求，可以套用气象条件变换蒙板，以更新时间和燃油数据。3) 起飞阶段起飞方式数据，这包括正常起飞方式和减额起飞方式；起飞性能数据；操作检查单数据；系统操作程序提示。4) 爬升阶段爬升方式数据，这包括经济爬升方式和单发故障爬升方式；爬升性能数据；系统操作程序提示。5) 巡航阶段巡航方式数据，主要包括各类巡航速度方式和单发巡航方式；巡航风修正数据；系统操作程序提示。6) 下降阶段下降方式数据，这包括速度下降和航道角保持下降方式；下降性能数据；系统操作程序提示。7) 进近阶段进近方式数据，这包括正常进近和进近变更方式；进近限制数据；系统操作程序提示。8) 着陆阶段着陆数据，包括着陆速度和飞机构型控制。
速度限制数据；
系统操作程序提示。
9)修改阶段修改阶段分为如下几个选项
水平剖面修改数据；
垂直剖面修改数据。
其中，所述飞行经验蒙板是为航空公司提供一套自定义的蒙板，典型的包括航线特性、 飞行技术经验、燃油和经济策略而制定的特征方案，举例如下.-
1) 气象条件经验蒙板主要针对局部气象条件的特征，设定公司规定的处理原则，例如 雷雨的绕飞计划、恶劣天气的燃油备份计划数据。
2) 地面排队起飞等待蒙板，主要针对枢纽机场而设定的修正方案。在现有的飞行管理系 统中，地面特性不予考虑，然而当今枢纽机场的地面等待现象十分普遍，经常高达数十分钟， 这样对机上燃油和重量平衡等方面需要进行调整和修正，以便更精确地进行燃油和重量平衡 管理。
3) 机型起落特性蒙板，主要根据飞机构型的具体特征而设定的修正方案数据。如今，航
空公司的飞机主要通过租赁手段获得，同一型号的飞机的具体特性仍有差异，该蒙板为快速 修正起飞性能提供了便捷的插值调整手段。
4) 机场特性蒙板，主要根据航空公司具体的运行条件，提供航空公司经常运行的高原机 场、高温机场和短跑道机场等条件的快速修正蒙板。
5) 飞行计划修改蒙板，在闩常飞行中，飞行计划经常需要修改，为此，为用户提供一个 飞行计划修改蒙板。在日常使用中，飞行人员也可以利用这个蒙板预置备份飞行计划。
以下通过设计的操作窗口画面实例进一步说明上述实施例。这些操作窗口画面展示在现 有的多功能控制显示单元的显示面板上。
图4为飞行管理系统初始化页面，在各输入框中填入相应的数据，完成所需数据的初始化。 图4中各个选择框进入的下一级页面的内容说明如下
"公司飞行计划"选择框，应进入公司飞行计划页面，此页面为所有以字母顺序排列的 公司飞行计划，用来查找和选择；
"航路选择"选择框，应进入航路选择页面，此页面为所有以字母顺序排列的航路，以 及起飞/到达机场的代码，用来查找和选择；点击"惯性基准系统"选择框，进入惯性基准系统页面，此页面包括IRS的选择和陀螺 罗经对准；
"离场"选择框，进入离场程序页面，此页面为此机场所有的以数字字母顺序排列的跑 道，用来査找和选择。当选择一个跑道后，页面切换为此跑道可以使用的所有以数字字母顺 序排列的标准仪表离场飞行程序(SID)程序，用来査找和选择(若没有相应的SID则选择NONE (无))。当选择SID后，页面切换为此跑道可以使用的所有以数字字母顺序排列的标准仪 表离场过渡程序(SID TRANSITION)程序，用来查找和选择(若没有相应的SID TRANSITION 则选择NONE)。
"导航"选择框，此页面为导航方式选择，如图5所示。导航方式为(根据优先级次序) 全球定位系统(GPS) DME/DME (DME/DME)(测距器/测距器) VOR/DME (VOR/DME)(全向信标/测距器) IRS (惯性基准系统) 航位推测法
每种导航方式还应给出其计算出来的经纬度及EPU (估算的飞机位置不精确度，也就是一 种允许偏差的范围)。
负载和燃油，此页面为负载和燃油的输入和显示。如图6所示，包括 空载重量，包括飞机空载，设备和机组的重量。 负载种类，货物的机上的重量。
乘客数/平均重量，机上乘客的数量，以及他们的平均重量。 成本指数。
燃油总重，机上燃油的重量。
剩余燃油，剩余燃油重量。
加油/放油，加油(+ )或放油(_)的重量。
燃油流量，单位KG/H。
起飞性能，此页面为起飞性能的输入和显示如图7所示
航路一览，此页面为所有以字母顺序排列的航路，以及起飞/到达机场的代码，用来査找 和选择。如图8所示。
点击主菜单栏中的"数据"，选择"飞行员数据"页面，如图9所示
飞行员数据页面如图IO所示消息列表显示优先级最高的一个警告。点击进入，可查看所有警告消息。 注意不管在任何页面上，此行应始终显示。
飞行计划的编辑页面如图ll所示，显示飞行计划中的每个航路点的时间、速度、高度、 航迹、距离、机上剩余燃油(EF0B)信息，时间可以显示估计到场时间(ETA)或航段估计飞 行时间(ETE)。点击"飞行计划历史记录"按钮可査看已飞过的航路点信息。点击"搜索与 救援"按钮进入搜索与救援模式。
飞行计划的航路点和航段的修改由飞行计划表单入口进入，如图12所示。飞行员可随时 修改飞行计划。飞行员可以进行的水平修订有删除/插入航路点、离场程序(起飞跑道，SID 和途中转换)、进场程序(跑道，迸近类型，STAR,进近转换,途中转换等)、航段、等待航 线、备用机场，飞行员可进行的垂直修订有时间限制、速度限制、高度限制、分段高度、 风、马赫常量航段。
对指定的航路点
选中"从当前位置直飞*"，当前位置(PP0S)与该航路点之间的航路点都将从飞行计划
列表中删除。
选中"插入下一个航路点"，将在该航路点之后插入一个航路点。 选中"删除"，该航路点将从飞行计划列表中删除。 选中"离场程序"，进入"离场"页面，可修改离场信息，只有当该航路点处于离场航 段时该选项可选。
选中"进场程序"，进入"进场"页面，可修改进场信息，只有当该航路点处于进场航 段时该选项可选。
选中"偏离"，将显示其子菜单，点击上、下箭头可增加减小左右偏移量。 选中"等待航线"，将该航路点添加到等到航线中。 选中"飞越"，该航路点被设置成强制飞越点。 选中"使能备降机场"，从该航路点飞往备降机场。 选中"新目的地"，从该航路点飞往新目的地。
选中"限制"，显示其子菜单，可修改高度限制、速度限制、时间限制(RTA)等。 马赫常量航段马赫常量值。
选中"分段高度"，设定在此航路点的分段高度，点击上、下箭头可增、减分段高度值。 风，当前风速。
权利要求
1、一种民用飞机驾驶舱电子系统的输入装置，其特征在于包括飞机性能数据库和导航数据库，其内存储有飞机性能数据和导航数据；特性数据库，与所述飞机性能数据库和导航数据库相连接，其内存储有根据所述飞机性能数据库和导航数据库中存储的数据而生成的起飞数据、爬升数据、巡航数据、下降数据、进近数据、着陆数据；蒙板数据库，与所述特性数据库相连接，用于从所述特性数据库获取数据，其内存储有根据飞机性能设定的基本特性蒙板；根据飞行任务设定的飞行阶段蒙板；根据航线和技术特征设定的飞行经验蒙板；多功能控制显示单元，与所述蒙板数据库相连接，用于根据蒙板数据库提供的界面，对飞机驾驶舱相关电子控制和管理系统进行数据输入和控制。
2、 一种民用飞机驾驶舱电子系统的输入方法，其特征在于包括蒙板数据库，其内存储 有根据飞机性能设定的基本特性蒙板；根据飞行任务设定的飞行阶段蒙板；根据航线和技术 特征设定的飞行经验蒙板；通过蒙板数据库提供的蒙板界面，对飞机驾驶舱相关电子控制和 管理系统进行数据输入和控制。
3、 根据权利要求2所述的民用飞机驾驶舱电子系统的输入方法，其特征在于所述基本 特性蒙板处理的数据包括-1) 飞机性能基本参数输入；2) 机上导航资源的初始化数据。
4、 根据权利要求2或3所述的民用飞机驾驶舱电子系统的输入方法，其特征在于所述飞 行阶段蒙板为结合机型特性根据适航需求设定的仪表飞行程序蒙板，包括飞行前准备、滑行、 起飞、爬升、巡航、下降、进近、着陆阶段。
5、 根据权利要求4所述的民用飞机驾驶舱电子系统的输入方法，其特征在于所述飞行 阶段蒙板还包括修改阶段，所述修改阶段修改阶段包括水平剖面修改数据和垂直剖面修改 数据选项。
6、 根据权利要求5所述的民用飞机驾驶舱电子系统的输入方法，其特征在于所述飞行 前准备阶段处理数据包括起飞和降落机场的气象环境数据、载荷数据、燃油数据、重量平衡数据；本次飞行所需的导航资源数据；本次飞行所执行的仪表程序数据；本次飞行所执行的地面助航台数据；本次飞行所执行的应急程序数据；本次飞行所执行的飞行计划数据；所述滑行阶段处理的数据包括预置相应机场跑道的滑行时间和燃油数据；通过时间和燃油数据的重新计算，实时更新飞行计划;演算燃油消耗的平衡点；所述起飞阶段处理的数据包括起飞方式数据；起飞性能数据；操作检查单数据；系统操作程序提示；所述爬升阶段处理的数据包括爬升方式数据；爬升性能数据；系统操作程序提示；所述巡航阶段处理的数据包括巡航方式数据；巡航风修正数据；系统操作程序提示；所述下降阶段处理的数据包括下降方式数据；下降性能数据；系统操作程序提示；所述进近阶段处理的数据包括进近方式数据；进近限制数据；系统操作程序提示；所述着陆阶段处理的数据包括着陆数据；速度限制数据；系统操作程序提示。
7、 根据权利要求5或6所述的民用飞机驾驶舱电子系统的输入方法，其特征在于所述飞 行经验蒙板是为航空公司提供一套自定义的蒙板，包括航线特性、飞行技术经验、燃油和经 济策略而制定的特征方案。
8、 根据权利要求7所述的民用飞机驾驶舱电子系统的输入方法，其特征在于所述飞行 经验蒙板包括以下蒙板中的部分或全部1) 气象条件经验蒙板针对局部气象条件的特征，设定公司规定的处理原则；2) 地面排队起飞等待蒙板，针对枢纽机场而设定的修正方案；3) 机型起落特性蒙板，根据飞机构型的具体特征而设定的修正方案数据；4) 机场特性蒙板，根据航空公司具体的运行条件，提供航空公司经常运行的高原机场、 高温机场和短跑道机场条件的快速修正蒙板； 5) 飞行计划修改蒙板，为用户提供的飞行计划修改蒙板，飞行人员也可以利用该蒙板预 置备份飞行计划。
全文摘要
一种民用飞机驾驶舱电子系统的输入法及其装置，包括飞机性能数据库和导航数据库；特性数据库，其内存储有起飞数据、爬升数据、巡航数据、下降数据、进近数据、着陆数据；蒙板数据库，其内存储有根据飞机性能设定的基本特性蒙板；根据飞行任务设定的飞行阶段蒙板；根据航线和技术特征设定的飞行经验蒙板；多功能控制显示单元，用于根据蒙板数据库提供的界面，对飞机驾驶舱相关电子控制和管理系统进行数据输入和控制。本发明通过研究和预设一套完整的阶段任务数据，飞行人员根据任务来调用和套用这套数据，从根本上改变了必须按照屏幕上的相应显示位置，进行逐行逐字逐条输入的传统输入法。
文档编号G05B19/04GK101403898SQ20081020210
公开日2009年4月8日 申请日期2008年10月31日 优先权日2008年10月31日
发明者旒 刘, 孔德强, 顾世敏 申请人:中国航空无线电电子研究所