用飞行器航空电子设备自动控制飞行器的下降阶段的方法
【专利说明】用飞行器航空电子设备自动控制飞行器的下降阶段的方法
[0001 ]关于联邦资助研发声明
本发明根据美国联邦航空局授予的合同号DTFAWA-10-C-00046以政府支持进行。政府在本发明中具有某些权利。
技术领域
[0002]本发明涉及使用运行下降算法的飞机航空电子器件来自动控制飞机的下降阶段的方法。
【背景技术】
[0003]可出于多种原因来控制飞行器从巡航阶段到着陆阶段的下降，多种原因可能具有矛盾目标。当燃料节省是主要目标时，常见的是执行怠速下降，其中发动机设置于怠速(即最小推力)，并且使用控制面来控制下降的路径。在怠速下降期间，飞行器可遇到超速状况，当前这通过飞行员展开减速板来解决，从而生成许多乘客不喜欢的大量噪声。对于没有减速板的飞行器，可使用通常更不期望的其他解决方案。
[0004]备选地，飞行员能够应用输入到飞行器中的俯仰，其改变轨迹并消耗额外的燃料，并且阻挠怠速下降的目的。另一种备选解决方案是利用飞行器航空电子设备的一个或多个、例如飞行管理系统和/或飞行引导系统(FMS&FGS)，以及使发动机油门高于怠速大约10%，并且当超速状况发生时减小油门，这也消耗额外的燃料并且阻挠怠速下降的目的。
【发明内容】
[0005]本发明涉及使用运行下降算法的飞行器航空电子设备来自动控制飞行器的下降阶段的方法。飞行器航空电子设备反复接收飞行器空速输入，并且将所述空速与第一参考空速进行比较，以确定超速状况是否已经发生。如果超速状况已经发生，则飞行器进入滑动机动(siip maneuver)。
[0006]技术方案1:一种使用运行下降算法的飞行器航空电子设备来自动控制飞行器的下降阶段的方法，所述方法包括:
反复接收指示所述飞行器的空速的空速输入作为对所述飞行器航空电子设备的输入； 由所述飞行器航空电子设备将所述空速输入与第一参考空速进行比较；
由所述飞行器航空电子设备基于所述比较来确定空速输入指示超速状况的时间；以及响应由所述飞行器航空电子设备所确定的超速状况而使所述飞行器进入滑动机动。
[0007]技术方案2:如技术方案I所述的方法，还包括当所述超速状况停止时使所述飞行器退出所述滑动机动。
[0008]技术方案3:如技术方案2所述的方法，还包括在所述滑动机动期间通过下列步骤来确定所述超速状况的停止:
反复接收指示所述飞行器的所述空速的空速输入作为对飞行管理的输入；
由所述飞行器航空电子设备将所述空速输入与第二参考空速进行比较；以及由所述飞行器航空电子设备基于所述比较来确定空速输入指示没有所述超速状况的时间。
[0009]技术方案4:如技术方案3所述的方法，其中，所述第一参考空速大于所述第二参考空速。
[0010]技术方案5:如技术方案4所述的方法，其中，所述第一和第二参考空速相差至少10
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[0011 ]技术方案6:如技术方案I所述的方法，其中，所述参考空速是阈值速度。
[0012]技术方案7:如技术方案6所述的方法，其中，所述阈值速度是最大操作速度极限
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[0013]技术方案8:如技术方案I所述的方法，其中，所述第一参考空速是速度范围。
[0014]技术方案9:如技术方案I所述的方法，其中，所述超速状况的所述确定包括所述空速输入超过所述参考空速。
[0015]技术方案10:如技术方案I所述的方法，还包括当所述超速状况在最小推力状况期间发生时使所述飞行器进入所述滑动机动。
[0016]技术方案11:如技术方案I所述的方法，还包括当所述超速状况在怠速下降期间发生时使所述飞行器进入所述滑动机动。
[0017]技术方案12:如技术方案I所述的方法，其中，所述滑动机动包括侧滑机动或前滑机动中的至少一个。
[0018]技术方案13:如技术方案I所述的方法，其中，使所述飞行器进入所述滑动机动包括所述飞行器航空电子设备输出控制面设定以调整所述飞行器的一个或多个控制面和/或输出发动机油门控制信号。
[0019]技术方案14:如技术方案13所述的方法，其中，所述油门控制信号实现来自所述飞行器发动机的差分推力。
[0020]技术方案15:如技术方案13所述的方法，其中，所述控制面包括方向舵和副翼中的至少一个。
[0021]技术方案16:如技术方案15所述的方法，其中，所输出的控制面设定提供给相对方向舵和副翼。
[0022]技术方案17:如技术方案I所述的方法，其中，所述使所述飞行器进入所述滑动机动在所述飞行器发起着陆阶段之前发生。
[0023]技术方案18:如技术方案17所述的方法，还包括在所述着陆阶段之前停止所述滑动机动。
[0024]技术方案19:如技术方案18所述的方法，其中，所述着陆阶段在所述飞行器的拉平之前开始。
[0025]技术方案20:如技术方案I所述的方法，其中，所述滑动机动在没有对所述飞行器应用速度制动的情况下发生。
【附图说明】
[0026]在附图中:
图1是与地面系统进行数据通信的飞行器的透视图，并且提供本发明的实施例的说明性环境。
[0027]图2是供控制飞行器使用的飞行器航空电子设备系统及其周围环境的基本图示。
[0028]图3是飞行计划的示范高度剖面。
[0029]图4是前滑(forward-slip)的飞行器的示图。
[0030]图5是侧滑(side-slip)的飞行器的示图。
[0031]图6是按照示范实施例的用于控制飞行器的飞行的飞行器系统的流程图。
[0032]图7是根据示范实施例的控制飞行器的飞行路径的控制器的示意框图。
【具体实施方式】
[0033]图1示出可使用飞行器航空电子设备100、例如飞行管理系统和飞行引导系统(下文中称作“FMS&FGS” )来运行本发明的实施例的飞行器1。虽然专用或专门的飞行器航空电子设备100执行本发明的不同实施例在本发明的范围之内，但是本实施例的当前实用实现能够使用当前驻留在当代飞行器上的FMS&FGS ο FMS&FGS可编程为执行本发明的实施例。对本说明书来说，将在FMS&FGS 100的上下文中描述飞行器航空电子设备100。但是，应当理解，具体航空电子设备系统并不是对本发明的限制。
[0034]飞行器10可包括机身12、机首26、耦合到机身12的一个或多个推进发动机16、定位在机身12中的座舱14以及从机身12向外延伸的机翼30。飞行器10还可包括机翼30和尾翼32上的控制面18。控制面18还包括:副翼22，其使飞行器10滚转;方向舵20，其使飞行器10向偏转方向转动;发动机油门，如果不对称施加例如差分推力时其能够使飞行器10向偏转方向转动；以及速度制动器24，减慢飞行器10的空速40。存在许多不同类型的控制面，并且其使用可取决于它们被用于其上的飞行器10的尺寸、速度和复杂度。
[0035]地面系统404可经由无线通信链路402与飞行器10和包括接口装置400的其他装置进行通信，其可以是任何适当类型的通信、例如卫星传输、无线电等。地面系统404可以是任何类型的通信地面系统404，例如航线控制或者飞行操作部门。
[0036]图2示意说明FMS&FGS 100与其周围环境。FMS&FGS 100要求来自飞行仪器140、航空电子设备150和接口装置400的输入，以便控制飞行器10的飞行计划124(示意地示出为框)。飞行仪器140包括但不限于高度计、高度指示器、空速指示器、罗盘、航向指示器、垂直速度指示器、航向偏差指示器和/或无线电磁指示器。航空电子设备150包括电子系统，包括但不限于多个子系统的通信、导航、以及显示和管理。接口装置400可包括任何视觉显示器，其收集来自操作员410的输入，并且向操作员410呈现输出，以及可包括控制显示单元，其结合小屏幕和键盘或者触摸屏。
[0037]FMS&FGS 100可用于包括商业或军事用途的具有单个或多个发动机16的任何飞行器10。飞行器10可包括但不限于涡轮机、涡轮螺桨发动机、多发动机活塞、单发动机活塞和涡轮扇。
[0038]FMS&FGS具有飞行计划124的飞行中管理的主要功能。使用各种传感器，例如GPS(全球定位系统)和INS(惯性导航系统)来确定飞行器10的位置，FMS&FGS 100能够按照飞行计划124来引导飞行器10。飞行计划124—般在起飞之前或者由飞行员或者专业调度员在地面来确定。飞行计划124或者通过将其键入或者从所保存的通用路线库中选取其或者经由与航线调度中心的链路来被输入FMS&FGS 100。一旦在飞行中，FMS&FGS 100的主要任务特别是相对于飞行计划来确定飞行器的位置和那个位置的精度。简单FMS&FGS 100使用单个传感器、一般为GPS，以便确定位置。
[0039]图3示出飞行计划124的示范高度与距离剖面，其包括起飞阶段330、上升阶段340、对于当代商业飞行器通常在高于海平面30000与40000英尺之间的巡航阶段300，然后在着陆阶段320之前进入下降阶段310。下降阶段310可以是飞行器在除了着陆阶段320之外的高度下降的任何时间。在大多数情况下，下降阶段310是从巡航阶段300到着陆阶段320的过渡。对于本说明书来说，下降阶段310不包括着陆阶段320。着陆阶段320包括