防止对飞行器的方向舵脚蹬不恰当操作的警报方法和设备的制作方法

防止对飞行器的方向舵脚蹬不恰当操作的警报方法和设备的制作方法
【专利摘要】一种防止由飞行器的方向舵脚蹬不恰当地致动的警报方法。如果在已经到达其最大旋转位置之一后，飞行器的方向舵（7）由方向舵脚蹬（2）控制以便在一段预设期内连续地回到中性位置和从该中性位置又离开，则警报被触发。
【专利说明】防止对飞行器的方向舵脚蹬不恰当操作的警报方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于防止飞行员在控制飞行器方向时，对飞行器的方向舵脚蹬不恰当致动的警报方法和设备。
【背景技术】
[0002]已知对飞行器的方向的控制主要由铰接的方向舵确保，所述方向舵可在气动中性位置和最大旋转停止位置之间在二个相反的旋转方向上转动。为此，方向舵由受飞行器飞行员可用的活动控制机构(方向舵脚蹬)控制。该机构通常配备有二个踏板，所述踏板各自的下陷会导致所述机构在分别与方向舵的二个相反旋转方向相关联的二个相反方向上移动。特别地，所述方向舵脚蹬控制方向舵的旋转，从而使所述方向舵的旋转幅度取决于所述方向舵脚蹬的移动幅度。因此，例如右踏板的下陷表达出飞行员试图产生将飞行器机头向右移动的偏航力矩的愿望，该力矩由方向舵的向右转向而获得。因此，在某些特殊的情况下，飞行员可作用于方向舵脚蹬从而调节作用在飞行器上的气动力，由此改变或调整侧向路径。这种特殊的情况局限于在横风中着陆时，例如对发动机故障进行调整和对齐操作。
[0003]但是，该驾驶机构在所有飞行阶段都由飞行员支配，因而在特殊的动力和不经常的情况下，飞行员可能会以完全不恰当的方式致动方向舵脚蹬。这种在这些飞行阶段的不恰当致动，潜在地会在尾翼上造成过大的负载。
[0004]同样，为了保护飞行器，可规定在飞行器速度超过一速度阈值时以与飞行器速度成反比的方式来限制方向舵的旋转，也就是使方向舵的TLU (英语为“Travel LimiterUnit”，即行程限制单元)止挡取决于飞行器的速度，目的在于限制所述飞行器在高速下承受的应力，且因而允许包括高速的情况下实现对偏航的控制。
[0005]但是，即便带有行程限制设备，也可能使方向舵脚蹬的致动无法与方向舵的位置保持协调，也就是飞行器可能在尾翼上承受过大的负载。

【发明内容】

[0006]本发明的目的在于在控制飞行器方向时防止飞行器的这一风险。其涉及一种允许向飞行员警报飞行器方向舵脚蹬不恰当致动的警报方法。
[0007]为此，根据本发明，所述警报方法防止由飞行员不恰当致动方向舵脚蹬，所述方向舵脚蹬能由飞行员在二个相反的方向上移动以用于控制方向舵，所述方向舵能在二个旋转方向上转动，直到在二个方向的每个方向上都到达最大旋转位置，方向舵脚瞪的方向之一与方向舵的旋转方向之一相关联，而方向舵脚蹬的另一方向与方向舵的另一旋转方向相关联，其特征在于:
[0008]a)监视方向舵脚蹬的当前位置以便能检测何时方向舵脚蹬到达所谓极限位置，在该极限位置处，方向舵到达其最大旋转位置之一；且
[0009]b)当检测到方向舵脚蹬到达极限位置时，在该极限位置处，方向舵因此到达其最大旋转位置之一，执行检查以检验在已经到达该位置之后的一段预设期限内是否满足以下警报致动条件:方向舵连续地回到中性位置并从该中性位置又离开；且
[0010]C)当在所述预设期限内满足所述警报致动条件时，触发警报。
[0011]因此，借助于本发明，当飞行员实现一系列对方向舵脚蹬的特殊致动操作，导致方向舵在非常短的一段预设期内，优选地三秒内，连续地从一极限位置(方向舵到达TLU止挡)，被置于中性位置，随后离开该中性位置(且无论离开方向如何都是这样)，飞行员会被自动警告这种不恰当的控制，这会允许他意识到这种情况并因此能采取措施。
[0012]有利地，在步骤a):
[0013]-接收由至少一个常规ELAC型系统发出的方向舵脚蹬当前位置值，该系统与所述方向舵脚蹬相联且将该位置值表示为方向舵单位；且
[0014]-将以方向舵单位表示的方向舵脚蹬当前位置值与飞行器当前速度下代表方向舵最大旋转位置的一位置值进行比较，所述最大旋转位置取决于飞行器速度。
[0015]在本发明的范围下，方向舵脚蹬的位置值以方向舵单位表示，这意味着考虑方向舵脚蹬的位置，但该位置并非限定为以方向舵脚蹬的旋转角度，而是限定为由该方向舵脚蹬位置产生的表示方向舵的偏转幅度的单位(尤其是偏转角的值)。
[0016]此外，有利地，在步骤b)，为了检验方向舵相对于中性位置的位置，将以方向舵单位表示的方向舵当前位置值与当前中性位置值进行比较。在本发明的范围下，该当前中性位置值对应于最大旋转位置的当前值的分数，优选地，对应最大旋转位置的当前值的一半。
[0017]方向舵因此可被认为:
[0018]-位于中性位置，此时以方向舵单位表示的方向舵脚蹬的当前位置值小于或等于所述中性位置值；和
[0019]-离开中性位置，此时以方向舵单位表示的方向舵脚蹬的当前位置值大于所述中性位置值。
[0020]此外，有利地，可将所述中性位置值限定为预设值。这种限定使得能够确保:给定ELAC的采样数据(提供踏板位置)和FAC计算机(英语为《Flight Augmentation Computer》飞行增稳计算机)的数据采集，无论由飞行员向踏板施加的应力如何，都能保证中性位置可被检测。
[0021]此外，有利地，当接合飞行器的自动导航系统时，在步骤a)检测到方向舵已到达一最大旋转位置，此外，此时方向舵脚蹬的当前位置超过预设值，例如5°。
[0022]此外，有利地，在满足至少以下条件之一时，阻止警报触发:
[0023]-飞行器速度小于预设速度；
[0024]-检测到飞行器发动机故障；以及
[0025]-没有任何可用的方向舵脚蹬的有效位置值。
[0026]当触发警报，在预设期的时间间隔过程中，其可以保持至少约等于五秒。
[0027]此外，该警报可以视觉信号或声音信号的形式被触发以提醒飞行员注意。
[0028]本发明还涉及一种防止由飞行器，特别是运输机的飞行员对方向舵脚蹬不恰当致动的警报设备。
[0029]为此，根据本发明，所述警报设备的特征在于，其包括:
[0030]-用于提供方向舵脚蹬的当前位置的装置；
[0031]-用于提供方向舵的最大旋转位置的装置；[0032]-监视装置，所述监视装置用于监视方向舵脚蹬的当前位置，从而可检测到，当方向舵脚蹬到达所谓极限位置时，在该极限位置处，方向舵到达其最大旋转位置之一，且当检测到这种情况时，检验在已经到达该极限位置之后的一段预设期限内，是否满足以下警报致动条件:所述方向舵连续地回到中性位置并从该中性位置又离开；以及
[0033]-在所述预设期限内满足所述警报致动条件时，用于发出警报的警报装置。
[0034]优选地，所述警报装置同时发出视觉警报和声音警报。
[0035]此外，在一特殊的实施方式中，所述警报设备还包括用于阻止所述警报装置的装置。
[0036]根据本发明的设备的目的在于，主要用于检测方向舵脚蹬的踏板的特殊位置，使得能够确定方向舵已经到达TLU止挡，随后在一段预设期内(优选为三秒)，该方向舵已经回到中性位置，随后沿任何方向从该中性位置又离开。
[0037]本发明还涉及:
[0038]-一种飞行器方向控制系统，包括可以由飞行器的飞行员致动的至少一个方向舵脚蹬，代表方向舵脚蹬位置的控制电信号的生成装置，以及接收该控制电信号并自动生成向飞行器的方向舵的致动装置传输的控制指令的计算装置；且/或
[0039]-一种飞行器，特别是一种运输机，其配备有如上所述的警报设备。
【专利附图】

【附图说明】
[0040]附图的示图将使得更好地理解本发明是如何实现的。在这些附图上，相同的标号代表相似的元件。
[0041]图1是包括根据本发明的警报设备的飞行器方向控制系统的实施示例的方框示意图。
[0042]图2是根据本发明的警报设备的方框示意图。
【具体实施方式】
[0043]示意性示出在图2上的根据本发明的设备10被用于在飞行器，特别是运输机的飞行员对方向舵脚蹬2不恰当致动时，向飞行员发出警报。该设备10与飞行器的常规方向控制系统I相联，其在图1上被示意性示出。
[0044]该方向控制系统I在广义上通常包括:
[0045]-所述方向舵脚蹬2(具体实施为踏板的形式)，其中第一组件2A可以由飞行员致动(踏板2Ad、2Ag)且其中与所述第一组件2A相连的第二组件2B可以由副飞行员致动(踏板 2Bd、2Bg)；
[0046]-与所述方向舵脚蹬2相联的装置3，所述装置3确定了方向舵脚蹬的位置且生成代表该位置的控制电信号；
[0047]-飞行控制计算机4，其借助电连接件5接收该控制电信号，且借助于电连接件生成控制指令；以及
[0048]-飞行器的方向舵7的致动装置6，经由电连接件8将这些控制指令传输至该致动装置。该致动装置6使方向舵7偏转一由此接收到的代表控制指令的偏转值(如以点划线表示的连接件9所示)。[0049]方向舵7被铰接且能够围绕一竖直轴线在二个相反旋转方向上转动。其能在气动中性位置和最大旋转位置之间，分别在二个旋转方向上枢转。
[0050]当飞行器在地面或空中行驶时，方向舵脚蹬2被用于控制方向舵7在二个方向上围绕其轴线的旋转。为此，方向舵脚蹬2的各组件2A和2B能围绕竖直轴线沿二个相反的旋转方向转动，所述二个相反旋转方向分别与方向舵7的二个旋转方向相关联。为此，方向舵脚蹬2的各组件2A和2B分别配备有二个左踏板(2Ag、2Bg)和二个右踏板(2Ag、2Bd)，左踏板的下陷能引起方向舵脚蹬在与方向舵7向左旋转方向相关联的旋转方向上旋转，而右踏板的下陷能引起所述方向舵脚蹬在与所述方向舵7向右旋转方向有关联的旋转方向上旋转。
[0051]方向舵脚蹬2因此可在没有使方向舵7旋转的指令的位置和所述方向舵脚蹬2达到最大旋转的一旋转位置之间，围绕其轴线旋转。在这二个位置之间，方向舵脚蹬2经过到达方向舵7的(向左或向右的)最大旋转位置的一位置(在本发明中被称为极限位置)。
[0052]根据本发明，所述设备10如图2所示包括:
[0053]-用于提供方向舵脚蹬2的当前位置的装置11；
[0054]-用于提供方向舵7的最大旋转位置(TLU止挡)的装置12；
[0055]-监视装置，其用于监视方向舵脚蹬2的当前位置，从而可检测到何时方向舵脚蹬2到达一极限位置，在该极限位置处，方向舵7到达其最大旋转位置之一，且当检测到这种情况时，检验在已经到达该极限位置之后的一段预设期限内(例如三秒)，是否满足以下警报致动条件:所述方向舵7连续地回到中性位置并从该中性位置又离开；以及
[0056]-用于在所述预设期限内满足所述警报致动条件时发出警报的警报装置14。
[0057]当其被触发，所述警报装置14优选地同时发出视觉警报和声音警报，如下文所述。
[0058]此外，在一特殊的实施方式中，所述设备10还包括用于阻止所述警报装置14的装置15。
[0059]因此，当飞行器的飞行员执行一系列对方向舵脚蹬2的特殊致动操作，这导致方向舵7最多在一段非常短的预设期内，优选地为三秒内，连续地从一极限位置(方向舵7到达的TLU止挡)被带至一中性位置，随后离开该中性位置(且无论离开方向如何)，借助警报装置14，设备10自动警告飞行员这种操作不恰当，这会允许他意识到这种情况并因此能采取措施。
[0060]提供方向舵脚蹬的当前位置值的装置11包括含有至少一个ELAC型系统的单元。通常，这种单元包括二个ELAC系统，各所述系统可执行二个传感器的数据采集和监视，其中之一检测飞行员的踏板2A的位置，而另一个检测副飞行员的踏板2B的位置。随后比较各ELAC系统的二个传感器的值。如果检测到不一致性，或一 ELAC系统存在故障，ELAC系统的位置值即被认为无效。
[0061]由这种单元11 (装置11)提供的方向舵脚蹬2的当前位置值，已经被转录成方向舵的位置。实际上，其被表示为方向舵单位，也就是表示方向舵7的偏转幅度的单位(尤其是偏转角的值)，其由方向舵脚蹬2的当前位置生成。该值随后(借助装置16)被保持为低于其绝对值。
[0062]此外，为了在TLU的整个变化范围上获得均匀的检测阈值，设置装置17以用于根据在生产中的飞行器(针对各类型的飞行器，因为操纵系统的特征和缆索的弹性不同)上执行的测量值(方向舵脚蹬循环)来修正该踏板位置。
[0063]由此经过修正的该当前位置值随后被装置13使用，优选地，所述装置13被集成在FAC型计算机(英语为《Flight Augmentation Computer))飞行增稳计算机),该计算机已经以常规的方式使用从ELAC系统接收到的该当前的位置值，从而允许简化本发明的实施。
[0064]更确切地，该当前位置值被发送给《A>B》型的二进制比较器，其将该当前值与由加法器19获得的值进行比较。该加法器19将预设值(通常为1° )加至由所述装置12生成的TLU值(其代表方向舵7的当前最大旋转位置)，从而避免提前的检测。所述最大旋转位置取决于飞行器的(当前)速度。
[0065]在图2的示例中，该当前位置值也被发送到:
[0066]-《A>B》型比较器20，其将该当前值与预设值，优选地为5°°进行比较，如以下将详述的；以及
[0067]-比较器21，同样为《A>B》型，其将该当前值与中性位置值进行比较，如以下将详述的。
[0068]比较器18的输出值被发送到:
[0069]-一方面，((ET))(“和”)逻辑端口 22的输入端，其另一输入端与《NON》(“非”)逻辑单元23相连，该逻辑单元从自动导航系统24接收后者被致动的信息。如果所述当前位置大于所述当前TLU值，且同时未接合自动导航系统24，则逻辑端口 22因此被置于值I ;且
[0070]-另一方面，((ET))(“和”)逻辑端口25的输入端，其另二个输入端被分别连接至自动导航系统24的输出端和比较器20的输出端。这后二个元件在接合了自动导航系统24的特殊情况下被应用。
[0071]因此，当接合了自动导航系统24时，保持对《到达TLU》的检测，以便可能检测到在自动导航下开始的一系列踏板动作。在该运行模式下，在偏转踏板时负责经历的应力的方向的肌肉感觉硬度，因螺线管的致动而大大增加。给定这种在踏板和方向舵7之间的控制索的负载下的拉长以及变硬，方向舵7的移动会在更大的踏板位置处开始。因此，为了减少对警报的敏感度，当接合了自动导航系统24时，针对踏板巡航时的不自主的动作，在TLU警报阈值较低时，踏板移动的最小阈值，优选地为5°，被加至此《到达TLU》的检测。
[0072]逻辑端口 22和25的输出值被发送到《0U》(“或”)逻辑端口 26上，其被置于值《I》，从而可显示出方向舵7被置于TLU止挡，此时:
[0073]-方向舵脚蹬2的当前位置值超过TLU止挡值I度，在该值处，方向舵7到达其最大旋转位置之一；
[0074]-或接合了自动导航系统24后的特殊条件已被满足。
[0075]当《0U》(“或”)逻辑端口 26被置于1，在预设期间，优选地三秒内，实施检查，如元件27所指示的。该《0U》(“或”)逻辑端口 26被连接在二个《ET》(“和”)逻辑端口 28和29的输入端上。
[0076]因此进行如下检查:
[0077]-一方面，方向舵7是否借助《ET》(“和”)逻辑端口 28被置于中性位置，《ET》(“和”)逻辑端口的另一输入端被连接至《NON》(“非”)逻辑元件上，该《NON》(“非”)逻辑元件被附加地连接至比较器21的输出端。当方向舵7位于中性位置外时，比较器21的输出端被置于I (当前位置值大于中性位置值)；和
[0078]-另一方面，方向舵7是否借助《ET》(“和”)逻辑端口29又离开中性位置，((ET))(“和”)逻辑端口的另一输入端被直接连接至所述比较器21的输出端上。
[0079]比较器21在其输入端接收由元件33计算的中性位置值。该元件33计算出中性位置值，所述中性位置值对应于由装置12接收的方向舵7的最大旋转位置值的分数，优选地为最大旋转位置值的一半。
[0080]还设置了用于执行特殊限制的装置34。由于TLU位置随飞行器速度而变化，因此中性位置被任意设定在可被2除的理论TLU值上。给定TLU位置值的变化，对该中性值的检测已限定为最大值在3°，最小值在1.5°。给定ELAC的采样(提供踏板位置)和FAC (用于数据采集)，该最小值保证中性位置可被检测到，无论飞行员在踏板上的应力如何都是如此。
[0081 ] 二个《ET》(“和，，)逻辑端口 28和29被连接至《ET》(“和，，)逻辑端口 35，所述端口 35可致动警报装置14从而在其输出值达到I时，也就是当端口 28和29都为I时，触发警报。当已经到达TLU止挡之后，此时方向舵7回到中性位置(端口 28)且从其离开(端口29)，并在一段预设期内(元件27)进行时，发生这种情况。由例如属于FWC型中央飞行警报计算机(英语《Flight Warning Computer)))的一部分的装置14产生的这种警报被保持一段预设期，例如五秒，如元件36所示。 [0082]由装置14触发的警报可由以下形式表示:
[0083]-由接收到所述警报触发指令的信号装置33(例如显示屏、发光二极管……)发出的视觉信号；且/或
[0084]-由接收到所述警报触发指令的声音发射装置40发出的声音信号；且/或
[0085]-任何其它适当的信号类型。
[0086]优选地，所述警报装置14同时发出:
[0087]-例如呈《Stoprudder input))(“停止方向舵输入”)类型的信息的合成声音的双发射形式的声音警报，其要求终止方向舵脚蹬的致动；以及
[0088]-呈闪光信号的视觉警报。
[0089]此外，阻止装置15包括传输至《ET》(“和”)逻辑端口 37的输入端的条件，该逻辑端口 37被布置在端口 35和元件36之间，且其的操作能阻止警报。以示意性且简化的方式，((ET))(“和”)逻辑端口 37的不同的输入值由图2中的元件38示意性示出。优选地，所述阻止装置15阻止警报的触发，此时，满足至少一个以下条件:
[0090]-(尤其是CAS型的)飞行器的速度小于预设的速度阈值；
[0091]-飞行器的至少一个发动机的故障被以常规方式检测到。
[0092]-方向舵脚蹬2的任何有效位置值都不可用。
【权利要求】
1.一种防止由飞行员不恰当地致动飞行器的方向舵脚蹬(2)的警报方法，所述方向舵脚蹬(2)能由飞行员在二个相反的方向上移动以控制方向舵(7)，所述方向舵(7)能在二个旋转方向上转动直至所述二个方向的每一个方向上的最大旋转位置，所述方向舵脚蹬(2)的方向之一与所述方向舵(7)的旋转方向之一相关联,而所述方向舵脚瞪(2)的另一方向与所述方向舵(7)的另一旋转方向相关联，其特征在于: a)监视所述方向舵脚蹬(2)的当前位置以便能检测何时所述方向舵脚蹬(2)到达所谓极限位置，在该极限位置处所述方向舵(7)到达其最大旋转位置之一；且 b)当检测到所述方向舵脚蹬(2)到达极限位置时，在该极限位置处所述方向舵(7)因此到达其最大旋转位置之一，执行检查以检验在已经到达该极限位置之后的一段预设期限内是否满足以下警报致动条件:所述方向舵(7)连续地回到中性位置并从该中性位置又离开；且 c )当在所述预设期限内满足所述警报致动条件时，触发警报。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)，接收由至少一个系统(11)发出的所述方向舵脚蹬(2)的当前位置值，所述系统与所述方向舵脚蹬(2)相联且将所述方向舵脚蹬(2)的位置值表示为方向舵单位。
3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于，在步骤a)，将以方向舵单位表示的方向舵脚蹬(2)的当前位置值与飞行器当前速度下代表方向舵(7)的最大旋转位置的位置值进行比较，所述最大旋转位置取决于所述飞行器的速度。
4.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)，为了检验所述方向舵(7)相对于所述中性位置的位置，将以方向舵单位表示的方向舵脚蹬(2)的当前位置值与对应于方向舵(7)的最大旋转位置值的分数的中性位置值进行比较。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述中性位置值限定为预设值。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当接合飞行器的自动导航系统(24)时，在步骤a)检测到所述方向舵(7)已到达最大旋转位置，而此时附加地以方向舵单位表示的所述方向舵脚蹬(2)的当前位置超过预设值。
7.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于，在满足至少以下条件之一时，阻止警报触发: -飞行器速度小于预设速度； -检测到飞行器的发动机故障； -没有任何可用的方向舵脚蹬(2)的有效位置值。
8.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于，当触发警报时，在至少约等于五秒的时间间隔中保持所述警报。
9.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于，所述警报以视觉信号的形式被触发，以提醒飞行员注意。
10.根据上述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于，所述警报以声音信号的形式被触发，以提醒飞行员注意。
11.一种防止由飞行员对飞行器的方向舵脚蹬(2)不恰当致动的警报设备，所述方向舵脚蹬(2)能由飞行员在二个相反的方向上移动以便控制所述方向舵(7)，所述方向舵(7)能在二个旋转方向上转动直至所述二个方向的每一个方向上的最大旋转位置，所述方向舵脚蹬(2)的方向之一与所述方向舵(7)的旋转方向之一相关联，而所述方向舵脚蹬(2)的另一方向与所述方向舵(7)的另一旋转方向相关联， 其特征在于，所述警报设备包括: -用于提供所述方向舵脚蹬(2)的当前位置的装置(11)； -用于提供所述方向舵(7)的最大旋转位置的装置(12)； -监视装置(13)，所述监视装置(13)用于监视所述方向舵脚蹬(2)的当前位置，从而能检测到何时所述方向舵脚蹬(2)到达极限位置，在该极限位置处所述方向舵(7)到达其最大旋转位置之一，且当检测到这种情况时，检查在已经到达所述极限位置之后的一段预设期限内，是否满足以下警报致动条件:所述方向舵(7)连续地回到中性位置并从该中性位置又离开；且 -用于在所述预设期限内满足所述警报致动条件时发出警报的警报装置(14)。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述警报装置(14)同时发出视觉警报和声音警报。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于阻止所述警报装置(14)的装置 (15)。
14.一种飞行器方向控制系统，其包括能由飞行器的飞行员致动的至少一个方向舵脚蹬(2)，代表所述方向舵 脚蹬(2)的位置的控制电信号的生成装置(3)，以及接收该控制电信号并自动生成向飞行器的 方向舵(7)的致动装置(6)传输的控制指令的计算装置(4)， 其特征在于，所述飞行器方向控制系统还包括根据权利要求11至13中任一项所述的设备(10)。
15.一种飞行器，其特征在于，其包括根据权利要求11至13中任一项所述的设备(10)。
【文档编号】B64D47/00GK103693190SQ201310452394
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2012年9月27日
【发明者】伯纳德·洪农斯, 斯特凡·布瓦瑟南 申请人:空中客车营运有限公司