专利名称：通过预测其在机场上的移动来管理航空器的制动的方法
技术领域：
本发明涉及通过预测其在机场上的移动来管理航空器的制动的方法。
背景技术：
通常，航空器响应于飞行员请求制动请求，或者通过飞行员按下制动踏板，或者通过选择自动制动模式(“自动制动”功能)而被制动。
近来有各种装置可用于精确跟踪航空器在机场上前进所遵循的路线。这些装置尤其用来降低例如一架航空器与另一架航空器或者与任何其它固定或移动障碍物之间的碰撞危险。
跟踪路线提供了关于航空器在机场上的运动、尤其是关于航空器沿这些路线所进行的运动序列的精确知识(按照作为时间的函数的位置、速度和加速度)。
本发明的目的本发明设法利用跟踪航空器在机场上的路线的这些新的可能性来改进对航空器制动的管理。
发明内容
为了实现这个目的，本发明提供了一种当航空器在机场上滑行时管理其制动的方法，该方法包括基于航空器沿着该航空器要在机场上所遵循的至少一条给定路线的移动序列的特性，推断与要执行的制动相关的信息，从而使航空器确实按照所述移动序列行进的步骤。
因而，通过预测航空器将要遵循的路线和航空器沿该路线的移动序列，可推断出移动的惯性特性(位置、速度、加速度)，由此使得确定与将来的制动操作相关的信息，从而预测将执行制动操作的方式成为可能。
通过根据本发明确定关于制动的信息，使各种可能性变得可用。
例如，与制动相关的信息使得借助热模型来预测摩擦元件的温度如何变化成为可能，因而使得将制动器性能的数字模型校准成更好成为可能，或者甚至使得一旦航空器已在航空集散站或跑道末端处停止时预测制动器冷却所需的时间长度成为可能。
这些预测也使从制动器使用的观点来看将多个潜在路线相互比较成为可能，因而使得例如选择将最小地利用制动的路线，或者沿给定路线最优化制动器的应用成为可能。这些预测也使得基于与制动器使用相关的标准来将沿单一路线的多个移动序列相互比较成为可能。
根据以下描述并参考附图将可更好地理解本发明，附图中·图1是示出了航空器在所述机场上的两条可能路线的简化视图；·图2是作为时间的函数的曲线图，它示出了如果航空器沿第一路线时，航空器的制动和制动器的平均温度；·图3是类似于图2的曲线图的曲线图，但适用于第二路线；以及·图4是类似于图2的曲线图、适用于沿第二路线的一不同的移动序列的曲线图。
具体实施例方式
参看图1，降落于机场2的航空器1可在所述机场上沿多条路线滑行。
此图以细虚线示出了从跑道末端开始、并在机场控制设法向其发射航空器的航空集散站处终止的第一路线3。
基于例如由机场控制塔提供的此路线的信息，敌对航空器1的制动计算机进行编程以估算航空器沿此路线的移动序列，即航空器的位置和速度如何随着时间改变以沿着该路线前进。这种移动序列被确定为遵照各种准则，诸如在机场上的最大滑行速度、所要求的停止点或者甚至是在着陆瞬间与到达航空集散站的瞬间之间的最大渡越时间，并且该移动序列也被确定为作为诸如重量、着陆速度、…等专用于航空器的各种参数的函数。
因而，例如，沿此处所示的第三路线3，所估算的移动序列如下构成。航空器开始时在跑道10上，并且在该跑道10上执行中等强度和长持续时间的制动，以便使航空器的速度从着陆速度减慢到滑行速度。然后，航空器经由倾斜滑行道11离开跑道。
然后，航空器驶入平行于跑道10的主滑行道12。在滑行道12的末端，飞行员制动航空器1，并使用航空器转向控制缓慢地向右转90°。最后，航空器以步行速度进入航空集散站14，并且飞行员将航空器停在靠近航空集散站之处。
图2示出了与上述沿路线3的第一部分的移动序列相对应的制动操作序列F1到F5，该制动序列由时间轴上的矩形来表示。每一矩形的高都对应于每次制动操作的强度，而每一矩形的长都对应于制动的持续时间。每次制动操作所消耗的能量对应于每一矩形的面积，并且总的消耗能量等于所有矩形的面积之和。
然后，在暂停了期间制动器冷却的某一长度的中途停留时间ΔT之后，航空器开始沿第一路线的第二部分移动，从而使航空器能到达跑道末端。如上所述，航空器1需要执行特定次数的制动操作以遵照其沿该路线的第二部分的移动序列的位置和速度。
在图2中，可看到与路线3的第二部分相对应的制动序列F6到F10。
所估算的在整条路线3上的制动序列在本示例中包括确定以下数据·要执行制动操作的次数；·制动持续时间；·在每次制动操作期间要消耗的能量；以及·两次连续的制动操作之间的间隔。
此估算较佳地考虑到机场布局，尤其是上升和下降斜度，以及诸如所需时间、停止或速度等航空器在机场上滑行时的所有限制。
在使用上述数据的一个特定实现中，如果航空器确实以预期的移动序列沿第一路线3前进，则估算值由每一制动器所达到的温度构成。
温度变化的方式通过实现结合在航空器的制动计算机中并且考虑到各种先前所估算的制动操作的热模型来获得。这些操作中的每一个都引发能量消耗，由此导致加热制动器的摩擦元件。因为这种加热，也因为通过传导的自然冷却，所以制动器的温度易于变化。
特别是在给定每一制动器中的摩擦元件的磨损状态以及因而给定了所述摩擦元件的厚度的情况下，该热模型用于预测每一制动器的温度变化的方式。
对于第一路线3，图2中以矩形形式示出的制动操作使得能绘制出制动器温度中的可预测变化(为了更清晰起见，在此仅示出一个制动器的温度T)。在本示例中，可看到所讨论的制动器的温度T保持在极限温度Tmax之下。
作为示例，Tmax是极限温度，高于该极限温度，则航空器不允许起飞。在此，因为尚未达到温度Tmax，所以航空器在到达跑道末端之后可立即起飞。
因而，本发明的方法提前核对如果航空器沿第一路线3前进，则对制动器冷却的要求将不会延长航空器在机场上的换向时间。
温度Tmax也可表示阈值T1，高于该阈值T1，则摩擦元件以高速率遭受磨损，从而较佳地避免达到该极限温度以便保护摩擦元件。
因而，本发明的方法提前核对摩擦元件将保持在仅导致适度磨损的温度范围内，由此有助于延长摩擦元件的寿命。
现在参看图1所示的从与第一路线3相同的跑道末端开始并在同一航空集散站处终止的第二路线4，航空器的制动计算机估算航空器的移动序列，并据此推断出图3所示的制动序列。在第二路线2上，航空器在跑道10上进行比在第一路线3上更强烈的制动，因而使航空器能更快地经由在倾斜滑行道11之前的倾斜滑行道15离开跑道。
一旦已确定制动序列F1′…F11′，则制动计算机据此推断出制动器温度将如何变化(在此仅绘制出一温度T′)。这一次，可看到与制动器相关的温度T′两次超出温度Tmax。
第二次超出要求航空器等待一时间段ΔT′，该时间段足够长以便在航空器被允许起飞之前使所讨论的制动器的温度降低到极限温度以下，由此增加了航空器在机场上的换向时间。
第一次超出温度本身并不导致任何等待时间，但是导致了制动器的摩擦元件在它们易于快速磨损的范围内工作，而这并非所期望的。
如果飞行员有选择权，则可能立即选择第一路线3替代第二路线4，由此使飞行员能最小化在机场上的换向时间，同时也保护制动器的摩擦元件。
根据本发明的一个特定方面，由制动计算机所使用的热模型较佳地以这样一种方式来设计，即在诸如第二路线4等其中检测到将可能超出极限温度Tmax的路线的情况下，执行对制动器实施强制冷却的效果的仿真。强制冷却通过启动以常规方式安装到航空器制动器的冷却风扇来获得，其中该启动由飞行员或直接由制动计算机控制。
在图3中通过粗虚线曲线示出了强制冷却对制动器温度的影响。在本示例中可看到强制冷却使温度曲线能回落到极限温度以下，从而飞行员此时可选择在不使制动器中的摩擦元件遭受较大程度的磨损的前提下且在所需的等待时间内沿第二路线4前进。
根据本发明的另一个特定方面，在如第二路线4那样其中检测到将可能超出极限温度Tmax的路线的情况下，对制动计算机进行编程以通过引入新的制动操作序列来生成沿所考虑路线的新的移动序列。如图4所示，此新的移动序列保存了使航空器能够快速离开跑道10的初始制动，但是允许航空器以更高的速度滑行，使得中间制动操作不致过于强烈。只有停止(或者在航空集散站，或在跑道末端)之前的最后的制动操作才略微较强烈。可看到这种新的制动力分配使得将制动器的温度T″保持在极限温度Tmax以下成为可能。
根据本发明的又一个方面，在诸如第二路线4等其中检测到将可能超出极限温度Tmax的路线的情况下，对制动计算机进行编程以对航空器制动器中的多个制动操作分配进行仿真，并保留使所有制动器的温度都能保持在最大温度Tmax之下、同时自然地也能遵照沿该路线的移动序列要求的分配。
因而，通过根据本发明预测制动操作，制动计算机允许研究多种策略以便选择一路线，或对于给定路线，它允许选择沿该路线的特定移动序列，从而避免达到导致制动器的摩擦元件快速磨损的温度，或者避免在起飞之前在跑道末端上等待的任何需求。
这些路线可被提前确定，并且可结合在数据库中。这些路线通过列出从机场上的一点到另一点的所有可能路线来确定，或者使用对航空器在机场上的移动的记录来统计性地设立，其中记录是通过在引言中所述的跟踪装置来获得的。
在此情形下，也可例如统计性地预先确定沿每条路线的移动序列，从而在给定关于航空器的重量和制动器磨损状态的知识的情况下能容易地预测制动和摩擦元件中的温度变化。
也可根据机场上的交通来实时地设立路线。该制动计算机因而适用于根据路线的变化或沿路线的移动序列的变化来更新制动预测。作为示例，机场控制可要求非预测暂停，由此要求需要加以考虑的附加制动。
本发明并不限于以上描述，而是相反涵盖落在由权利要求书限定的范围内的任何改变。
具体地，尽管陈述了本发明的方法是由航空器的制动计算机来实现的，但是本发明的方法也可在例如位于机场控制塔的机场交通控制计算机上实现。本发明的方法因而也可同时对机场上存在的所有航空器实现，由此使得同时最优化机场上存在的所有航空器的制动状态成为可能。在一不同方案中，路线和沿这些路线的移动序列可由机场交通控制计算机来确定，而航空器制动计算机只是用于基于由交通控制计算机提供的路线和移动序列来预测制动操作。在此情形下，制动计算机更有利地适用于在航空器的各种制动器之中共享制动力，从而确保制动器的摩擦元件的温度尽可能长地保持在摩擦元件以加速方式磨损的温度范围之外。
此外，尽管陈述了与制动相关的信息被用来最优化诸如制动器摩擦元件的磨损或航空器在机场上的换向时间等标准，但是这些信息也可被用来最优化例如用于为更好的乘客舒适度而限定所施加的制动的次数，或者用于限定起落装置或航空器结构上的疲劳应力的其它标准。
权利要求
1.一种当航空器(1)在机场上滑行时管理其制动的方法，所述方法包括基于所述航空器沿着所述航空器要在机场上遵循的至少一条给定路线(3，4)的移动序列的特性，推断与要执行的制动(F1、F2、…)相关的信息，从而使所述航空器确实依照所述移动序列前进的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述移动序列的特性中推断出的制动信息包括以下各项中的至少一项·要执行制动操作的次数；·制动持续时间；·在每次制动操作期间要消耗的能量；以及·两次连续制动操作的间隔。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，要所述遵循的路线(3，4)选自一预定路线的列表。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，对于一条给定路线的移动序列的特性是从与所述航空器在机场上的移动相关的统计数据中推断出的。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述要遵循的路线或要沿所述路线执行的移动序列根据与机场交通相关的信息来实时更改。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制动信息被用于最优化所述航空器的操作标准。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述制动操作被用于使包含在所述制动器中的摩擦元件的磨损最小。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，对于一条给定路线，确定其中每一所述制动器的摩擦元件呈现出沿所述路线保持低于最大温度的温度的移动序列。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述航空器的制动器之间制动分配被确定为使每一所述制动器呈现出沿所述路线保持低于最大温度的温度。
全文摘要
本发明涉及当航空器(1)在机场上滑行时管理其制动的方法，该方法包括基于航空器沿着该航空器在机场上要遵循的至少一条给定路线(3，4)的移动序列的特性，推断与要执行的制动(F1、F2、…)相关的信息，从而使该航空器确实以所述移动序列前进的步骤。
文档编号G05D1/02GK101037139SQ20071008766
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月12日 优先权日2006年3月13日
发明者S·德拉克, A·杰奎特, A·艾斯特班 申请人:梅西耶-布加蒂公司