用于控制飞行器的紧急下降的方法和系统与流程

本发明涉及用于控制飞行器、特别是运输机的紧急下降的方法和系统。

背景技术：

已知的是民用运输机必须被增压，这是由于在巡航飞行时，飞行器在通常高于30000英尺(约9000米)的海拔处飞行，在该海拔处，外部空气的氧含量过低(并且外部空气还过冷且过干)而不适于生存。另外，飞行器中安装有增压系统以保持舱内的可供呼吸的大气。特别地，国际航空法规要求：在高于20000英尺(约6000米)的海拔处飞行的任何公用运输机都应当被增压并且正常飞行时在机舱中建立不超过8000英尺(约2400米)的等效海拔。

然而，在一系列的故障或事故之后，可能发生的是：飞行器的增压不再能保持在可接受的水平。于是，官方程序强制飞行员将飞行器尽可能快地下降至10000英尺(约3000米)的可呼吸海拔。该过程被称为紧急下降。

这种情况——特别是在高海拔处发生严重减压同时机舱中的大气氧含量加速下降的情况——要求机务人员快速地作出反应。

最后，欧美的法规制定了所有飞行器都必须遵从的用于实施紧急下降的执行标准。

已知下述紧急下降控制系统，所述紧急下降控制系统的主要功能是辅助机务人员操纵紧急下降。这些系统使得能够操纵下降以恢复可接受的压力。为此，这些系统产生了并非最佳的快速下降，特别是对于飞行器在该紧急下降阶段期间必须遵循的其他程序而言。

技术实现要素：

本发明的目是处理这种最佳化。本发明涉及用于控制飞行器的紧急下降的方法，所述方法包括由下述步骤组成的步骤：

A)自动地检测必需紧急下降的情况；

B)自动地计算紧急下降命令；

C)自动地将所述紧急下降命令应用于飞行器。

根据本发明，该方法包括：

-步骤D)计算受限的紧急下降命令，步骤B)包括由下述步骤组成的子步骤：选择常用紧急下降命令，或者，在满足应用条件并且在受限的下降命令小于所述紧急下降命令且大于遵从规定执行的紧急下降命令的情况下，选择受限的紧急下降命令；以及

-步骤E)将所述已选择的紧急下降命令应用于飞行器。

因此，由于受限的紧急下降命令的引入，本发明使得能够使紧急下降最佳化，从而特别地不会给予飞行器过高的下降命令，该过高的下降命令将会导致飞行器在该紧急下降阶段期间必须遵循的其他程序的非最佳运行。

根据可以同时或单独采用的本发明的不同实施方式：

-受限的紧急下降命令与飞行器的允许飞行器的防撞系统发送防撞警报和/或冲突解决警报的最大下降值对应；

-受限的紧急下降命令与飞行器的在负压情况下飞行器能够经受的最大下降值对应；

-该方法包括由下述步骤组成的额外步骤:评估飞行器的改变飞行器内部的压力的能力，受限的紧急下降命令根据所述能力而定期地更新；

-受限的紧急下降命令与飞行器的允许飞行器的防撞系统发送防撞警报和/或冲突解决警报的最大下降值和飞行器的在负压情况下飞行器能够经受的最大下降值之间的最小值对应；

-在飞行器的自动驾驶系统不起作用的情况下，不满足应用条 件，该方法包括下述额外步骤：就已选择的紧急下降命令而言，使飞行器的飞行指引仪适于引导一个或多个驾驶员；

-在飞行器的自动驾驶系统起作用的情况下，满足应用条件；

-在飞行器的自动驾驶系统起作用且所述控制方法已被激活的情况下，满足应用条件；

-在所述控制方法在飞行器的机务人员没有作出反应时已由用于激活该控制方法的单元激活的情况下，满足应用条件；

-自动驾驶系统的模式改变或者命令改变导致不再满足应用条件；

-在所述控制方法已由机务人员激活的情况下，满足应用条件。

本发明还涉及用于控制飞行器的紧急下降的系统，所述系统包括：

-用于检测紧急情况的单元；

-用于计算紧急下降命令的单元；

-用于将紧急下降命令应用于飞行器的单元。

根据本发明，该控制系统包括：

-用于计算受限的紧急下降命令的单元；

-选择单元，该选择单元配置成用于选择常用的紧急下降命令，或者在满足应用条件并且受限的下降命令小于所述紧急下降命令并大于规定的紧急下降命令的情况下，选择受限的紧急下降命令；以及

-用于将已选择的紧急下降命令应用于飞行器的单元。

有利地，选择单元配置成用于确定是否满足应用条件。

本发明还涉及一种飞行器，该飞行器包括如上所述的控制系统。

附图说明

通过阅读实施方式的示例的以下描述，本发明的上述特征以及其他特征将更加清楚地显现，参照附图给出所述描述，在附图中：

-图1是用于控制飞行器的紧急下降的系统的特定实施方式的框图；以及

-图2A、图2B和图2C各自示出了图示具有用于控制飞行器下降的系统的飞行器的参数所遵循的曲线和不具有用于控制飞行器下降的系统的飞行器的参数所遵循的曲线的曲线图。

具体实施方式

图1中示出的系统1配置成用于当飞行器在高海拔处——特别是在巡航海拔处——飞行时尤其是当飞行器的增压存在问题时控制飞行器(未示出)——特别是运输机——的紧急下降。

为了实施自动紧急下降，所述系统1包括：

-用于检测必需紧急下降的情况(例如在机舱减压期间)的单元2；

-用于计算常用(通常)紧急下降命令的单元11，该单元11通过链路31连接至检测单元2；

-用于计算受限紧急下降命令的单元12；

-选择单元14，该选择单元14用于选择常用的紧急下降命令，或者在满足应用条件的情况下并且在受限的下降命令小于(劣于)所述紧急下降命令并大于(优于)规定(法规)紧急下降命令的情况下选择受限的紧急下降命令；以及

-用于将已选择的紧急下降命令应用于飞行器的单元4，该单元4通过链路32连接至选择单元14，并且单元4配置成用于结合自动紧急下降功能。选择单元14分别通过链路35和36连接至单元11和12。

选择单元14配置成在紧急下降期间仅在特殊的操作情况下限制飞行器的竖向速度。该选择单元14的标准行为是将来自引导系统的常用的紧急下降命令重新发送至飞行器。选择单元14仅在遇到特殊情况时才将来自引导系统的受限的下降命令发送至飞行器。

通过链路32发送至应用单元的下降命令是使得能够实施飞行器 的下降操控的机头向下命令或机头向上命令。根据所使用的引导模式，该下降命令与飞行器的空气速度、竖向速度或斜度有关。取决于飞行器的类型和飞行器的控制环的结构，根据特定实施方式，该下降命令例如产生了竖向加速命令或姿态改变命令。

为了将来自引导系统的已选择的紧急下降命令重新发送至飞行器，单元4包括用于基于已选择的紧急下降命令自动地确定竖向命令组的元件8，该竖向命令组特别地包括：

-目标海拔，该目标海拔表示飞行器在紧急下降结束时要到达的海拔；以及

-目标速度，该目标速度表示飞行器在紧急下降期间必须遵从的速度。

系统1还包括解除单元6，该解除单元6通过链路34的媒介连接至控制单元5，并且解除单元6使得能够命令解除正执行的自动紧急下降功能。

因此，自动紧急下降功能使得能够使飞行器返回至可呼吸海拔(目标海拔)并处于稳定状态，特别地用于下述目的：允许机务人员和乘客继续航行，直到飞行器着陆为止。

当飞行器在下降结束时稳定在目标海拔上时，机务人员特别地可以通过空中交通管制来协调操作的继续进行。在下降期间所遵循的侧向轨迹通常在下降结束时被保持。

控制单元5通过链路33的媒介连接至所述应用单元4，并且控制单元5形成为使得利用侧向引导来完成由单元4实施的纵向引导以及完成飞行器的速度控制。

控制单元5包括用于自动地确定侧向命令组的元件9。该侧向命令组表示在紧急下降期间要实施的侧向操控。

控制单元5还包括常用元件10，该常用元件10用于在结合自动紧急下降功能期间自动地引导飞行器以使得飞行器同时地遵从所述竖向命令组和所述侧向命令组，并且这么做直到到达所述目标海拔为止，从到达该目标海拔的时间起保持该目标海拔。

在特定实施方式中，选择单元14永久地选择受限的紧急下降命 令。

在第一实施方式中，用于计算受限的紧急下降命令的单元12定位在用于计算紧急下降命令的单元11的输出部处(如图1中所示)。因此，单元12对单元11的紧急命令增加了限制。在另一实施方式(未示出)中，用于计算阈值的单元12直接集成在单元11的计算环中。

图2A、图2B和图2C示出了飞行器在没有限制的紧急下降时(实线)以及当使用受限的紧急下降命令时在具有限制的紧急下降时(虚线)的作为时间t的函数的竖向速度Vv(图2A)、常规速度Vc(图2B)和海拔A(图2C)的曲线。对该图示而言，所选择的竖向速度极限阈值实质性地低于飞行器通过仅使用飞行器的常用的竖向引导环能够获得的最大竖向速度。

在时间t0处，应用单元4实施紧急下降。竖向速度Vv开始减小并且海拔A开始降低，而常规速度Vc增大。从时间t1开始，在飞行器配备有竖向速度限制单元12的情况下，飞行器的竖向速度稳定在固定的阈值处，与飞行器不具有用于计算受限的下降命令的单元12的情况相比，海拔降低较不明显，并且速度增益较小。在时间t2处，不具有用于计算受限的下降命令的单元12的飞行器的竖向速度由飞行器的速度极限限制，其通常为接近飞行器的最大操作速度的值。在区间[t2；t3]中，配备有用于计算受限的下降命令的单元12的飞行器在同样由飞行器的最大操作速度限制之前保持建立在稳定的竖向速度下较长时间。从时间t3开始直到下降结束时的时间t4为止，可以观察到的是，处于通过用于计算受限的下降命令的单元12所获得的稳定(饱和)阈值的竖向速度的持久性已使得能够补偿在[t1；t3]之间观察到的两个曲线的高度差异。如果紧急下降的施行被考虑为超过了紧急下降的执行时间，则单元12的添加不会降低紧急下降的整体效率。

根据特定实施方式，单元12使用与飞行器的准许飞行器的防撞系统发送防撞警报和/或冲突解决警报的最大下降值相等的竖向速度极限阈值。

系统1在此包括配置成用于计算飞行器的准许飞行器的防撞系 统发送防撞警报和/或冲突解决警报的最大竖向速度值的元件17。元件17通过链路37连接至单元12。

考虑下述防撞系统，所述防撞系统以常用的方式具有确定冲突解决警报直至(为)入侵飞行器的高的竖向速度阈值的能力。超过(除了)该阈值，防撞系统禁止发送防撞警报/冲突解决警报。系统1由于元件17而使得可以考虑该阈值以免于在紧急下降期间遭受没有这些警报的风险。该解决方案的实施涉及对它并不阻止飞行器实现飞行器的规定的紧急下降施行进行核实。该解决方案使得能够实施规定的紧急下降，同时保持报警的能力以及因此保持两架飞行器在可能的冲突中避撞操控的能力。

根据另一实施方式，单元12计算与飞行器在负压情况下能够经受的飞行器的最大下降值对应的受限的紧急下降命令。

系统1在此包括配置成用于计算与飞行器在负压情况下能够经受的飞行器的最大下降值相等的竖向速度阈值的元件18。元件18通过链路38连接至单元12。

在某些情况下且根据快速下降的进展，飞行器外部的压力会变得高于飞行器内部的压力。对于以较高的下降速率飞行的被略微增压或不被增压的飞行器而言，可能会是这种情况。如果机舱压力相对于外部压力的增大的平衡不够快速，则根据所使用的符号规则，在飞行器的结构件上施加有负压，并且发送警报以警告机务人员高于某一阈值。

为了调节飞行器的机舱压力，舱内安装有压力调节阀，该压力调节阀的主要目的是增大或保持舱内压力。舱内还设置有防备负压的平衡阀。这些不同类型的阀通常具有冗余性。在某些飞行器上，压力调节阀可以有助于在负压情况下使机舱压力再平衡。通过不同类型的阀的数目的这种系统的设置特别地根据飞行器可以采用的最大下降速率而被确定，以使得这些操控不会引起与过大的压差有关的结构损坏。

因此，系统1由于元件18而使得可以减少使飞行器的内部压力相对于大气压力平衡所需的阀的数目。这种方法必须保持与由法规制定的紧急下降的执行相兼容。元件18还可以根据在压力调节阀的 水平处检测到的可能故障来动态地调节飞行器的竖向速度极限阈值。

在补充实施方式中，可以使用元件17和18的最小竖向速度极限值并选择该最小竖向速度以利用先前描述的特性。系统1为此包括选择器20，该选择器20选择元件17和18的最小竖向速度极限值(绝对值)。

选择器20通过链路39连接至单元12。

为了使系统1应用受限的竖向速度下降命令，必须满足这种限制的应用条件。在用于检测飞行器的自动驾驶(飞行)系统的状态的系统21检测到自动驾驶仪不起作用(关闭/未启用)的情况下，不满足这些应用条件。在这种情况下，飞行器的飞行指引仪适于以不超过受限的紧急下降命令的方式引导驾驶员(飞行员)。该第一解决方案能够使得可以通过驾驶员的主要显示设备和驾驶员的飞行指引仪来为驾驶员指示待被实施以遵从元件17和18的特性的操控。在手动驾驶时能够达到的准许和最大下降速率高于自动驾驶时所能获得的准许和最大下降速率的情况下，该第一解决方案会是有利的。

与此相反，在系统21检测到自动驾驶仪起作用(开启/启用)的情况下，满足应用条件。系统21通过链路40连接至选择单元14。

因此，在自动驾驶系统起作用的情况下，选择单元14选择受限的下降命令。在这种情况下认为机务人员完全许可自动驾驶系统考虑元件17和18的特性。当机务人员恢复采用飞行器的手动控制时，完全能够根据飞行器的环境来监视及作出反应，并且随后不再限制竖向速度。

在另一实施方式中，在系统21检测到自动驾驶仪起作用且用于检测系统1的激活(启动)的单元22检测到系统1已被激活的情况下，满足应用条件。单元22通过链路41的媒介连接至选择单元14。

因此，在自动驾驶系统起作用且紧急下降辅助功能已由舱内系统或机务人员激活的情况下，选择单元14选择受限的下降命令。在这种情况下认为机务人员完全许可自动驾驶系统的紧急下降辅助功能来考虑元件17和18的特性。在不使用紧急下降辅助功能的情况下，则相反地认为完全能够根据飞行器的环境来监视及作出反应， 并且随后不再限制竖向速度。

在对先前的实施方式进行补充的另一实施方式中，在飞行器的机务人员没有作出反应时，在所述系统1已被自动激活系统23激活的情况下，满足应用条件。

因此，在机务人员没有作出反应时，在自动驾驶系统起作用、紧急下降辅助功能已被激活且该激活导致系统动作的情况下，选择单元14选择受限的下降命令。在机务人员可能未察觉时，系统1利用了元件17和18的特性。

在补充实施方式中，自动驾驶系统的模式改变或者命令改变由单元24检测到并导致不再满足应用条件。

因此，如果在操控期间检测到机务人员的动作，如自动驾驶系统的模式改变或者命令改变，则取消竖向速度限制。

在另一实施方式中，在所述系统1已由机务人员通过激活单元25的媒介激活的情况下，满足应用条件。

因此，在自动驾驶系统起作用、紧急下降辅助功能已被激活且该激活仅由机务人员的自发动作而导致的情况下，选择单元14选择受限的下降命令。在这种情况下认为机务人员完全许可(依靠)自动驾驶系统的紧急下降辅助功能考虑元件17和18的特性，并且如果机务人员未察觉，则优选的是并不限制下降速度。