自动地保护飞行器以防与地面碰撞的风险的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于自动地保护飞行器以防与地面碰撞的风险的方法和设备，该方法 和该设备使用防止飞行器与地面碰撞的保护功能。
【背景技术】
[0002] 专利FR 2 986 876描述了用于保护飞行器尤其是运输机以防与飞过的地形碰撞 的风险的自动的方法。该方法执行称为GCoP( "地面碰撞保护"）的自动保护，该自动保护 使用禁止飞行包络线并且该自动保护防止飞行器在一定条件下接触地面。更确切地说，该 自动保护防止飞行器在相对于地面的给定高度（通常200英尺或250英尺）下飞行。
[0003] 作为该GCoP保护的一部分，考虑了可能导致CFIT碰撞（"可控飞行撞地"，该术语 指代不是由于故障或由于飞行器失控而发生的与地面的碰撞）的非操作情况和紧急情况， 以及使用避免与地面碰撞的禁止飞行包络线。可以根据飞行器的技术特征及其结构来确定 (由垂直速度和海拔对限定的）禁止飞行包络线。
[0004] 当飞行器处于禁止飞行包络线时，生成保护命令（优于飞行员的权限）。特别地， 这些保护命令目的在于自动地控制飞行器的对相同的垂直速度起作用的控制面。这些保护 命令是下述命令，当将所述保护命令应用于这些控制面时，飞行器从禁止飞行包络线中出 来。
[0005] 只要激活（或使能）GCoP保护功能以及GCoP保护功能是介入的（也就是说，飞行 器具有在禁止飞行包络线中的垂直速度/海拔对），则应用保护命令，保护命令用于逐渐地 减小飞行器的下降速率直到例如使飞行器的下降速率降到零垂直速度为止，从而防止飞行 器下降，因此防止飞行器与飞过的地形碰撞。
[0006] 当不再满足介入的条件时，解除GCoP保护功能并且机务人员重新获得其名义上 的权限，也就是说，重新考虑机务人员的命令并且不再考虑保护命令的指示。
[0007] 在本发明的上下文中，考虑了下述内容：
[0008]-如果满足了（介入的）特定条件（特别是飞行器进入禁止飞行包络线），则如果 保护功能进入了准备自动地执行所提供的保护的情况就激活（或使能）保护功能。如果 保护功能没有处于这种情况，则考虑使保护功能失效使得即使满足介入的条件也不执行保 护；以及
[0009] -如果保护功能执行所提供的保护，也就是说保护功能确定并且应用保护命令，则 保护功能介入。因此，为了能够介入，保护功能首先必须激活，然后如果满足特定的条件，则 保护功能介入（以及提供保护）。
[0010] 可以在一定条件下的着陆期间激活GCoP保护功能。
[0011] 当已经激活GCoP保护功能时，如果飞行器处于允许着陆的情况，特别是如果飞行 器重新获得朝向着陆跑道的正确的稳定飞行路线，则为了避免GCoP保护功能介入，必须使 GCoP保护功能失效以便能够执行着陆。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是确定用于使保护功能失效的条件。本发明涉及自动地保护飞行器 以防与地面碰撞的风险的方法，所述方法包括：至少一个主步骤，所述至少一个主步骤包括 对飞行器执行至少一个保护功能，所述保护功能防止飞行器在相对于地面的给定高度下飞 行，所述保护功能能够被激活和失效。
[0013] 根据本发明，该方法还包括：在着陆跑道上着陆期间，至少在保护功能激活时自动 地并且重复地执行的一系列步骤，所述一系列步骤依次包括：
[0014] a)确定包括与飞行器的飞行有关的参数的当前值以及至少一个目标点的多个数 据，所述参数即至少飞行器的当前位置和飞行器相对于着陆跑道的当前飞行方向偏差；
[0015] b)根据这些数据中的一些数据计算当前纵向距离，当前纵向距离在水平面内限定 并且对于使飞行器进入使保护功能失效的位置而言是必要的并且充分的；以及
[0016] c)检查是否满足至少下面的第一条件：
[0017] XAC+D4. sign (cos ( ΔX)) > XTGT
[0018]其中：
[0019] -XAC表示飞行器的当前位置的纵坐标，该纵坐标相对于参考点具有负值并且沿着 陆跑道的纵轴在水平面内限定；
[0020] -sign表不符号函数；
[0021] -D4是在步骤b)中计算的当前纵向距离；
[0022] _△X是飞行器相对于着陆跑道的当前飞行方向偏差；以及
[0023]-XTGT是取决于所述目标点的目标位置的纵坐标，
[0024] 所述方法包括另外的步骤，所述另外的步骤包括如果满足至少第一条件，则使保 护功能失效。
[0025] 因此，由于本发明，检查飞行器是否位于距（连结至着陆跑道的）目标位置的下述 距离处，所述距离足够使飞行器进入其可以进行着陆的位置。如果飞行器处于这样的情况， 则使保护功能失效，使得飞行器能够不再通过保护功能防止靠近地面，以及因此飞行器能 够在着陆跑道上着陆。
[0026] 在优选的实施例中，步骤c)还包括检查是否满足下面的第二条件：
[0027] XAC < X2
[0028] 其中，X2表示目标点的最大值，一旦同时满足所述第一条件和所述第二条件就使 保护功能失效。
[0029] 此外，在一个优选的实施例中，步骤b)包括下述子步骤，所述子步骤包括：
[0030] bl)计算第一距离D1，第一距离D1沿着陆跑道的纵轴在水平面内限定并且表示针 对对准的飞行必须使保护功能失效的最小距离；
[0031] b2)根据飞行器的当前位置和当前飞行方向偏差来计算第二距离D2,第二距离D2 沿着陆跑道的纵轴在水平面内限定并且表示飞行器将其飞行路线指向目标点所需要的距 离；
[0032] b3)计算第三距离D3,第三距离D3沿着陆跑道的纵轴在水平面内限定并且表示以 接近的裕量来将飞行器在着陆跑道的轴上对准所需的距离；以及
[0033] b4)根据这些第一距离、第二距离及第三距离，使用下面的表达式来计算当前纵向 距离D4,其中，max表示最大值：
[0034] D4 =max[0 ;D1_ (D2+D3) ] 〇
[0035] 优选地，子步骤bl)包括使用下面的表达式计算第一距离D1 :
[0036] D1 = (kl.Z0-k2).k3
[0037] 其中：
[0038] -kl是预定的裕量；
[0039] _k2和k3是预定的参数；以及
[0040] -Z0是如果保护功能介入，则飞行器能够飞行的最低高度（通常为200英尺或250 英尺）。
[0041] 此外，优选地，子步骤b2)包括使用下面的表达式计算第二距离D2 :
[0042]
[0043]其中，
[0044] -V是飞行器的速度；
[0045] _g是重力加速度；
[0046] _tg是正切并且sin是正弦；
[0047] -f〇是飞行器的最大倾斜角；
[0048] _△X是飞行器相对于着陆跑道的当前飞行方向偏差；以及
[0049]-ΔX 1是着陆跑道与通过飞行器的当前位置和目标位置的直线之间的飞行方向 偏差。
[0050] 此外，优选地，子步骤b3)包括使用下面的表达式计算第三距离D3 :
[0051]
[0052] 其中，除了上述参数之外，ΔX〇是能够进行安全着陆的相对于着陆跑道的最大飞 行方向偏差。
[0053] 此外，优选地，使用下面的表达式计算着陆跑道与通过飞行器的当前位置和目标 位置的直线之间的飞行方向偏差ΔX1:
[0054] 如果（XTGT-XAC) > 0,则ΔX1 =arctg(YA(V(XTGT-XAC));
[0055] 如果（XTGT-XAC) < 0 且YAC> 0,则ΔX1 = 180+arctg(YA(V(XTGT-XAC));
[0056] 如果（XTGT-XAC) < 0 且YAC< 0,则ΔX1 = -180+arctg(YA(V(XTGT-XAC))，
[0057] 其中：
[0058] -arctg是反正切；以及
[0059] -YAC表示飞行器的当前位置在水平面内的横坐标。
[0060] 此外，优选地，该方法包括另外的步骤，所述另外的步骤包括：计算目标位置的纵 坐标XTGT使得：
[0061] -只要目标点的纵坐标XI保持大于飞行器的当前位置的纵坐标XAC与预定最小距 离Xmin的总和，目标位置的该纵坐标XTGT就初始等于目标点的纵坐标XI;
[0062] -然后，只要目标位置的纵坐标XTGT保持小于预定最大纵坐标X2,纵坐标XTGT就 等于飞行器的当前位置的纵坐标XAC与最小距离Xmin的总和。
[0063] 本发明还涉及用于自动地保护飞行器以防与地面碰撞的风险的设备，所述设备包 括至少一个主单元，所述至少一个主单元被配置成用于对飞行器执行至少一个保护功能， 所述保护功能防止飞行器在相对于地面的给定高度下飞行，所述主单元包括激活/失效元 件，所述激活/失效元件能够激活所述保护功能以及能够使所述保护功能失效。