BR112021003705A2 - sistema aviônico para uma aeronave, aeronave e método de alertar um piloto para uma autorrecuperação iminente - Google Patents

Abstract

SISTEMA AVIÔNICO PARA UMA AERONAVE, AERONAVE E MÉTODO DE ALERTAR UM PILOTO PARA UMA AUTORRECUPERAÇÃO IMINENTE. Um sistema aviônico para uma aeronave inclui uma estrutura de dados de ameaça e um processador. A estrutura de dados de ameaça armazena um limiar de alerta e um limiar de margem. O processador é programado para: prever um estado de aeronave em uma pluralidade de posições ao longo de uma trajetória futura potencial; calcular um valor de margem em cada uma da pluralidade de posições como uma diferença entre a condição futura prevista e o valor de ameaça em cada uma das respectivas posições da pluralidade de posições; calcular uma taxa de margem de mudança em cada uma da pluralidade de posições com base em uma mudança no valor de margem ao longo da trajetória futura potencial; estimar um valor de tempo restante com base em um valor de margem calculado mínimo e uma taxa de margem de mudança calculada máxima entre a pluralidade de posições; e comandar um indicador para alertar o piloto em resposta ao valor de tempo restante atingindo o limiar de alerta.

Description

“SISTEMA AVIÔNICO PARA UMA AERONAVE, AERONAVE E MÉTODO DE ALERTAR UM PILOTO PARA UMA AUTORRECUPERAÇÃO IMINENTE” Campo técnico

[001] A presente divulgação geralmente refere-se a sistemas de proteção de envelope de voo de aeronave e, mais particularmente, a sistemas de proteção de envelope de voo de aeronave que estima um tempo até que o sistema inicie uma autorrecuperação para alertar o piloto para a potencial iniciação de autorrecuperação.

Antecedentes

[002] Esta seção fornece informações de antecedentes relacionadas à presente divulgação, que não é necessariamente técnica anterior.

[003] As aeronaves são projetadas para operar dentro de certas velocidades operacionais e cargas nas superfícies de controle da aeronave. Esses limites operacionais são conhecidos como envelope de voo, fora do qual pode haver danos ou perda de controle da aeronave. Além disso, a aeronave deve operar em trajetórias de voo que evitem colisão com objetos materiais, tais como terreno e outra aeronave. A fim de se proteger contra operação fora do envelope de voo ou colisão com outros objetos, as aeronaves convencionais utilizam muitos sistemas de proteção ou segurança distintos, cada qual avaliando aspectos individuais da aeronave para determinar se a aeronave está operando fora do envelope de voo ou é provável que colida com o solo ou outros objetos na presente rota de voo.

[004] Após a identificação de uma ameaça, esses sistemas de proteção ou segurança distintos tipicamente iniciam a recuperação imediatamente ou esperam uma quantidade de tempo específica antes de iniciar a recuperação para dar ao piloto tempo para se recuperar de uma maneira diferente. Embora esses métodos convencionais sejam adequados para sistemas convencionais, eles podem ser melhorados.

Breve descrição

[005] Em uma primeira concretização não-limitante, um sistema aviônico para uma aeronave inclui uma estrutura de dados de ameaça e um processador. A estrutura de dados de ameaça armazena um limiar de alerta e um limiar de margem. O processador é programado para: prever um estado de aeronave em uma pluralidade de posições ao longo de uma trajetória futura potencial; calcular um valor de margem em cada uma da pluralidade de posições como uma diferença entre a condição futura prevista e o valor de ameaça em cada uma das respectivas posições da pluralidade de posições; calcular uma taxa de margem de mudança em cada uma da pluralidade de posições com base em uma mudança no valor de margem ao longo da trajetória futura potencial; estimar um valor de tempo restante com base em um valor de margem calculado mínimo e uma taxa de margem de mudança calculada máxima entre a pluralidade de posições; e comandar um indicador para alertar o piloto em resposta ao valor de tempo restante atingindo o limiar de alerta.

[006] Em uma segunda concretização não-limitante, uma aeronave inclui uma estrutura de dados de ameaça e um processador. A estrutura de dados de ameaça armazena um limiar de alerta e um limiar de margem abaixo do qual o sistema aviônico engajará uma recuperação de piloto automático da aeronave. O limiar de margem indica um limite de diferença entre uma condição futura prevista e um valor de ameaça. O limiar de alerta indica uma quantidade de tempo predeterminada que a aeronave alertaria preferencialmente um piloto antes de engajar um piloto automático. O processador é programado para: prever um estado de aeronave em cada uma de uma pluralidade de posições ao longo de uma trajetória futura potencial disponível para a aeronave; calcular um valor de margem (MGN) em cada uma da pluralidade de posições como uma diferença entre a condição futura prevista e o valor de ameaça em cada uma das respectivas posições da pluralidade de posições; calcular uma taxa de margem de mudança (MGNdot) em cada uma da pluralidade de posições com base em uma mudança no valor da margem ao longo da trajetória futura potencial; estimar um valor de tempo restante (TTG) com base em um valor de margem calculado mínimo (MGNMIN) e uma taxa de margem de mudança calculada máxima (MGNdotMAX) entre a pluralidade de posições; e comandar um indicador para alertar o piloto em resposta ao valor de tempo restante atingindo o limiar de alerta.

[007] Em uma terceira concretização não-limitante, um método de alertar um piloto para uma autorrecuperação iminente por um sistema aviônico de uma aeronave inclui prever um estado de aeronave em cada uma de uma pluralidade de posições ao longo de uma trajetória futura potencial disponível para a aeronave. O método inclui ainda calcular um valor de margem (MGN) em cada uma da pluralidade de posições como diferença entre uma condição futura prevista e um valor de ameaça em cada uma das respectivas posições da pluralidade de posições. O método inclui ainda calcular uma taxa de margem de mudança (MĠN) em cada uma da pluralidade de posições com base em uma mudança no valor de margem ao longo da trajetória futura potencial. O método inclui ainda estimar um valor de tempo restante (TTG) com base em um valor de margem calculado mínimo (MGNMIN) e uma taxa de margem de mudança calculada máxima (MGNdotMAX) entre a pluralidade de posições. O método inclui ainda comandar um indicador para alertar o piloto em resposta ao valor de tempo restante atingindo o limiar de alerta.

Breve descrição dos desenhos

[008] Os desenhos descritos aqui são apenas para fins ilustrativos de concretizações selecionadas e não todas as implementações possíveis. Assim, a escolha particular dos desenhos não se destina a limitar o escopo da presente divulgação.

[009] A FIG. 1 é um diagrama de blocos que ilustra o envelope de ameaça e as estruturas de dados de coordenadas de trajetória, em conjunto com um processador programado para executar etapas para realizar a função de proteção de envelope;

[010] A FIG. 2 é uma representação esquemática de uma aeronave, útil na compreensão de certos vetores de força e ângulos usados pelo esquema comum e modelos de cinemática-energia divulgados;

[011] A FIG. 3 é uma representação esquemática de uma aeronave, útil na compreensão de certos valores de energia usados pelo esquema comum e modelos de cinemática-energia, e também mostrando uma trajetória projetada com ameaças exemplares de energia e matéria;

[012] A FIG. 4 é um diagrama de blocos de modelo de dados que mostra a relação entre o espaço de ameaça n-dimensional e o espaço de coordenadas de trajetória (espaço-tempo);

[013] A FIG. 5 é uma vista detalhada de uma trajetória viável e duas trajetórias desaprovadas, ilustrando como o gatilho de primeiro encontro é usado para iniciar uma resposta protetiva da aeronave;

[014] As Figs. 6-8 são representações esquemáticas de cenários de cálculo de tempo disponível de aeronave potencial; e

[015] A FIG. 9 é um fluxograma e ilustra um método para alertar um piloto de uma autorrecuperação potencial de uma aeronave.

Descrição detalhada

[016] A seguinte descrição detalhada é meramente exemplar por natureza e não se destina a limitar a invenção ou a aplicação e usos da invenção. Além disso, não há intenção de ser vinculado por qualquer teoria apresentada no contexto anterior ou na seguinte descrição detalhada.

Introdução

[017] O sistema de proteção de envelope de voo de aeronave divulgado usa técnicas preditivas de rota de voo para fornecer proteção unificada e de envelope completo, trabalhando em todo o espectro das condições de voo da aeronave para atender a um espectro completo de diferentes tipos de riscos. As previsões de rota de voo são calculadas continuamente a partir da situação atual da aeronave usando um modelo de cinemática-energia. As trajetórias plurais previstas são calculadas, cada uma representando uma rota de escape diferente que evitará um risco quando o limiar ou ponto de gatilho para esse risco for atingido. O sistema respeita diferentes tipos de riscos, alguns lidando com propriedades inatas da aeronave, tais como limites de velocidade e altitude, e alguns lidando com preocupações externas, tais como terreno e evasão de objetos. O sistema de proteção de envelope de voo de aeronave divulgado é projetado para trabalhar em todos esses limites do envelope de ameaça.

[018] Embora as trajetórias plurais sejam calculadas, o sistema de proteção de envelope avalia continuamente e desaprova trajetórias que não são viáveis na situação atual da aeronave. Uma trajetória desaprovada é tratada pelo sistema como não-viável, a menos que a situação da aeronave mude tal que a trajetória desaprovada se torne viável novamente. O sistema de proteção divulgado funciona em segundo plano e não substitui ou usurpa a autoridade do piloto até que apenas uma trajetória viável prevista permaneça (todas as outras trajetórias previstas foram desaprovadas) e uma ameaça é desencadeada. Nesse caso, o sistema de proteção implanta automaticamente um mecanismo de piloto automático para tomar ações evasivas para evitar a condição de risco. O sistema de proteção também pode gerar avisos para o piloto, mas preferencialmente não depende do piloto para tomar ações de recuperação assim que a trajetória viável restante atinge o ponto de gatilho.

[019] Preferencialmente, o sistema de proteção preditiva de envelope é configurado para fornecer um espectro não-binário de ações de recuperação, incluindo uma recuperação segura para o passageiro, de trajeto macio em uma extremidade do espectro e uma recuperação intensa na outra extremidade do espectro. Quando necessário para evitar ameaça iminente, o sistema desencadeia uma recuperação intensa. No entanto, em situações menos extremas, onde há mais tempo para se recuperar, o sistema desencadeia uma recuperação macia — um conforto do passageiro, uma recuperação suave. Quando essa recuperação macia é desencadeada, o sistema irá, opcionalmente, combinar a entrada do piloto no algoritmo de recuperação, permitindo que o piloto modifique a agressividade de recuperação com base na habilidade e experiência do piloto.

[020] Com referência à FIG. 1, uma concretização do sistema de proteção de envelope de ameaça de aeronave divulgado pode ser implementada usando um processador 10 tendo um circuito de memória associado 20 que é configurado de acordo com uma estrutura de dados de envelope de ameaça predeterminada 22 que armazena uma pluralidade de diferentes tipos de ameaças associadas à aeronave 28. Preferencialmente, o processador 10 e o circuito de memória associado 20 são transportados pela aeronave. A estrutura de dados pode compreender uma tabela, lista ou matriz de registros, cada uma correspondendo a um tipo de ameaça diferente,

mostrado em forma de coluna em 24 na FIG. 1. Cada tipo de ameaça 24 tem uma condição de gatilho correspondente armazenada em 26. Essas condições de gatilho são parametrizadas usando um esquema comum baseado em um espaço de ameaça n- dimensional e dizem ao processador 10 sob quais condições a condição de ameaça particular foi atingida. É importante ressaltar que as dimensões do esquema comum de espaço de ameaça são escolhidas para que um espectro completo de diferentes condições de ameaça possa ser representado usando um conjunto de variáveis fundamentais comum e mínimo. Um conjunto de variáveis fundamentais mínimo atualmente preferido é discutido abaixo na seção intitulada Modelo de cinemática- energia.

[021] O circuito de memória 20 também é configurado para suportar uma estrutura de dados de coordenadas de trajetória 30 que armazena trajetórias plurais em termos das variáveis de coordenadas do espaço-tempo 32. Para fins de ilustração, as variáveis de coordenadas do espaço-tempo foram identificadas usando um sistema de coordenadas retangular (x, y, z, t). Outros sistemas de coordenadas (por exemplo, esférico) também podem ser usados.

Gerando trajetórias projetadas

[022] A estrutura de dados de coordenadas de trajetória é preenchida com uma sequência de variáveis de coordenadas do espaço-tempo (separadamente para cada trajetória projetada que está sendo modelada) que se encontram e, assim, definem a forma de trajetória de recuperação no espaço-tempo. Para ilustrar, o processador 10 é programado para executar a etapa de geração de trajetórias projetadas, em 40, o que resulta em uma pluralidade de trajetórias de recuperação projetadas sendo definidas em termos das coordenadas do espaço-tempo, como ilustrado na ilustração do espaço- tempo em 42. Cada trajetória projetada é calculada, tomando o estado atual da aeronave como ponto de partida e assumindo que cada manobra de recuperação é iniciada naquele momento.

[023] No exemplo ilustrado aqui, três trajetórias projetadas são geradas pelo processador 10. Para o restante desta divulgação, três trajetórias projetadas serão ilustradas. Em uma dada implementação, diferentes números de trajetórias podem ser usados para definir o conjunto de trabalho de trajetórias plurais. Em um jato comercial ou executivo, três trajetórias projetadas normalmente serão adequadas para suportar recuperações suaves e confortáveis para o passageiro de ameaças. Para aeronaves, tais como aeronaves militares, que podem ser obrigadas a voar invertidas ou próximas ao perfil do terreno, um número maior de trajetórias projetadas pode ser desejável.

[024] Existem diferentes maneiras para o processador determinar as formas de espaço-tempo de cada uma das trajetórias plurais. Em uma concretização, as formas de espaço-tempo da trajetória seguem um conjunto padronizado de curvas de solução predefinidas, correspondendo a um conjunto de manobras de recuperação de risco conhecidas que são apropriadas para a classe de aeronave para a qual o sistema de proteção é projetado. Normalmente, essas curvas de solução são baseadas no que um piloto treinado provavelmente voaria para evitar o risco particular. Isso pode incluir, por exemplo, um conjunto padrão de manobras de pull-up, mergulhar, virar à esquerda e virar à direita, onde os parâmetros específicos (por exemplo, ângulos de subida e inclinação) são escolhidos para maximizar a segurança e o conforto do passageiro. Em algumas implementações, manobras de recuperação compostas podem ser usadas, onde diferentes classes de manobras são concatenadas em conjunto. Por exemplo, um jato executivo pode empregar uma manobra composta onde uma manobra de subida final é precedida por uma manobra de zoom para trocar excesso de velocidade do ar por altitude enquanto captura a subida de estado estacionário ótimo. Nessa concretização, um conjunto padronizado de um número relativamente pequeno de curvas de solução predefinidas (por exemplo, três trajetórias projetadas) é suficiente para muitos tipos de aeronave, incluindo jatos executivos. Trabalhar com um número relativamente pequeno de curvas de solução e um pequeno número de variáveis fundamentais de cinemática-energia, coloca uma carga mínima no processador. Como as trajetórias estão sendo continuamente recalculadas, o sistema produz bons resultados, mesmo que o conjunto de soluções tenha sido reduzido a apenas algumas trajetórias projetadas, com base em algumas variáveis fundamentais. É claro que, se uma resolução for necessária mais alta para uma aplicação de aeronave particular, o processador pode ser programado para calcular um número maior de trajetórias e os cálculos podem ser expandidos para suportar variáveis adicionais. Técnicas de processamento paralelo e componentes de circuito de matriz de portas lógicas programáveis podem ser utilizados para melhorar ou substituir o processador 10 se maior rendimento for necessário.

[025] Como uma alternativa para gerar trajetórias projetadas a partir de um pequeno conjunto padronizado de curvas de solução predefinidas, o processador pode ser programado para selecionar a partir de uma coleção armazenada de diferentes famílias de conjuntos de curvas de solução predefinidos, cada família sendo projetada para uma recuperação ótima de um tipo ou classe particular de ameaça. Assim, a família da curva de solução escolhida para a recuperação de um risco de estol pode ser diferente da família da curva de solução escolhida para a recuperação de um risco de teto de serviço. Para avaliar qual família de soluções empregar, o processador pode projetar o estado atual da aeronave no espaço de ameaça n-dimensional para determinar qual família de ameaças está mais próxima do estado atual da aeronave. Ao fazer isso, o processador determina em tempo real qual ameaça é mais premente e, em seguida, baseia os modelos de trajetória projetada na família de curvas de solução predefinidas que é mais adequada às circunstâncias atuais.

Associando pontos de gatilho de ameaça para cada trajetória potencial

[026] Seja em paralelo à medida que as trajetórias estão sendo geradas, ou em série após as trajetórias terem sido geradas, o processador, na etapa 44, associa pontos de gatilho aplicáveis, correspondentes a ameaças identificadas dentro da estrutura de dados de envelope de ameaça, a pontos no espaço-tempo ao longo de cada uma das trajetórias projetadas. Para qualquer trajetória, inicialmente pode não haver ameaças detectadas. No entanto, à medida que a aeronave continua a voar e as trajetórias são continuamente recalculadas, em algum ponto no tempo uma ameaça pode ser detectada e essa ameaça (primeira detectada a tempo) será associada como um ponto de gatilho em cada uma das trajetórias quando aplicável. Como diagramaticamente representado na ilustração do espaço-tempo em 46, esses pontos de gatilho representam pontos ao longo da trajetória do espaço-tempo quando a aeronave atingirá a margem de resposta à ameaça para a qual ações evasivas ou de recuperação devem ser iniciadas.

[027] Vale ressaltar novamente que as trajetórias projetadas geradas representam diferentes trajetórias hipotéticas que o piloto (ou um sistema automatizado) pode optar por seguir. Como cada uma dessas trajetórias está sendo gerada continuamente, todas elas representam possíveis estados futuros da aeronave. O estado atual da aeronave está no ponto de partida ou singularidade a partir do qual as trajetórias futuras projetadas divergem. Enquanto houver trajetórias plurais projetadas disponíveis, o piloto permanece livre para seguir qualquer curso que desejar. Seja qual for o curso que o piloto optar por voar, o processador 10 simplesmente recalcula suas soluções para as trajetórias futuras predeterminadas.

Desaprovando trajetórias projetadas que não são viáveis

[028] À medida que a aeronave continua a voar e como as trajetórias projetadas são continuamente recalculadas, pode haver casos em que uma dada trajetória não se torna mais viável. Isso pode acontecer, por exemplo, quando a aeronave carece de energia suficiente para realizar a manobra de trajetória projetada ou quando a manobra de trajetória projetada violará um limite de velocidade que poderia potencialmente danificar a aeronave ou violar as leis de limite de velocidade locais. Isso também pode acontecer se a trajetória projetada colocar a aeronave em rota de colisão com um objeto material com um momento suficiente para danificar a aeronave. O processador 10, na etapa 48, avalia cada uma das trajetórias projetadas com base nisso e desativa ou desaprova qualquer trajetória que não seja mais viável. Na FIG. 1, em 50, duas das trajetórias projetadas são mostradas em linhas pontilhadas para indicar que foram desaprovadas.

[029] Trajetórias que foram desaprovadas não são usadas em uma resposta protetiva subsequente. No entanto, como as soluções de trajetória estão sendo continuamente atualizadas pelo processador, uma trajetória desaprovada poderia retornar à viabilidade se a condição que a fez ser desaprovada for removida. Por exemplo, se uma trajetória foi desaprovada porque colocou a aeronave em rota de colisão com outra aeronave e a outra aeronave já saiu do alcance de colisão, o processador restabelecerá essa trajetória como viável removendo seu estado de desaprovação.

Iniciando uma resposta protetiva

[030] Como ilustrado em 52, se o processador atingir um estado onde apenas uma trajetória viável permanece (todas as outras foram desaprovadas), o processador inicia uma resposta protetiva. Esta resposta pode incluir o envio de uma mensagem de aviso ou alerta para o piloto, que o piloto pode atender ou não. Seja atendida ou não, a resposta protetiva iniciada pelo processador é projetada para definir a aeronave em uma trajetória calculada que evitará ou escapará da ameaça de primeiro encontro (se as ameaças plurais estiverem na trajetória calculada). Para cumprir isso, o processador envia um ou mais comandos para um sistema de piloto automático, dos quais os detalhes serão discutidos abaixo.

[031] A FIG. 5 ilustra este importante protocolo de resposta de recuperação de risco com mais detalhes. Como mostrado, uma trajetória 60 permanece viável, enquanto as trajetórias 62 e 64 foram desaprovadas. Ao longo da trajetória viável 60, a primeira ameaça 66 desencadeia a resposta protetiva a ser iniciada. Quando iniciada, a aeronave voa de acordo com a trajetória projetada. Com efeito, a trajetória projetada torna-se a instância real de trajetória que a aeronave voará, sujeita a alterações posteriores (se houver) de uma atualização iterativa subsequente da trajetória projetada. Quando desencadeada pela primeira ameaça ocorrida em 66 (o que poderia ser, por exemplo, uma violação de velocidade devido a uma condição de nariz baixo), a receita usada para calcular a forma da trajetória projetada também evita a ameaça de terreno em 68.

Modelo de cinemática-energia

[032] O conjunto mínimo de variáveis fundamentais, atualmente preferido, usado pelo processador 10, conta com um modelo de cinemática-energia que define uma trajetória preditiva em termos da posição física da aeronave, seu estado de energia e as forças que atuam na aeronave que afetam a trajetória. A este respeito, forças normais ao eixo longitudinal da aeronave (forças normais) mudam a direção da trajetória, enquanto forças tangenciais ao eixo longitudinal da aeronave (forças tangenciais) mudam a velocidade da aeronave ao longo dessa trajetória.

[033] Em uma concretização, o esquema comum para o espaço de ameaça n- dimensional pode ser representado por um conjunto mínimo de variáveis fundamentais,

Nz, φ, Ps e γ . Como mostrado na FIG. 2, Nz representa a força normal (força agindo normal ou perpendicular ao eixo longitudinal da aeronave). Na FIG. 2, o eixo longitudinal da aeronave 28 é direcionado para a página. Esta força normal Nz também representa a força G agindo na aeronave. Quando a aeronave está voando em uma condição nivelada, de estado estacionário, a força G agindo na aeronave é a força da gravidade. No entanto, quando a aeronave está voando com um ângulo de inclinação não-zero φ, a orientação da força G é alterada.

[034] Ilustrado na FIG. 3, o estado de energia da aeronave 28 compreende dois componentes: energia cinética 36, relacionada à velocidade da aeronave (KE = ½ mv2, onde m é a massa da aeronave e v é a velocidade), e energia potencial 38, a energia disponível para produzir aceleração. A energia potencial inclui um componente de altitude da aeronave — a energia potencial aumenta com a altitude (PE = mgh, onde m é a massa da aeronave, h é altitude da aeronave e g é a constante gravitacional) — e um componente de energia armazenada portátil representando a quantidade de empuxo adicional que pode ser desenvolvido aumentando a potência de saída dos motores. Embora existam muitas variáveis mensuráveis que podem ser usadas para calcular a energia cinética e potencial da aeronave, em uma concretização a energia cinética 36 é derivada da velocidade verdadeira do ar (TAS); a energia potencial 38 é derivada da altitude da aeronave, potência de excesso específica Ps (potência de empuxo disponível menos força de arrasto) e o ângulo da rota de voo γ. A potência de excesso específica Ps é normalizada para ser independente do peso da aeronave, tornando Ps um termo de energia independente do peso. Um valor Ps = 0 significa que não há potência de excesso disponível, o que significa que cada parte da potência está simplesmente superando o arrasto. Na condição de Ps = 0, a aeronave ainda pode acelerar voando com o nariz para baixo, ou ainda pode desacelerar voando com o nariz para cima. Este efeito é explicado pelo termo γ, que representa o ângulo da rota de voo (ângulos de nariz para cima, de nariz para baixo). Quando um ângulo γ diferente de zero é invocado, energia cinética e energia potencial são trocadas: um ângulo γ de nariz para cima abre mão de alguma energia cinética para aumentar a energia potencial; por outro lado, um ângulo γ de nariz para baixo abre mão de alguma energia potencial para aumentar a energia cinética.

[035] Essas variáveis podem ser usadas tanto para representar ameaças dentro do espaço de ameaça n-dimensional 80, mostrado na FIG. 4 e também podem ser usadas para calcular a posição e o estado de energia da aeronave em posições futuras no espaço-tempo ao longo de uma trajetória projetada usando relações cinemática-energia para transformar dados entre o espaço de ameaça n-dimensional 80 e o espaço de coordenadas de trajetória 82. As transformações de relação cinemática-energia são realizadas pelo processador de transformação 84, que pode ser implementado pelo processador de programação 10 com as relações cinemática-energia que relacionam os valores de espaço de ameaça Ps, Nz, φ e γ da aeronave às coordenadas de trajetória da aeronave no espaço-tempo (x, y, z, t).

[036] O sistema de proteção de envelope de ameaça de aeronave preditiva divulgado é capaz de fornecer proteção de envelope completo por causa de seu modelo de dados exclusivo que pode representar todas as ameaças usando um esquema comum empregando um conjunto mínimo de variáveis fundamentais. Como ilustrado na FIG. 4, o sistema de proteção de envelope de ameaça divulgado, em essência, emprega um modelo de dados de cinemática-energia com base em um conjunto mínimo de variáveis e componentes de processador que une componentes-chave do modelo de dados. Um componente-chave do modelo de dados define o espaço de ameaça n-dimensional 80 pelo qual todas as ameaças estão representando usando um par de variáveis de força (Nz, φ) e um par de variáveis de estado de energia (Ps, γ). As ameaças contra as quais se quer proteger são conhecidas a priori são pré-preenchidas na estrutura de dados do envelope de ameaça 22 (FIG. 1). Ameaças conhecidas a priori incluiriam, por exemplo, ameaças relacionadas a diferentes limites de energia, tais como limites de estol, limites de sobre-velocidade e limites de sub-velocidade. Alguns desses limites são conhecidos no momento do projeto da aeronave, enquanto outros limites são calculados durante o voo.

[037] Outro componente-chave do modelo de dados define o espaço de coordenadas de trajetória em termos de variáveis de espaço-tempo (x, y, z, t). Algumas ameaças, tais como objetos de terreno e outras aeronaves (ambos exemplos de uma matéria física que ocupam espaço) nas proximidades são mais facilmente representadas no espaço de coordenadas, com base na posição do objeto. Por exemplo, o sistema pode utilizar dados de mapa para armazenar a localização física de estruturas de terreno, tais como montanhas que podem ser encontradas durante o voo. O sistema é capaz de modelar ameaças energéticas e ameaças materiais. Para ilustrar, na FIG. 4 duas ameaças estão na trajetória da aeronave, uma ameaça energética 56 (que poderia ser, por exemplo, um limite de estol da aeronave) e uma ameaça de material 58 (que poderia ser um objeto do terreno, tal como uma montanha).

[038] Para unir esses dois componentes do modelo de dados, o processador 10 (FIG. 1) é programado com as equações cinemáticas necessárias para funcionar como um processador de transformação 84 que usa a localização atual da aeronave 86, obtida a partir de sensor adequado, tal como o GPS e as variáveis de força e variáveis de estado de energia dentro do espaço de ameaça 80, para calcular as trajetórias projetadas no espaço de coordenadas de trajetória 82. Se necessário, o processador de transformação também pode projetar pontos no espaço de coordenadas de trajetória 82 no espaço de ameaça 80, para avaliar, por exemplo, se a localização atual ou futura projetada da aeronave se cruza com limites de ameaça de envelope.

Proteção de envelope completo

[039] A proteção de envelope completo fornecida pelo sistema de proteção de envelope de voo de aeronave divulgado envolve dois aspectos relacionados: (1) a proteção oferecida pelo sistema divulgado cobre todas as circunstâncias, não apenas os riscos mais comuns; e (2) o sistema divulgado lida com condições plurais de ameaça diferentes simultaneamente. Não se limita a uma ameaça singular. Para ilustrar o primeiro aspecto, o sistema é projetado para fornecer proteção em todas as circunstâncias, não apenas no coração do envelope de voo ou para os riscos mais comuns. Por exemplo, um sistema convencional de proteção de sobre-velocidade só funciona quando perto do nível de asas. Em ângulos de inclinação muito altos, a proteção sobre-velocidade é suprimida. A razão para isso é lógica. A proteção de sobre- velocidade funciona puxando o nariz para cima para ajudar a desacelerar a velocidade da aeronave. Se a aeronave estava em um ângulo de inclinação muito alto, invertido, por exemplo, puxar o nariz para cima pode exacerbar o problema em vez de aliviá-lo. A proteção de envelope completo oferecida pelo sistema divulgado não tem tais limitações e funciona em todo o espectro das condições de voo da aeronave.

[040] Para ilustrar o segundo aspecto, o sistema é projetado para fornecer proteção completa contra todas as ameaças, não apenas uma única ameaça. Em um sistema de alerta de consciência do terreno convencional (TAWS), por exemplo, a proteção é fornecida contra o impacto no solo. A proteção de baixa velocidade — no entanto — não é fornecida. Em vez disso, um sistema de proteção de baixa velocidade separado é convencionalmente fornecido. Em contraste, o sistema de proteção de envelope de voo de aeronave divulgado fornece proteção contra todas as ameaças em um único sistema. Lidar com todas as ameaças em um único sistema evita conflitos que podem surgir com uma coleção de sistemas federados.

[041] Para ilustrar, houve incidentes envolvendo aeronaves equipadas com TAWS e proteção de baixa velocidade que atingiram o solo em baixa velocidade. O problema é que os sistemas federados não estão cientes das suposições de outros sistemas. No caso do exemplo, a aeronave estava voando em uma velocidade baixa, mas a proteção de baixa velocidade não foi acionada porque a velocidade não estava próxima do estol, embora a velocidade fosse baixa o suficiente para impedir uma subida imediata. O sistema de proximidade do solo não foi desencadeado porque a aeronave estava em descida para uma pista e o sistema assumiu que existia a capacidade de subida. Nenhum dos sistemas estava ciente da proximidade do outro sistema com uma ameaça e das suposições que os outros sistemas faziam em relação à velocidade e à altitude. O sistema de proteção de envelope de voo de aeronave divulgado fornece um sistema abrangente e integrado que fornece proteção contra todas as ameaças com consciência completa de todos os parâmetros relevantes.

Multi-Trajetória

[042] O sistema preditivo divulgado é um sistema multi-trajetórias que, em uma concretização preferida, usa três trajetórias primárias para prever um tempo de iniciação de aviso/recuperação. Outra concretização, capaz de recuperar de condições invertidas (de cabeça para baixo) da aeronave, usa seis trajetórias primárias. Antes de discutir múltiplas trajetórias, primeiro considere um único sistema de trajetória preditiva e como isso seria implementado em um sistema de alerta. Para um único sistema de trajetória preditiva, o sistema observaria para o estado atual e, em seguida, suporia que uma recuperação seria iniciada naquele momento. A recuperação preditiva seria então modelada e testada para proximidade de ameaças protegidas. Por exemplo, se a aeronave estivesse em um mergulho em direção ao solo, o sistema preveria como seria a recuperação com nariz baixo e testaria essa trajetória para a proximidade tanto dos limites de velocidade do ar quanto do terreno. Se nenhum limite fosse excedido e as margens fossem aceitáveis, nenhum aviso seria emitido. Se os limites fossem excedidos ou margens inaceitavelmente pequenas, um aviso de recuperação seria acionado “PULL-UP”, por exemplo. Em muitos casos, uma única trajetória é suficiente. No caso do nariz baixo contra terreno plano, há realmente apenas uma boa maneira de recuperação e que é rolar o nível das asas, reduzir a potência e puxar para a recuperação Nz até ficar livre do terreno e dos limites de velocidade do ar.

[043] A razão para suportar trajetórias preditivas plurais (por exemplo, seis trajetórias em uma concretização preferida) pode ser ilustrada por um segundo exemplo no qual a aeronave está voando nivelada em direção a um único monte no deserto. Nesse caso, existem duas trajetórias preditivas que podem ser usadas. O piloto poderia evitar o monte virando à esquerda ou à direita para evitá-lo, ou mantendo-se no curso e subindo acima dele. Isso levanta a questão, em que ponto o sistema deve iniciar um aviso de “PULL UP”? Talvez não se uma mudança de nível for melhor. A solução para este problema é usar múltiplas trajetórias. Como o piloto tem várias opções de escape, o sistema modela cada uma dessas opções. No exemplo do monte, o sistema modelaria três trajetórias, uma trajetória de giro à esquerda, uma trajetória de giro à direita e uma trajetória de subida. Se uma única trajetória violar um limite ou tiver margens insuficientes, mas as outras forem claras, nenhum aviso é emitido, pois o piloto ainda tem margem para outra opção. Um aviso só é emitido quando há apenas uma trajetória viável e essa trajetória atinge um ponto de gatilho. Assim, no exemplo do monte, se a curva à esquerda e à direita são descartadas, um “PULL UP” será emitido quando as margens da trajetória de subida ficarem abaixo do limiar desejado. Se devido a uma abordagem ou tipo de terreno diferente, a trajetória de subida for descartada, um aviso

“TURN LEFT” ou “TURN RIGHT” será emitido quando a respectiva trajetória for a última disponível e atingir sua margem de gatilho.

Automático

[044] O sistema de proteção preditiva de envelope de voo de aeronave é um sistema totalmente automático, o que significa que ele não depende da intervenção do piloto. Embora possa fornecer e provavelmente deve fornecer um aviso ao piloto, o sistema é automático e não depende do piloto dirigir esse aviso para fornecer proteção. Isso requer algumas considerações adicionais. Primeiro, precisamos de um sistema para dar efeito ao aviso preditivo. Um piloto automático de alguma forma precisa ser implementado para executar uma manobra de proteção de envelope. Esse piloto automático deve ter total autoridade sobre a rolagem e a inclinação, bem como o freio de velocidade e o acelerador. Além disso, uma vez que o sistema deve operar em casos de um motor inoperante (OEI), o piloto automático deve ser capaz de lidar com condições de empuxo assimétrico. A solução fornecida pelo sistema divulgado é adicionar compensação de empuxo às leis básicas de controle de aeronave. Como resultado, mesmo quando uma evasão não está em andamento, a aeronave se comporta como se as linhas de empuxo de ambos os motores estivessem ao longo da linha central da aeronave. Em uma concretização, a diferença N1 entre os motores é usada para programar o leme de compensação. Existem outros métodos reconhecidos de compensação de empuxo que podem ser usados como uma alternativa ao N1.

[045] Uma segunda característica necessária de um sistema automático é que ele deve ser muito mais resistente a falhas e sensores corrompidos do que um sistema manual. Com um sistema manual, o falso aviso pode ser facilmente ignorado. Com um sistema automático, ele não pode ser ignorado e, portanto, a resistência a avisos falsos deve ser significativamente maior. O sistema divulgado, assim, fornece sensores múltiplos redundantes combinados com circuitos de monitor que determinam quando um sensor falhou ou é suspeito, e circuitos eleitorais que determinam qual o valor do sensor é relatado ao sistema quando há alguma variação entre os sensores múltiplos- redundantes.

[046] Finalmente, o sistema automático permite que a entrada do piloto seja combinada com o controle fornecido pelo sistema. Em sistemas anteriores dessa natureza (por exemplo, sistemas de prevenção automática de colisão com o solo legados usados em aplicações militares), a recuperação é tipicamente sempre próxima à capacidade máxima da aeronave. As razões para isso derivam do desempenho exigido para aplicações militares, onde a operação de nível extremamente baixo livre de incômodo (operação no perfil do terreno) era exigida sem levar em conta a qualidade do trajeto. Em um jato executivo, o oposto é verdade. Nível extremamente baixo, operações no perfil do terreno não são exigidas e a qualidade do trajeto para o passageiro é de suma importância. Como resultado, a recuperação preferida para um jato executivo não está, tipicamente, nem perto da capacidade máxima de desempenho da aeronave.

[047] A recuperação suave e confortável para o passageiro cria desafios, no entanto. Em primeiro lugar, durante as viradas quando um rastro de jato vira uma aeronave de cabeça para baixo ou uma força de vento joga a aeronave em direção ao solo, uma recuperação suave e confortável para o passageiro não será suficiente. Nesses casos extremamente raros de “Ato de Deus”, é irrelevante como a aeronave chegou lá; é primordial recuperar a aeronave, usando toda a potência de controle disponível. Em segundo lugar, há casos em que uma recuperação automática inicia, mas durante a recuperação, o piloto se conscientiza de quão perto do solo ele realmente está e deseja aumentar a margem de terreno aumentando o desempenho da recuperação. Nesse caso, o sistema permitirá que o piloto aumente a agressividade da recuperação, combinando a entrada do piloto com a recuperação calculada suave e confortável para o passageiro. Assim, o sistema lida com flexibilidade com os extremos onde a recuperação suave e confortável para o passageiro pode não ser apropriada: em um caso, permitindo que o sistema aumente automaticamente a agressividade da recuperação e, em outro caso, permitindo que o piloto o faça. Para resolver esses casos, o sistema implementa um sistema de controle não binário que será descrito a seguir.

Não-Binário

[048] Em um sistema binário, a autorrecuperação ou o aviso está ligado ou desligado, não há estados intermediários. Como mencionado anteriormente, o sistema automático divulgado projetado para jato executivo requer mais. A solução é um sistema não- binário. No sistema divulgado, o trajeto macio, suave e confortável para o passageiro é usado, mas a combinação do piloto é permitida e o trajeto macio se combinará automaticamente em uma recuperação cada vez mais intensa se as margens se degradarem ou não melhorarem. Uma maneira de conseguir isso é comparando a trajetória preferida de trajeto macio com a trajetória de trajeto intenso na mesma direção e combinando um empurrador/esmaecedor com base nessa comparação. Outros métodos podem ser usados onde as margens até os limites podem ser usadas para conduzir a combinação. Por exemplo, o processador pode avaliar se um trajeto suave não atinge as margens desejadas. Em tal caso, o algoritmo de previsão de trajetória aumenta gradualmente a agressividade e direciona uma recuperação cada vez mais agressiva em resposta. O projeto empurrador/esmaecedor deve ser construído tal que os pilotos possam ajudar na recuperação, mas são progressivamente impedidos de degradar a recuperação quando as margens são pequenas.

Alertando o piloto

[049] Tempo Restante ou Tempo Disponível é a quantidade de tempo que o piloto pode atrasar a recuperação antes que uma recuperação deva ser iniciada para evitar violar um limite de ameaça. No exemplo fornecido, o valor “tempo restante” é calculado em relação a um risco definido. Pode haver múltiplos riscos definidos e, portanto, múltiplos valores calculados de “tempo restante” para uma trajetória prevista.

[050] Para cada risco definido, cada cálculo de trajetória rastreia a margem mínima para esse risco e a taxa máxima de mudança de margem para esse risco ao longo da trajetória. O “tempo restante” é calculado dividindo-se a margem mínima para o risco pela taxa máxima de mudança de margem para o risco. Como usado aqui, uma margem positiva é um caso em que não há violação de limite e uma margem negativa é um caso em que há uma violação de limite. Da mesma forma, uma abordagem para um limite como uma taxa positiva de mudança para esse limite. Deve ser apreciado que a convenção de sinais usada pode ser alterada sem se afastar do escopo da presente divulgação.

[051] Se o termo de margem mínima for menor ou igual a zero, uma violação de um limite é prevista e uma forma alternativa de representar o TTG (caso seja um valor negativo) é necessária. Em algumas concretizações, o TTG é definido como um valor negativo proporcional à magnitude da violação do limite. Após cada conclusão de uma trajetória prevista, a margem mínima para um risco e a taxa máxima de mudança de margem para um risco são atualizadas, atualizando assim o “tempo restante”.

[052] Em algumas concretizações, o tempo disponível antes de implicar em um limite pode ser calculado simplesmente dividindo a abordagem mais próxima desse limite pela taxa na qual você está se aproximando do limite. Para terreno que seria descrito pelo diagrama na FIG. 6. Sobre o terreno nivelado, o método ilustrado na FIG. 6 funciona bem. Simplesmente toma-se a altitude mínima e divide-se pela velocidade vertical na iniciação (VVI) para calcular o tempo disponível. No entanto, sobre terrenos acidentados este método pode ser modificado como ilustrado na FIG. 7. Em algumas concretizações, os métodos descritos com referência à FIG. 6 e à FIG. 7 são usados, além do método descrito na FIG. 9. Por exemplo, o método das FIGS. 6-7 pode ser usado no cálculo de um tempo restante para o terreno e o método da FIG. 9 pode ser usado para outras ameaças (VMAX, VMIN, etc.). Em algumas concretizações, o tempo restante para todas as ameaças usa o mesmo método selecionado de FIG. 6, FIG. 7 ou FIG. 9.

[053] Como a aproximação mais próxima do terreno pode ocorrer enquanto ainda em uma descida ou mesmo depois de atingir uma taxa de subida positiva, simplesmente observar a taxa inicial de descida não será suficiente. A solução é observar a taxa inicial de aproximação ao plano de altitude mínima. Isso é ilustrado na FIG. 7. Para calcular o Tempo Disponível em terrenos acidentados, calcule a velocidade vertical efetiva com base na relação entre o ângulo de rota de voo inicial (gama) e o ângulo de rota de voo final (gamaMAT).

[054] Esta abordagem determina o Tempo Disponível observando o quão perto do limite você está e qual é a sua taxa para esse limite no início da trajetória. Para trajetórias simples, essa abordagem é mais do que adequada. Em alguns cenários de trajetória complexa, no entanto, etapas adicionais devem ser consideradas. Por exemplo, no caso em que a aeronave está com o nariz alto, mas com uma inclinação muito alta (por exemplo, 120 graus) a aeronave se recuperará por rolamento no nível das asas. Ao fazer isso, a atitude de subida da aeronave cairá substancialmente e uma recuperação de nariz baixo será necessária uma vez que o ângulo de inclinação seja corrigido. A principal preocupação aqui é que a aeronave ultrapasse a velocidade e/ou atinja o solo antes de completar a recuperação de nariz baixo. Então, apesar de estar de nariz alto no início da trajetória, a principal ameaça é a colisão com o solo e a sobre- velocidade. Se prevermos essa trajetória e descobrirmos que ela fica muito próxima do solo ou com sobre-velocidade, como calculamos o Tempo Disponível? Se usarmos os métodos descritos acima, teremos resultados grosseiramente inválidos. Observando a colisão com o solo, por exemplo, no início da trajetória, estamos subindo para que nosso vetor esteja realmente longe do terreno. Um vetor negativo produzirá um Tempo Disponível infinito usando o método anterior. Suponha que rolemos a aeronave um pouco mais, digamos, para 180 graus de inclinação. Nessa nova atitude de rolamento, não podemos mais nos recuperar a tempo de evitar o impacto no solo. Mas, novamente, nosso vetor inicial está longe do solo que tínhamos previsto atingir, então medidas adicionais devem ser tomadas.

[055] Uma solução é simplesmente re-executar a previsão de trajetória novamente usando tempos de atraso de recuperação crescentes até que a trajetória não seja mais viável. O tempo de atraso de recuperação em que a trajetória não é mais viável seria então o Tempo Disponível. Infelizmente, tal recálculo seria um enorme fardo computacional. Outra solução é executar a trajetória novamente apenas mais uma vez usando um atraso fixo (por exemplo, 2 segundos) e observando as margens com um atraso de dois segundos. Se esse atraso melhorar as coisas (margens maiores), então o Tempo Disponível é grande. Se as coisas piorarem ao longo desses dois segundos, o tempo disponível pode ser estimado observando a taxa de fechamento até o limite como antes, mas, em vez de usar a taxa de fechamento da própria aeronave no início da trajetória, o método usa a taxa de fechamento da trajetória sem atraso para a trajetória de 2 segundos de atraso.

[056] Em algumas concretizações, o sistema usa métodos alternativos quando a recuperação escolhida pelo TPA não usa o desempenho máximo disponível da aeronave e o piloto está manobrando a aeronave de forma mais agressiva do que a recuperação seria. Por exemplo, se um sistema F-16 usou uma recuperação de 5G, mas o piloto estava fazendo uma recuperação de mergulho em 8G, os métodos descritos acima concluirão que o Tempo Disponível era infinito. No tempo zero, há um vetor em direção ao solo e a recuperação de 5G mal atingiria o solo. O Tempo Disponível para executar essa recuperação de 5G é pequeno. Se o piloto estiver manobrando a 8G, no entanto, e o piloto atrasar 2 segundos, a aeronave perderá o solo por uma margem maior do que aconteceria se a aeronave se recuperasse imediatamente em 5G. Isso porque o piloto está superando a autorrecuperação durante o atraso. Os métodos acima indicam que as coisas estão melhorando com o atraso de 2 segundos e o tempo disponível é infinito. Embora seja verdade que se o piloto continuar manobrando em 8G a aeronave não está em perigo, o piloto não tem necessariamente grandes margens.

[057] Em algumas concretizações, os métodos acima são utilizados e se a recuperação atrasada indica perigo de aproximação ao usar esse valor. No entanto, se a recuperação atrasada indicar liberação melhorada, use o método anterior. Outra solução seria executar a trajetória com um atraso, mas restringir as condições atuais ao máximo usado pela autorrecuperação para que você não possa executar a recuperação durante o atraso. Isso tem algumas complicações próprias. Por exemplo, altas taxas de rolagem às vezes podem ajudar, mas também podem prejudicar. Em algumas concretizações, o sistema simplesmente extrapola a posição atual e a atitude de rolagem por 2 segundos antes de executar a previsão da trajetória.

[058] Com referência agora à FIG. 8 e com referência contínua às FIGS. 1-7, a aeronave 28 é ilustrada juntamente com uma última trajetória viável (não desaprovada) 102. O processador 10 calcula uma pluralidade de pontos de trajetória futura, incluindo um primeiro ponto de trajetória 108A e um segundo ponto de trajetória 108B. Os ordinais “primeiro” e “segundo” são usados para clareza de explicação e de forma alguma implicam uma ordem de cálculo em relação a outros pontos calculados ao longo da trajetória 102. Cada um dos pontos da trajetória 108A-B existe em uma altitude (ALT) e está associado com variáveis de estado da aeronave projetada, como discutido acima.

[059] Uma diferença entre a respectiva altura do terreno 109A, 109B e o ponto de trajetória projetado 108A-B ao longo da trajetória 102 é a margem 106A, 106B existente entre a posição projetada da aeronave e a ameaça. O exemplo fornecido ilustra um conflito de terreno como risco/ameaça para facilitar a explicação, mas o algoritmo usado para calcular o tempo restante também se aplica a outras ameaças. Por exemplo, a ameaça para o terreno é ilustrada como um limite de altura, enquanto a ameaça de proteção de sobre-velocidade é um valor de velocidade máxima indicado pelos limites de projeto da aeronave a uma dada altitude, como se tornará aparente abaixo.

[060] Com referência agora à FIG. 9 e com referência contínua às FIGS. 1-8, um método 200 de alertar um piloto de uma iniciação de autorrecuperação iminente é ilustrado. No exemplo fornecido, o processador 10 executa as tarefas do método 200.

[061] A tarefa 210 prevê um estado de aeronave em cada uma de uma pluralidade de posições ao longo de uma trajetória futura potencial disponível para a aeronave. Por exemplo, o processador 10 pode calcular qualquer uma das trajetórias potenciais 60, 62, 64 ou 102. No exemplo discutido com referência ao método 200, o processador 10 prevê que a aeronave 28 estará no ponto de trajetória 108B em uma posição de tempo atualmente calculada t ao longo da trajetória 102 e estará no ponto de trajetória 108A na posição de tempo previamente calculada t-1 ao longo da trajetória 102.

[062] A tarefa 212 calcula um valor de margem (MGN) em cada uma da pluralidade de posições como uma diferença entre a condição futura prevista e o valor de ameaça em cada uma das respectivas posições da pluralidade de posições. No exemplo fornecido, a estrutura de dados de ameaça 22 armazena um limiar de alerta no qual o processador 10 deve alertar o piloto de uma potencial autorrecuperação. A estrutura de dados de ameaças 22 também armazena um limiar de margem abaixo do qual o sistema aviônico engajará uma recuperação de piloto automático da aeronave. O limiar de margem indica um limite de margem permissível entre a condição futura prevista no ponto 108 e o valor de risco/ameaça na altura do terreno 109.

[063] A tarefa 216 define o tempo restante (TTG) como MGNMIN em resposta à tarefa 214 determinando que o MGNMIN é maior ou igual a zero.

[064] A tarefa 218 calcula uma taxa de margem de mudança (MĠN) em cada uma da pluralidade de posições com base em uma mudança no valor de margem ao longo da trajetória futura potencial. MGNMIN e MĠNMAX são calculados para cada uma de uma pluralidade de trajetórias futuras potenciais independentes uma da outra da pluralidade de trajetórias futuras potenciais. Por exemplo, a trajetória 102 tem valores MGNMIN e MGNdotMAX que são separados daqueles calculados para as trajetórias potenciais 60, 62,

64. No exemplo fornecido, MĠN em cada uma da pluralidade de posições é calculado de acordo com: ୑ୋ୒೔ ି୑ୋ୒೔షభ

[065] MGNdot = , ௧೔ ି௧೔షభ

[066] onde i é uma posição atual da pluralidade de posições e t é uma variável de tempo projetada à frente da aeronave ao longo da trajetória futura potencial. A variável de tempo t refere-se à fatia temporal anterior no período de tempo previsto ao longo da trajetória potencial e não está associada a um período de tempo real associado ao voo real da aeronave. Por exemplo, quando t é 100 segundos, o processador 10 está no ponto dos cálculos iterativos onde o processador 10 está calculando onde a aeronave 28 é projetada para estar em 100 segundos a partir do tempo real atual.

[067] A tarefa 222 define o TTG como fora de alcance em resposta à tarefa 220 determinando que o MĠNMAX é menor ou igual a zero.

[068] A tarefa 224 estima o valor de tempo restante (TTG) com base no valor de margem mínimo calculado (MGNMIN) e na taxa de margem de mudança máxima calculada (MĠNMAX) entre a pluralidade de posições. Em algumas concretizações, o MGNdotMAX é calculado com base em pelo menos uma de: uma mudança no valor de margem ao longo da trajetória futura potencial em cada uma da pluralidade de posições, uma taxa de mudança de um valor atual da condição no início da previsão, ou uma taxa de mudança da condição no início da previsão menos a taxa de mudança do limite em cada uma da pluralidade de posições. No exemplo fornecido, o processador 10 calcula o TTG de acordo com: ெீே౉౅ొ

[069] = TTG. (୑ୋ୒ୢ୭୲౉ఽ౔ )

[070] A tarefa 226 determina se o TTG é menor ou igual ao limiar de alerta. Quando o TTG é menor que o limiar de alerta, o processador 10 alerta o piloto que o processador 10 pode iniciar a autorrecuperação no tempo indicado pelo TTG na tarefa 228.

[071] No sistema aqui descrito, o processador 10 determina quando iniciar a autorrecuperação sem levar em conta a quantidade de tempo que o piloto recebeu antes da iniciação. Por exemplo, o processador 10 pode iniciar a recuperação quando a margem 106A ou 106B estiver abaixo do limiar de margem, não importando há quanto tempo o indicador esteja alertando o piloto.

[072] Embora pelo menos uma concretização exemplar tenha sido apresentada na descrição detalhada anterior, deve ser apreciado que existe um grande número de variações. Deve ser também apreciado que a concretização exemplar ou concretizações exemplares são apenas exemplos e não se destinam a limitar o escopo, aplicabilidade ou configuração da invenção de qualquer forma. Em vez disso, a descrição detalhada anterior fornecerá aos técnicos no assunto um roteiro conveniente para a implementação de uma concretização exemplar, como aqui contemplado. Deve ser entendido que várias mudanças podem ser feitas na função e arranjo de elementos descritos em uma concretização exemplar sem se afastar do escopo da invenção, como estabelecido nas reivindicações anexadas.

Claims (20)

REIVINDICAÇÕES

1. Um sistema aviônico para uma aeronave, caracterizado pelo fato de que compreende: uma estrutura de dados de ameaça que armazena um limiar de alerta e um limiar de margem abaixo do qual o sistema de aviônico engajará uma recuperação de piloto automático da aeronave, o limiar de margem indicando um limite de diferença entre uma condição futura prevista e um valor de ameaça, e o limiar de alerta indicando uma quantidade de tempo predeterminada que o sistema aviônico alertaria preferencialmente um piloto antes de engajar um piloto automático; e um processador programado para: - prever um estado de aeronave em cada uma de uma pluralidade de posições ao longo de uma trajetória futura potencial disponível para a aeronave; - calcular um valor de margem (MGN) em cada uma da pluralidade de posições como uma diferença entre a condição futura prevista e o valor de ameaça em cada uma das respectivas posições da pluralidade de posições; - calcular uma taxa de margem de mudança (MGNdot) ao longo da trajetória futura potencial; - estimar um valor de tempo restante (TTG) com base em um valor de margem calculado mínimo (MGNMIN) e uma taxa de margem de mudança calculada máxima (MGNdotMAX) entre a pluralidade de posições; e - comandar um indicador para alertar o piloto em resposta ao valor de tempo restante atingindo o limiar de alerta.

2. O sistema aviônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processador é programado para calcular o MGNdot com base em pelo menos: - uma mudança no valor de margem ao longo da trajetória futura potencial em cada uma da pluralidade de posições; - uma taxa de mudança de um valor atual da condição no começo da previsão; - uma taxa de mudança da condição no começo da previsão menos a taxa de mudança do limite em cada uma da pluralidade de posições.

3. O sistema aviônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processador é ainda programado para definir o TTG para um valor negativo igual a uma proporção do MGNMIN em resposta à determinação de que uma violação de limite previsto ocorreu.

4. O sistema aviônico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o processador é ainda programado para definir o TTG como fora de alcance em resposta ao MGNdotMAX ser menor ou igual a zero.

5. O sistema aviônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processador é ainda programado para calcular o TTG de acordo com: ‫୒୍୑ܰܩܯ‬ = TTG (MGNdot ୑୅ଡ଼ )

6. O sistema aviônico, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o processador é ainda programado para calcular MĠN e MĠNMAX para cada uma de uma pluralidade de trajetórias futuras potenciais independentes umas das outras da pluralidade de trajetórias futuras potenciais.

7. O sistema aviônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processador é ainda programado para calcular MGNdot em cada uma da pluralidade de posições de acordo com: MGN௜ − MGN௜ିଵ MGNdot = , ‫ݐ‬௜ − ‫ݐ‬௜ିଵ onde i é uma posição atual da pluralidade de posições e t é uma variável de tempo projetada à frente da aeronave ao longo da trajetória futura potencial.

8. Uma aeronave, caracterizada pelo fato de que compreende: uma estrutura de dados de ameaça que armazena um limiar de alerta e um limiar de margem abaixo do qual o sistema de aviônico engajará uma recuperação de piloto automático da aeronave, o limiar de margem indicando um limite de diferença entre uma condição futura prevista e um valor de ameaça, e o limiar de alerta indicando uma quantidade de tempo predeterminada que a aeronave alertaria preferencialmente um piloto antes de engajar um piloto automático; e um processador programado para:

- prever um estado de aeronave em cada uma de uma pluralidade de posições ao longo de uma trajetória futura potencial disponível para a aeronave; - calcular um valor de margem (MGN) em cada uma da pluralidade de posições como diferença entre a condição futura prevista e o valor de ameaça em cada uma das respectivas posições da pluralidade de posições; - calcular uma taxa de margem de mudança (MGNdot) ao longo da trajetória futura potencial; - estimar um valor de tempo restante (TTG) com base em um valor de margem calculado mínimo (MGNMIN) e uma taxa de margem de mudança calculada máxima (MGNdotMAX) entre a pluralidade de posições; e - comandar um indicador para alertar o piloto em resposta ao valor de tempo restante atingindo o limiar de alerta.

9. A aeronave , de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o processador é ainda programado para engajar o piloto automático sem levar em conta o valor de tempo restante e o limiar de alerta.

10. A aeronave, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o processador é ainda programado para definir o TTG para um valor negativo igual a uma proporção do MGNMIN em resposta à determinação de que uma violação de limite previsto ocorreu.

11. A aeronave, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o processador é ainda programado para definir o TTG como fora de alcance em resposta ao MGNdotMAX ser menor ou igual a zero.

12. A aeronave, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o processador é ainda programado para calcular o TTG de acordo com: ‫୒୍୑ܰܩܯ‬ = TTG (MGNdot ୑୅ଡ଼ )

13. A aeronave, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o processador é ainda programado para calcular MĠN e MĠNMAX para cada uma de uma pluralidade de trajetórias futuras potenciais independentes umas das outras da pluralidade de trajetórias futuras potenciais.

14. A aeronave, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o processador é ainda programado para calcular MĠN em cada uma da pluralidade de posições de acordo com: MGN௜ − MGN௜ିଵ MGNdot = , ‫ݐ‬௜ − ‫ݐ‬௜ିଵ onde i é uma posição atual da pluralidade de posições e t é uma variável de tempo projetada à frente da aeronave ao longo da trajetória futura potencial.

15. Um método de alertar um piloto para uma autorrecuperação iminente por um sistema aviônico de uma aeronave, o método caracterizado pelo fato de que compreende: - prever um estado de aeronave em cada uma de uma pluralidade de posições ao longo de uma trajetória futura potencial disponível para a aeronave; - calcular um valor de margem (MGN) em cada uma da pluralidade de posições como diferença entre a condição futura prevista e o valor de ameaça em cada uma das respectivas posições da pluralidade de posições; - calcular uma taxa de margem de mudança (MGNdot) ao longo da trajetória futura potencial; - estimar um valor de tempo restante (TTG) com base em um valor de margem calculado mínimo (MGNMIN) e uma taxa de margem de mudança calculada máxima (MGNdotMAX) entre a pluralidade de posições; e - comandar um indicador para alertar o piloto em resposta ao valor de tempo restante atingindo o limiar de alerta.

16. O método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda engajar o piloto automático sem levar em conta o valor de tempo restante e o limiar de alerta.

17. O método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda definir o TTG para um valor negativo igual a uma proporção do MGNMIN em resposta à determinação de que uma violação de limite previsto ocorreu.

18. O método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda definir o TTG como fora de alcance em resposta ao MĠNdotMAX ser menor ou igual a zero.

19. O método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda calcular o TTG de acordo com: ‫୒୍୑ܰܩܯ‬ = TTG (MGNdot ୑୅ଡ଼ )

20. O método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda calcular MGNdot em cada uma da pluralidade de posições de acordo com: MGN௜ − MGN௜ିଵ MGNdot = , ‫ݐ‬௜ − ‫ݐ‬௜ିଵ onde i é uma posição atual da pluralidade de posições e t é uma variável de tempo projetada à frente da aeronave ao longo da trajetória futura potencial.