CN101171495B - 在进场着陆的阶段对飞机飞行驾驶辅助的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的飞行控制辅助装置包括：第一装置(4)，它用于确定实际的飞机的飞行条件，第二装置(5)，当所述飞机按照最佳进场向下飞行和减速以达到稳定的进场条件时，所述装置(5)借助所述实际的飞行条件和预定模式来确定最小进场距离，所述最小进场距离相应于飞机实际位置和着陆点在水平面上的投影之间的距离，以及显示装置(7)，它在导航屏(9)上以第一圆弧的形式显示至少所述的最小进场距离，所述第一圆弧关于飞机位于居中位置并且显示着陆位置。

Description

在进场着陆的阶段对飞机飞行驾驶辅助的方法和装置
技术领域
本发明涉及对飞机驾驶辅助的方法和装置，特别是运输飞机在进场着陆在机场着陆跑道上着陆时。
背景技术
众所周知，相当大比例的飞机事故发生在进场着陆阶段。事故的主要起因通常涉及：
-意料之外的气象条件；
-飞行员不适当的反应；
-飞机不理想的空气动力型态；以及
-飞机不稳定的进场(飞机过高和/或抵达过快)。
在多数情况中，如果飞机的机组人员知道他们的飞机的实际情况不允许在可靠安全条件下实施着陆，那么他们就能通过执行恢复油门(盘旋)而避免这些事故。
同样众所周知，恢复油门通常是棘手的操作，由于不被期望因而而经常对该操作执行得太晚。实际上恢复油门仍然经常被认为是飞行员的失败。因此，飞行员通常会最大限度地设法避免它，如有必要，他会通过试图挽救危险情况来避免。
然而，如果只要有必要就恰如其分地执行这种恢复油门操作，那么就有可能避免许多发生在进场阶段(接近跑道并且在这条跑道上着陆)的事件和事故。
发明内容
本发明涉及在进场着陆阶段辅助飞机驾驶的方法，并且更确切地说，涉及在进场中辅助能量管理的方法，它的目的是辅助飞行员决策：是否以恢复油门操作中断进场阶段，特别是通过向他提示全部用于达到稳定进场的能量限度。
为此目的，根据本发明，所述方法的显著特点在于以自动和重复的方式实施下述一系列连续步骤：
a)确定飞机的当前飞行条件；
b)当飞机按照最佳进场下降和减速以达到稳定的进场条件时，借助所述的当前飞行条件和预定模型确定最小进场距离，它相应于飞机当前位置在水平面上的投影和与地面接触位置在水平面上的投影之间的最小距离；以及
c)至少这个最小进场距离以第一圆弧的形式在ND(“导航显示器”)类型的导航屏上呈现给飞机的飞行员，所述第一圆弧居中于与飞机有关的位置并且示出与地面接触位置(以及提供距离信息)。所述有关飞机的位置相应于如果飞机位于为着陆而指定的曲线上飞机具有的位置或对应于所述飞机的当前位置的默认值。
因此，依靠本发明，如果飞行员执行最佳进场，那么他在任何时刻都知道他的飞机与地面接触的位置(并因此知道相对于跑道的限度)，对于最佳进场来说，从飞机的当前位置到飞机在着陆跑道上的接触位置的水平距离是可能的最小距离，特别作为飞机的空气动力制动能力(考虑进所述模型)和当前飞行条件的函数。
在有利的方式中，在步骤c)中，还在所述导航屏上呈现出预定着陆的着陆跑道位置并且提示至少这条跑道界限的标号，所述第一圆弧位于飞机的侧面曲线上，所述示出着陆跑道位置的标号也合情理地位于侧面曲线上。
因此，当在所述导航屏上所述第一圆弧超过由此标号示出的所述着陆跑道界限时，飞行员就会知道他不可能获得稳定进场条件以在所述着陆跑道上实施着陆，也许除非改变他的飞机侧面外形。
根据本发明，所述稳定的进场条件假定飞机具有在相对地面的预定高度处稳定的(即恒定的)预定进场速度和进场斜度，所述预定高度相对于地面，例如500英尺(约150米)或1000英尺(约300米)，直到直接接近着陆跑道的高度，例如50英尺(约15米)。
因此，依靠在导航屏上显示的所述第一圆弧和所述标号，为飞行员做出可能中断进场阶段的决定提供了有价值的帮助，因为依靠这些信息他能知道进场在何时是不稳定的和不可恢复的。在这种情况下，他此时必须毫不犹豫地执行恢复油门操作(或能量损耗操作)。这将毫无疑问地使其能够在进场阶段时避免许多事件和事故，并且使其能够更好地操纵进场以减少恢复油门的次数。
为了通知飞行员任何上述类型的紧急情况，有利地，当所述第一圆弧位于着陆跑道的界限之外时(相对于飞机的当前位置)，也就是当飞机的接触点位置(有关例如前述指出的最佳进场)超过所述着陆跑道的界限时，使得根本不能够实施着陆，或至少处于不可靠的安全条件下，在飞机的驾驶舱内发出警报信号。
在一种特殊的实施例中，在步骤a)中确定(更确切地说是估算或用通常方式测量)至少下列各项作为飞机的当前飞行条件：
-飞机相对于地面的高度；
-飞机的速度；以及
-所述飞机的空气动力型态。
此外，有利地，所述用于根据当前飞行条件确定最小进场距离的模型包括一种神经网络。在这种情况下，优选地，所述神经网络根据所述当前飞行条件和所述稳定进场条件确定所述最小进场距离，以及至少下列各项参数：
-地平面的大气压力；
-飞机的质量；以及
-纵向瞬时风。
此外，在一种特殊的实施例中，所述神经网络取决于所述飞机的类型，特别是飞机的空气动力特性和飞机的性能。这有可能使模型最优化并且使其适合实施本发明的飞机。
有利地，在飞机飞行之前，在预备步骤中确定所述神经网络。
此外，在有利的方式中，通过根据当前飞行条件考虑最佳降落曲线来确定所述最小进场距离。
此外，在一种特殊的实施例中：
-在步骤b)中，当飞机按照标准进场(与航空指令有关)下降和减速以达到稳定的进场条件时，确定第二进场距离，它相应于飞机当前位置在水平面上的投影和与地面接触位置在水平面上的投影之间的距离；以及
-在步骤c)中，这个第二进场距离以第二圆弧的形式在所述导航屏上呈现给飞机的飞行员，所述第二圆弧居中于与飞机有关的位置并且示出与地面接触位置(涉及标准进场)。
本发明也涉及用于辅助飞机驾驶的装置，特别是运输飞机在进场阶段时为了在机场着陆跑道上着陆的目的。
根据本发明，所述装置的显著特点在于它包括：
-第一装置，它用于确定飞机的当前飞行条件；
-第二装置，当飞机按照最佳进场下降和减速以达到稳定的进场条件时，借助所述的当前飞行条件和预定模型确定最小进场距离，它相应于飞机当前位置在水平面上的投影和与地面接触位置在水平面上的投影之间的最小距离；以及
-显示装置，用于在导航屏上以第一圆弧的形式显示出至少这个最小进场距离，所述第一圆弧居中于(前述)有关飞机并且示出与地面接触位置(以及提供距离提示)的位置。
优选地，所述第二装置包括神经网络。
此外，在一种特殊的实施例中，所述根据本发明的装置还包括：当所述第一圆弧位于用于着陆的预定着陆跑道的界限之外时，飞机驾驶舱内能够发出警报信号(可听和/或可视)的警报装置。
附图说明
附图中的图形将阐明实施本发明的方式。在这些图形中，相同的标号表示相同的部件。
图1是根据本发明用于辅助驾驶的装置的示意图。
图2示出一种导航屏，它包括根据本发明显示的信息。
图3-5示出图2导航屏的一部分，分别对应不同的进场阶段。
图6是根据本发明示出为了在着陆跑道上着陆，飞机能够沿各种进场曲线行进的图形。
具体实施方式
根据本发明并且在图1中示意性示出的装置1用于辅助飞行员驾驶飞机A，特别是用于机身宽大的运输飞机在接近场着陆跑道2时为了在跑道2上的着陆。
根据本发明，所述装置1包括：
-信息源装置3，它包括至少一些装置4，用于确定，特别是以通常方式测量或估算飞机A的当前飞行条件。更确切地说，所述装置4至少确定下述当前飞行条件：
●飞机A相对于地面的高度；
●飞机A的速度；以及
●所述飞机A的空气动力型态(特别是前缘缝翼和襟翼的位置)；
-中央部件5，它由线路6连接到所述信息源装置3，并且当飞机A按照下面详述的最佳进场从其当前位置下降和减速以达到也在下文中详述的稳定进场条件时，借助从所述装置4接收的当前飞行条件和下面详述的预定模型来确定最小进场距离Dmin，它相应于在水平面上第一和第二投影之间的最小距离(曲线可由飞行员获得)，一方面是飞机A当前位置的投影，另一方是所述飞机A与地面接触位置的投影；以及
-显示装置7，它由线路8连接到所述中央部件5并且用于在通用ND(“导航显示器”)类型的导航屏9上以圆弧C1的形式显示至少这个最小进场距离Dmin，所述圆弧C1关于飞机A位于居中位置。所述关于飞机A的位置相应于如果飞机A位于为着陆而指定的轨道上的位置或默认为相应于所述飞机A的当前位置，用标号10以通常方式示出。圆弧C1由表示距离Dmin的一段距离从所述标号10隔开。如果飞机执行最佳进场，那么这个圆弧C1示出飞机A与地面的接触位置，使其可以获得最小的可能距离Dmin。它也为飞行员提供距离信息(飞机-接触位置)。
因此，依靠所述装置1，如果飞行员执行最佳进场，那么他在任何时刻都知道他的飞机A与地面接触的位置，对此来说，从飞机A的当前位置到飞机A在着陆跑道2上的接触位置的水平距离是最小可能的距离，特别是飞机A的空气动力制动能力(考虑进所述模型)和当前飞行条件(从所述装置4接收的)函数。
根据本发明，所述显示装置7在所述导航屏9上还显示标号11，它示出用于飞机A着陆的预定着陆跑道2的位置并且发出信号表示至少所述着陆跑道2的上阀值12的位置。根据本发明，所述圆弧C1根据定义位于侧面轨道13上，飞机A沿着所述轨道行进并且所述轨道在导航屏9上穿过所述标号11，从而指引飞机A朝向着陆跑道2。
因此，当在所述导航屏9上所述圆弧C1超过着陆跑道(标号11)的阀值12时，飞行员就会知道他不可能获得稳定进场条件以在着陆跑道2上实施着陆，也许除非改变他的飞机侧面外形。
因此，依靠在导航屏9上显示的所述圆弧C1和所述标号11，根据本发明的装置1为飞行员做出可能中断进场阶段的决定提供了有价值的帮助，因为依靠这些信息他能知道进场在何时是不稳定的和不可恢复的。在这种情况下，他此时必须毫不犹豫地执行盘旋操作。这将毫无疑问地使其能够在进场阶段时避免许多事件和事故。
根据定义，恢复油门是一种飞行阶段，在该阶段中，当前着陆操作不会结束。
在一种特殊的实施例中：
-当飞机A按照标准进场(即按照规定的和通用的方式)从其当前位置下降和减速以达到所述稳定的进场条件时，所述中央部件5确定进场距离DO，它相应于在水平面上的第一和第三投影之间的距离，一方面是飞机A当前位置的投影，另一方面是与地面接触位置的投影；以及
-所述显示装置7在所述导航屏9上以圆弧C2的形式显示这个进场距离DO，所述圆弧C2也关于飞机A(标号10)位于前述的居中位置，并且示出用于标准进场的与地面接触的位置。
根据本发明，所述稳定的进场条件假定飞机A具有相对地面的预定高度处的稳定的(即恒定的)预定进场速度和进场斜度，所述预定高度相对于地面，例如500英尺(约150米)或1000英尺(约300米)，直到直接接近着陆跑道2的高度，例如50英尺(约15米)。
通过说明在下文中参照图3-5中分别表示的三种不同情况，示出了导航屏9的局部14，它特别包括圆弧C1和C2以及标号11：
-在图3的例子中，圆弧C1和C2位于飞机A的飞行方向E中的着陆跑道(标号11)的阀值12的上游，使得飞机A在这个例子中既能够按照最佳进场又能按照标准进场执行进场；
-在图4的例子中，圆弧C1(最佳进场)位于着陆跑道2的阀值12的上游，而圆弧C2(标准进场)位于着陆跑道2的阀值12之外(下游)。在这个例子中，飞机A不能执行标准进场。在另一方面，最佳进场仍然是可能的；以及
-在图5的例子中，两条圆弧C1和C2位于着陆跑道2的阀值12之外(下游)，使得既不可能执行标准进场也不可能最佳进场。在这个例子中，飞行员必须为此执行恢复油门操作。
显示装置7还以通用方式在导航屏9上特别显示：
-曲线13，它在水平面中以路线点15示出飞机A的理论飞行轨道；
-角度偏转的通用刻度16；以及
-距离通用刻度17，相对于由标号10所示的飞机A的当前位置定义。
根据本发明的装置1还包括警报装置18，它由线路19连接到所述中央部件5，并且当所述圆弧C1位于着陆跑道2的阀值12之外(相对于飞机A的当前位置)时，也就是当飞机A的接触点位置(有关例如前述指出的最佳进场)超过所述着陆跑道2的阀值12时，使得根本不能实施着陆，或至少处于不可靠的安全条件下，所述警报装置能够在飞机A的驾驶舱内发出警报信号。所述警报信号可以是可听信号和/或可视信号，特别是与导航屏9上显示的信息，例如圆弧C1和/或标号11有关的颜色或形状的警报消息和/或变化。
因此，依靠本发明的装置1，飞行员可以采用允许他监控飞机A的能量的提示，并且如果合适的话，执行对能量状态的修正，或者必要时执行恢复油门。所述装置1从而可以减少在进场阶段时的事件数量。所述装置1包括的事件特别是指冲出跑道、硬着陆、由过剩能量(过高、过快)引起的不稳定进场的结果。此外，依靠本发明，特别可以实施：
-在10000英尺(约3000米)和500英尺(约150米)之间监控进场阶段内的能量，500英尺是最终通过处理步骤达到稳定的高度；以及
-对决定实施500英尺和50英尺(约15米)之间的恢复油门，和预定的通用进场速度进行的辅助，其中飞机A必须在形成进场轴PA的预定进场斜度上(通常为3°)稳定。
另外，中央部件5的计算模块20使用所述模型来确定最小进场距离Dmin。因此，这个计算模块20包括神经网络。优选地，此神经网络使其可以根据所述当前飞行条件和所述稳定进场条件以及下列各项参数确定所述最小进场距离Dmin：
-地平面的大气压力；
-飞机A的质量；以及
-纵向瞬时风。
此外，在一种特殊的实施例中，所述神经网络取决于所述飞机A的类型，特别是飞机的特性和飞机的空气动力性能。这有可能使模型最优化并且使其适合安装了装置1的飞机A。
根据本发明，在飞机A飞行之前，在预备步骤中确定所述神经网络。
此外，通过考虑进最佳降落曲线作为所述飞机A当前飞行条件的功能要素，所述计算模块20确定所述最小进场距离Dmin。
图6表示：不同的对比曲线(降落)P0-P4，这使得可以通过飞跃周围地形22的地势起伏21来实施在跑道2上的着陆；以及高度比例尺23，所述高度比例尺的标出的数值H1-H5以每50英尺(约15米)隔开。所述对比曲线P0-P4是最理想的能量损耗曲线，它们覆盖了飞机A所有的初始高度和速度条件。因此，根据所述初始高度和速度条件，中央部件5选择最理想的能量损耗曲线P0、P1、P2、P3、P4(特别能够获得最小距离Dmin)，并且计算模块20使用所述曲线以便根据所述集成的模型来计算所述距离Dmin。
参照图6，在其中表示的飞机A遵循标准降落曲线P0行进，可以这样认为：
-当飞机A处于平稳型态时，在直立的进场轴(曲线P1)上减速之前，设法在平稳型态期间展开起落架和襟翼以通常的最大速度VLO(从措辞“最大起落架运转速度”而来)实施降落。这个直立的进场轴是轴PA(称为“滑行”)，它在通用进场和着陆范围内发送给ILS(“仪表着陆系统”)类型的仪表；
-当飞机A处于提高的增升型态时，在直立的进场轴PA(曲线P2)上减速之前，设法在称为“FULL”型态期间展开起落架和襟翼以襟翼展开的通用的最大速度VFE(“以襟翼展开的最大速度”)执行下降；
-当飞机A位于标准进程P0(由进场地形22的地势起伏21限定)的高度之下并且位于直立的进场轴PA之下时，在所述直立的进场轴PA(曲线P4，其曲线不是最理想的，但保证相对于地势起伏的安全)上继续减速之前，飞机A展开起落架和襟翼执行分阶段的减速；以及
-当飞机A位于标准进程的高度之下，但又在直立的进场轴PA之上时，在所述直立的进场轴PA(曲线P3)上减速之前，以增升型态通过起落架和襟翼展开而以初始速度(如果此初始速度低于“FULL”型态的VFE速度)执行降落。

Claims (15)

1.在进场着陆的阶段时对飞机(A)驾驶辅助的方法，根据所述方法以自动和重复的方式实施下述一系列连续步骤：
a)确定飞机(A)的当前飞行条件；
b)至少借助所述当前飞行条件确定飞机(A)的当前位置和与地面接触位置之间的最小进场距离；以及
c)至少这个最小进场距离在导航屏(9)上呈现给飞机(A)的飞行员，
其特征在于：
-在步骤b)中，借助所述飞行条件，以及考虑飞机(A)的空气动力制动能力的预定模型来确定所述最小距离；
-在步骤b)中，当飞机(A)按照最佳进场下降和减速以达到稳定的进场条件时，所述最小距离被确定为飞机(A)当前位置在水平面上的投影和与地面接触位置在水平面上的投影之间的最小距离，所述最佳进场为使其能获得尽可能小的最小距离；
-在步骤b)中，当飞机(A)按照标准进场下降和减速以达到稳定的进场条件时，确定第二进场距离，而且，它相应于飞机(A)当前位置在水平面上的投影和与地面接触位置在水平面上的投影之间的距离；以及
-在步骤c)中，向飞机(A)的飞行员同时在所述导航屏(9)上显示下列各项：
·第一圆弧(C1)形式的最小进场距离，所述第一圆弧(C1)的中心与飞机的位置(10)相关，并且所述第一圆弧示出关于最佳进场的与地面接触的位置；以及
·第二圆弧(C2)形式的第二进场距离，所述第二圆弧(C2)的中心与飞机的位置(10)相关，并且所述第二圆弧示出关于标准进场的与地面接触的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，在所述导航屏(9)上还显示标号(11)，它示出用于着陆的预定着陆跑道(2)的位置并且提示至少这条着陆跑道(2)的阀值(12)，并且，所述第一圆弧(C1)位于飞机(A)的侧面轨道(13)上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述第一圆弧(C1)位于着陆跑道(2)的阀值(12)之外时，在飞机(A)的驾驶舱内发出警报信号。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，至少确定下列各项作为飞机(A)的当前飞行条件：
-飞机(A)相对于地面的高度；
-飞机(A)的速度；以及
-所述飞机(A)的空气动力型态。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述稳定的进场条件假定飞机(A)具有在相对于地面的预定高度上稳定的预定进场速度和进场斜度。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述用于根据当前飞行条件确定最小进场距离的模型包含有神经网络。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述神经网络根据所述当前飞行条件和所述稳定进场条件，以及至少下列参数来确定所述最小进场距离：
-地面处的大气压力；
-飞机(A)的质量；以及
-纵向瞬时风。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述神经网络取决于所述飞机(A)的类型。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在飞机(A)飞行之前，在预备步骤中确定所述神经网络。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过考虑进最佳降落曲线(P0-P4)根据所述当前飞行条件确定所述最小进场距离。
11.用于进场着陆的阶段对飞机驾驶辅助的装置，所述装置包括：
-第一装置(4)，用于确定飞机(A)的当前飞行条件；
-第二装置(5)，用于至少借助所述当前飞行条件确定飞机(A)当前位置和与地面接触位置之间的最小进场距离；以及
-显示装置(7)，用于在导航屏(9)上显示至少这个最小进场距离，
其特征在于：
-所述第二装置(5)包括：
·当飞机(A)按照最佳进场下降和减速以达到稳定的进场条件时，借助所述飞行条件和考虑飞机(A)的空气动力制动能力的预定模型确定所述最小距离的装置，所述最小距离相应于飞机(A)的当前位置在水平面上的投影和与地面接触位置在水平面上的投影之间的最小距离，所述最佳进场为使其能获得尽可能小的最小距离；以及
·当飞机(A)按照标准进场下降和减速以达到稳定的进场条件时，用于确定第二进场距离的装置，所述第二进场距离相应于飞机(A)的当前位置在水平面上的投影和与地面接触位置在水平面上的投影之间的距离；以及
-所述显示装置(7)形成为使得同时在所述导航屏(9)上显示下列各项给飞机(A)的飞行员：
·第一圆弧(C1)形式的最小进场距离，所述第一圆弧(C1)的中心与飞机的位置(10)相关，并且所述第一圆弧示出关于最佳进场的与地面接触的位置；以及
·第二圆弧(C2)形式的第二进场距离，所述第二圆弧(C2)的中心与飞机的位置(10)相关，并且所述第二圆弧示出关于标准进场的与地面接触的位置。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二装置(5)包含有神经网络。
13.根据权利要求11和12中任一项权利要求所述的装置，其特征在于，它还包括警报装置(18)，所述警报装置能在所述第一圆弧(C1)位于用于着陆的预定着陆跑道(2)的阀值(12)之外时，在飞机(A)的驾驶舱内发出警报信号。
14.飞机，其特征在于，它包括能够实施在任一项权利要求1-10下规定的方法的装置(1)。
15.飞机，其特征在于，它包括权利要求11-13中任一项所述的装置(1)。
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