CN101466599B - 飞机的着陆辅助装置和方法 - Google Patents

Abstract

飞机的着陆辅助装置和方法。按照本发明，根据与跑道(2)相关联的着陆操作规则，确定飞机(1)可接受的总能量的下阈值和上阈值以及将飞机当前的总能量与所述阈值进行比较。

Description

飞机的着陆辅助装置和方法

技术领域

本发明涉及飞机的着陆辅助方法和装置。

背景技术

已知，在引导飞机着陆到跑道上的进场着陆阶段，驾驶飞机是特别困难的。在这个进场着陆阶段，驾驶员有大量的信息，某些信息必须能使他避免在地面上拖尾或撞击机翼、硬着陆或甚至偏离跑道。这种信息主要包括飞机的速度、飞机的倾斜度和飞机在地面上的高度，这三项信息显示在飞机座舱中，从而使驾驶员可很容易地监视它们。还有，环境的图像使驾驶员感受他的飞机进场着陆的感觉。

飞机的速度和高度的组合，即飞机的总能量水平是预测偏离跑道风险的主要参数。但是，不能总是由驾驶员进行预测判断。另外，能量水平可以受风的影响。

发明内容

因此本发明的目的是告知驾驶员在进场着陆阶段的所有时间内他的飞机的能量状态。

因此，按照本发明，对在进场着陆阶段位于当前高度h并接着朝跑道下降的飞机，有当前进场速度V，与所述跑道成当前进场角γ的当前进场航线，所述当前进场速度V和所述当前进场角γ理想地需要分别接近于与所述跑道相关的恒定的参考进场速度Vr和恒定的参考进场角γr，其着陆辅助方法值得注意的是：

-预先确定在所述参考进场速度Vr任一侧的进场速度值的范围，该范围允许所述飞机在当前进场角γ至少近似等于所述参考进场角γr的情况下在所述跑道上完全停住，所述进场速度值的范围是由下限值Vinf和上限值Vsup限定；

-预先确定在所述参考进场角γr任一侧的进场角值的范围，该范围允许所述飞机在当前进场速度V至少近似等于参考进场速度Vr的情况下在所述跑道上完全停住，所述进场角值的范围是由下限值γinf和上限值γsup限定；

-计算如下：

·下总能量阈值Einf，对应于下列情况，当前进场速度V和当前进场角γ分别等于所述下限值Vinf和所述下限值γinf，

·上总能量阈值Esup，对应于下列情况，当前进场速度V和当前进场角γ分别等于所述上限值Vsup和所述上限值γsup，和

·所述飞机的当前总能量E；和

-将所述当前总能量E与所述下Einf和上Esup总能量阈值比较，以便得到所述飞机停止在所述跑道上的理论上可能性的指示。

本发明利用每个跑道有相关的一组操作规则，包括有关着陆建议(或强制)的参考进场速度和参考进场角的那些规则。还有，本发明注意到，在民航空中运输中，飞机的驾驶要尽可能遵守这些着陆操作规则。

因此，按照本发明，考虑最低可能的进场速度和进场倾斜度的所述下总能量阈值，代表飞机能成功地正确着陆的最低能量水平。但是与此相反，考虑最高可能的进场速度和进场倾斜度的所述上总能量阈值，构成最高能量水平。因此当前飞机的总能量需要位于这些最低和最高总能量水平之间。在最低总能量水平之下，飞机表现出总能量不足，驾驶员必须通过对发动机采取动作和/或提升控制表面来寻求克服。另一方面，在这种最高总能量水平之上，飞机的总能量过剩因而驾驶员必须使用发动机、提升控制表面、气动刹车等来消耗能量。

很显然，将当前总能量E与所述下Einf和上Esup阈值比较仅使得有可能确定飞机可否停住：飞机有效地停止在跑道上(有或没有偏离跑道)取决于其他标准参数，如跑道的状态(下雨、结冰、等)、起落架轮胎的状态、等等。

一方面，可以用许多不同的方法进行飞机当前总能量E和所述下Einf和上Esup总能量阈值之间的比较。

例如，可以计算出下面的指数I1：

$I1=\frac{E-\mathrm{Einf}}{\mathrm{Esup}-\mathrm{Einf}}$

指数必须在0与1之间以便对应正确进场和着陆的可接受的能量水平。

作为一个变量，可以进行：

-对应于进场速度和进场角分别等于参考的进场速度Vr和参考进场角γr的情况，计算出参考总能量Er；和

-对所述当前总能量E和所述参考总能量Er进行比较，再将这个比较的结果与所述下Einf和上Esup阈值中至少一个进行比较。

在这种情况下：

-如果E是大于Er，可将E-Er与Esup-Er进行比较；和

-如果E是小于Er，可将E-Er与Einf-Er进行比较。

所述下Vinf和上Vsup进场速度极限值优选地是至少近似等于所述参考进场速度Vr分别减去或加上几节(kt)。例如，下限值Vinf可以等于Vr-3节，而上限值Vsup可以等于Vr+10节。

同样地，所述下γinf和上γsup进场角极限值有利地是至少近似等于所述参考进场角γr分别减去和加上十分之几度。例如，在通常的情况下参考进场角γr接近于3°，下和上限值可以等于γr-0.3°和γr+0.3°。很显然，按照相关跑道的规定范围选择角的偏差。

这种比较的结果实际上代表飞机的总能量水平是正确、过剩或不足，通过任何已知的机构，如声音或视觉的警报或报警器、显示器等可将比较的结果告知驾驶员。因此，驾驶员知道原因后可能采取适当的行动来校正不正确的能量水平或者甚至执行转圈的操作。所以，重要的是将这种比较结果明显地显示在靠近驾驶员的、他经常观察的标准驾驶屏上，如PFD屏。

将会注意到飞机总能量的变化是相当慢的，从而另外为驾驶员提供他的飞机这方面情况的更快的变化倾向可能是有利的。因此可以提供所述总能量的比较结果，该结果与关于飞机在所述跑道上完全停住的预估指示相关联，例如通过执行在2006年2月17日提交的法国专利申请0601395号描述的方法产生的预估指示。

为了执行按照本发明的方法，可能使用的装置包括：

-计算装置：

·接受至少有关飞机的当前质量m、当前高度h、当前进场速度V和当前进场角γ的信息，和速度下限值Vinf、速度上限值Vsup、进场角下限值γinf和进场角上限值γsup，和合适的参考进场速度Vr和参考进场角γr；和

·计算至少一个指数，它的值代表飞机的所述当前总能量E水平是正确的、过度的或不足的；和

-将所述指数与对应于正确的总能量水平和过度或不足的总能量水平之间过渡的至少一个阈值进行比较的比较装置，所述比较装置至少在飞机的所述当前总能量水平E是过度或不足的情况下，能够起动至少一个警告或警报装置。

附图说明

附图的各图将清楚表示可以怎样实现本发明。在这些图中，相同的参考数字表示相同的部件。

图1是说明按照本发明方法的示意图。

图2是实现本发明方法的装置的方框图。

图3表示通过实行本发明方法产生的报警信号的示范性显示。

具体实施方式

在图1示意表示的情况下，飞机1是在进场着陆阶段希望降落到跑道2上，跑道通常的长度L被限定在近端阈Sp和远端阈Sd之间。飞机1沿着有当前进场角γ的当前进场航线3，以当前进场速度V朝跑道2下降。当飞机1距所述近端阈Sp水平距离X时，即在地面5的点4垂直上方，点4离近端阈Sp有X距离，在当前航线3上它的当前高度等于h。

按照与跑道2关联的着陆操作规则，为使正确着陆的机会最优化，飞机1的当前进场航线3必须经过在近端阈Sp上方的参考点Po，该点有调整高度ho和对应于航线3矫直段6的开始。还有，按照这些着陆操作规则。飞机1应该理想地位于明显地通过参考点Po和有参考进场角γr的参考进场航线7上，所述飞机在所述参考进场航线7上的速度等于参考进场速度Vr。在这样的理想情况下，飞机1将没有不可预计的情况，肯定能停止在跑道2的点8，与跑道2的近端阈Sp相距1距离，小于跑道的通常长度L。在所述点4的垂直上方，所述参考进场航线7的高度表示为hr。

按照本发明，为了能够预估有当前进场速度V和当前倾斜度γ的飞机是否有可能完全停住在跑道2上，第一步是：

-预先确定(用在图1中未表示的方法)，在参考进场速度Vr的任一侧，在当前进场角γ至少近似等于参考进场角γr的情况下，将能允许飞机1完全停止在跑道2上的进场速度值范围，所述进场速度值范围由下限值Vinf和上限值Vsup限定；和

-预先确定，在所述参考进场角γr的任一侧，在当前进场速度V至少近似等于参考进场速度Vr的情况下，将能允许飞机1完全停止在跑道2上的进场角的范围10，所述范围10由对应于下进场极限航线11的下限值γinf和对应于上进场极限航线12的上限值γsup限定。在所述点4的垂直上方，所述上和下进场极限航线11和12的高度分别表示为hinf和hsup。

在预先确定进场速度和进场角的这两个范围之后，进行下面的计算：

$E=\frac{1}{2}m{V}^2+\mathrm{mgh},---\left(1\right)$

式中h已知是飞机1机上的高度和m是飞机的质量以及g是重力加速度；

-下总能量阈值Einf，对应于飞机1的进场速度和角分别等于下限值Vinf和下限值γinf的情况，所述下阈值因而等于

$\mathrm{Einf}=\frac{1}{2}\mathrm{mVin}{f}^2+\mathrm{mghinf},$ 有hinf＝ho+Xtan γinf  (2)

式中tan γinf是进场角下限值γinf的正切和距离X等于h/tanγ，tanγ是当前进场角γ的正切；和

-上总能量阈值Esup，对应于飞机1的进场速度和角分别等于上限值Vsup和上限值γsup的情况，所述阈值因而等于

$\mathrm{Esup}=\frac{1}{2}\mathrm{m\; Vsu}{p}^2+\mathrm{mghsup},$ 有hsup＝ho+X tan γsup  (3)

式中tan γsup是进场角上限值γsup的正切。

然后，将飞机1的当前总能量E与所述上和下总能量阈值Einf和Esup进行比较。

因此，可以计算出由下面表达式给定的指数I1

$I1=\frac{E-\mathrm{Einf}}{\mathrm{Esup}-\mathrm{Einf}}---\left(4\right)$

可以看到：

-如果I1大于1，那么飞机1的当前总能量E是太高和纵向滑出跑道的风险是真实的；

-如果I1是小于0，那么飞机1的当前总能量E是太低和飞机的风险是不能下降超过近端跑道阈Sp；和

-另一方面，如果I1是在0与1之间，那么飞机1的当前总能量对应于很好执行的进场着陆，能使飞机1停止在跑道2上。

为了比较所述上和下总能量阈值Esup和Einf的当前总能量E，作为变量有可能使用参考总能量Er，它对应于飞机1的进场速度和进场角分别等于参考进场速度Vr和参考进场角γr的情况。因此这个参考总能量等于：

$\mathrm{Er}=\frac{1}{2}\mathrm{m\; V}{r}^2+\mathrm{mghr},$ 有hr＝ho+Xtan γr  (5)

式中tan γr是参考进场角γr的正切。

在E大于Er的情况下，可以计算出下面的指数

$I2=\frac{E-\mathrm{Er}}{\mathrm{Esup}-\mathrm{Er}}---\left(6\right)$

它必须保持小于1以便对应正确的着陆。如果I2是大于1，飞机1有过剩的能量，将阻止它停止在跑道2上。

在E小于Er的情况下，可以计算出下面的指数

$I3=\frac{E-\mathrm{Er}}{\mathrm{Einf}-\mathrm{Er}}---\left(7\right)$

它必须大于1以便对应飞机1正确着陆在跑道2上。如果I3是小于1，飞机1的总能量不够使飞机正确着陆在跑道2上。

为了执行上述的计算和比较，可以使用在图2中说明的装置。这个装置包括计算机20，在它的输入端接受参考点Po的调整高度ho、质量m、高度h、当前进场速度V、当前进场角γ、速度下限值Vinf、速度上限值Vsup、进场角下限值γinf和进场角上限值γsup。计算机20在它的入口端还可接受参考进场速度Vr和参考进场角γr。

利用表达式(1)、(2)、(3)和(4)，计算机20分别计算出当前总能量E、下总能量阈值Einf和上总能量阈值Esup。它还可以计算机指数I1。使用表达式(5)、(6)和(7)，作为变量，计算机20可以计算出参考总能量Er和指数I2和I3。

计算机20将指数I，指数I1或指数I2和I3的表示式，传送到比较器21(它可以是所述计算机20的成整体的一部分)，它能将所述指数I的值和至少一个阈值进行比较(如上述的结果等于0或1)，和在指数I的值表示能量过剩或不足从而使飞机1不能执行正确的进场和着陆时，起动视觉22和/或声音23警报或报警器和/或能将警告或警报信息24显示在屏幕25上。

在图3中，屏幕25表示PFD(主飞行显示器)屏幕，在它上面显示“高能量”的信息24通知驾驶员他的飞机能量太大不利正确着陆。显然，在能量不足的情况下，例如信息24可以是“低能量”。

当正确时，飞机的总能量水平也可以显示在所述屏幕24上，例如用“正确能量”的方式。

Claims (10)

1.一种着陆辅助方法，用于位于当前高度h并朝跑道(2)下降的进场阶段的飞机(1)，飞机以当前进场速度V沿着当前进场航线(3)，当前进场航线(3)与所述跑道(2)成当前进场角γ，所述当前进场速度V和所述当前进场角γ理想地需要分别接近于与所述跑道(2)相关的恒定参考进场速度Vr和恒定参考进场角γr，

其特征在于：

-预先确定在所述参考进场速度Vr任一侧的进场速度值的范围，该范围允许所述飞机(1)在当前进场角γ至少近似等于所述参考进场角γr的情况下在所述跑道(2)上完全停住，所述进场速度值的范围是由下限值Vinf和上限值Vsup限定；

-预定确定在所述参考进场角γr任一侧的进场角值的范围(10)，该范围允许所述飞机(1)在当前进场速度V至少近似等于参考进场速度Vr的情况下在所述跑道(2)上完全停住，所述进场角值的范围(10)是由下限值γinf和上限值γsup限定；

-计算如下值：

·下总能量阈值Einf，对应于下列情况，当前进场速度V和当前进场角γ分别等于所述下限值Vinf和所述下限值γinf，

·上总能量阈值Esup，对应于下列情况，当前进场速度V和当前进场角γ分别等于所述上限值Vsup和所述上限值γsup，和

·所述飞机的当前总能量E；和

-将所述当前总能量E与所述下总能量阈值Einf和上总能量阈值Esup比较，以便得到所述飞机停止在所述跑道上的理论可能性的指示。

2.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，为了执行所述的比较，通过下式计算出指数I1：

。

3.如权利要求1所述的方法，

其特征在于

-计算出参考总能量Er，它对应于进场速度和进场角分别等于参考进场速度Vr和参考进场角γr的情况；和 

-将所述当前总能量E与所述参考总能量Er进行比较，将这个比较的结果再与所述下总能量阈值Einf和上总能量阈值Esup中至少一个进行比较。

4.如权利要求3所述的方法，

其特征在于

-如果E大于Er，那么将E-Er与Esup-Er进行比较；和

-如果E小于Er，那么将Er-E与Er-Einf进行比较。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，

其特征在于所述下进场速度极限值Vinf和上进场速度极限值Vsup至少近似等于所述参考进场速度Vr，分别减和加几个节。

6.如权利要求1至4中任一项所述的方法，

其特征在于所述下进场角的极限值γinf和上进场角的极限值γsup是至少近似等于所述参考进场角γr，分别减和加十分之几度。

7.如权利要求1至4中任一项所述的方法，

其特征在于将所述比较的结果显示在靠近飞机驾驶员的地方。

8.如权利要求1至4中任一项所述的方法，

其特征在于飞机在所述跑道上完全停住的预估指示与所述比较的所述结果相关联。

9.用于执行由权利要求1至8中任一项所规定的方法的装置，

其特征在于它包括：

-计算装置(20)：

·接受至少如下信息：飞机(1)的当前质量m、当前高度h、当前进场速度V和当前进场角γ，和下速度极限值Vinf、上速度极限值Vsup、下进场角极限值γinf和上进场角极限值γsup，和合适时，参考进场速度Vr和参考进场角γr；和

·计算至少一个指数I1、I2、I3，它的值代表飞机(1)的所述当前总能量E的水平是正确的、过度的或不足的，指数I1、I2、I3通过下式计算出：

其中Er为参考总能量，Einf为下总能量阈值，Esup为上总能量阈值，

-比较机构(21)，将所述指数I1、I2、I3与至少一个阈值比较，该阈值对应于正确的总能量水平和过度或不足的总能量水平之间的过渡，至少在飞机(1)的所述当前总能量水平E是过度或不足的情况下，所述比较机构能起动至少一个警告或警报装置(22、23、25)。

10.如权利要求9所述的装置，

其特征在于至少一个警告或警报装置(25)包括标准的驾驶屏幕，在该屏幕上写上在所述比较机构(21)作用下关于所述当前总能量水平的警告或警报信息(24)。 

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