CN101809451A - 得到旋转翼飞机的预测垂直速度的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于得到旋转翼飞机的预测垂直速度的方法和设备，所述设备包括预测垂直速度指示器(1)，预测垂直速度指示器(1)至少包括：第一装置(V)，用于测量旋转翼飞机的瞬时垂直速度v；第二装置(2)，用于测量旋转翼飞机的瞬时真实速度(VP)；第三装置(3)，用于计算旋转翼飞机的预测垂直速度(vAp)，其中所述第三装置分别通过第一(l1)和第二(l2)链路连接到第一和第二装置，并且在存储器中包含最小功率速度(Vy)的预定值以及特征系数(k)，对于所述给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机，特征系数(k)为常数。

Description

得到旋转翼飞机的预测垂直速度的方法和设备

技术领域

本发明涉及得到飞机的预测垂直速度的方法，尤其是得到旋转翼飞机的预测垂直速度的方法。本发明还涉及实现所述方法的预测垂直指示器设备。

背景技术

为了能够使旋转翼飞机飞行，飞机驾驶员使用多个机载仪器，尤其，使用垂直速度指示器。这种指示器确定旋转翼飞机的瞬时垂直速度(垂直向上或向下速度)，并且通知飞机驾驶员。

垂直速度指示器依靠在上升或下降的同时测量大气压力变化的原理。通过举例的方式，这可以通过由连接到隔热箱的压力表密封件构成的指示器来实现，使组件经由经校正的毛细管与周围空气(环境气氛)通信。

经由作用如同确定孔尺寸的进气口的毛细管提供的连接，通过周围空气(大气压力或指示器中但是密封件外的静压力)和密封件内的压力之间的差来控制可变速度指示器。毛细管需要校正，以致密封件的变形表示给定时刻的本地压力和之前紧接时刻的本地压力之间的压力差。结果，要求毛细管足够细，以保证在上升或下降时静压力(环境气氛)与密封件内的压力有足够的差别。

换言之，毛细管在大气压力中施加了一定的延迟，变得建立在整个密封件-和-箱组件中。

考虑到其工作的原理，就容易理解，在飞行中的飞机的飞行路径中发生向上或向下改变的任何时候，垂直速度指示器给出的指示并非瞬时的。

由于垂直速度指示器只响应于压力变化，所以在平飞期间，自然地导致经由毛细管的指示器内和外的压力相等，以致所指示的上升或下降的速率变得等于零。

此外，对于飞机驾驶员来说，重要的是要知道相对于空气的速度V_A，通常称之为“气流速度”。这通过气流速度指示器来测量和显示。该仪器是一个差动压力表，用于测量静压力和通过相应压力进口的空气流的总压力之间的差。

静压力(在静压力进口处的环境压力)是与飞机的气流速度无关的。

从用于接收气流的总压力的进口得到总压力(或“滞止压力”)。

在这种情况下，气流速度指示器还包括气压计盒密封件(aneroid capsule)，该气压计盒密封件以总压力和静压力之间的差值的函数而变形到更大或更小的程度。

通常，在已知为皮托管(Pitot tube)的单个探测器上，把静压力进口和总压力进口组合在一起。皮托管实质上是精简的和圆柱形的，具有通常为半球形的引导端。把皮托管放置在飞机上，以致首先总压力进口位于圆柱体最末端的引导端处，而其次静压力进口是径向的，并且位于总压力进口的后面。

在旋转翼飞机的特殊情况中，静压力进口的位置原则上沿着机身，而总压力进口位于长度更长或更短的极(pole)的引导端处。

因此，在应用Bernoulli的理论(该理论对于旋转翼飞机的正向速度特别有效)时，所述差等于动态压力(与飞机的气流速度的平方成正比)，并从动态压力推导出所指示的飞机气流速度。

将该速度传送到一种机载仪器，即，用于构成空气速度结构的指示器，以致所指示的速度V_A对应于：

·在地面上，对应于飞机相对于环境气氛的速度；以及

·在高处(飞行中)，对应于等效的空气速度，即，正确的空气速度V_V或飞行路径速度乘以空气相对密度σ的平方根的乘积，其本身等于所讨论的在高处的空气密度ρ除以“标准气氛”中地地平处的空气密度ρ₀的商，即：

$V_A=V_v\sqrt{\mathrm{\σ}}=V_v\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}_0}}$

在现实中，所指示的空气速度因为仪器误差而与等效的空气速度不同。结果，需要通过校正空气速度结构来校正所指示的空气速度，为的是对应于经校正的速度或经校正的空气速度VC，所述经校正的速度或经校正的空气速度VC接近于等效空气速度，但是与其不同。

仅在海平面处的“标准气氛”条件下校正如此的仪器。换言之，事实上，如果压力是101,325帕以及如果温度是摄氏15度(ρ＝ρ₀)，所指示的速度才等于相对于空气的速度。

当实际气氛与标准气氛显著地不同时，基于这里不需要描述的“密度高度”来引入校正。

重要的是，观察到，当飞机的空气速度降低时，具有皮托管和静压力进口的常规设备表现出趋向零的灵敏度。

此外，为了清楚起见，如果定义正确的空气速度V_P为等于真实空气速度的水平分量，即，V_V·cosθ，其中θ是飞机飞行路径的斜角。因此，矢量

和矢量

即，风的水平分量，产生作为导航基本的、与地面速度矢量

对应的几何结果。自然，在平飞中，真实的空气速度V_V和正确的空气速度V_P是相等的。忽略仪器误差，因此就有可能假设，在平飞中，经校正的空气速度VC等于正确速度V_P乘以√σ的乘积，即：

$\mathrm{VC}=V_p\sqrt{\mathrm{\σ}}$

此外，对于旋转翼飞机来说，定义第一和第二飞行速度制度。例如，把在这两个速度制度之间的边界处的飞行速度称为“最小-功率”速度，并且等于约65节(kt)。这对应于平飞所需要的最低功率水平，把该水平称为“最小”功率。这是通过曲线表示的最小值，所述曲线是标绘出作为其正向速度的函数的、旋转翼飞机以平飞进行飞行时所需要的功率而得到的。所需要的功率是下列各项的总和：

·需要产生的以及等于所谓的“诱发的”速度乘以动态升降的乘积的、与升降相关联的诱发的功率：该功率水平随旋转翼飞机的正向速度的增加而减少；

·由于主旋转翼的叶片的分布拖动(profile drag)引起的分布功率，该功率随叶片分布的变化而改变：该功率随正向速度的增加而增加；

·由于机身的拖动引起的机身功率：该功率水平作为速度的函数而快速增加，实质上作为升高到第三功率的速度的函数；以及

·特别由于从发动机到主旋转翼和尾旋转翼的功率传输、冷却、驱动配件而引起的功率损耗：这些功率损耗随旋转翼飞机的正向速度的增加而增加。

因此，当旋转翼飞机经校正的空气速度VC大于最小功率速度V_Y时，应用第一速度制度。在这个制度中，所需要的功率随空气速度的增加而增加，并且对应于稳定的飞行。

相反，在所述最小功率速度以下应用第二速度制度。在这个制度中，旋转翼飞机的飞行遭遇到不稳定性。在这个第二速度制度中，经校正的空气速度较低，并且所需要的功率随旋转翼飞机速度的降低而增加。空气速度指示器测量值就随旋转翼飞机正向速度的降低而变得越来越不可靠。此外，由于与垂直速度指示器的惯性相关联的延迟，测量到的瞬时垂直速度是近似的，如上所述。

此外，已知为“上升(uplift)”的现象可能对由垂直速度指示器给出的指示作出伪造的解释。

通常，上升现象是一种包含向更高高度移动的空气的自然现象。

因此，当飞机驾驶员使旋转翼飞机的机首上升时，即使只有上升了一点点，并且可能是本能性的而没有改变旋转翼飞机的瞬时发动机功率(能量)，垂直速度指示器也会开始指示正的垂直速度。

在短期内，机身的纵向高度增加，旋转翼飞机趋向于逐渐上升。然而，旋转翼飞机的总能量是它的动能加上它的势能的和。由于使功率维持恒定，所以增加势能导致降低动能，因此旋转翼飞机慢下来了。

不幸地，飞机驾驶员不知道旋转翼飞机的速度降低，相信上升的自然现象所得到的有利情况。因此飞机驾驶员没有通过增加旋转翼飞机的功率对速度降低采取补救措施。

此外，如上所述，在速度的第二制度中，如此的慢下来需要与增加功率量同时发生。

结果，由于飞机驾驶员没有增加所传送的、由于正向速度的降低而需要增加的功率而垂直速度突然下跌为较高的负值。因此，旋转翼飞机开始快速下降，并且可能处于飞机驾驶员没有预见到的危险状态，因为垂直速度指示器仅在之前的一些时刻还指示正的垂直速度。

此外，当在能见度差的情况下飞行时，飞机驾驶员必须完全依靠仪器板上可用的仪器提供的信息，包括垂直速度指示。如果发生紧急情况，则可能会促使飞机驾驶员匆匆地作出响应。此外，相当晚才能得到的所述信息可能会加重这种草率反应。然后，飞机驾驶员要承诺可能导致事故的驾驶差错。这在下列情况中会发生：如果因近边出现障碍物而担忧的飞机驾驶员，在没有同时增加发动机功率的情况下，通过在循环螺距杆上的反应而不由自主地操作。这导致旋转翼飞机取得机首稍向上的高度，接着是高度快速下降，这在旋转翼飞机正在接近地面或水面飞行的情况下是极危险的。

此外，应该观察到，文件EP 0 006 773描述了一种用于确定重飞行器的预测速度的方法。

发明内容

本发明的一个目的是对这些缺陷采取补救措施，并且建议一种用于得到旋转翼飞机的预测垂直速度的方法，在不管外部条件的情况下，使之有可能具有可用的相关信息，以便以完全安全的方式冷静地监视飞机。尤其，通过适用于该目的的、这里称之为预测垂直速度指示器的垂直速度指示器来实现该方法。

根据本发明，得到旋转翼飞机的预测垂直速度V_AP的方法(即，在给定长度时间之后对旋转翼飞机的飞行路径无需作出任何改变就可以估计旋转翼飞机要达到的垂直速度的方法)的值得注意之处在于连续地执行下列各个步骤：

a)测量旋转翼飞机的瞬时垂直速度v；

b)根据预测项确定校正垂直速度；以及

c)使校正垂直速度与瞬时垂直速度相加以得到所述预测垂直速度V_AP。

结果，飞机驾驶员可访问预测垂直速度，使飞机驾驶员预先考虑要执行的操纵成为可能，为的是使旋转翼飞机避免处于严峻的情况。

较佳地，通过常规垂直速度指示器来提供瞬时垂直速度v，根据本发明，该常规的垂直速度指示器把预测垂直速度传送到所述指示器的读出部分，因此变换成预测垂直速度指示器。

因此，得到预测垂直速度的方法的作用是得到一个安全的时间窗口，在该时间窗口中，飞机驾驶员可以提前采取适合于上述特殊情况的校正行动措施。

此外，这种提前采取措施考虑了机载仪器(即，垂直速度指示器以及可能的空气速度指示器)的内在工作的固有延迟。

预先确定与飞机驾驶员执行一次操纵所需要的时间对应的提前采取措施时间窗口。通过熟悉本领域的技术人员估计，这个时间实质上为10秒。

步骤b)包括步骤b1)，在该期间，确定通过垂直速度指示器测量的、作为瞬时正确速度V_P、预测正确速度V_PP、最小功率速度V_Y、瞬时垂直速度v的函数的瞬时垂直速度测量值v的第一校正、以及表示给定类型的旋转翼飞机的旋转翼飞机特征的常数k。

通过测试并且基于与旋转翼飞机的质量无关的、与旋转翼飞机的功率和垂直速度之间的比例比信对应的线性近似来确定特征常数k，由下式给出：

$v=k(\frac{W}{W_n}-1)$

近似为：

$\frac{W_n}{{\mathrm{Wv}}_Y}=2-\frac{V_P}{V_Y}$

在这些关系式中，W_vY和W_n是指分别在最小功率速度V_Y和正确速度V_P时平飞所需要的功率，而W是指可从旋转翼飞机得到的瞬时功率。

在这个基础上，并且初始地，确定可应用于瞬时垂直速度v和由下式给出的预测项：

$C_{P1}=(v+k)\frac{V_{\mathrm{PP}}-V_P}{2V_Y-V_{\mathrm{PP}}}$

在第一校正的情况中，有可能任意地提供在通过第一加权系数A(已经通过与每个类型的旋转翼飞机相关的测试而确定加权系数A)对预测项加权的步骤b’1)期间的第二操作。这个第一加权系数一般接近于一。

因此把经加权的预测项C_PP1写成：

C_PP1＝AxC_P1

在理论上，不需要包括第一加权系数，由于它在理论上等于一。

然而，特定的旋转翼飞机可能与理论稍有偏离。结果，本发明允许测试而确定第一加权系数的值，该值可以稍微偏离一。

符号“x”对应于乘法符号。

在如此的情况下，对测量的瞬时垂直速度v的第一校正等于预测项C_P1或经加权的预测项C_PP1。

重要的是可观察到，如果满足下面两个条件，才可应用该第一校正(C_P1或C_PP1)：

·在平飞中的经校正的空气速度VC小于接近65节的速度V_Y；以及

·经校正的空气速度VC正在减小。

在对瞬时垂直速度v确定第二校正期间的步骤b)期间，本发明的方法还可包括步骤b2)。

更精确地说，第二校正是用于补偿垂直速度指示器给出的读数的任何错误解释的。给出上述解释，目的是消除垂直速度指示器给出的垂直速度中的极短期变化，由于这种变化是由于在飞机的高度处的机首向上变化引起的，而并非由于气流上升的任何假设效应引起的。换言之，这种校正为了防止飞机驾驶员相信旋转翼飞机可以继续达到所显示的功率处的高度。

假定从能量平衡产生的第二校正在旋转翼飞机的速度从最小功率速度V_Y下降到悬停飞行的降低期间是恒定的。

然后把能量平衡表达如下，其中CT是常数：

$\frac{1}{2}m{V}_P^2+\mathrm{mgh}+{\∫W}_n+\∫W=\mathrm{CT}$

其中m、h和g分别指飞机的质量、它的飞行高度以及重力加速度。

在如此的情况下，并且假设功率W和W_n保持恒定，对上述表达式进行微分导致下列关系式，其中t表示时间：

$\frac{\mathrm{dh}}{\mathrm{dt}}=-V_p\frac{d{V}_P}{\mathrm{dt}}$

在这个基础上，并且初始地，确定可应用于垂直速度和由下式给出的校正项：

$C_{P2}=V_P\frac{d{V}_P}{\mathrm{dt}}$

从定义上看，这与旋转翼飞机的高度变化

相反。

在如此的情况下，从加速度测量值(例如，通过沿旋转翼飞机的纵向轴安排的加速度计产生的)有利地得到飞机的瞬时加速度

由于这比在低速下通过处理压力测量值得到的结果更正确。

在第二校正的情况中，在通过实质上等于0.5的第二加权系数B对校正项进行加权的步骤b2’)期间，接着可以作出任选的规定。

然后把经加权的校正项C_PP2写成：

C_PP2＝BxC_P2

任意地设置第二加权系数为0.5。然而，可以通过取决于所要求的灵敏度的测试进行完善。

结果，瞬时垂直速度v的测量值的第二校正等于校正项或等于经加权的校正项。

只要首先单独应用第一校正，其次同时应用第一和第二校正，那么校正垂直速度V_CORR总是取决于预测项C_P1，并且采用下述形式之一：

v_CORR＝C_P1

或v_CORR＝C_PP1

或v_CORR＝C_P1+C_P2

或v_CORR＝C_P1+C_PP2

或v_CORR＝C_PP1+C_P2

或v_CORR＝C_PP1+C_PP2

结果，并且取决于各种情况，由下式给出在步骤c)中使用的和向飞机驾驶员显示的预测垂直速度V_AP：

v_AP＝v+C_P1

或v_AP＝v+C_PP1

或v_AP＝v+C_P1+C_P2

或v_AP＝v+C_P1+C_PP2

或v_AP＝v+C_PP1+C_P2

或v_AP＝v+C_PP1+C_PP2

自然，可以回忆一下，只有在满足下列条件时，这些预测垂直速度才可供飞机驾驶员使用：

·在平飞时的经校正的空气速度VC低于接近65节的速度V_Y；以及

·经校正的空气速度VC在下降。

这些预测垂直速度的知识使旋转翼飞机的飞机驾驶员可用预测的操作信息，在部分驾驶期间对分析花费的努力较少，并且这提供了舒服的附加时间裕度。结果，这个优点的作用是减少急急忙忙地管理紧急情况的概率，从而大大地提高了安全性。

较佳地，通过关系式给出预测正确速度V_PP：

$V_{\mathrm{PP}}=V_P+\frac{d{V}_P}{\mathrm{dt}}\mathrm{\Δt}$

具有有利地等于10秒的时间间隔Δt。

这个情况导致当预测10秒时写入正确速度，因此如下：

$V_{P10}=V_P+(10\×\frac{d{V}_P}{\mathrm{dt}})$

通过举例的方式，在更一般的情况中，10秒的预测垂直速度，然后再写入，如下：

$v_{\mathrm{AP}}=v+A\left[(v+k)\frac{V_{\mathrm{PP}}-V_P}{2V_Y-V_{\mathrm{PP}}}\right]+B\left(V_P\frac{d{V}_P}{\mathrm{dt}}\right)$

即，如果Δt＝10秒：

$v_{\mathrm{AP}}=v+A(v_{10}-v)+B\left(V_P\frac{d{V}_P}{\mathrm{dt}}\right)$

其中：

$v_{10}=v+(v+k)\frac{V_{P10}-V_P}{2V_Y-V_{P10}}$

v₁₀是10秒的瞬时垂直速度v，因此无需考虑校正项或经加权的校正项。

在应用本发明的至少三个实施方式中确定瞬时正确速度V_P的作用特别在于减轻空气速度指示器在低速时的灵敏度损失。

在本发明的第一实施例中，使用已知为全方位大气数据系统(ODAS)的仪器来测量瞬时正确速度，例如在军用直升机中使用的，诸如UH60或在申请人开发的“Dauphin^TM Coast Guard”直升机上实现的相似的设备。

设备具有两个皮托管，这两个皮托管放置在旋转天线的两个相对臂上，所述旋转天线位于叶片平面上方的主旋转翼的旋转轴中心。

如此的设备展现出或多或少不变的灵敏度，并且可以提供设备的旋转平面中空气速度的两个分量，不包括第三分量。

本发明的第二实施例通过使用在申请人名下的文件FR 06/07239中描述的空气速度指示器来测量飞机的速度，尤其，测量低速旋转翼飞机的速度。

该仪器包括以恒定速度旋转的臂，并且配备有两个压力探测器，每个探测器放置在其相应的一个末端处，每个探测器具有关于所述臂的旋转平面对称设置的两个压力进口，因此，能够访问速度相对于大气的所有三个分量。

结果，用这两个设备中的任何一个，诸如压力测量型空气速度指示器，不再是测量低速度静压力和总压力方面的限制因素，所以在以低速前进的同时，可以得到优良正确度的旋转翼飞机的正确速度。

本发明的第三实施例是基于一个假设的，该假设为：当旋转翼飞机的速度正在从最小功率速度V_Y降低到悬停飞行时，风不会改变大小和方向。

能容易地确定经校正的空气速度快于最小功率速度时的风速，由于在第一速度制度中，以及如上所述，来自空气速度指示器的信息是可靠的。因此在进行气压校正之后，空气速度指示器给出经校正的空气速度VC以及正确速度V_P如下：

$V_p=\frac{\mathrm{VC}}{\sqrt{\mathrm{\σ}}}$

然而，在低速下(VC＜V_Y)以及用普通的当今设备，当前可用的仅有的可靠的地面速度测量是通过全球定位系统(GPS)提供的。速度V_P因此可以不再是与通过空气速度指示器传送的经校正的空气速度VC有关的空气压力测量的结果。

在本发明中，并且在如此的情况下，通过从空气速度指示器提供的速度

与GPS提供的地面速度的矢量减法来确定V_P在速度降低到V_Y以下时刻的风

假设在旋转翼飞机到达期间速度

保持恒定，在该到达期间，它的速度从V_Y降低到零，以致然后就估计正确速度V_P为等于矢量和

其中

是在整个第二速度制度下从GPS得到的瞬时地面速度。因此相应的经校正的空气速度VC等于V_P√σ。

因此得到旋转翼飞机的正确速度V_P而与其地面速度无关。但是，应该观察到，在本发明第三实施例中确定的正确速度V_P基本上是二维的，因为GPS提供的地面速度同样是二维的。

有利地，实现旋转翼飞机的方法使之有可能变得知道预测垂直速度，从而纾缓飞机驾驶员和机组人员(通过提供较佳的操作信息以及改进的时间舒适性)，并且减少需要急急忙忙处理紧急情况的概率。

本发明还提供一种预测垂直速度指示器，用于通过实现上述方法而得到旋转翼飞机的预测垂直速度，其特征在于，包括：

·第一装置，用于测量旋转翼飞机的瞬时垂直速度v；

·第二装置，用于测量旋转翼飞机的瞬时正确空气速度V_P；以及

·第三装置，用于计算旋转翼飞机的预测垂直速度V_AP，第三装置首先经由相应的第一和第二连接l1、l2连接到第一和第二装置。

有利地，在所述第一装置上显示通过第三装置经由第三连接l3传送的预测垂直速度V_AP。

此外，以及较佳地，第一装置是常规的垂直速度指示器。

此外，第二装置有利地，但是不完全地，是如同上述前面两个实施例中的空气速度指示器或如同第三实施例中的GPS。具有GPS，任何时候，当经校正的空气速度等于或大于最小功率速度时，正确速度对应于GPS提供的速度和通过取得正确速度和GPS给出的速度之间的差而得到风速的矢量和。

第三装置是根据下列与旋转翼飞机有关的信息来传送预测垂直速度V_AP的计算器：

·瞬时垂直速度；

·瞬时正确速度；以及

·对于最小功率速度V_Y和对于特征常数k确定的值(即，在要求权益的情况中的上述特征常数，对于给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机，该值是一个常数)以及上述常数A和B。

此外，本发明的预测垂直速度指示器有利地和任选地包括第四装置，用于测量旋转翼飞机的瞬时加速度。

第四装置经由连接l4连接到第三装置。

较佳地，第四装置与安排在旋转翼飞机的纵向轴上的加速度计结合。

附图说明

因此，在下面示出较佳实施例的说明、无任何字符限制以及参考附图的情况中，更详细地发表本发明及其优点，其中：

图1是本发明的设备的方框图；以及

图2是概括执行本发明的方法的步骤的图。

在一幅以上的图中示出的各个元件的每一个，都给予相同的标号。

具体实施方式

在图1中图示以及根据本发明的预测垂直速度指示器1是用于确定旋转翼飞机的预测垂直速度V_AP的。预测垂直速度指示器1基于第一装置1’而工作，所述第一装置1’最好由常规的垂直速度指示器构成，并且在常规垂直速度指示器的读出器20上向飞机驾驶员显示预测垂直速度V_AP。

为了这样做，经由第一连接l1把由指示器1’测量的瞬时垂直速度v发送到第三装置3，即计算器，在适当地进行需要的数字处理之后，把传送物以预测垂直速度V_AP在第三连接l3上发送到读出器20，并且在读出器20上显示出来。

此外，预测垂直速度指示器1还包括用于测量旋转翼飞机的瞬时正确速度V_P的第二装置2，所述第二装置经由第二连接l2连接到第三装置3。

在本发明的三个主要实施例中，第二装置2对应于下列仪器：

·或是第一实施例中的全方位大气数据系统；

·或是在第二实施例中如文件FR 06/07239中描述的空气速度指示器；

·否则是GPS，以致如果旋转翼飞机的经校正的空气速度VC小于最小功率速度V_Y，则当经校正的空气速度VC等于最小功率速度V_Y时，旋转翼飞机的正确空气速度V_P对应于GPS提供的地面速度

和通过取得空气速度指示器给出的正确空气速度和GPS给出了速度之间的差得到的风速

的矢量和，要理解，VC＝V_P√σ，其中σ等于环境气氛的相对密度(在所考虑高度处的空气密度ρ除以“标准气氛”中地地平处的空气密度ρ₀的商)。

自然，有可能设想以任何其它仪器来测量正确空气速度而不超越本发明的范围。

此外，第三装置3在存储器中包含了最小功率速度V_Y以及特征常数k的预定值(对于给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机，这些值是常数)以及上述常数A和B。

此外，第四装置4是按需要任选的，用于确定旋转翼飞机的瞬时加速度

(其中t＝时间)。较佳地，但是不完全地，由放置在旋转翼飞机的纵向轴上的加速度计来构成这些装置。第四装置4经由第四连接l4连接到第三装置3。

在第一装置1’的读出器20上显示由第三装置3经由第三连接l3传送的垂直速度V_AP。

在如此的情况下，所述预测垂直速度指示器1实现了图2中所图示的方法。

因此，得到旋转翼飞机的预测垂直速度V_AP的方法的值得注意之处在于连续地执行下列各个步骤：

a)测量旋转翼飞机的瞬时垂直速度v；

b)确定校正垂直速度V_CORR；以及

c)使校正垂直速度V_CORR与瞬时垂直速度v相加以得到所述预测垂直速度V_AP。

有利地，通过垂直速度指示器1’来测量瞬时垂直速度v。

更精确地，在步骤b)期间，在步骤b1)中，确定作为瞬时正确速度V_P、预测正确空气速度V_PP、最小功率速度V_Y、通过垂直速度指示器测量的瞬时垂直速度v的函数的、所测量的瞬时垂直速度v的第一校正、以及表示给定类型的旋转翼飞机的旋转翼飞机特征的常数k。

通过测试并且从与旋转翼飞机的质量无关的、与旋转翼飞机的功率和垂直速度之间的比例比值对应的线性近似来确定特征常数k，以致：

$v=k(\frac{W}{W_n}-1)$

在该关系式中，Wn是指在正确速度V_P时平飞所需要的功率，而W是旋转翼飞机可得到的瞬时功率。

只有满足下面两个条件时，才可应用第一校正：

·在平飞中的经校正的空气速度VC小于接近65节的速度V_Y；以及

·经校正的空气速度VC正在减小。

在这个基础上，并且初始地，确定可应用于垂直速度v的预测校正项C_P1，如下式给出：

$C_{P1}=(v+k)\frac{V_{\mathrm{PP}}-V_P}{2V_Y-V_{\mathrm{PP}}}$

在第一校正的情况中，在通过第一加权系数A(通过测试确定的，并且对于每个类型的旋转翼飞机是特定的)对预测项CP1加权之后的步骤b’1期间，可以任意地作出规定。这个第一加权系数一般接近于一。

因此把经加权的预测项C_PP1写成：

C_PP1＝AxC_P1

在理论上，不需要包括第一加权系数，由于它在理论上等于一。

在如此的情况下，对瞬时垂直速度测量值v的第一校正等于预测项C_P1或经加权的预测项C_PP1。

在对瞬时垂直速度v确定第二校正期间的步骤b)期间，本发明的方法还可包括步骤b2)。

在这个基础上，并且初始地，从下列关系式确定可应用于垂直速度v的校正项C_P2，其中t表示时间：

$C_{P2}=V_P\frac{d{V}_P}{\mathrm{dt}}$

从定义上看，如果假定功率平衡等于符合下列关系式的常数CT，则这与旋转翼飞机的高度变化

相反：

$\frac{1}{2}m{V}_P^2+\mathrm{mgh}+{\∫W}_n+\∫W=\mathrm{CT}$

前面的两个表达式分别表示旋转翼飞机的动能和势能。

在第二校正的情况下，接着可以任意地作出规定，在步骤b2’)期间，以通过实质上等于0.5的第二加权系数B对校正项C_P2进行加权。

因此把经加权的校正项C_PP2写成：

C_PP2＝BxC_P2

结果，对测量到的瞬时垂直速度v的第二校正等于校正项C_P2或经加权的校正项C_PP2。

只要首先单独应用第一校正，其次同时应用第一和第二校正，那么校正垂直速度V_CORR满足下列公式之一：

v_CORR＝C_P1

或v_CORR＝C_PP1

或v_CORR＝C_P1+C_P2

或v_CORR＝C_P1+C_PP2

或v_CORR＝C_PP1+C_P2

或v_CORR＝C_PP1+C_PP2

结果，并且根据情况，在步骤c)中使用的和向飞机驾驶员显示的预测垂直速度V_AP是：

v_AP＝v+C_P1

或v_AP＝v+C_PP1

或v_AP＝v+C_P1+C_P2

或v_AP＝v+C_P1+C_PP2

或v_AP＝v+C_PP1+C_P2

或v_AP＝v+C_PP1+C_PP2

较佳地，通过下列关系式确定预测正确空气速度V_PP：

$V_{\mathrm{PP}}=V_P+\frac{d{V}_P}{\mathrm{dt}}\mathrm{\Δt}$

其中时间间隔t有利地等于10秒。

这个情况导致写出10秒的正确空气速度预报，因此如下：

$V_{P10}=V_P+\left(10x\frac{d{V}_P}{\mathrm{dt}}\right)$

通过举例的方式，因此在大多数一般情况中，把预测达10秒的垂直速度写成如下所示的形式：

$v_{\mathrm{AP}}=v+A\left[(v+k)\frac{V_{\mathrm{PP}}-V_P}{2V_Y-V_{\mathrm{PP}}}\right]+B\left(V_P\frac{d{V}_P}{\mathrm{dt}}\right)$

即，如果t＝10秒：

$v_{\mathrm{AC}}=v+A(v_{10}-v)+B\left(V_P\frac{d{V}_P}{\mathrm{dt}}\right)$

其中：

$v_{10}=v+(v+k)\frac{V_{P10}-V_P}{2V_y-V_{P10}}$

因此v₁₀是预测达10秒的垂直速度v。

自然，在实施本发明时可以使本发明经受许多改变。虽然上面描述了数个实施例，但是很容易理解，并不设想详情地表明所有可能的实施例。自然，有可能设想以等效设备来代替所描述的任何装置而不超越本发明的范围。

只要提高预测速度的正确度，在飞行中用特定旋转翼飞机类型的基准旋转翼飞机来执行特定的实验，以便正确地确定第一和第二加权系数A和B，例如，以代替任意地分别以值1和0.5来设置它们。

实际上，以及在较佳协议的应用中，所述基准旋转翼飞机实质上以最小功率速度V_Y航行，并且还可能以非零的瞬时垂直速度运动，包含的测试在第一时刻t进行，以使旋转翼飞机的前进速度从小于或等于V_Y的瞬时正确速度V_P降低，如果可能的话，同时使发动机功率恒定。

通过要求旋转翼飞机而重复测试，对于每一次测试，以或多或少的恒定速率减速，可以理解，首先，从一个测试到另一个测试，所述减速速率可以是不同的，其次，可以以相同的减速速率进行多次测试，或确实在第一时刻t时，从不同的瞬时正确速度V_P开始。

通过飞机驾驶员把循环杆沿纵向向旋转翼飞机的后方移动而得到每个减速速率。在如此的情况下，使旋转斜盘(swashplate)倾斜，因此旋转翼的旋转平面在使旋转翼飞机取得机首向上的位置的方向上倾斜。

这个动作的效果是在基准旋转翼飞机上施加减速。

此外，在至少10秒的持续期内继续进行每次测试，即，直到第二时刻(t+10秒)，较佳地保留10秒的持续期，以用于预测预测正确空气速度V_PP，然后把它写入表格V_P10。

结果，在每次测试期间，记录下列各量的测量值达至少10秒：

·测试开始时在第一时刻t的瞬时垂直速度v；

·在第二时刻(t+10秒)的垂直速度v等于在第二时刻(t+10秒)的垂直速度V_AP；

·在第一时刻t的瞬时正确速度V_P；以及

·减速

要理解，从其它源(诸如所述旋转翼飞机类型的特征)已知量V_V和K。

此后，计算每次测试的项C_ρ1和C_ρ2，为的是为每次测试建立如下形式的公式：

(AxC_p1)+(BxC_p2)＝v_AP-V

其中：

V_AP等于在第二时刻(t+10秒)测量到的垂直速度v；以及

v等于在第一时刻(t)测量到的垂直速度v。

因此，存在与测试一样多的公式，并且通过不必在这里描述的常规数值方法对所产生的公式系统求解。

对该公式系统求解，因此使之有可能得到第一和第二加权系数A和B。

根据所设想的情况，在下列上述的公式中，同样可以使用这些加权系数：

v_AP＝v+C_PP1(只使用系数A)

v_AP＝v+C_PP2(只使用系数B)

v_AP＝v+C_P1+C_PP2(只使用系数B)

v_AP＝v+C_PP1+C_PP2(只使用系数A)

v_AP＝v+C_PP1+C_PP2(使用系数A和B两者)。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种得到旋转翼飞机的预测垂直速度V_AP的方法，所述预测垂直速度V_AP是旋转翼飞机在没有改变其飞行路径的情况下飞行给定长度的时间后要达到的速度，所述方法的特征在于，连续地执行下列步骤：

a)测量旋转翼飞机的瞬时垂直速度v；

b)使用至少一个预测项C_P1确定校正垂直速度V_CORR；以及

c)使校正垂直速度V_CORR与瞬时垂直速度v相加，以得到所述预测垂直速度V_AP；以及

其中，在步骤b)中，在步骤b1)期间，所述预测项C_P1被确定如下：

$C_{P1}=(v+k)\frac{V_{\mathrm{PP}}-V_P}{2V_Y-V_{\mathrm{PP}}}$

其中：

V_P＝旋转翼飞机的瞬时正确空气速度；

V_PP＝使用下列公式确定的旋转翼飞机的预测正确空气速度，其中t和Δt分别表示时刻和时间间隔：

$V_{\mathrm{PP}}=V_P+\frac{d{V}_P}{\mathrm{dt}}\mathrm{\Δt}$

V_Y＝给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的预定最小功率速度；以及

k＝旋转翼飞机的预定特征常数；

只要满足下述两个条件：

·在平飞中的经校正的空气速度VC小于最小功率速度V_Y；以及

·经校正的空气速度VC正在减小。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在附加步骤b’1)期间，确定经加权的预测项C_PP1，其中A是第一加权系数，以致：

C_PP1＝A×C_P1

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正垂直速度V_CORR等于预测项C_P1，以致由下式给出预测垂直速度V_AP：

v_AP＝v+C_P1

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述校正垂直速度V_CORR等于经加权的预测项C_PP1，以致由下式给出预测垂直速度V_AP：

V_AP＝v+C_PP1

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤b)期间，在步骤b2)中，校正项C_p2被确定如下：

$C_{P2}=V_P\frac{d{V}_P}{\mathrm{dt}}$

其中V_P表示旋转翼飞机的瞬时速度，而

为其瞬时加速度，t是时间。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，一旦已经在步骤b1)期间确定了预测项C_P1，校正垂直速度V_CORR就等于校正项C_P2和预测项C_p1之和，以致预测垂直速度V_AP等于：

v_AP＝v+C_P1+C_P2

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在附加步骤b’1)中确定经加权的预测项C_PP1之后，所述校正垂直速度V_CORR等于校正项C_P2和经加权的预测项C_PP1之和，以致由下式给出预测垂直速度V_AP：

v_AP＝v+C_PP1+C_P2

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在附加步骤b2’)期间，经加权的校正项C_PP2被确定如下，其中B是第二加权系数：

C_PP2＝BxC_P2

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二加权系数B实质上等于0.5。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，一旦已经在步骤b1)期间确定了预测项C_p1，校正垂直速度V_CORR就等于预测项C_p1和经加权的校正项C_PP2之和，以致由下式给出预测垂直速度V_AP：

v_AP＝v+C_P1+C_PP2

11.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在已经在附加步骤b’1)中确定经加权的预测项C_PP1之后，校正垂直速度V_CORR等于经加权的预测项C_PP1和经加权的校正项C_PP2之和，以致由下式给出预测垂直速度V_AP：

v_AP＝v+C_PP1+C_PP2

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间间隔Δt实质上为10秒。

13.如权利要求1到12中任何一项所述的方法，其特征在于，如果旋转翼飞机的经校正的空气速度VC小于最小功率速度V_Y，则通过得到当经校正的空气速度VC等于最小功率速度V_Y时GPS所提供的地面速度

以及风速

的矢量和，来计算所述旋转翼飞机的正确空气速度VP，所述风速是通过求空气速度指示器给出的正确空气速度和GPS给出的速度之差而得到的。

14.一种预测垂直速度指示器(1)，用于得到实现了前述任何一项权利要求所述方法的旋转翼飞机的预测垂直速度V_AP，所述指示器的特征在于，它包括：

·第一装置(1’)，用于测量旋转翼飞机的瞬时垂直速度v；

·第二装置(2)，用于测量旋转翼飞机的瞬时正确空气速度V_P；以及

·第三装置(3)，用于计算旋转翼飞机的预测垂直速度V_AP，第三装置首先经由相应的第一和第二连接(l1，l2)而连接到第一和第二装置，并且在存储器中包含最小功率速度V_Y的预定值以及相对于给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机为常数的特征常数k；并且

第三装置(3)是计算器，尤其基于下列与旋转翼飞机有关的信息来传送预测垂直速度：

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的瞬时垂直速度；

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的瞬时正确空气速度；

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的预定最小功率速度VY；以及

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的预定特征常数k。

15.如权利要求14所述的预测垂直速度指示器(1)，其特征在于，还包括经由第四连接(l4)而连接到第三装置(3)的第四装置(4)，以便测量所述旋转翼飞机的瞬时加速度

16.如权利要求14或15所述的预测垂直速度指示器(1)，其特征在于，在所述第一装置(1’)的读出器(20)上经由第三连接(l3)显示由第三装置(3)传送的预测垂直速度V_AP。

17.如权利要求14到16中任何一项所述的预测垂直速度指示器(1)，其特征在于，所述第二装置(2)是全方位大气数据系统。

18.如权利要求14到16中任何一项所述的预测垂直速度指示器(1)，其特征在于，所述第二装置(2)是包括恒速旋转臂的空气速度指示器，配备有两个压力探测器，每个压力探测器设置在所述臂的相应的一个末端处，每个探测器具有关于臂的旋转平面对称设置的两个压力进口。

19.如权利要求14到16中任何一项所述的预测垂直速度指示器(1)，其特征在于，所述第二装置(2)是GPS，以致如果旋转翼飞机的经校正的空气速度VC小于最小功率速度V_Y，则所述旋转翼飞机的正确空气速度V_P对应于当经校正的空气速度VC等于最小功率速度V_Y时GPS提供的地面速度和风速的矢量和，所述风速

是通过取空气速度指示器给出的速度和GPS给出的速度之差而得到的。

20.如权利要求15所述的预测垂直速度指示器(1)，其特征在于，所述第四装置(4)较佳地是沿旋转翼飞机的纵向轴安排的加速度计。

21.如权利要求14到20中任何一项所述的预测垂直速度指示器(1)，其特征在于，所述第三装置(3)是计算器，用于从下列与旋转翼飞机有关的信息来传送垂直速度：

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的瞬时垂直速度；

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的瞬时正确空气速度；

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的瞬时加速度；

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的预定最小功率速度V_Y；以及

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的特征常数k。

Claims (28)

1.一种得到旋转翼飞机的预测垂直速度V_AP的方法，所述方法的特征在于，连续地执行下列步骤：

a)测量旋转翼飞机的瞬时垂直速度v；

b)根据预测项C_P1确定校正垂直速度V_CORR；以及

c)使校正垂直速度V_CORR与瞬时垂直速度v相加，以得到所述预测垂直速度V_AP；以及

其中，在步骤b)中，在步骤b1)期间，所述预测项C_P1被确定如下：

$C_{P1}=(v+k)\frac{V_{\mathrm{PP}}-V_P}{2V_Y-V_{\mathrm{PP}}}$

其中：

V_P＝旋转翼飞机的瞬时正确空气速度；

V_PP＝使用下列公式确定的旋转翼飞机的预测正确空气速度，其中t和Δt分别表示时刻和时间间隔：

$V_{\mathrm{PP}}=V_P+\frac{d{V}_P}{\mathrm{dt}}\mathrm{\Δt}$

V_Y＝给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的预定最小功率速度；以及

k＝从与旋转翼飞机的功率和垂直速度之间的比例比值对应的线性近似中确定的旋转翼飞机的预定特征常数；

只要满足下述两个条件：

·在平飞中的经校正的空气速度VC小于最小功率速度V_Y；以及

·经校正的空气速度VC正在减小。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在附加步骤b’1)期间，确定经加权的预测项C_PP1，其中A是第一加权系数，以致：

C_PP1＝AxC_P1

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一加权系数A接近于1。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正垂直速度V_CORR等于预测项C_P1，以致由下式给出预测垂直速度V_AP：

v_AP＝v+C_P1

5.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述校正垂直速度V_CORR等于经加权的预测项C_PP1，以致由下式给出预测垂直速度V_AP：

V_AP＝v+C_PP1

6.如权利要求1到3中任何一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)期间，在步骤b2)中，校正项C_p2被确定如下：

$C_{P2}=V_P\frac{{\mathrm{dV}}_P}{\mathrm{dt}}$

其中V_P表示旋转翼飞机的瞬时速度，而

为其瞬时加速度，t是时间。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，一旦已经在步骤b1)期间确定了预测项C_P1，校正垂直速度V_CORR就等于校正项C_P2和预测项C_p1之和，以致预测垂直速度V_AP等于：

v_AP＝v+C_P1+C_P2

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在附加步骤b’1)中确定经加权的预测项C_PP1之后，所述校正垂直速度V_CORR等于校正项C_P2和经加权的预测项C_PP1之和，以致由下式给出预测垂直速度V_AP：

v_AP＝v+C_PP1+C_P2

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在附加步骤b2’)期间，经加权的校正项C_PP2被确定如下，其中B是第二加权系数：

C_PP2＝BxC_P2

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二加权系数B实质上等于0.5。

11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，一旦已经在步骤b1)期间确定了预测项C_p1，校正垂直速度V_CORR就等于预测项C_p1和经加权的校正项C_PP2之和，以致由下式给出预测垂直速度V_AP：

v_AP＝v+C_P1+C_PP2

12.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在已经在附加步骤b’1)中确定经加权的预测项C_PP1之后，校正垂直速度V_CORR等于经加权的预测项C_PP1和经加权的校正项C_PP2之和，以致由下式给出预测垂直速度V_AP：

v_AP＝v+C_PP1+C_PP2

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间间隔Δt实质上为10秒。

14.如前面任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，使用安排在旋转翼飞机的纵向轴上的加速度计来测量加速度

15.如前面任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，使用全方位大气数据系统来测量瞬时正确空气速度V_P。

16.如权利要求1到14中任何一条所述的方法，其特征在于，使用空气速度指示器来测量瞬时正确空气速度V_P，所述空气速度指示器具有恒速旋转的臂，配备有两个压力探测器，每个压力探测器设置在所述臂的相应的一个末端上，每个探测器具有相对于臂的旋转平面对称安排的两个压力进口。

17.如权利要求1到14中任何一项所述的方法，其特征在于，如果旋转翼飞机的经校正的空气速度VC小于最小功率速度V_Y，则通过得到当经校正的空气速度VC等于最小功率速度V_Y时GPS所提供的地面速度

以及风速的矢量和，来计算所述旋转翼飞机的正确空气速度VP，所述风速

是通过求空气速度指示器给出的正确空气速度和GPS给出的速度之差而得到的。

18.如权利要求1到19中任何一项所述的方法，其特征在于，用垂直速度指示器(1’)来测量所述瞬时垂直速度v。

19.如前面任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，使用变换到预测垂直速度指示器(1)的垂直速度指示器(1’)，向飞机驾驶员指示预测垂直速度V_AP。

20.一种预测垂直速度指示器(1)，用于得到实现了前述任何一项权利要求所述方法的旋转翼飞机的预测垂直速度V_AP，所述指示器的特征在于，它包括：

·第一装置(1’)，用于测量旋转翼飞机的瞬时垂直速度v；

·第二装置(2)，用于测量旋转翼飞机的瞬时正确空气速度V_P；以及

·第三装置(3)，用于计算旋转翼飞机的预测垂直速度V_AP，第三装置首先经由相应的第一和第二连接(l1，l2)而连接到第一和第二装置，并且在存储器中包含最小功率速度V_Y的预定值以及相对于给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机为常数的特征常数k；并且

第三装置(3)是计算器，尤其基于下列与旋转翼飞机有关的信息来传送预测垂直速度：

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的瞬时垂直速度；

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的瞬时正确空气速度；

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的预定最小功率速度V_Y；以及

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的预定特征常数k。

21.如权利要求20所述的预测垂直速度指示器(1)，其特征在于，还包括经由第四连接(l4)而连接到第三装置(3)的第四装置(4)，以便测量所述旋转翼飞机的瞬时加速度

22.如权利要求20或21所述的预测垂直速度指示器(1)，其特征在于，在所述第一装置(1’)的读出器(20)上经由第三连接(l3)显示由第三装置(3)传送的预测垂直速度V_AP。

23.如权利要求20到22中任何一项所述的预测垂直速度指示器(1)，其特征在于，所述第一装置(1’)包括常规垂直速度指示器。

24.如权利要求20到23中任何一项所述的预测垂直速度指示器(1)，其特征在于，所述第二装置(2)是全方位大气数据系统。

25.如权利要求20到23中任何一项所述的预测垂直速度指示器(1)，其特征在于，所述第二装置(2)是包括恒速旋转臂的空气速度指示器，配备有两个压力探测器，每个压力探测器设置在所述臂的相应的一个末端处，每个探测器具有关于臂的旋转平面对称设置的两个压力进口。

26.如权利要求20到23中任何一项所述的预测垂直速度指示器(1)，其特征在于，所述第二装置(2)是GPS，以致如果旋转翼飞机的经校正的空气速度VC小于最小功率速度V_Y，则所述旋转翼飞机的正确空气速度V_P对应于当经校正的空气速度VC等于最小功率速度V_Y时GPS提供的地面速度

和风速

的矢量和，所述风速

是通过取空气速度指示器给出的速度和GPS给出的速度之差而得到的。

27.如权利要求21所述的预测垂直速度指示器(1)，其特征在于，所述第四装置(4)较佳地是沿旋转翼飞机的纵向轴安排的加速度计。

28.如权利要求20到27中任何一项所述的预测垂直速度指示器(1)，其特征在于，所述第三装置(3)是计算器，用于从下列与旋转翼飞机有关的信息来传送垂直速度：

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的瞬时垂直速度；

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的瞬时正确空气速度；

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的瞬时加速度；

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的预定最小功率速度V_Y；以及

·给定旋转翼飞机类型的旋转翼飞机的特征常数k。

Images