CN102910284B - 跑道状态确定装置和方法、相关驾驶辅助系统和航空器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机场跑道（12）状态的确定装置和确定方法以及具有所述装置的航空器和航空器驾驶辅助系统。所述方法包括：在航空器在跑道上滑行的阶段期间，采集（A1）与航空器（10）的至少一物理量相关的测量数据；借助所采集的测量数据，获得（A2）所估算的多个跑道附着系数值“μ”，所述多个跑道附着系数值对应航空器滑行的相应的多个时刻；借助所采集的测量数据，获得（A3）对于每个滑行时刻的所述航空器的至少一轮的滑移率值“s”，以便获得（A4）多个[μ,s]对；和通过比较（A5.2）[μ,s]对曲线与至少一预定曲线，确定起落跑道状态。

Description

跑道状态确定装置和方法、相关驾驶辅助系统和航空器
技术领域
本发明涉及跑道状态的确定装置和方法、以及航空器降落和/或起飞辅助系统和方法，并且涉及配有这类装置和系统的航空器。
背景技术
在降落和起飞阶段时，更通常地在飞机滑行阶段时，了解跑道的表面状态是至关重要的。实际上，对飞机制动性能的预测取决于这种了解。因此可以：
－出于安全性考虑，最好地估测使飞机停下所需的距离，
－不会高估使飞机不动所需的该停下距离和因此不会过度地对跑道和飞机的使用操作造成损失。
不过，飞机在所谓被污染的跑道上的制动性能非常难以预测，这是由于以可靠和精确的方式了解跑道状态对飞机减速的作用的困难度，特别是在厚积污染物的情形下就移动和抛射阻力和附着性方面。污染物可以是会沉积在“原始”跑道上的各种元素，例如在前面降落时沉积的胶、油污、在跑道上形成或多或少均匀的一层的雨水、雪、冰等。
对于改进例如在文献FR-2897593中所描述的起落系统，对跑道状态的这类作用的认识会显得是有用的。
对于使飞机起飞安全而言，这种认识同样可显得是重要的，飞机应估测例如不再允许在余下的跑道部分上完全安全地紧急制动的单程（nonretour）跑道点。
用于估测跑道状态的第一种解决方案已实施，但对跑道附着性的测量在现今仍是很困难的、低效的、不可靠的和难以从所采用的测量部件的情况转换到在相同跑道上滑行的飞机的情况。
特别地，完善的和可靠的解决方案应估测跑道状态：
－独立于所使用的测量部件；
－其可为任何其它飞机、特别是由其起落系统使用；
－定期进行更新；
－与跑道的一位置相关联；
－用于跑道的多个点或多个部分，使得覆盖整个跑道；
－不需要关闭跑道。
特别是知晓通过摩擦机器或“mu-meters（摩擦系数测试仪）”对例如拖车或特种车辆的附着性进行测量，其给出一些结果，这些结果并不一致，可能相互间不协调，由于不同的现象标准（échelle）如轮胎性能和负载，对于飞机并不具代表性。这些结果因此并不为其它飞机所利用，而是仅仅由机场内部使用，以获得对跑道损坏情况的指示。
此外，这类测量需要在数分钟期间关闭跑道，考虑到机场中总是较繁重的交通，这会是不利的。因此，通过“mu-meters”对跑道状态的估测通常并不会定时地得到更新。
实际上，还使用通过工作人员在跑道的多个点对跑道进行目测和手动检查，以便获得沿着跑道的污染物的类型和厚度。但这种方法仅仅提供极大地取决于已进行过这种检查的地点的指示。此外，这种方法要求在与机场当前交通量不相兼容的长时间（大约20分钟）期间关闭跑道。因此，对跑道状态的估测并不能通过目测检查定期地得到更新。
还已知实际上是飞机飞行员对飞机制动性能的感觉的“PilotReports（飞行员报告）”（PIREP）或“ReportedBrakingActions（报告的刹车效应）”，其分为几个简单的评估等级：例如，好/好-中/中/中-差/差/零（实际上，按以下英文术语表示：“good”/“good-medium”/“medium”/“medium-poor”/“poor”/“nil”），基于此可手动地通告正临近着陆的飞机。在繁忙交通的机场中，例如每两分钟飞机接继而来，因此获得定期的估测。
然而这种解决方案是主观的，取决于飞机和考虑到轮制动之外的作用（飞行员并不能够识别其飞机的不同制动方式的确切部分：气动阻力、发动机推力或反推力、和轮制动）。
相反地，本发明涉及一种更可靠的、特别是客观性的和代表飞机性能的跑道状态估测解决方案。
在该领域中，已研发出地面延迟适用的分析解决方案，用以后验地估测运行中发生事件或事故时的跑道状态，或用于“实时地”验证试飞。
这些解决方案通常建立在降落时对飞机减速的测量的基础上。继而在地面执行延迟处理，以基于该测得的减速估测跑道的附着性，特别是去除其基于在飞机上或飞机外进行的其它测量的一些模型所产生的污染物和发动机的、气动的作用或分量。
所执行的这些处理考虑到所涉及的飞机类型，因为减速测量仅本身并不允许为另一飞机容易利用。
此外，这些处理时间较长、是手动的和与机场的密集运营不相兼容，其中，在下一趟飞机接着进行在跑道上的滑行阶段或以便着陆或以便起飞之前，要求在短暂期限内对跑道状态进行估测。
此外，从文献US2006/243857中已知用于估测与起落跑道相关的特征的一种方法和一种装置。进行一种实时处理，在该实时处理的过程中，采集和记录飞机或外部的不同参数。基于这些记录的参数，特别是基于飞机的减速Ax、发动机推力A反推力和气动阻力A阻力，实施对仅仅制动所引起的减速的估测。因此，确定一摩擦曲线，以确定是否飞机位于制动极限，和因此对飞行员进行预警。
不过，这些信息并非简单地是可在足够用于通知将进场的飞机的时间内利用的。
在公开文献FR2930669（也以参考号US2009/0292483公布）中，对于当前飞机所获得的这类附着曲线或摩擦曲线（通常在文献中以“frictioncurve”表示）与一组预定附着曲线相比较，以获得跑道状态的表征。
跑道状态确定中的困难性在于：鉴于飞机的物理环境，估计附着系数μ的值，所述物理环境不仅涉及跑道，而且还涉及飞机本身（例如飞机轮胎）。
例如，小飞机可具有的最大附着系数μ在干燥跑道上为1.3而在湿滑跑道上为0.8；而超大型飞机（VeryLargeAircraft，即VLA）所具有的最大附着系数μ在相同的干燥跑道上为0.6而在相同的湿滑跑道上为0.4。
在该示例中，附着系数μ的值0.6并不必然说明是干燥跑道。针对以一定速度、使用特定轮胎和在一定温度下降落的特定飞机，就正是这种情况。
在该示例中，因此可以理解的是，仅仅对附着系数μ的估测并不允许可靠地和精确地使测量值与跑道状态相关联。
发明内容
本发明旨在弥补全部或部分这些缺陷，为此，本发明特别是旨在一种确定起落跑道状态的方法，所述方法包括以下步骤:
－在航空器在所述跑道上滑行的阶段中，采集与航空器的至少一物理量相关的测量数据；
－借助所采集的数据，获得跑道的所估算的多个附着系数值“μ”，所述多个附着系数值对应航空器滑行的相应的多个时刻；
－借助所采集的数据，对于每个所谓滑行时刻获得航空器的至少一轮的滑移率值“s”，以获得多个[μ,s]对;
－通过比较[μ,s]对曲线与至少一预定曲线，确定跑道状态。
本发明提高对跑道状态估测的精确度和可靠性。这尤其是借助于将滑移率与附着性相结合地使用，所述滑移率允许考虑实施所述测量的航空器的制动系统的操作条件。相反地，通过与理论曲线比较所获得的跑道状态证明是独立于如在文献WO96/14564中所描述的例如考虑单一附着性、或者考虑滑行速度（取决于所考虑的飞机）的航空器。
实际上，与附着性相结合的滑移率允许改写（retranscrire）机组人员所要求的制动程度：例如，在跑道上降落的飞行员可立即启动最大制动，继而在数秒后，在看到制动有效的情况下，释放所述制动直到达到所期望的输出。根据本发明，借助μ-滑移率曲线对制动程度的考虑，允许更好地使测得的附着性与跑道的实际状态相关联。
可使得根据本发明用于定性跑道污染状态的跑道状态进一步更加独立于测量在其中进行的航空器。因此，具有与第一航空器不同特征的各种其它航空器可以利用所述跑道状态。
作为说明，跑道状态可具有通过对污染物的类型和厚度识别来表征跑道状态的形式。作为变型，跑道状态可说明跑道的附着性等级。
对跑道状态的确定和估测可特别是在所涉及的航空器内实施，而航空器位于滑行结束的阶段（例如接近其停靠点）。因此，来自于跑道状态的信息可最快地被传输到进场中的航空器。
相应地，本发明还旨在确定起落跑道状态的一种确定装置，包括：
－采集模块，采集模块在航空器在所述跑道上滑行的阶段中采集与航空器的至少一物理量相关的测量数据；
－计算模块，用于借助所采集的数据，获得所估算的跑道的多个附着系数值“μ”，其对应航空器滑行的相应的多个时刻；
－计算模块，用于借助所采集的数据，对于每个所谓滑行时刻获得航空器的至少一轮的滑移率值“s”，以获得多个[μ,s]对;
－确定模块，确定模块通过比较[μ,s]对曲线与至少一预定曲线来确定跑道状态。
有利地，所述确定模块被构型成在一组预定曲线中选择与所述[μ,s]对曲线最接近的预定曲线，其中该组预定曲线每个都与不同的跑道状态相关联。
有利地，所述确定模块被构型成：对于多个附着系数值μ，获得所述[μ,s]对曲线的多个斜率值k，以便获得多个[μ,k]对；和在[μ,k]空间内的一组预定区域中确定大部分所述[μ,k]对的归属区域，其中该组预定区域每个与不同的跑道状态相关联。
有利地，所述预定曲线是参数曲线，和所述确定模块被构型成：根据所述[μ,s]对校正所述参数曲线，和基于经过校正的参数曲线的至少一特征值确定跑道状态。
根据本发明的装置具有与上文所述的方法的优点相类似的优点，特别是更可靠和更精确地提供对跑道状态的估测的优点。
本发明的另一方面涉及一种航空器驾驶辅助系统，特别是用于航空器的降落，包括：给至少一航空器配备的如上文所述的至少一装置；和地面站，所述地面站能够接收通过所述装置确定的跑道状态的信息和能够将该跑道状态的信息传输给至少一其它航空器，特别是进场中的其它航空器。
进场阶段中的航空器对这种信息的利用可以是多样的，例如通过对飞行员显示所述信息或通过使用该信息作为降落辅助系统的输入量。
同样地，本发明还旨在一种航空器驾驶辅助系统，包括：给对应的多个航空器配备的如上文所述的多个跑道状态确定装置；和地面站，用于再传输所述跑道状态，所述地面站能够：
－接收通过所述多个装置确定的跑道状态；
－合并接收到的所述跑道状态；和
－将源自所述合并的至少一跑道状态信息传输给至少一其它航空器，
以便给所述至少一其它航空器提供富含跑道状态的制图。
因此获得对于进场阶段中的航空器而言更好的降落跑道的制图。当然，可设置不同的合并策略和信息的保存，如考虑机场处的气象变化，或甚至信息的使用年数和用相应的更新信息（在跑道上的相同位置）替换所述信息。
相应地，本发明还涉及一种航空器降落辅助方法，所述方法包括涉及以上系统的部件的一些步骤。
本发明的另一方面涉及一航空器，该航空器包括如上文所述的至少一个跑道状态确定装置。
辅助方法和辅助装置、以及航空器具有与前文所展示的确定方法和确定装置的特征和优点相类似的特征和优点。
特别是，在本发明的一实施方式中，通过比较对跑道状态的确定包括：在每个与不同跑道状态相关联的一组预定曲线中，选择与[μ,s]对曲线最为接近的预定曲线。所述选择可建立在计算所述[μ,s]对曲线和每个所述预定曲线之间的距离的基础上，例如，对于所获得的每个滑移率计算附着系数值μ之间的距离L2，或反之亦然，对于所获得的每个附着系数计算滑移率值s之间的距离，或者有利地混合这两种。
因此产生快速的、基于简单操作的确定。
根据一变型，通过比较对跑道状态的确定包括：对于多个附着系数值μ，获得所述[μ,s]对曲线的多个斜率值“k”，以便获得多个[μ,k]对；和在[μ,k]空间内的一组预定区域中确定大部分所述[μ,k]对的归属区域，其中该组预定区域每个与不同的跑道状态相关联。
斜率值可通过围绕所考虑的附着系数值μ的两个或三个相继对之间的简单线性回归获得。
这种设置基于这样的事实：μ-滑移率曲线的斜率极大地与跑道状态相关联，尤其是在不受附着限制的制动区域中。因此，这种设置保证对跑道状态的有效估测。
如在下文中将看到的，考虑环境参数以获得最精确的估测。
特别地，借助在滑行时所采集的测量数据来计算与航空器的轮的轮胎相关的至少一机械硬度值，和借助所述至少一预定曲线确定所述预定区域，所述预定曲线与所计算的机械硬度值相关。
在使用多个预定曲线或斜率“k”的一变型中，预定曲线是参数曲线，和通过比较对跑道状态的确定包括：根据所述[μ,s]对校正（或按英文术语为“fitting”）参数曲线，和基于经过校正的曲线的至少一特征值确定跑道状态。
这种方法允许进一步更精细地确定跑道状态，这特别是因为可考虑经过校正的曲线的多个特征值。
作为示例，表示跑道状态的所述至少一特征值可在包括所述参数曲线的经过校正的参数、最大附着系数值μmax和初始斜率值（即在达到最大附着系数值μmax之前）的组中进行选择。
特别是，经过校正的曲线的所述特征值包括所述经过校正的曲线的最大附着系数值。
在本发明的一实施方式中，所述预定曲线与在所考虑的滑行时刻确定的环境参数和航空器的参数相关。对这些参数的考虑允许最好地细化对跑道状态的估测。
特别地，所述预定曲线呈f(s,μk,μs,a,Fz,cp)的形式，其中，在对应的滑行时刻，μk是动附着系数，μs是静附着系数，a表示航空器的轮的轮胎和起落跑道之间的接触区域，Fz是在轮的轴上施加的垂直负载，和cp是与轮的轮胎相关的机械硬度值。需要注意的是，在[μ,s]曲线中所使用的所述附着系数结合动附着系数和静附着系数。当然，这些不同的参数可借助如在下文所述的所采集的测量数据进行计算。
根据本发明的一具体特征，对于一滑行时刻的航空器的轮的滑移率值“s”通过如下比率的计算获得：
其中，Vx是航空器在该滑行时刻的地速，和Vc是在相同滑行时刻的轮的线速度（即圆周速度）。这类比率的使用允许在对跑道状态的确定中不考虑每种航空器固有的速度。借助[μ,s]曲线所获得的跑道状态因此不受所考虑的航空器的影响。
在本发明的一实施方式中，通过比较对起落跑道状态的确定在多组[μ,s]对上重复，这些组对应不同的滑行阶段。这种方法允许精确地将确定的跑道状态与沿着跑道的多个位置相关联。
因此，被确定的不同跑道状态可与对应相应滑行阶段的不同跑道部分相关联。实际上，即便对于沿着跑道的大量位置获取跑道状态，将考虑使跑道分为三个接续的跑道部分和对于每个所述跑道部分集中这些状态。
根据该设置，跑道状态与航空器在所述跑道上的至少一位置信息相关联。实际上，航空器并非全部都在相同的跑道部分上着陆。因此，将确定的跑道状态与在跑道上的该位置相关联。因此，通过合并这类互补的信息，可获得精确的起落跑道制图。
根据一具体特征，不同的滑行阶段对应相继的不同的时间区间，或航空器所经过的相继的距离区间，或航空器的相继的速度区间。这种设置允许在这些区间上执行计算以确定跑道状态。需要注意的是，如下文所示，通过选择相对小的区间（例如根据区间的性质，5秒，30节，300米），可以对于所述区间仅一次估测平均环境参数（速度、轮胎硬度、温度等），以简化所述至少一预定曲线的应用和计算。
在本发明的一实施方式中，在航空器的一所谓滑行时刻，对于航空器的多个轮中的每个轮，获得由所估测的跑道的附着系数值与滑移率值所组成的对。这种设置允许将所获得的信息与每个轮相关联，特别是用以识别错误的测量/估测，以改进根据本发明的估测的可靠性。每个轮可引起对跑道状态的一估测。不过，优选基于每个轮的[μ,s]曲线进行唯一估测。
附图说明
本发明的其它的特征和优点将在下文通过附图阐述的说明中进一步得到展示，附图中：
－图1表示用于实施本发明的系统的总视图；
－图2是示出两架飞机在同一跑道上的减速和制动能力的差别的线图；
－图3表示对飞机在污染跑道上降落时减速的分解；
－图4示意性地表示本发明对象装置的一示例；
－图5以逻辑图的形式表示根据本发明的处理步骤；
－图6示出在图5的过程中所实施的附着系数-滑移率关系的理论曲线；
－图7示出根据本发明的跑道状态确定的第一实施方式；
－图8示出根据本发明的跑道状态确定的第二实施方式；和
－图9示出根据本发明的跑道状态确定的第三实施方式。
具体实施方式
在图1上，示出在机场跑道12上的滑行/制动阶段末的飞机10。该飞机10配有能够确定跑道12的状态的本发明对象装置14。
通过特别是为此设置的通信连接16，在机上确定跑道状态的飞机10将该跑道状态传输给机场的中心地面站18。作为变型，在飞机10处所进行的测量可被传输到地面站18，地面站实施根据本发明的跑道状态的确定操作。该地面站在进行可能的内部处理后，将跑道状态传输20给处于进场阶段以降落的飞机22或准备起飞的飞机。
飞机22继而在其降落或起飞阶段末作为飞机10工作，以为中心地面站18充实关于跑道状态的补充信息，以便特别地获得总是更加完整的跑道12的制图。
实际上，中心站18采集和记录来自飞机10和前面飞机的所述装置的跑道状态信息，继而将这些信息合并，其它飞机的数据允许重建关于跑道的时间和空间信息。一般性地，该处理和合并阶段在地面实施，以便例如用于进行FOQA（“FlightOperationalQualityAssurance（飞行操作质量保证）”）类型的分析。作为变型，可在飞机22上实施这类阶段，飞机22以非协作的方式获得（例如同一公司的）已经着陆的其它飞机的数据。
如在下文中将看见的，根据本发明的一实施例的跑道状态确定使如下数值参与：
－在不同滑行时刻的附着（或摩擦）系数“μ”；和
－在这些相同时刻的滑移率“s”。
如在公开文献FR2930669中所述及的，在所述确定中使用的附着系数可基于以下因素计算或与以下因素相关联：
－飞机10在跑道12上的位置；
－在测量（或估测）附着性期间飞机的速度；和
－所谓污染阻力的存在。
涉及到飞机位置，不是所有飞机都在整个跑道长度上滑行，对附着性和因此对跑道状态的描述与在跑道上的至少纵向的、甚至侧向的位置相关联，以对跑道12进行制图。
涉及到在测量（或估测）附着性期间飞机的速度，通常，当飞机相对于地面的速度降低时，该附着力增大。此外，根据污染物的类型和厚度，对于大于一阈值（其从一架飞机到另一架飞机是可变化的）的速度（地速），会遇到侧滑或等同的现象，对于所述速度，该附着性是几乎不存在的。其结果在图2上提供的测试足够清楚地示出速度的影响。在该测试中，A320（商业名称）类型的单通道飞机Av1在被厚度为1/4＇＇（即大约6.5mm）的水污染的跑道上降落。该飞机Av1将在跑道的最初1200m上，以大约0.1到0.3的附着系数μ停下（规定的“water1/4＇＇”模型，由飞行员报告为“中”到“差”的等级）。A380（商业名称）类型的超大型飞机Av2刚好在飞机Av1之后在相同的跑道状态上着陆。所述超大型飞机由于其更大的进场速度，以大约0.05的附着系数（等级“差”甚至“零”），在1200m上经历侧滑。如果不考虑这种速度效应，因此观察到在相同的跑道部分上两架不同飞机附着性之间为2到6倍。因此，在根据本示例进行处理时，对与飞机地速相关的、优选地与同时间的关联性相关的测量数据进行处理。
最后，涉及所谓污染阻力的存在，所述阻力可以是污染物投掷、移动或压缩所产生的，当飞机在一定厚度的污染物上/中滑行时这些阻力有助于飞机减速。不考虑这些阻力的事实会具有高估跑道附着性、因此对于下一架飞机高估减速能力的风险。实际上，这些阻力和其影响从一架飞机到另一架飞机根据例如飞机大小、机翼高度或起落架结构，是变化的，使得这些阻力会构成减速作用力的重要部分，或相反地显得是可忽略的。在图3上，示出将飞机10在污染跑道12上降落时的减速30分解为发动机推力32（或反推力）、轮处的制动力34、气动阻力36和污染阻力38。可以看见，污染阻力38的作用会高达超过50m.s－1的高速飞机的总减速的10%，因此对一定米数的停下距离有影响。
在图4上，示意性地示出配备于飞机10的本发明对象装置14的一示例。
装置14包括与一估测和计算模块42相连接的多个测量系统401、402、……、40n。
特别地，所述装置包括：一个或多个ADIRS惯性测量中心仪401，（ADIRS指“AirDataInertialReferenceSystem(大气资料惯性基准系统)”），所述惯性测量中心仪给模块42提供航空器的地速、位置、加速和温度的测量值；FMS飞行管理系统402（FMS指“FlightManagementSystem”）；轮胎物理量（内部温度、内部压力）估测设备403；GPS模块40n，其提供飞机10的位置。
还设置有与计算模块42相连接的机场数据库44。该数据库44或OANS机载机场导航系统（OANS指“On-boardAirportNavigationSystem”）给模块42提供机场基础数据（例如海拔高度）和跑道数据（GPS位置、朝向、斜度）。作为变型，FMS飞行管理系统402可提供这类数据。
一般性地，可提供和使用许多数据来改进或细化下文所描述的理论模型、曲线和其它算法。作为说明，模块42（从机场44或飞机的其它模块40i）接收飞机10的重心CG的定位、跑道12的坡度、外部温度、风的数据（风力和风向）、速度（地速、实际和校准的气动力；轮）、海拔高度数据（压力，……）、飞机10的质量、机场数据、所使用的跑道数据特别是跑道的GPS坐标、飞机的GPS位置数据、发动机的控制参数、制动踏板压下信息、活动表面的状态（如机翼增升装置、升降舵、空气制动器、副翼）、与轮胎相关的测量信息（内部温度和内部压力）、例如代表主起落架在跑道上接触和发动机后推力门打开的布尔信息等。
可以注意到，所有这些数据或这些数据的一部分、主要是与例如外部条件或飞机10的动态数据有关的数据，根据特别是在飞机滑行期间的时间进行更新：速度、发动机推力水平、风、轮胎压力和温度等。因而考虑对所测得数据自动计时（horodater），以方便在相同时刻将某些测量值与飞机10的地速相对照。
在着陆中的飞机10的滑行和制动阶段，例如直到大约10节（即18.52km.h-1）的速度阈值期间，执行这些测量。特别地，可自飞机10达到在机场上方的预定海拔高度起，就启动测量和对所测得数据的记录。作为变型，对飞机10在跑道12上的首次接触的探测可启动对所测得数据的记录。
估测和计算模块42继而根据在下文、特别是结合图5所描述的的不同步骤对全部或部分这些数据进行处理。自飞机10的地速达到一阈值、这里是20节即大约为37km.h-1起，就启动对所测得数据的处理。这允许一下子处理所有收集的数据。
通过该计算模块42进行的跑道12状态估测的机载处理的结果以一个或多个如下信息的形式提供：
－跑道附着等级。该信息可以是在上述等级（“好”/“好-中”/“中”/“中-差”/“差”/“零”，或在0到5之间的数字代码）中的一确定的等级；
－所遇的跑道状态（如果根据在装置14中所实施的算法是公认的）的简要表征，特别是所探测到的污染物的表征，例如DRY（用于表示干燥跑道）、WET（用于表示湿滑跑道）、WATER1/4＇＇（用于表示6.3mm的水）、WATER1/2＇＇（用于表示12.7mm的水）、SLUSH1/4＇＇（用于表示6.3mm的融雪）、SLUSH1/2＇＇（用于表示12.7mm的融雪）、COMPACTEDSNOW（用于表示压实积雪）和ICY（用于表示冰），这种对跑道状态（通常是污染物的类型和厚度）的命名来自于已知的术语。
确定的这些跑道状态信息的显示46在飞机10的驾驶舱中实施。飞行员然后相对于其判断和其视觉数据、即某种程度上根据其“ReportedBrakingAction”自动作用，确认48或不确认所显示的这些数据。继而由飞行员确认的跑道状态信息通过传统通道、例如射频，向机场控制和管理中心传输50到飞机10外部。
作为变型，跑道状态信息的传输50可以是自动的，不需要飞行员的确认。
在飞机10中执行所计算得的信息的可能的存储52。
现在参照图5到图9描述在进场和在跑道12上降落的阶段期间在飞机10上所执行的处理的一示例。
在着陆前的飞机10的进场阶段中实施的和未显示的步骤A0时，跑道12的状态的估测数据由机载系统通过与机场通讯来采集。这些数据特别是由已着陆的多架飞机所提供的多个跑道状态信息的合并产生。该合并允许提供跑道状态的时间和空间变化，以由飞行员手动使用或如有需要由“Brake-To-Vacate（滑跑偏离刹车系统）”类型的着陆辅助系统（允许飞行员指示和达到跑道12的滑行道的系统）自动地使用。
例如，如后向飞机10的飞行员的文字显示，对于一机场和一给定跑道32R明确前面两架飞机——这里是一架A330（商业名称）和其后跟随如上文所述的一架Av1飞机——对跑道12的三个跑道部分的估测：
LFBO/32R
A330/10h32GMT/xx/WET/WET
A320/10h39GMT/WET/WET/xx
作为变型，例如，可在数据的空间和时间合并后，通过特别是使用用于显示跑道的多个部分的状态的颜色代码提供在机场地图上的图形显示。
数据采集步骤A1部分地在飞机10在跑道12上接触之前进行，特别是用以采集静态数据（位置、海拔高度、和跑道坡度；飞机质量等），和部分地在接触后当飞机10在跑道12上的严格意义上的滑行和制动阶段时进行，用以采集取决于时间的动态数据。在飞机减速时，直到例如10节的阈值地速，实施后一种采集。这些数据可经过过滤，以消除测量和仪表固有的噪音部分，和/或识别某些序列（例如侧滑、稳定区域）和/或如果需要根据区域进行特定的处理（例如区分过渡区（transitoire）和稳定区域）。
因此，在滑行中在每个时间间距、例如每0.1秒测量或计算与飞机的至少一物理量相关的不同数据。
该步骤A1例如包括：
－采集飞机10的减速度、地速Vx和位置（纬度和经度）；
－或者以总体的方式、或者对于每个轮，采集和/或计算施加于飞机轮的垂直负载Fz。例如，可在每个轮处设置合适的传感器，用以确定在其上所施加的垂直负载。作为变型，总体确定可建立在使用负载分布模型的基础上，使得将飞机的重量和可能的垂直气动负载分布在每个起落架上和在每个起落架的每个轮上；
－或者以整体的方式、或者对于每个轮，采集和/或计算制动力。可借助公式Fb=T/Rr实施对在每个轮处的制动力Fb的计算，在所述公式中，T是通过制动系统施加的和在每个轮处通过合适的传感器可测量的力矩，和Rr表示轮的动态滑行半径（例如根据考虑轮胎特性如轮胎挤压的模型）。作为变型，如在图3上所示，可通过使用力的平衡，对于轮以整体的方式计算制动力Fb。知晓的是ma=T－Daero－Fb－Dcont－msinγ，其中，m是飞机10的质量，a是加速度（或减速度），T是发动机推力（例如通过油门操纵杆的位置和发动机参数如发动机工况N1获得），Daero是气动阻力（例如基于多种参数例如入射角α，纵倾角θ，空气制动器的输出信息通过建模获得），Dcont是产生于跑道污染物的阻力（例如基于对应报告的一跑道状态的一跑道曲线）和γ是跑道的坡度；
－采集每个轮的速度，例如转速ω或由转速直接得出的圆周速度Vc（Vc=ω.Rr，其中Rr是轮/轮胎的动态滑行半径）；
－采集与跑道环境相关的数据，例如周围环境温度，跑道涂层的类型和结构（texture）；
－采集与轮胎相关的数据，例如轮胎的类型和特性（机械硬度特性、挤压特性、热特征等）和动态值（轮胎的内部压力、内部温度）。
在步骤A2，在每个时间间距，通过公式估算跑道12的附着系数μ。因此，根据作用力Fb和Fz的计算原点，从该步骤A2得出或者用于所有轮的总附着系数、或者用于每个所考虑的轮i的附着系数μi。
这里可以注意到，借助对所测得数据的自动计时，容易在附着曲线的这样估算的每个附着系数和飞机10在跑道12上的对应位置之间建立联系。作为变型，可使用“FlightPathReconstruction（飞行轨迹重构）”即FPR类型的技术，所述技术例如通过允许利用恒定的或相对的偏差来减少测量错误，允许保证所测得数据从运动学的角度来看是一致的。
但是，所估算的附着系数可产生于两种不同的限制：当跑道的滑行或附着状态限制制动时的所谓的附着限制；和当在对应的操纵机构处所需的整个制动力矩释放时的另一所谓力矩限制。这些限制通过计算滑移率（按英文术语为“slipratio”）“s”来识别，如参照图6在下文中所说明的。
因此，步骤A3在于：对于每个时间间距计算滑移率“s”：其中，Vx是航空器在该滑行时刻的地速，和Vc是轮在相同滑行时刻的线速度（即圆周速度）。因此，对于给定的滑行时刻，获得多个滑移率{sj}，其中对于飞机10的每个轮j有一个。
滑移率“s”代表飞机的制动系统的操作条件。实际上，s在0和1之间变化，其中，0表示轮自由转动（Vc=Vx），1表示轮被锁定（Vc=0）。
在下一步骤A4，将摩擦系数μ与滑移率s组合，以对于不同滑行时刻获得一组[μ,s]对。如果对于每个轮执行测量和计算（{μi}和{sj}），那么对于相同的滑行时刻获得多对[μi，si]i，i识别飞机的轮。
图6示出关系式μ=f(s)的一理论曲线示例。
对于最优的滑移率Sopt，该曲线具有最大附着系数值μmax。
可借助该图对两种类型的制动进行说明。
对于小于Sopt的滑移率（图上左侧部分），制动是有效的，其在于：通过轮胎附着所获得的减速对应飞行员所要求的减速。这就称为不受附着限制的制动（“nonfrictionlimited（非受限摩擦）”）。在该区域中，如果飞行员增加制动压力，附着性和减速得到提高。
对于大于Sopt的滑移率（图上右侧部分），制动是所谓受附着限制的（“frictionlimited（受限摩擦）”）。在跑道上的附着并不足以提供所要求的减速。在此情形下，通常实施一种防滑机构（“anti-skid”），用以调节制动压力和提供可能的最优减速，如果可能到μmax的水平。在该受限摩擦区域中，附加的制动压力进一步降低制动（附着性减小）。
根据本发明考虑附着性μ和滑移率s之间的关系（即制动系统的操作性能），与使用唯一附着系数相比较，允许细化对跑道状态的估测。
由于附着性和滑移率与飞机10的速度极大地相关联，按区间实施[μ,s]对的后面处理，在其中可考虑平均速度。此外，这种按区间的方法允许考虑这样的事实：跑道状态可能沿跑道并不是均匀的。
根据多种变型，这可涉及时间区间（例如，滑行阶段分为5秒的区间）、米数区间（例如，滑行阶段分为300米的滑行区段）或者速度区间（例如，滑行阶段分为例如150-120节、继而120-90节等的速度区间）。在下文仅仅出于说明目的所进行的阐释中，将参照速度区间进行。
但在分为区间的变型中，附着系数μ可被视为滑移率和所述速度的函数。对如在下文中所述的类似的预定理论曲线的识别在此情形下将在三维空间中进行。
在步骤A5，将对于所考虑的速度区间的[μ，s]对（必要时考虑所有轮）的曲线与至少一预定理论曲线比较，以确定跑道状态。可实施不同的方法，如在下文中参照图7到图9所示。
在第一子步骤A5.1时，建立μ-s理论关系。例如，所述理论关系可建立在以名称BrushModel（刷式模型）已知的跑道-轮胎接触理论的基础上。该理论模型将滑行时飞机的当前环境参数作为输入量，所述当前环境参数例如轮胎的机械特性、周围环境温度、跑道涂层的结构、飞机的地速、轮的滑移率、每个轮的轮胎的压力、每个轮上的垂直负载。
这些不同参数在每个滑行时刻进行采集、计算或估测（或对于所考虑的速度区间，以总体的方式），因此建立跑道-轮胎接触模型。
作为说明，该模型是呈f(s,μk,μs,a,Fz,cp)的形式，其中，在对应的滑行时刻，μk是动附着系数，μs是静附着系数，a表示航空器的轮的轮胎和跑道之间的接触长度，Fz是在轮的轴上施加的垂直负载，和cp是与轮的轮胎相关的机械硬度值。需要注意的是，上面指出的附着系数μ结合了动系数和静系数。
因此，通过使滑移率s变化和通过使用所测量或计算的其它值，可对于一组条件获得一μ-s理论曲线。
此外，可借助轮的摩擦学和结构力学技术细化该模型。例如，动附着系数可如下进行细化：
μ k = f ( E , V s , T , P , Δ h l )
其中，E是与轮胎的滚动带的材料（橡胶）有关的杨氏模量，Vs是滑移速度（Vx－Vc），T是周围环境温度，P是在轮胎表面-跑道处的接触压力（例如通过测量轮胎的内部压力和压力在轮胎的接触长度上的分布的建模获得），和是对跑道表面的宏观结构的测量（基于对该结构的认识或对结构的假设）。
此外，对轮胎结构的认识允许使接触区域的长度的值a细化：a=f(Fz,Pt)，其中，Pt是所考虑的轮胎的内部空气压力；同样地，轮胎的机械硬度cp=f(E,Fz,Pt)。
最后，材料（橡胶）的机械特性可根据操作环境变化。对上述参数的细化在于确定：Tr是所述材料的内部温度。
通过结合所有这些建模元素，可获得一种复杂的模型，所述复杂的模型能够根据环境条件（温度、跑道涂层的特性、污染物、轮胎类型）和飞机的当前操作条件（速度、垂直负载、轮胎的压力和温度），预测制动系统的响应（即曲线μ=f(s)）。
该理论模型因此在步骤A5.2使用，以对于对应所考虑的速度区间的每个跑道部分确定跑道状态。
该确定建立在这样的事实的基础上：μ-s曲线根据跑道状态（即在跑道上的滑行能力）变化。
图7示出该确定的第一实施方式。
在前述模型的基础上，借助在所考虑的区间上的平均速度，和根据不同的理想的跑道状态（例如在本图情形中的压实积雪、冰、湿滑和干燥）预先建立多条理论曲线μ-s。
在该实施方式中，通过比较对跑道状态的确定包括：在该组预定曲线之间选择最接近在步骤A4获得的[μ,s]对的曲线的预定曲线，其中该组预定曲线中的每个与不同的跑道状态相关联。
因此，将[μ,s]点与这些不同的理论曲线比较，例如通过计算这些点和它们在不同的理论曲线上的对应点之间的距离L2，以确定与所获得的测量和计算最相似的曲线。
在本示例中，对应“湿滑”跑道状态的曲线与所获得的[μ,s]对最相似。
因此，对于所考虑的区间获得一跑道状态，其可与在跑道上的一特定位置相关联。
对于每个速度区间重复进行这种比较（可在此时重新计算理论曲线，以考虑该区间所固有的操作和环境条件），以对于沿跑道的一些对应位置获得一组跑道状态。
图8示出该确定的第二实施方式，其基于曲线μ=f(s)的初始斜率“k”（即对于s<sopt区域的斜率）。
该第二实施方式实际上基于这样的认识：该初始斜率（通常在制动以着陆时，飞行员保持在不受附着限制的区域中）极大地与跑道状态相关联：斜率越小，跑道越滑。
因此，首先对于所考虑的速度区间，在前述模型的基础上确定理论曲线，继而确定通过其初始斜率k所取的区域。该图示出在k-μ空间中的这些区域。
显示的是，该初始斜率还取决于轮胎的机械硬度（其取决于轮胎的类型、温度、跑道涂层的质地和飞机的速度）。因此，为改进对跑道状态探测的精确性，设置使这些预定区域借助所述至少一预定曲线（理论模型）来确定，所述预定曲线与所计算出的机械硬度值相关。
在该实施方式中，本发明因而提出对于多个附着系数值μ，获得在步骤A4所计算出的[μ,s]对的曲线的多个斜率值“k”，以获得多个[μ,k]对。斜率k可通过围绕所考虑的一附着系数值μ在相继的[μ,k]对之间的线性回归获得。
继而，本发明包括在[μ,k]空间中的每个与不同跑道状态相关联的一组预定区域中确定大部分所述[μ,k]对的归属区域。
在该图的示例中，对于当前速度区间的所有斜率k都位于对应“压实积雪”跑道状态的区域中。
因此，对于所考虑的速度区间获得一跑道状态，所述跑道状态与在跑道上的一特定位置相关联。
对于每个速度区间重复该方法（在此时重新计算理论区域），以对于沿跑道的相应位置获得一组跑道状态。
图9示出所述确定的第三实施方式，其基于根据在步骤A4所计算的[μ,s]对校正理论模型。
因此，预定的理论模型或曲线是参数曲线，参数曲线的一部分参数对于所考虑的区间是固定的（例如温度、平均速度、接触压力等），通过比较对跑道状态的确定包括：根据所述[μ,s]对校正（或按英文术语为“fitting”）参数曲线，和基于所校正曲线的至少一特征值确定跑道状态。
该特征值可以是多样性质，例如所述参数曲线的经过校正的参数μk、最大附着系数值μmax或初始斜率值。作为说明，将最大附着系数值μmax视为特征值，在该特征值的基础上实施对跑道状态的确定。
在考虑飞机、轮胎和跑道的物理条件时，该最大值实际上与跑道状态直接相关联（这是在前述的理论模型中的情形）。
使用参数模型的常见校正技术来使上述理论模型适合于在步骤A4所获得的[μ,s]对。因此，获得理论模型的未知参数（特别是μk）。
如在该图上所示的，一旦所有参数已知，则计算该校正模型的曲线的最大μmax，继而将该最大μmax与一些数值区间进行比较，每个所述数值区间对应跑道的不同理论状态（在本例中，μmax对应结冰的跑道）。
因此对于所考虑的区间获得一跑道状态，所述跑道状态可与在跑道上的一特定位置相关联。
对于每个速度区间重复该方法（因而在此时更新理论模型的某些参数，例如平均速度），以便对于沿跑道的对应位置获得一组跑道状态。
考虑到在这三种实施方式中对于沿着跑道的不同位置可获得的大数量的跑道状态，可对于所述跑道的三个不同部分例如跑道的第一三分之一部分、中间部分和跑道的最后三分之一部分将这些跑道状态进行集中。这种集中可在于简单地保留这样的跑道状态：其在对应所考虑的跑道部分内的位置的跑道状态中出现最多。
当然，可单独地、相组合地实施在前文所述的图7到图9的各种方法，或者所述各种方法构成相互的校验方式。
如上文所述，本发明因此允许通过考虑制动系统的操作性能、在制动阶段飞机的、跑道的物理条件、与轮胎的静态特征和动态特征，来估测跑道状态。
在跑道上的滑行时期结束时（例如从某一阈值地速起），所估算的数据因而自动地在步骤A6进行记录。
继而在步骤A7，如有可能根据飞行员的动作，在飞机10的驾驶舱的屏幕上显示估测结果。飞行员因此可接收一个或多个以下的信息：
－跑道的附着等级，如有需要，将该附着等级与所涉及的跑道部分相联系；和
－所遇到的跑道状态的简要表征。
根据确认向飞行员提供的跑道状态信息的全部或部分的飞行员动作，所述信息在步骤A8被传输到飞机外部（例如机场控制中心或进场中的飞机），这些信息伴随有所获估测的质量。
数据的传输可通过无线电或经过如ACARS（按英文术语“AircraftCommunicationsAddressingandReportingSystem(飞机通信寻址与报告系统)）的系统执行。
在对应图2的飞机Av2的上述示例中，在一跑道部分上清楚地识别出跑道状态（这里是从界限起的400m到2000m）。
所传输的信息因而可具有以下的形式：
机场XXX，跑道YYY，飞机ZZZ
日期，时间
从接触起的400m-2000m
识别为水（WATER）1/4＇＇的跑道状态
前文的示例仅仅是本发明的一些实施方式，而本发明并不局限于这些实施方式。

Claims (18)

1.跑道(12)状态的确定方法，其特征在于，确定方法包括以下步骤：
－在航空器在所述跑道上滑行的阶段期间，采集(A1)与所述航空器(10)的至少一物理量相关的测量数据；
－借助所采集的测量数据，获得(A2)所估测的跑道的多个附着系数值μ，所述多个附着系数值对应航空器的相应的多个滑行时刻；
－借助所采集的测量数据，对于每个滑行时刻获得(A3)所述航空器的至少一轮的滑移率值s，以便获得(A4)多个[μ,s]对；
－通过比较(A5.2)[μ,s]对曲线与至少一预定曲线，确定跑道状态；
所述预定曲线呈f(s,μk,μs,a,Fz,cp)的形式，其中，在对应的滑行时刻，μk是动附着系数，μs是静附着系数，a表示航空器的轮的轮胎和跑道之间的接触区域，Fz是在轮的轴上施加的垂直负载，cp是与轮的轮胎相关的机械硬度值。
2.根据权利要求1所述的跑道状态的确定方法，其特征在于，通过比较对跑道状态的确定包括：在一组预定曲线中，选择与所述[μ,s]对曲线最接近的预定曲线，其中该组预定曲线每个都与不同的跑道状态相关联。
3.根据权利要求1所述的跑道状态的确定方法，其特征在于，通过比较对跑道状态的确定包括：对于多个附着系数值μ，获得所述[μ,s]对曲线的多个斜率值k，以便获得多个[μ,k]对；并在[μ,k]空间内的一组预定区域中确定大部分所述[μ,k]对的归属区域，其中该组预定区域每个与不同的跑道状态相关联。
4.根据权利要求3所述的跑道状态的确定方法，其特征在于，借助滑行时所采集的测量数据计算与航空器的轮的轮胎相关的至少一机械硬度值，并借助所述至少一预定曲线确定所述预定区域，所述至少一预定曲线与所计算的机械硬度值相关。
5.根据权利要求1所述的跑道状态的确定方法，其特征在于，所述预定曲线是参数曲线，并且通过比较对跑道状态的确定包括：根据所述[μ,s]对校正所述参数曲线，并基于经过校正的参数曲线的至少一特征值确定跑道状态。
6.根据权利要求5所述的跑道状态的确定方法，其特征在于，表示跑道状态的所述至少一特征值在包括所述参数曲线的经过校正的参数、最大附着系数值μmax和初始斜率值的组中进行选择。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的跑道状态的确定方法，其特征在于，对于一滑行时刻的航空器的轮的滑移率值s通过计算如下比率获得：其中，Vx是航空器在所述滑行时刻的地速，并且Vc是在相同滑行时刻的轮的线速度。
8.根据权利要求1到6中任一项所述的跑道状态的确定方法，其特征在于，通过比较对跑道状态的确定在多组[μ,s]对上重复，所述多组[μ,s]对对应于不同的滑行阶段。
9.根据权利要求8所述的跑道状态的确定方法，其特征在于，被确定的不同跑道状态与对应相应滑行阶段的不同跑道部分相关联。
10.根据权利要求1到6中任一项所述的跑道状态的确定方法，其特征在于，不同的滑行阶段对应相继的不同的时间区间、或航空器所经过的相继的距离区间、或航空器的相继的速度区间。
11.跑道(12)状态确定装置(14)，其特征在于，所述跑道状态确定装置包括：
－采集模块(401，402，403，40n)，所述采集模块在航空器(10)在所述跑道上滑行的阶段期间采集与所述航空器的至少一物理量相关的测量数据；
－计算模块，用于借助所采集的测量数据，获得跑道的估算的多个附着系数值μ，所述多个附着系数值对应航空器的相应的多个滑行时刻；
－计算模块，用于借助所采集的测量数据，对于每个滑行时刻获得航空器的至少一轮的滑移率值s，以便获得多个[μ,s]对；
－确定模块，所述确定模块通过比较[μ,s]对曲线与至少一预定曲线来确定跑道状态；
所述预定曲线呈f(s,μk,μs,a,Fz,cp)的形式，其中，在对应的滑行时刻，μk是动附着系数，μs是静附着系数，a表示航空器的轮的轮胎和跑道之间的接触区域，Fz是在轮的轴上施加的垂直负载，cp是与轮的轮胎相关的机械硬度值。
12.根据权利要求11所述的跑道状态确定装置，其特征在于，所述确定模块被构型成在一组预定曲线中选择与所述[μ,s]对曲线最接近的预定曲线，其中该组预定曲线每个都与不同的跑道状态相关联。
13.根据权利要求11所述的跑道状态确定装置，其特征在于，所述确定模块被构型成：对于多个附着系数值μ，获得所述[μ,s]对曲线的多个斜率值k，以便获得多个[μ,k]对；并在[μ,k]空间内的一组预定区域中确定大部分所述[μ,k]对的归属区域，其中该组预定区域每个与不同的跑道状态相关联。
14.根据权利要求11所述的跑道状态确定装置，其特征在于，所述预定曲线是参数曲线，所述确定模块被构型成：根据所述[μ,s]对校正所述参数曲线，并基于经过校正的参数曲线的至少一特征值确定跑道状态。
15.航空器(10)，其特征在于，所述航空器包括至少一个根据权利要求11到14中任一项所述的跑道状态确定装置。
16.航空器驾驶辅助系统，其特征在于，所述航空器驾驶辅助系统包括：至少一个根据权利要求11到14中任一项所述的跑道状态确定装置(14)，跑道状态确定装置配备于至少一航空器(10)；和地面站(18)，地面站适于接收由所述跑道状态确定装置所确定的跑道状态的信息并适于将所述跑道状态的信息传输给进场阶段中的至少一其它航空器(22)。
17.航空器驾驶辅助系统，其特征在于，所述航空器驾驶辅助系统包括：配备于对应的多个航空器的多个根据权利要求11到14中任一项所述的跑道状态确定装置；和地面站，用于再传输所述跑道状态，所述地面站适于：
－接收通过多个跑道状态确定装置确定的跑道状态；
－合并接收到的所述跑道状态；和
－将源自合并的至少一跑道状态信息传输给至少一其它航空器，
以便给所述至少一其它航空器提供富含跑道状态的制图。
18.根据权利要求16或17所述的航空器驾驶辅助系统，其特征在于，所述航空器驾驶辅助系统用于航空器的降落。
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