CN103247089A - 用于实时飞机性能监视的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定飞机燃油里程性能的计算机设备和方法。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述处理器被设为与所述存储器进行通信并且被配置来发出存储在所述存储器中的多个指令。所述指令发出信号以在飞机飞行期间接收实时飞机数据，并处理所述实时数据以确定实时飞机质量数据。执行计算以基于所确定的实时飞机质量数据来确定飞机的实时燃油里程性能。

Description

用于实时飞机性能监视的系统和方法

发明人：Thomas Horsager

Michael Haukom

William Baumgarten

Matthew Hansen

Kenneth Freeman

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年2月3日提交的美国专利申请序列号61/594,761的优先权，其内容以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于实时飞机性能监视的系统和方法，更具体地来说，涉及优化燃油里程性能。

背景技术

燃油使用是航空业的主要运营成本之一，并且相应地优化燃油里程性能，即燃油效率是优先考虑的事。可以在新飞机的制造过程中增加燃油效率，并且燃油效率可以包括更高效的引擎设计、更轻的设计材料和改进的空气动力学性能，然而对于现存的飞机来说，增加燃油效率已被证明是困难的。

使用常规技术来提高燃油效率的现有飞机通常以指定的飞行包络飞行，该指定的飞行包络取决于飞机的当前总重量或质量、环境数据和性能参数(例如速度和高度)。具体来说，飞行员随着因燃油消耗而质量减少来调整飞机的高度和巡航速度，这进而优化燃油效率。最优巡航速度是根据由燃油效率导出的成本计划来确定的。成本计划具有由航空公司计算且平衡时间和燃油成本的成本指数。例如，随着燃油成本增加，成本指数下降并导致更低(即更慢)的最优巡航速度。

然而，由于质量变化和环境数据假设的计算不精确，计算燃油里程性能的常规技术经常是不精确的。例如，飞行机组人员通常从实际和估算的质量的组合导出飞机的飞行前质量。该飞行前质量被输入到飞行计算机，飞行计算机根据预先编程的算法来调整飞行剖面，这些预先编程的算法可以考虑到因飞行过程中的燃油消耗所导致的质量变化。然而，这些预先编程的算法依赖于经常导致计算的条件与实际条件(包括质量和环境条件)之间的变化的统计模型。

尝试计算燃油里程性能的其他常规技术出现在飞行后。例如，一些航空公司以人工方式跟踪每次飞行结束时所消耗的燃油。然而，该方法无法帮助在飞行过程中优化燃油效率，因为其仅在飞行后测量燃油里程性能。

显然，在本领域中，需要经由实时飞机性能监视来提高飞机燃油效率的改进的系统和方法。而且，需要使用实时飞机性能监视来更精确地确定质量，进而提高燃油里程性能，例如燃油效率。再者，需要以实时方式更精确地监视影响燃油里程性能的其他因素，如环境条件。

发明内容

从下文描述，将提出并显见到本发明的目的和优点。通过书面描述及其权利要求书以及从附图中具体提出的设备、系统和方法，将实现并达到本发明的其他优点。

为了实现这些和其他优点以及根据本发明的目的，正如所体现的，一方面，本发明包括一种确定飞机燃油里程性能的计算机设备和方法，其中本发明的此方面中包括在飞机飞行过程中接收实时飞机数据并处理实时数据以确定实时飞机质量数据。执行计算以基于所确定的实时飞机质量数据来确定飞机的实时燃油里程性能。

本发明的其他方面包括当所述燃油里程性能低于预定的阈值时传送指示所述燃油里程性能下降的告警信号。另一个方面包括基于计算的实时燃油里程性能来调整飞机的高度和巡航速度。其他方面包括将燃油里程性能作为记录存储在具有先前存储的记录的数据库中，并且基于先前存储的记录的至少一个来计算燃油里程性能的性能趋势。其他方面包括根据所计算的性能趋势确定燃油里程性能的下降，并且在燃油里程性能的下降落在预定的阈值以下时对飞机执行维护。

附图说明

由此本发明所涉及的本领域普通技术人员将更容易地理解如何采用本发明的创新系统和方法，下文参照附图将更详细地描述其实施方案，其中：

图1是实时飞机性能监视的执行方法的系统示意图；以及

图2是根据示出的实施方案的框图。

具体实施方式

现在参照附图更全面地描述本发明，附图中示出本发明的示出的实施方案。本发明不以任何方式受限于示出的实施方案，因为下文描述的示出的实施方案仅是本发明的示范，正如本领域技术人员理解到的，本发明可以多种形式体现。因此，要理解本文所公开的任何结构和功能性细节均不应被解释为限制，而仅应被解释为权利要求书的基础以及用于教导本领域技术人员多种方式地采用本发明的代表。再者，本文所使用的术语和短语不旨在限制，而是提供本发明的可理解描述。

除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属的领域中的技术人员所共识的相同含义。虽然与本文描述的相似或等同的任何方法和材料也可以在本发明的实践或测试时使用，但是现在描述的是实例性方法和材料。本文提及的所有出版物以引用的方式并入本文以公开和描述这些出版物所涉及的方法和/或材料。

必须注意，正如本说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文明确地另行指出，否则单数形式“一个”(a，an)和“所述”包括多个引用项。因此，例如，对“激励”的引述包括多个这种激励，以及对“信号”的引述包括对本领域中公知的一个或多个信号及其等同物的引述，等等。

本文论述的公开仅对应于在本申请提交日之前披露而提供。本文无任何内容被解释为认同本发明无权依据在先发明先于此类公开。再者，所提供的公开的日期可能与需要独立地确认的实际公开日期不同。

应理解，下文论述的本发明的实施方案优选地是驻留在具有控制逻辑以便能够在具有计算机处理器的机器上执行的计算机可用介质上的软件算法、程序或代码。该机器通常包括被配置来提供源于计算机算法或程序执行的输出的存储器存储装置。

正如本文所使用的，术语“软件”理应与能够在主机计算机的处理器中的任何代码或程序，而无论是在硬件、固件中实现还是作为光盘、存储器存储装置或从远程机器下载而可获得的软件计算机产品来实现。本文描述的实施方案包括用于实现上文描述的等式、关系和算法的此类软件。本领域技术人员将基于上文描述的实施方案理解本发明的其他特征和优点。相应地，除所附权利要求书限定以外，本发明不限于具体示出和描述的内容。本文引用的所有公开和引述以全文引用的方式明确地并入本文。

参照下文示出的实施方案，本发明针对用于实时飞机性能监视的系统和方法。更具体地来说，本发明针对确定实时飞机质量，并基于实时飞机质量来确定性能参数。

实时飞机性能监视使飞行员能够作出更精确且有效的决策以最大化飞机性能和优化飞机飞行剖面。这些决策包括调整飞机的高度和巡航速度。例如，自动驾驶系统或飞行员能够基于将燃油随时间燃耗导致的重量减小纳入考虑的实时质量启动向更高高度的阶段爬升以获得提高的燃油里程性能。此外，可以根据部分从实时质量计算导出的更精确的成本计划来调整飞机的巡航速度。该成本计划还可以从燃油里程性能因素的实时评估导出。

参照附图，具体为图1，其中提供用于实时飞机性能监视的系统，即系统100的示意图。系统100优选地包括耦合到网络130(例如飞机数字总线和/或飞机无线电网络)的计算机105。计算机105优选地包括用户接口110、处理器115和存储器120。虽然计算机105在本文中表示为单机装置，但是其不限于此，而是可以在分布式处理系统中耦合到其他设备(未示出)。

用户接口110优选地包括如键盘、触摸屏或语音识别子系统的输入装置，输入装置使得飞行员能够将信息和命令选择传送到处理器115。用户接口110还包括如显示器(例如，平视显示器或多功能显示器)的输出装置。用户接口110还可以包括如鼠标、跟踪球或游戏杆的输入装置，该输入装置使得飞行员能够操控显示器以将附加信息和命令选择传送到处理器115。

处理器115优选地是配置有响应和执行指令的逻辑电路的电子装置。存储器120优选地是以计算机程序编码的计算机可读介质。就此而言，存储器120存储可被处理器115读取和执行以控制处理器115的操作的数据和指令。存储器120可以在随机存取存储器(RAM)、硬盘、只读存储器(ROM)或其组合中实现。存储器120的组件之一是程序模块125。

程序模块125包含用于控制处理器115以执行本文描述的方法的指令。例如，在程序模块125的控制下，处理器115执行对于EFB以上的处理器描述的过程。应理解，本文使用术语“模块”来指示可以作为单机组件或作为多个从属常规组件的集成配置来实施的功能操作。因此，程序模块125可以作为单个模块来实现或作为彼此协同工作的多个模块来实现。而且，虽然程序模块125在本文中被描述为安装在存储器120中，并且因此以软件形式来实现，但是它可以采用硬件(例如，电子电路)、固件、软件或其组合的任何一种形式来实现。

处理器115向用户接口110输出本文描述的方法的执行结果。或者，处理器115可以经网络130将该输出到远程装置(未示出)，例如，参照图2中的飞行运营中心225。还应理解，虽然程序模块125示出为已经加载到存储器120中，但是可以将其配置在存储介质135上以便后续加载到存储器120中。存储介质135还是以计算机程序编码的计算机可读介质，并且可以是其上存储程序模块125的有形形式的任何常规存储介质。存储介质135的实例包括软盘、压缩光盘、磁带、只读存储器、光存储介质、通用串行总线(USB)闪存驱动器、固态存储装置(SSD)、压缩闪存卡或数字多功能光盘。或者，存储介质135可以是随机存取存储器或其他类型的电子存储装置，位于远程存储系统上并且经由网络130耦合到计算机105。

还应理解，虽然本文描述的系统和方法可以采用软件形式来实现，但是它们可以采用硬件(例如，电子电路)、固件、软件或其组合的任何一种来实现。

在示出的实施方案中，提供一种用于实时飞机性能的方法。具体来说，该方法包括如下步骤：在飞机飞行期间从具有传感器的飞机接收实时数据，处理实时数据以计算质量数据，并且基于质量数据计算燃油里程性能。要理解，实时数据应涵盖与给定测量时间处飞机的高度和性能相关的任何数据。例如，实时数据包括(且不限于)：飞机满载重量、推力、阻力、升力、速度、高度和飞机正飞行通过的大气条件。

该方法还可以包括传送指示燃油里程性能下降的告警，将燃油里程性能传送到飞机的驾驶舱，并且在例如超过阈值燃油里程性能时，基于测量的燃油里程性能自动地调整飞机的高度和巡航速度。

在一些实施方案中，该方法包括将燃油里程性能作为记录存储在具有先前存储的记录的数据库中，并且基于先前存储的记录的至少一个来计算性能趋势。图2示出用于实时飞机性能监视的系统示意图，即系统示意图200。通常，系统200采用根据本发明的系统100的全部或一部分。

系统200包括飞机数字数据总线205、飞机接口装置210、驾驶舱显示器215、飞机无线电220和飞行运营中心225。飞机数字总线205将实时传感器数据转送到飞机接口装置210。飞机接口装置210优选地是电子飞行包系统(EFB)的一部分。飞机接口装置210接收并处理实时传感器数据，并获得与飞机性能相关的已处理数据。然后，飞机接口装置通常将已处理数据传送到驾驶舱显示器215(其也可以是EFB系统的一部分)、飞机无线电(例如ACARS和宽带)以及经由飞机无线电将其传送到飞机营运中心225(例如，地面站)。

优选地，EFB包括处理器和具有处理器(例如处理器115)可执行的指令的存储器。例如，这些指令被处理器读取时能够使得处理器在飞机飞行期间接收实时数据，并处理实时数据以计算如飞机质量数据的燃油里程性能因子。处理器还能够经飞机数字数据总线205与多种飞机传感器(例如，内部传感器、皮托管传感器和位置传感器)进行通信。而且，处理器能够基于质量数据计算燃油里程性能，并将此燃油里程性能的指示从EFB(例如飞机接口装置210)传送到驾驶舱显示器215、飞机无线电220或(经飞机无线电220)传送到飞行营运中心225。此外，响应燃油里程性能，飞机可以由人工驾驶员输入或自动驾驶控制来调整高度或巡航速度。再者，在一些实施方案中，处理器与数据库进行通信。处理器将燃油里程数据存储在数据库的记录中。通过汇总存储的记录，处理器生成性能趋势数据。再者，处理器生成并传送指示燃油里程性能下降的告警。可以将此告警传送到驾驶舱显示器215、飞机无线电220或飞行营运中心225。

本发明有助于通过实时数据将飞机的燃油效率最大化。将燃油效率最大化转化为成本的降低。此外，计算和跟踪飞机的性能趋势有助于飞机健康的高级监视，并且能够提供所需维护的指示。

本文描述的技术是示例性的，并且不应被视为隐含对本文披露的任何具体限制。应该理解，本领域技术人员可以设想多种替代、组合和修改。例如，与本文描述的过程关联的步骤能够按任何次序执行，除非这些步骤本身另行指定或说明。

本公开旨在涵盖落在所附权利要求书范围内的所有此类替代、修改和变化。虽然已参照上述公开的实施方案对本发明的系统和方法进行描述，但是本领域技术人员将容易地理解，在不脱离所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围的前提下可对其进行更改和修改。

Claims (14)

1.一种用于确定飞机燃油里程性能的设备，其包括：

存储器；

处理器，其被设为与所述存储器进行通信，并且被配置来发出存储在所述存储器中的多个指令，其中所述指令发出信号以执行如下操作：

在飞机飞行期间接收实时飞机数据；

处理所述实时数据以确定实时飞机质量数据；以及

基于所确定的飞机质量数据来计算所述飞机的实时燃油里程性能。

2.如权利要求1所述的系统，其还包括向所述处理器传送实时数据的飞机传感器。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述实时数据选自由以下项组成的群组：阻力、升力、速度和高度。

4.如权利要求3所述的系统，其中存储于存储器中的所述指令还使得所述处理器传送指示燃油里程性能下降的告警信号。

5.如权利要求3所述的系统，其中存储于存储器中的所述指令还使得所述处理器将所述燃油里程性能传送到飞机的驾驶舱。

6.如权利要求3所述的系统，其还包括具有高度和巡航速度的飞机，其中所述飞机基于所述燃油里程性能来调整所述高度和所述巡航速度。

7.如权利要求3所述的系统，其中所述处理器基于所述飞机质量数据来计算所述燃油里程性能，所述系统还包括：

具有记录的数据库，以及

其中所述存储器还使得所述处理器将所述燃油里程性能数据作为所述记录的一个记录存储在所述数据库中，并将至少所述一个记录与至少一个先前存储的记录进行比较来获得性能趋势数据。

8.如权利要求1所述的系统，其中存储于所述存储器中的所述指令还使得所述处理器基于所述质量数据和来自由以下项组成的参数群组来计算燃油里程性能：环境参数和性能参数，且其中所述性能参数包括速度数据、高度数据、温度数据、压力数据和攻击角度数据。

9.一种计算机实现的方法，其包括：

在飞机飞行期间从飞机传感器接收实时飞机数据；

在计算机处理器中处理所述实时数据以确定实时飞机质量数据；以及

基于所述确定的飞机质量数据来计算所述飞机的实时燃油里程性能。

10.如权利要求9所述的方法，其还包括当所述燃油里程性能低于预定的阈值时传送指示所述燃油里程性能下降的告警信号。

11.如权利要求9所述的方法，其还包括将指示所述燃油里程性能的信号传送到飞机的驾驶舱。

12.如权利要求9所述的方法，其还包括基于所述计算的实时燃油里程性能来调整所述飞机的高度和巡航速度。

13.如权利要求9所述的方法，其还包括：

将所述燃油里程性能作为记录存储在具有先前存储的记录的数据库中；以及

基于所述记录和所述先前存储的记录的至少一个来计算所述燃油里程性能的性能趋势。

14.如权利要求13所述的方法，其还包括：

根据所计算的性能趋势来确定燃油里程性能的下降；以及

在所述燃油里程性能下降到预定的阈值以下时对所述飞机执行维护。

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