CN104699942A - 自动确定具有飞行器的速度水平的速度分布的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于自动确定具有用于飞行器的速度水平的速度分布的方法和装置。装置包括计算单元，该计算单元构造用于确定速度分布(P1)，该速度分布使得从上游到下游，速度(V)保持在航点(B1)处施加的速度约束(V1)处，直到所述航点(B1)，接着从该航点(B1)执行减速(T2)，直到最佳速度(Vopt)，保持所述最佳速度(Vopt)，直到正好在给定海拔水平(A2)处达到的下游速度极限(V2)处结束的另一个减速(T4)。

Description

自动确定具有飞行器的速度水平的速度分布的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于自动确定为了使飞行器下降和/或接近的速度分布的方法和装置。
背景技术
已知为了构建飞行器，特别是运输机的下降和/或接近分布，特别是为了使飞行器降落在机场跑道上，飞行器飞行管理系统(FMS)通过进行上游(即，向后)计算来确定最佳竖直分布。该竖直分布包括速度分布(指示飞行器的速度根据距离，特别是相对于跑道阈值而改变)和海拔分布(指示飞行器的海拔也根据所述距离而改变)。
从计算起点(即，跑道阈值)，或者根据接近类型(例如常规点(诸如“错过的接近点”或“最终终点”))且直到计算终点(例如最后的巡航飞行水平)执行竖直分布的向后计算。竖直分布的计算由飞行管理系统以常规方式执行，该飞行管理系统将插入在飞行计划中的速度和/或海拔极限考虑在内。竖直分布的速度分布包括一系列恒定速度水平和减速节段。
飞行器原则上将在下降和/或接近期间被引导，以遵从该竖直分布。
此外，在飞行期间，可提供：飞行器必须考虑在下降或接近的给定航点处的、例如由空中交通控制器施加的特定速度约束，并且特别是以下类型的约束：
-'AT'型，对于'AT'型，在侧向飞行路径的给定航点处的速度必须显示等于所考虑的速度约束的速度值；或者
-'AT或ABOVE'型，对于'AT或ABOVE'型，在侧向飞行路径的给定航点处的速度必须显示等于或大于所考虑的速度约束的速度值。
然而，当前不存在用于在如上确定的常规速度分布中自动插入此类'AT'型或'AT或ABOVE'型速度约束的手段。
发明内容
本发明旨在纠正该缺点。本发明涉及一种用于自动确定为了使正在飞行的飞行器下降和/或接近的至少一个速度分布的方法。
根据本发明，根据所述方法的速度分布包括一系列恒定速度水平和减速节段，并且从计算起点向后确定，所述速度分布传输至至少一个用户装置，该方法的特征在于其进一步包括由以下组成的一系列步骤：
a)接收用于给定航点的至少一个'AT'型或'AT或ABOVE'型速度约束，飞行器必须至少以对应于所述航点处的该速度约束的速度飞行；以及
b)通过向后限定从在给定海拔水平处施加的下游速度极限(速度约束，或与直到跑道的减速能力有关的速度)直到最佳速度(其保持直到新加速)的加速(其对应于飞行器所飞行的减速)，来确定在所述航点的上游和下游的速度分布的至少一部分，该新加速正好在所述给定航点处的所述速度约束处结束，以使速度分布的所述部分使得从上游到下游，速度保持在所述速度约束处，直到所述航点，接着从所述航点执行减速，直到最佳速度，保持所述最佳速度，直到正好在所述给定海拔水平处达到的所述下游速度极限处结束的另一个减速。
因而，由于本发明，故存在一种用于将'AT'型或'AT或ABOVE'型速度约束自动插入到速度分布中的方法。为此，仅在给定航点之前保持速度约束，接着以最佳速度执行直接减速到结束，尽可能长地保持该最佳速度(直到必须执行新减速，用于最终正好在所述给定的海拔水平处的所述速度极限处结束)。海拔水平是指高于地面的海拔或高度，或空间中的位置(位于高于地面的某个海拔或高度处)。
有利地，所述最佳速度是用于优化至少一个特定的成本指数，特别是燃料消耗和/或飞行时间的速度。在由于本发明而尽可能长地保持最佳速度时，获得的速度分布可用来优化将用于计算该最佳速度的成本指数考虑在内的标准或规范。
此外，有利地，该方法确定竖直分布，除了速度分布之外，该竖直分布包括与所述速度分布同时确定的海拔分布。
此外，有利地，在步骤a)处，所述速度约束可：
-自动接收自机载数据库；并且/或者
-由飞行器的飞行员输入；并且/或者
-经由数据传输链接，自动接收自飞行器外部的控制站。
本发明还涉及一种用于自动确定为了使飞行器下降和/或接近的至少一个速度分布的装置，速度分布包括一系列恒定速度水平和减速节段。
根据本发明，所述类型的装置包括构造用于从计算起点向后确定速度分布的计算单元，以及构造用于将速度分布传输到至少一个用户装置的数据传输单元，该装置的特征在于其进一步包括构造用于接收用于给定航点的至少一个速度约束的至少一个数据接收单元，飞行器必须至少以对应于所述航点处的该速度约束的速度飞行，并且所述计算单元构造用于通过向后限定从在给定海拔水平处施加的下游速度极限直到最佳速度(其保持直到新加速)的加速，来确定在所述航点的上游和下游的速度分布的至少一部分，该新加速正好在所述给定的航点处的所述速度约束处结束，以使速度分布的所述部分使得从上游到下游，速度保持在所述速度约束处，直到所述航点，接着从所述航点执行减速，直到最佳速度，(尽可能长地)保持所述最佳速度，直到正好在所述给定海拔水平处达到的所述下游速度极限处结束的另一个减速。
有利地，所述装置进一步包括用于显示所述速度分布的显示单元。
本发明进一步涉及：
-飞行管理系统，其包括用于自动确定速度分布的此类装置；以及
-飞行器，特别是运输机，其设有系统和/或装置，诸如上面提到的那些。
附图说明
附图中的图将阐明可如何实现本发明，在这些图中，相同附图标记表示相似元件。
图1是用于自动确定速度分布的装置的框图，其示出本发明的一个实施例。
图2示意性显示竖直分布，其包括速度分布和海拔分布。
具体实施方式
在用于示出本发明的图1中示意性地显示的装置1意于自动确定(或构建)至少一个速度分布P1，其为了使沿着侧向飞行路径(未显示)(包括航点)飞行的飞行器(未显示)下降和/或接近，特别是民用运输机。
更确切地说，装置1构造用于构建竖直分布PV(图2)，除了速度分布P1之外，竖直分布PV以常规方式包括与所述速度分布P1同时构建的海拔分布P2。
为此，用于自动确定至少一个速度分布P1的装置1(在飞行器上)包括：
-计算单元2，其构造用于从计算起点(未显示)向后确定(或构建)至少一个速度分布P1；以及
-数据传输单元(包括例如链接3)，其构造用于将速度分布P1(和海拔分布P2)传输到用户装置组件4。
组件4可包括飞行器引导系统，特别是自动飞行员系统和/或飞行指挥仪，该飞行器引导系统使用竖直分布来引导飞行器或帮助引导飞行器。优选地，组件4至少包括一个显示单元5，用于至少显示由计算单元2构建的速度分布P1。
形成计算单元2，以便构建竖直分布PV，竖直分布PV包括速度分布P1和海拔分布P2。因而如图2中所示，竖直分布PV包括：
-速度分布P1，其指示飞行器的速度V根据距离D而改变，特别是相对于飞行员意于降落在其上的跑道阈值(未显示)而改变。该速度分布P1包括一系列恒定速度水平(T1，T3)和减速节段(T2，T4)；以及
-海拔分布P2，其指示飞行器的海拔A也根据所述距离D而改变，并且包括具有不同梯度的多个直接(下降)节段T6、T7、T8、T9、T10。
在图2中，以叠加的方式显示分布P1和P2，它们根据距离D在横坐标上对齐。
根据本发明，装置1进一步包括至少一个数据接收单元6，其构造用于接收用于给定航点B1的至少一个速度约束V1，即，'AT'型或'AT或ABOVE'型速度约束，因此飞行器必须至少以对应于所述航点B1处的该速度约束V1的速度飞行。
另外，根据本发明，所述计算单元2构造用于通过向后限定从下游速度极限V2(在给定的海拔水平A2处施加)直到最佳速度Vopt(其保持直到新加速)的加速(对应于飞行器所飞行的减速)，来确定(或构建)在(海拔A1的)所述航点B1的上游和下游的速度分布P1的至少一部分，该新加速正好在正好在所述给定航点B1处的所述速度约束V1下结束。
速度分布P1的所述部分的该构建使得从上游到下游(即，在图2中从左到右)：
-速度V保持处于所述速度约束V1(例如300节)，直到所述航点B1；
-接着从所述航点B1执行减速(由图2中的节段T2示出)，直到最佳速度Vopt(在A1和A2之间的海拔A3的点B3处达到)；
-尽可能长地保持最佳速度Vopt，直到另一个减速(由节段T4示出，并且在A3和A2之间的海拔A4的点B4处开始)；以及
-该最后减速正好在所述下游速度极限速度V2(例如250节)处结束，在所述给定海拔水平A2(对应于飞行路径上的点B2)处达到所述下游速度极限速度V2。
在优选实施例中，单元2和6集成到中央处理单元7中，优选形成用于飞行器的FMS(飞行管理系统)的部分。类似地，优选地，显示单元5也可形成FMS的部分。
因而，由于本发明，速度约束V1仅保持直到给定航点B1，接着执行减速(由节段T2示出)，用于在最佳速度Vopt(尽可能长地保持)处结束，并且最后执行新减速(由节段T4示出)，用于正好在所述给定海拔水平A2(例如10000英尺)处的速度极限V2处结束。海拔水平是指高于地面的海拔A2或高度，或位置B2(位于高于地面的某个海拔A2或高度处)。
所述最佳速度Vopt是用于优化特定成本指数，特别是燃料消耗和/或噪声的速度，并且以常规方式计算所述最佳速度Vopt。
在由于本发明而尽可能长地保持最佳速度Vopt时，获得的速度分布P1可用于优化将用于计算该最佳速度Vopt的成本指数考虑在内的标准或规范。特别地，该速度分布P1可用于优化燃料消耗，如果在较低的海拔处执行减速，则减少燃料消耗。
在本发明的上下文中，所述速度约束V1可由数据接收单元6以不同的方式接收。
在第一实施例中，速度约束V1记录在装置1的数据库8中，并且其经由链接9自动接收自数据库8。在不同的实施例中，所述数据库8可直接集成到中央处理单元7中。
此外，在第二实施例中，飞行器的飞行员使用输入单元10(例如与显示器相关联的键盘)来输入所述速度约束V1，该显示器经由链接11连接于中央处理单元7。特别地，在空中交通控制已经口头上对飞行器的飞行员提供了该速度约束V1之后，可执行速度约束V1的此类输入。
此外，在第三实施例中，在已经从飞行器外部的控制站(特别是从空中交通控制站)发布之后，在常规传输器12(不在飞行器上，并且为此在图1中用虚线显示)的协助下，所述速度约束V1由飞行器上的装置1自动接收，并且经由数据传输链接13(在外部站和飞行器之间)传输。

Claims (10)

1. 一种用于自动确定为了使飞行器下降和/或接近的至少一个速度分布的方法，根据所述方法，所述速度分布(P1)包括一系列恒定速度水平(T1，T3，T5)和减速节段(T2，T4)，并且从计算起点向后确定，所述速度分布(P1)传输至至少一个用户装置(4)，
其特征在于，所述方法进一步包括由以下组成的一系列步骤：
a)接收用于给定航点(B1)的至少一个速度约束(V1)，所述飞行器必须至少以对应于所述航点(B1)处的该速度约束(V1)的速度飞行；以及
b)通过向后限定从给定海拔水平(A2)处施加的下游速度极限(V2)直到保持直到新加速的最佳速度(Vopt)的加速，来确定所述航点(B1)的上游和下游的所述速度分布(P1)的至少一部分，该新加速正好在所述航点(B1)处的所述速度约束(V1)处结束，以使所述速度分布(P1)的所述部分使得从上游到下游，所述速度(V)保持在所述速度约束(V1)处，直到所述航点(B1)，接着从所述航点(B1)执行减速(T2)，直到所述最佳速度(Vopt)，保持所述最佳速度(Vopt)，直到正好在所述给定海拔水平(A2)处达到的所述下游速度极限(V2)处结束的另一个减速(T4)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最佳速度(Vopt)是用于优化至少一个特定成本指数的速度。
3. 根据权利要求1和2中的一项所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，所述速度约束(V1)自动接收自机载数据库(8)。
4. 根据权利要求1和2中的一项所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，所述速度约束(V1)由所述飞行器的飞行员输入。
5. 根据权利要求1和2中的一项所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，所述速度约束(V1)经由数据传输链接(13)自动接收自所述飞行器外部的控制站。
6. 一种用于自动确定为了使飞行器下降和/或接近的至少一个速度分布的装置，所述速度分布(P1)包括一系列恒定速度水平(T1，T3)和减速节段(T2)，所述装置(1)包括构造用于从计算起点向后确定所述速度分布(P1)的计算单元(2)，以及构造用于将所述速度分布传输到至少一个用户装置(4)的数据传输单元(3)，
其特征在于，所述装置进一步包括构造用于接收用于给定航点(B2)的至少一个速度约束(V1)的至少一个数据接收单元(6)，所述飞行器必须至少以对应于所述航点(B2)处的该速度约束(V1)的速度飞行，并且所述计算单元(2)构造用于通过向后限定从给定海拔水平(A2)处施加的下游速度极限(V2)直到保持直到新加速的最佳速度(Vopt)的加速，来确定所述航点(B1)的上游和下游的所述速度分布(P1)的至少一部分，该新加速正好在所述给定航点(B1)处的所述速度约束(V1)处结束，以使所述速度分布(P1)的所述部分使得从上游到下游，所述速度(V)保持在所述速度约束(V1)处，直到所述航点(B1)，接着从所述航点(B1)执行减速(T2)，直到所述最佳速度(Vopt)，保持所述最佳速度(Vopt)，直到正好在所述给定海拔水平(A2)处达到的所述下游速度极限(V2)处结束的另一个减速(T4)。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括用于显示至少所述速度分布(P1)的显示单元(5)。
8. 一种飞行器的飞行管理系统，其特征在于，所述飞行管理系统包括诸如权利要求6和7中的一项所说明的装置的装置(1)。
9. 一种飞行器，其特征在于，所述飞行器包括诸如权利要求6和7中的一项所说明的装置的装置(1)。
10. 一种飞行器，其特征在于，所述飞行器包括诸如权利要求8所说明的飞行管理系统的飞行管理系统。
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