CN105730704B - 用于显示预测共形配置提示以执行着陆的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于在引擎故障之后在飞机显示系统上显示用于执行着陆的预测提示的系统和方法。该系统和方法显示针对各种飞机配置的提示，并且每个提示在周围地形的三维图形显示上以透视方式(共形)显示。

Description

用于显示预测共形配置提示以执行着陆的系统和方法

技术领域

本文所描述的主题的实施例一般地涉及航空电子飞行显示系统，并且更具体地，涉及一种用于在飞机引擎故障后显示预测共形配置提示以执行着陆的飞行显示系统。

背景技术

飞行操作的范围包括例行操作(诸如起飞、途中巡航、着陆和滑翔)以及预期的非例行操作。预期的非例行操作的示例是引擎故障操作。如本文所使用的，“引擎故障”包括导致飞机失去来自引擎的推力的多个事件，诸如燃料耗尽、例行实践操作、鸟或碎屑干扰以及机械或电气故障。上述飞行操作由飞机设计特征、飞行员培训、以及机载航空电子显示系统来支持。

飞机设计特征确保现代单引擎飞机在引擎故障的情况下能够滑翔至安全着陆。在没有来自引擎的推力的情况下，飞机以最佳滑翔空速飞行，并且在具有足够高度的情况下，飞行员可使飞机转弯、定位机场、并执行受控的和安全的着陆。为了执行安全滑翔着陆，飞行员被培训为使各种飞机配置发生改变，该飞机配置诸如展开副翼、展开或伸展起落架、以及在单引擎飞机的情况下，使螺旋桨顺流交距。这些配置改变中的每一个都会影响飞机的滑翔速度以及升阻比，因此每个配置都可能导致着陆发生在不同的位置。

尽管现代航空电子显示系统显示相当多数量的有用信息，诸如飞行器位置、速度、高度、姿态、导航、目标和地形信息等，在滑翔着陆期间对飞行员的预测辅助是合乎期望的。具体而言，需要提示或通知飞行员由各种潜在飞机配置导致的预测着陆点的视觉引导。

因此，合乎期望的是用于在引擎故障之后在飞机显示系统上显示预测提示以执行着陆的系统和方法。还将合乎期望的是显示针对各种飞机配置的提示以及在三维图形显示上以透视方式(共形地)显示周围地形的提示的系统和方法。

发明内容

该发明内容被提供用于以简化形式介绍概念的选择，该概念在以下具体实施方式部分中进一步描述。该发明内容并非意在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也并非意在用来帮助确定所要求保护主题的范围。

提供一种用于在引擎故障后在航空电子显示系统上显示用于执行飞机着陆的提示的方法。该方法包括：接收航空电子数据并处理航空电子数据以便(i)确定当前飞机配置，(ii)基于当前飞机配置预测第一着陆点，及(iii)预测与变更当前飞机配置关联的第二着陆点。该方法还包括显示表示第一着陆点的第一提示和表示第二着陆点的第二提示。

还提供一种航空电子显示系统。该航空电子显示系统包括驾驶舱显示器，其被耦合以接收显示命令并被配置为在接收到显示命令时呈现图像。航空电子显示系统还包括处理器，其可操作地耦合到驾驶舱显示器并且适于接收航空电子数据，所述处理器被配置为：在接收到航空电子数据时，(i)确定当前飞机配置，(ii)基于当前飞机配置预测第一着陆点，(iii)预测与替代飞机配置关联的第二着陆点，和(iv)为驾驶舱显示器提供显示命令，该显示命令使得驾驶舱显示器呈现表示第一着陆点的第一提示和表示第二着陆点的第二提示。

提供另一种用于在引擎故障后在航空电子显示系统上显示用于执行单引擎飞机着陆的配置提示的方法。该方法包括：接收航空电子数据和处理航空电子数据以便(i)确定地形，(ii)确定当前飞机升阻比，(iii)基于当前飞机升阻比预测第一着陆点，(iv)预测与飞机升阻比的第一变更关联的第二着陆点，以及(v)预测与飞机升阻比的第二变更关联的第三着陆点。

根据结合附图和背景技术一起理解的以下详细描述和所附的权利要求，其它合乎期望的特征将变得显而易见。

附图说明

当结合附图一起考虑时，可通过参照以下详细描述和权利要求得出对本主题更完整的理解，其中，遍及各图，相同的附图标记指代类似的元件，并且：

图1是航空电子显示系统的实施例的示意表示；

图2图示了根据示例性实施例的具有3D图形显示的典型飞机显示系统图形；

图3是根据示例性实施例的图2的3D图形显示的简化图示；

图4是根据示例性实施例的在一些时间过去之后图3的3D图形显示的简化图示；

图5是根据示例性实施例的在更长时间过去之后图4的3D图形显示的简化图示；以及

图6是图示用于显示预测共形配置提示的过程的示例性实施例的流程图。

具体实施方式

接下来的详细描述本质上仅仅是说明性的，并且不意在限制主题的实施例或这种实施例的应用和使用。如在本文中所使用的，词语“示例性”意思是“用作示例、实例或说明”。本文中描述为示例性的任何实现不一定被解释为相对于任何其它实现是优选的或有优势的。而且，不意在由在前述的技术领域、背景技术、发明内容、或接下来的详细描述中呈现的任何明示或暗示的理论来限制。

可在功能和/或逻辑块组件方面并且参考可由各种计算组件或设备执行的操作、处理任务、以及功能的符号表示来在本文中描述技术和技艺。这种操作、任务和功能有时被称为是计算机执行的、计算的、软件实现的、或计算机实现的。在实践中，一个或多个处理器设备可通过操纵系统存储器中的存储器位置处的表示数据位的电信号、以及对信号的其它处理来执行所描述的操作、任务、以及功能。

数据位被保持在的存储器位置是具有对应于数据位的特定电、磁、光、或有机属性的物理位置。应当理解的是，在图中示出的各种块组件可以由任意数量的被配置成执行指定功能的硬件、软件和/或固件组件来实现。例如系统或组件的实施例可采用各种集成电路组件，如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等等，它们可以在一个或多个微处理器或其它控制设备的控制下执行各种功能

本文描述的系统和方法可部署于任何飞机。本文所描述的系统和方法的实施例表示一种在已经经历引擎故障的飞机着陆操作期间向飞行员或机组人员呈现视觉引导的智能方式。

图1是图示根据示例性实施例的航空电子显示系统100的功能框图。航空电子显示系统100包括至少一个处理器102、至少一个监视器104、存储器107、以及用户输入设备101，这些中的每一个都可操作地耦合至处理器102。在航空电子显示系统100操作期间，处理器102驱动监控器104产生显示106，显示106在视觉上向飞行员和机组人员提供关于主飞机、天气、导航辅助(NAVAID)、地形和飞机流量的导航信息的合成。处理器102可以向显示106提供二维格式(例如，作为移动地图显示)，或三维格式(例如，作为透视显示)，或混合格式(例如，画中画或分屏布置)的合成图像。

处理器102可包括或关联于任何适当数量的个体微处理器、飞行控制计算机、导航设备、存储器、电源、存储设备、接口卡和本领域已知的其他标准组件。处理器102可以被包括在通常部署在飞行管理系统(FMS)中的类型的飞行管理计算机中。

处理器102可包括适当数量的存储器107或与适当数量的存储器107协作，该存储器107可被实现为RAM存储器、闪存、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除盘、CD-ROM或本领域已知的任何其他形式的存储介质。在这方面，存储器107可耦合至处理器102以使处理器102可从存储器107读取信息并把信息写入至存储器107。在这方面，处理器102可包括任意数量的被设计为执行下述各种方法、过程任务、计算，和控制/显示功能的软件程序(例如，航空电子显示程序)或指令，或与该软件程序或指令协作。在替代方案中，存储器107可成为处理器102的组成部分。在实践中，这里描述的系统的功能或逻辑模块/组件可使用保持在存储器107中的程序代码(诸如配置数据和模型)来实现。此外，存储器107可用来存储用于支持系统操作的数据，如根据以下描述将变得显而易见的。

适合用作监视器104的图像生成设备包括各种模拟显示设备(如，阴极射线管)和数字显示设备(如，液晶、有源矩阵、等离子体等)。在某些实施例中，监视器104可采用包括在飞机的电子飞行仪表系统(EFIS)中的下视显示器(HDD)或平视显示器(HUD)形式。监视器104可以被设置在遍及座舱的各种位置。例如，监视器104可包括主飞行显示器(PFD)并位于飞行员主视场中的中央位置。可替代地，监视器104可包括辅助驾驶舱显示器，诸如引擎仪表和机组人员咨询系统(EICAS)显示器，其安装在便于飞机机组人员观察的位置，但通常位于飞行员主视场之外。在又进一步实施例中，监视器104可由机组人员的一个或多个成员穿戴。

在图1中所示的示例性实施例中，空中交通数据源120包括无线收发机108和导航系统110，它们可操作地分别耦合到处理器102的第一和第二输入端。导航系统110可以耦合到惯性参考系统(IRS)120、空中数据和姿态航向参考系统(ADAHRS)122和导航数据库118；导航系统110通常还包括机载雷达112和机载仪表装置114，诸如无线电高度计、气压高度计、全球定位系统(GPS)单元等。导航系统110可被包括在FMS中，并且机载雷达112可被包括在地形感知和警告系统(TAWS)中，诸如增强型近地警告系统(EGPWS)。无线收发机108被认为是空中交通数据源，因为收发机108从外部控制源接收广播数据并将此数据中继至处理器102。

地形数据库116包括各种类型的数据，包括跑道、可用作跑道的区域、海拔数据以及表示飞机在其上飞行的地形的其它信息。地形数据可用于以显现为与地球共形的方式生成地形的三维透视图。换句话说，显示106从驾驶舱或座舱透视图模拟地形的逼真视图。地形数据库116中的数据可由外部数据源预先加载或由地形传感器(未示出)实时提供。

处理器102包括可操作地耦合至一个或多个航空电子数据源的一个或多个输入端，航空电子数据源向处理器102持续提供来自用户输入设备101、地形数据库116和空中交通数据服务120的数据输入。在操作中，如本文所述的航空电子显示系统100被适当地配置成处理当前实时航空电子数据(诸如地理位置数据、当前实时航向数据、机场特征数据、飞机机身质量加速度数据、配置数据、地形数据等等)以生成图像呈现显示命令来实现显示106。

图2图示了根据示例性实施例的3D图形显示106的典型飞机显示系统图形。飞行员依靠3D图形显示(诸如显示106)来描绘目标跑道(诸如跑道201)和周围地形。图形显示(诸如显示106)提供相关的时间敏感信息；例如，飞行路径标记204描绘行进方向、横向和风漂移信息206、和飞行路径标记208，指示飞机正在行进的方向。

在检测到引擎故障时，示例性实施例基于温度、气压、高度、实时升阻比、飞机重量和飞机配置信息来确定性能计算。响应于性能计算，示例性实施例把简单、独特、预测的共形提示(符号210、214和218)添加到显示106。该预测的共形提示通知飞行员与飞机升阻比的变更相关联的潜在着陆点。飞机升阻比的变更可以是变更升阻比的飞机设备(例如，起落架、副翼、扰流器等等)的预定配置、或者它们可以是飞机机动(如，斜向移动)。替代飞机配置数据存储在存储器107中，并且可经由用户输入设备101处的用户输入进行定制。下文所述的每一个提示都是针对飞机设备的给定配置的关于飞机将着陆的位置(着陆点)的预测。每一个提示在其符号和关联文本的组合方面都是独特的。

符号210被示出为人字纹，其尖端位于预测最佳着陆点、跑道201处，并且文本“干净(clean)”212靠近符号210显示。通常，最佳或“干净”着陆点也是与“当前”飞机配置和升阻比关联的着陆点。不管当前配置如何，通常在飞行员不变更飞机配置(即，不伸展起落架或展开副翼)时完成在最佳或“干净”着陆点着陆，以及将飞行路径标记204与“干净”人字纹(符号210)对齐，尽可能多地延长飞机的滑翔并实现飞机的最大升阻比(L/D)。如先前提到的，变更L/D也可包括飞机机动，如斜向移动。

符号214是指向预测着陆点的人字纹，如果飞行员通过仅展开伸展起落架来变更飞机升阻比，将导致该预测着陆点。可选地选择的文本“起落架”216靠近符号214显示。在示例性实施例中，符号214的位置被持续更新并被显示为反映由展开起落架所导致的着陆点。同样，符号218是指向预测着陆点的人字纹，如果飞行员通过展开起落架和副翼这两者来变更飞机升阻比，将导致该预测着陆点。可选地选择的文本“G+F”220靠近符号218显示。符号218的位置也被持续更新并显示为反映由展开起落架和副翼所导致的着陆点。符号210、214和218可选地图示为人字纹，并定向为使得尖端(例如，尖端222)位于景观202处，该景观202处于针对飞机的关联配置的预测着落点的位置处。

符号210、214和218以透视形式(也称为“共形”)呈现在景观上，该景观被反映为从符号218至符号214，至符号210相对尺寸减小。换句话说，符号218更靠近飞机，并且符号210更远离飞机。所述符号可以通过各种技术(诸如突出显示、颜色变化、闪烁等)实现视觉上可区分；符号、文本标签和视觉可区分技术可在飞行或着陆操作的任何部分期间通过用户输入设备101处的用户输入来定制。

使用该示例性实施例，飞行员在不减小飞机升阻比的情况下将飞行路径标记204与“干净”人字纹对齐，以影响朝向跑道201的飞机移动。随着飞机移动得更靠近跑道201，显示106上的跑道显现得越大。在跑道201与“G+F”人字纹(即显示106上的符号218)恰好重合或稍微重叠的时间点，飞行员减小升阻比(例如，落下起落架和副翼)，并将飞行路径标记204与“G+F”人字纹，符号218对齐。图3、4和5更详细地图示这些概念。

图3是根据示例性实施例的图2的3D图形显示的简化图示。图3不是按比例的，但是可依赖图3来理解对象的相对尺寸和位置关系。飞行路径标记204与“干净”人字纹(即符号210)对齐。飞机行进在箭头302的方向上。地形显现为在箭头304的方向上移动。

图4是根据示例性实施例的在一些时间过去之后图3的3D图形显示的简化图示。飞行路径标记204与“干净”人字纹，符号210对齐。飞机已经飞行得更靠近跑道201，导致跑道201显现得更大。

图5是根据示例性实施例的在更长时间过去之后图4的3D图形显示的简化图示。在跑道201与“G+F”人字纹，符号218稍微重叠时，飞行员通过例如展开起落架和副翼来变更升阻比并着陆。飞行员将飞行路径标记204从其初始位置502降低以使其与“G+F”人字纹，符号218对齐，由此在使飞行路径标记204停下与“G+F”符号218对齐之前，将其移动通过位置504、位置506和位置508。

图6是图示用于显示预测共形配置提示的过程600的示例性实施例的流程图。尽管步骤602-步骤608被任意地示出为按顺序发生，但是在实践中，这些步骤可以被重新布置、定制或具有添加的额外步骤。此外，定制符号形状、符号颜色、针对飞机配置的文本、用于以视觉上可区分的方式显示对象的技术等等的用户输入可在过程600中的任何步骤处被接收。通常，在检测到发动机故障时，飞机没有伸展起落架并且没有展开副翼；因此，当过程600开始时，“当前”飞机配置和关联的升阻比通常被称为将导致“最佳”或“干净”着陆点的配置。细节在下面更详细地描述。

在步骤602，航空电子数据(诸如地理位置数据、当前实时航向数据、机场特征数据、飞机机身质量加速度数据、配置数据、地形数据等)由过程600接收。航空电子数据还包括来自飞机子系统(诸如无线收发机108、导航系统110)的相关数据、地形数据、和各种传感器和广播数据。在步骤602中，配置数据和/或模型(即，影响L/D的对应于着陆设备的数据，诸如飞机起落架数据、飞机副翼数据、和飞机机动数据)也从存储器107取回或根据航空电子数据确定。根据在用户输入设备101处所接收的用户输入数据，配置数据和/或模型在过程600的过程中可被变更，或者可被一次上传。

在步骤604中，处理器102具有需要的数据，并且过程600处理该数据以确定针对升阻比的各种变更的预测着陆点，升阻比的各种变更可能是预定飞机配置。在该示例性实施例中，过程600针对三个预定配置预测着陆点：1)最佳或“干净”滑翔(第一)着陆点，2)将由第一替代飞机配置(L/D的第一变更)导致的第二着陆点，和3)将由第二替代飞机配置(L/D的第二变更)导致的第三着陆点。例如，在示例性实施例中，第一替代飞机配置可以是仅展开起落架，并且和第二替代飞机配置可以是展开起落架和副翼。

在步骤606中，使用可选地可选择的提示符号(参见图2-图5，符号210、符号214和符号218)指示预测着陆点，该可选择的提示符号在景观202上以透视形式显示。在步骤606中，任何用户选择的视觉可区分性，文本和符号选择被并入共形配置提示的显示中。在步骤608，过程600确定飞机是否已经着陆。如果飞机尚未着陆，则过程600持续循环和更新显示106，直到飞机已经着陆。

因此，本文提供了用于在引擎故障之后在飞机显示系统上显示用于执行着陆的预测提示的系统和方法。该系统和方法显示针对各种飞机配置的提示，并且每个提示在周围地形的三维图形显示上以透视方式(共形)显示。

虽然至少一个示例性实施例在前面的详细描述中被呈现，但应该理解的是，存在大量的变形。还应该理解的是，本文描述的一个或多个示例性实施例不意在以任何方式限制所要求保护的主题的范围、应用、或配置。进一步，前面的详细描述将会给本领域技术人员提供方便的路线图以实现所描述的一个或多个实施例。应该理解的是，在不背离由权利要求限定的范围的情况下，可以在元件的功能和布置方面作出各种改变，权利要求限定的范围包括在提交该专利申请时已知的等同物和可预见的等同物。

Claims (14)

1.一种在飞机失去引擎推力后在航空电子显示系统（100）上显示用于执行飞机着陆的提示的方法，所述方法包括：

（a）接收航空电子数据（602）；

（b）响应于检测到失去引擎推力，处理所述航空电子数据（604）以便：

在航空电子显示系统（100）上的三维显示（106）上显示（606）针对以下各项中每一项的唯一共形提示：

（i）与不变更当前飞机配置相关联的第一潜在着陆点（210），

（ii）与仅展开起落架相关联的第二潜在着陆点（214），以及

（iii）与展开起落架和副翼相关联的第三潜在着陆点（218）；以及

（c）更新三维显示（106）中的指示飞机行进（302）的地形（304）；以及

重复（a）-（c）直到飞机已着陆。

2.根据权利要求1所述的方法，其中第二潜在着陆点表示基于伸展起落架变更的升阻比。

3.根据权利要求2所述的方法，其中第三潜在着陆点表示基于伸展起落架和展开副翼变更的升阻比。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：响应于检测到失去引擎推力而处理所述航空电子数据以便：

（iv）向航空电子显示系统（100）上的三维显示（106）添加用于基于飞机机动来变更所述升阻比的唯一共形提示。

5.根据权利要求1所述的方法，其中显示提示的步骤包括在地形上在其预测位置处以透视形式呈现所述提示。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

接收用户输入数据；和

根据所述用户输入数据通过处理器变更飞机配置数据。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

靠近第一潜在着陆点处的所述提示显示文本“干净”，

靠近第二潜在着陆点处的所述提示显示文本“GEAR”或“G”，以及

靠近第三潜在着陆点处的所述提示显示文本“G+F”。

8.根据权利要求7所述的方法，其中每一个提示是人字纹，并且每个人字纹定向为指向其关联的预测着陆点。

9.一种用于飞机的航空电子显示系统（100），包括：

驾驶舱显示器，被耦合以接收显示命令并被配置为在接收到显示命令时呈现图像；以及

处理器（102），可操作地耦合到驾驶舱显示器并适于接收航空电子数据，所述处理器被配置为：在检测到失去引擎推力时并且在接收到航空电子数据时：

（a）确定当前飞机配置，

（b）基于不变更所述当前飞机配置预测所述飞机的第一潜在着陆点，

特征在于所述处理器还被配置为：

（c）预测所述飞机的第二潜在着陆点（214），所述第二潜在着陆点与通过仅展开起落架来变更所述当前飞机配置相关联，

（d）预测所述飞机的第三潜在着陆点（218），所述第三潜在着陆点与通过展开起落架和副翼来变更所述当前飞机配置相关联，

（e）为驾驶舱显示器提供显示命令，所述显示命令使得驾驶舱显示器在三维显示（106）上呈现表示第一着陆点的第一提示（210）、表示第二着陆点的第二提示（214）以及表示第三着陆点的第三提示（218），

（f）更新三维显示（106）中的指示飞机行进（302）的地形（304）；以及

重复（a）-（f）直到飞机已着陆。

10.根据权利要求9所述的系统，其中变更所述当前飞机配置包括与所述当前飞机配置相关联的升阻比的修改。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述处理器进一步被配置为预测与飞机机动相关联的飞机的第四潜在着陆点。

12.根据权利要求9所述的系统，其中所述航空电子显示系统包括合成视觉显示。

13.根据权利要求9所述的系统，其中所述处理器进一步配置为在地形上以透视形式在提示的预测位置处显示每一个提示。

14.根据权利要求9所述的系统，其中每一个提示是人字纹，并且每个人字纹定向为指向关联的预测着陆点。

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