CN116395143A - 一种飞行员异常操作监视及紧急处置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行员异常操作监视及紧急处置方法，在飞机系统设计领域有着巨大的优势和潜力。本发明方法用于监视飞机系统和飞行员操作数据，并根据飞机飞行状态和飞行员输入操纵之间的关系进行飞行员异常操作的判定，从而对飞行员从操作合理性进行监视。当算法判定飞行员在进行异常操作时，将自动对飞机系统完整性分析，通过“管制员‑飞行员数据通讯链路”自动向地面管制发送异常预警消息，从而为地面管制人员提供事故预警和飞机实时数据；同时，本方法在检测到异常操作时，将自动断开飞行员的异常操作指令，并根据飞机系统可用性分析结果，评估选择自主归航模式，或通过地面远程控制飞机返航。

Description

一种飞行员异常操作监视及紧急处置方法

技术领域

本发明属于飞机设计及飞机系统设计领域，具体涉及一种飞行员异常操作监视及紧急处置方法。

背景技术

民航飞机的运行安全一直以来都是世界关注的焦点，一旦出现安全事故，则将对数百人的生命安全造成影响，自行业诞生以来，世界各国不断寻求各种方法和措施以提高飞行安全性。截止目前为止，这些方法和措施几乎都是针对于飞机硬件或软件系统运行可靠性而制定的；而飞行员作为飞行安全的最核心要素，一直一来都被认为是“绝对可靠”的。然而依旧存在重大航空事故的发生。

飞行员作为掌控全机安全的最核心要素，其行为和权利需要受到监视和约束，已经成为了一个不争的事实，各航司也纷纷提出响应的手段，包括：地面对飞行员心理进行调查和疏导；空中飞行时采用三人制机组；不允许驾驶舱留下单一飞行员等规定。上述各项措施能够在一定程度上避免由于飞行员失能、飞行员心理疾病导致的异常操作情况，从而避免由于飞行员因素造成的飞行安全事故。但是，这些措施也都有其不足和局限性：

1.三人制机组将显著增加航空公司运营成本。过去采用三人机组主要是因为飞机本身可靠性低，操作繁杂，三人机组能够更好的操作飞机；而现代飞机本身可靠性，安全性和操作便捷性已经非常高，恢复三人机组并不能减少飞行员操作负担，且将极大的增加运营成本。在如今航空业本就不景气的情况下，三人机组方案将对航空公司营运，机组待遇造成不利影响，反而对保障飞行员健康心理起到反作用。

2.部分航空公司要求飞行任意时间，驾驶舱内至少同时有一个飞行员和空乘机组人员。然而，历史事故表明，驾驶舱内只要出现争斗，就极易造成飞行事故。此外，飞行操作极为专业，空乘人员难以判断出飞行员是否是正常操作、或是确实遇到突发情况，也难以判断是否应该对飞行员进行制止。

3.有些航空事故为飞行员个人所为之，而目前缺少可明确证明飞行员异常操作的方法和强制约束飞行员操作权限的手段，仅通过机组之间的相互制约，难以有效避免事故发生。因此在航空事故发生后，由于缺乏有效证据，现有的各种方法都很难有效的对事故根源和责任进行明确的界定。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种飞行员异常操作监视及紧急处置方法，通过对飞机系统状态、飞行员操作输入进行监视，实时判别飞行过程中飞行员操作是否出现异常，当出现异常操作症候或已经出现异常操作时，将异常操作数据下发到地面管制中心，同时对飞行员操作进行权限约束，甚至接管飞机操纵，从而保证飞行安全。

一种飞行员异常操作监视及紧急处置方法，具体步骤如下：

步骤1：在飞机飞行过程中监视飞机系统和飞行员操作数据。其中，飞机系统包括大气数据系统、惯导系统、发动机系统、火警系统、飞行控制系统、自动飞行系统、综合监视系统、电源系统。飞行员操作包括主飞行操作输入、辅助飞行操作输入、发动机操作。

步骤2：通过实时接收步骤1中各项数据，根据飞机飞行状态，结合驾驶员输入对平稳飞行环境时的异常机动，无视告警信息进行操作，异常关闭发动机，异常断开通讯系统，异常断开飞行记录系统的异常操作进行判定。

步骤3：系统完整性分析和异常预警。

当步骤2中检测到异常操作时，进一步实时监视步骤1中飞机系统电源状态和工作状态，评估飞机系统完整性和可用性，并判断飞机是否能进行自主归航。进一步通过管制员-飞行员数据通讯链路自动向地面管制发送异常预警消息。

步骤4：应急处置操纵指令切换；根据步骤2与3的异常判定结果和预警状态，自动断开飞行员的异常操作指令，并根据飞机系统可用性评估结果，确定应急处置操纵指令为自主归航模式或通过地面远程控制飞机返航模式。

本发明的优点在于：

1.本发明飞行员异常操作监视及紧急处置方法，对飞行环境数据、飞机系统状态、飞行员操作输入进行监视，当出现异常操作或者异常操作症候时，自动向地面管制进行预警，并保存相应操作证据。

2.本发明飞行员异常操作监视及紧急处置方法，采用机载在线判定，仅当监视并判别出飞行员有异常操作时，才将数据下发到地面管制，既能满足地面管制监视和保存异常操作数据的需求，又不需要长时间，大范围占用空地数据链带宽。

3.本发明飞行员异常操作监视及紧急处置方法，当确定出现异常操作时，系统自动约束飞行员权限，系统进入自动驾驶状态，或进行地面远程人工接管，保证飞行安全。

4.本发明飞行员异常操作监视及紧急处置方法，出现了异常操作症候，但是未造成后果的，可利用事故证据数据及时发现问题飞行员，并对其进行心理疏导和飞行管制，避免问题进一步扩大。

5.本发明飞行员异常操作监视及紧急处置方法，对于无法挽回的事故，由于留存了相关的事故证据，便于后续的责任界定；而由于事故责任能够准确界定，对存在此类危险想法的飞行员本身是一种威

慑，从而避免其做出危害飞行安全的举动。

附图说明

图1为本发明飞行员异常操作监视及紧急处置方法流程图；

图2为应急处置操纵指令切换逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明飞行员异常操作监视及紧急处置方法，如图1所示，包括飞行数据监视部分、飞行异常判定部分、飞行异常预警部分，三者集成于异常监视系统中，在飞机离地后自动运行。飞机上，异常监视系统并不存在任何显示的操作界面，飞行员无法手动关闭该系统。

所述飞行数据监视部分，主要在飞机飞行过程中监视飞机系统和飞行员操作数据，具体监视数据如下：

A、需要监视的飞机系统及数据包括：

a1、大气数据系统，监测数据包括：风速、风向、静温、总温、气压高度、静压、动压及爬升率。

a2、惯导系统，监测数据包括：飞机位置、惯性高度、三轴姿态角和角速率、三轴加速度、航向及航迹。

a3、发动机系统，监测数据包括：发动机运行状态、发动机转速、排气温度、滑油温度、滑油量、滑油压力及发动机震动。

a4、火警系统，监测数据包括：发动机、APU、驾驶舱、货舱和轮舱等火警告警状态。

a5、飞行控制系统，监测数据包括：升降舵、方向舵、副翼、高升力、扰流板等气动舵面位置。

a6、自动飞行系统，监测数据包括：飞行指引指令、自动驾驶工作模式、自动驾驶指令；

a7、综合监视系统，监测数据包括：交通告警信息、近地告警信息、气象雷达系统风切变及湍流信息。

a8、电源系统，监测数据包括：飞行记录系统、通讯系统、空调系统、导航系统、发动机系统、防冰等系统电源及断路器状态。

B、需要监视的飞行员操作及数据包括：

b1、主飞行操作输入，监测数据包括：正副驾驶俯仰、滚转和脚蹬操作机构位置。

b2、辅助飞行操作输入，监测数据包括：襟缝翼、配平电门、起落架、扰流板等操作机构位置。

b3、发动机操作，监测数据包括：推力供油手柄位置、推力手柄位置。

基于飞行数据监视部分实时监测的飞机系统数据结合飞行员操作数据数据，由飞行异常判定部分进行异常操作判定，对飞行员是否进行异常操作进行判定。

异常操作情形分为以下几类：

(1)平稳飞行环境时的异常机动。

当监测数据同时满足以下条件，判定出现平稳飞行环境时的异常机动：

101、大气数据系统数据表现出风速、风向保持平稳；

102、气象雷达系统未提示风切变或湍流信息；

103、飞行控制系统显示飞机升降舵、方向舵、副翼、高升力、扰流板等气动舵面位置均处于正常状态；

104、非自动驾驶阶段，主飞行操纵输入显示飞行员输入了超过了正常控制飞机所需指令阈值，且指令方向并未控制飞机恢复平稳飞行；

105、非自动驾驶阶段，飞机姿态偏离飞行控制计算机给出的飞行指引指令，且监视的飞行操作数据显示飞行员未进行修正；

(2)无视告警信息进行操作。

当监视数据同时满足以下条件，判定飞行员无视告警信息进行操作：

201、监视数据表明飞机发动机工作正常，各操作面工作正常；

202、出现近地告警提示时，飞行员未进行拉起操作；

203、出现近地告警提示时，飞行员仍然控制飞机下降；

204、监视数据表明飞行员输入操作使得近地告警提示等级加重。

(3)异常关闭发动机

当监视数据同时满足以下条件，判定飞行员可能异常关闭发动机：

301、飞机在空中发动机高压转子和低压转子转速、排气温度、发动机震动值、滑油参数均处于正常范围；

302、发动机无火警警告；

303、供油手柄被关断。

(4)异常断开通讯系统

当监视数据同时满足以下条件，判定飞行员可能异常断开通讯设备：

401、飞机在空中；

402、通讯设备断路器被拔出，且未在规定时间内重新插入。

(5)异常断开飞行记录系统。

当记录的数据同时满足以下条件，本算法判定飞行员可能异常断开飞行记录仪：

501、飞机在空中；

502、飞行记录仪断路器被拔出，且未在规定时间内重新插入。

当飞行异常判定部分检测到异常操作时，飞行异常预警系统还根据飞行数据监视部分监视的各系统电源断路器状态，评估飞机系统完整性和可用性，即各个系统是否处于通电状态，生成飞机系统完整性和可用性报告并判断飞机是否能进行自主归航；进一步由飞行异常预警部分通过“管制员-飞行员数据通讯链路”自动向地面管制发送异常预警消息。

所述预警消息包含3部分：

①异常操作种类，即由飞行异常判定部分判定得出的异常操作种类。

②异常操作数据，即由步骤1中记录的飞行状态数据和飞行员操作输入数据发送到地面，便于地面管制人员进行数据监视和备份，直至飞机落地。

③飞机系统完整性和可用性报告，提供飞机当前可用系统及是否能够自主归航。

所述飞机是否能够进行自归航的的判定，需监测数据同时满足以下条件，否则，则判定飞机无法进行自主归航。

A、飞机控制系统数据正常；

B、飞机发动机系统数据正常；

C、自动飞行系统数据正常；

D、惯导系统数据正常

E、综合监视系统数据正常

上述各系统数据正常即没有超出标准飞行手册的限制。

飞机正常飞行时，飞机飞控计算机可同时接收飞行员控制指令、自动驾驶指令及地面远程发送的应急处置指令，并通过“人工/自动/应急指令模块”(集成在飞控系统中)进行各指令间的切换。若未接通自动驾驶，“人工/自动/应急指令模块”将控制指令切换至飞行员控制指令，将飞行员驾驶杆、油门台等操纵机构指令数据输出给飞机操纵系统作动器，控制飞机人工飞行。在接通自动驾驶后，“人工/自动/应急指令模块”将控制指令切换至自动驾驶指令，将自动驾驶系统的自动驾驶指令输出给飞机操纵系统作动器，从而控制飞机飞行。当地面管制接收到异常预警消息后，向飞机飞控计算机发送应急处置操纵指令，“人工/自动/应急指令模块”将控制指令切换至应急处置操纵指令，将切断驾驶员的人工输入，通过执行应急处置操纵指令控制飞机返航。

如图2所示，所述应急处置操纵指令包括自动驾驶归航指令以及地面远程操纵指令；两种指令通过地面管制对步骤3接受到的预警消息进行判断，根据判断结果进行转换，方式如下：

若地面管制判定预警消息中为飞机能够进行自主归航，则此时应急处置操纵指令为归航指令，输出至自动驾驶系统，由自动驾驶系统计算距离当前最近的可着陆机场，并控制飞机返航。若地面管制判定预警消息中为飞机无法进行自主归航，此时应急处置操纵指令将转换为地面远程操纵指令，地面管控人员则可以类似控制无人机的方式，远程控制飞机返航。

Claims (5)

1.一种飞行员异常操作监视及紧急处置方法，其特征在于：步骤设计为：

步骤1：在飞机飞行过程中监视飞机系统和飞行员操作数据，其中，飞机系统包括大气数据系统、惯导系统、发动机系统、火警系统、飞行控制系统、自动飞行系统、综合监视系统、电源系统；飞行员操作包括主飞行操作输入、辅助飞行操作输入、发动机操作；

步骤2：通过实时接收步骤1中各项数据，根据飞机飞行状态，结合驾驶员输入对平稳飞行环境时的异常机动，无视告警信息进行操作，异常关闭发动机，异常断开通讯系统，异常断开飞行记录系统的异常操作进行判定；

步骤3：系统完整性分析和异常预警；

当步骤2中检测到异常操作时，进一步实时监视步骤1中飞机系统电源状态和工作状态，评估飞机系统完整性和可用性，并判断飞机是否能进行自主归航；进一步通过管制员-飞行员数据通讯链路自动向地面管制发送异常预警消息；

步骤4：应急处置操纵指令切换；根据步骤2与3的异常判定结果和预警状态，自动断开飞行员的异常操作指令，并根据飞机系统可用性评估结果，确定应急处置操纵指令为自主归航模式或通过地面远程控制飞机返航模式。

2.如权利要求1所述一种飞行员异常操作监视及紧急处置方法，其特征在于：步骤2中，异常操作及判定方法为：

(1)当监测数据同时满足以下条件，判定出现平稳飞行环境时的异常机动：

101、大气数据系统数据表现出风速、风向保持平稳；

102、气象雷达系统未提示风切变或湍流信息；

103、飞行控制系统显示飞机升降舵、方向舵、副翼、高升力、扰流板等气动舵面位置均处于正常状态；

104、非自动驾驶阶段，主飞行操纵输入显示飞行员输入了超过了正常控制飞机所需指令阈值，且指令方向并未控制飞机恢复平稳飞行；

105、非自动驾驶阶段，飞机姿态偏离飞行控制计算机给出的飞行指引指令，且监视的飞行操作数据显示飞行员未进行修正；

(2)当监视数据同时满足以下条件，判定飞行员无视告警信息进行操作：

201、监视数据表明飞机发动机工作正常，各操作面工作正常；

202、出现近地告警提示时，飞行员未进行拉起操作；

203、出现近地告警提示时，飞行员仍然控制飞机下降；

204、监视数据表明飞行员输入操作使得近地告警提示等级加重。

(3)当监视数据同时满足以下条件，判定飞行员可能异常关闭发动机：

301、飞机在空中发动机高压转子和低压转子转速、排气温度、发动机震动值、滑油参数均处于正常范围；

302、发动机无火警警告；

303、供油手柄被关断。

(4)当监视数据同时满足以下条件，判定飞行员可能异常断开通讯设备：

401、飞机在空中；

402、通讯设备断路器被拔出，且未在规定时间内重新插入；

(5)当记录的数据同时满足以下条件，本算法判定飞行员可能异常断开飞行记录仪：

501、飞机在空中；

502、飞行记录仪断路器被拔出，且未在规定时间内重新插入。

3.如权利要求1所述一种飞行员异常操作监视及紧急处置方法，其特征在于：飞机是否能够进行自归航的判定方式为：

监测数据同时满足以下条件，否则，则判定飞机无法进行自主归航；

A、飞机控制系统数据正常；

B、飞机发动机系统数据正常；

C、自动飞行系统数据正常；

D、惯导系统数据正常；

E、综合监视系统数据正常。

4.如权利要求1所述一种飞行员异常操作监视及紧急处置方法，其特征在于：

预警消息包含三部分，分别为：

①由飞行异常判定部分判定得出的异常操作种类；

②由步骤1中记录的飞行状态数据和飞行员操作输入数据；

③飞机系统完整性和可用性报告。

5.如权利要求1所述一种飞行员异常操作监视及紧急处置方法，其特征在于：飞机正常飞行时，飞机飞控计算机同时接收飞行员控制指令、自动驾驶指令及地面远程发送的应急处置指令，并通过人工/自动/应急指令模块进行各指令间的切换。

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