CN1173652A

CN1173652A - 将飞行器速度保持在特定速度范围内的装置

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Publication number: CN1173652A
Application number: CN97111215A
Authority: CN
Inventors: C·马弗里; J·穆勒
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 1998-02-18
Anticipated expiration: 2017-04-04
Also published as: US5884870A; FR2747204A1; ES2173402T3; DE69712399D1; CA2201078A1; FR2747204B1; EP0799766A1; EP0799766B1; CN1134721C; DE69712399T2; CA2201078C

Abstract

一种将飞行器的速度保持于技术规定范围内的自动装置,它包括:一种把飞行器有效速度与基准速度相比较的装置,该基准速度是根据飞行器的技术规定所确定的,一种计算装置,根据上述比较结果,计算修正控制值,使有效速度与这些基准速度相一致,一种把计算值中的一个加到飞行器上的装置——如果这对将飞行器保持于允许速度是需要的。

Description

将飞行器速度保持在特定速度范围内的装置

本发明涉及一种将飞行器的速度保持在一速度范围(工作范围)内的装置，该速度范围由所述飞行器技术规定允许的最高速度和最低速度所限定，而不涉及被控制的飞行航线。

应说明的是，本发明特别适用于飞机，尤其是商用飞机，它具有根据接收到的控制值，把给定的升高速率和给定的速度施加于上述飞行器的控制装置。

现有技术中，上述控制装置：

—它或者设置于飞行器的自动驾驶仪上，它(在下列情况下)是能工作的：

·直接通过飞行器控制面上的相应的控制单元(也是公知的)，来修正它的升高速率；

·向接地通过推进系统来修正推进力；飞行器的速度是升高速率与推进力相合成的结果；

—它或者设置于飞行指引仪上，该指引仪器把为获得所需飞行航线需加于俯仰轴控制的操作显示给驾驶员。

因此，使用自动驾驶仪能完全自动控制速度和升高速率，然而使用飞行指引仪就需要飞行员干预。

尽管这些差异，而且虽然现有技术中首先提及一种自动驾驶仪，但本发明同样适用于具有自动驾驶仪的飞行器和具有飞行指引仪的飞行器。

由于飞行器的升高速率对应于一施加的控制值，现有技术中所公开的，通过控制上述飞行器的推进系统所产生的推进力，使飞行器的速度保持在一预定值是可能的，这种控制是能实现的：

—或者是通过驾驶员适当调节节气门操纵杆实现人工控制；

—或者是通过自动推进控制系统实现自动控制。

在上述条件下，并在下列情况下，使飞行速度保持在工作范围是不可能的：

—第一种情况，如果对于施加一正的升高速率，也就是说，它表示飞行器升高，由推进系统产生的最大推进力而形成的速度低于预定的最低速度；

—第二种情况，如果对于施加一负的升高速度，也就是说，它表示飞行器下降，由最小推进力产生的速度高于预定的最高速度。

为了避免这些危险情况，自动驾驶仪包括设置于局部判断中心的内部保护装置，该中心涉及飞行器各种可能的工作状况，它或者限定加到自动驾驶仪上的控制值，或者改变工作状况，以便使得施加的升高速率与预定的最高和最低基准速度相一致。

然而这些内部保护装置有许多缺陷，即：

—在每个保护判断中心，双重保护是必须的，而且是非常重要的。

—保护程度被限定在自身许可的对应判断中心的应用范围内，特别是飞行器处于飞行状态时，它能产生一个大且不利的飞行器速度偏差，超出了由允许最低和最高速度所限定的范围。

本发明的目的是克服上述不足，提供一种自动保持飞行器速度在一速度范围内的装置，特别是用于商用飞机，该速度范围由所述飞行器技术规定允许的最低和最高速度所限定。

因此，根据本发明，上述设备包括：

—控制装置，把受控制的升高速率加到上述飞行器上；

—确定上述飞行器有效速度的装置，

—把上述有效速度分别与上述的最高和最低速度相比较的装置；

—计算装置，根据上述比较结果，计算两个被修正的控制值，通过修正上述升高速率，适于使上述有效速度分别与最高和最低速度相一致；

—优先操作装置，它用于把上述被修正的控制值中的一个加到上述控制装置上—如果需要这样的操作来使上述飞行器保持在上述速度范围内。

因此，根据本发明，如果对于飞行器的一个给定升高速率，其有效速度或者低于允许的最低速度，或者高于允许的最高速度，超出一范围时，本发明装置的优先操作装置把修正控制值加到控制装置上，该修正控制值来修正飞行器的升高速率，使飞行器的速度能返回至所允许的速度范围。

为了修正上述升高速率，上述控制装置最好用一基准参数作为控制值，依据本发明，所述的基准参数可以是：

—飞行器俯仰角速度；

—飞行器的俯仰角，或者

—负载系数，它表示飞行器垂直加速度与重力加速度之差。

在本发明的一个较佳实施例中，上述的比较装置和计算装置结合为一体并设置在同一计算系统中。

上述计算系统最好包括：

—第一计算装置，它根据上述有效速度和最大速度确定第一控制值，该控制值对应于上述的基准参数值，该参数值使所述飞行器产生上述的最高速度；

—第二计算装置，它根据上述有效速度和最低速度确定第二控制值，该控制值对应于上述的基准参数值，该参数值使所述的飞行器产生最低速度；

—第三计算装置，它根据上述飞行器的有效升高速率确定第三控制值，该控制值对应于上述的基准参数值，该参数值使所述的飞行器产生零升高速率；

—第一选择装置，它或者选择上述的第一控制值，或者选择上述的第三控制值作为所述的第一修正控制值，根据它们使上述飞行器产生较大的俯角；

—第二选择装置，它或者选择上述的第二控制值，或者选择上述的第三控制值作为所述的第二修正控制值，根据它们使上述飞行器产生较大的仰角：

上述的优先操作装置最好适于选择上述第一和第二修正控制值的和上述飞行器中驾驶员确定的设定点控制值的平均值。本发明中，上述设定点控制值表示驾驶员(或自动驾驶仪)选择的控制值。

上述的选择装置最好适于选择上述第一和第三控制值和一个理论上导致上述飞行器处于不能实现的急剧俯角的控制值的平均值，而上述的第二选择装置最好适于选择上述第二和第三控制值和一个理论上导致上述飞行器处于不能实现的急剧仰角的控制值的平均值。

在本发明的一个较佳实施例中，用负载系数作为基准参数：

—上述的第一和第二负载系数控制值最好分别与上述有效速度和上述最高及最低速度的各自差成正比；

—上述负载系数第三控制值最好与飞行器有效升高速率成正比。

上述所述第一和第二控制值的绝对值最好限于一预先确定的最大值，如为0.3g，这里g表示重力加速度。因此通过这样限定产生的控制值来操纵飞行器的运行产生一个飞行器的修正升高速率，该升高速率是一个满意的方案，既使乘客有舒适感，又能使保护具有有效性，以免它超出最高和最低速度。

本发明装置最好包括抑制装置，它适于抑制施加修正控制值的装置的优先操作，以使控制装置直接收到的仅仅是设定点控制值。

因此，本发明装置通过起动上述抑制装置，使它处于关闭状态。这种装置可以被使用，例如，如果飞行器处于保持飞行航线的飞行状态并为此升高速率比保持速度更重要时。

附图是用来说明本发明是如何实现的。这些附图中，同一标号表示相同的部件。

图1是本发明装置的方框图。

图2是飞行器升高速率和速度控制装置的状态图。

图3是本发明装置中选择装置图。

如图1所示，本发明装置1设置在飞行器A上，如商用飞机上，它具有自动驾驶仪和(或)飞行指引仪(图中未显示)，用于保持飞行器A为一速度V，该速度与上述飞行器A的工作范围相适应，如图2所示。

因此，上述装置1包括下列装置，它们也是已知的：

—控制装置2，它根据接收到的控制值，把受控的升高速率和受控的速度加到上述飞行器A上。在现有技术中，上述控制装置2设置于飞行器A的自动驾驶仪上，如图2所示，它通过一中间适当的控制件(图中未显示，用连线3表示)适于控制飞行器A的升降舵4，从而修正它的升高速率P。需说明的是速度是借助于自动驾驶仪(图中未显示)或者通过驾驶员调节节气门操纵杆(图中也未显示)来控制推进系统6的推进力而受控制的。

—装置7，也是公知的，它用来确定上述飞行器A的有效速度V；

—装置8，也是公知的，它用来确定上述飞行器A有效升高速率P。

本发明中所述的控制装置2，如果需要，它也可整体地设置于飞行器中的飞行指引仪(未示出)上，该飞行指引仪在现有技术中也是公知的，它能各告诉驾驶员如何控制俯仰轴以便获得所需的升高速率。

实际上，飞行器的有效速度是能脱离所规定的速度的，例如，如果当规定的升高速率太高时，推进系统6又不能提供需要的推进力。

显然，由于安全方面和飞行器技术规定的原因，上述飞行器的速度必须保持在一定限定数值范围内。因此，自动驾驶仪一般设有内部保护装置，而且，该内部保护装置的限制加到上述自动驾驶仪上的控制值。

然而，上述保护的程度是受到限制的，因此可能出现超出预定速度范围的一个较大的不利速度偏差。

本发明的装置1通过自动使飞行器A保持于其所允许的速度范围内来避免任何这样的偏差。除此外，它还能避免前面提及的内部保护装置的缺陷。

为了实现此目的，根据本发明，所述的装置1除了前面提及的公知的装置2、7、8外，还包括：

—计算系统9—下文更详细地说明，它包括：

·把飞行器有效速度与两个基准速度相比较的装置，由此从上述数值中确定差值(上述基准速度是由飞行器技术规定所限定的，并对应于最高工作速度和最低工作速度)；和

·计算装置，根据比较结果，计算两修正控制值适于使上述有效速度与各自的基准速度一致；

—优先操作装置10，它把上述修正控制值中的一个加到上述控制装置2上—如果需要这种操作来使飞行器A的速度保持在允许的速度范围内。

本发明中，控制装置2使用的控制值对应于基准参数值，基准参数值可以是，例如，飞行器的速度，飞行器的俯仰角或者是负载系数，负载系数表示飞行器A的垂直加速度与重力加速度之差。

本发明的较佳实施例中，如图2所示，所述的计算系统9包括：

—计算装置11，由连线12的支线12A使之与装置7相连，它根据装置7接收到的飞行器A的有效速度V和记录的最大基准速度确定第一控制值，该控制值对应于上述基准参数值，该参数值使飞行器A可能产生上述最高速度；

—计算装置13，由连线12的支线12B使之与装置7相连，它根据装置7接收到的有效速度V和记录的最小基准速度，确定第二控制值，该控制值对应于上述基准参数值，该参数值使飞行器A可能产生上述最低速度；

—计算装置14，由连线15使之与装置8相连，它根据装置8接收到的飞行器有效升高速率P确定第三控制值，该控制值对应于上述基准参数值，该参数值使飞行器A可产生零升高速率；

—选择装置16，它通过连线17和连线18的支线18A分别与计算装置11和14相连，它或者选取上述第一控制值或上述第三控制值作为第一修正控制值，他们将使飞行器A产生较大的俯角；

—选择装置19，它通过连线20和连线18的支线18B分别与计算装置13和14相连，它或者选取上述第二控制值或上述第三控制值作为第二修正控制值，他们将使飞行器A产生较大的仰角。

在一较佳实施例中，上述选择装置16和19选取和发送三个不同值的平均值，如图3所示选择装置16。

对于上述选择装置16，三个值被认为是：

—通过连线17接收的第一控制值；

—通过连线18的支线18A接收的第三控制值；

—记录的控制值E，它在理论上导致飞行器处于飞行器不能实现的急剧俯角状态。

选择装置19使用第二和第三控制值以及记录的控制值，该记录的控制值在理论上导致飞行器处于飞行器不能实现的急剧仰角状态。

类似地，装置10适于选取下列控制值内的平均值：

—通过连线21从选择装置16中接收到的第一修正控制值；

—通过连线22从选择装置19中接收到的第二修正控制值；和

—设定点控制值，由飞行员选取，通过连线23从公知的装置中(图中未显示)接收到，它使飞行器保持在飞行员确定的设定点。

通常情况下，也就是说，在没有本发明装置1的情况下，上述设定点控制值直接被发送到用于飞行器A中的控制装置2上。

由装置10选取的上述平均值被发送到控制装置2上，并由装置2发出指令：

—或者保持设定点控制值—如果后者被选取，也就是说，如果飞行器A的有效速度V介于预定的最低和最高速度之间；

—或者修正控制值—如果被修正的控制值中的一个被选取。

这种设定点控制值的修改在下述情况下是能实现的：

—如果对于一正升高速率，飞行器A有效速度V低于预定的最低速度，考虑到推进系统6给定的推进力，使得被选取值是第二控制值，它会导致有效升高速度降低(而飞行速度增加)；

—如果对于一负升高速率，飞行器A有效速度V高于预定的最高速度，考虑到给定的推进力，使得被选取值是第一控制值，它会产生对有效升高速率进行适当的修正(并导致飞行速度降低)；

—如果由装置7和8提供的测定值不一致，或者万一本装置1或者自动驾驶仪的一个主要部件失灵，在此情况下，被选取值是第三控制值时，它使飞行器处于水平飞行状态，即是一个零升高速率。

因此，飞行器的速度总是保持在一允许的速度范围内，以及在极端情况下，飞行器也是处于水平状态(零升高速率)。

本装置1还包括抑制装置24，它通过连线25连接装置10的输出端，通过连线26与连线23相连接，连线23发送设定点控制值，并且通过连线27连接控制装置2的输入端。上述抑制装置24可能是：

—或者处于工作状态，把连线25与连线27相连以便装置1能运行；

—或者处于待用状态，把连线26与连线27相连以便设备1能停用，而且控制装置2能继续直接接受设定点控制值。这种停止状态可能被选用，特别是，如果飞行器处于保持飞行航线的飞行状态，因此升高速率比保持飞行速度重要得多。

上述抑制装置24通过连线28能处于工作和非工作状态；

—或者由驾驶员进行人工控制—当驾驶认为有必要或有用时；

—或者自动控制—通过适当的装置(图中未显示)根据自动驾驶仪的工作模式来控制开、关转换。

Claims

1、一种将飞行器的速度保持于一速度范围内的自动装置，该速度范围由所述飞行器技术规定所允许的最低和最高速度所限定，上述装置包括：

—控制装置，把给定的升高速率施加于上述飞行器；

—确定上述飞行器有效速度的装置；

—优选操作装置，它用于把上述被修正的控制值中的一个加到上述控制装置上—如果需要这样的操作来使上述飞行器保持在上述速度范围内。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：上述控制装置使用一基准参数值作为控制值。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：上述的比较装置和上述计算装置结合为一体并设置于同一计算系统中。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：上述计算系统包括：

—第一计算装置，它根据上述有效速度和最大速度一确定第一控制值，该控制值对应于上述基准参数值，该基准参数值使所述飞行器产生上述最高速度；

—第二计算装置，它根据上述有效速度和最低速度确定第二控制值，该控制值对应于上述基准参数值，该基准参数值使所述飞行器产生上述最低速度；

—第三计算装置，它根据上述飞行器的有效升高速率确定第三控制值，该控制值对应于上述基准参数值，该基准参数值使所述飞行器产生零升高速率；

—第一选择装置，它或者选择上述第一控制值，或者选择上述的第三控制值作为上述第一被修正的控制值，根据它们，上述飞行器形成较大的俯角；

—第二选择装置，它或者选择上述的第二控制值，或者选择上述的第三控制值作为上述的第二修正控制值，根据他们，上述飞行器形成较大的仰角。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：上述的优先操作装置适于选取上述第一和第二修正控制值和上述飞行器中驾驶员确定的设定点控制值的平均值。

6、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：上述的选择装置适于选择上述第一和第三控制值和一个理论上导致上述飞行器处于飞行器不能实现的急剧俯角状态的控制值的平均值。

7、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：上述的第二选择装置适于选择上述第二和第三控制值和一个理论上导致上述飞行器处于飞行器不能实现的急剧仰角状态控制值的平均值。

8、根据权利要求2所述的装置，其特征在于：上述的基准参数是上述飞行器俯仰角速度。

9、根据权利要求2所述的装置，其特征在于：上述的基准参数是上述飞行器的俯仰角。

10、根据权利要求2所述的装置，其特征在于：上述的基准参数是负载系数，它表示飞行器垂直加速度与重力加速度之差。

11、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：上述的第一和第二负载系数控制值分别与上述有效速度和上述最高及最低速度各自的差成正比。

12、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：上述第三负载系数控制值与上述飞行器有效升高速率成正比。

13、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：上述第一和第二控制值的绝对值限定为预先确定的最大值。

14、根据权利要求1所述的装置，其特下在于：它还包括抑制装置，它适于抑制适于施加一个被修正的控制值装置的优先操作，以使上述控制装置直接接收到的仅仅是由上述飞行器中驾驶员确定的设定点控制值。