CN117872937B - 一种民机自动应急下降系统及其应急下降方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种民机自动应急下降系统及其应急下降方法，该系统包括:自动应急下降系统的判断模块、自动应急下降系统的控制模块、自动应急下降系统的存储模块、自动应急下降系统的显示模块、客舱增压系统、飞行控制系统、综合监视系统、自动飞行系统、通信系统；其利用判断飞机自动应急下降的逻辑，实现特定条件下能够自动下降到安全高度的功能，极大减轻了飞行员的操作负荷。在飞行员失能情况下，也能够保证飞机下降到安全高度。在飞机遇到客舱释压的情况时，将使飞行员工作负荷减少95%以上。在遇到驾驶舱风挡破裂、飞行员失能的极端情况时，能够将人员缺氧死亡率降低至1%以下，极大的保证了人员与飞机的安全。
Description
技术领域
本发明涉及民用航空器运营研发技术领域，尤其是涉及一种民机自动应急下降系统及其应急下降方法。
背景技术
客舱增压系统通过调节飞机增压舱内的压力，为旅客和机组提供安全的、舒适的环境，保护人员免受缺氧的影响，在飞机整个飞行阶段有着重要的作用，关系着整机人员的生命安全。
当前民机在高空遇到客舱释压的情况时，飞行员需立即带好机组氧气面罩，检查各项参数，操纵飞机下降高度，通知客舱机组，并向塔台报告当前状况。由于现有民机无自动应急下降系统，机组人员工作负荷巨大。
在空中遇到驾驶舱挡风玻璃破裂脱落或飞机蒙皮结构损坏的情况，会导致客舱释压，舱内压力骤降，氧气量迅速降低，气温将迅速降到零下40多摄氏度，飞行员和乘客甚至可能会被吸出飞机。在高空低温、低压、缺氧的环境下，人的有效知觉时间仅仅只有30秒，危及生命安全，极大的增加了飞行员正确处置的难度。若飞行员没能正确处置，或失去意识无法操作，整机人员的性命危在旦夕。
因此，急需针对民机研发出一种自动应急下降系统，及其应急下降方法，以便当出现突然情况时，系统可以自动触发应急下降功能，将飞机自动下降到安全飞行高度，而不是完全靠飞行员来人为操作和判断。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供了一种民机自动应急下降系统及其应急下降方法，其利用判断飞机自动应急下降的逻辑，实现特定条件下能够自动下降到安全高度的功能，极大减轻了飞行员的操作负荷。同时，在飞行员失能情况下，也能够保证飞机下降到安全高度。在飞机遇到客舱释压的情况时，将使飞行员工作负荷减少95%以上。在遇到驾驶舱风挡破裂、飞行员失能的极端情况时，能够将人员缺氧死亡率降低至1%以下，将飞机坠毁的概率降低至接近于0，极大的保证了人员与飞机的安全。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种民机自动应急下降系统，其包括:
自动应急下降系统的判断模块，用于接受和监控来自客舱增压系统、飞行控制系统和综合监视系统的信号，并判断和触发自动应急下降系统的待命、接通和断开逻辑；
自动应急下降系统的控制模块，用于向飞行控制系统、综合监视系统、自动飞行系统和通信系统发送指令，让各系统协同工作，完成飞机自动应急下降；
自动应急下降系统的存储模块，用于存储自动应急下降系统的判断条件；
自动应急下降系统的显示模块，用于显示民机飞行参数；
客舱增压系统，用于保持飞机增压舱内的压力；
飞行控制系统，用于接受机组操纵或者自动应急下降系统的控制模块的控制指令，通过控制率解算，将控制指令输出到各舵面作动器，控制作动器运动、带动舵面偏转，完成飞机应急下降姿态的调整；
综合监视系统，用于为飞机提供地形状况和周围空中交通状态相关的信息；接收自动应急下降系统的控制模块的控制指令，完成空中交通警告与防撞模式设置；
自动飞行系统，用于接受自动应急下降系统的控制模块的控制指令，完成自动驾驶、自动油门、飞行指引、水平引导-航向模式、垂直引导-应急下降模式、目标速度和目标高度的设置，引导飞机完成应急下降；
通信系统，用于接受自动应急下降系统的控制模块的控制指令，完成空中交通管制应答机的设置，告知其它飞机及地面人员，飞机当前为紧急状态。
优选的技术方案，所述自动应急下降系统的判断模块的待命逻辑如下：
对于着陆标高≤12000英尺的机场，当客舱增压系统在人工控制状态时，判断模块计算出当前飞机的客舱高度加上客舱高度变化率乘以15秒的和大于等于16000ft时，进入15秒的待命状态；
对于着陆标高≤12000英尺的机场，当客舱增压系统在自动控制状态时，判断模块计算出当前飞机的客舱高度加上客舱高度变化率乘以15秒的和大于等于14000ft时，进入15秒的待命状态；
对于着陆标高＞12000英尺的机场，当判断模块计算出当前飞机的客舱高度加上客舱高度变化率乘以15秒的和大于等于客舱高度阈值时，进入15秒的待命状态。
优选的技术方案，所述自动应急下降系统的判断模块的接通逻辑如下：当自动应急下降系统处于待命状态时，飞行员将减速板手柄拉到半开位置以上时，判断模块进入接通状态；或者15秒的待命状态结束时，判断模块进入接通状态。
优选的技术方案，所述自动应急下降系统的判断模块的断开逻辑如下：当自动应急下降系统处于接通状态时，飞机下降过程中触发了近地警告系统告警信息；或者空中交通与防撞系统的告警信息；或者自动驾驶断开；或者飞行员手动关闭/改变垂直引导-应急下降模式；或者飞机高度低于自动应急下降飞行高度阈值（该自动应急下降飞行高度阈值取10000英尺与当前最小偏离航道高度之间的较大值）时，判断模块进入断开状态。
优选的技术方案，所述显示模块显示的民机飞行参数包括姿态信息、空速信息、高度信息、飞行航迹矢量、重要告警信息、飞行指引指示、飞行模式通告、垂直速度和无线电高度。
优选的技术方案，所述综合监视系统为飞机提供的信息包括近地警告系统的告警信息、空中交通警告与防撞系统的告警信息。
本发明的再一目的是提供一种民机自动应急下降方法，其包括以下步骤：
步骤一、客舱释压；
步骤二、自动应急下降系统进入待命状态；
步骤三、自动应急下降系统进入接通状态；
自动应急下降系统的显示模块显示垂直引导-应急下降模式的倒计时消息，表明垂直引导模式的自动应急下降在15s倒计时结束时自动接通；
自动应急下降系统接通后，倒计时消息消失，自动应急下降系统接通消息出现；
自动应急下降系统的自动飞行系统自动设置飞行高度，航向和速度目标；
自动应急下降系统的飞行控制系统控制飞机的减速板自动完全伸出；
自动应急下降系统的通信系统控制空中交通管制应答机自动转至7700代码；
自动应急下降系统的综合监视系统控制空中防撞系统模式自动设定到向下模式；
步骤四、当飞机下降到自动飞行系统的飞行控制面板设置的高度时，自动应急下降系统进入断开状态；
自动应急下降系统的自动飞行系统的垂直引导模式的应急下降模式断开， 垂直引导模式的高度保持模式接通；
自动应急下降系统的飞行控制系统控制减速板自动返回到初始位置；
自动应急下降系统的显示模块的自动应急下降系统接通消息消失；飞机减速至减速板伸出时计算的绿点速度；
步骤五、自动应急下降结束。
优选的技术方案，所述步骤三中自动应急下降系统的自动飞行系统自动设置飞行高度，航向和速度目标的过程如下：依次让飞行指引接通、自动油门接通并保持慢车推力、自动驾驶接通、航向接通、飞行控制面板的速度目标设定为VMAX-5kt/s（最大允许速度减去5节/秒）；飞行控制面板的高度设置为自动应急下降飞行高度阈值，该自动应急下降飞行高度阈值取10000英尺与当前最小偏离航道高度之间的较大值。
优选的技术方案，所述步骤二中自动应急下降系统进入待命状态的待命逻辑如下：
对于着陆标高≤12000英尺的机场，当客舱增压系统在人工控制状态时，判断模块计算出当前飞机的客舱高度加上客舱高度变化率乘以15秒的和大于等于16000ft时，进入15秒的待命状态；
对于着陆标高≤12000英尺的机场，当客舱增压系统在自动控制状态时，判断模块计算出当前飞机的客舱高度加上客舱高度变化率乘以15秒的和大于等于14000ft时，进入15秒的待命状态；
对于着陆标高＞12000英尺的机场，当判断模块计算出当前飞机的客舱高度加上客舱高度变化率乘以15秒的和大于等于客舱高度阈值时，进入15秒的待命状态。
优选的技术方案，所述步骤三中自动应急下降系统进入接通状态的接通逻辑如下：当自动应急下降系统处于待命状态时，飞行员将减速板手柄拉到半开位置以上时，进入接通状态；或者15秒的待命状态结束时，进入接通状态。
与现有技术相比，本发明一种民机自动应急下降系统及其应急下降方法具有以下有益效果：
采用本发明中自动应急下降系统的民机，因为新增了自动应急下降系统的判断模块等功能模块，其可以根据监控客舱高度，反馈出客舱压力，进而使用组合的横向和纵向模式将应急下降程序通过自动化的形式实现，极大减轻了飞行员的工作负荷。同时，在飞行员失能情况下，能够保证飞机下降到安全高度。同时，在遇到飞机客舱释压的情况时，具有自动应急下降系统的飞机将使飞行员工作负荷减少95%以上。在遇到驾驶舱风挡破裂、飞行员失能的极端情况时，能够将人员缺氧死亡率降低至1%以下，将飞机坠毁的概率降低至接近于0，极大的保证了人员与飞机的安全。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种民机自动应急下降系统的组成架构示意图；
图2为本发明实施例1的自动应急下降系统的判断模块的待命逻辑图；
图3为本发明实施例1的自动应急下降系统的判断模块的接通逻辑图；
图4为本发明实施例1的自动应急下降系统的判断模块的断开逻辑图；
图5为本发明实施例1的一种民机自动应急下降系统的控制方法步骤示意图。
具体实施方式
参照图1-5对本发明一种民机自动应急下降系统及其应急下降方法做进一步说明。
实施例1
如图1所示：一种民机自动应急下降系统，其包括:
自动应急下降系统的判断模块，接受来自客舱增压系统、飞行控制系统和综合监视系统的信号，用于判断自动应急下降系统的待命、接通和断开逻辑；
自动应急下降系统的控制模块，用于向飞行控制系统、综合监视系统、自动飞行系统和通信系统发送指令，各系统协同工作，完成飞机自动应急下降；
自动应急下降系统的存储模块，用于存储自动应急下降系统的判断条件；
自动应急下降系统的显示模块，用于显示民机的各种飞行参数，包括姿态信息、空速信息、高度信息、飞行航迹矢量、重要告警信息、飞行指引指示、飞行模式通告、垂直速度和无线电高度等信息；
客舱增压系统，通过自动或人工控制经过排气活门流出机身的空气量，保持飞机增压舱内的压力对于旅客和机组是安全的、舒适的，保护乘客和机组免受缺氧的影响。
飞行控制系统，接受机组操纵和自动应急下降系统的控制模块的控制指令，通过控制率解算，将控制指令输出到各舵面作动器，控制作动器运动、带动舵面偏转，完成飞机应急下降姿态的调整。
综合监视系统，为飞机提供地形状况和周围空中交通状态相关的信息，提供GPWS（近地警告系统）和TCAS（空中交通警告与防撞系统）告警信息。同时，接收自动应急下降系统的控制模块的控制指令，完成TCAS模式设置。
自动飞行系统，接受自动应急下降系统的控制模块的控制指令，完成AP(自动驾驶)、AT(自动油门)、FD(飞行指引)、HDG(水平引导-航向模式)、EMER-DES(垂直引导-应急下降模式)、目标速度和目标高度的设置，引导飞机完成应急下降。
通信系统，接受自动应急下降系统的控制模块的控制指令，完成ATC（空中交通管制）应答机的设置，告知他机及地面人员，飞机当前为紧急状态。
如图2所示，自动应急下降系统的判断模块的待命逻辑如下：
1.对于着陆标高≤12000英尺的机场，当客舱增压系统人工控制且客舱高度预计在之后15s内增加到16000ft（16000英尺）以上时；
2.对于着陆标高≤12000英尺的机场，当客舱增压系统自动控制且客舱高度预计在之后15s内增加到14000ft（14000英尺）以上时；
3.对于着陆标高＞12000英尺的机场，当客舱高度预计在之后15s内增加到客舱高度阈值上时。客舱高度阈值等于机场的客舱高度加2000ft（2000英尺），但是，极限不会超过18000ft（18000英尺）。
如图3所示，自动应急下降系统的判断模块的接通逻辑如下：
1.自动应急下降系统待命；
2.在15s倒计时结束；
3.在15s倒计时期间，飞行员将减速板手柄设置到至少1/2位置。
如图4所示，自动应急下降系统的判断模块的断开逻辑如下：
1.自动应急下降系统接通
2.触发TCAS/GPWS告警；
3.AP断开 ；
4.改变垂直引导模式；
5.自动应急下降在飞机高度低于FL 100（飞行高度层10000英尺）与当前MORA（最小偏离航道高度）之间的最高高度（两者之间的较大高度值）。
如图5所示，民机自动应急下降系统的工作过程如下：
1.客舱释压
2.自动应急下降系统待命
3.自动应急下降系统接通
（1）显示模块
（a）AUTO EMER DES IN XX S(自动应急下降在XX秒后触发)倒计时消息出现，表明垂直引导模式“EMER DES”（自动应急下降）在15s倒计时结束时自动接通。
（b）接通后，AUTO EMER DES IN XX S倒计时消息消失，AUTO EMER DES ENGAGED（自动应急下降接通）消息出现。
（c）EMER DES模式具有与OP DES(开放下降)模式相同的垂直引导，耦合了常见的HDG（航向）和THR IDLE（慢车推力）模式，并自动设置飞行高度，航向和速度目标。
（2）自动飞行系统
垂直引导模式“EMER DES”接通，此时：
（a）如果FD（飞行指引）尚未接通，则FD接通；
（b）如果AT（自动油门）尚未接通，则A/THR自动接通，并保持慢车推力；
（c）如果AP（自动驾驶）尚未接通，则AP接通；
（d）如果HDG（航向）尚未接通，横向引导恢复为HDG；
（e）FCU（飞行控制面板）的速度目标设定为VMAX-5kt/s；
（f）FCU所选高度设置为FL 100与当前MORA之间的最高高度时。
（3）飞行控制系统
减速板自动完全伸出；
（4）通信系统
ATC（空中交通管制）应答机自动转至7700代码；
（5）综合监视系统
TCAS(空中防撞系统) 模式自动设定到 BLW（向下）模式；
4.下降到FCU设置的高度
5.自动应急下降系统断开
（1）自动飞行系统
垂直引导模式“EMER DES”断开， 垂直引导模式“ALT”（高度保持）接通；
（2）飞行控制系统
减速板自动返回到初始位置；
（3）显示模块
AUTO EMER DES ENGAGED消息消失，AUTO EMER DES COMPLETED（自动应急下降完成）消息出现，操作任意FCU控制按键后消失。
6.飞机减速至减速板伸出时计算的绿点速度。
7.自动应急下降结束。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种民机自动应急下降系统，其特征在于：其包括:
自动应急下降系统的判断模块，用于接受和监控来自客舱增压系统、飞行控制系统和综合监视系统的信号，并判断和触发自动应急下降系统的待命、接通和断开逻辑；
自动应急下降系统的控制模块，用于向飞行控制系统、综合监视系统、自动飞行系统和通信系统发送指令，让各系统协同工作，完成飞机自动应急下降；
自动应急下降系统的存储模块，用于存储自动应急下降系统的判断条件；
自动应急下降系统的显示模块，用于显示民机飞行参数；
客舱增压系统，用于保持飞机增压舱内的压力；
飞行控制系统，用于接受机组操纵或者自动应急下降系统的控制模块的控制指令，通过控制率解算，将控制指令输出到各舵面作动器，控制作动器运动、带动舵面偏转，完成飞机应急下降姿态的调整；
综合监视系统，用于为飞机提供地形状况和周围空中交通状态相关的信息；接收自动应急下降系统的控制模块的控制指令，完成空中交通警告与防撞模式设置；
自动飞行系统，用于接受自动应急下降系统的控制模块的控制指令，完成自动驾驶、自动油门、飞行指引、水平引导-航向模式、垂直引导-应急下降模式、目标速度和目标高度的设置，引导飞机完成应急下降；
通信系统，用于接受自动应急下降系统的控制模块的控制指令，完成空中交通管制应答机的设置，告知其它飞机及地面人员，飞机当前为紧急状态；
其中，所述自动应急下降系统的判断模块的待命逻辑如下：
对于着陆标高≤12000英尺的机场，当客舱增压系统在人工控制状态时，判断模块计算出当前飞机的客舱高度加上客舱高度变化率乘以15秒的和大于等于16000ft时，进入15秒的待命状态；
对于着陆标高≤12000英尺的机场，当客舱增压系统在自动控制状态时，判断模块计算出当前飞机的客舱高度加上客舱高度变化率乘以15秒的和大于等于14000ft时，进入15秒的待命状态；
对于着陆标高＞12000英尺的机场，当判断模块计算出当前飞机的客舱高度加上客舱高度变化率乘以15秒的和大于等于客舱高度阈值时，进入15秒的待命状态；
所述自动应急下降系统的判断模块的接通逻辑如下：当自动应急下降系统处于待命状态时，飞行员将减速板手柄拉到半开位置以上时，判断模块进入接通状态；或者15秒的待命状态结束时，判断模块进入接通状态。
2.根据权利要求1所述的一种民机自动应急下降系统，其特征在于：所述自动应急下降系统的判断模块的断开逻辑如下：当自动应急下降系统处于接通状态时，飞机下降过程中触发了近地警告系统告警信息、或者空中交通与防撞系统的告警信息、或者自动驾驶断开、或者飞行员手动关闭/改变垂直引导-应急下降模式、或者飞机高度低于自动应急下降飞行高度阈值时，判断模块进入断开状态。
3.根据权利要求1所述的一种民机自动应急下降系统，其特征在于：所述显示模块显示的民机飞行参数包括姿态信息、空速信息、高度信息、飞行航迹矢量、重要告警信息、飞行指引指示、飞行模式通告、垂直速度和无线电高度。
4.根据权利要求1所述的一种民机自动应急下降系统，其特征在于：所述综合监视系统为飞机提供的信息包括近地警告系统的告警信息、空中交通警告与防撞系统的告警信息。
5.一种采用权利要求1至4之一的民机自动应急下降系统的民机自动应急下降方法，其特征在于： 其包括以下步骤：
步骤一、客舱释压；
步骤二、自动应急下降系统进入待命状态；
步骤三、自动应急下降系统进入接通状态；
自动应急下降系统的显示模块显示垂直引导-应急下降模式的倒计时消息，表明垂直引导模式的自动应急下降在15秒倒计时结束时自动接通；
自动应急下降系统接通后，倒计时消息消失，自动应急下降系统接通消息出现；
自动应急下降系统的自动飞行系统自动设置飞行高度，航向和速度目标；
自动应急下降系统的飞行控制系统控制飞机的减速板自动完全伸出；
自动应急下降系统的通信系统控制空中交通管制应答机自动转至7700代码；
自动应急下降系统的综合监视系统控制空中防撞系统模式自动设定到向下模式；
步骤四、当飞机下降到自动飞行系统的飞行控制面板设置的高度时，自动应急下降系统进入断开状态；
自动应急下降系统的自动飞行系统的垂直引导模式的应急下降模式断开，垂直引导模式的高度保持模式接通；
自动应急下降系统的飞行控制系统控制减速板自动返回到初始位置；
自动应急下降系统的显示模块的自动应急下降系统接通消息消失；飞机减速至减速板伸出时计算的绿点速度；
步骤五、自动应急下降结束。
6.根据权利要求5所述的民机自动应急下降方法，其特征在于：所述步骤三中自动应急下降系统的自动飞行系统自动设置飞行高度，航向和速度目标的过程如下：依次让飞行指引接通、自动油门接通并保持慢车推力、自动驾驶接通、航向接通、飞行控制面板的速度目标设定为VMAX-5kt/s；飞行控制面板的高度设置为自动应急下降飞行高度阈值，该自动应急下降飞行高度阈值取10000英尺与当前最小偏离航道高度之间的较大值。
7.根据权利要求6所述的民机自动应急下降方法，其特征在于：所述步骤二中自动应急下降系统进入待命状态的待命逻辑如下：
对于着陆标高≤12000英尺的机场，当客舱增压系统在人工控制状态时，判断模块计算出当前飞机的客舱高度加上客舱高度变化率乘以15秒的和大于等于16000ft时，进入15秒的待命状态；
对于着陆标高≤12000英尺的机场，当客舱增压系统在自动控制状态时，判断模块计算出当前飞机的客舱高度加上客舱高度变化率乘以15秒的和大于等于14000ft时，进入15秒的待命状态；
对于着陆标高＞12000英尺的机场，当判断模块计算出当前飞机的客舱高度加上客舱高度变化率乘以15秒的和大于等于客舱高度阈值时，进入15秒的待命状态。
8.根据权利要求7所述的民机自动应急下降方法，其特征在于：所述步骤三中自动应急下降系统进入接通状态的接通逻辑如下：当自动应急下降系统处于待命状态时，飞行员将减速板手柄拉到半开位置以上时，进入接通状态；或者15秒的待命状态结束时，进入接通状态。
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