DE102010031780A1

DE102010031780A1 - Method for driving air craft by flight guidance module, involves storing flight mechanical parameter of air craft in flight guidance module, where current flight position is determined

Info

Publication number: DE102010031780A1
Application number: DE102010031780A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-01-26

Abstract

The method involves storing the flight mechanical parameter of the air craft (1) in the flight guidance module (2), where the current flight position (3) is determined. The flight guidance module detects the flight path with the help of the current flight position. The flight guidance module identifies current different possible flight trajectories to a flight position (4) differing from current flight position and evaluates this with help of the stored flight mechanical parameter of the air craft by an evaluation criteria. An independent claim is also included for a device for driving an air craft by a flight guidance module.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Führen eines Flugzeuges mittels eines Flugführungsmoduls sowie ein solches Flugführungsmodul.The invention relates to a method for guiding an aircraft by means of a flight guidance module and such a flight guidance module.

Während des Fluges hat der Pilot die Aufgabe, das Flugzeug sicher entlang der vorgesehenen Route zu steuern und ans Ziel zu bringen. Dabei hat der Pilot insbesondere darauf zu achten, die zulässigen, konstruktiv durch das Flugzeug vorgegebenen Betriebsgrenzen nicht zu überschreiten. Innerhalb der zulässigen Grenzen besteht darüber hinaus beispielsweise beim Personentransport die Aufgabe, gewisse manöverbedingte Komfortgrenzen nicht zu überschreiten.During the flight, the pilot has the task to control the aircraft safely along the intended route and bring it to the destination. In doing so, the pilot must pay particular attention not to exceed the permissible operational limits given by the aircraft. Within the permissible limits, there is also the task, for example in passenger transport, of not exceeding certain maneuver-related comfort limits.

Zur Erfüllung seiner Aufgaben stehen dem Piloten verschiedene Hilfsmittel in Form von Flugführungshilfen und eines Autopiloten zur Verfügung. Als Beispiele hierfür seien optisch, akustisch bzw. haptisch wahrnehmbare Warnsignale beim Über- bzw. Unterschreiten bestimmter Grenzgeschwindigkeiten (Overspeed Warning, Stall Warning, Stick Shaker) genannt. Weitere Hilfsmittel können ein Warnsystem für die Gefahr einer Grundberührung (EGPWS = Enhanced Ground Proximity Warning System) und/oder ein Kollisionswarnsystem (TCAS = Traffic Alert and Collision Avoidance System) sein. Ein sogenannter ”Flight Director” als Flugführungshilfe kann den Piloten beim Abfliegen einer bestimmten Flugtrajektorie durch entsprechende Anzeigemittel führen. Ein weiteres Hilfsmittel zur Einhaltung der zulässigen Betriebsgrenzen kann eine Begrenzung des möglichen Nick- und Rollwinkels sein.To accomplish his tasks, the pilot has various aids in the form of flight guidance and an autopilot available. Examples of this are optically, acoustically or haptically perceptible warning signals when exceeding or falling below certain limit speeds (overspeed warning, stall warning, stick shaker) called. Other tools may include an Enhanced Ground Proximity Warning System (EGPWS) and / or a Traffic Alert and Collision Avoidance System (TCAS). A so-called "flight director" as flight guidance can guide the pilot when flying off a specific flight trajectory by appropriate display means. Another tool for maintaining the permissible operating limits may be a limitation of the possible pitch and roll angle.

Solche beispielhaft genannten, aber auch andere bekannte Hilfsmittel können nicht mit letzter Sicherheit verhindern, dass das Flugzeug in einen unerwünschten Flugzustand gerät.Such exemplified, but also other known tools can not prevent with the utmost certainty that the aircraft gets into an undesirable flying condition.

Vorbekannte Autopiloten sind dazu ausgelegt, innerhalb eines eng bemessenen Regelbereichs abschnittsweise vorgegebene Sollwerte einer Flugtrajektorie einzuhalten. Hierbei wird das Flugzeug mit geringen Steuerausschlägen auf seiner vorgesehenen Trajektorie gehalten, wobei von den zulässigen Betriebsgrenzen des Flugzeuges nur ein sehr geringer Anteil ausgenutzt wird. Für den normalen Flug ist dies so gewünscht und auch vollkommen ausreichend. In bestimmten Flugsituationen, beispielsweise bei sehr böigem Wetter oder beim Aussteuern des Flugzeuges aus einer ungewollten Fluglage ist der gewöhnliche Autopilot jedoch überfordert, so dass der Pilot von Hand steuern muss.Previously known autopilots are designed to comply with predetermined setpoint values of an aircraft trajectory within a narrowly-defined control range. Here, the aircraft is held with low control excursions on its intended trajectory, being utilized by the permissible operating limits of the aircraft only a very small proportion. For normal flight, this is so desired and perfectly adequate. In certain flight situations, for example, in very gusty weather or when controlling the aircraft from an unwanted attitude of the ordinary autopilot is overwhelmed, so that the pilot must control by hand.

Trotz der vorstehend genannten Warnmittel und anderer Hilfsmittel kann es vorkommen, dass der Pilot die Situation nicht richtig einschätzt und Fehlentscheidungen fällt. In Stresssituationen, ggf. verschärft durch schlechte Wetterbedingungen bei unzulänglicher Sicht im Instrumentenflug kann es vorkommen, dass das Flugzeug eine unerwünschte Fluglage einnimmt, aus der es unter Beachtung der zulässigen Betriebsgrenzen heraus in die Normalfluglage überführt werden muss.Despite the warning means mentioned above and other aids, the pilot may not properly assess the situation and make wrong decisions. In stress situations, possibly aggravated by bad weather conditions in case of insufficient visibility in instrument flight, it may happen that the aircraft assumes an undesirable attitude, from which it must be transferred under consideration of the permissible operating limits out in the normal flight position.

Eine solche Situation stellt an das Können des Piloten hohe Anforderungen, wobei die vorgenannten Hilfsmittel nicht immer ausreichend, ggf. sogar hinderlich sind. Beispielsweise kann die vorstehend genannte Begrenzung des Roll- und Nickwinkels den Piloten darin beeinträchtigen, das Flugzeug aus einer Extremlage heraus in geeigneter Weise abzufangen. Bei Ausweich- und Abfangmanövern besteht trotz aller Hilfsmittel die Möglichkeit, das Flugzeug jenseits seiner zulässigen Betriebsgrenzen durch ein zu hohes Lastvielfaches oder durch Überschreitung der Geschwindigkeitsgrenzen zu überlasten.Such a situation places high demands on the ability of the pilot, with the abovementioned aids not always being adequate or possibly even an obstacle. For example, the aforesaid limitation of the roll and pitch angles may interfere with the pilot's ability to adequately intercept the aircraft from an extreme position. In the case of avoidance and interception maneuvers, despite all aids, it is possible to overburden the aircraft beyond its permissible operating limits by excessive load multiples or by exceeding the speed limits.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Führen eines Flugzeuges anzugeben, mittels dessen ein erweitertes Spektrum von Flugsituationen unter Einhaltung der zulässigen Betriebsgrenzen aussteuerbar ist.The invention has for its object to provide a method for guiding an aircraft, by means of which an extended range of flight situations can be controlled in compliance with the permissible operating limits.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1.

Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die das Aussteuern verschiedener Flugzustände innerhalb erweiterter Grenzen ermöglicht.The invention is further based on the object of specifying a device which allows the modulation of different flight conditions within extended limits.

Diese Aufgabe wird durch ein Flugführungsmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.This object is achieved by a flight guidance module having the features of claim 6.

Nach der Erfindung wird ein Verfahren zum Führen eines Flugzeuges mittels eines Flugführungsmoduls sowie ein solches Flugführungsmodul vorgeschlagen, wobei im Flugführungsmodul flugmechanische Parameter des Flugzeuges abgespeichert und der augenblickliche Flugzustand erfasst ist. Das Flugführungsmodul erfasst anhand des augenblicklichen Flugzustandes die vorausliegende Flugbahn. Das Flugführungsmodul ermittelt laufend verschiedene mögliche Flugtrajektoren zur Erreichung des abweichenden Flugzustandes. Die verschiedenen möglichen Flugtrajektoren werden jeweils anhand der abgespeicherten flugmechanischen Parameter mittels je eines Bewertungskriteriums bewertet. Aus den verschiedenen möglichen Flugtrajektoren wird anhand des zugehörigen Bewertungskriteriums eine optimale Flugtrajektorie ermittelt. Angaben über die optimale Flugtrajektorie und/oder das der optimale Flugtrajektorie zugeordnete optimale Bewertungskriterium werden dem Piloten zur Kenntnis gegeben.According to the invention, a method for guiding an aircraft by means of a flight guidance module as well as such a flight guidance module is proposed, flight mechanic parameters of the aircraft being stored in the flight guidance module and the instantaneous flight status being recorded. The flight guidance module detects on the basis of the current flight condition, the preceding trajectory. The flight guidance module continuously determines various possible aircraft trajectories to achieve the deviating flight condition. The various possible aircraft trajectors are each evaluated on the basis of the stored flight mechanical parameters by means of a respective evaluation criterion. From the various possible aircraft trajectories an optimal flight trajectory is determined on the basis of the associated evaluation criterion. Information about the optimal flight trajectory and / or the optimal flight trajectory associated optimal evaluation criterion are given to the pilot.

Das jeweils ermittelte optimale Bewertungskriterium kann eine abstrakte mathematische Größe sein und ist bevorzugt eine skalare, numerische Größe, der auch beispielsweise eine farbliche Codierung zugeordnet werden kann. Beispielsweise kann die Farbe Grün dem Piloten signalisieren, dass auf absehbare Zeit kein Handlungsbedarf gegeben ist. Dennoch hat der Pilot die Möglichkeit, vorausschauend eine Korrektur der Fluglage vorzunehmen, um langfristig einen ungestörten Flugablauf sicherzustellen. Durch das laufend durchgeführte Verfahren werden aber auch solche Situationen erfasst, in denen ein baldiger Handlungsbedarf gegeben ist, und wozu auch die zugehörige optimale Flugtrajektorie samt ihres zugehörigen optimalen Bewertungskriteriums ermittelt wird. Dieser Flugtrajektorie ist ein abweichendes optimales Bewertungskriterium zugeordnet, welches den Piloten beispielsweise in Form eines Zahlenwertes und/oder mit der Farbe Gelb oder Rot signalisiert werden kann. Hierdurch wird dem Piloten deutlich, dass er selbst, ggf. unter Zuhilfenahme einer Flugführungshilfe (Flight Director) oder der Autopilot die als optimal ermittelte Flugtrajektorie innerhalb der zulässigen Betriebsgrenzen des Flugzeuges abzufliegen hat. The optimum evaluation criterion determined in each case can be an abstract mathematical variable and is preferably a scalar, numerical variable to which, for example, a color coding can also be assigned. For example, the color green signal to the pilot that there is no need for action for the foreseeable future. Nevertheless, the pilot has the opportunity to anticipate a correction of the attitude to ensure long-term undisturbed flight. However, the current procedure also covers those situations in which an urgent need for action is given and for which purpose the associated optimal flight trajectory, including its associated optimal evaluation criterion, is determined. This flight trajectory is assigned a deviating optimal evaluation criterion, which can be signaled to the pilot, for example, in the form of a numerical value and / or with the color yellow or red. This makes it clear to the pilot that he himself, possibly with the aid of a flight guidance aid (flight director) or the autopilot, has to fly the flight trajectory determined as optimal within the permissible operating limits of the aircraft.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beliebige Ausweich- oder Abfangmanöver, aber auch andere Manöver wie allgemeine Kursänderungen oder dergleichen im dreidimensionalen Raum einschließlich Kurvenanteilen durchgeführt werden, ohne dass die zulässigen Betriebsgrenzen des Flugzeuges überschritten werden. Der Pilot ist erheblich entlastet, da er mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. durch das Flugführungsmodul laufend über anstehende Änderungen des Flugzustandes informiert wird, wobei diese Information immer so rechtzeitig ist, dass kritische Flugsituationen vermieden werden. Selbst wenn eine kritische Flugsituation eintritt, kann diese gefahrlos anhand der als optimal ermittelten Flugtrajektorie ausgesteuert werden. Auf die sonst bei Großflugzeugen übliche Beschränkung des Roll- und Nickwinkels kann ersatzlos verzichtet werden. Dieser Umstand kommt insbesondere den Piloten entgegen, die derartige Beschränkungen als Einschränkungen ihrer eigenen Entscheidungsfreiheit empfinden. Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße Flugführungsmodul ohne Weiteres mit vorhandenen Hilfsmitteln wie Autopilot, EGPWS und TCAS kombinierbar bzw. darin integrierbar.With the method according to the invention, any avoidance or interception maneuvers, but also other maneuvers such as general course changes or the like can be carried out in three-dimensional space including curve portions, without exceeding the permissible operating limits of the aircraft. The pilot is considerably relieved, as he is informed by means of the method according to the invention or by the flight control module continuously about upcoming changes in the flight condition, this information is always in time to avoid critical flight situations. Even if a critical flight situation occurs, it can be controlled safely on the basis of the optimal flight trajectory. On the otherwise usual in large aircraft limitation of roll and pitch angle can be dispensed without replacement. This circumstance is particularly conducive to pilots who perceive such restrictions as limitations on their own freedom of choice. In addition, the method according to the invention or the flight guidance module according to the invention can readily be combined with or integrated into existing auxiliary means such as autopilot, EGPWS and TCAS.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung wird für das optimale Bewertungskriterium ein erster Grenzwert festgelegt, unterhalb dessen die voraus liegende Flugbahn als optimale Flugtrajektorie mit dem zugeordneten optimalen Bewertungskriterium abgeflogen wird. Solange also der erste Grenzwert noch nicht überschritten ist, wird keine Änderung der aktuellen und voraus liegenden Flugbahn herbeigeführt. Es entsteht ein Toleranzbereich, innerhalb dessen sich das Flugzeug frei bewegen kann, wodurch allzu frühzeitige Änderungen des Flugzustandes vermieden werden. Erst bei Erreichen oder oberhalb des ersten Grenzwertes wird das System insoweit aktiv, dass eine Änderung des Flugzustandes zumindest angeregt wird.In an expedient embodiment of the invention, a first limit value is determined for the optimal evaluation criterion, below which the trajectory lying ahead is flown off as the optimal flight trajectory with the associated optimal evaluation criterion. So as long as the first limit is not exceeded, no change in the current and preceding trajectory is brought about. It creates a tolerance range within which the aircraft can move freely, whereby premature changes in the flight condition are avoided. Only when reaching or above the first limit, the system is active insofar as a change in the flight state is at least stimulated.

In bevorzugter Weiterbildung wird für das optimale Bewertungskriterium ein zweiter Grenzwert festgelegt, bei dessen Überschreiten eine noch nicht aktivierte Flugführungshilfe (Flight Director) aktiviert wird, die den Piloten beim Abfliegen der optimalen Flugtrajektorie mit dem zugeordneten optimalen Bewertungskriterium führt. Während des gewöhnlichen Flugbetriebes, also beispielsweise im den stationären und horizontalen Geradeausflug beschreibenden Normalflugzustand oder bei überschrittenem ersten Grenzwert kann der Pilot nach Belieben manuell mit oder ohne Flight Director steuern oder auch das Flugzeug dem Autopiloten anvertrauen. Sofern aber eine Entscheidung über die Änderung des Flugzustandes so lange hinausgezögert wird, dass das Bewertungskriterium der zugehörigen Flugtrajektorie den genannten zweiten Grenzwert überschreitet, wird die Flugführungshilfe – sofern sie nicht bereits schon aktiviert ist – mittels des Flugführungsmoduls aktiviert. Die nun abzufliegende Flugtrajektorie stellt gegenüber dem Normalflug oder dem Flug bei überschrittenem erstem Grenzwert einen erhöhten Schwierigkeitsgrad dar. Der Pilot kann diesen erhöhten Schwierigkeitsgrad jedoch ohne Weiteres meistern, da er mit Hilfe der Flugführungshilfe die als optimal ermittelte und innerhalb der zulässigen Betriebsgrenzen des Flugzeugs liegende Flugtrajektorie nachverfolgen bzw. nachfliegen kann.In a preferred refinement, a second limit value is set for the optimum evaluation criterion, at the crossing of which an as yet unavailable flight guidance aid (flight director) is activated, which guides the pilot when departing the optimal flight trajectory with the associated optimal evaluation criterion. During normal flight operations, ie, for example, in the normal flight state describing stationary and horizontal straight flight or when the first limit value is exceeded, the pilot can control it manually with or without Flight Director or even entrust the aircraft to the autopilot. However, if a decision on the change of the flight state is delayed so long that the evaluation criterion of the associated flight trajectory exceeds said second limit, the flight guidance - if it is not already activated - activated by the flight guidance module. The flight trajectory now to be dropped constitutes an increased degree of difficulty compared to the normal flight or the flight when the first limit value is exceeded. However, the pilot can easily master this increased degree of difficulty, since he uses the flight guidance aid to determine the optimum flight trajectory and within the permissible operating limits of the aircraft track or follow.

In zweckmäßiger Weiterbildung wird für das optimale Bewertungskriterium ein dritter Grenzwert festgelegt, bei dessen Überschreiten ein noch nicht aktivierter Autopilot aktiviert wird, der das Flugzeug entlang der optimalen Flugtrajektorie mit dem zugeordneten optimalen Bewertungskriterium steuert. Dieser Fall tritt dann ein, wenn der Schwierigkeitsgrad der erforderlich gewordenen Flugtrajektorie so weit erhöht ist, dass eine manuelle Steuerung die Gefahr mit sich bringt, das Flugzeug außerhalb seiner zulässigen Betriebsgrenzen zu belasten. Der insbesondere dreiachsig steuernde Autopilot vermag jedoch bei entsprechender Auslegung ein genaues Abfliegen der als optimal ermittelten Flugtrajektorie, um das Flugzeug in den gewünschten Flugzustand zu bringen, und ohne dabei die zulässigen Betriebsgrenzen zu überschreiten. Je nach Auslegungsphilosophie kann es aber wünschenswert sein, den hierfür aktivierten Autopiloten abschaltbar zu gestalten, um ggf. eine manuelle Übersteuerung seitens des Piloten zu erlauben.In an expedient refinement, a third limit value is set for the optimal evaluation criterion, at the crossing of which an autopilot not yet activated is activated, which controls the aircraft along the optimum flight trajectory with the associated optimal evaluation criterion. This case occurs when the degree of difficulty of the required flight trajectory has increased so much that manual control involves the risk of loading the aircraft outside its permissible operating limits. The particular triaxial-controlling autopilot, however, with an appropriate design, an accurate flight of the determined optimal flight trajectory to bring the aircraft in the desired flight condition, and without exceeding the allowable operating limits. Depending on the design philosophy, however, it may be desirable to make the autopilot activated for this purpose switchable, in order to allow manual override by the pilot, if necessary.

Vorteilhaft ist im Flugführungsmodul ein insbesondere den stationären und horizontalen Geradeausflug beschreibender Normalflugzustand definiert, wobei das Flugzeug über die ermittelte optimale Flugtrajektorie in den Normalflugzustand überführt wird. In Verbindung mit den vorgenannten Grenzwerten entsteht eine Hysterese, demnach zwar erst bei Überschreiten eines der genannten Grenzwertes eine Änderung des Flugzustandes herbeigeführt wird. Diese Änderung beschränkt sich aber nicht darauf, eine Flugtrajektorie zu finden, die unterhalb des zugeordneten Grenzwertes führt. Vielmehr überführt sie das Flugzeug in den Normalflugzustand. Der Normalflugzustand kann neben dem stationären und horizontalen Geradeausflug auch andere Flugzustände wie beispielsweise einen bestimmten Kurvenflugzustand umfassen. Advantageously, a normal flight state is defined in the flight guidance module, in particular describing the stationary and horizontal straight flight, wherein the aircraft is transferred to the normal flight state via the determined optimal flight trajectory. In conjunction with the abovementioned limit values, a hysteresis is produced, according to which a change in the flight condition is not brought about until one of the stated limit values is exceeded. However, this change is not limited to finding an aircraft trajectory that is below the assigned limit. Instead, it transfers the aircraft to normal flight condition. The normal flight state may include other flight conditions such as a particular turning state in addition to the stationary and horizontal straight flight.

Das flugmechanische Verhalten eines Flugzeuges wird durch eine Vielzahl von flugmechanischen Parametern bestimmt, die untereinander in komplexen physikalischen Wechselwirkungen stehen. Dennoch sind die meisten der flugmechanischen Parameter und auch ihre physikalischen Wechselwirkungen für jedes Flugzeug hinreichend genau bekannt und werden unter Anderem auch für die Programmierung entsprechender Flugsimulatoren eingesetzt. Es hat sich jedoch überraschend gezeigt, dass für die allermeisten Flugsituationen und deren Aussteuerung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nur sehr wenige flugmechanische Parameter berücksichtigt werden müssen. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist deshalb zur Bildung der flugmechanischen Parameter das v-n-Diagramm des Flugzeuges im Flugführungsmodul abgespeichert, wobei die optimale Flugtrajektorie und das zugeordnete optimale Bewertungskriterium anhand des v-n-Diagramms ermittelt werden. Hierdurch ist der Daten- und Rechenaufwand innerhalb des Flugführungsmoduls auf das notwendige Minimum reduziert. Trotz dieser deutlichen Reduktion lassen sich jedoch nahezu alle denkbaren Flugsituationen hiermit beschreiben und in einer Weise auswerten, dass geeignete Flugtrajektorien unter Einhaltung der zulässigen Betriebsgrenzen ermittelt werden können.The flight mechanic behavior of an aircraft is determined by a large number of flight mechanics parameters that are in complex physical interactions with each other. Nevertheless, most of the flight mechanics parameters as well as their physical interactions are known with sufficient precision for each aircraft and are also used among other things for the programming of corresponding flight simulators. However, it has surprisingly been found that for the vast majority of flight situations and their modulation by the method according to the invention only very few flight mechanical parameters have to be taken into account. In an advantageous embodiment of the invention, therefore, the v-n diagram of the aircraft is stored in the flight guidance module to form the flight mechanical parameters, wherein the optimal flight trajectory and the associated optimal evaluation criterion are determined on the basis of the v-n diagram. As a result, the data and computational effort within the flight guidance module is reduced to the necessary minimum. Despite this significant reduction, however, almost all imaginable flight situations can be described here and evaluated in such a way that suitable flight trajectories can be determined in compliance with the permissible operating limits.

In zweckmäßiger Weiterbildung ist im v-n-Diagramm ein den stationären und horizontalen Geradeausflug beschreibender Normalflugzustand abgelegt. Die Bewertungskriterien sind als den Normalflugzustand und sich gegenseitig einhüllende Rahmenbedingungen innerhalb der Grenzen des v-n-Diagramms abgelegt. Hierdurch werden die Bewertungskriterien und ihre Grenzwerte allein mittels zweier Parameter, nämlich mittels des Lastvielfachen der Erdbeschleunigung sowie der Fluggeschwindigkeit ermittelt und verarbeitet. Modellbildung, Speicherplatz und Datenverarbeitung sind in einer Weise minimiert, dass das Verfahren bzw. das Flugführungsmodul kostengünstig an unterschiedliche Flugzeugtypen angepasst werden kann und dennoch ein zuverlässiges praxistaugliches Ergebnis liefert.In an expedient development, a normal flight state describing stationary and horizontal straight flight is stored in the v-n diagram. The evaluation criteria are stored as the normal flight state and mutually enveloping framework within the limits of the v-n diagram. As a result, the evaluation criteria and their limits are determined and processed solely by means of two parameters, namely by means of the load factor of the acceleration due to gravity and the airspeed. Modeling, storage space and data processing are minimized in such a way that the method or the flight guidance module can be inexpensively adapted to different types of aircraft and still provides a reliable practical result.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. Show it:

1 in schematischer Seitenansicht ein Flugzeug mit einem erfindungsgemäßen Flugführungsmodul auf seiner Flugbahn in Richtung zu einem Hindernis und mit einer ersten Flugtrajektorie zur Überwindung dieses Hindernisses; 1 in a schematic side view of an aircraft with a flight guidance module according to the invention on its trajectory towards an obstacle and with a first trajectory for overcoming this obstacle;

2 das v-n-Diagramm des Flugzeuges nach 1 mit darin eingetragenen verschiedenen Flugzuständen nach 1 samt zugehöriger Bewertungskriterien und Grenzwerte; 2 the vn diagram of the aircraft 1 with registered therein different flight conditions 1 including associated evaluation criteria and limit values;

3 die Anordnung nach 1 zu einem späteren Zeitpunkt bei zunächst noch unveränderter Flugbahn und der sich daraus ergebenden, zur Überwindung des Hindernisses erforderlichen Flugtrajektorie; 3 the arrangement after 1 at a later point in time with the flight trajectory still unchanged and the resulting trajectory required to overcome the obstacle;

4 das v-n-Diagramm nach 2 mit geänderten Flugzuständen nach 3; 4 the vn diagram after 2 with changed flight conditions after 3 ;

5 die Anordnung nach den 1 und 3 zu einem späteren, kritischen Zeitpunkt und zunächst noch unveränderter Flugbahn sowie der sich daraus ergebenden, zur Überwindung des Hindernisses erforderlich gewordenen Flugtrajektorie; 5 the arrangement after the 1 and 3 at a later, critical time and initially unchanged trajectory and the resulting trajectory required to overcome the obstacle;

6 das v-n-Diagramm nach den 2 und 4 mit den darin eingetragenen Flugzuständen nach 5. 6 the vn diagram after the 2 and 4 with the flight conditions entered therein 5 ,

1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Flugzeug 1, welches beispielhaft im Normalflugzustand, hier im stationären, horizontalen Geradeausflug entlang einer Flugbahn 5 fliegt. Der Normalflugzustand kann aber auch beispielsweise ein stationärer Kurvenflug oder dgl. sein. Das Flugzeug 1 ist mit einem erfindungsgemäßen, weiter unten näher beschriebenen Flugführungsmodul 2 sowie mit einer optionalen Flugführungshilfe 9 und einem optionalen Autopiloten 10 ausgestattet. 1 shows a schematic side view of an aircraft 1 , which is exemplary in the normal flight state, here in stationary, horizontal straight flight along a trajectory 5 flies. However, the normal flight state can also be, for example, a stationary curve flight or the like. The plane 1 is with a flight control module according to the invention, described in detail below 2 as well as with an optional flight guidance aid 9 and an optional autopilot 10 fitted.

Die wesentlichen und für das erfindungsgemäße Verfahren ausreichenden flugmechanischen Parameter des Flugzeuges 1 lassen sich in einem sogenannten v-n-Diagramm zusammentragen, wie es im Flugzeugbau üblich und beispielhaft in 2 dargestellt ist. Darin sind die vertikalen Lastvielfachen n der Erdbeschleunigung g über der Fluggeschwindigkeit v des Flugzeuges 1 aufgetragen. Das v-n-Diagramm ist für jedes Flugzeug 1 bekannt und kann daher ohne Weiteres als Datensatz im Flugführungsmodul 2 abgespeichert werden. Das v-n-Diagramm beschreibt die zulässigen Betriebsgrenzen des Flugzeuges 1, wobei hier der besseren Übersichtlichkeit halber nur positive Lastvielfache n dargestellt sind.The essential and for the inventive method sufficient flight mechanical parameters of the aircraft 1 can be collected in a so-called vn diagram, as is common in aircraft construction and exemplified in 2 is shown. Therein, the vertical load multiples n of the gravitational acceleration g are above the airspeed v of the aircraft 1 applied. The vn diagram is for each aircraft 1 known and can therefore easily as a record in flight guidance module 2 be stored. The vn diagram describes the permissible operating limits of the aircraft 1 , where for better clarity, only positive load multiples n are shown here.

Der maximal mögliche Auftrieb des Flugzeuges 1 steigt quadratisch mit der Geschwindigkeit v und ist deshalb als Parabelabschnitt im v-n-Diagramm eingetragen. Für den Fall des horizontalen, stationären Geradeausflugs bei maximal möglichem Auftrieb ergibt sich die geringstmögliche fliegbare Fluggeschwindigkeit, nämlich die Überziehgeschwindigkeit v_s. Das Flugzeug 1 ist strukturell für ein bestimmtes maximales Lastvielfaches n ausgelegt, welches hier beispielhaft mit n = 4 dargestellt ist. Um dieses maximale Lastvielfache n = 4 mit maximalem Flügelauftrieb beispielsweise in einem Abfangbogen oder im Kurvenflug erreichen zu können, ist mit einer Manövergeschwindigkeit v_a zu fliegen. Unterhalb der Manövergeschwindigkeit v_a darf der Pilot vollen Ruderausschlag geben, da der Maximalauftrieb des Flugzeuges 1 nicht ausreicht, das strukturell zulässige maximale Lastvielfache n = 4 zu überschreiten und damit das Flugzeug 1 zu schädigen. Oberhalb der Manövergeschwindigkeit v_a muss aber aktiv darauf geachtet werden, das maximale Lastvielfache von n = 4 nicht zu überschreiten, weshalb volle Ruderausschläge nicht mehr erlaubt sind. Eine weitere Grenze des v-n-Diagrammes ist noch die maximal zulässige, niemals zu überschreitende Geschwindigkeit v_ne. Insgesamt sind damit die zulässige Betriebsgrenzen des Flugzeuges 1 hinsichtlich der Fluggeschwindigkeiten v und der Lastvielfachen n vorgegeben.The maximum possible buoyancy of the aircraft 1 increases quadratically with velocity v and is therefore entered as parabolic section in the vn diagram. In the case of horizontal, stationary straight-ahead flight with maximum possible lift results in the lowest possible flyable airspeed, namely the stall speed v _s . The plane 1 is structurally designed for a specific maximum load multiple n, which is shown here by way of example with n = 4. In order to be able to achieve this maximum load multiple n = 4 with maximum wing lift, for example, in an interception arc or in turning flight, it is necessary to fly at a maneuver speed v _a . Below the maneuver speed v _a , the pilot may give full rudder deflection, since the maximum lift of the aircraft 1 is not sufficient to exceed the structurally permissible maximum load multiple n = 4 and thus the aircraft 1 to harm. Above the maneuver speed v _a , however, care must be taken not to exceed the maximum load multiple of n = 4, which is why full rudder deflections are no longer permitted. Another limit of vn-diagram is still the maximum, never to be exceeded speed v _ne. Overall, these are the permissible operating limits of the aircraft 1 with regard to the airspeeds v and the load multiples n.

Das vorstehend beschriebene v-n-Diagrammm ist der besseren Übersichtlichkeit halber vereinfacht dargestellt, ohne dass negative Lastvielfache, Böenlinien oder der Einfluss von Landeklappen berücksichtigt waren. Gleichwohl können diese und andere zusätzliche Parameter noch in das v-n-Diagramm zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgenommen werden.The v-n diagram described above has been simplified for the sake of clarity, without taking account of negative load multiples, gust lines or the influence of flaps. Nevertheless, these and other additional parameters can still be included in the v-n diagram for carrying out the method according to the invention.

Aus der Zusammenschau der 1 und 2 ergibt sich, dass sich das Flugzeug 1 auf seiner stationären, horizontalen und geradlinigen Flugbahn 5 in einem Normalflugzustand N befindet, der in das v-n-Diagramm nach 2 eingetragen ist. Im Normalflugzustand N fliegt das Flugzeug 1 mit n = 1, wobei seine Geschwindigkeit v innerhalb gewisser Grenzen variiert werden kann. Allerdings sind bei der Geschwindigkeit v Sicherheitsabstände zu den Grenzen des v-n-Diagramms einzuhalten, weshalb die den Normalflugzustand N (2) beschreibende Gerade kürzer ist als der Abstand zwischen der Überziehgeschwindigkeit v_s und der Maximalgeschwindigkeit v_ne und dabei innerhalb der Grenzen des v-n-Diagramms liegt. An dem Ort, an dem sich das Flugzeug 1 nach 1 befindet, weist diesen einen augenblicklichen Flugzustand 3 auf, der auch im v-n-Diagramm nach 2 innerhalb der Grenzen des Normalflugzustandes Z eingetragen ist.From the synopsis of 1 and 2 it turns out that the plane 1 on its stationary, horizontal and straight trajectory 5 in a normal flight state N, which is in the vn diagram after 2 is registered. In normal flight condition N, the aircraft is flying 1 with n = 1, where its velocity v can be varied within certain limits. However, at the speed v, safety distances to the limits of the vn diagram must be maintained, which is why the normal flight state N (FIG. 2 ) descriptive straight line is shorter than the distance between the stall speed v _s and the maximum speed v _ne and thereby lies within the limits of the vn diagram. At the place where the plane is 1 to 1 has an instantaneous flight status 3 on, which also in the vn diagram after 2 is registered within the limits of the normal flight condition Z.

Neben den flugmechanischen Parametern in Form des v-n-Diagramms nach den 2, 4 und 6 sind auch der augenblickliche Flugzustand 3 und die sich daraus ergebende voraus liegende Flugbahn 5 im Flugführungsmodul 2 erfasst bzw. abgespeichert. Es können aber auch zusätzliche flugmechanische Parameter in Betracht gezogen, abgespeichert und verarbeitet werden. Durch geeignete, hier nicht näher beschriebene Navigationsinstrumente und Hilfsmittel wie GPS (Global Positioning System), EGPWS (Enhanced Ground Proximity Warning System), TCAS (Traffic Alert and Collision Avoidance System) und/oder dergleichen wird anhand der voraus liegenden Flugbahn 5 laufend, d. h. kontinuierlich oder in bestimmten Zeitintervallen ermittelt, ob bzw. unter welchen Umständen die Einnahme eines vom augenblicklichen Flugzustand 3 abweichenden Flugzustandes 4 durch Änderung der Flugbahn 5 erforderlich wird. Hierzu wird beispielhaft mittels der vorgenannten Einrichtungen ein Hindernis 13 erkannt, welches hier beispielhaft durch einen Berg gebildet ist. Anstelle eines Berges kann auch ein anderes, auf Kollisionskurs befindliches Flugzeug oder dergleichen herangezogen werden. Aus dem augenblicklichen Flugzustand 3, der voraus liegenden Flugbahn 5 und der Lage des Hindernisses 13 errechnet das Flugführungsmodul 2 eine voraus liegende Kollision, woraus sich die Notwendigkeit ergibt, einen abweichenden, hier oberhalb des Hindernisses 13 liegenden Flugzustand 4 einzunehmen.In addition to the flight mechanics parameters in the form of the vn diagram after the 2 . 4 and 6 are also the current flight condition 3 and the resulting trajectory ahead 5 in the flight guidance module 2 recorded or stored. However, additional flight mechanical parameters can also be considered, stored and processed. By suitable, not described in detail navigation instruments and tools such as GPS (Global Positioning System), EGPWS (Enhanced Ground Proximity Warning System), TCAS (Traffic Alert and Collision Avoidance System) and / or the like based on the trajectory ahead 5 continuously, ie continuously or at certain time intervals determines whether or under what circumstances the receipt of a current flight state 3 deviating flight condition 4 by changing the trajectory 5 is required. For this purpose, by way of example by means of the aforementioned means an obstacle 13 recognized, which is exemplified here by a mountain. Instead of a mountain, it is also possible to use another aircraft which is on a collision course or the like. From the current flight condition 3 , the trajectory ahead 5 and the location of the obstacle 13 calculates the flight guidance module 2 a collision ahead, which results in the need for a deviant, here above the obstacle 13 lying flight state 4 take.

Anfänglich ist das Hindernis 13 noch sehr weit entfernt, so dass noch kein Handlungsbedarf besteht. Dennoch ermittelt das Flugführungsmodul 2 laufend verschiedene mögliche Flugtrajektorien zur Überführung des Flugzeuges 1 in den späteren Flugzustand 4, und bewertet diese anhand der abgespeicherten flugmechanischen Parameter des Flugzeuges 1 mittels eines Bewertungskriteriums in unten näher beschriebener Weise. Für das genannte Bewertungskriterium sind ein erster Grenzwert X, ein zweiter Grenzwert Y und ein dritter Grenzwert Z festgelegt, im Flugführungsmodul abgespeichert und beispielhaft im v-n-Diagramm nach 2 eingetragen.Initially this is the obstacle 13 still very far away, so that there is still no need for action. Nevertheless, the flight guidance module determines 2 continuously various possible flight trajectories for the transfer of the aircraft 1 in the later flight state 4 , and evaluates these on the basis of the stored flight mechanical parameters of the aircraft 1 by means of an evaluation criterion in the manner described in more detail below. For the mentioned evaluation criterion, a first limit value X, a second limit value Y and a third limit value Z are defined, stored in the flight guidance module and, for example, in the vn diagram 2 entered.

Mit der Annäherung des Flugzeuges 1 an das Hindernis 13 wird eine Änderung des augenblicklichen Flugzustandes 3 hin zum späteren, hiervon abweichenden Flugzustand 4 erforderlich. Das Flugführungsmodul 2 ermittelt laufend bzw. in bestimmten Zeitintervallen selbsttätig verschiedene mögliche Flugtrajektorien, um ausgehend vom Flugzustand 3 den geänderten Flugzustand 4 innerhalb der Betriebsgrenzen des v-n-Diagramms nach 2 zu erreichen. Dies kann beispielsweise durch plötzliches Ziehen, gefolgt von einem steilen Steigflug und einem anschließenden plötzlichen Drücken in den erhöhten Horizontalflug erreicht werden. Dies bildet sich jedoch im v-n-Diagramm nach 2 durch betragsmäßig ausgeprägt vom Normalflugzustand N abweichende Lastvielfache n sowie durch einen erheblichen Verlust an Geschwindigkeit v ab, was nicht optimal ist. Vielmehr findet das Flugführungsmodul 2 aus einer Vielzahl von vorausberechneten möglichen Flugtrajektorien eine optimale, in 1 dargestellte Flugtrajektorie 6, wobei es angestrebt ist, der optimalen Flugtrajektorie 6 zur Erreichung des späteren Flugzustandes 4 und damit zum Überfliegen des Hindernisses 13 zu folgen.With the approach of the plane 1 to the obstacle 13 will be a change of the current flight condition 3 towards the later, deviating flight condition 4 required. The flight guidance module 2 determined continuously or at certain time intervals automatically different possible flight trajectories to starting from the flight condition 3 the changed flight condition 4 within the operating limits of the vn diagram 2 to reach. This can be caused, for example, by sudden pulling, followed by a steep climb and a subsequent sudden push in the increased horizontal flight can be achieved. However, this is reflected in the vn diagram 2 characterized by magnitude of the normal flight condition N deviating load multiples n and by a significant loss of speed v from, which is not optimal. Rather, the flight guidance module finds 2 from a variety of predicted possible flight trajectories optimal, in 1 illustrated flight trajectory 6 , where it is desired, the optimal flight trajectory 6 to achieve the later flight condition 4 and thus to fly over the obstacle 13 to follow.

Zur Ermittlung der optimalen Flugtrajektorie 6 wird erneut auf das v-n-Diagramm nach 2 Bezug genommen: Hierin sind verschiedene Bewertungskriterien als den Normalflugzustand N und sich gegenseitig einhüllende Rahmenbedingungen innerhalb der Grenzen des v-n-Diagramms abgelegt und eingetragen. Den Bewertungskriterien können abstrakte mathematische Größen wie Matrizen, Tensoren oder dergleichen zugeordnet sein. Bevorzugt werden skalare, numerische Größen eingesetzt, wobei hier dem Normalflugzustand N beispielhaft ein Bewertungskriterium d = 1 zugeordnet ist. Das Bewertungskriterium d = 1 trifft somit auf den augenblicklichen Flugzustand 3 zu.To determine the optimal flight trajectory 6 goes back to the vn diagram again 2 Reference: Here, various evaluation criteria are stored and entered as the normal flight state N and mutually enveloping framework within the limits of the vn diagram. The evaluation criteria may be assigned abstract mathematical variables such as matrices, tensors or the like. Scalar, numerical variables are preferably used, in which case an evaluation criterion d = 1 is assigned to the normal flight state N by way of example. The evaluation criterion d = 1 thus applies to the current flight status 3 to.

Nach 1 wird zum Folgen der als optimal ermittelten Flugtrajektorie 6 das Flugzug zunächst sanft in einen Steigflug hochgezogen, wodurch sich ein Flugzustand 11 mit erhöhtem Lastvielfachen n und etwas gegenüber dem Flugzustand 3 leicht verringerter Fluggeschwindigkeit v einstellt. Im anschließenden Steigflug verringert sich bei hier beispielhaft angenommener konstanter Antriebsleistung die Fluggeschwindigkeit v, bis der Flugzustand 12 beim sanften Andrücken des Flugzeugs 1 in die horizontale Fluglage erreicht ist. Hierbei entsteht ein verringertes Lastvielfaches n mit zugehöriger verringerter Fluggeschwindigkeit v, wie es beim Flugzustand 12 im v-n-Diagramm nach 2 dargestellt ist. Im angestrebten Flugzustand 4 ist das Flugzeug 1 wieder in einem stationären und horizontalen Geradeausflug, allerdings hier beispielhaft mit gegenüber dem Ausgangszustand 3 verringerter Geschwindigkeit v. Es kann aber auch zweckmäßig sein, dass die beiden Flugzustände 3, 4 im v-n-Diagramm nach den 2, 4, 6 aufeinander liegen.To 1 becomes the consequence of the optimal trajectory 6 The flight was first gently pulled up in a climb, resulting in a flight condition 11 with increased load multiples n and somewhat against the flight condition 3 slightly reduced airspeed v. In the subsequent climb, the flight speed v decreases, assuming a constant drive power assumed here by way of example, until the flight condition 12 when gently pressing the aircraft 1 is reached in the horizontal attitude. This results in a reduced load multiple n with associated reduced airspeed v, as in the flight condition 12 in the vn diagram 2 is shown. In the desired flight condition 4 is the plane 1 again in a stationary and horizontal straight flight, but here exemplarily with respect to the initial state 3 reduced speed v. But it may also be appropriate that the two flight conditions 3 . 4 in the vn diagram after the 2 . 4 . 6 lie on one another.

Der Darstellung nach 2 ist zu entnehmen, dass sich sämtliche für die optimale Flugtrajektorie 6 relevanten Flugzustände 3, 4, 11, 12 auf bzw. innerhalb eines gestrichelt dargestellten Rahmens befinden, der den Normalflugzustand N umschließt bzw. einhüllt, der aber innerhalb der zulässigen Betriebsgrenzen des v-n-Diagramms liegt. Diesem Rahmen ist ein optimales Bewertungskriterium a zugeordnet. Außerdem ist für das optimales Bewertungskriterium a ein erster Grenzwert X festgelegt und im Flugführungsmodul abgespeichert, wobei hier beispielhaft als erster Grenzwert X = 1,5 angenommen ist.The representation after 2 It can be seen that all for the optimal flight trajectory 6 relevant flight conditions 3 . 4 . 11 . 12 are located on or within a dashed frame, which encloses the Normalflugzustand N or envelopes, but which lies within the permissible operating limits of the vn diagram. This frame is assigned an optimal evaluation criterion a. In addition, a first limit value X is defined for the optimum evaluation criterion a and stored in the flight guidance module, with X = 1.5 being assumed here by way of example as the first limit value.

Die Flugzustände 11, 12 liegen in der Darstellung nach 2 auf dem Rahmen mit dem Grenzwert X = 1,5, während die Flugzustände 3, 4 innerhalb dieses Rahmens liegen. Für die gesamte optimale Flugtrajektorie 6 beträgt nach 2 das zugehörige optimale Bewertungskriterium a = 1,5 und ist damit gleich dem ersten Grenzwert X = 1,5.The flight conditions 11 . 12 lie in the presentation 2 on the frame with the limit X = 1.5, while the flight conditions 3 . 4 lie within this framework. For the entire optimal flight trajectory 6 is after 2 the corresponding optimal evaluation criterion a = 1.5 and is thus equal to the first limit value X = 1.5.

Bei hinreichendem Abstand des Flugzeuges zum Hindernis 13 kann eine nicht dargestellte optimale Flugtrajektorie vom ersten Flugzustand 3 zum zweiten Flugzustand 4 gefunden werden, bei der sämtliche relevanten Flugzustände 3, 4, 11, 12 innerhalb des Rahmens mit dem Grenzwert X = 1,5 liegen. Für diese gesamte optimale Flugtrajektorie beträgt demnach das zugehörige optimale Bewertungskriterium a < 1,5 und ist damit kleiner als der ersten Grenzwert X = 1,5. Solange das optimale Bewertungskriterium a den ersten Grenzwert X nicht überschreitet, wird die voraus liegende Flugbahn 5 als optimale Flugtrajektorie mit dem zugeordneten optimalen Bewertungskriterium a < 1,5 weiter abgeflogen. Hierbei bleibt zumindest näherungsweise der Normalflugzustand N erhalten, wobei kleinere Abweichungen hiervon innerhalb der Grenzen des ersten Grenzwertes X zulässig sind.With sufficient distance of the aircraft to the obstacle 13 may be an optimal flight trajectory, not shown, from the first flight state 3 to the second flight state 4 be found at all relevant flight conditions 3 . 4 . 11 . 12 within the frame with the limit X = 1.5. Accordingly, the corresponding optimal evaluation criterion a <1.5 for this entire optimal flight trajectory is smaller than the first limit value X = 1.5. As long as the optimal evaluation criterion a does not exceed the first limit value X, the trajectory ahead becomes 5 as optimal flight trajectory with the associated optimal evaluation criterion a <1.5 flew off. Here, at least approximately, the normal flight state N is maintained, smaller deviations thereof being permitted within the limits of the first limit value X.

Sobald sich aber das Flugzeug entlang seiner Flugbahn 5 auf eine bestimmte Distanz zum Hindernis 13 genähert hat, entsteht Handlungsbedarf. Es ist leicht zu erkennen, dass die eingangs beschriebene nicht optimale Bahntrajektorie zu höheren Lastvielfachen n oder zu größeren Abweichungen in der Geschwindigkeit v führt, wobei dann die zugehörigen Flugzustände im v-n-Diagramm auf einem Rahmen liegen würden, die den Normalflugzustand N mit größerem Abstand umgreifen, wobei diesem Rahmen dann ein größeres und damit schlechteres Bewertungskriterium von beispielsweise 2,0 oder 3,0 zuzuordnen wäre, wie dies beispielhaft in den 4, 6 dargestellt ist. Umgekehrt konnte ausgehend vom augenblicklichen Flugzustand 3 keine Trajektorie mehr zur Erreichung des Flugzustandes 4 mit einem Bewertungskriterium von einem geringerem Betrag als der erste Grenzwert X = 1,5 gefunden werden, weshalb die Flugtrajektorie 6 mit dem minimalen und damit optimalen Bewertungskriterium a als bestmögliche Flugtrajektorie ermittelt wurde. Zumindest ein Teil der relevanten Flugzustände 3, 4, 11, 12, hier die Flugzustände 11, 12 der Flugtrajektorie 6 liegen nach 2 auf oder außerhalb des Rahmens mit dem ersten Grenzwert X. Das auslösende Ereignis zur Veranlassung einer Änderung des augenblicklichen Flugzustandes 3 entlang der abweichenden Flugtrajektorie 6 ist demnach, dass das zur Flugtrajektorie 6 zugeordnete optimale Bewertungskriterium a ≥ dem ersten Grenzwert X = 1,5 ist.As soon as the plane moves along its trajectory 5 at a certain distance to the obstacle 13 has approached, there is a need for action. It is easy to see that the non-optimal trajectory described above leads to higher load multiples n or to larger deviations in the speed v, in which case the associated flight conditions in the vn diagram would lie on a frame encompassing the normal flight state N at a greater distance , which would then be assigned to this frame a larger and thus worse evaluation criterion of, for example, 2.0 or 3.0, as exemplified in the 4 . 6 is shown. Conversely, based on the current flight condition 3 no trajectory to achieve the flight condition 4 with an evaluation criterion of a smaller amount than the first limit X = 1.5 are found, which is why the flight trajectory 6 was determined with the minimum and thus optimal evaluation criterion a as the best possible flight trajectory. At least part of the relevant flight conditions 3 . 4 . 11 . 12 , here the flight conditions 11 . 12 the flight trajectory 6 lie down 2 on or off the frame with the first limit X. The triggering event for causing a change in the current flight condition 3 along the deviating flight trajectory 6 is that for the flight trajectory 6 assigned optimal evaluation criterion a ≥ the first limit value X = 1.5.

Dies wird dem Piloten durch geeignete, nicht näher dargestellte Anzeigemittel zur Kenntnis gebracht. Dabei können dem Piloten entweder das optimale Bewertungskriterium a und/oder Angaben zum Abfliegen der optimalen Flugtrajektorie 6 und/oder eine Ersatzinformation (beispielsweise ”grün” = alles in Ordnung) angezeigt werden. Der Pilot hat dann nach eigenem Ermessen die Möglichkeit, die optimale Flugtrajektorie 6 abzufliegen oder aber situationsabhängig abweichende Entscheidungen zu fällen und beispielsweise der Flugbahn 5 weiter zu folgen. This is brought to the pilot's attention by suitable, not shown display means. In this case, the pilot can either choose the optimal evaluation criterion a and / or information on flying off the optimum flight trajectory 6 and / or a replacement information (for example, "green" = all right) are displayed. The pilot then has the option of choosing the optimal flight trajectory 6 to fly or deviating depending on the situation deviating decisions and, for example, the trajectory 5 continue to follow.

Darüber hinaus sind im v-n-Diagramm nach den 2, 4 und 6 noch zweite und dritte Grenzwerte Y, Z für die rahmenförmig sich gegenseitig einhüllenden Bewertungskriterien eingetragen, deren Bedeutung sich aus der Zusammenschau der 3 bis 6 erschließt. Ausgehend von dem Flugzustand nach 1 hat der Pilot sich entschieden, nicht der optimalen Flugtrajektorie 6 zu folgen, sondern weiter auf seiner ursprünglichen Flugbahn 5 zu fliegen, bis er den augenblicklichen Flugzustand 3' nach 3 erreicht hat. Das Flugführungsmodul hat zwischenzeitlich laufend verschiedene mögliche Flugtrajektorien ermittelt, wobei jetzt zum augenblicklichen Flugzustand 3' nur noch die optimale Flugtrajektorie 7 mit höheren Abweichungen in den Lastvielfachen n und den Fluggeschwindigkeiten v zur Verfügung steht. Die neue optimale Flugtrajektorie 7 ist der besseren Übersichtlichkeit halber im Vergleich zur alten, hier gestrichelt dargestellten optimalen Flugtrajektorie 6 nach 1 in 3 aufgetragen.In addition, in the vn diagram after the 2 . 4 and 6 second and third limit values Y, Z are entered for the frame-like, mutually enveloping evaluation criteria, the meaning of which results from the synopsis of the 3 to 6 opens. Based on the flight condition 1 the pilot has decided not the optimal flight trajectory 6 to follow, but continue on its original trajectory 5 to fly until he has the current flight condition 3 ' to 3 has reached. The flight guidance module has meanwhile continuously identified various possible flight trajectories, now the current flight state 3 ' only the optimal flight trajectory 7 with higher deviations in the load multiples n and the airspeeds v available. The new optimal flight trajectory 7 is for the sake of clarity in comparison to the old, here shown dashed optimal flight trajectory 6 to 1 in 3 applied.

Es ergeben sich hieraus Flugzustände 3', 4, 11', 12', die im v-n-Diagramm nach 4 eingetragen sind, und denen ein optimales Bewertungskriterium b von beispielsweise 2,5 zugeordnet ist. Außerdem ist ein zweiter Grenzwert Y für die Bewertungskriterien mit dem beispielhaften Betrag von 2,0 festgelegt und als den ersten Grenzwert X und den Normalflugzustand N umgreifender Rahmen im v-n-Diagramm eingetragen ist. Es ist leicht zu erkennen, dass das optimale Bewertungskriterium b = 2,5 für die optimale Flugtrajektorie 7 den zweiten Grenzwert Y = 2,0 überschritten hat. Insbesondere die Flugzustände 11', 12' liegen damit näher an den zulässigen Betriebsgrenzen des v-n-Diagrammes nach 4. Der Pilot kann zwar der optimalen Flugtrajektorie 7 durch manuelles Steuern folgen. Allerdings steigt das Risiko, dabei die zulässigen Betriebsgrenzen zu überschreiten. Die Anforderungen an den Piloten sind erhöht. Es ist deshalb optional vorgesehen, mit Überschreiten des zweiten Grenzwertes Y die Flugführungshilfe 9, sofern sie nicht bereits zuvor aktiviert ist, nun insbesondere selbsttätig durch das Flugführungsmodul 2 zu aktivieren. Anhand der Flugführungshilfe 9 beispielsweise in Form eines ”Flight Directors” kann der Pilot nun mit erhöhter Sicherheit der optimalen Flugtrajektorie 7 zum Erreichen des gewünschten Flugzustandes 4 folgen. Durch selbsttätige Aktivierung der Flugführungshilfe 9, aber auch durch andere geeignete Anzeigemittel wird dem Piloten zur Kenntnis gegeben, dass nun sofortiger, zumindest aber baldiger Handlungsbedarf zum Erreichen des gewünschten Flugzustandes 4 gegeben ist.This results in flight conditions 3 ' . 4 . 11 ' . 12 ' following in the vn diagram 4 are registered, and to which an optimal evaluation criterion b of 2.5, for example, is assigned. In addition, a second limit value Y is set for the evaluation criteria with the exemplary amount of 2.0 and is entered as the first limit value X and the normal flying state N encompassing frame in the vn diagram. It is easy to see that the optimal weighting criterion is b = 2.5 for the optimal flight trajectory 7 exceeded the second limit Y = 2.0. In particular, the flight conditions 11 ' . 12 ' are thus closer to the permissible operating limits of the vn diagram 4 , The pilot can indeed the optimal flight trajectory 7 Follow by manual control. However, the risk of exceeding the permissible operating limits increases. The requirements for the pilot are increased. It is therefore optionally provided, when exceeding the second limit value Y, the flight guidance 9 if not previously activated, now in particular automatically by the flight guidance module 2 to activate. Based on the flight guidance 9 For example, in the form of a "flight director", the pilot can now with increased certainty of the optimal flight trajectory 7 to achieve the desired flight condition 4 consequences. By automatic activation of flight guidance 9 , but also by other suitable display means the pilot is informed, that now immediate, but at least early action to achieve the desired flight condition 4 given is.

In der Darstellung nach 5 hat sich aber der Pilot ausgehend von der Situation nach 3 dennoch entschieden, zunächst weiter seiner vorausliegenden Flugbahn 5' (3) zu folgen, bis er den augenblicklichen Flugzustand 3'' nach 5 erreicht hat. Ein weiteres Folgen der Flugbahn 5'' nach 5 würde zu einer unmittelbaren Kollision mit dem Hindernis 13 führen, weshalb unmittelbarer Handlungsbedarf zum Erreichen des gewünschten Flugzustandes 4 gegeben ist.In the illustration after 5 But the pilot has been starting from the situation 3 nevertheless decided, first further on its preceding trajectory 5 ' ( 3 ) to follow until the momentary flight condition 3 '' to 5 has reached. Another consequences of the trajectory 5 '' to 5 would lead to an immediate collision with the obstacle 13 lead, which is why immediate action to achieve the desired flight condition 4 given is.

Wie auch zuvor hat das Flugführungsmodul 2 laufend verschiedene mögliche Flugtrajektorien zum Erreichen des Flugzustandes 4 ermittelt. Dabei wurde auch eine neue, optimale Flugtrajektorie 8 nach 5 ermittelt. Diese ist im Vergleich zu den früheren optimalen, hier gestrichelt dargestellten Flugtrajektorien 6, 7 nach den 1 und 3 dargestellt. Aus dem Vergleich ergibt sich, dass zum Abfliegen der optimalen Flugtrajektorie 8 weiter erhöhte Abweichungen im Lastvielfachen n und in der Geschwindigkeit v entsprechend dem v-n-Diagramm nach 6 erforderlich sind. Insbesondere in den Flugzuständen 11'', 12'' nähert sich dabei das Flugzeug 1 seinen durch das v-n-Diagramm (6) vorgegebenen Betriebsgrenzen in einer Weise, dass nur leichte Abweichungen von der optimalen Flugtrajektorie 8 zu einer Überschreitung der zulässigen Betriebsgrenzen führen können.As before, the flight guidance module 2 continuously various possible flight trajectories for reaching the flight state 4 determined. It also became a new, optimal trajectory 8th to 5 determined. This is in comparison to the previous optimal, shown dashed lines trajectories 6 . 7 after the 1 and 3 shown. From the comparison it follows that to fly off the optimal flight trajectory 8th further increased deviations in the load multiple n and in the velocity v according to the vn diagram 6 required are. Especially in the flight conditions 11 '' . 12 '' approaching the plane 1 its through the vn diagram ( 6 ) predetermined operating limits in such a way that only slight deviations from the optimal flight trajectory 8th can lead to exceeding the permissible operating limits.

Diese Gefahr ist durch den dritten Grenzwert Z der Bewertungskriterien berücksichtigt, der hier beispielsweise mit dem Betrag 3,0 angenommen und als den ersten Grenzwert X, den zweiten Grenzwert Y und den Normalflugzustand Z umgreifender Rahmen im v-n-Diagramm eingetragen ist. Aus der Darstellung nach 6 ergibt sich, dass insbesondere die Flugzustände 11'', 12'' mit einem beispielhaft gewählten optimalen Bewertungskriterium c = 3,5 versehen sind, womit der dritte Grenzwert Z = 3,0 überschritten ist.This risk is taken into account by the third limit value Z of the evaluation criteria, which is here assumed, for example, as 3.0 and entered in the vn diagram as the first limit value X, the second limit value Y and the normal flight state Z. From the illustration to 6 shows that in particular the flight conditions 11 '' . 12 '' are provided with an exemplary selected evaluation criterion c = 3.5, whereby the third threshold Z = 3.0 is exceeded.

Hierzu ist nach der Erfindung optional vorgesehen, dass mit dem Überschreiten dieses zweiten Grenzwertes Y der Autopilot 10, sofern er nicht bereits zuvor aktiviert wurde, nun selbsttätig durch das Flugführungsmodul 2 aktiviert wird, und wobei der Autopilot 10 das Flugzeug 1 entlang der optimalen Flugtrajektorie 8 mit dem zugeordneten optimalen Bewertungskriterium c steuert. Hierdurch sind Abweichungen von der optimalen Flugtrajektorie 8 in einer Weise minimiert, dass die zulässigen Betriebsgrenzen des Flugzeuges 1 nicht überschritten werden. Auch dies wird dem Piloten durch entsprechende und vorstehend bereits beschriebene Anzeigemittel zur Kenntnis gegeben. Je nach Auslegungsphilosophie des Systems kann es aber auch zweckmäßig sein, auf die Zuschaltung des Autopiloten 10 zu verzichten oder aber ein Abschalten bzw. Übersteuern des selbsttätig zugeschalteten Autopiloten 10 seitens des Piloten zuzulassen.For this purpose, it is optionally provided according to the invention that with the exceeding of this second limit value Y of the autopilot 10 if it has not already been activated before, now automatically through the flight guidance module 2 is activated, and where the autopilot 10 The plane 1 along the optimal flight trajectory 8th with the associated optimal evaluation criterion c controls. This results in deviations from the optimal flight trajectory 8th minimized in a way that the permissible operating limits of the aircraft 1 not be exceeded. This is also made known to the pilot by means of corresponding display means already described above. Depending on the design philosophy of the system but it may also be appropriate to the activation of the autopilot 10 to dispense with or a shutdown or oversteer of the automatically switched autopilot 10 on the part of the pilot.

In allen zuvor geschilderten Fällen nach den 1 bis 6 wird das Flugzeug 1 entlang der jeweiligen optimalen Flugtrajektorie 6, 7, 8 in den Flugzustand 4 überführt, dessen zugeordnetes Bewertungskriterium nicht nur kleiner als der dritte Grenzwert Z, der zweite Grenzwert Y oder sogar der erste Grenzwert X ist. Vielmehr ist im Flugführungsmodul 2 der insbesondere den stationären und horizontalen Geradeausflug beschreibende Normalflugzustand N definiert und abgespeichert, wobei der Flugzustand 4 dem Normalflugzustand N entspricht.In all the cases described above after the 1 to 6 becomes the plane 1 along the respective optimal flight trajectory 6 . 7 . 8th in the flight state 4 whose associated evaluation criterion is not only smaller than the third limit value Z, the second limit value Y or even the first limit value X. Rather, in the flight guidance module 2 the normal flight state N describing in particular the stationary and horizontal straight flight defined and stored, wherein the flight condition 4 corresponds to the normal flight state N.

Vorstehend wurde das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Flugführungsmodul 2 an einem Bespiel erläutert, bei dem ein Hindernis 13 zu überfliegen ist. Die Erfindung kann aber auch in analoger Weise beim seitlichen Umfliegen eines Hindernisses 13 sowie bei einer Kombination von beidem eingesetzt werden. Außerdem ist die Erfindung nicht auf die gesteuerte Vermeidung einer Kollision beschränkt. Vielmehr kann sie in analoger Weise auch für abweichende Flugzustände eingesetzt werden, wie beispielsweise das Abfangen aus dem überzogenen oder trudelnden Flugzustand oder aus einer unerwünschten Rückenlage, wobei sich all diese und auch andere Flugzustände in gleicher Weise in den v-n-Diagrammen nach den 2, 4, 6 abbilden lassen, und wobei sich die daraus folgenden Verfahrensschritte in analoger Weise ableiten lassen.Above, the inventive method and the flight control module according to the invention 2 explained on an example in which an obstacle 13 to fly over. But the invention can also in an analogous manner when flying sideways an obstacle 13 as well as a combination of both. In addition, the invention is not limited to the controlled avoidance of a collision. Rather, it can be used in a similar manner for deviating flight conditions, such as the interception of the coated or spinning state of flight or from an undesirable supine position, with all these and other flight conditions in the same vn diagrams in the same way 2 . 4 . 6 can map, and wherein the resulting process steps can be derived in an analogous manner.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet zuverlässig und kommt dabei mit der Verarbeitung von geringen Datenmengen aus. Das erfindungsgemäße Flugführungsmodul 2 kann deshalb sehr einfach gestaltet sein und lässt sich ohne Weiteres mit bereits vorhandenen Flugführungshilfen 9, Autopiloten 10 und anderen Hilfsmitteln wie EGPWS und TCAS kombinieren.The inventive method works reliably and comes out with the processing of small amounts of data. The flight guidance module according to the invention 2 can therefore be very simple and can be easily with existing flight guidance aids 9 , Autopilot 10 and other aids such as EGPWS and TCAS.

In jedem Falle ist mit einfachen und zuverlässigen Mitteln sichergestellt, dass das Flugzeug 1 aus einem nahezu beliebigen augenblicklichen Flugzustand 3 in einen abweichenden, gewünschten Flugzustand 4 entlang einer jeweils optimalen Flugtrajektorie 6, 7, 8 überführt wird, wobei die Belastungen des Flugzeuges 1, seiner Insassen bzw. der Fracht mittels der optimierten Bewertungskriterien a, b, c minimiert werden, und wobei eine Überschreitung der zulässigen Betriebsgrenzen des Flugzeuges 1 zuverlässig verhindert wird.In any case, using simple and reliable means ensures that the aircraft 1 from almost any momentary flight condition 3 in a different, desired flight condition 4 along a respective optimal flight trajectory 6 . 7 . 8th is transferred, taking the burdens of the aircraft 1 , its occupants or the freight by means of the optimized evaluation criteria a, b, c are minimized, and wherein exceeding the permissible operating limits of the aircraft 1 reliably prevented.

Claims

Method for guiding an aircraft ( 1 ) by means of a flight guidance module ( 2 ), whereas in the flight guidance module ( 2 ) flight mechanical parameters of the aircraft ( 1 ) and the current flight condition ( 3 ), comprising the following steps: - the flight guidance module ( 2 ) recorded on the basis of the current flight condition ( 3 ) the trajectory ahead ( 5 ); - The flight guidance module ( 2 ) continuously determines various possible flight trajectories to one of the current flight condition ( 3 ) deviating flight condition ( 4 ) and evaluates these on the basis of the stored flight mechanical parameters of the aircraft ( 1 ) by means of an evaluation criterion; From the various possible flight trajectories, an optimal flight trajectory is calculated on the basis of the evaluation criterion ( 6 . 7 . 8th ) determined; - Information about the optimal flight trajectory ( 6 . 7 . 8th ) and / or the associated optimal evaluation criterion (a, b, c) are made known to the pilot.

A method according to claim 1, characterized in that for the optimal evaluation criterion (a, b, c), a first limit value (X) is set, below which the trajectory lying ahead ( 5 ) is flown as optimal flight trajectory with the associated optimal evaluation criterion (a).

A method according to claim 1 or 2, characterized in that for the optimal evaluation criterion (a, b, c), a second limit value (Y) is set, when it exceeds a not yet activated flight guidance ( 9 ) which activates the pilot by flying off the optimal flight trajectory ( 7 ) with the associated optimal evaluation criterion (b).

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that for the optimal evaluation criterion (a, b, c) a third limit value (Z) is set, when it exceeds a not yet activated autopilot ( 10 ) that activates the aircraft ( 1 ) along the optimal flight trajectory ( 8th ) with the associated optimal evaluation criterion (c).

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the flight control module ( 2 ) is defined as a normal flight condition (N), in particular describing stationary and horizontal straight flight, and in that the aircraft ( 1 ) about the optimal flight trajectory ( 6 . 7 . 8th ) is transferred to the normal flight state (N).

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the formation of the flight mechanical parameters the vn diagram of the aircraft ( 1 ) in the flight guidance module ( 2 ) and that the optimal flight trajectory ( 6 . 7 . 8th ) and the associated optimal evaluation criterion (a, b, c) are determined on the basis of the vn diagram.

A method according to claim 6, characterized in that in the vn diagram a stationary and horizontal straight flight descriptive normal flight condition (N) is stored, and that the evaluation criteria as the normal flight condition (N) and mutually enveloping framework within the limits of the vn diagram stored are.

Flight guidance module ( 2 ) for carrying out the method according to one of claims 1 to 7.