DE102022121418A1 - Device for determining and displaying the consequences of a fault condition in aircraft systems - Google Patents

Device for determining and displaying the consequences of a fault condition in aircraft systems Download PDF

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DE102022121418A1 DE102022121418.4A DE102022121418A DE102022121418A1 DE 102022121418 A1 DE102022121418 A1 DE 102022121418A1 DE 102022121418 A DE102022121418 A DE 102022121418A DE 102022121418 A1 DE102022121418 A1 DE 102022121418A1
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Jan-Philipp Buch
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    • B64D45/00Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung und Anzeige von Konsequenzen eines Fehlerzustands von Systemen eines Luftfahrzeugs (100), wobei das Luftfahrzeug (100) eine Anzahl N von Systemen SYSn(101) aufweist, deren zeitabhängiger Systemzustand SZn(t) jeweils durch eine Anzahl Mnvon Systemparametern PARMn,mn(t) definiert ist, mit n = 1, 2, ..., N und N ≧ 1 und mn= 1, 2,..., Mnund Mn≧ 1 und t:= Zeit, wobei für die Gesamtheit der Systemparameter PARMn,mn(t) einΠn=1NMn−dimensionalerSystemparameterraumPerlaubtvorgegeben ist, der einen Normalbetrieb der Systeme SYSn(101) definiert.Die Vorrichtung umfasst eine erste Einheit (102), die dazu ausgeführt und eingerichtet ist, eine aktuelle Betriebsphase BP(t0) des Luftfahrzeugs (100) zu ermitteln, mit t0: aktuelle Zeit; eine zweite Einheit (120), die dazu ausgeführt und eingerichtet ist, aktuelle Systemparameter PARMn,mn(t0) der Systeme SYSn(101) zu ermitteln; eine Auswerteeinheit (103), die dazu ausgeführt und eingerichtet ist; auf Basis der aktuellen Systemparameter PARMn,mn(t0) und des SystemparameterraumsPerlaubteinen vom Normalbetrieb abweichenden aktuellen Fehlerzustand FZ(t0) eines oder mehrerer der Systemen SYSnzu ermitteln, und auf Basis des ermittelten Fehlerzustands FZ(t0) und der ermittelten aktuellen Betriebsphase BP(t0) des Luftfahrzeugs für eine Anzahl S vorgegebener Auswirkungskategorien AWKsje Auswirkungskategorie AWKsfür den Fehlerzustand FZ(t0) Fehlerkonsequenzen FKAWKs(t) zu ermitteln, mit s = 1, 2, ..., S und S ≧ 1; und eine Ausgabeeinheit (104), die dazu ausgeführt und eingerichtet ist, für eine oder mehrere der Auswirkungskategorien AWKsdie ermittelten zugeordneten Fehlerkonsequenzen FKAWKs(t) auszugeben.The invention relates to a device and a method for determining and displaying the consequences of a fault state of systems of an aircraft (100), the aircraft (100) having a number N of systems SYSn(101), the time-dependent system state SZn(t) of which is determined by a number Mn of system parameters PARMn,mn(t) is defined, with n = 1, 2, ..., N and N ≧ 1 and mn = 1, 2,..., Mn and Mn ≧ 1 and t: = time, whereby for the entirety of the system parameters PARMn,mn(t) a Πn=1NMn−dimensional system parameter space Perallow is predetermined, which defines normal operation of the systems SYSn(101). The device comprises a first unit (102), which is designed and set up for a current operating phase BP(t0) of the aircraft (100) to be determined, with t0: current time; a second unit (120), which is designed and set up to determine current system parameters PARMn,mn(t0) of the systems SYSn(101); an evaluation unit (103) which is designed and set up for this purpose; based on the current system parameters PARMn,mn(t0) and the system parameter space Permissive to determine a current error state FZ(t0) of one or more of the systems SYSn that deviates from normal operation, and on the basis of the determined error state FZ(t0) and the determined current operating phase BP(t0) of the aircraft for a number S of predetermined impact categories AWKs for each impact category AWKs for the error condition FZ(t0) to determine error consequences FKAWKs(t), with s = 1, 2, ..., S and S ≧ 1; and an output unit (104) which is designed and set up to output the determined assigned error consequences FKAWKs(t) for one or more of the impact categories AWKs.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung und zur Anzeige von Konsequenzen eines Fehlerzustands von Systemen eines Luftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Luftfahrzeug mit einer ebensolchen Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer ebensolchen Vorrichtung.The invention relates to a device for determining and displaying the consequences of an error condition in systems of an aircraft. The invention further relates to an aircraft with a similar device and a method for operating a similar device.

Der Begriff „System/e eines Luftfahrzeugs“ wird vorliegend weit gefasst verstanden. Er umfasst zumindest alle technischen Systeme, die an und/oder in einem Luftfahrzeug angeordnet sind und deren Steuerung für einen sicheren Betrieb des Luftfahrzeugs erforderlich ist.The term “system(s) of an aircraft” is understood broadly here. It includes at least all technical systems that are arranged on and/or in an aircraft and whose control is required for safe operation of the aircraft.

Beispiele derartiger Systeme sind der folgenden, nicht abschließenden Aufzählung zu entnehmen: Klimaanlage, Heizsysteme, Kühlsysteme, Druckregelsysteme, Energieversorgungssysteme, Feuerschutzsysteme, Feuer-/Rauchdetektorsysteme, Feuerlöschsysteme, Flugsteuerungssysteme, Flugführungssysteme, Aktuatoren, Steuerflächensysteme, Kraftstoffsysteme, Hydrauliksysteme, Tanksysteme, Energiespeichersysteme, Eis- und Regeschutzsysteme etc.Examples of such systems can be found in the following non-exhaustive list: air conditioning, heating systems, cooling systems, pressure control systems, power supply systems, fire protection systems, fire/smoke detector systems, fire extinguishing systems, flight control systems, flight guidance systems, actuators, control surface systems, fuel systems, hydraulic systems, tank systems, energy storage systems, ice and rain protection systems etc.

Heutige Systeme zur Warnung von Flugzeugbesatzungen über Fehlerzustände von Flugzeugsystemen (engl. „Crew Alerting Systeme“, CAS") setzen den Fokus auf die Anzeige identifizierter Systemfehler. Die Aufgabe der Piloten ist dann, von den angezeigten Systemfehlern auf Basis ihres Flugzeugsystemwissens und Wissens über den voraus liegenden operationellen Betrieb der aktuellen Flugmission auf die relevanten Auswirkungen/Konsequenzen zu schließen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.Today's systems for warning aircraft crews about error states in aircraft systems (crew alerting systems, CAS) focus on displaying identified system errors. The pilot's task is then to draw attention to the displayed system errors based on their aircraft system knowledge and knowledge of the system to draw conclusions about the relevant effects/consequences of the operational operation of the current flight mission and to take appropriate measures.

Hierbei kommt es, wie sich aus der Umfallursachenforschung ergibt, schnell zu einer Überforderung der Piloten und in den teilweise sehr kurzen Entscheidungszeiträumen zu Fehlentscheidungen.As research into the causes of accidents shows, the pilots quickly become overwhelmed and, in the sometimes very short decision-making periods, make wrong decisions.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die einerseits Fehlerzustände von Systemen eines Luftfahrzeugs ermittelt und darüber hinaus eine verbesserte Ermittlung und Anzeige von Konsequenzen eines oder mehrerer gleichzeitig ermittelter Fehlerzustände ermöglicht.The object of the invention is to provide a device which, on the one hand, determines error states in aircraft systems and, in addition, enables improved determination and display of the consequences of one or more simultaneously determined error states.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous further developments and refinements are the subject of the dependent claims. Further features, possible applications and advantages of the invention result from the following description and the explanation of exemplary embodiments of the invention, which are shown in the figures.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige von Konsequenzen eines Fehlerzustands von Systemen eines Luftfahrzeugs, wobei das Luftfahrzeug eine Anzahl N von Systemen SYSn aufweist, deren zeitabhängiger Systemzustand SZn(t) jeweils durch eine Anzahl Mn von Systemparametern PARMn,mn (t) definiert ist, mit n = 1, 2, ..., N und N ≧1 und mn = 1, 2,..., Mn und Mn ≧ 1 und t:= Zeit, wobei für die Gesamtheit der Systemparameter PARMn,mn (t) ein Π n = 1 N M n dimensionaler

Figure DE102022121418A1_0004
Systemparameterraum P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0005
vorgegeben ist, der einen Normalbetrieb der Systeme SYSn definiert. Die Vorrichtung umfasst eine erste Einheit, die dazu ausgeführt und eingerichtet ist, eine aktuelle Betriebsphase BP(t0) des Luftfahrzeugs zu ermitteln, mit t0: aktuelle Zeit; eine zweite Einheit, die dazu ausgeführt und eingerichtet ist, aktuelle Systemparameter PARMn,mn (t0) der Systeme SYSn zu ermitteln, eine Auswerteeinheit, die dazu ausgeführt und eingerichtet ist, auf Basis der aktuellen Systemparameter PARMn,mn (t0) und des Systemparameterraums P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0006
einen vom Normalbetrieb abweichenden aktuellen Fehlerzustand FZ(t0) eines oder mehrerer der Systeme SYSn zu ermitteln, und auf Basis des ermittelten Fehlerzustands FZ(t0) und der ermittelten aktuellen Betriebsphase BP(t0) des Luftfahrzeugs für eine Anzahl S vorgegebener Auswirkungskategorien AWKs je Auswirkungskategorie AWKs für den Fehlerzustand FZ(t0) Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) zu ermitteln, mit s = 1, 2, ..., S und S ≧ 1; und eine Ausgabeeinheit, die dazu ausgeführt und eingerichtet ist, für eine oder mehrere der Auswirkungskategorien AWKs die ermittelten zugeordneten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) auszugeben.A first aspect of the invention relates to a device for determining and displaying the consequences of an error state of systems of an aircraft, the aircraft having a number N of systems SYS n , the time-dependent system state SZ n (t) each being determined by a number M n of system parameters PARM n, m n (t) is defined, with n = 1, 2, ..., N and N ≧1 and m n = 1, 2,..., M n and M n ≧ 1 and t:= time, where for the Totality of system parameters PARM n,m n (t) a Π n = 1 N M n more dimensional
Figure DE102022121418A1_0004
System parameter space P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0005
is specified, which defines normal operation of the SYS n systems. The device comprises a first unit which is designed and set up to determine a current operating phase BP(t 0 ) of the aircraft, with t 0 : current time; a second unit that is designed and set up to receive current system parameters PARM n,m n (t 0 ) of the systems SYS n to determine an evaluation unit that is designed and set up for this purpose, based on the current system parameters PARM n,m n (t 0 ) and the system parameter space P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0006
to determine a current error state FZ(t 0 ) of one or more of the systems SYS n that deviates from normal operation, and on the basis of the determined error state FZ(t 0 ) and the determined current operating phase BP(t 0 ) of the aircraft for a number S of predetermined impact categories AWK s per impact category AWK s for the error state FZ(t 0 ) Error consequences FK AWK s (t) to be determined, with s = 1, 2, ..., S and S ≧ 1; and an output unit that is designed and set up to generate the determined assigned error consequences FK AWK for one or more of the impact categories AWK s s (t) to spend.

Beispielsweise umfasst ein Luftfahrzeug N = 100 Systeme. Jedes dieser Systeme besitzt einen zeitabhängigen Systemzustand SZn(t), der jeweils durch eine Anzahl Mn von zeitabhängigen Systemparametern PARMn,mn (t) definiert ist. So sei bspw. der Systemzustand für das erste System (n=1): SZ1(t) durch M1 = 15 Systemparameter PARMn=1,mn (t), mit mn = 1, 2, ..., 15 = Mn definiert, usw..For example, an aircraft includes N = 100 systems. Each of these systems has a time-dependent system state SZ n (t), which is determined by a number M n of time-dependent system parameters PARM n,m n (t) is defined. For example, the system state for the first system (n=1): SZ 1 (t) through M 1 = 15 system parameters PARM n=1,m n (t), with m n = 1, 2, ..., 15 = M n , etc..

Die erste Einheit dient dazu eine aktuelle Betriebsphase BP(t0) des Luftfahrzeugs zu ermitteln, wobei t0 die aktuelle Zeit ist. Im Zeitverlauf eines Fluges befindet sich das Luftfahrzeug in verschiedenen Betriebsphasen BP(t), wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Die erste Einheit umfasst hierzu vorteilhaft einen Prozessor, der bspw. mit entsprechenden Sensoren oder mit entsprechenden Flugzeugsystemen, deren Daten/Signale eine Feststellung einer jeweiligen aktuellen Betriebsphase ermöglichen, verbunden ist. Die erste Einheit ist hierzu bspw. mit einem Flugführungssystem und/oder einem Navigationssystem und/oder einem Autopilotensystem und/oder einem FADEC-System (=„Full Authority Digital Engine Control“), und/oder einem „Flight-Mode Switch“ und/oder einem „Ground-Mode Switch“ und/oder einem „Flap-Control System“, etc. verbunden.The first unit serves to determine a current operating phase BP(t 0 ) of the aircraft, where t 0 is the current time. Over the course of a flight, the aircraft is in different operating phases BP(t), as will be explained in more detail below. For this purpose, the first unit advantageously comprises one Processor, which is connected, for example, to corresponding sensors or to corresponding aircraft systems, whose data/signals enable a respective current operating phase to be determined. For this purpose, the first unit is, for example, with a flight guidance system and/or a navigation system and/or an autopilot system and/or a FADEC system (“Full Authority Digital Engine Control”), and/or a “flight mode switch” and/ or a “Ground Mode Switch” and/or a “Flap Control System”, etc. connected.

Vorteilhaft ist die erste Einheit weiterhin dazu ausgeführt, die sich an die aktuelle Betriebsphase BP(t0) bis zur Beendigung des aktuellen Fluges anschließenden, d.h. zeitlich vorausliegende Betriebsphasen BP(t0 + Δt) des Luftfahrzeugs zu ermitteln, wobei t0 die aktuelle Zeit und Δt eine variable Zeitspanne ist, die einen Zeitraum von der aktuellen Zeit t0 bis zur geplanten Beendigung des Fluges zu einer Zeit tlanding abdeckt: Δt ∈ {0, tlanding- t0}.Advantageously, the first unit is also designed to determine the operating phases BP(t 0 + Δt) of the aircraft that follow the current operating phase BP(t 0 ) up to the end of the current flight, ie, the operating phases BP(t 0 + Δt) ahead of it, where t 0 is the current time and Δt is a variable time period covering a period from the current time t 0 until the scheduled termination of the flight at a time t landing : Δt ∈ {0, t landing - t 0 }.

Eine Betriebsphase BP(t) des Luftfahrzeugs kann bspw. durch eine oder mehrere der folgenden definiert sein:

  • • Betrieb des Luftfahrzeugs am Boden an einer Parkposition, Halteposition, (ParkPosition, „Taxi-Holding Position“)
  • • Betrieb des Luftfahrzeugs am Boden beim Rollen („Taxi“)
  • • Betrieb des Luftfahrzeugs am Boden während des Startvorgangs („T/O-Run“)
  • • Betrieb des Luftfahrzeugs im Steigflug („Climb“)
  • • Betrieb des Luftfahrzeugs im Horizontalflug („Cruise“)
  • • Betrieb des Luftfahrzeugs im Sinkflug („Descent“)
  • • Betrieb des Luftfahrzeugs im Horizontalflug („Holding Pattern“)
  • • Betrieb des Luftfahrzeugs im Anflug („Approach“)
  • • Betrieb des Luftfahrzeugs während der Landung („Landing“)
  • • Betrieb des Luftfahrzeugs während des Durchstartens („Go-Around“)
An operating phase BP(t) of the aircraft can be defined, for example, by one or more of the following:
  • • Operation of the aircraft on the ground at a parking position, holding position (ParkPosition, “Taxi-Holding Position”)
  • • Operation of the aircraft on the ground while taxiing (“taxi”)
  • • Operation of the aircraft on the ground during the take-off process (“T/O-Run”)
  • • Operation of the aircraft in climb
  • • Operation of the aircraft in horizontal flight (“cruise”)
  • • Operation of the aircraft in descent (“descent”)
  • • Operation of the aircraft in horizontal flight (“Holding Pattern”)
  • • Operation of the aircraft in the approach (“approach”)
  • • Operation of the aircraft during landing (“landing”)
  • • Operation of the aircraft during go-around

Diese Liste ist nicht abschließend und kann insbesondere um operationelle und/oder durch die Luftaufsicht („Air Traffic Control“) bedingte oder definierte Betriebsphasen BP(t) ergänzt werden.This list is not exhaustive and can be supplemented in particular by operational and/or air traffic control-related or defined operating phases BP(t).

Vorteilhaft werden von der Einheit für einen Flug zumindest folgende Betriebsphasen BP(t) des Luftfahrzeugs berücksichtigt:

  • • Betrieb des Luftfahrzeugs am Boden während des Startvorgangs („T/O-Run“)
  • • Betrieb des Luftfahrzeugs im Steigflug („Climb“)
  • • Betrieb des Luftfahrzeugs im Horizontalflug („Cruise“)
  • • Betrieb des Luftfahrzeugs im Sinkflug („Descent“)
  • • Betrieb des Luftfahrzeugs im Anflug („Approach“)
The unit advantageously takes into account at least the following operating phases BP(t) of the aircraft for a flight:
  • • Operation of the aircraft on the ground during the take-off process (“T/O-Run”)
  • • Operation of the aircraft in climb
  • • Operation of the aircraft in horizontal flight (“cruise”)
  • • Operation of the aircraft in descent (“descent”)
  • • Operation of the aircraft on the approach (“approach”)

Für die Gesamtheit der Systemparameter PARMn,mn (t) ist ein Π n = 1 N M n dimensionaler

Figure DE102022121418A1_0007
Systemparameterraum P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0008
vorgegeben, der einen Normalbetrieb der jeweiligen Systeme SYSn angibt/definiert. Die zweite Einheit ermittelt die aktuellen Systemparameter PARMn,mn (t0) der Systeme SYSn und ist hierzu vorteilhaft über Daten-/Signalleitungen mit den Systeme SYSn verbunden. Die zweite Einheit weist vorteilhaft einen Prozessor auf, auf dem ein entsprechendes Programm läuft. Die zweite Einheit ist weiterhin mit der Auswerteeinheit verbunden, an die die ermittelten aktuellen Systemparameter PARMn,mn (t0) bereitgestellt werden.For the entire system parameters PARM n,m n (t) is a Π n = 1 N M n more dimensional
Figure DE102022121418A1_0007
System parameter space P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0008
specified, which indicates/defines normal operation of the respective systems SYS n . The second unit determines the current system parameters PARM n,m n (t 0 ) of the systems SYS n and is advantageously connected to the systems SYS n via data/signal lines. The second unit advantageously has a processor on which a corresponding program runs. The second unit is further connected to the evaluation unit to which the determined current system parameters PARM n,m n (t 0 ) are provided.

Liegen ein oder mehrere Systemparameter PARMn,mn (t0) außerhalb des erlaubten Systemparameterraums P e r l a u b t ,

Figure DE102022121418A1_0009
dann ermittelt die Auswerteeinheit einen aktuellen Fehlerzustand FZ(t0) in einem jeweiligen oder in mehreren ggf. miteinander vernetzen Systemen SYSn.If one or more system parameters are PARM n,m n (t 0 ) outside the permitted system parameter space P e r l a u b t ,
Figure DE102022121418A1_0009
The evaluation unit then determines a current error state FZ(t 0 ) in a respective system or in several systems SYS n that may be networked with one another.

Die Auswerteeinheit ermittelt weiterhin auf Basis des aktuellen Fehlerzustands FZ(t0) und der ermittelten aktuellen Betriebsphase BP(t0) des Luftfahrzeugs für eine Anzahl S vorgegebener Auswirkungskategorien AWKs je Auswirkungskategorie AWKs eine oder mehrere Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t), mit s = 1, 2, ..., S und S ≧ 1; d.h. FKAWKs (t) = FKAWKs (FZ(t0), BP(t0)). Die Fehlerkonsequenzen F K A W K s ( t )

Figure DE102022121418A1_0010
können insbesondere auch Auswirkungen für vorausliegenden zukünftige Zeiten t haben, so dass hier als Variable t und nicht t0 aufgeführt ist.The evaluation unit further determines one or more error consequences FK AWK for each impact category AWK s based on the current error state FZ(t 0 ) and the determined current operating phase BP(t 0 ) of the aircraft for a number S of predetermined impact categories AWK s s (t), with s = 1, 2, ..., S and S ≧ 1; i.e. FK AWK s (t) = FK AWK s (FZ(t 0 ), BP(t 0 )). The consequences of errors F K A W K s ( t )
Figure DE102022121418A1_0010
can in particular also have effects for future times t ahead, so that t and not t 0 is listed here as a variable.

Vorteilhaft berücksichtigt die Auswerteeinheit dabei eine oder mehrere der folgenden nicht abschießend aufgelisteten Auswirkungskategorien AWKs:

  • • Steuerbarkeit des Luftfahrzeugs
  • • Flugleistung des Luftfahrzeugs
  • • Reichweite des Luftfahrzeugs
  • • Treibstoffverbrauch des Luftfahrzeugs
  • • Maximale nutzbare Flughöhe des Luftfahrzeugs
  • • Nutzbarkeit einer automatischen Systemsteuerung für einzelne Systeme SYSn
  • • Nutzbarkeit einer manuellen Systemsteuerung für einzelne Systeme SYSn
The evaluation unit advantageously takes into account one or more of the following non-exhaustive listed impact categories AWK s :
  • • Controllability of the aircraft
  • • Flight performance of the aircraft
  • • Range of the aircraft
  • • Fuel consumption of the aircraft
  • • Maximum usable flight altitude of the aircraft
  • • Usability of an automatic system control for individual systems SYS n
  • • Usability of a manual system control for individual systems SYS n

Vorteilhaft werden die Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) zusätzlich für zeitlich voraus liegende Betriebsphasen BP(t0 + Δt) des Luftfahrzeugs bis zum Abschluss des jeweiligen Fluges ermittelt, d.h. für jede zeitlich vorausliegende Betriebsphase BP(t0+Δt) bis zum Abschluss des jeweiligen Fluges zur Zeit tlanding werden die Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) = FKAWKs (t0 + Δt)) = FKAWKs (FZ(t0), BP(t0 + Δt)) getrennt ermittelt, wobei t0 die aktuelle Zeit und Δt eine variable Zeitspanne ist, die einen Zeitraum von der aktuellen Zeit t0 bis zur geplanten Beendigung des Fluges zu einer Zeit tlanding abdeckt: Δt ∈ {0, tlanding-t0}.The error consequences FK AWK are advantageous s (t) additionally determined for operational phases BP(t 0 + Δt) of the aircraft ahead in time up to the completion of the respective flight, ie for each operational phase BP(t 0 +Δt) ahead in time up to the completion of the respective flight at time t landing the consequences of errors FK AWK s (t) = FK AWK s (t 0 + Δt)) = FK AWK s (FZ(t 0 ), BP(t 0 + Δt)) is determined separately, where t 0 is the current time and Δt is a variable time period that covers a period from the current time t 0 to the planned termination of the flight at a time t landing covers: Δt ∈ {0, t landing -t 0 }.

In diesem Fall werden vorteilhaft insbesondere zwingend vorausliegende Betriebsphasen des Luftfahrzeugs bei der Ermittlung der Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) berücksichtigt.In this case, it is particularly advantageous to use the preceding operating phases of the aircraft when determining the consequences of the error FK AWK s (t) taken into account.

Tritt bspw. ein aktueller Fehlerzustand FZ(t0) während einer aktuellen Betriebsphase BP(t0): = horizontaler Reiseflug in FL 410 auf, so werden, um im vorstehenden Beispiel zu bleiben, bei der Ermittlung der Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) die sich zwingend an den horizontalen Reiseflug anschließenden Betriebsphasen BP(t0 + Δt): Sinkflug, Anflug und Landung berücksichtigt.If, for example, a current error condition FZ(t 0 ) occurs during a current operating phase BP(t 0 ): = horizontal cruise flight in FL 410, then, in order to remain in the above example, FK AWK is used when determining the error consequences s (t) the operational phases BP(t 0 + Δt): descent, approach and landing that necessarily follow the horizontal cruise flight are taken into account.

Tritt bspw. ein Triebwerksschaden an einem Triebwerk eines zweistrahligen Verkehrsluftfahrzeugs während eines Horizontalfluges in Reiseflughöhe (bspw. FL 410) auf, so hat dies Auswirkungen bspw. auf die Steuerbarkeit des Luftfahrzeugs, die Flugleistung des Luftfahrzeugs, die Reichweite des Luftfahrzeugs, den Treibstoffverbrauch des Luftfahrzeugs, die Maximale nutzbare Flughöhe des Luftfahrzeugs, ggf. die Nutzbarkeit einer automatischen Systemsteuerung für einzelne Systeme SYSn und ähnliches mehr. Die Auswirkungskategorie AWKs geben somit die „Dimensionen“ an, für die Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) ermittelt werden.For example, if engine damage occurs on an engine of a twin-engine commercial aircraft during horizontal flight at cruising altitude (e.g. FL 410), this will have an impact, for example, on the controllability of the aircraft, the flight performance of the aircraft, the range of the aircraft, and the fuel consumption of the aircraft , the maximum usable flight altitude of the aircraft, if necessary the usability of an automatic system control for individual systems SYS n and the like. The impact category AWK s therefore indicates the “dimensions” for which error consequences FK AWK s (t) can be determined.

Die Auswerteeinheit ist vorteilhaft derart ausgeführt und eingerichtet, dass das Ermitteln der Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) basierend auf einer vorgegebenen Look-Up-Tabelle erfolgt. Diese Look-Up-Tabelle ist vorteilhaft derart erstellt, dass der Tabelle basierend auf dem ermittelten Fehlerzustand FZ(t0), der ermittelten aktuellen Betriebsphase BP(t0), ggf. der/den zeitlich vorausliegenden Betriebsphasen BP(t0 + Δt) des Luftfahrzeugs und in Abhängigkeit der vorgegebenen Auswirkungskategorien AWKs je Auswirkungskategorie AWKs (als Eingangsinformationen) eine oder mehrere Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) entnommen werden können.The evaluation unit is advantageously designed and set up in such a way that the determination of the error consequences FK AWK s (t) based on a specified look-up table. This look-up table is advantageously created in such a way that the table is based on the determined error state FZ(t 0 ), the determined current operating phase BP(t 0 ), if necessary the previous operating phase(s) BP(t 0 + Δt) of the aircraft and, depending on the specified impact categories AWK s, one or more error consequences FK AWK for each impact category AWK s (as input information). s (t) can be removed.

Alternativ ist die Auswerteeinheit vorteilhaft derart ausgeführt und eingerichtet, dass das Ermitteln der Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) in Abhängigkeit des ermittelten Fehlerzustands FZ(t0), der ermittelten aktuellen Betriebsphase BP(t0), ggf. der/den zeitlich voraus liegenden Betriebsphasen BP(t0 + Δt) des Luftfahrzeugs und in Abhängigkeit der vorgegebenen Auswirkungskategorien AWKs je Auswirkungskategorie AWKs basierend auf einem vorgegebenen technischen Systemmodell TSM des Luftfahrzeugs erfolgt. Dieses technische Systemmodell TSM liegt vorzugsweise als mathematisches Modell vor, dessen technisches Systemverhalten mittels entsprechender mathematischer Zusammenhänge, bspw. in Form von Differentialgleichungen definiert bzw. im Modell abgebildet ist. Das Systemmodell bildet somit in anderen Worten das Luftfahrzeug als Gesamtsystem mit seinem technischen Systemverhalten ab, d.h. es bildet das technische Zusammenwirken der das Luftfahrzeug ausmachenden Einzelsysteme ab und erlaubt insbesondere das angesprochene Ermitteln der Fehlerkonsequenzen FKAWKs,TSM(t).Alternatively, the evaluation unit is advantageously designed and set up in such a way that determining the error consequences FK AWK s (t) depending on the determined error state FZ(t 0 ), the determined current operating phase BP(t 0 ), possibly the previous operating phase(s) BP(t 0 + Δt) of the aircraft and depending on the specified impact categories AWK s per impact category AWK s is based on a specified technical system model TSM of the aircraft. This technical system model TSM is preferably available as a mathematical model, the technical system behavior of which is defined or depicted in the model using appropriate mathematical relationships, for example in the form of differential equations. In other words, the system model depicts the aircraft as a whole system with its technical system behavior, that is, it depicts the technical interaction of the individual systems that make up the aircraft and, in particular, allows the aforementioned determination of the FK AWK error consequences s ,TSM (t).

Vorteilhaft wird das technische Systemmodell TSM des Luftfahrzeugs um ein mathematisches operationelles (Simulations-) Modell OSM ergänzt, welches dazu ausgeführt ist, bereitgestellte flugbetriebliche Zustände FBZ(t) des Luftfahrzeugs [wie bspw. aktuelle und/oder für die geplante Flugroute prädizierte dynamische Zustände des Luftfahrzeugs] und/oder bereitgestellte aktuelle und/oder für die geplante Flugroute prädizierte externe Umgebungsfaktoren EUF(t) [wie bspw. aktuelle und/oder prädizierte Wetterzustände entlang einer Flugroute des Luftfahrzeugs, aktuelle und/oder prädizierte Flugverkehrsinformationen (gesperrte Luftstraßen, gesperrte Flughäfen etc.)] zu berücksichtigen und davon abhängige Fehlerkonsequenzen FKAWKs,OSM(t) zu ermitteln. Die ermittelten Fehlerkonsequenzen FKAWKs,OSM(t) beruhen damit in dieser Ausführungsvariante vorteilhaft auf dem ermittelten aktuellen Fehlerzustand FZ(t0), der ermittelten aktuellen Betriebsphase BP(t0), sowie auf bereitgestellten Informationen zu flugbetrieblichen Zuständen FBZ(t) des Luftfahrzeugs und/oder auf bereitgestellten Informationen zu externen Umgebungsfaktoren EUF(t) entlang der Flugroute: F K A W K s , O S M ( t ) = F K A W K s , O S M ( F Z ( t 0 ) , B P ( t 0 ) , E U F ( t ) )  oder

Figure DE102022121418A1_0011
F K A W K s , O S M ( t ) = F K A W K s , O S M ( F Z ( t 0 ) , B P ( t 0 + Δ t ) , E U F ( t ) )
Figure DE102022121418A1_0012
The technical system model TSM of the aircraft is advantageously supplemented by a mathematical operational (simulation) model OSM, which is designed to provide flight operational states FBZ(t) of the aircraft [such as current and/or dynamic states predicted for the planned flight route aircraft] and/or provided current and/or external environmental factors predicted for the planned flight route EUF(t) [such as current and/or predicted weather conditions along a flight route of the aircraft, current and/or predicted air traffic information (closed airways, closed airports, etc .)] and the resulting error consequences FK AWK s ,OSM (t) to determine. The determined error consequences FK AWK s ,OSM (t) in this embodiment variant are therefore advantageously based on the determined current error state FZ(t 0 ), the determined current operating phase BP(t 0 ), as well as on provided information on flight operational states FBZ(t) of the aircraft and/or on provided Information about external environmental factors EUF(t) along the flight route: F K A W K s , O S M ( t ) = F K A W K s , O S M ( F Z ( t 0 ) , b P ( t 0 ) , E U F ( t ) ) or
Figure DE102022121418A1_0011
F K A W K s , O S M ( t ) = F K A W K s , O S M ( F Z ( t 0 ) , b P ( t 0 + Δ t ) , E U F ( t ) )
Figure DE102022121418A1_0012

Vorteilhaft werden dem operationellen Simulations-Modell OSM hierzu entsprechende aktuelle Daten FBZ(t) und EUF(t)), wie bspw. aktueller und/oder prädizierter dynamischer Zustand des Luftfahrzeugs, aktuelle und/oder prädizierte Wetterdaten entlang der geplanten Flugroute, sowie Flugverkehrsinformationen entlang der Flugroute zur Verfügung gestellt. Dies erfolgt bevorzugt per drahtloser Übermittlung der Daten/Informationen von Bodenstationen und/oder Satelliten zur Auswerteeinheit und damit zum operativen Simulations-Modell OSM. Die Auswerteeinheit verfügt vorteilhaft über die entsprechenden Daten-Empfangsschnittstellen.The operational simulation model OSM is advantageously provided with corresponding current data FBZ(t) and EUF(t)), such as the current and/or predicted dynamic state of the aircraft, current and/or predicted weather data along the planned flight route, as well as air traffic information the flight route is provided. This is preferably done via wireless transmission of the data/information from ground stations and/or satellites to the evaluation unit and thus to the operational simulation model OSM. The evaluation unit advantageously has the corresponding data receiving interfaces.

Das operationelle Simulations-Modell OSM ist vorteilhaft mit dem technischen System-Modell TSM des Luftfahrzeugs verbunden/vernetzt und nutzt vorteilhaft dessen Eingangsdaten und/oder dessen ermittelte Teilergebnisse und/oder dessen ermittelte Ergebnisse zu Fehlerkonsequenzen FKAWKs,TSM(t), so dass sich vorteilhaft folgende serielle Kette ergibt: F K A W K s T S M ( t ) F K A W K s O S M ( t ) = F K A W K s ( t ) ,

Figure DE102022121418A1_0013
d.h. das technischen System-Modell TSM erzeugt zunächst die darauf basierenden Fehlerkonsequenzen FKAWKs,TSM(t). Darauf basierend erzeugt das operationelle Simulations-Modell OSM, die unter Berücksichtigung von FBZ(t) und/oder EUF(t) erzeugten Fehlerkonsequenzen FKAWKs,OSM(t). Hierzu kann das operationelle Simulations-Modell OSM auch auf Eingangsdaten und/oder Teilergebnisse des technischen System-Modells TSM zurückgreifen.The operational simulation model OSM is advantageously connected/networked with the technical system model TSM of the aircraft and advantageously uses its input data and/or its determined partial results and/or its determined results on error consequences FK AWK s ,TSM (t), so that the following serial chain advantageously results: F K A W K s T S M ( t ) F K A W K s O S M ( t ) = F K A W K s ( t ) ,
Figure DE102022121418A1_0013
i.e. the technical system model TSM first generates the error consequences FK AWK based on it s ,TSM (t). Based on this, the operational simulation model OSM generates the error consequences FK AWK generated taking FBZ(t) and/or EUF(t) into account s ,OSM (t). For this purpose, the operational simulation model OSM can also use input data and/or partial results of the technical system model TSM.

Vorteilhaft werden somit die Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) mittels eines vorgegebenen technischen System-Modells TSM des Luftfahrzeugs und mittels eines vorgegebenen operationellen Simulations-Moduls ermittelt.The error consequences FK AWK are therefore advantageous s (t) determined using a specified technical system model TSM of the aircraft and using a specified operational simulation module.

Vorteilhaft werden Simulationen mit dem technischen System-Modell TSM des Luftfahrzeugs sowie ggf. mit dem zusätzlichen operationellen Simulations-Modul OSM genutzt, um die vorgenannte Look-Up-Tabelle zu erzeugen.Simulations with the technical system model TSM of the aircraft and, if necessary, with the additional operational simulation module OSM are advantageously used to generate the aforementioned look-up table.

Die Ausgabeeinheit ist erfindungsgemäß dazu ausgeführt und eingerichtet, für eine oder mehrere der Auswirkungskategorien AWKs die ermittelten zugeordneten aktuellen Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) auszugeben. Die Ausgabeeinheit ist vorteilhaft eine optische Ausgabeeinheit, insbesondere eine Anzeigeeinheit wie ein Bildschirm, ein Monitor, ein Display, etc..According to the invention, the output unit is designed and set up to generate the determined assigned current error consequences FK AWK for one or more of the impact categories AWK s s (t) to spend. The output unit is advantageously an optical output unit, in particular a display unit such as a screen, a monitor, a display, etc.

Von der Ausgabeeinheit werden bspw. die ermittelten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) vorteilhaft als Tabelle ausgegeben, in der jede Zeile die Fehlerkonsequenz/en für eine eineindeutig zugeordnete Auswirkungskategorie AWKs angibt. Werden bspw. die Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) nicht nur die aktuelle Betriebsphase, sondern auch aufgegliedert für zeitlich voraus liegende Betriebsphasen des Luftfahrzeugs ermittelt, dann geben die Spalten der Tabelle die Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) für verschiedene voraus liegende Betriebsphasen an.For example, the determined error consequences FK AWK are sent from the output unit s (t) advantageously output as a table in which each line specifies the error consequence(s) for a uniquely assigned impact category AWK s . For example, if the error consequences are FK AWK s (t) not only the current operating phase is determined, but also broken down for previous operating phases of the aircraft, then the columns of the table give the error consequences FK AWK s (t) for various operational phases ahead.

Vorteilhaft ist die Auswerteeinheit dazu ausgeführt und eingerichtet, die ermittelten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) hinsichtlich ihrer Kritikalität zu bewerten und abhängig von dieser Bewertung jede der ermittelten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) in eine von einer Anzahl G vorgegebenen Kritikalitätskategorien KKg einzuteilen, mit g = 1, 2, ..., G und G ≧2. Weiterhin ist die Ausgabeeinheit vorteilhaft dazu ausgeführt und eingerichtet, Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) jeder Kritikalitätskategorie KKg in einer der Kritikalitätskategorie KKg zugeordneten Qualität Q(KKg) auszugeben. Unter „Kritikalität“ soll vorliegend ein Maß für die „Gefährlichkeit“ einer Fehlerkonsequenz FKAWKs (t) für den weiteren Flug/Flugbetrieb verstanden werden. Die Bewertung der Kritikalität erfolgt vorzugsweise anhand einer vorgegebenen Look-Up Tabelle, die Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) jeweilige Kritikalitätskategorien zuordnet.The evaluation unit is advantageously designed and set up to detect the determined error consequences FK AWK s (t) to evaluate their criticality and, depending on this evaluation, each of the identified error consequences FK AWK s (t) into one of a number of predetermined criticality categories KK g , with g = 1, 2, ..., G and G ≧2. Furthermore, the output unit is advantageously designed and set up to prevent error consequences FK AWK s (t) to output each criticality category KK g in a quality Q(KK g ) assigned to the criticality category KK g . In this case, “criticality” is intended to be a measure of the “dangerousness” of an error consequence FK AWK s (t) be understood for further flight/flight operations. The criticality is preferably assessed using a specified look-up table, the error consequences FK AWK s (t) assigns respective criticality categories.

Besonders vorteilhaft ist die Auswerteeinheit dazu ausgeführt und eingerichtet, die Kritikalität in Bezug auf eine sichere weitere Flugdurchführung mit ihren zeitlich voraus liegenden Betriebsphasen zu bewerten. In dieser Weiterbildung werden für auftretende Fehlerzustände somit nicht nur Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) ermittelt, sondern auch deren Auswirkungen auch für zeitlich voraus liegende Betriebsphasen des Luftfahrzeugs bis zum Abschluss des jeweiligen Fluges bewertet.The evaluation unit is particularly advantageously designed and set up to evaluate the criticality in relation to a safe further flight with its operational phases ahead. In this further development, not only error consequences FK AWK are considered for error states that occur s (t) is determined, but also their effects are assessed for operational phases of the aircraft ahead up to the completion of the respective flight.

Die Qualität O(KKg) ist vorteilhaft eine Farbe, eine Hintergrundfarbe und/oder eine Schrift- und/oder Symbolfarbe und/oder eine Symbolart oder eine Schriftart.The quality O(KK g ) is advantageously a color, a background color and/or a font and/or symbol color and/or a symbol type or a font.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Auswerteeinheit dazu ausgeführt und eingerichtet, auf Basis des für eine aktuelle Zeit t0 ermittelten Fehlerzustands FZ(t0) dessen Entwicklung für alle Systeme SYSn für vorausliegende Zeiten t = t0 + Δt als Fehlerzustände FZ(t) = FZ(t0 + Δt) zu prädizieren und auf Basis der prädizierten Fehlerzustände FZ(t) = FZ(t0 + Δt) prädizierte Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) = FKAWKs (t0 + Δt) zu ermitteln, mit Δt: Zeitdifferenz. Weiterhin ist die Ausgabeeinheit in dieser Weiterbildung dazu ausgeführt und eingerichtet, die ermittelten prädizierten Fehlerkonsequenzen. FKAWKs (t) = FKAWKs (t0 + Δt) für eine oder mehrere der Auswirkungskategorien AWKS über der Zeit t auszugeben, und/oder für zeitlich vorausliegende Betriebsphasen BP(t) = BP(t0 + Δt) des Luftfahrzeugs auszugeben und/oder für Positionen POS(t) = POS(t0 + Δt) entlang einer bereitgestellten zeitlich vorausliegenden Flugroute des Luftfahrzeugs auszugeben.In an advantageous development, the evaluation unit is designed and set up to develop the error state FZ(t 0 ) for all systems SYS n for times ahead t = t 0 + Δt as error states FZ(t) on the basis of the error state FZ(t 0 ) determined for a current time t 0 . = FZ(t 0 + Δt) and based on the predicted error states FZ(t) = FZ(t 0 + Δt) predicted error consequences FK AWK s (t) = FK AWK s (t 0 + Δt) to be determined, with Δt: time difference. Furthermore, the output unit in this development is designed and set up to detect the determined predicted error consequences. FK AWK s (t) = FK AWK s (t 0 + Δt) for one or more of the impact categories AWK S over time t, and/or for previous operating phases BP(t) = BP(t 0 + Δt) of the aircraft and/or for positions POS(t ) = POS(t 0 + Δt) along a provided forward flight route of the aircraft.

Damit können bspw. Fehlerzustände FZ(t) berücksichtigt werden, von denen bekannt ist, dass sie einen zeitlichen Verlauf haben und ggf. zu weiteren Fehlern Anlass geben.This allows, for example, error states FZ(t) to be taken into account, which are known to have a time course and may give rise to further errors.

Vorteilhaft erfolgt das Ermitteln der prädizierten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) = FKAWKs (t0 + Δt) basierend auf einer vorgegebenen Look-Up-Tabelle und/oder auf einem vorgegebenen Systemmodell des Luftfahrzeugs. Vorteilhaft werden die prädizierten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) = FKAWKs (t0 + Δt) basierend auf dem vorgegebenen Systemmodell des Luftfahrzeugs mittels eines neuronalen Netzwerks ermittelt werden.The predicted error consequences FK AWK are advantageously determined s (t) = FK AWK s (t 0 + Δt) based on a specified look-up table and/or on a specified system model of the aircraft. The predicted error consequences FK AWK are advantageous s (t) = FK AWK s (t 0 + Δt) can be determined based on the specified system model of the aircraft using a neural network.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug mit einer Vorrichtung wie vorstehend beschrieben.A further aspect of the invention relates to an aircraft with a device as described above.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige von Konsequenzen eines Fehlerzustands von Systemen eines Luftfahrzeugs, wobei das Luftfahrzeug eine Anzahl N von Systemen SYSn aufweist, deren zeitabhängiger Systemzustand SZn(t) jeweils durch eine Anzahl Mn von Systemparametern PARMn,mn (t) definiert ist, mit n = 1, 2, ..., N und N ≧ 1 und mn= 1, 2,..., Mn und Mn ≧ 1 und t := Zeit, wobei für die Gesamtheit der Systemparameter PARMn,mn (t) ein Π n = 1 N M n dimensionaler

Figure DE102022121418A1_0014
P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0015
Systemparameterraum P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0016
vorgegeben ist, der einen Normalbetrieb der Systeme SYSn definiert, mit folgenden Schritten:

  • • Ermitteln einer aktuelle Betriebsphase BP(t0) des Luftfahrzeugs;
  • • Ermitteln der aktuellen Systemparameter PARMn,mn (t0) der Systeme SYSn;
  • • auf Basis der aktuellen Systemparameter PARMn,mn (t0) und des Systemparameterraums P e r l a u b t
    Figure DE102022121418A1_0017
    Ermitteln eines vom Normalbetrieb abweichenden aktuellen Fehlerzustandes FZ(t0) eines oder mehrerer der Systeme SYSn;
  • • auf Basis des ermittelten aktuellen Fehlerzustands FZ(t0) und der ermittelten aktuellen Betriebsphase BP(t0) des Luftfahrzeugs für eine Anzahl S vorgegebener Auswirkungskategorien AWKS je Auswirkungskategorie AWKS für den aktuellen Fehlerzustand FZ(t0) Ermitteln von Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t), mit s = 1, 2, ..., S und S ≧1; und
  • • für eine oder mehrere der Auswirkungskategorien AWKS Ausgeben der ermittelten zugeordneten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t).
A further aspect of the invention relates to a method for operating a device for determining and displaying the consequences of a fault state of systems of an aircraft, the aircraft having a number N of systems SYS n , the time-dependent system state SZ n (t) each being represented by a number M n of system parameters PARM n,m n (t) is defined, with n = 1, 2, ..., N and N ≧ 1 and m n = 1, 2,..., M n and M n ≧ 1 and t := time, where for the Totality of system parameters PARM n,m n (t) a Π n = 1 N M n more dimensional
Figure DE102022121418A1_0014
P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0015
System parameter space P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0016
is specified, which defines normal operation of the SYS n systems, with the following steps:
  • • Determine a current operating phase BP(t 0 ) of the aircraft;
  • • Determine the current system parameters PARM n,m n (t 0 ) of the systems SYS n ;
  • • based on the current system parameters PARM n,m n (t 0 ) and the system parameter space P e r l a u b t
    Figure DE102022121418A1_0017
    Determining a current error state FZ(t 0 ) of one or more of the systems SYS n that deviates from normal operation;
  • • based on the determined current error state FZ(t 0 ) and the determined current operating phase BP(t 0 ) of the aircraft for a number S of predetermined impact categories AWK S per impact category AWK S for the current error state FZ(t 0 ) Determination of error consequences FK AWK s (t), with s = 1, 2, ..., S and S ≧1; and
  • • for one or more of the impact categories AWK S outputting the determined assigned error consequences FK AWK s (t).

Vorteilhaft erfolgt das Ermitteln der Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) basierend auf einer vorgegebenen Look-Up-Tabelle. Vorteilhaft erfolgt das Ermitteln der Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) basierend auf einem vorgegebenen Systemmodell des Luftfahrzeugs. Weiterhin vorteilhaft werden die Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) basierend auf dem vorgegebenen Systemmodell des Luftfahrzeugs mittels eines neuronalen Netzwerks ermittelt.The error consequences are advantageously determined FK AWK s (t) based on a given look-up table. The error consequences are advantageously determined FK AWK s (t) based on a given system model of the aircraft. The error consequences FK AWK are also advantageous s (t) determined based on the specified system model of the aircraft using a neural network.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die ermittelten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) hinsichtlich ihrer Kritikalität in Bezug auf einen sicheren ununterbrochenen weiteren, zeitlich vorausliegenden Betrieb des Luftfahrzeugs, insbesondere in Bezug auf eine sichere weitere Flugdurchführung bis zur Beendigung des aktuellen Fluges bewertet werden und abhängig von dieser Bewertung jede der ermittelten Fehlerkonsequenz FKAWKs (t) in eine von einer Anzahl G vorgegebenen Kritikalitätskategorien KKg eingeteilt wird, mit g = 1, 2, ..., G und G ≧ 2; und Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) jeder Kritikalitätskategorie KKg in einer der Kritikalitätskategorie KKg zugeordneten Qualität Q(KKg) ausgegeben werden.An advantageous development of the method is characterized by the fact that the determined error consequences are FK AWK s (t) are assessed with regard to their criticality with regard to safe, uninterrupted further operation of the aircraft in advance, in particular with regard to safe further flight execution until the end of the current flight and, depending on this assessment, each of the identified error consequences FK AWK s (t) is divided into one of a number of predetermined criticality categories KK g , with g = 1, 2, ..., G and G ≧ 2; and error consequences FK AWK s (t) each criticality category KK g is output in a quality Q(KK g ) assigned to the criticality category KK g .

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass auf Basis des für eine aktuelle Zeit t0 ermittelten Fehlerzustands FZ(t0) eines oder mehrerer der Systeme SYSn, dessen Entwicklung für alle Systeme SYSn für vorausliegende Zeiten t = t0 + Δt als Fehlerzustände FZ(t) = FZ(t0 + Δt) prädiziert und auf Basis der prädizierten Fehlerzustände FZ(t) = FZ(t0 + Δt) prädizierte Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) FKAWKs (t0 + Δt) ermittelt werden, wobei Δt eine variable Zeitspanne ist, die einen Zeitraum von der aktuellen Zeit t0 bis zur geplanten Beendigung des Fluges zu einer Zeit tlanding abdeckt: Δt ∈ {0, tlanding-t0}. Vorteilhaft erfolgt die Prädiktion der Fehlerzustände FZ(t) = FZ(t0 + Δt) basierend auf einem vorgegebenen Systemmodell des Luftfahrzeugs. Vorteilhaft werden die prädizierten Fehlerzustände FZ(t) = FZ(t0 + Δt) basierend auf dem vorgegebenen Systemmodell des Luftfahrzeugs mittels eines neuronalen Netzwerks ermittelt.A further advantageous development of the method is characterized by the fact that, based on the error state FZ(t 0 ) of one or more of the systems SYS n determined for a current time t 0 , its development for all systems SYS n for times t = t 0 ahead + Δt predicted as error states FZ(t) = FZ(t 0 + Δt) and predicted error consequences FK AWK based on the predicted error states FZ(t) = FZ(t 0 + Δt). s (t) FK AWK s (t 0 + Δt) can be determined, where Δt is a variable time period that covers a period from the current time t 0 to the planned termination of the flight at a time t landing : Δt ∈ {0, t landing -t 0 }. The error states FZ(t) = FZ(t 0 + Δt) are advantageously predicted based on a predetermined system model of the aircraft. The predicted error states FZ(t) = FZ(t 0 + Δt) are advantageously determined based on the specified system model of the aircraft using a neural network.

Vorteilhaft werden die ermittelten prädizierten Fehlerkonsequenzen. FKAWKs (t) = FKAWKs (t0 + Δt) für eine oder mehrere der Auswirkungskategorien AWKs über der Zeit t ausgegeben, und/oder für zeitlich vorausliegende Betriebsphasen BP(t) = BP(t0 + Δt) des Luftfahrzeugs bis zum Abschluss des aktuellen Fluges ausgegeben und/oder für Positionen POS(t) = POS(t0 + Δt) entlang einer bereitgestellten zeitlich vorausliegenden Flugroute des Luftfahrzeugs bis zur Landung am Zielflughafen und/oder einem Ausweichflughafen ausgegeben.The determined predicted error consequences become advantageous. FK AWK s (t) = FK AWK s (t 0 + Δt) for one or more of the impact categories AWK s issued over time t, and/or for previous operating phases BP(t) = BP(t 0 + Δt) of the aircraft until the completion of the current flight and/ or for positions POS(t) = POS(t 0 + Δt) along a provided forward flight route of the aircraft until landing at the destination airport and/or an alternative airport.

Vorteilhaft erfolgt das Ermitteln der prädizierten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) = FKAWKs (t0 + Δt) basierend auf einer vorgegebenen Look-Up-Tabelle. Vorteilhaft erfolgt das Ermitteln der prädizierten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) = FKAWKs (t0 + Δt) basierend auf einem vorgegebenen technischen System-Modell des Luftfahrzeugs.The predicted error consequences FK AWK are advantageously determined s (t) = FK AWK s (t 0 + Δt) based on a given look-up table. The predicted error consequences FK AWK are advantageously determined s (t) = FK AWK s (t 0 + Δt) based on a given technical system model of the aircraft.

Vorteilhaft werden die prädizierten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) = FKAWKs (t0 + Δt) basierend auf dem vorgegebenen Systemmodell des Luftfahrzeugs mittels eines neuronalen Netzwerks ermittelt.The predicted error consequences FK AWK are advantageous s (t) = FK AWK s (t 0 + Δt) is determined based on the specified system model of the aircraft using a neural network.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich durch eine sinngemäße und analoge Übertragung der vorstehenden Ausführungen zu der vorgeschlagenen Vorrichtung.Further advantageous embodiments and advantages of the proposed method result from a corresponding and analogous transfer of the above statements to the proposed device.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details emerge from the following description, in which at least one exemplary embodiment is described in detail - if necessary with reference to the drawing. Identical, similar and/or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.

Es zeigen:

  • 1 ein von der Ausgabeeinheit ausgegebene Tabelle, in der Fehlerkonsequenzen für verschiedene Auswirkungskategorien AWKs und Flugphasen (= Betriebsphasen BP(t) = BP(t0 + Δt)) des Luftfahrzeugs angegeben sind,
  • 2 ein von der Ausgabeeinheit ausgegebene Tabelle, in der Fehlerkonsequenzen für verschiedene Auswirkungskategorien AWKs und Flugphasen (= Betriebsphasen BP(t) = BP(t0 + Δt)) des Luftfahrzeugs angegeben sind,
  • 3 einen schematisierten Aufbau einer vorgeschlagenen Vorrichtung, und
  • 4 einen stark schematisierten Ablaufplan eines vorgeschlagenen Verfahrens.
Show it:
  • 1 a table issued by the output unit in which error consequences are specified for various impact categories AWK s and flight phases (= operating phases BP(t) = BP(t 0 + Δt)) of the aircraft,
  • 2 a table issued by the output unit in which error consequences are specified for various impact categories AWK s and flight phases (= operating phases BP(t) = BP(t 0 + Δt)) of the aircraft,
  • 3 a schematic structure of a proposed device, and
  • 4 a highly schematized flowchart of a proposed procedure.

Die vorgeschlagene Vorrichtung ermittelt die Konsequenzen von aktuellen FZ(t0) und ggf. prädizierten FZ(t + Δt) Systemfehlern (= Fehlerzuständen) von Flugzeugsystemen SYSn während eines Flug für die aktuelle und ggf. für vorausliegende Betriebsphase/n des Luftfahrzeugs 100 und gibt die Konsequenzen der Systemfehler optisch aus, so dass die Piloten des Luftfahrzeugs bereits bewertete Angaben zu den Fehlerkonsequenzen und damit den vor ihr liegenden Herausforderungen bereitgestellt werden.The proposed device determines the consequences of current FZ(t 0 ) and possibly predicted FZ(t + Δt) system errors (= error states) of aircraft systems SYS n during a flight for the current and, if applicable, for the preceding operating phase(s) of the aircraft 100 and visually displays the consequences of the system errors so that the pilots of the aircraft are provided with already assessed information about the consequences of the error and thus the challenges that lie ahead.

Dazu können die Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) bspw. als Balken in einer Tabelle dargestellt werden, die die beiden Achsen „Flugphasen“ (= Betriebsphasen BP(t) = BP(t0 + Δt) des Luftfahrzeugs 100) und „Auswirkungskategorien“ AWKs besitzt (vgl. 1). In dieser Tabelle können eine beliebige Anzahl von Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) dargestellt werden. Diese werden in dem Ausführungsbeispiel als horizontale Balken angezeigt, die sich über die verschiedenen voraus liegenden Betriebsphasen BP(t) = BP(t0 + Δt) des Luftfahrzeugs 100 erstrecken auf die sie eine Konsequenz haben. Die Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) (Balken) können dabei nach ihrer Kritikalität eingefärbt sein, bspw. dem gängigen Farbschema von gelb nach rot folgend (niedrige bzw. hohe Kritikalität). Durch die grafische Zuordnung zu den Betriebsphasen BP(t) und der jeweiligen Auswirkungskategorie wird somit anhand der Graustufen sofort ersichtlich, dass in dem in 1 gezeigten Beispiel die Landung höchstwahrscheinlich die größte Herausforderung darstellt, da in dieser Flugphase zwei Konsequenzen mittlerer Kritikalität (Fehlerkonsequenz 2 und Fehlerkonsequenz 4) und eine Konsequenz hoher Kritikalität (Fehlerkonsequenz 3) auftreten. Dazu ist ersichtlich, dass in dieser Betriebsphase Einschränkungen in der Steuerbarkeit, Automation und Reichweite zu erwarten sind.In addition, the error consequences can be FK AWK s (t) can be represented, for example, as a bar in a table that has the two axes “flight phases” (= operating phases BP(t) = BP(t 0 + Δt) of the aircraft 100) and “impact categories” AWK s (cf. 1 ). Any number of error consequences FK AWK can be used in this table s (t) are shown. In the exemplary embodiment, these are displayed as horizontal bars which extend over the various preceding operating phases BP(t) = BP(t 0 + Δt) of the aircraft 100 to which they have a consequence. The consequences of errors FK AWK s (t) (bars) can be colored according to their criticality, for example following the common color scheme from yellow to red (low or high criticality). Through the graphical assignment to the operating phases BP(t) and the respective impact category, it is immediately apparent from the grayscale that in 1 In the example shown, landing is most likely the greatest challenge, as two consequences of medium criticality (error consequence 2 and error consequence 4) and one consequence of high criticality (error consequence 3) occur in this flight phase. It can be seen that restrictions in controllability, automation and range are to be expected in this operating phase.

Im Folgenden soll die oben gezeigte exemplarische Darstellung an einem konkreten Beispiel erläutert werden. Besondere Vorteile bietet die vorgeschlagene Vorrichtung bei schleichenden Fehlerszenarien oder in widersprüchlichen Situationen. Die Beispielfehlersituation stellt sich wie folgt dar:

  • Ein zweimotoriges Verkehrsluftfahrzeug (bspw. ein Airbus A350) befindet sich im Steigflug eines normalen Mittelstreckenflugs. Dabei ergeben sich folgende Fehler.
Fehler 1: Während des Steigflugs zeigt das rechte Triebwerk eine überhöhte Öltemperatur. Dies erfordert, den Standardprozeduren folgend, ein Abschalten des Triebwerks. Fehler 2: Aufgrund eines Fehlers des linken Schubhebels lässt sich das linke Triebwerk nicht mehr manuell steuern, sondern kann nur noch über den elektronischen Schubregler gesteuert werden. Ist dieser ausgeschaltet, liefert das Triebwerk in einem Notfallmodus (Failsafe) entweder maximalen Dauerschub bei eingefahrenen Landeklappen oder Leerlauf bei ausgefahrenen Klappen (um die Landung zu ermöglichen). Bei aktivem Schubregler bestehen keine Einschränkungen, da dieser die Schubhebelstellung nicht benötigt. Fehler 3: ein sporadischer Fehler im Schubregler lässt diesen nur in einem Submodus, abhängig von der vertikalen Bahnführung, funktionieren. The exemplary representation shown above will be explained below using a concrete example. The proposed device offers particular advantages in gradual error scenarios or in contradictory situations. The example error situation is as follows:
  • A twin-engine commercial aircraft (e.g. an Airbus A350) is in the climb of a normal medium-haul flight. This results in the following errors.
Error 1: During the climb, the right engine shows an excessive oil temperature. Following standard procedures, this requires the engine to be shut down. Error 2: Due to a fault in the left thrust lever, the left engine can no longer be controlled manually, but can only be controlled via the electronic thrust controller. If this is switched off, the engine delivers either maximum continuous thrust with the flaps retracted or idle with the flaps extended (to enable landing) in an emergency mode (failsafe). There are no restrictions when the throttle controller is active, as it does not require the throttle lever position. Error 3: A sporadic error in the thrust controller only allows it to function in a submode, depending on the vertical trajectory.

Die Kombination aus Fehler 1, 2 und 3 führt zu der Situation, dass auf kurze Sicht gesehen, das Abschalten des rechten Triebwerks anhand der Standardprozedur angebracht ist.The combination of errors 1, 2 and 3 leads to the situation that, in the short term, shutting down the right engine using the standard procedure is appropriate.

Bezogen auf die gesamte Flugmission bis zur Landung stellt dies jedoch die schlechteste Option dar, da sich das Flugzeug ohne Gegenmaßnahmen dann praktisch ohne Schub (ein Triebwerk aus, das andere im Leerlauf) in niedriger Höhe mit niedriger Geschwindigkeit befindet.However, in relation to the entire flight mission until landing, this is the worst option, since without countermeasures the aircraft will then be at low altitude and low speed with practically no thrust (one engine off, the other idling).

Eine weitsichtigere Lösung wäre in dem Fall der Versuch die Öltemperatur im rechten Triebwerk zu reduzieren oder es nur temporär abzuschalten, um es rechtzeitig vor der Landung wieder anzuschalten, um für den Zeitpunkt ab dem Ausfahren der Landeklappen ein regelbares Triebwerk zur Verfügung zu haben.A more far-sighted solution in this case would be to try to reduce the oil temperature in the right engine or to only switch it off temporarily in order to switch it on again in time before landing in order to have a controllable engine available from the moment the flaps are extended.

Dies ist eine Erkenntnis, die die Flugzeugbesatzung aktuell nur nach Analyse der Gesamtsituation in Verbindung mit fundierter eigener Systemkenntnis erlangen kann.This is an insight that the flight crew can currently only gain after analyzing the overall situation in conjunction with their own in-depth knowledge of the system.

Insbesondere das Ergebnis, eine temporäre Verschlechterung in Kauf zu nehmen, um eine langfristige Verbesserung zu erlangen, müsste im Stand der Technik von den Piloten selbst erkannt werden, was aber sicher nicht allgemein angenommen werden kann. Im Stand der Technik erfolgt die Anzeige von Systemfehlern auf Systemebene („Triebwerk 1 hohe Öltemperatur“, „Schubhebel 1 Fehler“ und „Schubregler Fehler“). Das Erkennen von Fehlerkonsequenzen auch für zeitlich voraus liegende Betriebsphasen des Luftfahrzeugs, insbesondere das Erkennen zeitlich voraus liegender kritischer Betriebsphasen (hier: die Landung und der „Go-Around“) wird durch die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht.In particular, the result of accepting a temporary deterioration in order to achieve a long-term improvement would have to be recognized by the pilots themselves in the state of the art, but this certainly cannot be generally accepted. In the prior art, system errors are displayed at system level (“engine 1 high oil temperature”, “thrust lever 1 error” and “thrust controller error”). The recognition of error consequences even for operating phases of the aircraft that are ahead in time, in particular the recognition of critical operating phases that are ahead in time (here: landing and the “go-around”) is made possible by the proposed device.

Die vorgeschlagene Vorrichtung ermittelt die Konsequenzen der identifizierten Fehler für die aktuelle sowie die noch folgenden Betriebsphasen und stellt diese grafisch dar. Dadurch lassen sich die Konsequenzen eines erkannten Fehlerzustandes FZ(t) für die weitere Durchführung des aktuellen Fluges von den Piloten einfacher auffassen.The proposed device determines the consequences of the identified errors for the current and subsequent operating phases and displays them graphically. This makes it easier for the pilots to understand the consequences of a recognized error condition FZ(t) for the further execution of the current flight.

Die aus den vorstehend genannten Fehlern (1, 2, 3) hervorgehenden Konsequenzen für den weiteren Flugverlauf sind (vgl. 2): „Engine 1“: „Reduced reliability“: Verringerte Zuverlässigkeit des rechten Triebwerks aufgrund erhöhter Öltemperatur (Fehler 1). Dies betrifft alle Flugphasen bis zur Landung. Dies wirkt sich hauptsächlich auf die Steuerbarkeit des Luftfahrzeugs 100 aus. „Engine 1“: „Limited thrust control“: Da der linke Schubhebel ausgefallen ist (Fehler 2) ist das linke Triebwerk aufgrund des Schubreglerfehlers (Fehler 3) nur eingeschränkt steuerbar. Dies wirkt sich auf die Flugphasen „Descent“ bis „Go-Around“ im Bereich der Steuerbarkeit des Luftfahrzeugs 100 aus. „Auto thrust unreliable": Unzuverlässigkeit des Schubreglers aufgrund des fehlerhaften Schubreglers (Fehler 3). Dies ist hauptsächlich ein Problem für die Betriebsphasen, in denen kein oder nur geringer Schubbedarf besteht. Dies wirkt sich im Bereich Automation des Luftfahrzeugs aus. „Reduced ya w control": Während der Landung und des evtl. Übergangs zum Go-Around besteht aufgrund des Anflugs mit nur einem Triebwerk eine geringere Gierauthorität entgegen der Richtung des nicht steuerbaren Triebwerks (Fehler 1, 2 und 3). Dies wirkt sich im Bereich der Steuerbarkeit des Flugzeugs aus. „Reduced cli mb rate": Aufgrund des drohenden Ausfalls des rechten Triebwerks (Fehler 1) und der damit verbundenen Schonung oder gar temporären Abschaltung besteht eine geringere verfügbare Steigleistung während der Flugphasen „Climb“ und „Cruise“. Für den Übergang in die Betriebsphase „Go-Around“ ist die Steigleistung aufgrund der Leerlaufproblematik bei ausgefahrenen Landeklappen geringer als üblich. Aufgrund der Bodennähe und des niedrigen Geschwindigkeitsbereichs ist die Konsequenz aus diesem Fehler für die Betriebsphase „Go-Around“ höher als für „Climb“ und „Cruise“. Dieser Fehler wirkt sich im Bereich Flugleistungen (Performance) aus. The consequences for the further course of the flight resulting from the above-mentioned errors (1, 2, 3) are (cf. 2 ): Engine 1”: “Reduced reliability”: Reduced reliability of the right engine due to increased oil temperature (error 1). This applies to all phases of flight up to landing. This primarily affects the controllability of the aircraft 100. Engine 1”: “Limited thrust control”: Since the left thrust lever has failed (error 2), the left engine can only be controlled to a limited extent due to the thrust controller error (error 3). This affects the flight phases “Descent” to “Go-Around” in the area of controllability of the aircraft 100. “Auto thrust unreliable": Unreliability of the throttle due to the faulty throttle (error 3). This is mainly a problem for the operational phases in which there is little or no thrust required. This affects the automation of the aircraft. “Reduced ya w control": During landing and the possible transition to go-around, due to the approach with only one engine, there is a lower yaw authority against the direction of the uncontrollable engine (errors 1, 2 and 3). This affects the area of controllability of the aircraft. “Reduced cli mb rate": Due to the impending failure of the right engine (error 1) and the associated protection or even temporary shutdown, there is a lower available climb performance during the "Climb" and "Cruise" flight phases. For the transition to the "Go-Around" operating phase ", the climb performance is lower than usual due to the idling problem with the landing flaps extended. Due to the proximity to the ground and the low speed range, the consequence of this error is higher for the "Go-Around" operating phase than for "Climb" and "Cruise". This error has an effect in the area of flight performance.

3 zeigt einen schematisierten Aufbau der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige von Konsequenzen eines Fehlerzustands von Systemen eines Luftfahrzeugs 100, wobei das Luftfahrzeug 100 eine Anzahl N von Systemen SYSn 101 aufweist, deren zeitabhängiger Systemzustand SZn(t) jeweils durch eine Anzahl Mn von Systemparametern PARMn,mn (t) definiert ist, mit n = 1, 2, ..., N und N >> 1 und mn = 1, 2,..., Mn und Mn ≧ 1 und t:= Zeit, wobei für die Gesamtheit der Systemparameter PARMn,mn (t) ein Π n = 1 N M n dimensionaler

Figure DE102022121418A1_0018
 
Figure DE102022121418A1_0019
Systemparameterraum P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0020
vorgegeben ist, der einen Normalbetrieb der Systeme SYSn 101 definiert. 3 shows a schematic structure of the proposed device for determining and displaying the consequences of a fault state of systems of an aircraft 100, the aircraft 100 having a number N of systems SYS n 101, the time-dependent system state SZ n (t) each being represented by a number M n of System parameters PARM n,m n (t) is defined with n = 1, 2, ..., N and N >> 1 and m n = 1, 2,..., M n and M n ≧ 1 and t:= time, where for the entirety of the system parameters PARM n,m n (t) a Π n = 1 N M n more dimensional
Figure DE102022121418A1_0018
Figure DE102022121418A1_0019
System parameter space P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0020
is specified, which defines normal operation of the SYS n 101 systems.

Die Vorrichtung umfasst eine erste Einheit 102, die dazu ausgeführt und eingerichtet ist, eine aktuelle Betriebsphase BP(t0) des Luftfahrzeugs 100 zu ermitteln.The device comprises a first unit 102, which is designed and set up to determine a current operating phase BP(t 0 ) of the aircraft 100.

Die Vorrichtung umfasst eine zweite Einheit 120, die dazu ausgeführt und eingerichtet ist, aktuelle Systemparameter PARMn,mn (t0) der Systeme SYSn 101 zu ermitteln.The device includes a second unit 120, which is designed and set up to receive current system parameters PARM n,m n (t 0 ) of the systems SYS n 101 to be determined.

Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Auswerteeinheit 103, die dazu ausgeführt und eingerichtet ist, auf Basis der aktuellen Systemparameter PARMn,mn (t0) und des Systemparameterraums P e r l a u b t

Figure DE102022121418A1_0021
einen vom Normalbetrieb abweichenden Fehlerzustand FZ(t0) eines oder mehrerer der Systemen SYSn zu ermitteln, und auf Basis des ermittelten Fehlerzustands FZ(t0) und der ermittelten aktuellen Betriebsphase BP(t0) des Luftfahrzeugs für eine Anzahl S vorgegebener Auswirkungskategorien AWKs je Auswirkungskategorie AWKs für den aktuellen Fehlerzustand FZ(t0) Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) zu ermitteln, mit s = 1, 2, ..., S und S ≧ 1.The device further comprises an evaluation unit 103, which is designed and set up for this purpose based on the current system parameters PARM n,m n (t 0 ) and the system parameter space P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0021
to determine an error state FZ(t 0 ) of one or more of the systems SYS n that deviates from normal operation, and on the basis of the determined error state FZ(t 0 ) and the determined current operating phase BP(t 0 ) of the Aircraft for a number S of predetermined impact categories AWK s per impact category AWK s for the current error state FZ(t 0 ) error consequences FK AWK s (t) to be determined, with s = 1, 2, ..., S and S ≧ 1.

Die Auswerteeinheit 103 ist weiterhin dazu ausgeführt und eingerichtet, die ermittelten aktuellen Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) hinsichtlich ihrer Kritikalität in Bezug auf zeitlich voraus liegende Betriebsphasen BP(t + Δt) des Luftfahrzeugs 100 , insbesondere in Bezug auf eine sichere weitere Flugdurchführung zu bewerten und abhängig von dieser Bewertung jede der ermittelten Fehlerkonsequenz FKAWKs (t) in eine von einer Anzahl G vorgegebenen Kritikalitätskategorien KKg einzuteilen, mit g = 1, 2, ..., G und G ≧ 2.The evaluation unit 103 is also designed and set up to determine the current error consequences FK AWK s (t) to evaluate their criticality in relation to previous operating phases BP(t + Δt) of the aircraft 100, in particular in relation to a safe further flight and, depending on this assessment, each of the determined error consequences FK AWK s (t) into one of a number of predetermined criticality categories KK g , with g = 1, 2, ..., G and G ≧ 2.

Die Vorrichtung umfasst schließlich eine Ausgabeeinheit 104, die dazu ausgeführt und eingerichtet ist, für eine oder mehrere der Auswirkungskategorien AWKs die ermittelten zugeordneten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) jeder Kritikalitätskategorie KKg in einer der Kritikalitätskategorie KKg zugeordneten Farbe Q(KKg) auszugeben.The device finally comprises an output unit 104, which is designed and set up to generate the determined assigned error consequences FK AWK for one or more of the impact categories AWK s s (t) to output each criticality category KK g in a color Q(KK g ) assigned to the criticality category KK g .

Die dargestellten Pfeile repräsentieren die Datenkommunikation zwischen den Einheiten.The arrows shown represent the data communication between the units.

4 zeigt einen stark schematisierten Ablaufplan eines vorgeschlagenen Verfahrens zum Betrieb einer Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige von Konsequenzen eines Fehlerzustands von Systemen eines Luftfahrzeugs 100, wobei das Luftfahrzeug 100 eine Anzahl N von Systemen SYSn 101 aufweist, deren zeitabhängiger Systemzustand SZn(t) jeweils durch eine Anzahl Mn von Systemparametern PARMn,mn (t) definiert ist, mit n = 1, 2, ..., N und N ≧ 1 und mn = 1, 2,..., Mn und Mn ≧ 1 und t:= Zeit, wobei für die Gesamtheit der Systemparameter PARMn,mn (t) ein Π n = 1 N M n dimensionaler

Figure DE102022121418A1_0022
Systemparameterraum P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0023
vorgegeben ist, der einen Normalbetrieb der Systeme SYSn 101 definiert. Das Verfahren umfasst folgende Schritte. 4 shows a highly schematized flowchart of a proposed method for operating a device for determining and displaying the consequences of a fault state of systems of an aircraft 100, the aircraft 100 having a number N of systems SYS n 101, the time-dependent system state SZ n (t) in each case a number M n of system parameters PARM n,m n (t) is defined, with n = 1, 2, ..., N and N ≧ 1 and m n = 1, 2,..., M n and M n ≧ 1 and t:= time, where for the Totality of system parameters PARM n,m n (t) a Π n = 1 N M n more dimensional
Figure DE102022121418A1_0022
System parameter space P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0023
is specified, which defines normal operation of the SYS n 101 systems. The procedure includes the following steps.

In einem Schritt 201 erfolgt ein Ermitteln einer aktuelle Betriebsphase BP(t) des Luftfahrzeugs 100.In a step 201, a current operating phase BP(t) of the aircraft 100 is determined.

In einem Schritt 202 erfolgt ein Ermitteln der aktuellen Systemparameter PARMn,mn (t0) der Systeme SYSn.In a step 202, the current system parameters PARM n,m are determined n (t 0 ) of the systems SYS n .

In einem Schritt 203 erfolgt auf Basis der aktuellen Systemparameter PARMn,mn (t0) und des Systemparameterraums P e r l a u b t

Figure DE102022121418A1_0024
ein Ermitteln eines vom Normalbetrieb abweichenden aktuellen Fehlerzustandes FZ(t0) eines oder mehrerer der Systeme SYSn 101.In a step 203, PARM n,m takes place based on the current system parameters n (t 0 ) and the system parameter space P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0024
determining a current error state FZ(t 0 ) of one or more of the systems SYS n 101 that deviates from normal operation.

In einem Schritt 204 erfolgt auf Basis des ermittelten aktuellen Fehlerzustands FZ(t0) und der ermittelten aktuellen Betriebsphase BP(t0) des Luftfahrzeugs 101 für eine Anzahl S vorgegebener Auswirkungskategorien AWKs je Auswirkungskategorie AWKs für den aktuellen Fehlerzustand FZ(t) ein Ermitteln aktueller Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t), mit s = 1, 2, ..., S und S ≧ 1.In a step 204, based on the determined current error state FZ(t 0 ) and the determined current operating phase BP(t 0 ) of the aircraft 101, AWK s for the current error state FZ(t) is entered for a number S of predetermined impact categories AWK s per impact category Determining current error consequences FK AWK s (t), with s = 1, 2, ..., S and S ≧ 1.

In einem Schritt 204 erfolgt für eine oder mehrere der Auswirkungskategorien AWKs ein Ausgeben der ermittelten zugeordneten aktuellen Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t).In a step 204, the determined assigned current error consequences FK AWK are output for one or more of the impact categories AWK s s (t).

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa einer weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been illustrated and explained in detail by preferred embodiments, the invention is not limited by the examples disclosed and other variations may be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. It is therefore clear that a large number of possible variations exist. It is also to be understood that exemplary embodiments are truly examples only and should not be construed in any way as limiting the scope, application, or configuration of the invention. Rather, the preceding description and the description of the figures enable the person skilled in the art to concretely implement the exemplary embodiments, whereby the person skilled in the art can make a variety of changes, for example with regard to the function or the arrangement of individual elements mentioned in an exemplary embodiment, with knowledge of the disclosed inventive concept, without To leave the scope of protection, which is defined by the claims and their legal equivalents, such as a further explanation in the description.

BezugszeichenlisteReference symbol list

100100
Luftfahrzeugaircraft
101101
Systeme SYSn des Luftfahrzeugs 100Systems SYS n of the aircraft 100
102102
Einheit zur Ermittlung einer aktuellen Betriebsphase des Luftfahrzeugs 100Unit for determining a current operating phase of the aircraft 100
103103
AuswerteeinheitEvaluation unit
104104
AusgabeeinheitOutput unit
201-205201-205
VerfahrensschritteProcedural steps

Claims (10)

Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige von Konsequenzen eines Fehlerzustands von Systemen eines Luftfahrzeugs (100), wobei das Luftfahrzeug (100) eine Anzahl N von Systemen SYSn (101) aufweist, deren zeitabhängiger Systemzustand SZn(t) jeweils durch eine Anzahl Mn von Systemparametern PARMn,mn (t) definiert ist, mit n = 1, 2, ..., N und N ≧ 1 und mn = 1, 2,..., Mn und Mn ≧ 1 und t:= Zeit, wobei für die Gesamtheit der Systemparameter PARMn,mn (t) ein Π n = 1 N M n dimensionaler
Figure DE102022121418A1_0025
Systemparameterraum P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0026
vorgegeben ist, der einen Normalbetrieb der Systeme SYSn (101) definiert, umfassend: - eine erste Einheit (102), die dazu ausgeführt und eingerichtet ist, eine aktuelle Betriebsphase BP(t0) des Luftfahrzeugs (100) zu ermitteln, mit t0: aktuelle Zeit; - eine zweite Einheit (120), die dazu ausgeführt und eingerichtet ist, aktuelle Systemparameter PARMn,mn (t0) der Systeme SYSn (101) zu ermitteln, - eine Auswerteeinheit (103), die dazu ausgeführt und eingerichtet ist, ◯ auf Basis der aktuellen Systemparameter PARMn,mn (t0) und des Systemparameterraums P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0027
einen vom Normalbetrieb abweichenden aktuellen Fehlerzustand FZ(t0) eines oder mehrerer der Systemen SYSn zu ermitteln, und ◯ auf Basis des ermittelten Fehlerzustands FZ(t0) und der ermittelten aktuellen Betriebsphase BP(t0) des Luftfahrzeugs für eine Anzahl S vorgegebener Auswirkungskategorien AWKs je Auswirkungskategorie AWKs für den Fehlerzustand FZ(t0) Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) zu ermitteln, mit s = 1, 2, ..., S und S ≧ 1; und - eine Ausgabeeinheit (104), die dazu ausgeführt und eingerichtet ist, für eine oder mehrere der Auswirkungskategorien AWKs die ermittelten zugeordneten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) auszugeben.
Device for determining and displaying the consequences of a fault state of systems of an aircraft (100), the aircraft (100) having a number N of systems SYS n (101), the time-dependent system state SZ n (t) each being represented by a number M n of System parameters PARM n,m n (t) is defined, with n = 1, 2, ..., N and N ≧ 1 and m n = 1, 2,..., M n and M n ≧ 1 and t:= time, where for the Totality of system parameters PARM n,m n (t) a Π n = 1 N M n more dimensional
Figure DE102022121418A1_0025
System parameter space P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0026
is specified, which defines normal operation of the systems SYS n (101), comprising: - a first unit (102), which is designed and set up to determine a current operating phase BP(t 0 ) of the aircraft (100), with t 0 : current time; - A second unit (120), which is designed and set up to receive current system parameters PARM n,m n (t 0 ) of the systems SYS n (101) to determine, - an evaluation unit (103), which is designed and set up for this purpose, ◯ based on the current system parameters PARM n,m n (t 0 ) and the system parameter space P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0027
to determine a current error state FZ(t 0 ) of one or more of the systems SYS n that deviates from normal operation, and ◯ based on the determined error state FZ(t 0 ) and the determined current operating phase BP(t 0 ) of the aircraft for a number S of predetermined Impact categories AWK s per impact category AWK s for the error state FZ(t 0 ) Error consequences FK AWK s (t) to be determined, with s = 1, 2, ..., S and S ≧ 1; and - an output unit (104), which is designed and set up to generate the determined assigned error consequences FK AWK for one or more of the impact categories AWK s s (t) to spend.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Betriebsphasen BP(t) des Luftfahrzeugs (100) eine oder mehrere der folgenden umfassen: Betrieb des Luftfahrzeugs am Boden an einer Parkposition, Halteposition, (ParkPosition, Taxi-Holding Position) Betrieb des Luftfahrzeugs (100) am Boden beim Rollen (Taxi) Betrieb des Luftfahrzeugs (100) am Boden während des Startvorgangs (T/O-Run) Betrieb des Luftfahrzeugs (100) im Steigflug (Climb) Betrieb des Luftfahrzeugs (100) im Horizontalflug (Cruise) Betrieb des Luftfahrzeugs (100) im Sinkflug (Descent) Betrieb des Luftfahrzeugs (100) im Horizontalflug (Holding Pattern) Betrieb des Luftfahrzeugs (100) im Anflug (Approach) Betrieb des Luftfahrzeugs (100) während der Landung (Landing) Betrieb des Luftfahrzeugs (100) während des Durchstartens (Go-Around).Device according to Claim 1 , in which the operating phases BP(t) of the aircraft (100) include one or more of the following: operation of the aircraft on the ground at a parking position, holding position, (ParkPosition, Taxi-Holding Position) operation of the aircraft (100) on the ground while taxiing (Taxi) Operation of the aircraft (100) on the ground during the take-off process (T/O-Run) Operation of the aircraft (100) in climb (Climb) Operation of the aircraft (100) in horizontal flight (Cruise) Operation of the aircraft (100) in Descent Operation of the aircraft (100) in horizontal flight (Holding Pattern) Operation of the aircraft (100) in approach Operation of the aircraft (100) during landing Operation of the aircraft (100) during take-off (Go -Around). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Auswirkungskategorien AWKs eine oder mehrere der folgenden umfassen: Steuerbarkeit des Luftfahrzeugs (100) Flugleistung des Luftfahrzeugs (100) Reichweite des Luftfahrzeugs (100) Treibstoffverbrauch des Luftfahrzeugs (100) Maximale nutzbare Flughöhe des Luftfahrzeugs (100) Nutzbarkeit einer automatischen Systemsteuerung für einzelne Systeme SYSn (101) Nutzbarkeit einer manuellen Systemsteuerung für einzelne Systeme SYSn (101)Device according to one of the Claims 1 or 2 , in which the impact categories AWK s include one or more of the following: Controllability of the aircraft (100) Flight performance of the aircraft (100) Range of the aircraft (100) Fuel consumption of the aircraft (100) Maximum usable flight altitude of the aircraft (100) Usability of an automatic system control for individual systems SYS n (101) Usability of a manual system control for individual systems SYS n (101) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Auswerteeinheit dazu ausgeführt und eingerichtet ist, die ermittelten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) hinsichtlich ihrer Kritikalität in Bezug auf zeitlich vorausliegende Betriebsphasen BP(t + Δt) des Luftfahrzeugs, zu bewerten und abhängig von dieser Bewertung jede der ermittelten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) in eine von einer Anzahl G vorgegebener Kritikalitätskategorien KKg einzuteilen, mit g = 1, 2, ..., G und G ≧ 2; und die Ausgabeeinheit dazu ausgeführt und eingerichtet ist, Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) jeder Kritikalitätskategorie KKg in einer der Kritikalitätskategorie KKg zugeordneten Qualität Q(KKg) auszugeben.Device according to one of the Claims 1 until 3 , in which the evaluation unit is designed and set up for this purpose, the determined error consequences FK AWK s (t) to evaluate their criticality in relation to previous operating phases BP(t + Δt) of the aircraft and, depending on this evaluation, each of the identified error consequences FK AWK s (t) into one of a number G of predetermined criticality categories KK g , with g = 1, 2, ..., G and G ≧ 2; and the output unit is designed and set up for this purpose, error consequences FK AWK s (t) to output each criticality category KK g in a quality Q(KK g ) assigned to the criticality category KK g . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Auswerteeinheit dazu ausgeführt und eingerichtet ist, auf Basis des für eine aktuelle Zeit t0 ermittelten Fehlerzustands FZ(t0) dessen Entwicklung für alle Systeme SYSn für vorausliegende Zeiten t = t0 + Δt als Fehlerzustände FZ(t) = FZ(t0 + Δt) zu prädizieren und auf Basis der prädizierten Fehlerzustände FZ(t) = FZ(t0 + Δt) prädizierte Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) = FKAWKs (t0 + Δt) zu ermitteln, mit Δt: Zeitdifferenz und Δt: variable Zeitspanne, die einen Zeitraum von der aktuellen Zeit t0 bis zur geplanten Beendigung des Fluges zu einer Zeit tlanding abdeckt: Δt ∈ {0, tlanding-t0}; und die Ausgabeeinheit dazu ausgeführt und eingerichtet ist, die ermittelten prädizierten Fehlerkonsequenzen. FKAWKs (t) = FKAWKs (t0 + Δt) für eine oder mehrere der Auswirkungskategorien AWKs über der Zeit t auszugeben, und/oder für zeitlich vorausliegende Betriebsphasen BP(t) = BP(t0 + Δt) des Luftfahrzeugs auszugeben und/oder für Positionen POS(t) = POS(t0 + Δt) entlang einer bereitgestellten zeitlich vorausliegenden Flugroute des Luftfahrzeugs (100) auszugeben.Device according to one of the Claims 1 until 4 , in which the evaluation unit is designed and set up on the basis of the error state FZ(t 0 ) determined for a current time t 0 , the development of which for all systems SYS n for times ahead t = t 0 + Δt as error states FZ(t) = FZ(t 0 + Δt) to predict and based on the predicted error states FZ(t) = FZ(t 0 + Δt) predicted error consequences FK AWK s (t) = FK AWK s (t 0 + Δt) to be determined, with Δt: time difference and Δt: variable time period that covers a period from the current time t 0 to the planned termination of the flight at a time t landing : Δt ∈ {0, t landing -t 0 }; and the output unit is designed and set up to detect the determined predicted error consequences. FK AWK s (t) = FK AWK s (t 0 + Δt) for one or more of the impact categories AWK s over time t, and/or for previous operating phases BP(t) = BP(t 0 + Δt) of the aircraft and/or for positions POS(t ) = POS(t 0 + Δt) along a provided forward flight route of the aircraft (100). Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Auswerteeinheit (104) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass das Ermitteln der prädizierten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) = FKAWKs (t0 + Δt) basierend auf einer vorgegebenen Look-Up-Tabelle erfolgt.Device according to Claim 5 , in which the evaluation unit (104) is designed and set up in such a way that determining the predicted error consequences FK AWK s (t) = FK AWK s (t 0 + Δt) takes place based on a specified look-up table. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Auswerteeinheit (104) derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass das Ermitteln der prädizierten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) = FKAWKs (t0 + Δt) basierend auf einem vorgegebenen technischen System-Modell des Luftfahrzeugs erfolgt.Device according to Claim 5 or 6 , in which the evaluation unit (104) is designed and set up in such a way that determining the predicted error consequences FK AWK s (t) = FK AWK s (t 0 + Δt) based on a given technical system model of the aircraft. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die prädizierten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t) = FKAWKs (t0 + Δt) basierend auf dem vorgegebenen Systemmodell des Luftfahrzeugs (100) mittels eines neuronalen Netzwerks ermittelt werden.Device according to Claim 7 , where the predicted error consequences are FK AWK s (t) = FK AWK s (t 0 + Δt) can be determined based on the specified system model of the aircraft (100) using a neural network. Luftfahrzeug (100) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.Aircraft (100) with a device according to one of the Claims 1 until 8th . Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Ermittlung und Anzeige von Konsequenzen eines Fehlerzustands von Systemen eines Luftfahrzeugs (100), wobei das Luftfahrzeug (100) eine Anzahl N von Systemen SYSn (101) aufweist, deren zeitabhängiger Systemzustand SZn(t) jeweils durch eine Anzahl Mn von Systemparametern PARMn,mn (t) definiert ist, mit n = 1, 2, ..., N und N ≧ 1 und mn = 1, 2,..., Mn und Mn ≧ 1 und t:= Zeit, wobei für die Gesamtheit der Systemparameter PARMn,mn (t) ein Π n = 1 N M n dimensionaler
Figure DE102022121418A1_0028
Systemparameterraum P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0029
vorgegeben ist, der einen Normalbetrieb der Systeme SYSn (101) definiert, mit folgenden Schritten: - Ermitteln (201) einer aktuelle Betriebsphase BP(t0) des Luftfahrzeugs (100); - Ermitteln (202) der aktuellen Systemparameter PARMn,mn (t0) der Systeme SYSn (101); - auf Basis der aktuellen Systemparameter PARMn,mn (t0) und des Systemparameterraums P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0030
Ermitteln (203) eines vom Normalbetrieb abweichenden aktuellen Fehlerzustandes FZ(t0) eines oder mehrerer der Systeme SYSn (101); - auf Basis des ermittelten aktuellen Fehlerzustands FZ(t0) und der ermittelten aktuellen Betriebsphase BP(t0) des Luftfahrzeugs (101) für eine Anzahl S vorgegebener Auswirkungskategorien AWKs je Auswirkungskategorie AWKs für den aktuellen Fehlerzustand FZ(t0) Ermitteln (204) von Fehlerkonsequenzen F K A W K s ( t ) , mit  s = 1,2, , S  und  S 1 ;
Figure DE102022121418A1_0031
- für eine oder mehrere der Auswirkungskategorien AWKs Ausgeben (205) der ermittelten zugeordneten Fehlerkonsequenzen FKAWKs (t).
Method for operating a device for determining and displaying the consequences of a fault state of systems of an aircraft (100), the aircraft (100) having a number N of systems SYS n (101), whose time-dependent system state SZ n (t) is each determined by a Number M n of system parameters PARM n,m n (t) is defined with n = 1, 2, ..., N and N ≧ 1 and m n = 1, 2,..., M n and Mn ≧ 1 and t:= time, where for the entirety the system parameter PARM n,m n (t) a Π n = 1 N M n more dimensional
Figure DE102022121418A1_0028
System parameter space P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0029
is specified, which defines normal operation of the systems SYS n (101), with the following steps: - determining (201) a current operating phase BP(t 0 ) of the aircraft (100); - Determine (202) the current system parameters PARM n,m n (t 0 ) of the systems SYS n (101); - based on the current system parameters PARM n,m n (t 0 ) and the system parameter space P e r l a u b t
Figure DE102022121418A1_0030
Determining (203) a current error state FZ(t 0 ) of one or more of the systems SYS n (101) that deviates from normal operation; - based on the determined current error state FZ(t 0 ) and the determined current operating phase BP(t 0 ) of the aircraft (101) for a number S of predetermined impact categories AWK s per impact category AWK s for the current error state FZ(t 0 ) Determine ( 204) of error consequences F K A W K s ( t ) , with s = 1.2, , S and S 1 ;
Figure DE102022121418A1_0031
- for one or more of the impact categories AWK s output (205) of the determined assigned error consequences FK AWK s (t).
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