DE202012105058U1 - Navigationsvorrichtung für Flugzeuge - Google Patents

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Abstract

Navigationsvorrichtung (10) für Flugzeuge zur Ermittlung und Darstellung eines vertikalen Sollflugplanes (20), ausgehend von einer aktuellen Flugzeugposition (21) bis zu einer vordefinierten Zielposition (22), mit einer Flugplanermittlungseinrichtung (11) zum Ermitteln des vertikalen Sollflugplanes und einem Navigationsdisplay (14) zum Darstellen des ermittelten vertikalen Sollflugplanes, dadurch gekennzeichnet, dass – die Flugplanermittlungseinrichtung (11) eingerichtet ist, in dem vertikalen Sollflugplan (20) eine Mehrzahl von Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen (32 bis 38), an denen dem Flugzeug in Abweichung zu der aktuellen Ist-Geschwindigkeit eine neue Soll-Geschwindigkeit vorgegeben wird, zu ermitteln, – eine Recheneinheit (12) vorgesehen ist, die bezüglich mindestens einer Sollgeschwindigkeits-Setzposition eingerichtet ist, einen Geschwindigkeitsfehlerverlauf in Abhängigkeit von einer an der Soll-Geschwindigkeits-Setzposition vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit und einem in die Zukunft prognostizierten Ist-Geschwindigkeitsverlaufes bis zum Erreichen der vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit und einer Energiehöhen-Fehlerfläche (40) in Abhängigkeit von einem aus dem Geschwindigkeitsfehlerverlauf abgeleiteten kinetischen Energiefehler zu berechnen, und – das Navigationsdisplay (14) zum Darstellen der ermittelten Soll-Geschwindigkeits-Setzposition und der mindestens...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Navigationsvorrichtung für Flugzeuge zur Ermittlung und Darstellung eines vertikalen Sollflugplanes ausgehend von einer aktuellen Flugzeugposition bis zu einer vordefinierten Zielposition, mit einer Flugplanermittlungseinrichtung zum Ermitteln des vertikalen Sollflugplanes und einem Navigationsdisplay zum Darstellen des ermittelten vertikalen Sollflugplanes.
  • Mit der kontinuierlichen Zunahme des Luftverkehrs insbesondere in Ballungsgebieten spielt die Belastung durch Fluglärm für die meisten Menschen eine immer größere Rolle. Investitionen in den passiven Lärmschutz werden daher in den nächsten Jahren signifikant steigen, um die breite Akzeptanz innerhalb der Bevölkerung für die Notwendigkeit eines stetig steigenden Luftverkehrsaufkommens nicht zu verlieren.
  • Neben den Einrichtungen zum passiven Lärmschutz rückt auch der aktive Lärmschutz mehr und mehr in den Fokus. So können mit Hilfe von Modifikationen an Zelle und Triebwerk, sowie durch Veränderung von Klappen und Fahrwerken der Fluglärm insbesondere in der Anflugphase reduziert werden. Diese Modifikationen und Anpassungen sind jedoch erst bei neueren Flugzeugtypen im Einsatz, wobei das Nachrüsten älterer Flugzeuge mit derlei Modifikationen sehr hohe Investitionskosten erfordert.
  • Eine weitere Reduzierung des Fluglärmes besteht in der Anwendung von lärmgünstigen An- und Abflugverfahren. So existiert beispielsweise ein Anflugverfahren, bei dem die Triebwerke von der normalen Reiseflughöhe bis hin zum Aufsetzen auf der Fahrbahn sich im Leerlauf befinden, so dass mit einem solchen Anflugverfahren der durch die Triebwerke erzeugte Lärm reduziert werden kann. Allerdings hat ein solches lärmgünstiges Anflugverfahren den Nachteil, dass es hinsichtlich des Flugplanes sehr genau abgestimmt werden muss, um das Verwenden der Triebwerke zur Schuberzeugung zu vermeiden.
  • Darüber hinaus steht vielen lärmoptimierten Anflugverfahren die Tatsache entgegen, dass der Flughafenbetreiber unter einem großen zeitlichen Druck steht. Um eine möglichst hohe Auslastung seines Flugplatzes zu erreichen, besteht das Interesse insbesondere darin, die Flugzeiten von der Sollflughöhe bis hin zum Aufsetzen der Maschine auf dem Flughafen, d.h. den gesamten Anflug und bzw. auch den Abflug, in möglichst kurzer Zeit zu realisieren.
  • Zur Navigation in modernen Verkehrsflugzeugen werden bereits seit einigen Jahren Navigationsdisplays zur Anzeige des lateralen Flugpfades verwendet. Hierbei wird der gesamte Flugplan typischerweise in einer Draufsicht relativ zum Flugzeug dargestellt, so dass sich insbesondere Informationen bzgl. der Flugrichtung und der Sollflugrichtung ableiten lassen. Auch vorgegebene, abzufliegende Wegpunkte können hier dargestellt werden. Informationen zum Höhenverlauf des Flugplanes gibt es in dieser Form nicht.
  • Eine Erweiterung dieser Darstellung ist das sogenannte „Vertical Situation Display“. Dieses stellt zumindest den vertikalen Flugplan dar, also den Höhenverlauf über die Distanz von der aktuellen Flugzeugposition bis zur Zielposition. In den meisten Fällen wird dabei die aktuelle Flugzeughöhe durch ein stilisiertes Flugzeugsymbol zusammen mit einer Fläche mit Geländeinformationen dargestellt. Eine derartige Darstellung ist beispielsweise aus dem Airbus A380 bekannt.
  • Um bei einem für den Flughafenbetreiber zeitgünstigen Standardanflugverfahren dennoch einen möglichst lärmreduzierten Anflug beispielsweise durch lange Leerlaufzeiten der Triebwerke zu erreichen, benötigen die Piloten in der Regel weitere Informationen im Bezug auf den Höhenverlauf bzw. vertikalen Soll-Flugplan, um ein solches lärmgünstiges Anflugverfahren zu planen und durchzuführen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Navigationsvorrichtung für Flugzeuge einzugeben, mit der der vertikale Soll-Flugplan um weitere Informationen so erweitert und dargestellt wird, dass er dem Piloten einen möglichst lärmreduzierten und hinsichtlich des Lärmes optimierten Anflug oder Abflug ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Schutzanspruches 1 gelöst.
  • Demnach wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass
    • – die Flugplanermittlungseinrichtung eingerichtet ist, in dem vertikalen Soll-Flugplan eine Mehrzahl von Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen, an denen dem Flugzeug in der Abweichung zu der aktuellen Ist-Geschwindigkeit eine neue Soll-Geschwindigkeit vorgegeben wird, zu ermitteln,
    • – eine Recheneinheit vorgesehen ist, die bezüglich mindestens einer Sollgeschwindigkeits-Setzposition eingerichtet ist, einem Geschwindigkeitsfehlerverlauf in Abhängigkeit von einer an der Sollgeschwindigkeits-Setzposition vorgegebenen Sollgeschwindigkeit und einem in die Zukunft prognostizierten Ist-Geschwindigkeitsverlaufes bis zum Erreichen der vorgegebenen Sollgeschwindigkeit und eine Energiehöhen-Fehlerfläche in Abhängigkeit von einem aus dem Geschwindigkeitsfehlerverlauf abgeleiteten kinetischen Energiefehler zu berechnen, und
    • – das Navigationsdisplay zum Darstellen der ermittelten Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen und der mindestens einen berechneten Energiehöhen-Fehlerfläche im Bezug auf die entsprechende Sollgeschwindigkeits-Setzposition in dem vertikalen Sollflugplan ausgebildet ist.
  • Mittels der Flugplanermittlungseinrichtung, die zur Ermittlung des vertikalen Sollflugplanes vorgesehen ist, werden eine Mehrzahl von Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen in dem vertikalen Sollflugplan ermittelt. Der vertikale Sollflugplan stellt dabei ein Höhenprofil bis zur Zielposition dar, auf dem das Flugzeug fliegt. Mit Hilfe der Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen werden dabei innerhalb des vertikalen Sollflugplanes diejenigen Positionen definiert, an denen das Flugzeug seine neue Sollgeschwindigkeit vorgegeben wird. Dies geschieht in der Regel durch den Piloten durch Einstellen der neuen vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit.
  • Aufgrund der Trägheit des Systems Flugzeug ergibt sich nach dem Einstellen der neuen Soll-Geschwindigkeit eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der aktuellen Ist-Geschwindigkeit und der neu vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit. Mit Hilfe einer vorgesehenen Recheneinheit wird nun bezüglich mindestens einer Sollgeschwindigkeits-Setzposition ein Geschwindigkeitsfehlerverlauf berechnet, der sich aus der vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit an der entsprechenden Sollgeschwindigkeits-Setzposition und einem Ist-Geschwindigkeitsverlauf bis zum Erreichen der vorgegebenen Sollgeschwindigkeit ergibt.
  • Aus diesem Geschwindigkeitsfehlerverlauf kann nun ein kinetischer Energiefehler abgeleitet werden, der sich beispielsweise aus der Umrechnung der Geschwindigkeitsdifferenz in eine kinetische Energie ergibt. Aus diesem kinetischen Energiefehler, der aus dem Geschwindigkeitsfehlerverlauf resultiert, kann eine Energiehöhen-Fehlerfläche an der Sollgeschwindigkeits-Setzposition berechnet werden, die dann dem Piloten dargestellt wird.
  • Die Energiehöhen-Fehlerfläche ergibt sich dabei aus dem Zusammenhang der kinetischen Energie in Verbindung mit dem bekannten Zusammenhang der Energiehöhe. So kann eine kinetische Energie in eine äquivalente Höhe umgerechnet werden, beispielsweise mit Hilfe der Gleichung
    Figure 00050001
  • Auf diese Weise kann der kinetische Energiefehler, der sich aus der Differenz von vorgegebener Soll-Geschwindigkeit und dem prognostizierten Ist-Geschwindigkeitsverlaufes ergibt, als eine Höhenfehlerfläche zusammen mit dem Höhenprofil dargestellt werden.
  • Das Navigationsdisplay ist nun zum Darstellen der ermittelten Sollgeschwindigkeits-Setzposition und der mindestens einen berechneten Energiehöhen-Fehlerfläche an der entsprechenden Sollgeschwindigkeits-Setzposition in dem vertikalen Sollflugplan eingerichtet, so dass dem Piloten intuitiv der Verlauf des kinetischen Energiefehlers angezeigt werden kann. Aufgrund der Tatsache, dass der kinetische Energiefehler in eine Höhe umgerechnet wird, kann der kinetische Energiefehler innerhalb des vertikalen Sollflugplanes, bei dem die Y-Koordinate die Höhe des Flugplanes darstellt, einheitentreu dargestellt werden. Denn der kinetische Energiefehler besitzt somit die selbe Einheit wie die Darstellung des Profils in vertikale Richtung, nämlich die Höhe.
  • Die Form der Höhenfehlerfläche wird dabei durch eine leistungsbasierte Vorausberechnung bestimmt, d.h. man kann daraus direkt den vorausberechneten Verlauf des Energieabbaus ablesen. Hierdurch wird der Pilot in die Lage versetzt, anhand der Energiehöhen-Fehlerfläche für den kinetischen Energiefehler den Energieabbau im Anflug langfristig zu planen. Bei einer zeitlich verzögerten Eingabehandlung durch den Piloten verschieben sich die Flächen entsprechend und zeigen ein Bild der neuen Situation.
  • Werden die Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen innerhalb des vertikalen Flugplanes lärmoptimiert verteilt, so kann der Pilot anhand der Darstellung des kinetischen Energiefehlers ableiten, was Handlungen oder auch unterlassene Handlungen für den weiteren Verlauf des Anfluges bewirken.
  • Vorteilhafterweise ist die Flugplanermittlungseinrichtung zum Ermitteln des vertikalen Sollflugplans in Abhängigkeit von aktuellen Flugrandbedingungen eingerichtet. Aktuelle Flugrandbedingungen können beispielsweise die aktuelle Ist-Geschwindigkeit des Flugzeuges, die aktuelle Flughöhe des Flugzeuges, die vordefinierte Zielposition, die aktuelle Entfernung bis zur vordefinierten Zielposition, Geschwindigkeitsvorgaben des ATC (Air Traffic Controller), die aktuelle die Fluglage und den Auftrieb des Flugzeugs beeinflussende Wetterlagenparameter, wie insbesondere die Windverhältnisse (einschließlich Thermik) und/oder das Gewicht des Flugzeuges sein. Diese Liste ist jedoch nicht abschließend zu verstehen.
  • Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn die Flugplanermittlungseinrichtung zum Ermitteln des vertikalen Sollflugplanes in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Zwischenanflughöhe und/oder eines vorgegebenen Anflugwinkels eingerichtet ist. Bei einem Standard ILS Anflugverfahren, wie sie an Flughäfen häufig anzutreffen sind, werden die Flugzeuge von ihrer Reiseflughöhe auf eine Zwischenanflughöhe gelotst, von wo sie aus dann den eigentlichen Anflug mit Hilfe eines Leitstrahles und einem somit vorgegebenen Anflugwinkel beenden.
  • Des Weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn die Flugplanermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen in Abhängigkeit von aktuellen Flugrandbedingungen ausgebildet ist. Derartige Flugrandbedingungen können beispielsweise wieder die aktuelle Ist-Geschwindigkeit des Flugzeuges, die aktuelle Flughöhe des Flugzeuges, die vordefinierte Zielposition, die aktuelle Entfernung bis zur vordefinierten Zielposition, die Geschwindigkeitsvorgaben des ATC, die aktuelle die Fluglage und den Auftrieb des Flugzeugs beeinflussende Wetterlage, wie insbesondere die Windverhältnisse (einschließlich Thermik) und/oder das aktuelle Gewicht des Flugzeuges sein. Auch hier ist die Liste nicht abschließend zu verstehen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Flugplanermittlungseinrichtung ausgebildet, in Abhängigkeit von den aktuellen Flugrandbedingungen Betätigungspositionen für die Betätigung von Hochauftriebshilfen, Betätigungspositionen für die Betätigung eines Fahrwerkes und/oder Betätigungspositionen für das Ein- und Ausfahren von Luftbremsen zu ermitteln. Eine solche Betätigungsposition kann beispielsweise das Ausfahren der Landeklappen sein, ggf. auch in verschiedenen Abstufungen.
  • Da beispielsweise mit dem Ausfahren der Landeklappen meist eine neue Sollgeschwindigkeit vorgegeben wird, kann die Flugplanermittlungseinrichtung weiterhin eingerichtet sein, anhand dieser Betätigungspositionen die Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen innerhalb des vertikalen Flugplanes zu ermitteln. In den meisten Fällen dürften die Betätigungspositionen mit den Setzpositionen für die Sollgeschwindigkeiten zusammenfallen.
  • Vorteilhafterweise werden die Betätigungspositionen innerhalb des vertikalen Sollflugplanes dem Piloten angezeigt, so dass der Pilot während des Anfluges konkrete Handlungsvorgaben erhält, die beispielsweise dazu führen können, dass ein lärmoptimierter Anflug erfolgt. Zusammen mit den Höhenfehlerflächen erhält der Pilot somit konkrete Hinweise, wie sich sein Verhalten auch in die Zukunft prognostiziert auswirkt.
  • Hierdurch werden dem Piloten zusätzliche Informationen insbesondere für lärmoptimierte Anflugverfahren gegeben, die ihn weder bervormunden noch automatisch in den Flugbetrieb eingreifen. Vielmehr werden intuitiv die Informationen dem Piloten präsentiert, so dass mit einer größeren Akzeptanz eines solchen Systems zu rechnen ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Simulationsrecheneinheit vorgesehen, die zum Ermitteln des prognostizierten Ist-Geschwindigkeitsverlaufes bzgl. der entsprechenden Sollgeschwindigkeits-Setzposition durch Simulation eines Flugverlaufes eingerichtet ist. Beispielsweise unter den vorgegebenen Flugrandbedingungen wird mit Hilfe der Simulationsrecheneinheit der Flugverlauf, ausgehend von der aktuellen Ist-Geschwindigkeit und der vorgegeben Soll-Geschwindigkeit simuliert, so dass sich hieraus der Ist-Geschwindigkeitsverlauf ermitteln lässt. Dieser so simuliert ermittelte Ist-Geschwindigkeitsverlauf hat dann zusammen mit der vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit einen direkten Einfluss auf den kinetischen Energiefehler und den damit einhergehenden Energieabbau.
  • Vorteilhafterweise erfolgt die Simulation des Flugverlaufes mit Hilfe der Simulationsrecheneinheit unter Berücksichtigung von der aktuellen die Fluglage und den Auftrieb des Flugzeugs beeinflussende Wetterlage, wie insbesondere die Windverhältnisse (einschließlich Thermik) und/oder dem aktuellen Gewicht des Flugzeuges.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit ausgebildet, die Energiehöhen-Fehlerflächen für jede der Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen zu ermitteln und kontinuierlich die Energiehöhen-Fehlerflächen in Echtzeit zu berechnen, so dass ausgehend von der aktuellen Ist-Geschwindigkeit und/oder aktuellen Höhe des Flugzeuges die Berechnungen kontinuierlich an die aktuell vorgegebene Fluglage angepasst werden. Der Pilot sieht hierdurch direkt, welchen Einfluss sein Handeln oder Unterlassen bezüglich des Flugverlaufes hat und insbesondere welche Auswirkungen dies auf den Energieabbau beispielsweise beim Landeanflug darstellt.
  • Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 – schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Navigationsvorrichtung;
  • 2 – schematische Darstellung eines vertikalen Sollflugplanes mit Energiehöhen-Fehlerflächen.
  • 1 zeigt die erfindungsgemäße Navigationsvorrichtung 10 mit einer Flugplanermittlungseinrichtung 11 und einer Recheneinheit 12. Die Flugplanermittlungseinrichtung 11 ist über eine Schnittstelle 11a mit einem Informationsbus des Flugzeuges verbunden, um so die aktuellen Flugrandbedingungen einschließlich der aktuellen Fluglageparameter von dem Flugzeug abgreifen zu können. Anhand dieser Informationen lässt sich dann der vertikale Sollflugplan erstellen.
  • Die Flugplanermittlungseinrichtung 11 ist des Weiteren eingerichtet, innerhalb des vertikalen Sollflugplanes Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen, an denen dem Flugzeug in Abweichung zu der aktuellen Ist-Geschwindigkeit eine neue Soll-Geschwindigkeit vorgegeben werden soll, eingerichtet. Diese Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen dienen beispielsweise beim Anflug dazu, die hohe kinetische Energie, die das Flugzeug auf Grund seiner Reisegeschwindigkeit hat, abzubauen, so dass das Flugzeug auf seine eigentliche Landegeschwindigkeit heruntergebremst werden kann.
  • Diese Informationen werden nun einer Recheneinheit 12 zur Verfügung gestellt, die mit der Flugplanermittlungseinrichtung 11 signaltechnisch verbunden sein kann oder integraler Bestandteil ist. Die Recheneinheit 12 ermittelt nun für mindestens eine Sollgeschwindigkeits-Setzposition, vorzugsweise jedoch für alle Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen innerhalb des vertikalen Sollflugplanes eine Energiehöhen-Fehlerfläche, die den kinetischen Energiefehler beim Abbau der kinetischen Energie auf die vorgeschriebene Soll-Geschwindigkeit darstellt. Hierzu wird ein Geschwindigkeitsfehlerverlauf aus der Differenz von vorgegebener Soll-Geschwindigkeit und einem in die Zukunft prognostizierten Ist-Geschwindigkeitsverlaufes bis zum Erreichen der vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit ermittelt. Aus dem Geschwindigkeitsfehlerverlauf lässt sich dann in Abhängigkeit des kinetischen Energiefehlers die Energiehöhen-Fehlerfläche berechnen.
  • Der in die Zukunft prognostizierte Ist-Geschwindigkeitsverlauf kann dabei mit Hilfe einer Simulationsrecheneinheit 13 ermittelt werden, die unter Zugrundelegung der aktuellen Flugrandbedingungen einen simulierten Abbau der Geschwindigkeit durchführt.
  • Sind nun alle Energiehöhen-Fehlerflächen berechnet, so wird ein Navigationsdisplay 14 entsprechend angesteuert, um den vertikalen Sollflugplan einschließlich der Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen sowie der ermittelten Energiehöhen-Fehlerflächen darzustellen.
  • Mit Hilfe der Flugplanermittlungseinrichtung 11 ist es des Weiteren möglich, Betätigungspositionen für die Betätigung von Hochauftriebshilfen, Betätigungspositionen für die Betätigung des Fahrwerkes und/oder Betätigungsposition für das Ein- und Ausfahren von Luftbremsen in Abhängigkeit der aktuellen Flugrandbedingungen zu ermitteln, die dann ebenfalls innerhalb des vertikalen Sollflugplanes dargestellt werden können. Insbesondere die Betätigungsposition für die Betätigung von Hochauftriebshilfen (beispielsweise Klappen) sind in der Regel auch gleichzeitig Setzpositionen für das Vorgeben neuer Sollgeschwindigkeiten, so dass diese hier in diesem Zusammenhang zusammenfallen.
  • 2 zeigt schematisch einen vertikalen Sollflugplan 20, ausgehend von einer aktuellen Flugzeugposition 21 bis hin zu einer vordefinierten Zielposition 22, die in diesem Fall die Landebahn darstellt.
  • Das Flugzeug 21 befindet sich aktuell auf seiner Reiseflughöhe. Der nächst folgende kritische Punkt ist der ToD (Top of Decent) 30, der den Sinkflug auf die Zwischenanflughöhe 31 darstellt. Nach dem Erreichen der Zwischenanflughöhe 31 folgt hier in der Regel bei einem standardisierten ILS-Anflugverfahren der so genannte Decel point 32, der die erste Verringerung der Fluggeschwindigkeit darstellt. An diesem Punkt wird dem Flugzeug eine neue Sollgeschwindigkeit vorgegeben, woraufhin dann das Flugzeug seine kinetische Energie in Form von Geschwindigkeitsabbau reduziert.
  • Hieran schließen sich zwei weitere Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen 33 und 34 an, die neben einer Vorgabe für eine neue Sollgeschwindigkeit auch Positionen für das Ausfahren der Klappen darstellen (33: conf. 1; 34: conf. 2). Anschließend geht es in den Sinkflug über, wobei hier das Flugzeug dann einem vorgegebenen Anflugwinkel 35 folgt. Auf diesem Anflugweg 35 seien nur beispielhaft weitere Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen erwähnt, wie beispielsweise die Position 36, an der das Fahrwerk ausgefahren wird, die Positionen 37 und 38, an denen die Hochauftriebshilfen auf ihre maximale Stellung ausgefahren werden sowie das 1000 ft. Gate 39, ab dem dann die eigentliche Landephase auf der Zielposition 22 beginnt.
  • An jedem der Positionen, an denen eine neue Sollgeschwindigkeit vorgegeben wird (Sollgeschwindigkeiten-Setzpositionen 32, 33, 34, 36, 37 und 38) entsteht ein Geschwindigkeitsfehler, der sich aus der momentanen Ist-Geschwindigkeit und der neuen, niedrigeren Soll-Geschwindigkeit ergibt. Auf Grund der Trägheit des Systems Flugzeug dauert es eine Weile, bis dieser Geschwindigkeitsfehler aufgehoben ist, d. h. die aktuelle Ist-Geschwindigkeit ist dann mit der Soll-Geschwindigkeit identisch.
  • Dieser Geschwindigkeitsfehler wird in Form eines kinetischen Energiefehlers ermittelt und anschließend als eine Höhenfehlerfläche dargestellt. Der kinetische Energiefehler, der sich aus der Differenz zwischen Ist- und Soll-Geschwindigkeit ergibt, lässt sich anhand des bekannten Zusammenhangs zwischen kinetischer Energie und Energiehöhe in eine solche Energiehöhe umwandeln, so dass hier bei einem prognostizierten Ist-Geschwindigkeitsverlaufes eine entsprechende Höhenfehlerfläche bis zum Erreichen der Soll-Geschwindigkeit ergibt.
  • Diese Höhenfehlerflächen 40 sind dabei wie in einer Art Fähnchen an dem vertikalen Sollflugplan angeordnet und zeigen den kinetischen Energiefehler bis zum vollständigen Abbau der überschüssigen kinetischen Energie. Aufgrund der Wahl der Darstellung des kinetischen Energiefehlers in Form einer Höhenfehlerfläche kann die gleiche Skalierung für die Darstellung des Höhenprofils verwendet werden.
  • Eine Höhenfehlerfläche oberhalb des vertikalen Sollflugplanes stellt dabei eine zu hohe Ist-Geschwindigkeit dar, während eine Fläche unterhalb eine zu niedrige Ist-Geschwindigkeit darstellt.
  • Wird nun kontinuierlich während des gesamten Anfluges diese Berechnungen in Echtzeit durchgeführt, so kann der Pilot anhand des vertikalen Sollflugplanes und den darin dargestellten Höhenfehlerflächen die Auswirkungen seines Handelns auf den kinetischen Energiefehler ableiten, was zu einer intuitiveren Wahrnehmung und zu einer größeren Akzeptanz dieses Systems führt. Darüber hinaus wird der Pilot gleichzeitig auch dahingehend geleitet, den optimierten Vorgaben des Systems zu folgen.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Navigationsvorrichtung
    11
    Flugplanermittlungseinrichtung
    11a
    Schnittstelle
    12
    Recheneinheit
    13
    Simulationsrecheneinheit
    14
    Navigationsdisplay
    20
    vertikaler Sollflugplan
    21
    aktuelle Flugzeugposition
    22
    Zielposition
    30
    ToD (top of decent)
    31
    Zwischenanflughöhe
    32
    decell
    33
    conf. 1
    34
    conf. 2
    35
    Anflugwinkel
    36
    Fahrwerk
    37
    conf. 3
    38
    conf. full
    39
    1000 ft gate
    40
    Energiehöhen-Fehlerfläche

Claims (11)

  1. Navigationsvorrichtung (10) für Flugzeuge zur Ermittlung und Darstellung eines vertikalen Sollflugplanes (20), ausgehend von einer aktuellen Flugzeugposition (21) bis zu einer vordefinierten Zielposition (22), mit einer Flugplanermittlungseinrichtung (11) zum Ermitteln des vertikalen Sollflugplanes und einem Navigationsdisplay (14) zum Darstellen des ermittelten vertikalen Sollflugplanes, dadurch gekennzeichnet, dass – die Flugplanermittlungseinrichtung (11) eingerichtet ist, in dem vertikalen Sollflugplan (20) eine Mehrzahl von Sollgeschwindigkeits-Setzpositionen (32 bis 38), an denen dem Flugzeug in Abweichung zu der aktuellen Ist-Geschwindigkeit eine neue Soll-Geschwindigkeit vorgegeben wird, zu ermitteln, – eine Recheneinheit (12) vorgesehen ist, die bezüglich mindestens einer Sollgeschwindigkeits-Setzposition eingerichtet ist, einen Geschwindigkeitsfehlerverlauf in Abhängigkeit von einer an der Soll-Geschwindigkeits-Setzposition vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit und einem in die Zukunft prognostizierten Ist-Geschwindigkeitsverlaufes bis zum Erreichen der vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit und einer Energiehöhen-Fehlerfläche (40) in Abhängigkeit von einem aus dem Geschwindigkeitsfehlerverlauf abgeleiteten kinetischen Energiefehler zu berechnen, und – das Navigationsdisplay (14) zum Darstellen der ermittelten Soll-Geschwindigkeits-Setzposition und der mindestens einen berechneten Energiehöhen-Fehlerfläche in Bezug auf die entsprechende Soll-Geschwindigkeits-Setzposition in dem vertikalen Sollflugplan ausgebildet ist.
  2. Navigationsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugplanermittlungseinrichtung (11) zum Ermitteln des vertikalen Sollflugplanes (20) in Abhängigkeit von aktuellen Flugrandbedingungen, insbesondere der aktuellen Ist-Geschwindigkeit des Flugzeuges, der aktuellen Flughöhe des Flugzeuges, der vordefinierten Zielposition, der aktuellen Entfernung bis zur vordefinierten Zielposition, den Geschwindigkeitsvorgaben des ATC, den Auftrieb des Flugzeugs und/oder die Fluglage beeinflussende aktuelle Wetterlage, den Windverhältnissen und/oder dem aktuellen Gewicht des Flugzeuges ausgebildet ist.
  3. Navigationsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugplanermittlungseinrichtung zum Ermitteln des vertikalen Sollflugsplans in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Zwischenanflughöhe (31) und/oder eines vorgegebenen Anflugwinkels (35) eingerichtet ist.
  4. Navigationsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugplanermittlungseinrichtung (11) zum Ermitteln der Sollgeschwindigkeits-Setzposition in Abhängigkeit von aktuellen Flugrandbedingungen ausgebildet ist.
  5. Navigationsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugplanermittlungseinrichtung (11) zum Ermitteln von Betätigungspositionen für die Betätigung von Hochauftriebshilfen (33, 34, 37, 38), Betätigungspositionen für die Betätigung des Fahrwerkes (36) und/oder Betätigungspositionen für das Ein- und Ausfahren von Luftbremsen in Abhängigkeit von aktuellen Flugrandbedingungen ausgebildet ist.
  6. Navigationsvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugplanermittlungseinrichtung (11) zum Ermitteln der Soll-Geschwindigkeits-Setzposition in Abhängigkeit von den ermittelten Betätigungspositionen ausgebildet ist.
  7. Navigationsvorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Navigationsdisplay (14) zum Darstellen der ermittelten Betätigungsposition in dem vertikalen Sollflugplan ausgebildet ist.
  8. Navigationsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Simulationsrecheneinheit (13) vorgesehen ist, die zum Ermitteln des prognostizierten Ist-Geschwindigkeitsverlaufes bezüglich der entsprechenden Soll-Geschwindigkeits-Setzposition durch Simulation eines Flugverlaufes bis zur vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit eingerichtet ist.
  9. Navigationsvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulationsrecheneinheit (13) zur Simulation des Flugverlaufes unter Berücksichtigung von den Auftrieb des Flugzeugs und/oder die Fluglage beeinflussende aktuelle Wetterlage, den Windverhältnissen und/oder dem aktuellen Gewicht des Flugzeuges eingerichtet ist.
  10. Navigationsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit eingerichtet ist, unter Berücksichtigung der aktuellen Ist-Geschwindigkeit des Flugzeuges kontinuierlich für die Soll-Geschwindigkeits-Setzpositionen die jeweiligen Energiehöhen-Fehlerflächen zu berechnen.
  11. Navigationsvorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit eingerichtet ist, auch unter Berücksichtigung der aktuellen Flughöhe des Flugzeuges kontinuierlich für die Soll-Geschwindigkeits-Setzpositionen die jeweiligen Energiehöhen-Fehlerflächen zu berechnen.
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