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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Absichern eines Tieffluges eines Luftfahrzeuges, welches entlang
einer Flugbahn mit geringer Flughöhe gesteuert wird, wobei diese
eine seitliche und eine vertikale Flugbahn umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung gilt insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für ein Militärtransportflugzeug
mit einem geringen Verhältnis
von Schub/Gewicht und einer großen
Trägheit,
dessen Reaktionszeit im Allgemeinen relativ langsam ist.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung verstehen wir unter Tiefflug den
Flug entlang einer Flugbahn (mit geringer Höhe), die es einem Luftfahrzeug ermöglicht,
dem überflogenen
Gebiet möglichst
nahe zu folgen, insbesondere, um zu vermeiden, dass es auffällt, (siehe
US 6,502,015 ). Eine solche
Tiefflugbahn befindet sich somit in einer vorbestimmten Höhe über Gelände, beispielsweise
500 Fuß (etwa 150
Meter).
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Aufgrund
dieser Bodennähe
stellen sämtliche
seitliche oder vertikal nach unten gehenden Abweichungen (außerhalb
einer bestimmten Sicherheitsmarge) des Luftfahrzeuges in Bezug zu
der zu verfolgenden Flugbahn bei der Steuerung des Luftfahrzeuges
entlang der Flugbahn ein großes
Kollisionsrisiko mit dem überflogenen
Gelände
oder einem Bauwerk oder einem Element, das sich auf dem genannten
Gelände
befindet (im Blindflug), dar.
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Insbesondere
dann, wenn eine Panne eines Systems des Luftfahrzeuges zu einem
Verlust der seitlichen Flugbahn führt (besonders, wenn der Rechner,
der die seitliche Flugbahn liefert, oder die Verbindung zwischen
diesem Rechner und dem Lenksystem ausfällt, oder wenn die in das Lenksystem
eingegebene seitliche Flugbahn falsch ist), hat die Flugzeugbesatzung
(oder ein automatisches Lenksystem) keine seitliche Referenz mehr,
um das Luftfahrzeug zu steuern.
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In
diesem Fall muss die Flugzeugbesatzung unverzüglich ein manuelles Absicherungsmanöver durchführen, um
das Luftfahrzeug sicher auf eine Sicherheitshöhe zu bringen, in der es nicht
mehr Gefahr läuft,
mit dem Gelände
zu kollidieren. Jedoch stellt bei Fehlen einer seitlichen Referenz
selbst ein solches Absicherungsmanöver ein erhöhtes Kollisionsrisiko mit dem
Gelände,
einem Bauwerk oder einem Element auf dem genannten Gelände dar. Selbstverständlich ist
ein derartiges Risiko im Blindflug inakzeptabel.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Absichern eines
Tieffluges eines Luftfahrzeuges, das entlang einer Tiefflugbahn
mit einer seitlichen und einer vertikalen Flugbahn gesteuert wird, welches
ein Beheben der vorher genannten Nachteile ermöglicht.
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Zu
diesem Zweck ist das genannte Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
dass:
- – während eines
Tiefflugs ständig
- • mindestens
ein Teil der seitlichen Flugbahn gespeichert wird, der sich der
aktuellen Position des Luftfahrzeuges voraus befindet;
und - • die
Verfügbarkeit
von mindestens der seitlichen Flugbahn überwacht wird; und
- – wenn
im Laufe dieser Überwachung
ein Verlust der genannten seitlichen Flugbahn festgestellt wird,
das Luftfahrzeug unter Berücksichtigung
des genannten Teils der bei dieser Steuerung gespeicherten Flugbahn
auf eine Sicherheitshöhe
gesteuert wird.
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So
verfügt
man dank der (zumindest) teilweisen Speicherung der seitlichen Flugbahn
stets, im Fall des Verlustes der genannten seitlichen Flugbahn, über seitliche
Referenzen, die es ermöglichen, das
Luftfahrzeug zu steuern und es völlig
sicher auf die genannte Sicherheitshöhe zu bringen, in der kein Kollisionsrisiko
mehr mit dem Gelände
besteht.
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Wie
man weiter unten sehen kann, erfolgt die Speicherung durch ein Gerät (Speichermittel,
Speichermedium), welches kritisch ist, das heißt es ist sicher und zuverlässig und
wird beispielsweise in einem Autopiloten installiert, der von Natur
aus ein sehr hohes und insbesondere wichtigeres Kritikpotenzial aufweist
als das eines Flugbahnrechners, welcher die Tiefflugbahn liefert.
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Vorzugsweise
wird beim Tiefflug ein Teil der gesamten Flugbahn gespeichert, welche
die seitliche Flugbahn und auch die vertikale Flugbahn einschließt.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Sicherheitshöhe ein vorbestimmter
Wert sein (publizierter Wert). Sie kann auch an Bord des Luftfahrzeuges
berechnet werden, beispielsweise mit Hilfe einer digitalen Datenbank
vom Gelände.
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Vorzugsweise
wird das Luftfahrzeug mit maximalem Steigwinkel gesteuert, um es
auf die genannte Sicherheitshöhe
zu bringen.
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In
einer ersten Ausführungsform
wird das Luftfahrzeug manuell durch einen Piloten gesteuert, um
auf die genannte Sicherheitshöhe
zu kommen, und zwar mit Hilfe der gespeicherten Seiteninformationen,
die ihm präsentiert
werden (beispielsweise in Form einer Zeichnung des gespeicherten
lateralen Flugplans oder eines lateralen Flight Directors).
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In
einer zweiten Ausführungsform
wird das Luftfahrzeug automatisch gesteuert, um auf die Sicherheitshöhe zu kommen.
Es ist zu beachten, dass in den üblichen
vorher genannten Situationen eine solche Ausführungsform (automatische Steuerung) nicht
möglich
ist, da nach dem Verlust der seitlichen Flugbahn keine seitliche
Referenz verfügbar
ist. Hingegen kann das Luftfahrzeug dank der Erfindung in allen
Situationen und insbesondere bei einem Absicherungsmanöver automatisch
gesteuert werden.
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Darüber hinaus
ist es vorteilhaft, dass:
- – ein Alarmsignal gesendet
wird, wenn ein Verlust der seitlichen Flugbahn entdeckt wird; und/oder
- – eine
charakteristische Anzeige erzeugt wird, wenn das Luftfahrzeug auf
die Sicherheitshöhe gesteuert
wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum
Absichern eines Tieffluges eines Luftfahrzeuges entlang einer Tiefflugbahn,
eine seitliche und eine vertikale Flugbahn umfasst.
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Die
genannte Vorrichtung zum Absichern ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
dass sie umfasst:
- – ein Speichermittel, um während eines
Tieffluges zumindest einen Teil der seitlichen Flugbahn, die der
aktuellen Position des Luftfahrzeuges voraus liegt, aufzuzeichnen;
- – ein Überwachungsmittel,
um während
eines Tieffluges die Verfügbarkeit
zumindest von der genannten seitlichen Flugbahn zu überwachen;
und
- – ein
Steuerungssystem, um das Luftfahrzeug auf eine Sicherheitshöhe zu bringen,
und zwar unter Berücksichtigung
des genannten Teils der vom Speichermittel aufgezeichneten Flugbahn,
wenn das Überwachungsmittel
einen Verlust der seitlichen Flugbahn festgestellt hat.
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Die
genannte Vorrichtung zum Absichern gemäß der Erfindung ist leicht
umzusetzen, effizient und nicht sehr sperrig.
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Gemäß der Erfindung
wird das genannte Speichermittel in das Lenksystem integriert, beispielsweise
in einen Autopiloten oder ein Flugkontrollsystem des genannten Lenksystems,
welches aufgrund seiner Konzeption sehr sicher und zuverlässig ist,
was jegliches Risiko des Verlusts eines Teils der gespeicherten
Flugbahn verhindert.
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In
vorteilhafter Weise umfast das genannte Lenksystem
- – manuelle
Lenkmittel; und/oder
- – automatische
Lenkmittel einschließlich
beispielsweise eines Autopiloten.
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Darüber hinaus
umfasst die genannte Vorrichtung zum Absichern außerdem in
einer ersten Ausführungsform:
- – ein
Mittel zur Aussendung eines Alarmsignals, wenn ein Verlust der seitlichen
Flugbahn von dem Überwachungsmittel
festgestellt wird; und/oder
- – ein
Mittel, um eine charakteristische Anzeige zu erzeugen, wenn das
Luftfahrzeug durch das genannte Lenksystem auf die Sicherheitshöhe geführt wird.
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Die
einzige beiliegende Zeichnung veranschaulicht gut, wie die Erfindung
realisiert werden kann. Die einzige Zeichnung ist das Blockschaltbild einer
Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Die
Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung
und auf der Zeichnung schematisch dargestellt dient der Absicherung
eines Tieffluges eines Luftfahrzeuges, beispielsweise eines Transportflugzeuges,
eines Jagdflugzeuges oder eines Helikopters.
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Hierzu
beinhaltet die genannte Vorrichtung 1, die in das Luftfahrzeug
integriert ist, folgende Punkte:
- – die üblichen
Mittel 2, um eine Flugbahn TO zu bestimmen, einschließlich einer
seitlichen Flugbahn TL, die in einer horizontalen Ebene definiert ist,
und einer vertikalen Flugbahn TV (oder einem Flugprofil), die in
einervertikalen Ebene definiert ist. Um einen Tiefflug realisieren
zu können,
muss die Flugbahn TO (Tiefflug) dem Luftfahrzeug ermöglichen,
dem überflogenen
Gelände
so nah wie möglich
zu folgen; und
- – ein
Lenksystem 3, welches mittels einer Verbindung 4 mit
den Mitteln 2 verbunden ist, um das Luftfahrzeug entlang
der Flugbahn TO zu steuern. Das Lenksystem 3 bestimmt die
Steuerungsanweisungen des Luftfahrzeuges, die so ausfallen, dass
dieses der Flugbahn TO folgt. Diese Steuerungsanweisungen werden
durch eine Verbindung 5 zu den Stellantrieben 6A der
Steuerelemente 6B wie beispielsweise den Steuerflächen (Richtung,
Tiefe, usw.) des Luftfahrzeuges übertragen,
wobei die Stellantriebe 6A und die Steuerelemente 6B auf
der Zeichnung durch gestrichelte Linien dargestellt sind.
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Damit
das Luftfahrzeug im Tiefflug, im Falle eines Verlusts zumindest
der seitlichen Flugbahn TL (so dass das Lenksystem 3 nicht
mehr über
seitliche Referenzen verfügt,
um das genannte Luftfahrzeug im Tiefflug zu steuern, beispielsweise
entlang von Tälern)
eine Sicherheitshöhe
erreichen kann, enthält die
genannte Vorrichtung 1 außerdem:
- – ein übliches
Speichermittel 8, das mittels einer Verbindung 9 mit
den Mitteln 2 verbunden ist, um auf einem gewöhnlichen
Speichermedium 10 bei einem Tiefflug entlang der Tiefflugbahn
TO zumindest einen Teil der seitlichen Flugbahn TL der Flugbahn
TO aufzuzeichnen, wobei dieser Teil der aktuellen Position des Luftfahrzeuges
unmittelbar voraus liegt. Die aktuelle Position des Luftfahrzeuges
ist aufgrund der üblichen
nicht dargestellten Mittel bekannt;
- – ein Überwachungsmittel 11,
um bei einem Tiefflug entlang der Flugbahn TO die Verfügbarkeit zumindest
der seitlichen Flugbahn TL der Flugbahn TO zu überwachen; und
- – ein
Lenksystem, welches dem Lenksystem 3 in dem bevorzugten
(aber nicht einschränkenden) Beispiel
auf der Zeichnung entspricht. Dieses Lenksystem 3 wurde
so konzipiert, dass es das Luftfahrzeug auf eine Sicherheitshöhe bringt, wenn
das Überwachungsmittel 11 einen
Verlust der seitlichen Flugbahn TL feststellt, und das Lenksystem 3 durch
die Verbindung 12 darüber informiert.
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Gemäß der Erfindung
bringt das genannte Lenksystem 3 das Luftfahrzeug mittels
eines Sicherheitsmanövers
(d.h. eines Aufstiegsmanövers)
auf die genannte Sicherheitshöhe,
und zwar unter Berücksichtigung
(beispielsweise in einer integrierten Funktion 7) des genannten
Teils der Flugbahn, welcher durch das Speichermittel 8 auf
dem Speichermedium 10 aufgezeichnet und mittels einer Verbindung 13 empfangen
wurde.
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So
kann dank der Kenntnis des der aktuellen Position des Luftfahrzeuges
vorausgehenden Teils der (seitlichen) Flugbahn dieses sicher (zumindest seitlich)
bei dem genannten Sicherheitsmanöver
gesteuert werden, um auf eine Sicherheitshöhe aufzusteigen, in der es
in Sicherheit fliegen kann.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung entspricht die Sicherheitshöhe (die
eine Flughöhe
oder eine Höhe über Grund
sein kann) einer Höhe,
in der es kein Kollisionsrisiko des Luftfahrzeuges mit dem Gelände gibt,
wobei die genannte Höhe
insbesondere von den Fähigkeiten
zur Lenkung und Steuerung des Luftfahrzeuges und der Geländeform
abhängen kann.
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In
einer speziellen Ausführungsform
wird die genannte Sicherheitshöhe
an das Lenksystem 3 durch ein spezielles Mittel 14 geliefert,
welches mittels einer Verbindung 15 mit dem genannten Lenksystem 3 verbunden
ist. Dieses spezielle Mittel 14 kann ein gewöhnliches
Eingabemittel sein (Tastatur, Maus, Drehknopf, usw.), welches einem
Mitglied der Besatzung zur Verfügung
steht. So kann die Besatzung die Sicherheitshöhe den reellen Bedingungen (insbesondere äußeren Einflüssen und
dem aktuellen Zustand des Luftfahrzeuges) anpassen. Das genannte
spezielle Mittel 14 kann ebenfalls eine Datenbank mit der
Sicherheitshöhe
enthalten oder ein Mittel, um die genannte Sicherheitshöhe automatisch und
in Echtzeit zu berechnen, insbesondere in Abhängigkeit von der Position des
Luftfahrzeuges.
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Für die Umsetzung
der genannten Erfindung ist es ausreichend, dass das Speichermittel 8 einen Abschnitt
der seitlichen Flugbahn TL der Flugbahn TO aufzeichnet, die der
aktuellen Position des Luftfahrzeuges unmittelbar vorausgeht. Jedoch
zeichnet in einem speziellen Ausführungsmodus das genannte Speichermittel 8 einen
der aktuellen Position des Luftfahrzeuges vorausgehenden Abschnitt
der gesamten Flugbahn TO auf, das heißt sowohl der seitlichen Flugbahn
TL als auch der vertikalen Flugbahn TVL. Die aufgezeichnete Flugbahn
TO ist also dreidimensional. Hierdurch erhält man zusätzliche Informationen und kann
das Aufstiegsmanöver
noch mehr absichern.
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In
einem bevorzugten Ausführungsmodus steuert
das genannte Lenksystem 3 das Luftfahrzeug mit maximalem
Steigwinkel bei dem Aufstiegsmanöver.
So wird das Luftfahrzeug sicher auf die Sicherheitshöhe gebracht.
Es sei angemerkt, dass das Lenksystem 3 im Allgemeinen
ein Luftfahrzeug in geringer Höhe
steuert und nicht die maximal verfügbare Leistungsstärke nutzt,
so dass in einer solchen Situation das Aufstiegsmanöver vorzugsweise
mit der maximal verfügbaren
Leistungsstärke
durchgeführt wird.
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In
einer speziellen Ausführungsform
kann das genannte Lenksystem 3 Folgendes beinhalten:
- – übliche manuelle
Steuerungsmittel 16, die es dem Piloten ermöglichen,
manuell (durch Bedienen eines üblichen
Steuerelements) das Aufstiegsmanöver
in Abhängigkeit
von den erhaltenen Informationen durchzuführen, insbesondere bezüglich des
aufgezeichneten Teils der seitlichen Flugbahn TL, wobei der Pilot
diese Informationen durch die üblichen
Mittel (Bildschirm etc.) erhalten kann; und/oder
- – übliche automatische
Steuermittel 17, die beispielsweise einen Autopiloten beinhalten
können, welcher
die automatische Bestimmung der Steuerungsanweisungen, die an die Mittel 6A zu übermitteln
sind, ermöglicht,
indem die Informationen bezüglich
des aufgezeichneten und mittels der Verbindung 13 erhaltenen
Teils der seitlichen Flugbahn TL genutzt werden.
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In
einer speziellen Ausführungsform:
- – überwacht
das Überwachungsmittel 11 die Übermittlung
der seitlichen Flugbahn TL der genannten Mittel 2 zum Lenksystem 3 und
stellt einen Verlust der seitlichen Flugbahn TL fest, wenn eine
Panne diese Übermittlung
verhindert. In der Praxis kann das Überwachungsmittel 11 auch
einen Verlust wichtigerer Informationen feststellen, wie beispielsweise
den Verlust der gesamten Flugbahn TO, da im Rahmen der vorliegenden
Erfindung die Bedingung für
das Auslösen
des Sicherungsmanövers
der Verlust der seitlichen Lenkreferenzen ist; und/oder
- – sind
das Speichermittel 8 und das Speichermedium 10 in
das Lenksystem 3 integriert, beispielsweise in einen Autopiloten
oder in ein Flugkontrollsystem des Lenksystems 3, welches
aufgrund seiner Konzeption sehr sicher und zuverlässig ist, was
jegliches Risiko des Verlusts eines Teils der gespeicherten Flugbahn
verhindert. Dasselbe kann für
das Überwachungsmittel 11 zutreffen.
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Im Übrigen beinhaltet
die Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung
zusätzlich:
- – ein übliches
Mittel 18, welches durch eine Verbindung 19 mit
dem Überwachungsmittel 11 verbunden
ist, um ein Alarmsignal, beispielsweise ein Tonsignal und/oder ein
visuelles Signal, insbesondere im Cockpit des Luftfahrzeuges zu
emittieren, wenn das genannte Überwachungsmittel 11 einen
Verlust der seitlichen Flugbahn TL feststellt; und
- – ein übliches
Mittel 20, welches beispielsweise durch eine Verbindung 21 mit
dem Lenksystem 3 verbunden ist, um beispielsweise auf einem üblichen
integrierten und nicht dargestellten Visualisierungsmittel eine
charakteristische Anweisung zu erzeugen, wenn das Lenksystem 3 ein
Absicherungsmanöver
umsetzt. Dies ermöglicht
ein Informieren der Besatzungsmitglieder, insbesondere, wenn das
Absicherungsmanöver
automatisch und ohne Eingreifen eines Piloten umgesetzt wird.
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Die
vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Arten umgesetzt werden,
beispielsweise:
- – in einer ersten Variante
zeichnet das Speichermittel 8 einen Teil der gesamten Flugbahn
TO (seitliche Flugbahn TL und vertikale Flugbahn TV) auf, also eine
dreidimensionale Flugbahn; das Mittel 18 sendet ein Alarmsignal
an den Piloten, wenn ein Verlust der seitlichen Flugbahn TL festgestellt
wird, und der Pilot führt
manuell das Absicherungsmanöver
durch;
- – in
einer zweiten Variante zeichnet das Speichermittel 8 nur
einen Teil der seitlichen Flugbahn TL auf; eine übliche Schubsteuerung, welche
in das Steuerungssystem 3 integriert ist, bringt die Leistung
automatisch auf die maximal verfügbare Leistung
und der Pilot muss nur einen entsprechenden Stellantrieb betätigen, um
das Absicherungsmanöver
beim Verlust der seitlichen Flugbahn TL auszulösen; und
- – in
einer dritten Variante ist das Speichermittel 8 in einen
Autopiloten oder ein Flugkontrollsystem (des Lenksystems 3)
integriert, welches automatisch die Steuerungsanweisungen berechnet,
was die Umsetzung eines Absicherungsmanövers bei einem Verlust der
seitlichen Flugbahn TL ermöglicht.
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Es
ist zu beachten, dass die Vorrichtung zum Absichern 1 gemäß der Erfindung
leicht umzusetzen, effizient und nicht sehr sperrig ist und dass
sie für jede
Art einer Tiefflugbahn TO angewendet werden kann.