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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsanzeige für ein Flugzeug.
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Genauer
gesagt eignet sich eine solche Steuerungsanzeige für ein Flugzeug,
insbesondere für
ein militärisches
Transportflugzeug, das im Allgemeinen sehr schwer ist und dessen
Manövrierzeiten relativ
lang sind.
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Die
vorliegende Erfindung findet insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Anwendung
auf einen Flug in geringer Höhe.
Unter einem Flug in geringer Höhe
versteht man den Flug entlang einer Flugbahn (in geringer Höhe), die
einem Flugzeug erlaubt, dem überflogenen
Gelände
so nahe wie möglich
zu folgen, insbesondere um zu verhindern, dass es geortet wird.
Eine solche Flugbahn in geringer Höhe befindet sich also in einer
Geländehöhe, die
im Allgemeinen niedriger ist als eine vorherbestimmte Höhe, zum
Beispiel 500 Fuß (ca.
150 Meter).
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Eine
solche Flugbahn in geringer Höhe
kann geradlinige Steigungs- und Gefällsegmente aufweisen. Diese
Flugbahn wird unter Berücksichtigung
von insbesondere den folgenden Faktoren berechnet:
- – ein
von der Flugbesatzung ausgewählter
Geschwindigkeitssollwert;
- – die
vorhergesagte Masse des Flugzeugs auf der Bahn;
- – die
maximalen Steig- und Sinkfähigkeiten
des Flugzeugs (erhalten aus einem gewöhnlichen Leistungsmodell);
und
- – ein
vorgegebener Schub, zum Beispiel der maximale Dauerschub MCT (engl.: "Maximum Continuous
Thrust") für den Steigflug-Sollwert
und der Langsamflug (oder Schub im Langsamflug) für den Sinkflug-Sollwert.
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In
diesem Fall, wenn die berechnete Neigung der Flugbahn nicht korrekt
ist, das heißt,
wenn sie größer ist
als die maximale Neigung, die erwartungsgemäß erreicht wird (insbesondere
aufgrund eines zu optimistischen Leistungsmodells des Flugzeugs, Wetterbedingungen,
die nicht richtig berücksichtigt wurden,
oder eines Fehlers in der Berechnung der maximalen Neigung der Steigung),
wenn das Flugzeug von einer automatischen Schubkontrolle (engl.: "Auto-thrust") gesteuert wird,
wird der Schub so erhöht,
dass die geforderte Neigung erreicht und beibehalten wird, und gleichzeitig
der ausgewählte
Sollgeschwindigkeitswert beibehalten wird. Der Schub kann also ansteigen,
bis er den Grenzwert für
den maximalen Schub der automatischen Schubkontrolle erreicht. Wenn
dieser Grenzwert erreicht ist, beginnt die Geschwindigkeit zu sinken,
was natürlich
zu einer sehr gefährlichen
Situation führen
kann, insbesondere dann, wenn sich die Geschwindigkeit des Flugzeugs
bei ihrer Abnahme der Abrissgeschwindigkeit nähert. Außerdem bewegt sich im Allgemeinen
der Leistungshebel auf dem Instrumentenpodest nicht, wenn der Schub
auf diese Weise automatisch eingestellt wird.
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Folglich
verfügt
der Pilot des Flugzeugs in einer solchen Situation, die wie vorstehend
erklärt
sehr gefährlich
sein kann, über
keine ausreichenden Informationen, insbesondere bezüglich des
erzeugten Schubs.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile
zu beseitigen. Sie betrifft eine Steuerungsanzeige für ein Flugzeug,
die es erlaubt, einem Piloten des Flugzeugs eine wertvolle Hilfe
bei der Überwachung
des Schubs zu leisten.
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Zu
diesem Zweck zeichnet sich die Steuerungsanzeige des Typs mit:
- – einer
Gruppe von Informationsquellen;
- – einer
Rechnereinheit, die mit der Gruppe von Informationsquellen verbunden
ist; und
- – einem
Anzeigegerät,
das mindestens einen Bildschirm aufweist, und das mit der Rechnereinheit verbunden
ist,
gemäß der Erfindung
dadurch aus, dass: - – die Rechnereinheit anhand
von Informationen, die von der Gruppe von Informationsquellen stammen,
mindestens eine Information über
den tatsächlichen
Schub von mindestens einem Triebwerk des Flugzeugs bestimmt; und
- – das
Anzeigegerät
ein Head-Up-Display ist und auf dem Bildschirm mindestens ein Anzeigemittel darstellt,
das die Information über
den tatsächlichen
Schub angibt, das mit einer Schubskala verknüpft ist, und das zusammen mit
der Schubskala, in Überlagerung
der vor dem Flugzeug existierenden Umgebung, angezeigt wird (und
zwar eine Darstellung pro Triebwerk oder eine globale Darstellung
für alle
Triebwerke).
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Dank
der Erfindung verfügt
der Pilot also, wie nachstehend erklärt, über eine Information über den tatsächlichen
Schub.
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Die
Darstellung dieser Information über
den tatsächlichen
Schub leistet eine wertvolle Hilfe für die Überwachung des Verhaltens des
Flugzeugs, insbesondere dann, wenn es mittels einer automatischen Schubkontrolle
automatisch gesteuert wird, wie es vorstehend beschrieben wurde.
Diese Darstellung einer Information über den tatsächlichen
Schub ist auch dann interessant, wenn ein Pilot die Steuerung des
Flugzeugs ausführt,
indem er sich den Schub mittels des Head-Up-Displays ansieht und
manuell regelt. Folglich macht die erfindungsgemäße Steuerungsanzeige das Steuern
in gewisser Weise komfortabler und erhöht die Flugsicherheit.
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Die
Rechnereinheit bestimmt als Information über den tatsächlichen
Schub den aktuellen durchschnittlichen Schub aller Triebwerke des
Flugzeugs, und das Anzeigegerät
stellt auf dem Bildschirm ein einziges Anzeigemittel dar, das den
aktuellen durchschnittlichen Schub angibt.
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Die
Schubskala weist auf:
- – eine erste Grenze für den minimalen
Schub einer automatischen Schubkontrolle; und
- – eine
zweite Grenze für
den maximalen Schub einer automatischen Schubkontrolle (oder den Schub,
der für
die Berechnung der Neigung verwendet wird).
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Darüber hinaus
weist die Schubskala ferner vorteilhafterweise eine Hilfsgrenze
für den
maximalen Schub auf, der von den Triebwerken des Flugzeugs verfügbar ist.
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Außerdem weist
das Anzeigegerät
ferner vorteilhafterweise auf dem Bildschirm, verknüpft mit der
Schubskala, ein Hilfsanzeigemittel auf, das einen angeordneten Schub
angibt.
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Darüber hinaus
liefert die Gruppe von Informationsquellen in einer besonderen Ausführungsform
an die Rechnereinheit mindestens Schubwerte, die sich jeweils auf
Folgendes beziehen:
- – auf den aktuellen tatsächlichen
Schub, der von mindestens einem Triebwerk des Flugzeugs erzeugt
wird;
- – auf
den minimalen und maximalen Schub einer automatischen Schubkontrolle;
und
- – auf
einen maximalen verfügbaren
Schub.
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In
diesem Fall stellt der Schubwert, der sich auf den aktuellen tatsächlichen
Schub bezieht, der von einem Triebwerk erzeugt wird, vorzugsweise
den folgenden Wert dar:
- – das tatsächliche Drehmoment des Triebwerks.
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Aus
den Figuren der beifolgenden Zeichnungen ist ersichtlich, wie die
Erfindung ausgeführt
sein kann. Ähnliche
Elemente sind in diesen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 ist
das Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Steuerungsanzeige.
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Die 2 und 3 stellen
eine von einer Steuerungsanzeige realisierte Sichtanzeige gemäß einer
ersten Ausführungsform
in einer ersten bzw. zweiten Variante dar.
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4 stellt
eine von einer Steuerungsanzeige realisierte Sichtanzeige gemäß einer
zweiten Ausführungsform
dar.
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Die
erfindungsgemäße Steuerungsanzeige 1,
die in 1 schematisch dargestellt ist, dient dazu, einem
Piloten eines Flugzeugs, insbesondere eines militärischen
Transportflugzeugs, bei der Steuerung dieses Flugzeugs zu helfen.
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Dazu
weist die Steuerungsanzeige 1, die sich an Bord des Flugzeugs
befindet, Folgendes auf:
- – eine nachstehend beschriebene
Gruppe 2 von Informationsquellen;
- – eine
Rechnereinheit 3, die mittels einer Verbindung 4 mit
der Gruppe 2 von Informationsquellen verbunden ist; und
- – eine
Vorrichtung 5, die mittels einer Verbindung 6 mit
der Rechnereinheit 3 verbunden ist, und die einen Bildschirm 7 aufweist.
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Gemäß der Erfindung:
- – liefert
die Gruppe 2 von Informationsquellen an die Rechnereinheit 3 mindestens
Schubwerte, die sich jeweils auf Folgendes beziehen:
- – auf
den aktuellen tatsächlichen
Schub, der von mindestens einem Triebwerk des Flugzeugs erzeugt
wird. In einer bevorzugten Ausführungsform stellt
der Schubwert, der sich auf den aktuellen tatsächlichen Schub bezieht, der
von einem Triebwerk erzeugt wird, einen der folgenden Werte dar (der
direkt von dem Triebwerk oder von einem gewöhnlichen Steuerungsmittel des
Triebwerks empfangen wird):
- – die
Drehzahl N1 des Niederdruckverdichters dieses Triebwerks;
- – das
Triebwerkdruckverhältnis
EPR (engl.: "Engine
Pressure Ratio")
dieses Triebwerks;
- – das
tatsächliche
Drehmoment des Triebwerks;
- – auf
den minimalen und maximalen Schub einer automatischen Schubkontrolle;
und
- – auf
einen maximalen verfügbaren
Schub;
- – bestimmt
die Rechnereinheit 3 anhand von mindestens den vorstehend
genannten Informationen, die von der Gruppe 2 von Informationsquellen
stammen, mindestens eine Information über den tatsächlichen
Schub von mindestens einem Triebwerk des Flugzeugs; und
- – ist
die Vorrichtung 5 ein Head-Up-Display und stellt auf dem
Bildschirm 7 mindestens ein Anzeigemittel 8, 9 dar:
- – das
die Information über
den tatsächlichen Schub
angibt;
- – das
mit einer nachstehend beschriebenen Schubskala 10 verknüpft ist;
und
- – das
zusammen mit der Schubskala 10 in Überlagerung der vor dem Flugzeug
existierenden Umgebung dargestellt wird, wie es zum Beispiel in den 2 und 3 abgebildet
ist.
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In
einer ersten, in 2 abgebildeten Sichtanzeigenvariante
ist das Anzeigemittel 8 durch einen Pfeil dargestellt (leiterartige
Skala), während
in einer zweiten, in 3 abgebildeten Sichtanzeigenvariante
das Anzeigemittel 9 durch Balken dargestellt ist.
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Ferner
weist die Schubskala 10, die den Schubbereich einer gewöhnlichen
Schubkontrolle darstellt, das heißt den Bereich von möglichen Schubwerten,
wenn diese automatische Schubkontrolle aktiv ist, Folgendes auf:
- – eine
erste Grenze 11, zum Beispiel ein Balken, die den minimalen
Schub der automatischen Schubkontrolle darstellt, vorzugsweise den
Schub im Langsamflug; und
- – eine
zweite Grenze 12, zum Beispiel ein Balken, die den maximalen
Schub der automatischen Schubkontrolle darstellt, vorzugsweise den
Schub mit maximaler Neigung oder den maximalen Dauerschub MCT.
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Die
Schubskala 10 weist ferner eine Hilfsgrenze 13 auf,
zum Beispiel ebenfalls ein Balken, die den maximalen, von den Triebwerken
des Flugzeugs verfügbaren
Schub angibt, insbesondere ein Schub des Typs TOGA (engl.: "Take-Off/Go-Around").
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Außerdem weist
die erfindungsgemäße Steuerungsanzeige 1 auch
ein Hilfsanzeigemittel 14 auf, zum Beispiel ein Kreis,
das auf der Schubskala 10 den angeordneten Schub anzeigt,
das heißt
den Schub, der dem an das Triebwerk/die Triebwerke adressierten
Befehl entspricht. Der Pilot erfährt
die Reaktion des Triebwerks/der Triebwerke auf den von ihm erteilten
Schubbefehl, indem er die Anzeigemittel 8, 9 und
das Hilfsanzeigemittel 14 vergleicht. Er weiß also,
in welcher Neigung sich das Flugzeug befindet: korrekte Neigung
oder inkorrekte Neigung, das heißt, zu stark für das Flugzeug
(in diesem Fall ist der von dem Triebwerk verlangte Schub, um diese
Neigung zu halten, größer als
der berechnete Schub).
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Die
Schubskala 10 und die Elemente, die sich dort befinden
(Grenzen 11 bis 13, Anzeigemittel 8, 9, 14)
bilden eine Anzeigegruppe 15.
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Die
vorliegende Erfindung ist besonders dann interessant, wenn das Flugzeug
automatisch oder manuell entlang einer Flugbahn geführt wird,
die anhand von Sollwerten für
den Schub und die Geschwindigkeit berechnet wird.
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Die
vorliegende Erfindung findet insbesondere, jedoch nicht ausschließlich auf
die Führung
entlang einer Flugbahn in geringer Höhe Anwendung, die eine Vielzahl
von aufeinanderfolgenden Steig- und Sinksegmenten aufweist, die
von maximalen Steigungs- und Gefällneigungen
beschränkt
sind, berechnet aus:
- – einem Leistungsmodell des
Flugzeugs;
- – der
vorhergesagten Masse des Flugzeugs auf der Flugbahn; und
- – einem
von dem Piloten ausgewählten
Sollgeschwindigkeitswert, wenn das Flugzeug von einer automatischen
Flugkontrolle gesteuert wird,
unter der Annahme, dass ein
Triebwerk ausgefallen ist (so dass das Flugzeug selbst bei einem
ausgefallenem Triebwerk seinen Flug entlang der Bahn fortsetzen
kann), und unter Berücksichtigung
des maximalen Dauerschubs für
die anderen (angenommenerweise nicht ausgefallenen) Triebwerke.
Außerdem werden
die Neigungen dieser geradlinigen Segmente zwischen den vorstehend
genannten maximalen Neigungen so angepasst, dass das Flugzeug, in
Abhängigkeit
von seiner Leistung, so nahe wie möglich über dem Gelände fliegt.
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Die
erfindungsgemäße Steuerungsanzeige 1 leistet
eine wertvolle Hilfe für
die Steuerung:
- – die, wenn die automatische
Schubkontrolle aktiv ist (und eine aktive Steuerung des Schubs der Triebwerke
erzeugt, um die geforderte Bahn und Geschwindigkeit beizubehalten),
dem Piloten erlaubt, mittels des Head-Up-Displays 5 die
Information über
den tatsächlichen
Schub zu überwachen
(Anzeigemittel 8, 9), insbesondere durch Vergleichen
mit dem theoretischen angeordneten Schub (Hilfsanzeigemittel 14),
der verwendet wurde, um die geforderte Neigung zu berechnen. Dies
erspart dem Piloten, ein Head-Down-Display zu überwachen und beim Steuern
ständig
den Kopf von oben nach unten und umgekehrt bewegen zu müssen; und
- – die
den Piloten über
die Information bezüglich des
tatsächlichen
Schubs informiert, wenn dieser den Schub manuell regelt (indem er
den Leistungshebel bewegt). Außerdem
erspart dies dem Piloten, unablässig
den Kopf bewegen zu müssen,
da er die Position des Leistungshebels erkennt, wenn er mittels
des Head-Up-Displays 5 das Hilfsanzeigemittel 14 betrachtet,
sowie die Reaktion des Flugzeugs erkennt (Anzeigemittel 8, 9).
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Wie
in den 2 und 3 dargestellt, bestimmt die
Rechnereinheit 3 als Information über den tatsächlichen
Schub den aktuellen durchschnittlichen Schub von allen m Triebwerken
M1, M2, M3 und M4 des Flugzeugs (mit m = ein Ganzes größer als
1), und das Anzeigegerät 5 stellt
auf dem Bildschirm 7 ein einziges Anzeigemittel 8, 9 dar,
das den aktuellen durchschnittlichen Schub angibt (und damit eine
einzige Anzeigegruppe 15).