DE69204569T2

DE69204569T2 - Verfahren zur Anzeige einer ungenügenden Manövrierbarkeit eines Flugzeugs und Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Info

Publication number: DE69204569T2
Application number: DE69204569T
Authority: DE
Inventors: Pierre Fabre
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1991-06-14
Filing date: 1992-06-04
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2012-06-05
Also published as: CA2070873A1; DE69204569D1; EP0518734B1; FR2677605B1; CA2070873C; EP0518734A1; ES2079814T3; FR2677605A1; US5367460A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anzeige einer unzulänglichen Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs.
Die Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs während des Fluges wird definiert als dessen Fähigkeit, allein durch Einsatz seiner Höhenruder rasch eine bestimmte horizontale Flugstrecke zu erreichen. Mit dieser Manövrierfähigkeit wird somit eine Sicherheitsspanne bezeichnet, die es dem Luftfahrzeug ermöglicht, jede erforderliche Veränderung seiner Flugbahn umso leichter zu vollziehen, je größer diese Sicherheitsspanne ist. Eine Möglichkeit zur Gewährleistung dieser Sicherheitsspanne besteht darin, die Geschwindigkeit über der Abkippgeschwindigkeit zu halten, so daß das Luftfahrzeug gewissermaßen aerodynamisch von der Luft abgestützt wird. Dazu ist es jedoch erforderlich, daß der Pilot ständig die Einhaltung dieser Mindestgeschwindigkeit kontrolliert und diese ständig oder zumindest in regelmäßigen Abständen beobachtet. Außerdem wird durch dieses Geschwindigkeitskriterium die Sicherheitsspanne oder der Manövrierfähigkeitsspielraum gegenüber einer Mindestschwelle nicht korrekt wiedergegeben, da der Manövrierfähigkeitsspielraum nicht durch die Geschwindigkeit allein beeinflußt wird.
Ziel dieser Erfindung ist es, die Arbeitsbelastung des Piloten zu verringern und eine genauere Anzeige des Manövrierfähigkeitsspielraums des Luftfahrzeugs zu ermöglichen. Ziel ist es auch, den Manövrierfähigkeitsspielraum des Luftfahrzeugs kontinuierlich zu optimieren.
Dazu ist das Verfahren zur Anzeige einer unzulänglichen Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs dadurch bemerkenswert, daß:
- in einer Vorbereitungsphase mit Hilfe einer Vielzahl von N simulierten, berechneten oder tatsächlichen Flugkonfigurationen des Luftfahrzeugs
a) lineare Beziehungen zwischen einer ersten, einer zweiten und einer dritten Größe G1, G2 und G3 für die vertikale Beschleunigung des Luftfahrzeugs, den Neigungswinkel der Flugbahn des Luftfahrzeugs gegenüber der Horizontalen bzw. das Abkipprisiko des Luftfahrzeugs bestimmt werden, indem die entsprechenden momentanen Werte G1i, G2i und G3i (i = 1,2,...,j,k,...,N) dieser drei Größen durch entsprechende Koeffizienten A, B und C im Verhältnis zueinander gewichtet werden, so daß, wenn der Manövrierfähigkeitsspielraum bei den entsprechenden Werten G1j, G2j und G3j der drei Größen für unzureichend gehalten wird, die gewichtete Summe Dj = A.G1j + B.G2j + C.G3j kleiner als jede weitere gewichtete Summe Dk = A.G1k + B.G2k + C.G3k ist, bei der der Manövrierfähigkeitsspielraum bei Werten G1k, G2k und G3k der Größen G1, G2 und G3 für ausreichend gehalten wird;
b) ein Wert DO für die Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM gewählt wird, der größer als jeder Wert einer gewichteten Summe Dj, bei dem der Manövrierfähigkeitsspielraum unzureichend ist, und kleiner als jeder Wert Dk ist, bei dem der Manövrierfähigkeitsspielraum ausreichend ist;
- dann in einer Betriebsphase während des Fluges:
c) gleichzeitig die momentanen Werte der ersten, zweiten und dritten Größe G1, G2 und G3 gemessen werden und die Summe der ersten, zweiten und dritten Größe G1, G2 und G3, die jeweils mit den Wichtungskoeffizienten A, B und C gewichtet werden, berechnet wird, und
d) die Summe mit dem Wert DO der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM verglichen und ein Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit IM erzeugt wird, wenn die Summe kleiner als der Wert DO der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM ist.
Nachdem in einer Vorphase die Größen in verschiedenen Flugkonfigurationen gemessen wurden, kann damit durch eine einfache Berechnung mit Hilfe einer begrenzten Anzahl von Größen, die unabhängig voneinander ausgewählt werden, bestimmt werden, ob die Manövrierfähigkeitsschwelle ausreichend ist, und bei Bedarf ein Signal unzureichende Manövrierfähigkeit erzeugt werden. Dieses dem Piloten zur Verfügung stehende Signal kann für den quantifizierten Manövrierfähigkeitsspielraum repräsentativ oder ein "Alles-oder- Nichts"-Signal sein, mit dem die Unzulänglichkeit der Manövrierfähigkeit angezeigt wird.
Die dritte Größe G3 kann die Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs gegenüber dem Boden darstellen. Diese Größe ist an Bord des Luftfahrzeugs bereits vorhanden, so daß kein zusätzliches Anzeigegerät erforderlich ist. Als Variante kann diese dritte Größe G3 den Anstellwinkel α des Luftfahrzeugs darstellen.
Diese Größe ist ebenfalls an Bord des Luftfahrzeugs vorhanden.
Um die Empfindlichkeit der gewichteten Summe der Größen gegenüber diesen Größen zu optimieren, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Nullpunkt einiger Größen der ersten, zweiten und dritten Größe G1, G2 und G3 verschoben werden.
Die Nullreferenz des entsprechenden Anzeigegeräts kann damit übergangen und die Bestimmung der Wichtungskoeffizienten durch Optimierung der Empfindlichkeit der gewichteten Summe der Größen gegenüber diesen Größen verbessert werden.
Zur Begrenzung eines übermäßigen Einflusses einer oder mehrerer Größen können von der ersten, zweiten oder dritten Größe G1, G2 und G3 einige Größen auch mindestens auf einer Seite ihres Änderungsbereichs begrenzt werden.
Damit kann der vorherrschende Einfluß einer dieser Größen mit hohem Wert, durch den ein unzureichender Wert der anderen Größen verdeckt würde, beseitigt werden.
Außerdem kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit IM erzeugt werden, das eine Information über den Umfang der Unzulänglichkeit der Manövrierfähigkeit enthält.
Der Pilot kann damit den Umfang der Abweichung von der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM erfahren und sich über die Änderungsrichtung dieser Abweichung informieren und so die Wirksamkeit einer Bedienhandlung zur Wiederherstellung der Sicherheitsspanne einschätzen.
Dieses Verfahren zur Anzeige einer unzulänglichen Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs kann zur Regelung einer Flugsteuerungsvorrichtung eines Luftfahrzeugs eingesetzt werden, wobei von der Flugsteuerungsvorrichtung das Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit IM genutzt wird.
Diese Flugsteuerungsvorrichtung wird damit über den Wert der Abweichung gegenüber dem Schwellenwert unzulängliche Manövrierfähigkeit informiert und kann folglich besser reagieren, wenn gleichzeitig Richtung und Änderung des Signals unzulängliche Manövrierfähigkeit bekannt sind.
Vor allem kann die Flugsteuerungsvorrichtung hautpsächlich diejenigen Größen beeinflussen, deren Wert deutlich von einem vorbestimmten Eigengrenzwert abweicht.
Damit ist es möglich, zunächst die Werte der Größen zu korrigieren, die stark von einem Normalwert abweichen.
Außerdem kann die Flugsteuerungsvorrichtung auf die Größen zur Optimierung des Manövrierfähigkeitsspielraums einwirken.
Damit ist es möglich, ständig einen optimalen Manövrierfähigkeitsspielraum zu gewährleisten.
Zur Anwendung des Verfahrens ist eine Vorrichtung zur Anzeige einer unzulänglichen Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs mit einem ersten Anzeigegerät zur Abgabe einer ersten Größe G1 für die vertikale Beschleunigung des Luftfahrzeugs, einem zweiten Anzeigegerät zur Abgabe einer zweiten Größe G2 für den Neigungswinkel der Flugbahn des Luftfahrzeugs gegenüber der Horizontalen und einem dritten Anzeigegerät zur Abgabe einer dritten Größe G3 für das Abkipprisiko des Luftfahrzeugs
dadurch bemerkenswert, daß sie umfaßt:
- einen ersten, einen zweiten und einen dritten Multiplizierer, an die jeweils die erste, zweite und dritte Größe G1,G2,G3 gelangen, die die erhaltene Größe jeweils mit einem ersten, zweiten und dritten vorbestimmten Koeffizienten multiplizieren und jeweils ein erstes, zweites und drittes Ergebnis abgeben können;
- einen algebraischen Addierer, an dessen drei Eingänge das erste, zweite bzw. dritte Ergebnis gelangen und der eine Summe entsprechend der Summierung der an die drei Eingänge angelegten Werte abgeben kann;
- einen Komparator, an dessen ersten Eingang die Summe und an dessen zweiten Eingang ein vorbestimmter Wert DO für die Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM gelangt und der am Ausgang ein Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit IM abgeben kann, wenn die Summe vom vorbestimmten Wert DO der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM in einer Richtung abweicht, daß bei abnehmender Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs gegenüber dem Boden die Abweichung zwischen Wert der Summe und Wert DO der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM zunimmt.
Die Anwendung des Verfahrens ist somit sehr einfach und macht keine langen oder komplizierten Berechnungen erforderlich.
Ebenso kann das Verfahren mit einer Vorrichtung zur Anzeige der unzulänglichen Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs angewendet werden, die ein erstes Anzeigegerät zur Abgabe einer ersten Größe G1 für die vertikale Beschleunigung des Luftfahrzeugs, ein zweites Anzeigegerät zur Abgabe einer zweiten Größe G2 für den Neigungswinkel der Flugbahn des Luftfahrzeugs gegenüber der Horizontalen und ein drittes Anzeigegerät zur Abgabe einer dritten Größe G3 für das Abkipprisiko des Luftfahrzeugs umfaßt, und es ist dadurch bemerkenswert, daß es umfaßt:
- einen ersten und einen zweiten Multiplizierer, an die jeweils eine der ersten, zweiten und dritten Größe G1, G2 und G3 gelangt und die jeweils die erhaltene Größe mit einem ersten und einem vorbestimmten zweiten Koeffizienten multiplizieren und ein erstes bzw. ein zweites Ergebnis abgeben können;
- einen algebraischen Addierer, an dessen drei Eingänge das erste bzw. zweite Ergebnis und diejenige der ersten, zweiten und dritten Größe G1, G2 und G3 gelangen, die nicht an den ersten und zweiten Multiplizierer gelangt, und der eine Summe entsprechend der Summierung der an die drei Eingänge gegebenen Werte abgeben kann;
- einen Komparator, an dessen ersten Eingang die Summe und an dessen zweiten Eingang ein vorbestimmter Schwellenwert unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM gelangt und der am Ausgang ein Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit IM abgibt, wenn die Summe vom vorbestimmten Schwellenwert unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM in einer Richtung abweicht, daß bei abnehmender Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs bezogen auf den Boden die Abweichung zwischen Wert der Summe und Schwellenwert unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM zunimmt.
Mit einer solchen Vorrichtung kann das Verfahren somit in einer sehr einfachen Ausführungsform unter Nutzung der bereits vorhandenen Rechenschaltkreise angewendet werden.
Außerdem können die Vorrichtungen zur Anzeige einer unzulänglichen Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs mindestens einen Begrenzer haben, durch den der Anderungsbereich der ersten, zweiten oder dritten Größe G1, G2, G3 begrenzt werden kann.
Dadurch wird die Berücksichtigung eines zu hohen Wertes vermieden, durch den unzulängliche Werte der anderen Größen verdeckt würden.
Ebenso können die Vorrichtungen zur Anzeige einer unzulänglichen Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs mindestens einen Verschiebeschaltkreis haben, mit dem die Nullreferenz der ersten, zweiten oder dritten Größe G1, G2, G3 verschoben werden kann.
So kann die an die Anzeigegeräte gebundene Nullstellung aufgegeben und ebenfalls der Einfluß jeder der Größen in der gewichteten Summe optimiert werden.
Die Figuren der beigefügten Zeichnung machen besser verständlich, wie die Erfindung verwirklicht werden kann. In diesen Figuren sind ähnliche Elemente mit identischen Bezugsnummern bezeichnet.
Figur 1 stellt ein Luftfahrzeug während des Fluges dar, das Anzeigegeräte zur Abgabe von Größen hat, die seine Manövrierfähigkeit kennzeichnen.
Figur 2 ist eine schematische Darstellung der Schaltkreise zur erfindungsgemäßen Anwendung des Verfahrens zur Verarbeitung der von den Anzeigegeräten abgegebenen Größen und zur Abgabe eines Signals unzulängliche Manövrierfähigkeit.
Figur 3 ist eine schematische Darstellung der Schaltkreise zur Anwendung einer ersten Verarbeitungsvariante von Figur 2.
Figur 4 ist eine schematische Darstellung der Schaltkreise zur Anwendung einer zweiten Verarbeitungsvariante von Figur 2.
Ein Luftfahrzeug 1 verfolgt während des Fluges, wie in Figur 1 dargestellt, eine bestimmte Flugbahn 2 und hat ein erstes Anzeigegerät 3, das eine erste Größe G1 abgeben kann, die die vertikale Komponente d v.Boden/dt des Vektors der Beschleunigung von Luftfahrzeug 1 darstellt, während ein zweites Anzeigegerät 4 eine zweite Größe G2, die den Neigungswinkel γ Boden von Flugbahn 2 gegenüber der Horizontalen darstellt, und ein drittes Anzeigegerät 5 eine dritte Größe G3 mißt, die für das Abkipprisiko signifikant ist, d.h. die Geschwindigkeit von Luftfahrzeug 1 gegenüber dem Boden 6 oder den Anstellwinkel α von Luftfahrzeug 1. Die Geschwindigkeit wird durch einen die Flugbahn 2 tangierenden Vektor c dargestellt. Nach der geltenden Konvention haben die Werte von aufwärtsgerichteten Vektoren ein positives Vorzeichen.
Der Manövrierfähigkeitsspielraum M nimmt ab, wenn dieses Luftfahrzeug 1 eine geringe kinetische Energie hat, d.h. wenn seine Geschwindigkeit niedrig ist oder wenn seine Flugbahn 2 zum Boden 6 gerichtet ist, seine Nase zum Boden 6 gerichtet ist und der vertikale Beschleunigungsvektor d v.Boden/dt nach dem Boden 6 gerichtet ist. Auf dieser Figur 1 ist zu sehen, daß die Flugbahn 2 ansteigt - für den Manövrierfähigkeitsspielraum M also günstig ist - und daß diese Flugbahn 2 nach oben gekrümmt ist, so daß sich ein nach oben gerichteter, für den Manövrierfähigkeitsspielraum günstiger vertikaler Beschleunigungsvektor d v.Boden/dt ergibt. Außerdem ist der Anstellwinkel α positiv und damit ebenfalls günstig. Der Einfluß dieser verschiedenen Größen kann dann bei der Abgabe eines Signals unzulängliche Manövrierfähigkeit IM, das dem Piloten anzeigt, daß der Manövrierfähigkeitsspielraum M unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM liegt, berücksichtigt werden. Außerdem kann dieses Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit IM auch eine Information enthalten, die eine Aussage über den Umfang der Abweichung gegenüber dem Schwellenwert unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM oder irgendeinem anderen bekannten Wert erlaubt. Damit ist der Pilot nicht mehr gezwungen, in regelmäßigen Abständen die Geschwindigkeit von Luftfahrzeug 1 zu kontrollieren, und er wird bei Unterschreiten des Schwellenwertes unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM gewarnt.
Das Blockschaltbild von Figur 2 zeigt die Anordnung der Schaltkreise für die Anwendung der verschiedenen Stufen des Verfahrens zur Bestimmung des Signals unzulängliche Manövrierfähigkeit IM eines solchen Luftfahrzeugs 1. So werden
- in einer Vorbereitungsphase mit Hilfe einer Vielzahl N simulierter, berechneter oder tatsächlicher Flugkonfigurationen von Luftfahrzeug 1
a) lineare Beziehungen zwischen einer ersten Größe G1, einer zweiten Größe G2 und einer dritten Größe G3 für die vertikale Beschleunigung d v.Boden/dt von Luftfahrzeug 1, den Neigungswinkel γ Boden der Flugbahn 2 von Luftfahrzeug 1 gegenüber der Horizontalen und das Abkipprisiko von Luftfahrzeug 1 bestimmt, indem die entsprechenden momentanen Werte G1i, G2i und G3i (mit i als ganzer Zahl = 1,...,j,k,...,N) dieser drei Größen durch entsprechende Koeffizienten A, B und C derart im Verhältnis zueinander gewichtet werden, daß, wenn der Manövrierfähigkeitsspielraum für die betreffenden Werte G1j, G2j und G3j der drei Größen als unzulänglich eingeschätzt wird, die gewichtete Summe Dj = A.G1j + B.G2j + C.G3j kleiner als jede andere gewichtete Summe Dk = A.G1k + B.G2k + C.G3k ist, bei der der Manövrierfähigkeitsspielraum bei Werten G1k, G2k und G3k der Größen G1,G2,G3 für ausreichend gehalten wird. Es ist festzustellen, daß einer der Koeffizienten A,B,C gleich 1 gewählt werden kann, so daß keine entsprechende Multiplikation vorgenommen zu werden braucht, da die Wichtung zwischen den drei Größen relativ ist und es demzufolge genügt, wenn zwei der Größen gegenüber der nicht absolut gewichteten dritten gewichtet werden, ohne daß dadurch die Allgemeingültigkeit dieser Darstellung eingeschränkt wird;
b) ein Wert DO der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM gewählt, der größer als jeder Wert einer gewichteten Summe Dj, bei der der Manövrierfähigkeitsspielraum unzureichend ist, und kleiner als jeder Werk Dk ist, bei dem der Manövrierfähigkeitsspielraum ausreichend ist.
Dazu umfaßt die Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens ein erstes Anzeigegerät 3, beispielsweise einen Beschleunigungsmesser, das die erste Größe G1 abgibt, ein zweites Anzeigegerät 4, beispielsweise ein Kreiselgerät, das die zweite Größe G2 abgibt, und ein drittes Anzeigegerät 5, beispielsweise ein Anzeigegerät der Geschwindigkeit von Luftfahrzeug 1 gegenüber Boden 6 oder einen Anstellwinkelanzeiger α, das die dritte Größe G3 für das Abkipprisiko von Luftfahrzeug 1 abgibt.
Außerdem gibt ein Operator 7 an einen Datenspeicher 8 eine Manövrierfähigkeitsinformation. Dieser Datenspeicher speichert die verschiedenen Werte der Größen und übermittelt diese Werte einem Rechner 9, der an einen Verarbeitungsspeicher 10 die Wichtungskoeffizienten A, B und C für die erste, zweite bzw. dritte Größe G1, G2 und G3 sowie den Wert DO für die Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM gibt.
Dann werden in einer Betriebsphase während des Fluges folgende Stufen ausgeführt:
c) Gleichzeitige Messung der momentanen Werte der ersten Größe G1, der zweiten Größe G2 und der dritten Größe G3 und Berechnung der Summe der ersten Größe G1, der zweiten Größe G2 und der dritten Größe G3, die jeweils durch die Wichtungskoeffizienten A, B und C gewichtet wurden. Das erfolgt unter Nutzung:
- eines ersten Multiplizierers 11, an den vom ersten Anzeigegerät 3 die erste Größe G1 gelangt, eines zweiten Multiplizierers 12, an den vom zweiten Anzeigegerät 4 die zweite Größe G2 gelangt, und eines dritten Multiplizierers 13, an den vom dritten Anzeigegerät 5 die dritte Größe G3 gelangt, und die jeweils die erste, zweite und dritte Größe G1, G2 und G3 mit dem ersten, zweiten und dritten Koeffizienten A, B, und C aus dem Verarbeitungsspeicher 10 multiplizieren und jeweils ein erstes, zweites und drittes Ergebnis abgeben, wobei der erste Multiplizierer 11, der zweite Multiplizierer 12 und der dritte Multiplizierer 13 jeweils aus einem Operationsverstärker oder einem digitalen Multiplizierer bestehen;
- eines algebraischen Addierers 14, an dessen ersten, zweiten und dritten Eingang jeweils das erste, zweite und dritte Ergebnis gelangen und der eine gewichtete Summe der an den ersten, zweiten und dritten Eingang angelegten Werte abgibt, wobei der Addierer 14 aus Operationsverstärkern oder einem oder mehreren digitalen Addierern besteht.
In der folgenden Stufe:
d) die Summe mit dem Wert DO der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM verglichen und ein Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit IM erzeugt wird, wenn die Summe kleiner als der Wert DO der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM ist. Das erfolgt unter Nutzung:
- eines Komparators 15, an dessen ersten Eingang die Summe und an dessen zweiten Eingang der Wert DO der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM aus dem Verarbeitungsspeicher 10 gelangt und der am Ausgang ein Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit IM abgibt, wenn die Summe vom Wert DO der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM in einer Richtung abweicht, daß sich bei abnehmender Geschwindigkeit von Luftfahrzeug 1 bezogen auf Boden 6 die Abweichung zwischen dem Wert der Summe und Wert DO der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM erhöht, wobei der Komparator 15 einen Operationsverstärker oder einen digitalen Komparator darstellt.
Auf diese Weise wird zwischen den drei Größen eine sehr einfache lineare Beziehung hergestellt, mit der anschließend bequem und rasch durch Berechnung bestimmt werden kann, ob der Manövrierfähigkeitsspielraum M von Luftfahrzeug 1 ausreichend ist.
Das Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit IM wird dem Piloten von Lufttahrzeug 1 übermittelt, der eine solche Flugkonfiguration hergestellt, daß das Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit IM aufgehoben wird. Zur Erleichterung der Steuerung kann dann an den Piloten eine zusätzliche Information in Form eines Wertes gegeben werden, der die Abweichung zwischen dem momentanen Wert des Signals unzulängliche Manövrierfähigkeit IM und dem Wert DO der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM angibt. Der Pilot verfügt damit über eine Rückinformation, die ihm die Wirksamkeit eines von ihm durchgeführten Manövers zur Wiederherstellung normaler Flugbedingungen, d.h. zur Beseitigung der unzulänglichen Manövrierfähigkeit, anzeigt.
Überdies kann die Information aus dem Signal unzulängliche Mariövrierfähigkeit IM an eine Flugsteuerungsvorrichtung 16 gegeben werden, so daß diese anstelle des Piloten reagiert, dem es natürlich vorbehalten bleibt, wieder zur Handsteuerung zurückzukehren. Diese Flugsteuerungsvorrichtung 16 kann auch mit den Größen G1, G2 und G3 gespeist werden, mit denen das Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit IM erzeugt wird, oder erfährt zumindest die Auswirkung der von ihr abgegebenen Befehle auf die Änderungsrichtung dieser Größen. Bei Erhalt des Signals unzulängliche Manövrierfähigkeit IM kann diese damit auf die von ihr abgegebenen Befehle einwirken, um die Werte dieser Größen in einer Richtung zu verändern, in der die unzulängliche Manövrierfähigkeit beseitigt wird. Es handelt sich dabei also um ein Schwellenwertregelsystem. Die Wirkung der Flugsteuerungsvorrichtung 16 kann sich auf eine begrenzte Anzahl der Größen, zum Beispiel auf diejenigen, deren Wert eine jeder Größe eigene vorbestimmte Grenze überschreitet, oder auf alle Größen erstrecken, wenn im ungünstigen Fall die Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM deutlich überschritten wird.
An diese Flugsteuerungsvorrichtung können auch mehrere Signale unzulängliche Manövrierfähigkeit IM, die sich jeweils durch Vergleich mit einer jeweils unterschiedlichen Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM ergeben haben, oder aber vereinfacht ein Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit IM gegeben werden, für das der Wert DO der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit SIM Null ist. Im letzten Fall kann der Wert dieses Signals unzulängliche Manövrierfähigkeit IM gleich dem Wert der Summe und mit gleichem Vorzeichen gewählt werden. Auch bei ausreichendem Manövrierfähigkeitsspielraum M kann der Umfang dieses Werts des Signals unzulängliche Manövrierfähigkeit IM somit dazu dienen, daß die Flugsteuerungsvorrichtung Befehle zur Maximierung des Umfangs des Signals unzulängliche Manövrierfähigkeit IM, d.h. unter diesem Gesichtspunkt zur Optimierung der Flugbedingungen, abgibt, da sich die Befehle nur in einem Änderungsbereich dieser diversen Größen auswirken, der mit den vom Piloten vorgegebenen Sollwerten insofern vereinbar ist, wie ein ausreichender Manövrierfähigkeitsspielraum M gewahrt ist.
Außerdem kann die Bedeutung des Signals unzulängliche Manövrierfähigkeit IM dadurch erhöht werden, daß mehr als drei der vier genannten oder weitere bewußt gewählte Größen eingesetzt werden.
Nach einer ersten, in Figur 3 dargestellten Variante wird, um zu vermeiden, daß eine der Größen zu einer Anzeige führt, die für das Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit IM zu günstig ist und durch die eine durch mindestens eine der beiden anderen Größen abgegebene kritische Unzulänglichkeit oder eine kritische Unzulänglichkeit durch Flugbedingungen, die sich zu weit vom Normalfall entfernen, verdeckt würde, der für einige dieser Größen berücksichtigte Wert auf einen Änderungsbereich begrenzt, der kleiner ist als der des Signals des entsprechenden Anzeigegeräts. Ebenso kann der Änderungsbereich der Werte der berücksichtigten Größen, die zu einer zu ungünstigen Anzeige für das Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit IM führen würden, so begrenzt werden, daß in einem solchen Fall die anderen Größen den Wert des Signals unzulängliche Manövrierfähigkeit IM noch beeinflussen und den Piloten über die günstige oder ungünstige Entwicklung des Werts des Signals unzulängliche Manövrierfähigkeit IM informieren können, wenn dieses Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit IM eine Information über die Abweichung seines momentanen Werts von einem Bezugswert enthält. Die eventuelle Wahl einer ein- oder beidseitigen Begrenzung des Änderungsbereichs erfolgt, wie oben dargelegt, für jede Größe.
Dazu kann der Wert der ersten Größe G1 für die vertikale Beschleunigung d v.Boden/dt von Luftfahrzeug 1 durch Begrenzung des Änderungsbereichs dieser vertikalen Beschleunigung beschränkt werden, wenn diese größer ist als der Wert einer vorbestimmten oberen Schwelle der vertikalen Beschleunigung, deren Vorzeichen positiv oder negativ sein kann. Somit brauchen die vertikalen Beschleunigungen bei einer nach oben gekrümmten Flugbahn 2 von Luft fahrzeug 1, die also eine günstige Auswirkung auf den Manövrierfähigkeitsspielraum M hat, nicht vollständig berücksichtigt zu werden, sondern können auf den oberen Schwellenwert der vertikalen Beschleunigung begrenzt werden. Umgekehrt hat eine vertikale Beschleunigung mit einer nach unten gekrümmten Flugbahn 2 eine ungünstige Auswirkung auf den Manövrierfähigkeitsspielraum M und braucht nur bis zu einem vorbestimmten unteren Schwellenwert der vertikalen Beschleunigung berücksichtigt zu werden.
Ebenso braucht die zweite Größe G2, der Neigungswinkel γ Boden der Flugbahn 2 von Luftfahrzeug 1 gegenüber der Horizontalen, dem gleichen Prinzip zufolge nur in einem begrenzten Änderungsbereich berücksichtigt zu werden. Der Manövrierfähigkeitsspielraum M ist umso größer, je größer dieser Neigungswinkel γ Boden ist, d.h. die Flugbahn 2, allerdings mit einer Obergrenze, ansteigt. Die Anderungen dieses Neigungswinkels γ Boden von Flugbahn 2 gegenüber der Horizontalen brauchen also nicht mehr berücksichtigt zu werden, wenn dieser eine für den Neigungswinkel γ Boden von Flugbahn 2 vorbestimmte obere Schwelle übersteigt. Ebenso brauchen dessen Änderungen nicht berücksichtigt zu werden, wenn dieser unter eine für den Neigungswinkel γ Boden von Flugbahn 2 festgelegte untere Schwelle abfällt, da dann der Wert des Signals unzulängliche Manövrierfähigkeit IM die für dieses Signal vorgesehene Dynamikgrenze erreichen und die Einflüsse der Änderungen der anderen Größen überdecken würde.
Die dritte Größe G3, die Geschwindigkeit von Luftfahrzeug 1 gegenüber Boden 6 oder der Anstellwinkel α von Luftfahrzeug 1, kann in der gleichen Weise und aus den gleichen Gründen in einem ein- oder beidseitig begrenzten Änderungsbereich berücksichtigt werden. In dem angegebenen, nicht erschöpfenden Beispiel wurde diese Begrenzung nicht vorgenommen.
Zur Verwirklichung dieser Begrenzungen werden die in Figur 3 dargestellten Schaltkreise, die die gleiche Funktion wie die Schaltkreise mit der gleichen Bezugsnummer von Figur 2 haben, sowie zusätzliche Schaltungen genutzt, die die Ausführung der ersten Variante ermöglichen, nach der einige Größen der ersten, zweiten und dritten Größe G1, G2 und G3 ein- oder beidseitig ihres Änderungsbereichs begrenzt werden. In diesem nicht erschöpfenden Beispiel erfolgt die Begrenzung nur an der ersten Größe G1 und an der zweiten Größe G2. Dazu werden die erste und die zweite Größe G1 und G2 aus dem ersten Anzeigegerät 3 bzw. dem zweiten Anzeigegerät 4 an einen ersten Begrenzer 17 bzw. einen zweiten Begrenzer 18 gegeben, die die Anderung des Werts der Größen auf der einen oder anderen Seite oder beidseitig begrenzen, wobei diese Grenzen im voraus definiert und analog direkt im Begrenzer oder digital im Verarbeitungsspeicher 10 gespeichert werden. Die entsprechenden Ausgänge des ersten Begrenzers 17 und des zweiten Begrenzers 18 geben einen begrenzten Wert Glé der ersten Größe G1 und einen begrenzten Wert G2é der zweiten Größe G2 ab, die im Unterschied zu Figur 2 an den ersten Multiplizierer 11 bzw. den zweiten Multiplizierer 12 für die erste Größe G1 und die zweite Größe G2 angelegt werden.
Diese Begrenzer können analoge Schaltungen mit einer oder zwei Dioden oder digitale Schaltkreise sein.
Diese erste Begrenzung und diese zweite Begrenzung sind, wie oben dargelegt, voneinander unabhängig, d.h. die eine oder andere kann weggelassen werden oder die Begrenzung kann nur auf einer Seite erfolgen, während bei der anderen die Begrenzung auf der entgegengesetzten Seite oder auf beiden Seiten des Änderungsbereichs der erhaltenen Größe erfolgt. So ergibt sich eine gewichtete Summe A.G1é + B.G2é + C.G3. Diese Figur 3 zeigt, daß die Begrenzung an den Werten der Größen erfolgt, mit denen die gewichtete Summe berechnet wird. Die gleiche Begrenzung kann an den Werten der Größen erfolgen, die zur anfänglichen Bestimmung der Wichtungskoeffizienten erfolgen, entweder unter Nutzung der vorher begrenzten Werte oder durch eine identische Begrenzung mit Rechner 9 bei der Bestimmung der Wichtungskoeffizienten.
Durch die Begrenzung der Änderungsdynamik der berücksichtigten Größen kann dann vermieden werden, daß der Wert des Signals unzulängliche Manövrierfähigkeit durch eine Größe an seine Grenze gelangt, so daß für den Piloten die Auswirkung der Änderungen der beiden anderen Größen auf die Änderung des Signals unzulängliche Manövrierfähigkeit IM verdeckt würde, der damit bei seiner Bedienhandlung zur Wiederherstellung der normalen Flugbedingungen keine Rückinformation erhalten würde. Das kann aber vor allem dann besonders wichtig sein, wenn eine der Größen einen Extremwert aufweist und eine besonders schwierige Flugkonfiguration ausgeführt werden müßte.
In Figur 4 sind die Schaltkreise dargestellt, mit denen eine zweite Variante der Verarbeitung von Figur 2 ausgeführt werden kann, wobei diese zweite Variante zusammen mit der ersten oben dargelegten Variante angewendet werden kann. Die erste Größe G1, die zweite Größe G2 und die dritte Größe G3 aus dem ersten Anzeigegerät 3, dem zweiten Anzeigegerät 4 bzw. dem dritten Anzeigegerät 5 erhalten entsprechend ihrer Auswahl eine ihnen eigene Nullpunktverschiebung. In dem nicht erschöpfenden Beispiel von Figur 4 weisen nur die erste Größe G1 und die zweite Größe G2 eine solche Nullpunktverschiebung auf. Damit wird eine optimale Berücksichtigung des relativen Einflusses jeder der drei Größen erreicht.
Diese Figur 4 zeigt, daß die Nullpunktverschiebung an den Werten der Größen erfolgt, die zur Berechnung der gewichteten Summe dienen. Die gleiche Nullpunktverschiebung kann auch an den Werten der Größen erfolgen, die zur anfänglichen Bestimmung des Wichtungskoeffizienten dienen, entweder durch Anwendung der vorbestimmten Werte mit Nullpunktverschiebung oder durch eine identische Verschiebung mit Rechner 9 bei der Bestimmung der Wichtungskoeffizienten.
Zur Anwendung dieser zweiten Variante werden die in Figur 4 gezeigten Schaltkreise, die bei gleicher Bezugsnummer die gleichen Funktionen wie in Figur 2 haben, sowie spezifische zusätzliche Schaltkreise für die zweite Variante verwendet. An einen ersten Verschiebeschaltkreis 19 und einen zweiten Verschiebeschaltkreis 20 gelangen die Werte der ersten Größe G1 und der zweiten Größe G2, die jeweils eine erste verschobene Größe Gld und eine zweite verschobene Größe G2d abgegeben, die an den ersten Multiplizierer 11 bzw. den zweiten Multiplizierer 12 angelegt werden und damit die Umsetzung der zweiten Variante ermöglichen. Dieser erste Verschiebeschaltkreis 19 und dieser zweite Verschiebeschaltkreis 20 bestehen aus einer Analogschaltung, durch die die als Analogspannung vorliegende Größe durch eine Polarisationsspannung ergänzt wird, oder aus einem digitalen algebraischen Addierer, der den Wert der betreffenden Größe um den gewünschten Wert verschiebt. Im letzten Fall kann der Verschiebewert im Verarbeitungsspeicher 10 gespeichert werden.
Wenn außerdem eine Begrenzung wie oben dargelegt erfolgt, wird diese vor oder nach der Nullverschiebung durchgeführt, und die Werte der Begrenzungsschwellen werden zur Berücksichtigung dieser Verschiebung gegebenenfalls verschoben. Es ist klar, daß bei diesen beiden Varianten Begrenzung oder Nullpunktverschiebung nach der Wichtung der betreffenden Größe durch Korrektur der Werte der Begrenzungs- und Nullpunktverschiebungsschwellen vorgenommen werden können. Damit ergibt sich eine gewichtete Summe A.G1d + B.G2d + C.G3.

Claims

1. Verfahren zur Anzeige einer unzulänglichen Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, daß

-in einer Vorbereitungsphase mit Hilfe einer Vielzahl von N simulierten, berechneten oder tatsächlichen Flugkonfigurationen des Luftfahrzeugs (1)

a) lineare Beziehungen zwischen einer ersten, einer zweiten und einer dritten Größe (G1, G2 und G3) für die vertikale Beschleunigung des Luftfahrzeugs (1), den Neigungswinkel der Flugbahn (2) des Luftfahrzeugs (1) gegenüber der Horizontalen bzw. das Abkipprisiko des Luftfahrzeugs (1) bestimmt werden, indem die entsprechenden momentanen Werte G1i, G2i und G3i mit (i = 1,2,...,j,k,...,N) dieser drei Größen durch entsprechende Koeffizienten A, B und C im Verhältnis zueinander gewichtet werden, so daß, wenn der Manövrierfähigkeitsspielraum bei den entsprechenden Werten G1j, G2j und G3j der drei Größen für unzulänglich gehalten wird, die gewichtete Summe Dj = A.G1j + B.G2j + C.G3j kleiner als jede weitere gewichtete Summe Dk = A.G1k + B.G2k + C.G3k ist, bei der der Manövrierfähigkeitsspielraum bei Werten G1k, G2k und G3k der Größen G1, G2 und G3 für ausreichend gehalten wird;

b) ein Wert DO der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit (SIM) gewählt wird, der größer als jeder Wert Dj einer gewichteten Summe, bei dem der Manövrierfähigkeitsspielraum unzureichend ist, und kleiner als jeder Wert Dk ist, bei dem der Manövrierfähigkeitsspielraum ausreichend ist;

- dann in einer Betriebssphase während des Fluges:

c) gleichzeitig die momentanen Werte der ersten, zweiten und dritten Größe (G1,G2,G3) gemessen werden und die Summe der ersten, zweiten und dritten Größe (G1,G2,G3), die jeweils mit den Wichtungskoeffizienten A, B und C gewichtet werden, berechnet wird, und

d) die Summe mit dem Wert DO der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit (SIM) verglichen und ein Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit (IM) erzeugt wird, wenn die Summe kleiner als der Wert DO der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit (SIM) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Größe (G3) die Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs (1) gegenüber dem Boden (6) darstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Größe (G3) den Anstellwinkel (α) des Luftfahrzeugs (1) darstellt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Wichtungskoeffizienten (A,B,C) gleich 1 ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nullpunkt einiger Größen der ersten, zweiten und dritten Größe (G1,G2,G3) verschoben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einige Größen der ersten, zweiten und dritten Größe (G1,G2,G3) auf mindestens einer Seite ihres Änderungsbereichs begrenzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit (IM) eine Information enthält, die den Umfang der Unzulänglichkeit der Manövrierfähigkeit angibt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit für den quantifizierten Manövrierfähigkeitsspielraum repräsentativ ist oder ein "Alles-oder-Nichts"-Signal ist, das die Unzulänglichkeit der Manövrierfähigkeit angibt.

9. Anwendung des Verfahrens zur Anzeige der unzulänglichen Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, auf die Regelung einer Flugsteuerungsvorrichtung (16) eines Luftfahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, daß das Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit (IM) von der Flugsteuerungsvorrichtung (16) genutzt wird.

10. Anwendung des Verfahrens zur Anzeige der unzulänglichen Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flugsteuerungsvorrichtung (16) im wesentlichen auf diejenigen Größen (G1,G2,G3) wirkt, deren Wert deutlich von einem vorbestimmten Eigengrenzwert abweicht.

11. Anwendung des Verfahrens zur Anzeige der unzulänglichen Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flugsteuerungsvorrichtung (16) auf die Größen (G1,G2,G3) zur Optimierung des Manövrierfähigkeitsspielraums einwirkt.

12. Vorrichtung zur Anzeige einer unzulänglichen Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs (1) mit einem ersten Anzeigegerät (3) zur Abgabe einer ersten Größe (G1) für die vertikale Beschleunigung des Luftfahrzeugs (1), einem zweiten Anzeigegerät (4) zur Abgabe einer zweiten Größe (G2) für den Neigungswinkel der Flugbahn (2) des Luftfahrzeugs (1) gegenüber der Horizontalen und einem dritten Anzeigegerät (5) zur Abgabe einer dritten Größe (G3) für das Abkipprisiko des Luftfahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

- einen ersten, einen zweiten und einen dritten Multiplizierer (11,12,13), an die jeweils die erste, zweite und dritte Größe (G1,G2,G3) gelangen, die die erhaltene Größe jeweils mit einem ersten, zweiten und dritten vorbestimmten Koeffizienten multiplizieren und ein erstes, zweites bzw. drittes Ergebnis abgeben können;

- einen algebraischen Addierer (14), dessen drei Eingängen das erste, zweite bzw. dritte Ergebnis aufgegeben wird und der eine Summe entsprechend der Summierung der an die drei Eingänge angelegten Werte abgeben kann;

- einen Komparator (15), an dessen ersten Eingang die Summe und an dessen zweiten Eingang ein vorbestimmter Wert (DO) der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit (SIM) gelangen und der am Ausgang ein Signal unzulängliche Manövrierfähigkeit (IM) abgeben kann, wenn die Summe vom vorbestimmten Wert (DO) der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit (SIM) in einer solchen Richtung abweicht, daß bei abnehmender Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs (1) gegenüber dem Boden (6) die Abweichung zwischen Wert der Summe und Wert (DO) der Schwelle unzulängliche Manövrierfähigkeit (SIM) zunimmt.

13. Vorrichtung zur Anzeige einer unzulänglichen Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs (1) mit einem ersten Anzeigegerät (3) zur Abgabe einer ersten Größe (G1) für die vertikale Beschleunigung des Luftfahrzeugs (1), einem zweiten Anzeigegerät (4) zur Abgabe einer zweiten Größe (G2) für den Neigungswinkel der Flugbahn (2) des Luftfahrzeugs (1) gegenüber der Horizontalen und einem dritten Anzeigegerät (5) zur Abgabe einer dritten Größe (G3) für das Abkipprisiko des Luftfahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt

- einen ersten und einen zweiten Multiplizierer (11,12), an die jeweils eine der ersten, zweiten und dritten Größe (G1,G2,G3) gelangt, die die erhaltene Größe jeweils mit einem ersten und einem zweiten vorbestimmten Koeffizienten multiplizieren und ein erstes bzw. zweites Ergebnis abgeben können;

- einen algebraischen Addierer (14), dessen drei Eingängen das erste bzw. zweite Ergebnis und diejenige der ersten, zweiten und dritten Größe (G1,G2,G3) aufgegeben werden, die nicht an den ersten und zweiten Multiplizierer (11,12) gelangt, und der eine Summe entsprechend der Summierung der an die drei Eingänge angelegten Werte abgeben kann;

14. Vorrichtung zur Anzeige einer unzulänglichen Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Begrenzer (17,18) hat, mit dem der Anderungsbereich einer der ersten, zweiten oder dritten Größe (G1,G2,G3) begrenzt wird.

15. Vorrichtung zur Anzeige einer unzulänglichen Manövrierfähigkeit eines Luftfahrzeugs (1) nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Verschiebeschaltkreis (19,20) hat, mit dem die Nullreferenz einer der ersten, zweiten oder dritten Größe (G1,G2,G3) verschoben werden kann.