JP2009539692A - 航空機の着陸補助方法および装置 - Google Patents

Abstract

航空機の着陸補助装置および方法である。本発明によれば、滑走路(２)に取り付けられている着陸手順規則に基づき、航空機(１)に許容できる、全エネルギーの下限閾値と上限閾値とが決定され、航空機(１）の現在の全エネルギーが上記の閾値と比較される。
【選択図】 図１

Description

本発明は航空機の着陸補助方法および装置に関する。

滑走路への航空機の着陸に到る進入段階では、航空機の操縦が特に難しいことはよく知られている。この進入段階では、操縦士は大量の情報を有し、この幾らかにより操縦士は尾部あるいは翼が地上との衝突、難しい着陸あるいは滑走路からの逸脱さえも回避できなければならない。この情報は主として航空機の速度、航空機の傾斜(勾配)および航空機の地上からの高さを含み、これらの情報の３つのアイテムは、操縦士が簡単に監視できるように操縦室に表示される。更に、周囲の景色が操縦士に、操縦士の進入平面を感知させる。

航空機の全エネルギー・レベル、即ちその速度と高さとの組み合わせは、滑走路からの逸脱の危険を予想するための必須のパラメータであるが、操縦士が常に予側できるものではない。更に、エネルギ−・レベルは風により影響され得る。

本発明の目的は、よって、航空機の進入段階での全ての時点で航空機のエネルギー状態を操縦士に知らせることである。

このため、本発明によれば、現在の高さｈに位置し、滑走路に向けて現在の進入速度Ｖで降下して、上記の滑走路と現在の進入角度γを形成する現在の進入軌道を辿り、上記の現在の進入速度Ｖと上記の現在の進入角度γとは、それぞれ、理想的には、上記の滑走路と関連する一定の基準進入速度Ｖrと一定の基準進入角度γrとに近いことを必要とする、進入段階の航空機の着陸補助方法では、
− 現在の進入角度γが少なくとも上記の基準進入角度γrにほぼ等しい場合、上記の滑走路に航空機を完全に停止させる、上記の基準進入速度Ｖrの両側である、進入速度値の範囲が前もって決定され、上記の進入速度値の範囲は下限値Ｖinfと上限値Ｖsupとにより制限され、
− 現在の進入速度Vが少なくとも上記の基準進入速度Ｖrにほぼ等しい場合、上記の滑走路に航空機を完全に停止させる、上記の基準進入角度γrの両側である、進入角度値の範囲が前もって決定され、上記の進入角度値の範囲は下限値γinfと上限値γsupとにより制限され、
−・ 現在の進入速度Ｖと現在の進入角度γとがそれぞれ、上記の下限値Ｖinfと下限値γinfとに等しい状況に対応する全エネルギーの下限閾値Ｅinfと
・ 現在の進入速度Ｖと現在の進入角度γとがそれぞれ、上記の上限値Ｖsupと上限値γsupとに等しい状況に対応する全エネルギーの上限閾値Ｅsupと、
・ 上記航空機の現在の全エネルギーＥとが計算され、
− 上記の現在の全エネルギーＥが上記の全エネルギーの下限閾値Ｅinfと上限閾値Ｅsupと比較され、航空機が上記の滑走路で停止できる理論的可能性についての指示を得ることを特徴とする。

本発明は、各滑走路が、着陸勧告(あるいは強制)、基準進入速度および基準進入角度に関するものを含む１組の関連する手順規則を有するという事実を利用する。更に、本発明は、民間空輸では、航空機の操縦はこれらの着陸手順規則をできる限り遵守することも心得ている。

よって、本発明によれば、最低の可能な進入速度と進入勾配とを考慮する上記の全エネルギーの下限閾値は、航空機が正しい着陸を無事できる最低限度のエネルギー・レベルを示す。然し、このためには、最高の可能な進入速度と勾配とを考慮する上記の全エネルギー・レベルの上限閾値は最高限度のエネルギー・レベルを構成する。よって、航空機の現在の全エネルギーはこれらの最低限度のエネルギー・レベルと最高限度のエネルギー・レベルとの間に位置する必要がある。全エネルギー・レベルの最低限度未満では、航空機は、エンジンおよび／または迎角制御面に作用して克服しようとしなければならない全エネルギーの不足を呈する。他方、上記の最高全エネルギー・レベルを越えると、航空機の全エネルギーは過剰になり、操縦士はエンジン、迎角制御面、エア・ブレーキ等を用いてエネルギーを発散させようとしなければならない。

現在の全エネルギーＥを上記の下限閾値Ｅinfと上限閾値Ｅsupとを比較するだけで航空機が停止できるかどうかを決定できることは明らかであり、(滑走路から逸脱してあるいは逸脱することなく)滑走路で航空機が有効に停止するには、滑走路の状態(雨、氷等)、着陸装置のタイヤの状態等のその他の標準パラメータに左右される。

一方では、航空機の現在の全エネルギーＥと、(他方では)全エネルギーの上記の下限閾値Ｅinfおよび上限閾値Ｅsupのとの間での比較が多くの異なる方法でなされ得る。

例えば、以下の指標I1が計算でき、

指標は、正しい進入と着陸のために許容できるエネルギー・レベルに対応する０と１との間になければならない。

変形例として、
− 進入速度と進入角度とがそれぞれ基準進入速度Ｖrと基準進入角度γrとに等しい状況に対応する基準全エネルギーＥrを計算して、
− 上記の現在の全エネルギーＥと上記の基準全エネルギーＥrとを比較することができ、この比較の結果それ自体が、上記の下限閾値Ｅinfと上限閾値Ｅsupの少なくとも１つに匹敵することができる。

この場合、
− 現在の全エネルギーＥが基準全エネルギーＥrより大きければ、Ｅ−ＥrがＥsup−Ｅrに匹敵し得、
− 現在の全エネルギーＥが基準全エネルギーＥr未満であれば、Ｅ−ＥrがＥinf−Ｅrに匹敵し得る。

上記の進入速度の下限値Ｖinfおよび上限値Ｖsupが上記の基準進入速度Ｖrに、数ノットのプラスマイナス(誤差)があっても、少なくともほぼ等しいのが好ましい。例えば、下限値ＶinfはＶr−３ノットに等しくてもよく、上限値ＶsupはＶr＋１０ノットに等しくてもよい。

同様に、上記の進入角度の下限値γinfおよび上限値γsupが上記の基準進入角度γrに、１度の数十分の１のプラスマイナス(誤差)があっても、少なくともほぼ等しいのが好ましい。例えば、基準進入角度γrが３度に近い場合、下限値および上限値は、γr−０.３度およびγr＋０.３度に等しくてもよい。角度編差は当該滑走路に対し認められている範囲に従って選択されるのは明白である。

航空機の全エネルギー・レベルが正しい、過剰あるいは不足していることを示すこの比較の結果は、可聴あるいは可視の警告、表示等のいずれかの既知の手段により操縦士に知らされる。よって、操縦士は、原因を知って、適宜、不正エネルギー・レベルを修正あるいは再復行操縦を行なうことさえするように努めることができる。このため、この比較の結果が、操縦士の近く、特に、ＰＦＤスクリーンのような、操縦士が頻繁に観れる標準操縦スクリーンに表示されるのが重要である。

航空機の全エネルギーの変化は比較的遅い、よって、更に、操縦士に航空機のこの状況のより早い動向を与えることが望ましい。よって、これと関連している上記の全エネルギー比較結果に対し、上記の滑走路での航空機の完全な停止に関する、例えば、２００６年２月１７日出願のフランス特願第０６ ０１３９５号に記載されている方法を実施して生じるような、滑走路での航空機の完全な停止の予想指示を提供することができる。

本発明による方法を実施するため、
−・ 少なくとも、航空機の現在の質量ｍ、現在の高さｈ、現在の進入速度Ｖ、現在の進入角度γと、下限速度値Ｖinf、上限速度値Ｖsup、進入角度の下限値γinfと進入角度の上限値γsupと、適宜、基準進入速度Ｖrと、基準進入角度γrとに関する情報を受け取り、
・ その値が航空機の現在の全エネルギーＥのレベルが正しい、過剰あるいは不足しているとの事実を示す少なくとも１つの指標を計算する
計算手段と、
− 上記の指標と、正しい全エネルギー・レベルと過剰あるいは不足の全エネルギー・レベルとの間での変わり目に対応する少なくとも１つの閾値とを比較する比較手段とからなる装置を用いることができ、上記の比較手段は、少なくとも航空機の上記の現在の全エネルギー・レベルＥが過剰あるいは不足している場合少なくとも１つの警告装置を作動できる。

添付図面の図により本発明がどのように実施されるかが明確に示めされる。これらの図中、同一の符号は同一の要素を示す。
図１に略示されている状況では、飛行機１は滑走路２に着陸する目的で進入段階中であり、滑走路２の使用可能な長さＬは近位端入口Ｓpと遠位端入口Ｓdとの間に制限される。飛行機１は現在の進入角度γで現在の進入軌道３を辿り、現在の進入速度Ｖで滑走路２に向け降下する。飛行機１が上記の近位端入口Ｓpから水平距離Ｘ、即ち、地上５の点４に対する垂直面で、近位端入口Ｓpから距離Ｘ離れていると、現在の軌道３での現在の高さはｈに等しい。

正しい着陸の可能性を最適にする、滑走路２に付与されている着陸手順規則に従えば、飛行機１の現在の進入軌道３は近位端入口Ｓpの上方で、軌道３の水平飛行の開始点６に対応する規定高度ｈoに位置する基準点Ｐoを通過しなければならない。更に、これらの着陸手順規則に従えば、飛行機１は基準進入軌道７に位置するのが理想的であり、基準点Ｐoを通過し、基準進入角度γrを提示するのは明白である。上記基準進入軌道７上での上記飛行機の速度は基準進入速度Ｖrに等しい。そのような理想的な状況では、航空機１は、予想されない状況は別として、滑走路２の使用可能な長さＬ未満の距離ｌで滑走路２の近位端入口Ｓpから離れている、滑走路２の点８で停止できるのは確実である。この点に対する垂直面で、上記の基準進入軌道７の高さはｈrにより示されている。

本発明によれば、航空機がその現在の速度Vと現在の勾配γとで滑走路２上に完全に停止できる可能性を有するかどうかを予測するために、第１工程は
− 現在の進入角度γが基準進入角度γrに少なくともほぼ等しい場合、滑走路２上で飛行機１を完全に停止させる進入速度値の範囲である、基準進入速度Ｖrの両側を、(図１には示されていない方法で)前もって決定し、この進入速度値の範囲は下限値Ｖinfと上限値Ｖsupとにより制限され、
− 現在の進入速度Ｖが基準進入角度Ｖrに少なくともほぼ等しい場合、滑走路２上で飛行機１を完全に停止させる進入角度値の範囲１０である、基準進入角度γrの両側を前もって決定し、上記の進入角度値の範囲10は下限進入軌道11に対応する下限値γinfと、上限進入軌道12に対応する上限値γsupとにより制限され、上記の点４に対する垂直面で、上記の下限および上限進入軌道11と12とはそれぞれｈinfとｈsupとにより示されている。

進入速度値と進入角度値とのこれら２つの範囲を決定した後、以下が計算される。

ここで、ｈは飛行機１の機内で知ることができ、ｍは飛行機１の質量、ｇは重力の加速度である、
− 全エネルギーの下限閾値Ｅinfは、飛行機１の進入速度と進入角度がそれぞれ下限値Ｖinfと下限値γinfとに等しい状況に対応し、よって、上記の下限閾値は

に等しい。
ここで、tanγinfは進入角度の下限値γinfの正接で、
距離Ｘはｈ／tanγに等しく、tanγは現在の進入角度γの正接である、
− 全エネルギーの上限閾値Ｅsupは、飛行機１の進入速度と進入角度がそれぞれ上限値Ｖsupと上限値γsupとにそれぞれ等しい状況に対応し、よって、上記の閾値は

に等しい。
ここで、tan γsupは進入角度の上限値γsupの正接である

そして、飛行機１の現在の全エネルギーＥを全エネルギーの下限閾値Einfと上限閾値Esupと比較する。

このため、指標Ｉ1が所定の式

により計算できる。

− Ｉ1が１より大きければ、飛行機１の現在の全エネルギーＥは高すぎて、滑走路を長手方向に逸脱する危険が現実のものとなり、
− Ｉ1が０未満であれば、飛行機１の現在の全エネルギーＥは低すぎで、飛行機は滑走路の近位端入口Ｓpを越えて接地できないという危険を冒し、
− 他方、Ｉ1が０と１との間にあれば、飛行機１の現在の全エネルギーＥは、航空機１を滑走路２上で停止させ得る、上手く行なわれる進入に対応する。

現在の全エネルギーＥを上記の全エネルギーの下限閾値Ｅinfと上限閾値Ｅsupと比較するため、変形例として、飛行機１の進入速度と進入角度とがそれぞれ基準進入速度Ｖrと基準進入角度γrとに等しい状況に対応する基準全エネルギーＥrを用いることができる。この基準全エネルルギーは、よって、

に等しい。
ここで、tan γrは基準進入角度γrの正接である

現在の全エネルギーＥが基準全エネルギーＥrより大きければ、以下の指標

が計算でき、正しい進入に対応する1未満にとどまらなくてはならない。Ｉ2が１より大きければ、飛行機１は過剰なエネルギーを呈し、滑走路２上で停止できない。

EがEr未満であれば、以下の指標

が計算でき、滑走路２に対する飛行機１の正しい進入に対応する１より大きくなくてはならない。Ｉ3が１より未満であれば、飛行機１の全エネルギーは滑走路２への正しい進入には不十分である。

上記の計算と比較とを行なうため、図２に示されている装置を使うことができる。この装置は、基準点Ｐoの規定高度ｈo、質量ｍ、高度ｈ、現在の進入速度Ｖ、現在の進入角度γ、速度下限値Ｖinf、速度上限値Ｖsup、進入角度下限値γinf、進入角度上限値γsupをその入力で受け取るコンピュータ20を備える。このコンピュータ20は、又、その入力で基準進入速度Ｖrと基準進入角度γrとを受け取る。

式(１)、(２)、(３)および(４)を用いて、コンピュータ20はそれぞれ現在の全エネルギーＥと、全エネルギーの下限閾値Ｅinfおよび全エネルギーの上限閾値Ｅsupとを計算する。また、コンピュータ20は指標Ｉ1も計算する。式(５)、(６)および(７)を用いて、コンピュータ20は、変形例として、基準全エネルギーＥrと、指標Ｉ2とＩ3とを計算する。

上記のコンピュータ20は、指標Ｉ1あるいは指標Ｉ2およびＩ3を示す指標Ｉを(上記のコンピュータ20の一体部分である)比較器21に送信する。比較器21は、飛行機１が正しい進入および着陸を行なえないエネルギーの過剰あるいは不足を指標Ｉの値が示す場合、上記の指標Ｉの値を(上記の結果０あるいは１に等しい)少なくとも１つの閾値と比較して、可視警告22および／または可聴警告23を作動させ、および／またはスクリーン25に警告メーセージ24を表示できる。

図３では、スクリーン25の代表としてＰＦＤ(主飛行表示)スクリーンが示されており、このスクリーン上に、操縦士に飛行機のエネルギーが正しい着陸には過剰であることを知らせるメッセージ“High Energy(高エネルギー)”24が表示される。エネルギーが不足している場合は、上記のメッセージ24が例えば“Low Energy(低エネルギー)”となることは明かである。

正しければ、飛行機の全エネルギー・レベルも又、例えば“Correct Energy(正しいエネルギー)”の形態で上記のスクリーン25に表示され得る。

図１は本発明による方法を示す略図を示す。 図２は本発明の方法を実施する装置のブロック図を示す。 図３は本発明の方法の実施により生じる警告信号の表示の例を示す。

Claims (10)

1. 現在の高さ(ｈ)に位置し、滑走路(２)に向けて現在の進入速度(Ｖ)で降下して、上記の滑走路(２)と現在の進入角度(γ)を形成する現在の進入軌道(３)を辿り、上記の現在の進入速度(Ｖ)と上記の現在の進入角度(γ)とは、それぞれ、理想的には、上記の滑走路(２)と関連する一定の基準進入速度(Ｖr)と一定の基準進入角度(γr)とに近いことを必要とする、進入段階の航空機(１)の着陸補助方法では、
   − 現在の進入角度(γ)が少なくとも上記の基準進入角度(γr)にほぼ等しい場合上記の滑走路(２)に航空機(１)を完全に停止させる、上記の基準進入速度(Ｖr)の両側である、進入速度値の範囲が前もって決定され、上記の進入速度値の範囲は下限値(Ｖinf)と上限値(Ｖsup)とにより制限され、
   − 現在の進入速度(Ｖ)が少なくとも上記の基準進入速度(Ｖr)にほぼ等しい場合上記の滑走路(２)に航空機(１)を完全に停止させる、上記の基準進入角度(γr)の両側である、進入角度値の範囲(10)が前もって決定され、上記の進入角度値の範囲(10)は下限値(γinf)と上限値(γsup)とにより制限され、
   −・ 現在の進入速度(Ｖ)と現在の進入角度(γ)とがそれぞれ、上記の下限値(Ｖinf)と下限値(γinf)とに等しい状況に対応する全エネルギーの下限閾値(Ｅinf)と、
   ・ 現在の進入速度(Ｖ)と現在の進入角度(γ)とがそれぞれ、上記の上限値(Ｖsup)と上限値(γsup)とに等しい状況に対応する全エネルギーの上限閾値(Ｅsup)と、
   ・ 上記航空機の現在の全エネルギーＥとが計算され、
   − 上記の現在の全エネルギー(Ｅ)が上記の全エネルギーの下限閾値(Ｅinf)と上限閾値(Ｅsup)と比較され、航空機が上記の滑走路で停止できる理論的可能性についての指示を得ることを特徴とする方法。
2. 上記の比較を行なうため、指標Ｉ1が式
   

   

   
   により計算されることを特徴とする請求項１に記載された方法。
3. − 進入速度と進入角度とがそれぞれ基準進入速度(Ｖr)と基準進入角度(γr)とに等しい状況に対応する基準全エネルギーＥrが計算され、
   − 上記の現在の全エネルギー(Ｅ)と上記の基準全エネルギー(Ｅr)とが比較され、この比較の結果それ自体が上記の全エネルギーの下限閾値(Ｅinf)と上限閾値(Ｅsup)との少なくとも１つに匹敵することを特徴とする請求項１に記載された方法。
4. − 現在の全エネルギー(Ｅ)が(基準全エネルギーＥr)より大きければ、(Ｅ−Ｅr)が(Ｅsup−Ｅr)に匹敵でき、
   − 現在の全エネルギー(Ｅ)が基準全エネルギー(Ｅr)未満であれば、(Ｅr−Ｅ)が(Ｅr−Ｅinf)に匹敵できることを特徴とする請求項３に記載された方法。
5. 上記の進入速度の下限値(Ｖinf)と上限値(Ｖsup)とが、それぞれ数ノットのプラスマイナスのある上記の基準進入速度(Ｖr)に少なくともほぼ等しいことが好ましいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載された方法。
6. 上記の進入角度の下限値(γinf)と上限値(γsup)とが、それぞれ１度の数十分の１の±のある上記の基準進入角度(γr)に少なくともほぼ等しいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載された方法。
7. 上記の比較の結果が航空機の操縦士の近くで表示されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載された方法。
8. 上記の滑走路上での航空機の完全な停止についての予想指示が上記の比較の結果と関連していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. −・ 少なくとも、航空機(１)の現在の質量(ｍ)、現在の高さ(ｈ)、現在の進入速度(Ｖ)、現在の進入角度(γ)と、下限速度値(Ｖinf)、上限速度値(Ｖsup)、進入角度の下限値(γinf)と進入角度の上限値(γsup)と、適宜、基準進入速度(Ｖr)と、基準進入角度(γr)とに関する情報を受け取り、
   ・ その値が航空機(１)の現在の全エネルギー(Ｅ)のレベルが正しい、過剰あるいは不足しているとの事実を示す少なくとも１つの指標(Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3)を計算する
   計算手段(20)と、
   − 上記の指標(Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3)と、正しい全エネルギー・レベルと過剰あるいは不足の全エネルギー・レベルとの間での変わり目に対応する少なくとも１つの閾値とを比較する比較手段(21)とからなり、この比較手段(21)が、少なくとも航空機(１)の上記の現在の全エネルギー・レベル(Ｅ)が過剰あるいは不足している場合少なくとも１つの警告装置(22、23、24)を作動できることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載された方法を実施する装置。
10. 少なくとも１つの警告装置(25)が、上記の比較手段(21)の作動のもとに現在の全エネルギー・レベルに関し警告メッセージ(24)が書ける標準操縦スクリーンからなることを特徴とする請求項９に記載された装置。

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