JP4940143B2 - 航空機用の地形回避および警報の方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、航空機、とくには民間航空機の地形回避および警報の方法および装置に関する。

例えばＴＡＷＳ式(「地形回避警報システム」)またはＧＰＷＳ式(「対地接近警報システム」)などといった装置が、航空機について周囲の地形との衝突の恐れを検出することを目的としており、そのような恐れが検出された場合に、地形回避の操縦を実行できるよう乗員に警報することを目的としていることが、知られている。そのような装置は、通常は、
・少なくとも航空機の前方の地形の輪郭を知る第１の手段、
・航空機の回避の軌跡を割り出すための第２の手段、
・前記第１および第２の手段に接続され、航空機について地形との衝突の恐れが存在するか否かを確認するための第３の手段、および
・前記第３の手段によって衝突の恐れが検出された場合に、警報信号を発するための第４の手段
を有している。

通常は、前記第２の手段が、航空機の種類にかかわらず、かつ航空機の実際の性能とも無関係に、民間の航空機については一般に６°である固定かつ不変の値を呈する勾配を使用することによって、回避の軌跡(これが、地形との衝突の恐れを検出するため、第３の手段によって考慮される)を割り出す。

当然ながら、このような計算の態様は、航空機の実際の性能を過小評価または過大評価する恐れを呈しており、これが、衝突の恐れのあまりにも遅い検出、あるいは誤った警報をもたらす可能性がある。したがって、このような計算の態様は、完全に信頼できるものではない。

文献第ＥＰ−０７５０２３８号が、上述の形式の地形回避装置を開示している。この公知の装置は、一方が航空機について予測される実際の軌跡を表しており、他方がとくには予測される上昇の軌跡におそらくは対応している２つの軌跡を割り出した後に、それらを眼下の地形の輪郭と比較している。この従来の文献は、これらの軌跡を予測するために航空機の運動能力を考慮しているが、これらの軌跡を実際に計算または予測するやり方を示していない。

本発明は、航空機の地形回避および警報の方法であって、上述の欠点の改善を可能にする方法に関する。

この目的のため、本発明によれば、上記方法が、
Ｉ) 予備的段階において、航空機の性能であって航空機が飛行することができる回避運動の勾配に関係している性能についての少なくとも１つのデータベースを、特定の飛行パラメータの関数として形成し、
エンジン故障の場合には、航空機が飛行することができる回避運動の勾配が、航空機のすべてのエンジンが正常動作をしている場合の名目上の勾配から推論されて、前記エンジン故障に応じた推論が適用され、
II) その後の航空機の飛行中に、
ａ) 前記特定の飛行パラメータの実飛行に基づいた値が割り出され、
ｂ) これら前記特定の飛行パラメータの実飛行に基づいた値および前記データベースにもとづいて、回避の軌跡が割り出され、
ｃ) 前記回避の軌跡および航空機の少なくとも前方に位置する地形の輪郭の助けによって、当該航空機について、前記地形との衝突の恐れが存在するか否かを確認すべくチェックが行われ、
ｄ) 衝突の恐れが存在する場合に、対応する警報信号が発せられる
ことを特徴とする。

このように、本発明によれば、上述のように固定かつ不変の勾配の値を使用するのではなく、前記データベースの特性および前記実効値の測定のおかげで、航空機の実際の性能を考慮に入れることによって回避の軌跡が割り出される。したがって、地形との衝突の恐れの検出が、航空機の実際の能力を考慮に入れて行われ、とくに誤った警報の防止およびきわめて信頼できる監視の達成が可能になる。上述の文献第ＥＰ‐０７５０２３８号が、特定の飛行パラメータの実効値にもとづく勾配(回避の軌跡についての)の割り出しおよび使用を行っていない点に、注意すべきである。

好都合には、前記データベースを形成するために、前記勾配について、前記飛行パラメータに関する種々の値のそれぞれの場合を代表している複数の値が割り出される。好ましくは、前記飛行パラメータが、航空機についての以下のパラメータ、すなわち、
・質量、
・速度、
・高度、
・周囲温度、
・センタリング(centering)、
・主脚の位置、
・空気力学的構成、
・空調システムの動作、
・氷結防止システムの動作、および
・エンジンについて生じうる故障
のうちの少なくともいくつかを含んでいる。

さらには、好都合には、少なくとも１つの飛行パラメータについて、前記データベースを形成するために所定の固定値を使用することで、データベースのサイズを小さくすることができる。この場合、好ましくは、飛行パラメータの所定の固定値として、この飛行パラメータの値のうちで航空機の勾配に最も不利な影響を呈する値が使用される。例えば、航空機のセンタリングを、最も不利である前部制限値(front limit value)に固定することができる。

好ましい実施の形態においては、速度について、既知であって衝突の恐れの警報の後に航空機が標準的な地形回避の手順の際に通常飛行する安定な最小速度(stabilized minimum speed)が使用され、すなわち航空機の飛行制御のための速度に関する保護値(speed-wise protection value)に対応する固定値が使用される。

航空機の低高度飛行の監視に適用される変種においては、好都合には、速度について、先の例のような最小速度ではなく、最良の勾配(best slope)の速度に相当する所定の値が使用される。

さらには、前記データベースを形成するため、エンジンの故障の場合に、航空機が飛行することができる回避運動の勾配が、航空機のすべてのエンジンが正常動作(故障なし)をしている場合の最小の勾配から推論され、前記エンジンの名目上の故障(nominal failure)に応じた推論が適用される。好ましくは、この推論が、前記公称の勾配(すべてのエンジンが機能している状態の航空機の勾配)をモデル化する多項式関数によって計算される。

さらに本発明は、航空機、とくには民間航空機のための地形回避および警報の装置に関し、この装置が、
・航空機の少なくとも前方の地形の輪郭を知る第１の手段、
・回避の軌跡を割り出すための第２の手段、
・前記第１および第２の手段へと接続され、航空機について地形との衝突の恐れが存在するか否かを確認するための第３の手段、および
・前記第３の手段によって衝突の恐れが検出された場合に、警報信号を発するための第４の手段
を有する形式の装置である。

一般に、前記第２の手段が、航空機が警報の後の標準的な地形回避の手順において通常飛行する最小速度よりも大きい航空機の現在の速度において回避の勾配を計算することによって、回避の軌跡を割り出すことが知られている。結果として、この回避の勾配は、回避の際に実際に飛行される勾配と異なっている。このような計算の態様は、最初に航空機の実際の性能を過小評価することによって、誤った警報の原因となりうる。

とくにこれらの欠点を改善するために、上述の形式の装置は、本発明によれば、航空機の性能についてのデータベースであって、航空機が飛行することができる回避運動の勾配に関する性能を特定の飛行パラメータの関数として含んでいる少なくとも１つのデータベースと、航空機の飛行中に前記特定のパラメータの実効値を割り出すための第５の手段と、をさらに有しており、前記第２の手段が、前記データベースおよび前記第５の手段からそれぞれ受け取られるきっかけに基づく動作として、前記回避の軌跡を割り出すように構成されていることを特徴とする。

その結果、前記データベースの設計は、地形を回避するための航空機の上昇性能に関して予測能力を考慮に入れている。さらに、後に関連の勾配をもたらすために、回避段階の速度が(後述のように最小速度に)あらかじめ定められ、したがって航空機の現在の速度(この最小速度よりも大きいことが必然である)が不要になり、本発明による装置によって計算される回避の勾配を安定させることができ、したがって誤った警報を防止できる。

特定の実施の形態においては、本発明による装置が、航空機の種々のカテゴリにそれぞれ関係している複数のこのようなデータベース、およびこれらデータベースの中から当該装置が搭載されてなる航空機に関する１つを選択するための選択手段を有しており、前記第２の手段が、前記選択されたデータベースからのきっかけを使用して、前記回避の軌跡を割り出す。

前記カテゴリのそれぞれは、
・１種類の航空機、または、
・例えば実質的に同等の性能を呈しており、まとめて１つの同じカテゴリに分類される航空機の種類の組
を含んでいる。

添付の図面の図が、本発明を具現化できる方法を、明らかにするであろう。これらの図において、同じ参照記号は、同様の構成要素を指し示している。

図１および２に図式的に示されている本発明による装置１は、航空機、とくには民間航空機について周囲の地形との衝突のいかなる恐れを検出すること、およびそのような恐れが検出された場合に、地形回避の操縦を実行できるよう航空機の乗員に警報することを目的としている。

航空機に搭載される例えばＴＡＷＳ式(「地形回避警報システム」)またはＧＰＷＳ式(「対地接近警報システム」)であるそのような装置１は、標準的なやり方で、
・航空機の少なくとも前方の地形の輪郭を知るため、例えば地形についてのデータベースおよび／または地形を検出するためのレーダなどの手段を有している手段２、
・回避の軌跡を割り出すための手段３、
・リンク５および６によって前記手段２および３に接続され、前記手段２および３によって送信されるキューにもとづいて、航空機について地形との衝突の恐れが存在するか否かを標準的なやり方で確認するための手段４、および
・リンク８によって前記手段４に接続され、前記手段４によって衝突の恐れが検出された場合に、警報信号(聴覚および／または視覚による)を発するための手段７
を有している。

本発明によれば、
前記装置１が、
・航空機の性能についてのデータベースであって、その性能が、後述される特定の飛行パラメータの関数として当該航空機が飛行することができる回避運動の勾配に関係している少なくとも１つのデータベースＢｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎ、および
・前記特定の飛行パラメータの実効値を、航空機の飛行中に割り出すための手段９
をさらに有しており、
前記手段３が、それぞれリンク１０および１１によって前記データベースＢｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎ、および前記手段９へと接続され、後述のように、前記データベースＢｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎ、および前記手段９の両者から受信されるきっかけに基づく動作として、前記回避の軌跡を割り出すように構成されている。

さらに、本発明によれば、前記データベースＢｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎが、後述される様相で、航空機の飛行の前に、予備的工程において地上で形成される。

詳しくは、前記データベースＢｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎを形成するため、前記勾配について、前記飛行パラメータに関する複数の種々の値を代表する複数の値が割り出される。それら飛行パラメータは、航空機の飛行特性(速度、質量、など)に関係するパラメータ、航空機の各種システム(空調、氷結防止、など)に関するパラメータ、および航空機の外部の環境(温度)に関するパラメータを含んでいる。好ましくは、前記飛行パラメータが、航空機に関する以下のパラメータのうちの少なくともいくつかを含んでいる。
・航空機の質量
・航空機の速度
・航空機の高度
・周囲温度
・航空機のセンタリング
・航空機の主脚の位置
・空気力学的構成(すなわち、飛行機の場合には、翼のスラットおよびフラップの位置)
・航空機の標準的な空調システムの動作(あるいは、非動作)
・航空機の標準的な氷結防止システムの動作(あるいは、非動作)
・航空機のエンジンについて生じうる故障

或る特定の実施の形態においては、前記勾配が、試験飛行を通じて手直しされたモデルからもたらされる航空機の性能についての標準的な文書資料(例えば、飛行マニュアル)にもとづき、前記飛行パラメータの関数として、標準的なやり方で計算される。

さらに、上述の飛行パラメータの少なくとも１つについて、前記データベースＢｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎを形成するために所定の固定値が使用され、データベースＢｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎのサイズを小さくすることを可能にしている。この場合、好ましくは、飛行パラメータについての所定の固定値として、この飛行パラメータの値のうちで航空機の勾配に最も不利な影響を呈する値が使用される。例えば、航空機のセンタリングを、最も不利である前部制限値に固定することができ、空気の吹き出しの設定(氷結防止および空調)を、航空機の性能に対して控え目なままであるように固定することができる。

好ましい実施の形態においては、速度について、航空機の飛行制御のための速度に関する保護値に対応する固定値が使用され、すなわち例えば速度Ｖαｍａｘ(最大の取り付け角(angle of incidence)における速度)または速度ＶＳＷ(「失速警報」形式の)など、警報後の標準的な地形回避運動の際の、航空機の通常飛行の最小速度が使用される。さらに詳しくは、飛行エンベロープが標準的なコンピュータによって失速から保護されている航空機においては、航空機がこの最小速度に相当する取り付け角を超えて行き過ぎることがないように、標準的な回避運動が、これらのコンピュータによって維持される最小速度に対応する上昇の勾配へと航空機を案内することが知られている。したがって、この上昇の勾配(安定化されている)が、上述の飛行パラメータ(速度以外の)の設定によって定められる、考えられるすべての条件について最初に割り出され、次いでデータベースＢｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎへと統合されるようなやり方でモデル化されている。

このように、本発明によれば、
・回避段階の速度があらかじめ決定され、その後に該当の勾配がもたらされるため、データベースＢｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎの設計が、予測の能力を導入している。したがって、航空機の現在の速度(この最小速度よりも大きいことが必然であるため)が不要となり、装置１によって計算される回避の勾配を安定させることができる。このモデル化がない場合、装置１は、航空機の現在の速度において回避の勾配を計算すべきであり、したがってこの回避の勾配は、回避の際に実際に飛行される勾配と異なると考えられる(そして、航空機の減速と歩調を合わせて、この後者の勾配に向かう傾向であると考えられる)。この種の計算は、最初に航空機の実際の性能を過小に評価することによって、誤った警報を引き起こす可能性がある。したがって、本発明による上述のモデル化が、装置１について(勾配の計算の速度を統合することによって)安定な計算の勾配の提供を可能にし、誤った警報を防止できるようにする。
・このパラメータ(速度)の統合化は、データベースＢｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎのサイズの顕著な低減を可能にする。
・データベースＢｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎが、法的根拠(認証されたデータである最小速度における勾配)にもとづいて構成されているため、データベースの完全性のレベルを保証する「ＤＯ‐２００Ａ」基準に沿った(したがって、この基準に関して適格である)データの生成のためのプロセスを容易に策定することができる。

さらに、本発明の相補的な解決策が、すべてのエンジンが使用できる状態での勾配にもとづき、エンジンの故障時に飛行することができる最大の勾配のモデル化、および多項式関数によってモデル化される(負の)勾配の推論Δｐの追加を目的とすることに、注目できる。このモデル化は、データベースＢｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎを収容するように意図されたメモリのサイズを大幅に少なくすることを可能にする(原理上は、係数２または３によって縮小されるメモリ・サイズ)。この勾配の推論Δｐは、
Δｐ＝Ｋ１．ＰＯ＋Ｋ２
という形式で表現でき、ここで、
ＰＯは、すべてのエンジンが使用できる状態の勾配に対応し、
Ｋ１およびＫ２は、類似の幾何学的構成の航空機の機種全体に適用できる定数を表している。

さらに、以上説明した本発明について想定される用途を、航空機の低高度飛行の監視機能について予想することができる。先の説明と比べたときの主な相違は、モデル化される勾配が、もはや最小の速度についてモデル化されるのではなく、後述する特定の速度(エンジン故障という条件での)における勾配についてモデル化されるという事実に関係している。今回は、モデル化の目的が、エンジンの故障に関して、(低高度飛行の際の)航空機の飛行を安全にすることにある。上述の地形衝突回避の手順と異なり、(低高度飛行の際の)エンジン故障の場合に適用できる手順は、航空機を最良の勾配の速度にすることを目的としている。最良の勾配の速度という表現は、速度飛行ドメイン(ｓｐｅｅｄ ｆｌｉｇｈｔ ｄｏｍａｉｎ)から離れることなく、最小の距離で最大の高度を獲得できるようにする速度を意味するものと理解すべきである。一方で、最良の勾配の速度は、上述の飛行パラメータ(質量、高度、など)の少なくともいくつかの関数としてあらかじめ定められる速度であるため、上述の原理は同じまま変わらない。

性能データベースＢｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎが、前方に位置しおよび／または以降の飛行計画に沿って位置する障害物を上方を通過することによって回避するという航空機の能力について、リアルタイムでの計算を可能にする点に、注目できる。すなわち、本発明による装置１は、前記データベースＢｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎの特徴のおかげ、および前記実効値の測定のおかげで、航空機の実際の性能を考慮に入れることによって、回避の軌跡を割り出す。結果として、地形との衝突の恐れの検出が、航空機の実際の能力を考慮に入れることで、とくには誤った警報の防止およびきわめて信頼できる監視の実現を可能にする。

図２に示した特定の実施の形態においては、本発明による装置１が、
・航空機のｎ個(ｎは、１よりも大きい整数)の異なるカテゴリにそれぞれ関係するデータベースＢ１、Ｂ２、……、Ｂｎの組１２、および
・リンクｌ１、ｌ２、……、ｌｎによって前記データベースＢ１、Ｂ２、……、Ｂｎへとそれぞれ接続され、これらデータベースＢ１、Ｂ２、……、Ｂｎの中から、当該装置１が取り付けられている航空機に関係する１つを選択するための選択手段１３を有している。リンク１０によって前記選択手段１３へと接続された前記手段３が、前記選択手段１３によって選択されたデータベースからのキューのみを使用し、前記回避の軌跡を割り出す。

航空機の前記カテゴリのそれぞれは、１種類の航空機を含んでおり(すなわち、カテゴリが種類に相当する)、あるいは例えば実質的に同等の性能を呈しており、まとめて１つの同じカテゴリに分類される航空機の種類の組を含んでいる(すなわち、カテゴリが複数の種類を含んでいる)。

好ましくは、選択手段１３によって実行される航空機を表すデータベースの選択は、ピン・プログラミング(pin programming)(すなわち、航空機のカテゴリに応じた０または１の論理レベルに対応する航空機と装置１との間のコネクタの端子)によって実行される。これは、考慮対象の種々のカテゴリ(または、種類)の航空機のすべてについて、ただ１種類の設備(装置１)を有することを可能にし、したがってこの設備が、それ自身で自身が設置された航空機のカテゴリを決定する。代案として、このプログラミングを、ソフトウェアの様相で実行してもよく、選択手段１３が、例えばデータ・リンクを介して、航空機のカテゴリに応じたデジタル値を受け取り、この受け取ったデジタル値の関数として選択を行う。

本発明による地形回避および警報の装置の一実施形態の概念図である。 本発明による地形回避および警報の装置の異なる実施形態の概念図である。

Claims (10)

1. 航空機の地形回避および警報の方法であって、
   Ｉ)予備的段階において、航空機の性能であって航空機が飛行することができる回避運動の勾配に関係している性能についての少なくとも１つのデータベース(Ｂｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎ)を、特定の飛行パラメータの関数として形成し、このデータベース(Ｂｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎ)を形成するために、前記勾配について、前記飛行パラメータに関する種々の値の対応する複数の値が時間毎に割り出され、
   エンジン故障の場合には、航空機が飛行することができる回避運動の勾配が、航空機のすべてのエンジンが正常動作をしている場合の名目上の勾配から推論されて、前記エンジン故障に応じた推論が適用され、
   II)その後の航空機の飛行中に、
   ａ)前記特定の飛行パラメータの実飛行に基づいた値が割り出され、
   ｂ)これら前記特定の飛行パラメータの実飛行に基づいた値および前記データベース(Ｂｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎ)にもとづいて、回避の軌跡が割り出され、
   ｃ)前記回避の軌跡および航空機の少なくとも前方に位置する地形の輪郭の助けによって、当該航空機について、前記地形との衝突の恐れが存在するか否かを確認すべくチェックが行われ、
   ｄ)衝突の恐れが存在する場合に、対応する警報信号が発せられる
   ことを特徴とする方法。
2. 前記飛行パラメータが、航空機についての以下のパラメータ、すなわち、
   ・質量、
   ・速度、
   ・高度、
   ・周囲温度、
   ・センタリング、
   ・主脚の位置、
   ・空気力学的構成、
   ・空調システムの動作、
   ・氷結防止システムの動作、および
   ・エンジンについて生じうる故障
   のうちの少なくともいくつかを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも１つの飛行パラメータについて、前記データベース(Ｂｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎ)を形成するために、予め設定されている固定値が使用されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 飛行パラメータについての予め設定されている固定値として、この飛行パラメータの値のうちの航空機の勾配に最も不利な影響を呈する値が使用されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 速度について、航空機が地形回避の手順の際に通常飛行する安定化された最小速度に対応する所定の値が使用されることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
6. 前記推論が、名目傾斜の多項式関数によって計算されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. − 航空機の少なくとも前方の地形の輪郭を知る第１の手段(２)、
   − 回避の軌跡を割り出すための第２の手段(３)、
   − 前記第１および第２の手段(２、３)へと接続され、航空機について地形との衝突の恐れが存在するか否かを確認するための第３の手段(４)、および
   − 前記第３の手段(４)によって衝突の恐れが検出された場合に、警報信号を発するための第４の手段(７)を有している航空機の地形回避警報装置であって、
   航空機の性能についてのデータベースであって、航空機が飛行することができる回避運動の勾配に関する性能を特定の飛行パラメータの関数として含むとともに、前記勾配について、前記飛行パラメータに関する種々の値の時間毎を代表する複数の値を有し、エンジン故障の場合には、航空機が飛行することができる回避運動の勾配が、航空機のすべてのエンジンが正常動作をしている場合の名目上の勾配から推論されて、前記エンジン故障に応じた推論が適用される、少なくとも１つのデータベース(Ｂｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎ)、および、
   航空機の飛行中に、前記特定のパラメータの実飛行に基づいた値を割り出すための第５の手段(９)をさらに有しており、前記第２の手段(３)が、前記データベース(Ｂｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎ)および前記第５の手段(９)からそれぞれ受け取られる合図をきっかけとして、前記回避の軌跡を割り出すように構成されている航空機の地形回避警報装置。
8. ・航空機の種々のカテゴリにそれぞれ関係している複数のデータベース(Ｂｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎ)、および
   ・これらデータベース(Ｂｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎ)の中から、当該装置(１)が搭載されてなる航空機に関する１つを選択するための選択手段(１３)を有しており、
   前記第２の手段(３)が、前記選択されたデータベース(Ｂｉ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎ)からの合図を使用して、前記回避の軌跡を割り出すことを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法を実行できる装置(１)を有していることを特徴とする航空機。
10. 請求項７または８に記載の装置(１)を有していることを特徴とする航空機。

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