NO325391B1

NO325391B1 - Braking Power Templates

Info

Publication number: NO325391B1
Application number: NO20064020A
Authority: NO
Inventors: Oddvard Johnsen
Original assignee: Oddvard Johnsen
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2008-04-21
Also published as: NO20064020L

Abstract

Et system for å identifisere optimal bremseeffekt på et rullebane legeme under oppbremsing av et fly eller annen farkost. Systemet tar utgangspunkt i flyet eller farkostens egne opplevde "g" kraft påvirkninger, hvor man derved oppnår resultater som er direkte relatert til det stadige varierende hastighetsmønster et fly eller en annen farkost vil befinne seg i under oppbremsing, som for eksempel ved landing.A system for identifying the optimum braking effect on a runway body during braking of an aircraft or other vehicle. The system is based on the aircraft or the vehicle's own experienced "g" force influences, whereby results are obtained that are directly related to the constantly varying speed pattern an aircraft or other vehicle will be in during braking, such as during landing.

Description

BESKRIVELSE DESCRIPTION

Oppfinnelsen har sitt primære anvendelsesområde for å identifisere korrekt status av friksjonskoeffisient på et banelegeme under oppbremsing med fly eller annen farkost. The invention has its primary field of application to identify the correct status of the coefficient of friction on a track body during braking by aircraft or other craft.

I det stadige varierende hastighetsmønster et fly / farkost vil befinne seg i under stoppmanøver inntil stillstand vil friksjonsforholdet variere med hastigheten. Formålet med oppfinnelsen er å identifisere en så korrekt bremseeffekt som mulig for dermed best mulig å kunne beregne stopplengde innenfor et gitt distansekriteria. In the constantly varying speed pattern, an aircraft / craft will be in a stalling maneuver until standstill, the friction ratio will vary with the speed. The purpose of the invention is to identify as correct a braking effect as possible in order to be able to best calculate the stopping distance within a given distance criterion.

Oppfinnelsen har sitt primære anvendelsesområde ovenfor fly, men kan også inkludere andre farkosters interessefelt, som for eksempel tog og tungtransport. The invention has its primary area of application above aircraft, but can also include other vehicles' areas of interest, such as trains and heavy transport.

Innen flyoperasjon er stor nøyaktighetsgrad meget viktig for å kunne identifisere aktuelle tilstander lik føreforhold og tilsvarende skjærkrefter som må til mellom bremsende hjul og underlag, dette med for eksempel utgangspunkt i høy hastighet ved øyeblikk for landing, for deretter å fullføre et sikkert stopp forløp på en dertil definert rullebane lengde. In flight operations, a high degree of accuracy is very important in order to be able to identify relevant conditions such as driving conditions and corresponding shear forces that must be between the braking wheels and the ground, for example starting at a high speed at the moment of landing, in order to then complete a safe stop on a runway length defined therefor.

Oppfinnelsen går ut på lik beskrevet i norsk referansepatent nr. 320851, å benytte treghet navigasjons instrumentering lik IRS eventuelt GPS til sammen med akselerasjonsreferanser og bremsetrykk referanser som allerede forefinnes lesbare i moderne fly. Disse primærreferanser danner således hovedgrunnlaget via en definert analyseprosedyre for å uttrykke et sanntids bilde av tilnærmet korrekt bremseeffekt. I overordnet betydning, der hvor sanntids definert bremsetrykk stemmer overens med beste negative akselerasjon vil dette være i henhold til Newtons andre lov, akselerasjonslov formel lik; The invention is based on the same as described in Norwegian reference patent no. 320851, to use inertial navigation instrumentation similar to IRS or possibly GPS together with acceleration references and brake pressure references that are already readable in modern aircraft. These primary references thus form the main basis via a defined analysis procedure to express a real-time picture of an approximately correct braking effect. In an overall sense, where real-time defined brake pressure corresponds to best negative acceleration, this will be according to Newton's second law, acceleration law formula equal to;

Eventuell ettermontering i eldre fly som ikke har de instrumentelle fasiliteter lik nye moderne fly, eventuelt andre farkoster, vil fordre et eget instrument som kan monteres inn, og må være inkludert eksternt utviklet akselerasjons og hastighetsreferanse og beregningsfunksjon system lik tilsvarende navigasjons og akselerasjon relaterte referanser som finnes i moderne fly. Således måtte et slikt instrument også ha en tilkoblet modus for å identifisere F - bremsetrykk kraft slik at dette vil være i henhold til akselerasjonslov formel lik; F = M x A. Any retrofitting in older aircraft that do not have the same instrumental facilities as new modern aircraft, possibly other craft, will require a separate instrument that can be fitted in, and must include an externally developed acceleration and speed reference and calculation function system similar to corresponding navigation and acceleration related references such as found in modern aircraft. Thus, such an instrument also had to have a connected mode to identify F - brake pressure force so that this would be according to the acceleration law formula equal; F = M x A.

Direkte fly relatert friksjonskoeffisient skala betegnes "Airplane Friction Coefficient Mu" - AFCM (benyttet heretter) og er bassert på utregning av akselerasjon / G kraft påvirkning som oppstår ved den negative akselerasjon utfoldelse oppbremsing gir. The direct plane-related friction coefficient scale is called "Airplane Friction Coefficient Mu" - AFCM (used hereafter) and is based on the calculation of acceleration / G force impact that occurs when the negative acceleration unfolding braking gives.

Oppfinnelsen bygger ellers på kunnskap om fly / farkosters adferd og tilsvarende prinsipper for friksjonsanalyse av underlag som er benyttet og bekrevet i søkerens tidligere norske patenter nr. 163.946 og 165.856 angående friksjonsmåling og bremsing. Videre er norsk patent nr. 320851, samt tilsvarende internasjonal patent søknad nr. PCT/NO2005/000116, EPO 05738235.0 - 2423, som handler om å styre en optimalt virkende brems på alle føreforhold ved hjelp av å registrere negativ akselerasjon og G krefters påvirkning - de samme navigasjons og akselerasjon relaterte referanser. Disse patenter inntas herved som referanse. The invention is otherwise based on knowledge of aircraft / craft behavior and corresponding principles for friction analysis of surfaces that are used and described in the applicant's previous Norwegian patents no. 163,946 and 165,856 regarding friction measurement and braking. Furthermore, Norwegian patent no. 320851, as well as corresponding international patent application no. PCT/NO2005/000116, EPO 05738235.0 - 2423, which is about controlling an optimally functioning brake in all driving conditions by means of recording negative acceleration and the influence of G forces - the same navigation and acceleration related references. These patents are hereby incorporated by reference.

Å kombinere norsk patent nr. 320851 som således gjelder for styring av brems, utvidet til varslingstjeneste om friksjonsforhold til en felles sak, vil naturligvis være klart fysisk mulig. Combining Norwegian patent no. 320851, which thus applies to brake control, extended to a notification service about friction conditions, into a common case, will of course be physically possible.

Registrerte AFCM beregninger i sann tid hvilket vil bli beskrevet, vil fortløpende trekkes ut fra vertsfly / farkost sine virkelige G påvirkende krefter i 3 plan, Registered AFCM calculations in real time which will be described, will continuously be extracted from the host aircraft / craft's real G influencing forces in 3 planes,

vei parallelle langsgående krefter path parallel longitudinal forces

sideveis krefter. lateral forces.

vertikale krefter vertical forces

De to førstnevnte vil i så måte inkludere en pythagoransk beregnmgsfunksjon som leser av resultant av disse i betydning av å være kateter. Samtidig vil det 3dje plan, vertikale krefter kunne danne grunnlaget for beregning av fallende, eventuelt stigende terreng, betegnet som "slope" innen internasjonalt flyspråk, og som er å lese ut fra alle flyplasskart. The two former will thus include a Pythagorean calculation function that reads the resultant of these in the sense of being a catheter. At the same time, the 3rd plane, vertical forces will be able to form the basis for calculating falling, possibly rising terrain, designated as "slope" in international aviation language, and which can be read from all airport maps.

Kjernen i patentkravene legger spesielt vekt på å kunne skille mellom reelle AFCM G bremseenergikrefter som direkte påvirker skjærkraft på bremsende hjul, ut fra andre G påvirkende kraftkilder likesom spesielt gjeldende fly hvor luftmotstand i større bakkehastighet og reversering av energistråle ut fra jetmotorer påvirker og hjelper et bremseforløp i høy grad. The core of the patent claims places special emphasis on being able to distinguish between real AFCM G braking energy forces that directly affect shear force on braking wheels, based on other G affecting force sources such as particularly current aircraft where air resistance at higher ground speeds and reversal of energy jets from jet engines affect and help a braking process to a high degree.

Således vil slik G kraft omregning til AFCM friksjonskoeffisient kunne danne et bedre grunnlag enn tidligere benyttede systemer for beregning av aktuelle tallverdier for fly både ved landing og avgang / akselerasjons og stopp distanse krav kalkulasjoner. Beregningsfunksjonens algoritme vil ha en grunnutforming basert på akselerasjonsloven lik; Thus, such G force conversion to AFCM friction coefficient could form a better basis than previously used systems for calculating current numerical values for aircraft both at landing and take-off / acceleration and stopping distance requirement calculations. The calculation function's algorithm will have a basic design based on the acceleration law equal to;

hvor where

F: tilsvarer Kraft F: corresponds to Force

M: tilsvarer Masse M: corresponds to Mass

A: tilsvarer Akselerasjon A: corresponds to Acceleration

Illustrasjon av en styringssløvfe Illustration of a steer fairy

Figur 1 viser en potensiell styringssløyfelogikk som beregner optimal bremseeffekt og som kan benyttes i et fly ved programmering i flyets Flight Management Computer System. Metoden vil da i sann tid hente alle data via flyets Digital Flight Data Management Unit (DFDMU), som samler "g" og hastighets informasjon fra flyets Inertia Reference System og bremsetrykk informasjon fra flyets bremsesysteiri Hvor: Figure 1 shows a potential control loop logic which calculates the optimal braking effect and which can be used in an aircraft by programming in the aircraft's Flight Management Computer System. The method will then retrieve all data in real time via the aircraft's Digital Flight Data Management Unit (DFDMU), which collects "g" and speed information from the aircraft's Inertia Reference System and brake pressure information from the aircraft's braking system Where:

V: hastighet V: speed

MAX: Maksimum hastighetsterskel MAX: Maximum speed threshold

MIN: Minimum hastighetsterskel MIN: Minimum speed threshold

gt: g kraft (longitudinal eller netto ved vektorbergning av a kombinere gt: g force (longitudinal or net by vector salvage of a combine

longitudinal og lateral g). longitudinal and lateral g).

Agt Foranclringen i g kraft i løpet av siste tidsintervall Consider the rooting in effect during the last time interval

APt: Forandringen i bremsetrykk i løpet av siste tidsintervall. APt: The change in brake pressure during the last time interval.

gt-i: Den registrerte g kraft i "forrige" tidsvindu gt-i: The recorded g force in the "previous" time window

Litt avhengig av teknologi og krav til nøyaktighet vil man kunne kjøre en slik sløyfe fra 4 - 50 ganger per sekund. Depending on the technology and requirements for accuracy, you will be able to run such a loop from 4 - 50 times per second.

Boks 1. Box 1.

Her vil man definere om kjøretøyet har en hastighet. Hvis ikke (NO) vil man gå til boks 2. Hvis det derimot er bevegelse (YES) vil man gå videre til boks 3 Here you will define whether the vehicle has a speed. If not (NO), you will go to box 2. If, on the other hand, there is movement (YES), you will go to box 3

Boks 2. Box 2.

Programmet vil avsluttes The program will end

Boks 3. Box 3.

Hvis kjøretøyet har en hastighet vil man så definere hvorvidt hastigheten befinner seg innenfor definerte øvre og nedre hastighetsterskelverdier. Hvis ikke (NO) vil man gå tilbake til boks 1 for en ny test. Hvis hastighetsintervall er gyldig (YES) vil man gå videre til boks 4. If the vehicle has a speed, one will then define whether the speed is within defined upper and lower speed threshold values. If not (NO), you will return to box 1 for a new test. If the speed interval is valid (YES), you will proceed to box 4.

Boks 4. Box 4.

Her vil man teste to forhold som skal oppfylles samtidig. Retardasjonen som i prinsippet er en negativ enhet vil testes på den absolutte variansen over tid. En økt retardasjon vil derved utrykkes som en positiv enhet. Når retardasjonen reduseres vil dette fremkomme som en negativ enhetsforandring over tid. Here, two conditions will be tested which must be fulfilled simultaneously. The retardation, which is in principle a negative unit, will be tested on the absolute variance over time. An increased deceleration will thereby be expressed as a positive unit. When the deceleration is reduced, this will appear as a negative unit change over time.

Samtidig vil det påførte bremsetrykket registreres over tid hvor trykkvariansen over tid vil fremstå som en positiv enhet ved økt bremsetrykk, og negativt ved reduksjon av bremsetrykket. At the same time, the applied brake pressure will be recorded over time, where the pressure variance over time will appear as a positive unit when the brake pressure is increased, and negative when the brake pressure is reduced.

Nå forholdet hvor retardasjonsvariansen går fra positiv til negativ og bremsetrykkvariansen samtidig er positiv, har man passert toppunktet for maksimal bremseeffekt. Now that the ratio where the deceleration variance goes from positive to negative and the brake pressure variance is positive at the same time, the top point for maximum braking effect has been passed.

Hvis disse forhold ikke er tilstede (NO) vil man gå til boks 1. Hvis disse er tilstede (YES) vil man gå til boks 5. If these conditions are not present (NO) you will go to box 1. If these are present (YES) you will go to box 5.

Boks 5. Box 5.

I det man har passert toppunktet for "g" og "Ag" som definert i boks 4, har man passert toppunktet for maksimal bremseeffekt. Den maksimale bremseeffekten beregnes derfor å være forrige retardasjonspunkt. Man vil da vise denne verdien på dette punktet som maksimal bremseeffekt. When you have passed the top point for "g" and "Ag" as defined in box 4, you have passed the top point for maximum braking power. The maximum braking effect is therefore calculated to be the previous deceleration point. One will then show this value at this point as the maximum braking effect.

Man kan videre gå til boks 1 igjen for å teste for nye toppunkter. You can then go to box 1 again to test for new vertices.

En modifikasjon av stvringsslevfen. A modification of the twist chute.

Styringssløyfen er basert på kun et longitudinal "g" parameter. I en reel situasjon for et kjøretøy vil man også være påvirket av laterale krefter. Fremfor da å benytte kun longitudinal "g" benytter man resultanten av longitudinal og lateral "g" som kan beregnes ved pythagoras, hvor resultanten representerer hypotenusen. "g„" blir derfor utregningen (glong2 + giat<2>)<1/2>The control loop is based on only one longitudinal "g" parameter. In a real situation for a vehicle, you will also be affected by lateral forces. Rather than using only longitudinal "g", one uses the resultant of longitudinal and lateral "g", which can be calculated by Pythagoras, where the resultant represents the hypotenuse. "g„" therefore becomes the calculation (glong2 + giat<2>)<1/2>

Eksisterende regelverk Existing regulations

Internasjonalt regelverk for kommersiell luftfart pålegger flyoperatører å utarbeide analyse både for avgangs og landingsvekter, dette tatt i beregning stoppdistanse. Reglen gjelder både for tørre og kontaminerte rullebaner. International regulations for commercial aviation require aircraft operators to prepare an analysis for both take-off and landing weights, this taking into account the stopping distance. The rule applies to both dry and contaminated runways.

Slike tallverdier baseres på publisert grunnlag fra flyfabrikanten. Direkte tørrbane tall er en informasjonsplikt som er juridisk bindene for flyfabrikanten, mens for kontaminerte baneforhold oppgis slike tallverdier kun som rådgivende og er således ikke juridisk bindene. Such numerical values are based on published data from the aircraft manufacturer. Direct dry runway numbers are an obligation to provide information that is legally binding for the aircraft manufacturer, while for contaminated runway conditions such numerical values are given only as advice and are thus not legally binding.

Rådgivende tallverdier har ellers kommet til mye senere i et tidsperspektiv lik tilleggskrav fra luftfartsmyndigheter, innledningsvis ment spesielt for flyoperatører som hadde sitt virkeområde i vinterkalde klimasoner. Advisory numerical values have otherwise come about much later in a time perspective similar to additional requirements from aviation authorities, initially intended especially for aircraft operators whose area of operation was in winter cold climate zones.

Det er lagt inn en 15 % feilmargin til disse sistnevnte rådgivende tallverdier. A 15% margin of error has been added to these latter advisory numerical values.

Beklageligvis blander forskjellige lands luftfartsmyndigheter friksjonsbegreper i form av forskjellige måter å utføre friksjonsmåling på under glatte forhold, og i hovedsak dreier dette seg om 3 metoder: Unfortunately, different countries' aviation authorities mix up friction concepts in the form of different ways of performing friction measurement in slippery conditions, and essentially this involves 3 methods:

• " Airplane Friction Coefificient Mu" - AFCM metode • " Airplane Friction Coefficient Mu" - AFCM method

• "ICAO Mu Friction Coefficient" metode • "ICAO Mu Friction Coefficient" method

" Canadian Runway Friction Index" - CRFI metode, et bakke bassert utstyr som benytter negativ akselerasjon metode, men som oppgir ICAO Mu indeks referanse. "Canadian Runway Friction Index" - CRFI method, a ground-based equipment that uses the negative acceleration method, but which states the ICAO Mu index reference.

Konklusjoner fra relaterte utforkjøring havarirapporter tyder desverre på at både valg av skala fører til feilberegninger, og at også feil bruk avF = MxA-G kraft - AFCM skala utregning har ført til internasjonal forvirring og at således beregningsmarginer har blitt direkte overskredet. Conclusions from related downhill accident reports unfortunately indicate that both the choice of scale leads to incorrect calculations, and that also the incorrect use of F = MxA-G force - AFCM scale calculation has led to international confusion and that thus calculation margins have been directly exceeded.

I denne patentbeskrivelse oppfatter man kun AFCM skala metode som den riktige, og beskriver hvordan den kan identifiseres korrekt. In this patent description, only the AFCM scale method is perceived as the correct one, and describes how it can be correctly identified.

I landingsforløp med større fly møtes bakken i fartsområde fra ca. 250 / 200 km/t. Umiddelbart engasjeres luft bremseklaffer for å dra mest mulig nytte av luftmotstand i høy bakkehastighet. I tillegg blir jetmotorenes energistråle vridd fremover i en tilnærmet vinkel mot fartsretning - "reversering av motorkraft". In landing procedures with larger aircraft, the ground is encountered in the speed range from approx. 250 / 200 km/h. Air brake flaps are immediately engaged to make the most of air resistance at high ground speed. In addition, the jet engines' energy beam is twisted forward at an approximate angle to the direction of travel - "reversal of engine power".

Denne motorkraft reversering til sammen med luftmotstand fra utslåtte bremseklaffer utgjør et betydelig negativt G verdi pluss fra og med landingsøyeblikket tilsvarende vel 50 % av total negativ akselerasjon. Denne "bremsehjelp" effekt i tillegg til direkte oppbremsing minsker imidlertid fort og når helt ned til omtrent null ved det punkt på bakke hastighetsskalaen hvor roreffekt og løft fra vinger opphører, kalt - "Velocity Minimum Dynamic Control" speed - VMDC. (Minste ror styringshastighet). This engine power reversal together with air resistance from extended brake flaps constitutes a significant negative G value plus from the moment of landing corresponding to well over 50% of total negative acceleration. This "brake assist" effect in addition to direct braking, however, decreases quickly and reaches all the way down to approximately zero at the point on the ground speed scale where rudder effect and lift from the wings cease, called - "Velocity Minimum Dynamic Control" speed - VMDC. (Minimum rudder steering speed).

Fra landingspunktet frem til VMDC betegnes dette som Iste landingssegment. Det er verd å merke seg at vertikal G kraft - Fn samtidig varierer med opp til ca. 30 % i dette første landingssegment. Grunnen til det er at det fortsatt eksisterer løfteevne fra vinger, selv om flyet befinner seg på bakken. From the landing point up to the VMDC, this is referred to as the First landing segment. It is worth noting that vertical G force - Fn at the same time varies by up to approx. 30% in this first landing segment. The reason for that is that there is still lift from the wings, even if the plane is on the ground.

Friksjon beskrives i følge naturlov lik; According to natural law, friction is described as;

Dette bekrefter således at det vil fordres en kontinuerlig omregning av Mu verdier innen et landingsforløp - Fn forandringer. Likesom dette fremgår det av akselerasjonsloven F = M x A at korrekt AFCM verdi beregning således vil bli svært komplisert å innhentes i dette Iste landingssegment. Her ligger nok mye av forklaringen til manglende forståelse som havarikommisjoner påpeker, men ikke har gitt god nok forklaring på. Direkte utforkjøringer på bakken med fly har ført til tap av mange menneskeliv. This thus confirms that a continuous recalculation of Mu values within a landing procedure - Fn changes will be required. Similarly to this, it appears from the acceleration law F = M x A that correct AFCM value calculation will thus be very complicated to obtain in this First landing segment. Here lies probably much of the explanation for the lack of understanding that Accident Investigation Boards point out, but have not given a good enough explanation for. Direct descents on the ground by aircraft have led to the loss of many lives.

I det 2de landingssegment derimot, hastighet lavere enn VMDC, der flyet har gjennomført en komplett overgang til å bli landbåren farkost, er slike utenfor forstyrrende G kraft påvirkninger mere eller mindre nøytralisert. In the 2nd landing segment, on the other hand, speed lower than VMDC, where the aircraft has completed a complete transition to become a land-borne vehicle, such external disturbing G force influences are more or less neutralized.

Eksempel på eksisterende metodikk for beregning av bremseeffekt Example of existing methodology for calculating braking power

Bruk av direkte akselerasjonskrefter for friksjonsmåling av glatthet er ellers tidligere kjent, lik farkoster som foretar oppbremsing til full stopp, eventuelt måler stoppdistanse og eller registrer fysisk G kraft ved pendelutslag, gjeme ved elektronisk registrering. (Ref. oversikt, CRFI indeks side 6 i denne beskrivelsen). The use of direct acceleration forces for frictional measurement of smoothness is otherwise previously known, similar to vehicles that brake to a full stop, possibly measure stopping distance and or physically register G force during pendulum swing, hidden by electronic registration. (Ref. overview, CRFI index page 6 of this description).

Å benytte direkte referanser lik innen formelen F = M x A i sanntid tatt rett ut fra en objektiv vertsfarkost, evt., videreutviklet instrument fra fly database for å skille ut To use direct references equal to the formula F = M x A in real time taken directly from an objective host craft, possibly, further developed instrument from flight database to distinguish

reelle påførte bremseenergi G krefter fra andre G kilder er imidlertid hittil ikke kjent. however, real applied braking energy G forces from other G sources are not yet known.

Det faller naturlig ut av oppfinnelsens praktiske virkemåte at aktuelle AFCM verdier publiseres umiddelbart, eventuelt trådløst, via datalink eller lignende for overføringer til interessenter. Sanntids fly relaterte AFCM verdier vil således være det beste holdepunkt for beregninger av korrekt stoppdistanse og vektberegning for neste nær forestående landinger og flyavganger, og stadig ny oppdatering kan skje ved stadige nye landinger. It naturally follows from the practical operation of the invention that relevant AFCM values are published immediately, possibly wirelessly, via data link or similar for transmissions to stakeholders. Real-time flight-related AFCM values will thus be the best starting point for calculations of correct stopping distance and weight calculation for the next imminent landings and flight departures, and constant new updates can take place with constant new landings.

Oppfinnelsens forankring oppnås ved system og metode som angitt i søknadens selvstendige krav. The anchoring of the invention is achieved by system and method as stated in the application's independent requirements.

Claims

1. A method of calculating the optimum braking effect for a wheel belonging to a moving vehicle that is being slowed down, consisting of a recorder for longitudinal acceleration; a recorder of brake pressure; a calculation function that continuously compares the change in acceleration and brake pressure over time; and a reading function characterized by: (a) pressure until the wheel brake is initiated and increased; (b) brake pressure is compared from one time window to the next; (c) longitudinal acceleration is compared in the same time window to the next; c (d) when the variance of the longitudinal acceleration becomes negative and the variance of the brake pressure simultaneously increases in the same time window to the next; (e) the achieved longitudinal acceleration in the previous time window is read: then (f) the result is displayed in a readout function.

2. A method as described in claim 1, characterized in that the acceleration used is calculated as a vector equal to the hypotenuse in a right-angled triangle where the longitudinal and lateral acceleration are respectively the catheter.

3. A method as described in claim 1, characterized in that the vehicle is an aeroplane.