本發(fā)明涉及用于控制飛行器、特別是運(yùn)輸機(jī)的緊急下降的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

已知的是民用運(yùn)輸機(jī)必須被增壓，這是由于在巡航飛行時，飛行器在通常高于30000英尺(約9000米)的海拔處飛行，在該海拔處，外部空氣的氧含量過低(并且外部空氣還過冷且過干)而不適于生存。另外，飛行器中安裝有增壓系統(tǒng)以保持艙內(nèi)的可供呼吸的大氣。特別地，國際航空法規(guī)要求：在高于20000英尺(約6000米)的海拔處飛行的任何公用運(yùn)輸機(jī)都應(yīng)當(dāng)被增壓并且正常飛行時在機(jī)艙中建立不超過8000英尺(約2400米)的等效海拔。

然而，在一系列的故障或事故之后，可能發(fā)生的是：飛行器的增壓不再能保持在可接受的水平。于是，官方程序強(qiáng)制飛行員將飛行器盡可能快地下降至10000英尺(約3000米)的可呼吸海拔。該過程被稱為緊急下降。

這種情況——特別是在高海拔處發(fā)生嚴(yán)重減壓同時機(jī)艙中的大氣氧含量加速下降的情況——要求機(jī)務(wù)人員快速地作出反應(yīng)。

最后，歐美的法規(guī)制定了所有飛行器都必須遵從的用于實施緊急下降的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

已知下述緊急下降控制系統(tǒng)，所述緊急下降控制系統(tǒng)的主要功能是輔助機(jī)務(wù)人員操縱緊急下降。這些系統(tǒng)使得能夠操縱下降以恢復(fù)可接受的壓力。為此，這些系統(tǒng)產(chǎn)生了并非最佳的快速下降，特別是對于飛行器在該緊急下降階段期間必須遵循的其他程序而言。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目是處理這種最佳化。本發(fā)明涉及用于控制飛行器的緊急下降的方法，所述方法包括由下述步驟組成的步驟：

A)自動地檢測必需緊急下降的情況；

B)自動地計算緊急下降命令；

C)自動地將所述緊急下降命令應(yīng)用于飛行器。

根據(jù)本發(fā)明，該方法包括：

-步驟D)計算受限的緊急下降命令，步驟B)包括由下述步驟組成的子步驟：選擇常用緊急下降命令，或者，在滿足應(yīng)用條件并且在受限的下降命令小于所述緊急下降命令且大于遵從規(guī)定執(zhí)行的緊急下降命令的情況下，選擇受限的緊急下降命令；以及

-步驟E)將所述已選擇的緊急下降命令應(yīng)用于飛行器。

因此，由于受限的緊急下降命令的引入，本發(fā)明使得能夠使緊急下降最佳化，從而特別地不會給予飛行器過高的下降命令，該過高的下降命令將會導(dǎo)致飛行器在該緊急下降階段期間必須遵循的其他程序的非最佳運(yùn)行。

根據(jù)可以同時或單獨采用的本發(fā)明的不同實施方式：

-受限的緊急下降命令與飛行器的允許飛行器的防撞系統(tǒng)發(fā)送防撞警報和/或沖突解決警報的最大下降值對應(yīng)；

-受限的緊急下降命令與飛行器的在負(fù)壓情況下飛行器能夠經(jīng)受的最大下降值對應(yīng)；

-該方法包括由下述步驟組成的額外步驟:評估飛行器的改變飛行器內(nèi)部的壓力的能力，受限的緊急下降命令根據(jù)所述能力而定期地更新；

-受限的緊急下降命令與飛行器的允許飛行器的防撞系統(tǒng)發(fā)送防撞警報和/或沖突解決警報的最大下降值和飛行器的在負(fù)壓情況下飛行器能夠經(jīng)受的最大下降值之間的最小值對應(yīng)；

-在飛行器的自動駕駛系統(tǒng)不起作用的情況下，不滿足應(yīng)用條 件，該方法包括下述額外步驟：就已選擇的緊急下降命令而言，使飛行器的飛行指引儀適于引導(dǎo)一個或多個駕駛員；

-在飛行器的自動駕駛系統(tǒng)起作用的情況下，滿足應(yīng)用條件；

-在飛行器的自動駕駛系統(tǒng)起作用且所述控制方法已被激活的情況下，滿足應(yīng)用條件；

-在所述控制方法在飛行器的機(jī)務(wù)人員沒有作出反應(yīng)時已由用于激活該控制方法的單元激活的情況下，滿足應(yīng)用條件；

-自動駕駛系統(tǒng)的模式改變或者命令改變導(dǎo)致不再滿足應(yīng)用條件；

-在所述控制方法已由機(jī)務(wù)人員激活的情況下，滿足應(yīng)用條件。

本發(fā)明還涉及用于控制飛行器的緊急下降的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

-用于檢測緊急情況的單元；

-用于計算緊急下降命令的單元；

-用于將緊急下降命令應(yīng)用于飛行器的單元。

根據(jù)本發(fā)明，該控制系統(tǒng)包括：

-用于計算受限的緊急下降命令的單元；

-選擇單元，該選擇單元配置成用于選擇常用的緊急下降命令，或者在滿足應(yīng)用條件并且受限的下降命令小于所述緊急下降命令并大于規(guī)定的緊急下降命令的情況下，選擇受限的緊急下降命令；以及

-用于將已選擇的緊急下降命令應(yīng)用于飛行器的單元。

有利地，選擇單元配置成用于確定是否滿足應(yīng)用條件。

本發(fā)明還涉及一種飛行器，該飛行器包括如上所述的控制系統(tǒng)。

附圖說明

通過閱讀實施方式的示例的以下描述，本發(fā)明的上述特征以及其他特征將更加清楚地顯現(xiàn)，參照附圖給出所述描述，在附圖中：

-圖1是用于控制飛行器的緊急下降的系統(tǒng)的特定實施方式的框圖；以及

-圖2A、圖2B和圖2C各自示出了圖示具有用于控制飛行器下降的系統(tǒng)的飛行器的參數(shù)所遵循的曲線和不具有用于控制飛行器下降的系統(tǒng)的飛行器的參數(shù)所遵循的曲線的曲線圖。

具體實施方式

圖1中示出的系統(tǒng)1配置成用于當(dāng)飛行器在高海拔處——特別是在巡航海拔處——飛行時尤其是當(dāng)飛行器的增壓存在問題時控制飛行器(未示出)——特別是運(yùn)輸機(jī)——的緊急下降。

為了實施自動緊急下降，所述系統(tǒng)1包括：

-用于檢測必需緊急下降的情況(例如在機(jī)艙減壓期間)的單元2；

-用于計算常用(通常)緊急下降命令的單元11，該單元11通過鏈路31連接至檢測單元2；

-用于計算受限緊急下降命令的單元12；

-選擇單元14，該選擇單元14用于選擇常用的緊急下降命令，或者在滿足應(yīng)用條件的情況下并且在受限的下降命令小于(劣于)所述緊急下降命令并大于(優(yōu)于)規(guī)定(法規(guī))緊急下降命令的情況下選擇受限的緊急下降命令；以及

-用于將已選擇的緊急下降命令應(yīng)用于飛行器的單元4，該單元4通過鏈路32連接至選擇單元14，并且單元4配置成用于結(jié)合自動緊急下降功能。選擇單元14分別通過鏈路35和36連接至單元11和12。

選擇單元14配置成在緊急下降期間僅在特殊的操作情況下限制飛行器的豎向速度。該選擇單元14的標(biāo)準(zhǔn)行為是將來自引導(dǎo)系統(tǒng)的常用的緊急下降命令重新發(fā)送至飛行器。選擇單元14僅在遇到特殊情況時才將來自引導(dǎo)系統(tǒng)的受限的下降命令發(fā)送至飛行器。

通過鏈路32發(fā)送至應(yīng)用單元的下降命令是使得能夠?qū)嵤╋w行器 的下降操控的機(jī)頭向下命令或機(jī)頭向上命令。根據(jù)所使用的引導(dǎo)模式，該下降命令與飛行器的空氣速度、豎向速度或斜度有關(guān)。取決于飛行器的類型和飛行器的控制環(huán)的結(jié)構(gòu)，根據(jù)特定實施方式，該下降命令例如產(chǎn)生了豎向加速命令或姿態(tài)改變命令。

為了將來自引導(dǎo)系統(tǒng)的已選擇的緊急下降命令重新發(fā)送至飛行器，單元4包括用于基于已選擇的緊急下降命令自動地確定豎向命令組的元件8，該豎向命令組特別地包括：

-目標(biāo)海拔，該目標(biāo)海拔表示飛行器在緊急下降結(jié)束時要到達(dá)的海拔；以及

-目標(biāo)速度，該目標(biāo)速度表示飛行器在緊急下降期間必須遵從的速度。

系統(tǒng)1還包括解除單元6，該解除單元6通過鏈路34的媒介連接至控制單元5，并且解除單元6使得能夠命令解除正執(zhí)行的自動緊急下降功能。

因此，自動緊急下降功能使得能夠使飛行器返回至可呼吸海拔(目標(biāo)海拔)并處于穩(wěn)定狀態(tài)，特別地用于下述目的：允許機(jī)務(wù)人員和乘客繼續(xù)航行，直到飛行器著陸為止。

當(dāng)飛行器在下降結(jié)束時穩(wěn)定在目標(biāo)海拔上時，機(jī)務(wù)人員特別地可以通過空中交通管制來協(xié)調(diào)操作的繼續(xù)進(jìn)行。在下降期間所遵循的側(cè)向軌跡通常在下降結(jié)束時被保持。

控制單元5通過鏈路33的媒介連接至所述應(yīng)用單元4，并且控制單元5形成為使得利用側(cè)向引導(dǎo)來完成由單元4實施的縱向引導(dǎo)以及完成飛行器的速度控制。

控制單元5包括用于自動地確定側(cè)向命令組的元件9。該側(cè)向命令組表示在緊急下降期間要實施的側(cè)向操控。

控制單元5還包括常用元件10，該常用元件10用于在結(jié)合自動緊急下降功能期間自動地引導(dǎo)飛行器以使得飛行器同時地遵從所述豎向命令組和所述側(cè)向命令組，并且這么做直到到達(dá)所述目標(biāo)海拔為止，從到達(dá)該目標(biāo)海拔的時間起保持該目標(biāo)海拔。

在特定實施方式中，選擇單元14永久地選擇受限的緊急下降命 令。

在第一實施方式中，用于計算受限的緊急下降命令的單元12定位在用于計算緊急下降命令的單元11的輸出部處(如圖1中所示)。因此，單元12對單元11的緊急命令增加了限制。在另一實施方式(未示出)中，用于計算閾值的單元12直接集成在單元11的計算環(huán)中。

圖2A、圖2B和圖2C示出了飛行器在沒有限制的緊急下降時(實線)以及當(dāng)使用受限的緊急下降命令時在具有限制的緊急下降時(虛線)的作為時間t的函數(shù)的豎向速度Vv(圖2A)、常規(guī)速度Vc(圖2B)和海拔A(圖2C)的曲線。對該圖示而言，所選擇的豎向速度極限閾值實質(zhì)性地低于飛行器通過僅使用飛行器的常用的豎向引導(dǎo)環(huán)能夠獲得的最大豎向速度。

在時間t0處，應(yīng)用單元4實施緊急下降。豎向速度Vv開始減小并且海拔A開始降低，而常規(guī)速度Vc增大。從時間t1開始，在飛行器配備有豎向速度限制單元12的情況下，飛行器的豎向速度穩(wěn)定在固定的閾值處，與飛行器不具有用于計算受限的下降命令的單元12的情況相比，海拔降低較不明顯，并且速度增益較小。在時間t2處，不具有用于計算受限的下降命令的單元12的飛行器的豎向速度由飛行器的速度極限限制，其通常為接近飛行器的最大操作速度的值。在區(qū)間[t2；t3]中，配備有用于計算受限的下降命令的單元12的飛行器在同樣由飛行器的最大操作速度限制之前保持建立在穩(wěn)定的豎向速度下較長時間。從時間t3開始直到下降結(jié)束時的時間t4為止，可以觀察到的是，處于通過用于計算受限的下降命令的單元12所獲得的穩(wěn)定(飽和)閾值的豎向速度的持久性已使得能夠補(bǔ)償在[t1；t3]之間觀察到的兩個曲線的高度差異。如果緊急下降的施行被考慮為超過了緊急下降的執(zhí)行時間，則單元12的添加不會降低緊急下降的整體效率。

根據(jù)特定實施方式，單元12使用與飛行器的準(zhǔn)許飛行器的防撞系統(tǒng)發(fā)送防撞警報和/或沖突解決警報的最大下降值相等的豎向速度極限閾值。

系統(tǒng)1在此包括配置成用于計算飛行器的準(zhǔn)許飛行器的防撞系 統(tǒng)發(fā)送防撞警報和/或沖突解決警報的最大豎向速度值的元件17。元件17通過鏈路37連接至單元12。

考慮下述防撞系統(tǒng)，所述防撞系統(tǒng)以常用的方式具有確定沖突解決警報直至(為)入侵飛行器的高的豎向速度閾值的能力。超過(除了)該閾值，防撞系統(tǒng)禁止發(fā)送防撞警報/沖突解決警報。系統(tǒng)1由于元件17而使得可以考慮該閾值以免于在緊急下降期間遭受沒有這些警報的風(fēng)險。該解決方案的實施涉及對它并不阻止飛行器實現(xiàn)飛行器的規(guī)定的緊急下降施行進(jìn)行核實。該解決方案使得能夠?qū)嵤┮?guī)定的緊急下降，同時保持報警的能力以及因此保持兩架飛行器在可能的沖突中避撞操控的能力。

根據(jù)另一實施方式，單元12計算與飛行器在負(fù)壓情況下能夠經(jīng)受的飛行器的最大下降值對應(yīng)的受限的緊急下降命令。

系統(tǒng)1在此包括配置成用于計算與飛行器在負(fù)壓情況下能夠經(jīng)受的飛行器的最大下降值相等的豎向速度閾值的元件18。元件18通過鏈路38連接至單元12。

在某些情況下且根據(jù)快速下降的進(jìn)展，飛行器外部的壓力會變得高于飛行器內(nèi)部的壓力。對于以較高的下降速率飛行的被略微增壓或不被增壓的飛行器而言，可能會是這種情況。如果機(jī)艙壓力相對于外部壓力的增大的平衡不夠快速，則根據(jù)所使用的符號規(guī)則，在飛行器的結(jié)構(gòu)件上施加有負(fù)壓，并且發(fā)送警報以警告機(jī)務(wù)人員高于某一閾值。

為了調(diào)節(jié)飛行器的機(jī)艙壓力，艙內(nèi)安裝有壓力調(diào)節(jié)閥，該壓力調(diào)節(jié)閥的主要目的是增大或保持艙內(nèi)壓力。艙內(nèi)還設(shè)置有防備負(fù)壓的平衡閥。這些不同類型的閥通常具有冗余性。在某些飛行器上，壓力調(diào)節(jié)閥可以有助于在負(fù)壓情況下使機(jī)艙壓力再平衡。通過不同類型的閥的數(shù)目的這種系統(tǒng)的設(shè)置特別地根據(jù)飛行器可以采用的最大下降速率而被確定，以使得這些操控不會引起與過大的壓差有關(guān)的結(jié)構(gòu)損壞。

因此，系統(tǒng)1由于元件18而使得可以減少使飛行器的內(nèi)部壓力相對于大氣壓力平衡所需的閥的數(shù)目。這種方法必須保持與由法規(guī)制定的緊急下降的執(zhí)行相兼容。元件18還可以根據(jù)在壓力調(diào)節(jié)閥的 水平處檢測到的可能故障來動態(tài)地調(diào)節(jié)飛行器的豎向速度極限閾值。

在補(bǔ)充實施方式中，可以使用元件17和18的最小豎向速度極限值并選擇該最小豎向速度以利用先前描述的特性。系統(tǒng)1為此包括選擇器20，該選擇器20選擇元件17和18的最小豎向速度極限值(絕對值)。

選擇器20通過鏈路39連接至單元12。

為了使系統(tǒng)1應(yīng)用受限的豎向速度下降命令，必須滿足這種限制的應(yīng)用條件。在用于檢測飛行器的自動駕駛(飛行)系統(tǒng)的狀態(tài)的系統(tǒng)21檢測到自動駕駛儀不起作用(關(guān)閉/未啟用)的情況下，不滿足這些應(yīng)用條件。在這種情況下，飛行器的飛行指引儀適于以不超過受限的緊急下降命令的方式引導(dǎo)駕駛員(飛行員)。該第一解決方案能夠使得可以通過駕駛員的主要顯示設(shè)備和駕駛員的飛行指引儀來為駕駛員指示待被實施以遵從元件17和18的特性的操控。在手動駕駛時能夠達(dá)到的準(zhǔn)許和最大下降速率高于自動駕駛時所能獲得的準(zhǔn)許和最大下降速率的情況下，該第一解決方案會是有利的。

與此相反，在系統(tǒng)21檢測到自動駕駛儀起作用(開啟/啟用)的情況下，滿足應(yīng)用條件。系統(tǒng)21通過鏈路40連接至選擇單元14。

因此，在自動駕駛系統(tǒng)起作用的情況下，選擇單元14選擇受限的下降命令。在這種情況下認(rèn)為機(jī)務(wù)人員完全許可自動駕駛系統(tǒng)考慮元件17和18的特性。當(dāng)機(jī)務(wù)人員恢復(fù)采用飛行器的手動控制時，完全能夠根據(jù)飛行器的環(huán)境來監(jiān)視及作出反應(yīng)，并且隨后不再限制豎向速度。

在另一實施方式中，在系統(tǒng)21檢測到自動駕駛儀起作用且用于檢測系統(tǒng)1的激活(啟動)的單元22檢測到系統(tǒng)1已被激活的情況下，滿足應(yīng)用條件。單元22通過鏈路41的媒介連接至選擇單元14。

因此，在自動駕駛系統(tǒng)起作用且緊急下降輔助功能已由艙內(nèi)系統(tǒng)或機(jī)務(wù)人員激活的情況下，選擇單元14選擇受限的下降命令。在這種情況下認(rèn)為機(jī)務(wù)人員完全許可自動駕駛系統(tǒng)的緊急下降輔助功能來考慮元件17和18的特性。在不使用緊急下降輔助功能的情況下，則相反地認(rèn)為完全能夠根據(jù)飛行器的環(huán)境來監(jiān)視及作出反應(yīng)， 并且隨后不再限制豎向速度。

在對先前的實施方式進(jìn)行補(bǔ)充的另一實施方式中，在飛行器的機(jī)務(wù)人員沒有作出反應(yīng)時，在所述系統(tǒng)1已被自動激活系統(tǒng)23激活的情況下，滿足應(yīng)用條件。

因此，在機(jī)務(wù)人員沒有作出反應(yīng)時，在自動駕駛系統(tǒng)起作用、緊急下降輔助功能已被激活且該激活導(dǎo)致系統(tǒng)動作的情況下，選擇單元14選擇受限的下降命令。在機(jī)務(wù)人員可能未察覺時，系統(tǒng)1利用了元件17和18的特性。

在補(bǔ)充實施方式中，自動駕駛系統(tǒng)的模式改變或者命令改變由單元24檢測到并導(dǎo)致不再滿足應(yīng)用條件。

因此，如果在操控期間檢測到機(jī)務(wù)人員的動作，如自動駕駛系統(tǒng)的模式改變或者命令改變，則取消豎向速度限制。

在另一實施方式中，在所述系統(tǒng)1已由機(jī)務(wù)人員通過激活單元25的媒介激活的情況下，滿足應(yīng)用條件。

因此，在自動駕駛系統(tǒng)起作用、緊急下降輔助功能已被激活且該激活僅由機(jī)務(wù)人員的自發(fā)動作而導(dǎo)致的情況下，選擇單元14選擇受限的下降命令。在這種情況下認(rèn)為機(jī)務(wù)人員完全許可(依靠)自動駕駛系統(tǒng)的緊急下降輔助功能考慮元件17和18的特性，并且如果機(jī)務(wù)人員未察覺，則優(yōu)選的是并不限制下降速度。