本發(fā)明涉及一種用于在為著陸在機場跑道上的進場階段協(xié)助飛行器航行以管理飛行器的能量的方法和裝置，飛行器尤其是運輸飛行器，所述進場使得能夠結合所謂的最終位置，在該最終位置飛行器必須呈現(xiàn)所謂的最終能量狀態(tài)。

背景技術：

雖然駕駛員座艙的自動化上已經(jīng)有了極大的進步，飛行最后階段期間飛行器能量的適當管理仍舊是一難題。

FMGS(飛行管理和導航系統(tǒng))類型的飛行管理和導航系統(tǒng)能夠使飛行器沿著預定的軌跡飛行-包括適當?shù)哪芰抗芾?飛行員的干涉最小。

雖然潛在地非常有效，這個方法在實際操作中不是使用最頻繁的那個。事實上，空中交通控制經(jīng)常要求接近機場的飛行器在最終進場點之前完全遵循雷達導航，直到被授權實施最終的進場。

雷達導航為空中交通控制提供了更大的彈性以管理預料外的情況，該預料外的情況可能例如由不穩(wěn)定的天氣或由與其他交通的沖突風險引起。

此外，一旦飛行器已經(jīng)放棄了用于雷達導航的預定軌跡，那么不限定任何完整的軌跡(從飛行器到跑道)。因此，該FMGS系統(tǒng)不計算導航和控制指令。

在這樣的情況下，對于機組人員最便捷的方式是基于自動駕駛系統(tǒng)AP(如果可供使用，自動駕駛系統(tǒng)包括“自動操縱”或“自動推進”AT)的使用駕駛飛行器。

這個系統(tǒng)允許機組人員直接通過該AP/AT系統(tǒng)的人/機界面限定海拔、航向和速度目標。關于海拔目標得到的方式，這通常或者通過輸入垂直速度或斜度目標或通過詢問該FMGS系統(tǒng)以調整(在恒定的空速下)推力以使飛行器爬升或下降來實現(xiàn)。一旦已經(jīng)輸入目標，該AP/AT系統(tǒng)計算控制指令，控制指令用于合適的子系統(tǒng)(例如發(fā)動機、控制面板等等)以得到并遵循這些目標。

然而，該AP/AT系統(tǒng)不幫助機組人員管理飛行器的總能量狀態(tài)，除了源自自動遵循目標向量組分的工作負荷減小。

從飛行力學角度，空中交通控制給出的授權或準航，在與機組人員協(xié)商的每一回路結束時，可認為是飛行器新的目標總能量狀態(tài)。特別地，速度授權表示目標動力學能量狀態(tài)，而海拔授權表示目標勢能狀態(tài)。航向授權對目標總能量沒有直接影響，但它們限定了橫向路徑且因此限定飛行器在到達跑道邊界之前必須飛行的總距離。

已經(jīng)提供了一定數(shù)量的技術方案以解決這些問題，并且，在某些情況下，已經(jīng)安裝進航空電子設備系統(tǒng)以為機組人員在雷達導航操作中提供能量管理的協(xié)助。

這些技術方案包括圖解符號，一般地顯現(xiàn)在航空顯示屏ND上，其為機組人員提供視覺指示用于能量狀態(tài)的更好評估。

然而，機組人員仍然必須管理飛行器的能量，其總是具有監(jiān)控飛行器能量狀態(tài)，并在需要時修改飛行器朝向指定目標飛行的方式(就是說通過作用于空氣制動器或通過改變編程在自動駕駛系統(tǒng)窗口內的垂直速度值)的完整任務。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服這個缺點。本發(fā)明涉及一種用于在為著陸的進場階段協(xié)助飛行器航行的方法，更具體地涉及一種用于進場時協(xié)助能量管理的方法，所述進場使得能夠結合所謂的最終位置，在該最終位置飛行器必須呈現(xiàn)所謂的最終能量狀態(tài)，所述方法的目標為在能量管理上協(xié)助飛行器的飛行員。

根據(jù)本發(fā)明，所述方法包括：

-接收步驟，其在于接收包括目標海拔和目標速度的目標能量，優(yōu)選對應于由空中交通控制在授權或準航的情況下提供的數(shù)據(jù)；

-第一計算步驟，其在于計算與所述目標能量相關的目標能量狀態(tài)；

-第二計算步驟，其在于計算最終能量狀態(tài)和目標能量狀態(tài)之間的能量差；

-第三計算步驟，其在于計算使得飛行器能夠消除所述能量差的消除距離；

-第四計算步驟，其在于計算極限位置，所述極限位置沿著飛行器的未來飛行軌跡以所述消除距離位于所述最終位置的上游，所述極限位置為飛行器能夠消除飛行器的能量差直到所述最終位置的最下游位置；以及

-信息傳送步驟，其在于將至少所述極限位置傳送到至少一個用戶系統(tǒng)。

有利地，該能量狀態(tài)表示總能量。通常，該總能量表示飛行器的總體機械能量，其由與飛行器的海拔直接成正比的勢能和與飛行器的速度的平方成正比的動能的和確定。

因此，借助于本發(fā)明，該方法自動確定并自動提供給至少一個用戶系統(tǒng)(特別地提供給自動駕駛系統(tǒng))一個位置，該位置對應于飛行器能夠消除最終能量狀態(tài)和目標能量狀態(tài)之間的能量差直到所述最終位置的最下游位置。所述方法因此使得能夠自動選擇最合適且最可靠的方法(相對于能量管理)以得到目標能量。更特別地，這個方法能夠應用于海拔和速度授權(或準航)，在雷達導航進場和下降階段(在該處飛行器的總能量隨著時間的推移減少)的情況下。

這給飛行員提供了關于進場時能量管理的有效協(xié)助并能夠克服前述缺點。

有利地，第四計算步驟包括評估未來飛行軌跡的子步驟。

此外，在特別的實施方式中，第四計算步驟包括計算以預定距離位于極限位置上游的輔助位置的計算步驟以及計算飛行器的當前位置和所述輔助位置之間的距離的計算步驟；并且，所述方法包括在于引導飛行器的導航步驟，使得飛行器最多在所述輔助位置呈現(xiàn)目標能量狀態(tài)。

此外，所述方法有利地包括在于在最終位置更新最終能量狀態(tài)的更新步驟。優(yōu)選地，該更新步驟在于根據(jù)以下參數(shù)的至少一個更新最終能量狀態(tài)：

-著陸質量；

-設置用于著陸的機場的海拔；

-機場上的風；

-影響最終能量狀態(tài)的輔助參數(shù)。

此外，在一特定的實施方式中，接收步驟在于實施如下步驟：

-目標能量的手動輸入；和/或

-目標能量的自動輸入。

此外，有利地：

-第一計算步驟在于利用目標海拔、目標速度、飛行器的飛行參數(shù)的當前值以及預定著陸航線計算目標能量狀態(tài)；和/或

-第三計算步驟考慮用于計算消除距離的至少一個輔助標準。

本發(fā)明還涉及一種在進場階段(為著陸在機場跑道上)用于協(xié)助飛行器航行的裝置，該飛行器特別是運輸飛行器，所述進場使得能夠結合所謂的最終位置，在該最終位置飛行器必須呈現(xiàn)所謂的最終能量狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明，所述裝置包括：

-接收單元，其構型為接收包括目標海拔和目標速度的目標能量；

-第一計算單元，其構型為計算與所述目標能量相關的目標能量狀態(tài)；

-第二計算單元，其構型為計算最終能量狀態(tài)和目標能量狀態(tài)之間的能量差；

-第三計算單元，其構型為計算使得飛行器能夠消除所述能量差的消除距離；

-第四計算單元，其構型為計算極限位置，該極限位置沿著飛行器的未來飛行軌跡以所述消除距離位于所述最終位置的上游，所述極限位置為飛行器能夠消除飛行器的所述能量差直到所述最終位置的最下游位置；以及

-信息傳送單元，其構型為向至少一個用戶系統(tǒng)傳送至少所述極限位置。

在一特定實施方式中，所述裝置包括以下用戶系統(tǒng)的至少一個：

-自動駕駛系統(tǒng)，其接收用于引導飛行器的至少所述極限位置；以及

-顯示單元，其用于顯示至少所述極限位置。

此外，有利地，所述裝置還包括：

-界面，所述界面使得操作人員能夠輸入數(shù)據(jù)和至少所述目標能量；

和/或

-信息傳送系統(tǒng)，所述信息傳送系統(tǒng)使得能夠自動地輸入數(shù)據(jù)到所述裝置中和自動地輸入至少目標能量。

本發(fā)明還涉及一種飛行器，特別是運輸飛行器，所述飛行器設置有如上所述的裝置。

附圖說明

附圖將更好地理解如何實施本發(fā)明。在這些附圖中，相同的附圖標記表示相似的元件。更具體地：

-圖1為根據(jù)本發(fā)明的裝置的特殊實施方式的方框圖；

-圖2示意地示出飛行器的評估飛行軌跡，在該評估飛行軌跡上指出了用于能量管理的主要位置；

-圖3為圖1中所示的裝置的數(shù)據(jù)處理單元的方框圖；

-圖4為由所述裝置執(zhí)行的連續(xù)步驟的方框圖。

具體實施方式

在圖1中以方塊圖示出并能夠闡明本發(fā)明的裝置1，用于在接近機場的跑道2時，協(xié)助飛行器AC的飛行(圖2)，特別是運輸飛行器的飛行，以著陸在該跑道2上。

裝置1用于協(xié)助能量管理且更特別地用于消除能量以使得能夠飛行器AC結合所謂的最終位置Pf，在該最終位置該裝置必須呈現(xiàn)所謂的最終能量狀態(tài)ETf。這個最終位置Pf優(yōu)選對應于直接接近跑道2的一高度，例如50英尺(近似15米)。

根據(jù)本發(fā)明，如圖1所示，裝載在飛行器上的所述裝置1包括中心單元3，該中心單元包括：

-接收單元4(RECEPT表示“接收單元”)，其構型為接收包括目標海拔和目標速度的目標能量；

-數(shù)據(jù)處理單元5(PROC表示“數(shù)據(jù)處理單元”)，其通過連接件(liaison)6連接到接收單元4并用于處理數(shù)據(jù)以產(chǎn)生至少一個下面描述的極限位置；以及

-信息傳送單元7(TRANSMIT表示“數(shù)據(jù)傳送單元”)，其通過連接件8連接到數(shù)據(jù)處理單元5上且其構型為通過連接件11、12將至少所述極限位置傳送到至少一個用戶系統(tǒng)9、10。

根據(jù)本發(fā)明，如圖3中所示，該數(shù)據(jù)處理單元5包括：

-計算單元14(“COMP1”代表“第一計算單元”)通過連接件6連接到接收單元4并構型為計算與所述目標能量相關的目標能量狀態(tài)ETtgt。在本發(fā)明的上下文中，能量狀態(tài)代表總能量；

-計算單元15(“COMP2”代表“第二計算單元”)通過連接件16連接到計算單元14并構型為計算最終能量狀態(tài)ETf和目標能量狀態(tài)ETtgt之間的能量差ΔE；

-計算單元17(“COMP3”代表“第三計算單元”)通過連接件18連接到計算單元15并構型為計算消除距離DΔE，該消除距離許飛行器消除對應于所述能量差ΔE的能量；以及

-計算單元19(“COMP4”代表“第四計算單元”)通過連接件20連接到計算單元17并構型為通過所述消除距離DΔE來計算沿著飛行器AC的未來飛行軌跡TV位于所述最終位置Pf上游的極限位置Pec，如圖2中所示。

在本發(fā)明的上下文中，術語“上游”和“下游”相對于飛行器AC飛行方向限定，其在圖2中由箭頭F表示。

極限位置Pec因此為飛行器AC能夠消除所述能量差DΔE直到所述最終位置Pf的最下游的位置。

此外，在一特定實施方式中，如圖1中所示，所述裝置1包括以下用戶系統(tǒng)：

-自動駕駛系統(tǒng)9(“AP”表示“自動駕駛儀”)，其通過連接件11接收至少所述極限位置且其使用所述極限位置以引導飛行器；以及

-顯示單元10(“DU”表示“顯示單元”)，其用于在飛行器駕駛員座艙的至少一個屏幕上顯示至少(通過連接件11接收的)所述極限位置。

此外，所述裝置1還包括界面21，其使得操作人員能夠通過連接件22將數(shù)據(jù)輸入中央單元3并輸入至少目標能量。這些數(shù)據(jù)在準航的情況下特別地由空中交通控制提供。在一實施變型中，顯示單元10為這個界面21的一部分。

此外，在一具體實施方式中，裝置1包括數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)23(“TRANSMIT”表示“數(shù)據(jù)傳送單元”)，其能夠通過數(shù)據(jù)傳送連接件24自動地將數(shù)據(jù)輸入到中央單元3中并輸入至少目標能量。

這些數(shù)據(jù)在準航的情況下特別地由空中交通控制提供。作為變型，它們也可由機載系統(tǒng)提供。

裝置1此外包括一組25信息源(“DATA”表示“數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元”)，該組信息源包括通用系統(tǒng)和/或用于以通用的方式確定特別地用于測量或評估飛行器的當前飛行狀態(tài)的傳感器。當前飛行狀態(tài)通過連接件26提供給中央單元3。更精確地，組25可確定至少以下飛行狀態(tài)：

-飛行器相對于地面的高度；

-飛行器的速度；以及

-飛行器的空氣動力學構型(特別是縫翼和襟翼的位置)。

如上面描述的中央單元3，執(zhí)行以下所有步驟E1-E6，如圖4中所示：

E1/接收步驟，其由接收單元4執(zhí)行并包括接收包括目標海拔和目標速度的目標能量；

E2/第一計算步驟，其由計算單元14執(zhí)行并包括計算與所述目標能量有關的目標能量狀態(tài)ETtgt；

E3/第二計算步驟，其由計算單元15執(zhí)行并包括計算飛行器的最終能量狀態(tài)ETf和飛行器的目標能量狀態(tài)ETtgt之間的能量差ΔE(ΔE＝ETf-ETtgt)；

E4/第三計算步驟，其由計算單元17執(zhí)行并包括計算使得飛行器能夠消除所述能量差ΔE的消除距離DΔE；

E5/第四計算步驟，其由計算單元19執(zhí)行并包括通過所述消除距離DΔE來計算位于最終位置Pf上游的極限位置Pec(沿著飛行器的未來飛行軌跡TV)，如圖2中所示，所述極限位置Pf為飛行器AC(其處于當前位置PAC)能夠消除所述能量差ΔE直到所述最終位置Pf的最下游位置；以及

E6/信息傳送步驟，其由傳送單元7執(zhí)行并包括將至少所述極限位置Pec傳送到用戶系統(tǒng)9和10中的至少一個，特別地傳送到自動駕駛系統(tǒng)9。

下面更詳細地描述由裝置1的某些部件執(zhí)行的操作。

計算單元14利用目標海拔、目標速度、(特別地從組25接收的)飛行器的飛行參數(shù)的當前值以及(優(yōu)選綜合的)預定著陸航線以通用的方式計算目標能量狀態(tài)。

此外，計算單元17可使用通用的計算方法以計算能量消除距離，例如諸如專利US-8,346,412或FR-2885439中描述的方法。

此外，在一具體實施方式中，計算單元17考慮至少一個用于計算消除距離的輔助標準。特別地，如果存在與目標能量相關的充分的余量，諸如最小碳氫燃料的輔助標準可引入能量管理策略中。

此外，在一特定實施方式中，計算單元19(或接收極限位置Pec的用戶系統(tǒng)9、10)包括集成的計算元件，該計算元件計算輔助位置Pecm。這個輔助位置Pecm以預定的距離余量Dm位于極限位置Pec上游，如圖2中所示。計算單元19(或用戶系統(tǒng)9、10)也包括集成的計算元件，該計算元件計算飛行器AC的當前位置PAC和所述極限位置Pec之間的距離Davm。如圖2中所示，Dm+Davm＝Dav，Dav為飛行器AC的當前位置PAC和極限位置Pec之間的距離。所有這些距離沿著飛行軌跡TV計算。

自動駕駛系統(tǒng)9可構型為引導飛行器，使得其在所述輔助位置Pecm呈現(xiàn)目標能量狀態(tài)ETtgt，以確定該目標能量狀態(tài)很好地滿足極限位置Pec。自動駕駛系統(tǒng)9能夠特別地執(zhí)行專利US-8,948,937和專利申請FR-2978587中描述的方法。

此外，裝置1還包括更新單元27(“UPD”表示“更新單元”)，該更新單元例如集成到數(shù)據(jù)處理單元5中，如圖3中所示，并且該更新單元構型成更新最終能量狀態(tài)ETf。

在一優(yōu)選實施方式中，更新單元7根據(jù)以下參數(shù)中的至少一個或多個更新最終能量狀態(tài)，在修改這些參數(shù)中的至少一個的值的情況下：

-著陸的飛行器的質量；

-用于著陸的機場的海拔；

-機場上的風；

-至少一個影響最終能量狀態(tài)的輔助參數(shù)。

如圖3中所示，數(shù)據(jù)處理單元5還包括評估單元28(“ESTIM”表示“軌跡評估單元”)，其構型為評估由飛行器的計算單元19使用的未來飛行軌跡TV。優(yōu)選地，評估單元28使用與其他飛行器的相關的數(shù)據(jù)來評估未來飛行軌跡TV，則這個未來飛行軌跡TV取決于空中交通限制以避免撞機的風險。這個評估單元28例如集成到計算單元19中。

評估單元28可執(zhí)行用于評估飛行器的未來飛行軌跡的通用方法，特別是專利US-8,825,366或FR-2968441中描述的方法。更特別地，評估單元28可自動執(zhí)行如下方法，包括在與障礙相關的數(shù)據(jù)庫和垂直參考剖面的幫助下自動地考慮由操作人員設定的目標并指示至少一個目標點：

A/通過實施以下相繼操作利用一個當前點確定至少一第一飛行軌跡段：

a)從當前點開始產(chǎn)生至少一個預定長度的直線航段；

b)實施如此產(chǎn)生的每一直線航段的確認測試，該確認測試使用該數(shù)據(jù)庫和該垂直參考剖面；

c)評估產(chǎn)生的并確認的每一直線航段，用代表其完成設定目標的能力的符號標記每一直線航段；以及

d)記錄作為示出實際軌跡的飛行軌跡段的每一直線航段，每一直線航段具有分配給它的符號；以及

B/執(zhí)行重復處理(或重復回路)，包括以下相繼操作：

a)在所有記錄的實際軌跡中，考慮具有關于設定目標的最好符號的實際軌跡；

b)確定從這個實際軌跡的下游端開始的可能航向變化；

c)對于每一個可能航向變化，產(chǎn)生在所述下游端開始的軌跡段并包括以下元素的至少一個：一圓弧和一直線航段，對于該圓弧和直線航段實施確認測試；

d)對于在步驟c)中產(chǎn)生并確認的每一軌跡段，形成一新的飛行軌跡段，該新的飛行軌跡段由在步驟a)中考慮的實際軌跡組成，后跟隨所述軌跡段；

e)評估如此形成的每一新的飛行軌跡段，分配給每一新的飛行軌跡段代表其完成設定目標的能力的符號；以及

f)記錄示出實際軌跡的每一新的飛行軌跡段，示出實際軌跡的每一新的飛行軌跡段，具有分配給它的符號。

步驟B/a到B/f的執(zhí)行次序重復直到在(步驟a到f)重復的結束具有最好的符號的實際軌跡的下游端對應于所述目標點，這個實際軌跡然后代表評估的未來飛行軌跡。

如上面描述的裝置1，特別地能夠自動確定對應于最下游位置的位置并將對應于最下游位置的該位置自動提供給至少一個用戶系統(tǒng)(特別地一自動駕駛系統(tǒng))，在該最下游位置處飛行器能夠消除直到最終位置的(目標能量狀態(tài)和最終能量狀態(tài)之間的)能量差。裝置1因此能夠自動選擇(與能量管理相關的)最合適且最確定的方式以達到目標能量。

更特別地，但不排它地，裝置1可用于雷達導航進場和下降階段(其中飛行器的總能量隨著時間減小)的情況下海拔和速度授權(或準航)。

此外，如果縱向減速功能可用且具有用于自動控制航空制動器和發(fā)動機推進的授權，該能力可使用于得到要求的目標速度，同時進一步減小機組人員的工作負荷。

作為示例，例如上面描述的，在為著陸的進場階段的情況下，在一具體實施例中裝置1的功能可實施以下步驟：

-中央單元3連續(xù)計算飛行器的即時總能量；

-中央單元3計算飛行器在跑道邊界的標稱總能量。如果需要，該總能量由更新單元27根據(jù)著陸時的預計質量、縫翼和襟翼的選擇、機場的溫度、機場的海拔、機場上的風以及可顯著影響該計算的任意其他參數(shù)進行更新；

-當來自空中交通控制的新的授權被機組人員接收且接受時，機組人員將相應的速度和海拔目標通過界面21輸入到裝置1內。這些目標用作計算目標總能量(或目標能量狀態(tài))的基礎；

-計算單元15計算能量差ΔE；

-計算單元17計算消除能量差ΔE需要的消除距離DΔE；

-根據(jù)飛行器相對于跑道的航向和位置，計算單元19計算預定未來軌跡，該計算單元將飛行器在預定的海拔上帶到與最終進場軸對齊的位置；

-計算單元19設計沿著飛行軌跡TV自跑道2的邊界Pf開始的朝向上游的距離。在這個距離末端的邊界點Pec表示最后授權位置，在該最后授權位置可達到目標能量；

-傳送單元7向自動駕駛系統(tǒng)9傳送自飛行器的當前位置開始并沿著軌跡的能利用的距離；以及

-自動駕駛系統(tǒng)9使用這些信息用于計算導航命令并應用導航命令以使得飛行器能夠達到要求的目標。