与飞行计划关联的航空器机载系统
阅读：541发布：2020-07-10
专利汇可以提供与飞行计划关联的航空器机载系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种与限定巡航 水 平和到达目的地的最小 燃料 储备目标的 飞行计划 （13）关联的方法和航空器机载评价系统，包括：用于计算在以 选定 巡航高度 水平（15）的飞行和以由飞行计划起初计划的高度水平（17）的飞行之间的燃料消耗偏差的计算装置（5），所述选定高度水平（15）低于起初计划的高度水平（17）；用于根据所述燃料消耗偏差和所述最小燃料储备目标而从所述选定巡航高度水平（15）确定爬升极限点（19）的计算装置（5），所述爬升极限点（19）代表关于所述到达目的地的最小燃料储备目标的最后爬升点；以及用于提供所述爬升极限点（19）和关于所述爬升极限点的预期信息（21）的 接口 装置（9）。，下面是与飞行计划关联的航空器机载系统专利的具体信息内容。
1. 一种与限定巡航水平和到达目的地的最小燃料储备目标的飞行计划（13）关联的航空器机载评价系统，特征在于所述评价系统包括：
－用于计算在以选定巡航高度水平（15）的飞行和以由飞行计划起初计划的高度水平（17）的飞行之间的燃料消耗偏差的计算装置（5），所述选定高度水平（15）低于起初计划的高度水平（17）；
－用于根据所述燃料消耗偏差和所述最小燃料储备目标而从所述选定巡航高度水平（15）中确定爬升极限点（19）的计算装置（5），所述爬升极限点（19）代表关于所述到达目的地的最小燃料储备目标的最后爬升点；以及
－用于提供所述爬升极限点（19）和关于所述爬升极限点的预期信息（21）的接口装置（9）。
2. 根据权利要求1的机载系统，其特征在于所述预期信息包括在必须返回到所述计划高度水平（17）之前航空器能够以所述选定高度水平（15）行进的最大距离的估计、将返回到的所述计划高度水平的值、和为到达目的地余留的燃料量的估计。
3. 根据权利要求1或2的机载系统，其特征在于计算装置（5）被配置为针对所述飞行计划的任何修改来重新计算爬升极限点（19a）。
4. 根据权利要求1至3中任一项的机载系统，其特征在于：
－计算装置（5）被配置为对在所述爬升极限点（19a）处朝向所述计划高度水平的预期爬升加以考虑并且迭代地重新估计所述爬升极限点；以及
－计算装置（5）被配置为继续迭代直至可用燃料储备在对飞行必要的燃料总量的确定百分比以下为止。
5. 根据权利要求4的机载系统，其特征在于接口装置（9）被配置为提供所述爬升极限点的每一个重新估计。
6. 根据权利要求1至5中任一项的机载系统，其特征在于接口装置（9）包括：
－用于显示所述当前爬升极限点的表示的输出装置（9b）；以及
－用于允许航空器机组人员启动到所述当前爬升极限点的爬升的输入装置（9a）。
7. 根据权利要求6的机载系统，其特征在于：
－计算装置（5）被配置为根据所述爬升而修正所述飞行计划；以及
－接口装置（9）被配置为提供经修正的飞行计划。
8. 根据权利要求6或7的机载系统，其特征在于：
－接口装置（9）被配置为允许机组人员创建新爬升点（19c）并且沿着飞行计划移动所述新爬升点；以及
－接口装置（9）被配置为根据新爬升点的位置来指示和更新关于新爬升点的新预期信息。
9. 一种与限定巡航水平和到达目的地的最小燃料储备水平目标的飞行计划（13）关联的评价方法，包括以下步骤：
－计算在以选定巡航高度水平（15）的飞行和以由所述飞行计划起初计划的高度水平（17）的飞行之间的燃料消耗偏差，所述选定高度水平（15）低于起初提供的所述高度水平（17）；
－根据所述燃料消耗偏差和所述最小燃料储备目标而从所述选定巡航高度水平中确定爬升极限点（19），所述爬升极限点代表关于所述到达目的地的最小燃料储备目标的最后爬升点；以及
－提供关于所述爬升极限点的预期信息。
10. 一种计算机程序，所述计算机程序包括用于当航空器机载系统的计算装置运行所述计算机程序时执行根据权利要求9的评价方法的指令。
与飞行计划关联的航空器机载系统
技术领域
背景技术
[0002] 航空器通常具有允许机组人员在启程之前记录由一系列路径选择（routing）点构成的飞行计划的飞行管理系统（FMS）。根据该飞行计划，飞行管理系统计算并且在屏幕上显示航空器的不同飞行阶段和特别地在航路（en-route）阶段期间的计划高度水平（或者多个水平）以及具有由机组人员使用的性质的数据例如燃料储备估计。
[0003] 在一些情形中，空中交通控制器可以要求飞行员改变高度从而以比由飞行计划起初计划的高度更低的高度飞行。
[0004] 当前，在以在起初计划的巡航高度以下的高度飞行的情形中，飞行管理系统采取紧急地返回到初始飞行水平的假设以计算为到达目的地余留（remaining to the destination）的燃料的预测量。然而，保持飞行处于在起初计划的巡航高度以下的高度引起消耗增加，并且如果航空器未被授权在比由飞行管理系统加以考虑的更长的时间期间升高，则对到达目的地的燃料数量的预测被连续地更新。它随着航空器向前移动而降低，直至它达到调节极限（regulatory limit）或者由机组人员规定的那些为止；因此当航空器朝向起初计划的巡航高度达到爬升（climb）极限点时机组人员仅仅被警告达到燃料量调节极限。
[0005] 为了预见以在起初为巡航所计划的高度以下的高度的延长（extended）飞行对为到达目的地余留的燃料量的影响，机组人员能够使用其中他们修改巡航高度的主动飞行计划（“临时”或者“二级”飞行计划）的副本。飞行管理系统然后重新计算对全部新飞行计划和特别地到达目的地的燃料量的预测，这允许机组人员检验到达目的地的燃料量是否将在调节极限或者由机组人员设定的那些以下。如果情形是这样，则机组人员必须对在飞行管理系统中用于再结合（rejoin）初始高度的点的位置执行迭代，直至对到达目的地的燃料量的预测与调节极限（或者由机组人员设定的那些）相一致为止。由于在每一次迭代时飞行计划的完整重新计算，这个过程是极长的、令人厌烦的，并且不允许响应于来自空中交通控制器的指令进行快速决策。
发明内容
[0008] 本发明由一种与限定巡航水平和到达目的地的最小燃料储备目标（minimum fuel reserve to destination objective）的飞行计划关联的航空器机载评价系统限定，包括：－用于计算在以选定巡航高度水平的飞行和以由飞行计划起初计划的高度水平的飞行之间的燃料消耗偏差的计算装置，所述选定高度水平低于起初计划的高度水平，－用于根据所述燃料消耗偏差和所述最小燃料储备目标而从所述选定巡航高度水平中确定爬升极限点的计算装置，所述爬升极限点代表关于（respecting）所述到达目的地的最小燃料储备目标的最后爬升点，和
－用于提供所述爬升极限点和关于所述爬升极限点的预期信息的接口装置。
－用于提供所述爬升极限点和关于所述爬升极限点的预期信息的接口装置。
[0009] 这允许航空器的机组人员在不更改主动飞行计划的情况下快速地且容易地评价巡航高度限制对到达目的地的燃料量目标以及因此对航空器的在计划的飞行水平下飞行的能力的影响。更特别地，爬升极限点向机组人员指示：如果根据空中交通控制器的指令所选定的高度被保持为巡航高度，则航空器不能向计划目的地继续飞行。因而，机组人员能够在达到极限点之前预见这种棘手的情况并且能够与空中交通控制器协商返回到计划的巡航水平。而且，爬升极限点的确定依赖于容易的燃料消耗计算并且要求非常少的计算时间和存储器容量。
[0010] 有利地，所述预期信息包括在必须返回到所述计划高度水平之前航空器能够以所述选定高度水平行进的最大距离的估计、将被返回到的所述计划高度水平的值、和为到达目的地余留的燃料量的估计。
[0011] 因而，该信息被自动地并且以使得有可能在高度变化请求来自空中交通控制器时作出快速决定的方式提供给机组人员。更特别地，机组人员在必须返回到在航空器的飞行管理系统之间起初计划的飞行水平之前知晓航空器能够以根据空中交通控制器的指令所选定的高度行进的最大距离。
[0012] 有利地，该计算装置被配置为针对所述飞行计划的任何修改来重新计算爬升极限点。
[0013] 这使得有可能连续地且自动地更新爬升极限点的位置。
[0014] 根据另一实施例，该计算装置被配置为对在所述爬升极限点处朝向所述计划高度水平的预期爬升加以考虑并且迭代地重新估计所述爬升极限点，并且该计算装置被配置为继续该迭代直至可用燃料储备在对飞行必要的燃料总量的确定百分比以下为止。
[0015] 这使得有可能在保证快速收敛时改进每一次迭代的结果。
[0016] 有利地，该接口装置被配置为提供所述爬升极限点的每一个重新估计。
[0017] 这使得有可能非常快速地将关于极限点的位置的结果呈现给机组人员并且改进在迭代期间的位置而非在将其呈现给机组人员之前计算非常精确的位置，后者将花费长得多的时间。
[0018] 根据本发明的一个特征，该接口装置包括：－用于显示所述当前爬升极限点的表示的输出装置，和
－用于允许航空器机组人员启动爬升到所述当前爬升极限点的输入装置。
－用于允许航空器机组人员启动爬升到所述当前爬升极限点的输入装置。
[0019] 能够利用专用符号在屏幕上示出当前极限点并且机组人员然后能够仅仅通过选定所述符号而启动到所提出的点的爬升。
[0020] 有利地，该计算装置被配置为根据所述爬升而修正所述飞行计划，并且该接口装置被配置为提供经修正的飞行计划。
[0021] 因而，专用符号的启动使得有可能自动地发起飞行计划的垂直修正。
[0022] 有利地，该接口装置被配置为允许机组人员创建新爬升点并且沿着飞行计划移动所述新爬升点，并且该接口装置被配置为根据它的位置来指示和更新关于新爬升点的新预期信息。
[0023] 本发明的目标还在于一种与限定巡航水平和到达目的地的最小燃料储备水平的飞行计划关联的评价方法，包括以下步骤：－计算在以选定巡航高度水平的飞行和以由所述飞行计划起初计划的高度水平的飞行之间的燃料消耗偏差，所述选定高度水平低于所述起初提供的高度水平，－根据所述燃料消耗偏差和所述最小燃料储备目标而从所述选定巡航高度水平中确定爬升极限点，所述爬升极限点表示关于所述到达目的地的最小燃料储备目标的最后爬升点，和
－提供关于所述爬升极限点的预期信息。
－提供关于所述爬升极限点的预期信息。
[0025] 图1示出根据本发明的机载评价系统；图2是图示根据本发明的用于确定爬升极限点的各种步骤的流程图；
图3图示由机载评价系统确定的飞行计划；以及
图4图示在爬升极限点的位置改变期间产生的效果的评价的两个实例。
图3图示由机载评价系统确定的飞行计划；以及
图4图示在爬升极限点的位置改变期间产生的效果的评价的两个实例。
具体实施方式
[0026] 图1图解地图示根据本发明的能够由机组人员使用以快速地估定在起初计划的巡航水平以下的飞行对为到达目的地余留的燃料量的影响的机载评价系统1。将会注意到，图1还是根据本发明的评价方法的图示。
[0027] 机载评价系统1包括处理装置3以及接口装置9，所述处理装置3包括计算装置5和存储装置7，所述接口装置9包括输入装置9a和输出装置9b。能够至少部分地在已经现有的航空器机载的交互观察屏幕中组合输入9a和输出9b装置。将会注意到，机载评价系统1能够由与航空器的其它系统分离的实体构成。可替代地，它能够被整体地或者部分地包括于另一机载系统中。例如，机载评价系统1能够被包括于航空器的飞行管理系统11（FMS）中。
[0028] 有利地，机载评价系统1被耦合到飞行管理系统11从而与指示航空器的轨迹的飞行计划13关联。飞行计划13根据机组人员的规定或者调节极限而限定不同的飞行阶段和特别地航路阶段17的（一个或者多个）高度水平以及到达目的地的燃料量。
[0029] 本发明涉及这样的情形，其中根据空中交通控制器指令而强制航空器以比起初编程到飞行管理系统11中的巡航高度更低的巡航高度飞行。这个高度由机组人员在航空器的自动导航的FCU（飞行控制单元）接口上选定（或者选择）。
[0030] 根据本发明，机载评价系统1的计算装置5被配置为计算在以选定高度水平15的飞行和以由飞行计划13起初计划的高度水平17的飞行之间的燃料消耗偏差。
[0031] 对根据机组人员的规定或者调节极限的最小燃料储备目标加以考虑，计算装置5根据燃料消耗偏差从选定巡航高度水平15中确定爬升极限点19。爬升极限点19被确定以便表示关于到达目的地的最小燃料储备目标的最后爬升点。
[0032] 接口装置9通过将其显示于输出装置9b（观察屏幕）上而为航空器的机组人员提供爬升极限点19以及关于该点的预期信息。
[0033] 有利地，该预期信息例如被显示在靠近爬升极限点19的信息框21中并且包括在必须返回到计划高度水平17之前航空器能够以选定高度水平行进的最大距离的估计、将被再结合的计划高度水平17的值、和为到达目的地余留的燃料量的估计。该信息还能够包括到达目的地时间和选定高度水平15。
[0034] 而且，计算5和接口9装置被配置为根据爬升而检查飞行计划13，并且因此，接口装置9被配置为提供经修正的飞行计划。
[0035] 有利地，计算装置5还被配置为针对飞行计划的任何更改而重新计算爬升极限点19。
[0036] 图2是图示用于确定爬升极限点19的不同步骤的流程图。这些步骤依赖于针对起初计划的巡航高度水平17（或者在航路阶段包括若干个水平的情况下的多个巡航高度）和针对选定高度水平15的每单位距离的燃料消耗的计算。这些消耗水平的比较和可用燃料储备的加以考虑将为每一个高度提供飞行巡航距离比率。这个计算是非常快速的并且是基于消耗估计的简化。
[0037] 更特别地，在步骤E1中，计算装置5确定主动飞行计划13的不同飞行阶段。
[0038] 在步骤E2中，计算装置5确定在不同的巡航改平（level-off）上消耗的燃料量。令Q1、Q2、…、Qn分别为第一、第二、…、第n巡航改平的每单位距离的平均消耗（单位：吨每海里）。
[0039] 在步骤E3中，计算装置5确定类似于主动计划的但是其中巡航高度17恒等于选定高度15的飞行计划的不同飞行阶段。令Q为如此获得的每单位距离的平均巡航消耗（单位：吨每海里）。
[0040] 在步骤E4中，考虑主动飞行计划13的航路阶段的每一个改平的距离，计算装置5确定将由以选定高度（而不是起初计划的高度）的这些改平的飞行产生的过量消耗 ：D1、D2、…、DN是对应于航路阶段的不同改平的距离。
[0041] 在步骤E5中，计算装置5逐渐累计不同改平的过量消耗 ，以便确定检验下列不等式的改平数目M：。
[0042] 这个不等式使得有可能确定在其中定位爬升极限点19的改平。而且，将会注意到，“可用燃料储备”被理解成一旦调节燃料储备得以移除便通过考虑主动飞行计划13而由飞行管理系统11估计的燃料的其余部分。
[0043] 在步骤E6中，计算装置5确定能够根据从其已移除先前改平的过量消耗的可用燃料储备而以选定高度水平15行走的距离△DM：。
[0044] 在步骤E7中，计算装置5然后确定位于由下列公式给出的、在距第一爬升顶部的输入点的距离D 处的爬升点19：。
[0045] 在步骤E8中，接口装置9在对应于选定高度15的改平上显示爬升极限点19（见图1）。
[0046] 图3图示根据本发明的飞行管理系统11的主动飞行计划13以及为计算爬升极限点而由机载评价系统1确定的其它中间飞行计划13a和13b。沿着飞行计划，纵轴对应于高度而横轴对应于相对于地面的距离。航空器的当前位置由飞机符号21图示，参考标记（reference）17a、17b和17c代表航路阶段的、分别具有长度D1、D2和D3的第一、第二和第三改平。参考标记15代表选定高度水平，并且爬升极限点19a或者19b由专用符号例如由具有向上箭头的菱形代表。
[0047] 更特别地，中间飞行计划13a是在步骤E7中用于确定和显示爬升极限点的中间飞行计划。根据这个实例，选定高度水平15延长直到在相对于主动飞行计划13的第二改平17b处位于等于D1+△D2的距离处的爬升极限点19a。
[0048] 前面的步骤示出本发明的原理在于估定在FCU处选定的高度时航空器能够完成的改平的最大容许长度。这个估定通过估计由飞行剖面（profile）的这个更改所引起的过量消耗和计算爬升极限点的位置以使得该过量消耗刚好等于过剩可用燃料（在针对起初计划的飞行计划的由飞行管理系统估计的到达目的地的燃料量和调节储备或者由机组人员规定的储备之间的差异）而完成。
[0049] 因此，本发明使得有可能一旦机组人员在FCU处选定对应于空中交通控制器的指令的高度便自动地计算爬升极限点19a并且将其显示在对应于选定高度15的改平上；其它动作都是不必要的。
[0050] 有利地，当满足下列两个条件时，爬升极限点19a被自动地确定和显示。第一个条件是如下事实：选定高度水平15低于起初计划的高度水平并且高于最小巡航高度水平以便在航空器正从机场起飞时避免无意义的计算。将会注意到，当存在若干个巡航高度水平17a、17b、17c时，最低水平17a被加以考虑。第二个条件涉及如下事实：如果航空器继续以选定高度水平飞行，则为到达目的地余留的燃料量将变得低于最小燃料储备。
[0051] 本发明由此使得有可能在对应于选定高度15的改平上快速地显示爬升极限点19a。
[0052] 而且，将会注意到，在前面步骤的计算期间，在爬升和降落阶段中加以考虑了在两个改平之间的过渡成本。然而，这些过渡发生在飞行计划中的不同地点处并且更特别地在其中航空器装载的燃料较少且因此消耗得以降低的地点处。结果，确定爬升极限点19a以再结合初始高度是基于其中到达目的地的燃料储备实际上高于最小储备目标的最大限度预防假设。
[0053] 为了改进结果，有可能在仍然快速地提供信息时使用迭代过程。
[0054] 有利地，计算装置5被配置为对在爬升极限点19a处朝向计划高度水平的预期爬升加以考虑并且为每一个新中间飞行计划迭代地重新估计和显示新爬升极限点19b。将会注意到，中间飞行计划19b仅仅被用于计算极限点并且它不被呈现给机组人员，只要机组人员没有启动爬升。
[0055] 该迭代继续直至燃料的“可用储备”在对飞行必要的燃料总量的确定百分比以下为止。该确定百分比被限定以便考虑最小燃料裕度。
[0057] 更特别地，在步骤E9中，计算装置5检验可用燃料储备是否在燃料总量的确定百分比以下。如果是，则该过程停止（步骤E10）并且如果不是，则它继续进行下列步骤E11。
[0058] 在步骤E11中，计算装置5考虑在步骤E8中获得的新中间飞行计划13a，然后重新开始步骤E1到E9。然后将在步骤E7和E8中获得另一新中间飞行计划13b。更特别地，在步骤E8中，接口装置9提供爬升极限点19b的每一个重新估计。以此方式，一旦它们被计算，并且即使在展开任何附加迭代之前，接口装置9便显示爬升极限点19b的位置以及为到达目的地余留的燃料量的值的估计、将被再结合的高度的值（用飞行水平表达）和（可能地）到达目的地时间。
[0059] 能够在允许机组人员观察所使用的飞行计划的垂直和横向分量的现有接口装置上完成该显示。
[0060] 有利地，所述显示是交互式的以便允许机组人员评价爬升点的位置改变的效果。
[0061] 根据第一可能性，机组人员能够忽略所述显示并且然后代表极限点19b的符号保持显示，只要选定高度、主动飞行计划或者航空器的飞行参数保持不变。当这些参数之一被更改时，极限点被重新计算。
[0062] 根据第二可能性，机组人员能够在所提出的极限点19b处启动朝向初始水平的爬升。机组人员能够例如通过选定在飞行管理系统11中创建主动飞行计划的垂直修正的极限点符号而启动爬升。
[0063] 根据第三可能性，机组人员能够通过沿着飞行计划创建他们所希望的爬升点的另一位置而生成主动飞行计划的垂直修正，以便重新估定为到达目的地余留的燃料量。
[0064] 通过知晓在由以选定高度水平的飞行创建的初始飞行计划的每一个改平或者片段上的平均过量消耗（在片段i上的Ci），计算装置5被配置为推导消耗增益的近似值。
[0065] 实际上，假设爬升极限点起初位于第M巡航片段上并且机组人员已在距极限点的位置的距离△D处在第K片段上移动爬升点。则所获得的燃料储备补充△R能够由下列公式表达：。
[0066] 图4图示爬升点的位置改变的效果的估定的两个实例。
[0067] 起初，爬升点19在初始飞行计划13上位于相对于主动飞行计划（点线所示）的第二改平17b（具有长度D2）处。
[0068] 第一实例示出在中间飞行计划13c上、爬升点19c的但是仍然在第二改平17b上的运动△D。在此情形中，燃料储备补充△R1由下列公式给出：。
[0069] 第二实例示出在中间飞行计划13d上、在第一改平（具有长度D1）上的爬升点19d的运动△D。在此情形中，该运动由第二改平17b上的第一运动△D2和第一改平17a上的第二运动△D-△D2构成。燃料储备补充△R2然后由下列公式给出：。
[0070] 因此，根据该第三可能性，机组人员能够通过移动起初提出的爬升点而在接口装置9上限定新爬升点。
[0071] 有利地，接口装置9被配置为允许机组人员创建新爬升点并且然后沿着飞行计划移动该爬升点。接口装置9还被配置为根据它的位置指示和更新关于新爬升点19c或者19d的新预期信息。这能够有利地被用于根据所提供的预期信息来定位其中机组人员所希望的新爬升点。一旦机组人员设定了新点的位置，系统1便启动飞行管理系统11对其重做预测计算的主动飞行计划的垂直修正。
[0072] 将会注意到，只要飞行计划13或者选定高度水平未被达到，初始爬升极限点19便保持不变并且它保持连续显示。另一方面，机组人员具有（例如通过在飞行计划的另一点处进行初始爬升极限点19的一种“拷贝-粘贴”）创建新爬升点19c或者19d的能力。
[0073] 起初，新爬升点19c或者19d被叠加在初始爬升极限点19上并且机组人员然后能够沿着飞行计划自由地移动新点。新爬升点19c或者19d和初始爬升极限点19被同时地但是用不同的符号和/或颜色显示。这允许机组人员通过沿着飞行计划规定其所希望的爬升点的位置而生成飞行计划的垂直修正。一旦新爬升点的位置被规定，计算装置5便重新计算为到达目的地余留的燃料量的估计并且接口装置9在该新点处再次更新相对结果的显示。
[0074] 该计算的原理是对爬升点19的符号的位置变化加以考虑以便推导到达目的地的附加燃料量。结果，接口装置9被配置为沿着飞行计划返回在起初计算的爬升点和新选择点之间的距离。将会注意到，为了避免使得显示太密集，仅仅两个爬升点被同时地显示。
[0075] 而且，机载评价系统1的处理装置3能够包括计算机程序（例如，被记录于存储装置7中），该计算机程序包括用于当所述处理装置运行该计算机程序时执行根据本发明的方法的代码指令。
[0076] 结果，本发明还涉及一种能够在机载评价系统中执行的计算机程序，所述程序包括适于如上所述的、根据本发明的方法的实现的代码指令。
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