技术领域
[0001] 本
发明涉及用于自动确定用于航空器的优化的下降和/或进场剖面的方法和设备。
背景技术
[0002] 已知，为了构造用于航空器（尤其是运输飞机）的下降和/或进场剖面，航空器的FMS类型的
飞行管理系统通过执行向上推算（亦即向后推算）来定义优化的垂直剖面。该向后推算是基于跑道入口而执行或者作为进场几何的函数、从平常点（诸如“复飞点”或“最终结束点”）直到巡航飞行高度层（由点TD（“下降起始点”）所标识）而执行，将被插入到
飞行计划中的速度和/或高度约束考虑在内。同样地由FMS系统来推算减速点DECEL。所述点DECEL对应于向进场速度（VAPP）减速的开始。该点DECEL确定在下降和进场阶段之间的界限。利用该向后推算的方法，第一步骤是推算由以下各项所定义的进场剖面：
[0003] -从跑道入口直到点FAF（“最终进场定点”）或FAP（“最终进场点”）所推算的最终进场剖面。以通常方式通过与程序中所定义的最终部分相对应的固定倾
角来确定该最终进场剖面；以及
[0004] -从点FAF/FAP朝向减速点DECEL的中间进场剖面。沿该中间剖面，航空器从点DECEL（以一般为250海里每小时的最大速度或者以能够在
流线型构型（clean configuration）中飞行的最低速度限制）开始减速直到一般在地面上方1000英尺的高度处所达到的最终进场速度（VAPP）为止。
[0005] 当进场剖面被定义时，FMS系统开始从点DECEL到点TD的下降剖面的向后推算。考虑到在飞行计划中定义的高度和/或速度限制，下降剖面被优化，以用于减少噪声和
燃料消耗。为此目的，其包括：
[0006] -从点DECEL到终点的所谓“几何（geometric）部分”，其中，高度限制影响下降剖面的定义。所述几何部分由一系列特定的恒定梯度组成，其使得满足高度限制成为可能。如果没有高度限制影响下降剖面，则没有几何部分被推算；以及
[0007] -从最后的（last）限制高度的限制或从点DECEL（如果没有几何部分存在）到所述点TD的所谓“空转（idle）部分”。该部分包括所谓的“空转”航段，沿所述空转航段，航空器以引擎空转速度（其对于燃料消耗和噪音而言是有益的）在两个限制之间飞行。
[0008] 几何部分（如果其存在）是从点DECEL向后至最后的高度限制、由一连串每次在有关高度限制的两点之间所定义的直航段（所谓的几何航段）所组成。该几何部分被构造以便最小化垂直操纵。特别地，如果直航段使得同时满足若干限制成为可能，则通过单个直航段（几何航段）、而不是多个短的未对准的直航段来构造垂直剖面的对应部分。
[0009] 另外，FMS系统通常将类型与在垂直剖面中所定义的每个几何航段相关联。作为航空器的性能
水平以及航空器和外部条件的状态（
质量、
重心、高度、速度、
风况和
温度…）以及所讨论的几何航段的梯度的函数，航空器展现沿所述几何航段的某一减速能
力。所述减速能力定义几何航段的类型：
[0010] -如果几何航段的梯度使得能够有充分的减速以便所述航段能够以流线型构型（亦即，没有展开缝翼和
襟翼的情况下）飞行，则所述航段是所谓的“流线型减速板（clean airbrake）”；
[0011] -如果几何航段的梯度并不使得能够有充分的减速以便所述航段能够以流线型构型飞行，但是另一方面使得其能够在“半减速板”的情况下飞行，则所述航段是所谓的“半减速板”航段；以及
[0012] -如果几何航段的梯度并不使得能够有充分的减速以便所述航段能够以流线型构型、即使在半减速板的情况下飞行，则所述航段被称作“过陡”。
[0013] 利用由FMS系统使用以便推算剖面的前述平常逻辑，由于垂直操纵的数目被最小化，所以某些几何航段可能潜在地非常长且陡峭，尤其是在强加（在距离和高度方面）与彼此远离的高度限制的环境中。这些几何航段不允许良好的减速能力，尤其当它们具有相当大的梯度时。这是点DECEL
定位在高空处的原因之一。
[0014] 点DECEL（亦即，向进场速度减速的开始点）的定位应当能够满足操作上的考虑事项。进场应当开始于在该处航空器应该开始向进场速度减速的高度。太高的点DECEL不适合于飞行员习惯于执行下降和进场的方式，也不适合于由
空中交通管制在这样的高度或离最终目的地的距离处所预期的速度。
发明内容
[0015] 本发明的目的是纠正该缺点。本发明涉及用于自动确定用于航空器的优化的下降和/或进场剖面的方法，其使得点DECEL能够被定位得较低。
[0016] 为此目的，根据本发明，根据所述方法，所述剖面包括以下航段中的至少一个：几何航段和空转航段，并且从推算开始点向后推算，所述方法包括以下步骤，所述步骤包括在不存在高度和/或速度限制的情况下确定空转航段，
[0017] 值得注意的在于，其还包括以下步骤，所述步骤包括在存在至少一个高度和/或速度限制的情况下
迭代地产生以下操作序列：
[0018] -利用向后推算来确定直到下一限制的空转航段；
[0019] -核实如此确定的空转航段是否满足该限制，以及：
[0020] ·如果如此确定的所述航段满足该限制，则重新开始迭代；以及
[0021] ·如果所述航段不满足该限制，则推算几何航段并且将其结合在已满足先前限制的空转航段之后（在适当地方）的剖面中。
[0022] 因此，为了优化下降和/或进场剖面并且避免长且陡峭的几何航段，剖面的推算（向后）包括使得能够有空转航段，所述空转航段（向后）继之以几何航段。
[0023] 因而，代替定义满足最多限制的长几何航段，只要这是可能的，本发明就将下降/进场剖面划分成多个子航段（其可以是空转航段或几何航段）。同样地，代替获得长几何航段，获得若干子航段，其在提供更好减速能力的较低梯度的情况下（尤其是以空转航段）满足相继的限制。由于这样的剖面使得能够有更好的减速能力，减速点DECEL（在该处向进场速度的减速开始）被定位成较接近目的地并且高度上较低。这使得纠正前述缺点成为可能。
[0024] 此外，所述过程可以包括单独地或以组合而采取的以下步骤中的至少某些：
[0025] -如果空转航段的确定直接向上产生过陡的几何航段的推算，则包括用一个单个几何航段来在剖面上取代这两个航段的步骤；
[0026] -如果几何航段的确定直接向上产生过陡的几何航段的推算，则包括用一个单个几何航段来在剖面上取代这两个航段的步骤；以及
[0027] -包括用减速板一半展开的另一空转航段来取代以流线型构型的空转航段的步骤。该另一个航段优选地呈现其中优先级给予
势能的
能量分配。
[0028] 本发明还涉及一种用于自动确定用于航空器的优化的下降和/或进场剖面的设备，所述剖面包括以下航段中的至少一个：几何航段和空转航段。
[0029] 根据本发明，被配置成以便从推算开始点向后推算所述剖面并且至少包括用于在不存在高度和/或速度限制的情况下确定空转航段的装置的类型的所述设备，[0030] 值得注意的在于，其还包括推算单元，所述推算单元至少旨在定义下降和/或进场剖面的航段并且至少包括至少在存在至少一个高度和/或速度限制的情况下所使用的以下装置：
[0031] -第一装置，其用于利用向后推算来确定直到下一限制的空转航段；
[0032] -第二装置，其用于核实由所述第一装置所预定的空转航段是否满足限制，所述第一装置确定直到下一限制的新空转航段，这迭代地执行，如果并且只要所获得的航段满足所述限制的话；以及
[0033] -第三装置，其用于如果所述第二装置认为空转航段不满足限制则推算几何航段并将其结合在已满足先前限制的空转航段之后（适当地方）的剖面中。
[0034] 此外，所述设备可以包括单独地或以组合而采取的以下装置中的至少某些：
[0035] -用于如果空转航段的确定直接向上产生过陡的几何航段的推算则用一个单个几何航段来在剖面上取代两个航段的装置；
[0036] -用于如果几何航段的确定直接向上产生过陡的几何航段的推算则用一个单个几何航段来在剖面上取代两个几何航段的装置；以及
[0037] -用于用减速板一半展开的另一空转航段来取代以流线型构型的空转航段的装置。
[0038] 本发明还涉及一种用于航空器的飞行管理系统，其包括用于自动确定诸如前述之类的优化进场剖面的设备。
[0039] 本发明还涉及一种航空器，尤其是运输飞机，其提供有此类设备和/或此类系统。
附图说明
[0040] 附图中的图将使得能够很好地理解如何能够实现本发明。在这些图中，同样的参考标记指明类似的元件。
[0041] 图1示出图示本发明的一个
实施例的设备的
框图。
[0042] 图2示出从
巡航高度至着陆的飞行剖面。
[0043] 图3至5示意性地图示使得能够解释本发明的剖面。
[0044] 图6A和6B、7A和7B以及8图示使得能够解释本发明的特定实施例的不同剖面。
具体实施方式
[0045] 图1中示意性地示出的并且使得能够图示本发明的设备1旨在自动确定用于航空器AC、尤其是运输飞机的优化的下降和/或进场剖面P。
[0046] 在优选实施例中，所述设备1形成航空器AC的FMS（“飞行管理系统”）类型的飞行管理系统4的部分。
[0047] 如图2中示意性表示的，在目的在于着陆在着陆跑道2上的航空器AC的飞行期间，从巡航阶段PH0开始，航空器AC发起根据下降剖面P1的在点TD和点DECEL之间的下降阶段PH1，继之以根据进场剖面P2的在该点DECEL和跑道2的入口3之间的进场阶段PH2。
[0048] 以平常方式，如尤其在图3至5中表示的，该进场剖面P2包括：
[0049] -从减速点DECEL到点D0（例如点FAF（“最终进场定点”）或FAP（“最终进场点”））的中间进场剖面P2A。沿该中间剖面P2A（对应于进场阶段PH2的部分PH2A），航空器从点DECEL（以一般为250海里每小时的最大速度或者以能够以流线型构型飞行的最低速度限制）开始减速直到一般在地面上方1000英尺的高度处所达到的最终进场速度（VAPP）；以及[0050] -从点D0（FAF或FAP）到跑道2的入口3（或到诸如“复飞点”或“最终结束点”之类的平常点）的最终进场剖面P2B。该最终进场剖面P2B（对应于进场阶段PH2的部分PH2B）以平常方式具有固定倾角，对应于程序中所定义的最终部分。
[0051] 安装在航空器AC上的所述设备1如图1中所表示的特别地包括用于在不存在高度和/或速度限制的情况下确定空转航段的装置5。
[0052] 所述设备1同样地包括用于获取数据的装置6，所述数据尤其是：
[0053] -通过信息源的组件8的连接7所接收的数据，所述信息源测量和/或确定与航空器AC有关的（速度、高度等）以及外部条件（风、温度等）的当前值，并且经由连接7供应它们；以及
[0054] -通过人/机
接口10的连接9所接收的数据，所述人/机接口10使得飞行机务人员能够将数据并且尤其是飞行计划输入到设备1中。
[0055] 所述装置8和10能够同样地形成所述设备1的部分，其经由连接11将所推算的剖面P传输到平常的用户装置或系统，例如计算器或显示单元（未示出），其中的某些可以形成设备1和/或系统4的部分。
[0056] 所述设备1被配置成以平常方式从跑道2的入口3向后或至平常点（诸如“复飞点”或“最终结束点”）来推算下降和/或进场剖面P，如由图2中的箭头F所图示的。
[0057] 根据本发明，特别是为了推算使用于开始向进场速度减速的点DECEL的定位优化的下降和/或进场剖面P，所述设备1此外包括推算单元12，其至少旨在推算剖面P上的航段并且其至少包括以下装置（至少在存在一个或多个高度和/或速度限制的情况下所使用）：
[0058] -装置13，其用于利用向后推算来确定到下一限制的空转航段S1；
[0059] -装置14，其用于核实由所述装置13所确定的航段S1是否满足该限制。所述装置13确定到下一限制的新空转航段S1，这迭代地执行，如果并且只要所获得的航段满足所述限制的话；以及
[0060] -装置15，其用于如果所述装置14认为空转航段S1不满足限制则推算几何航段并将其结合在已满足先前限制的空转航段S1之后（适当地方）的剖面P中。
[0061] 所述推算单元12因此迭代地产生以下操作序列：
[0062] -确定到下一限制的空转航段S1；
[0063] -核实如此确定的航段S1是否满足该限制，以及：
[0064] ·如果所述航段S1满足该限制，则重新开始迭代；以及
[0065] ·如果所述航段S1不满足该限制，则推算几何航段S2并将其结合在已满足先前限制的空转航段之后（适当地方）的剖面P中。
[0066] 高度限制CA可以是高度限制CA1，根据所述高度限制CA1，航空器在特定横向
位置处必须在给定高度上方飞行，或者同样地可以是高度限制CA2，根据所述高度限制CA2，航空器AC在特定横向位置处必须在给定高度处飞行。
[0067] 由设备1所推算的下降和/或进场剖面P因此取决于存在或不存在限制。因而，对于没有限制的进场/下降，以平常方式（借助于装置5），从最终捕获（capture）高度（点D0）至巡航飞行高度层的终点TD来定义空转航段S1，如图3中所表示的。
[0068] 另一方面，对于具有限制的进场/下降，在每次迭代时尽可能远地定义空转航段S1，亦即每当剖面的推算遭遇高度限制时。其然后核实空转航段是否满足限制。肯定地，则空转航段被定义在作为结果的剖面P中。另一方面，如果空转航段不满足所公布的限制，则所述系统返回至几何逻辑。
[0069] 因此，为了优化下降和/或进场剖面P，并且避免长且陡峭的几何航段，由设备1所实现的剖面推算（向后）包括使得能够有空转航段S1，所述空转航段S1（向后）继之以几何航段S2。
[0070] 因而，代替获得长几何航段，获得若干子航段，其在提供更好减速能力的较低梯度的情况下（尤其是以空转航段）满足相继的限制：
[0071] -如图4中示出的，图示了在进场（阶段PH2A）中没有高度限制的示例；以及[0072] -如图5中示出的，图示了在进场（阶段PH2A）中具有高度限制的示例。
[0073] 由于这样的剖面P使得能够有更好的减速能力，减速点DECEL（在该处向进场速度的减速开始）被定位成较接近目的地并且高度上较低。
[0074] 设备1的前述装置13至15使得限制长且陡峭的几何航段的数目以便降低点DECEL的高度成为可能。
[0075] 然而，该实现在某些情况下可能导致负面效应。事实上，在将点DECEL定义在空转航段S1A的结束处时，保持在点DECEL和随后的高度限制CA1之间的航段S2A（下降飞行阶段的最后航段）在某些情形中可能过陡，如图6A中示出的。
[0076] 同样地，为了纠正该缺点，设备1包括装置16（其形成推算单元12的部分），用于如果空转航段S1A的确定直接向上产生过陡的几何航段S2A的推算则尽可能远的用单个几何航段S2B（其不过陡）在剖面P上取代这两个航段S1A和S2A，如图6B中示出的。
[0077] 此外，通过将长几何航段细分成多个几何航段，它们中的一些比原始航段更陡并且可能过陡。同样地，为了纠正该后者的缺点，设备1还包括装置17，用于如果几何航段S2C的确定直接向上产生过陡的几何航段S2D的推算（如图7A中示出的）则用单个几何航段S2E在剖面P上取代这两个几何航段S2C和S2D，如图7B中示出的。该几何航段S2E有较少的风险是过陡的。
[0078] 此外，如以上所指示的，设备1使得降低点DECEL的高度成为可能，但是该实现方式在某些情况下可能引入过陡的航段。代替尝试消除该类型的航段（如装置16和17所做的），设备1同样地包括装置18，其试图限制过陡的航段的严重程度。
[0079] 为了做到这点，这些装置18用减速板一半展开的另一空转航段S1β来取代在正常能量分配的情况下以流线型构型的空转航段S1α(在存在过陡的几何航段（沿S0）的情况下以平常方式所生成的航段S1α)，如图8中示出的。该航段S1β以平常方式推算，基于将能量划分成势能和
动能，其将优先级给势能。
[0080] 当垂直剖面的高度的不连续性太大时，过陡的航段是基本上严重的。该航段S1β比航段S1α更陡，其减小高度的不连续性，其从对于S1α的D1转到对于S1β的D2。
[0081] 该图8还示出航段S1 ，其对应于在将优先级给予势能的能量划分的情况下以流线型构型的空转航段。
