[發(fā)明專利]用于使用到達時間控制的垂直導(dǎo)航的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110224648.3
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102346487A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M·J·貝克
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣航空系統(tǒng)有限責任公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 柯廣華;朱海煜

技術(shù)領(lǐng)域

一般地，本發(fā)明的領(lǐng)域涉及基于交通工具時間的管理系統(tǒng)，更具體地，涉及用于使用到達時間控制的垂直導(dǎo)航的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

按常規(guī)，飛行器在三維(緯度、經(jīng)度和高度)中進行控制。近來，在第四維(時間)中控制飛行器的能力已經(jīng)顯示出使能了導(dǎo)致增加容量的高級空域管理。使用基于時間的到達管理促進了較早的著陸時間指配以及更有效的使用跑道。如果各飛行器能夠使用它的最佳燃料飛行剖面圖來確定其預(yù)期著陸時間，則這還導(dǎo)致了經(jīng)濟效益。但是，在缺乏定義的幾何下降剖面圖或幾何爬升剖面圖的情況下，當前垂直導(dǎo)航控制算法使用在保持固定油門設(shè)定(典型為空載)的同時將升降舵控制到預(yù)定垂直路徑或垂直速度的規(guī)則。使用這種控制方法，允許速度在大范圍值上波動，導(dǎo)致在飛行器下游的點處的、變化的且不準確的估計的到達時間(ETA)。這不利地影響飛行器對時間限制(典型地稱作要求的到達時間(RTA)或控制的到達時間(CTA))的遵守。

飛行器下降軌道或爬升軌道典型地通過機載飛行管理系統(tǒng)(FMS)、從目的地到下降開始的點(稱作下降起點(T/D))向后構(gòu)成。這種計算的軌道的垂直部分由三個一般部分組成：

1)進場段-這是下降的最低部分，并且包含：到最后著陸速度的減速連同高升力裝置和起落架的放下(extension)。

2)幾何段-這是下降的中間部分，并且計算為嘗試承兌所有高度限制的航線的幾何序列。如果不存在要求它的高度限制，則這個段可以不存在。

3)空載段-這是下降的上面部分，并且假定下降的目標速度和空載推力來計算。在這個段的計算中假定估計的(“預(yù)測”)風和溫度。

當飛行器正航行在軌道的空載段時，油門固定在空載設(shè)定，并且算法將升降舵控制到預(yù)定義的垂直路徑(VPATH)。在這種控制策略中，允許速度波動。當用于構(gòu)成下降路徑的估計的參數(shù)(最值得注意的是風和溫度)匹配實際參數(shù)時，飛行器的速度將匹配預(yù)計的目標速度。但是，很可能估計的參數(shù)將不同于飛行中遇到的實際值，并且又引起飛行器的速度偏離目標空速。

用于空載段的傳統(tǒng)垂直導(dǎo)航策略將允許實際空速偏離目標空速某個預(yù)設(shè)值(典型值為15節(jié))。當偏離超過預(yù)設(shè)閾值時，系統(tǒng)將嘗試增加推力或者阻力(drag)，以使實際空速與目標空速之間的差置零。對于欠速情況，系統(tǒng)將嘗試通過使油門處于速度控制模式(A/T嚙合)或者通過提示飛行人員來增加推力。對于超速情況，系統(tǒng)將嘗試自動地或者通過提示飛行人員來增加阻力；當今大多數(shù)系統(tǒng)不支持自動增加阻力。這種設(shè)計的最初目的是確保實際空速不超過機組人員、導(dǎo)航規(guī)程或航空主管部門實行的飛行器的性能極限和/或速度限制。在滿足速度限制和極限的同時最小化模式轉(zhuǎn)變的愿望驅(qū)動了在目標速度附近使用相對大的速度儲備(speed?margin)。但是，允許速度波動相對大的速度儲備使得很難提前準確地滿足飛行器的時間限制。

一備選方法最近已由美國專利申請US?2005/0283306提出。在這種方法中，垂直導(dǎo)航控制策略是保留空載推力設(shè)定，并且使用升降舵來控制速度，只要實際飛行器高度處于當前橫向位置處指定的垂直路徑位置的某個范圍之內(nèi)。當實際高度偏離超過這個值時，控制策略修改成在保持目標速度的同時重新獲得指定的垂直路徑。不幸的是，如果高度范圍過大，則這種方法也將對到達時間控制具有負面影響，因為地速(它直接影響到達時間)不只依賴于空速，而且還依賴于高度。相反，如果高度范圍過小，則飛行器的俯仰(pitch)可持續(xù)變化，并且負面影響飛行器乘客的舒適度。應(yīng)當注意，這種方法在要求附加阻力來處理預(yù)測參數(shù)中誤差的狀況下沒有真正解決能量問題。它只不過允許誤差自身顯現(xiàn)為高度誤差而不是速度誤差。它沒有真正解決四維的要求的導(dǎo)航性能(4D?RNP)問題。