[發明專利]基于能量管理的風切變探測方法及裝置

在審

• 申請號: 201410513931.1
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN104318067A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 徐宏哲;張策;謝夢濤;趙春玲;嚴林芳;張克志;岳峰;邵慧;吳訊;張兆亮
• 申請（專利權）人: 中國商用飛機有限責任公司;中國商用飛機有限責任公司上海飛機設計研究院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱

技術領域

本發明涉及航空技術領域，尤其涉及基于能量管理的風切變探測方法及裝置。

背景技術

危險風切變飛行條件的準確探測是保障民用飛機飛行安全的關鍵技術，目前，用于風切變探測的方法主要有兩種：

第一種是以多普勒氣象雷達、激光雷達、紅外探測為核心的預測式風切變探測方法，其使用電磁波或光學方法探測飛機前方數公里以內的危險風場，并給出告警信息。這種方法的缺點至少包括：由于低空風切變持續時間較短，再加上遠程探測精確度的局限性，導致預測式風切變探測的虛警率(例如，不必要的告警)和誤警率(例如，危險風切變條件卻沒有告警)都較高。如果飛機前方空氣干燥純凈，則會不利于電磁波或光波探測，導致探測效果變差。

第二種是當飛機已經處于風切變風場之中，通過機載傳感器的空速、攻角、側滑角、姿態角、高度等信息，利用飛機飛行狀態的改變程度來判斷風場強度是否超過告警閾值的方法。這種方法的探測準確度較高，缺點是在危險風切變條件下如果未能及時告警，飛行員將不能及時處理就有可能引發災難性后果。

設計一種有效地降低風切變告警虛警和誤警率的方法將是非常有益的。

本發明的基本原理采用第二種方法，但在風切變告警條件的判斷過程中，結合飛機自身特性，綜合運用飛機可用能量給出告警。經過模擬器調參后，本發明有效地降低風切變告警虛警和誤警率，從而避免飛行員錯誤執行風切變規避導引操作，提高飛行安全性和經濟性。

發明內容

基于上述考慮，本發明提供了一種基于飛機最大可用能量管理作為告警閾值計算的算法和系統設計，用于反應式風切變探測與告警系統中，可以滿足飛機對低空風切變飛行環境的探測和告警功能需求，又可方便地根據飛機能量特性，有效降低風切變誤警和虛警率。

根據本發明的第一個方面，提供了一種基于能量管理的風切變探測方法，該方法包括：A.根據飛機剩余能量ΔE_A和飛機當前能量E_A，計算風強度因子f(t)的修正系數γ；B.根據所述風強度因子的所述修正系數γ，將所述風強度因子f(t)修正為γ·f(t)；C.根據經修正的風強度因子γ·f(t)，計算平均風場積分強度；以及D.基于所述平均風場積分強度，判斷風切變告警信號。

有利地，該方法還包括根據飛機空速、攻角、側滑角、姿態角和運動速度計算所述風強度因子f(t)。

有利地，該方法還包括根據飛機動能E_k和飛機勢能E_p計算所述飛機當前能量E_A。

有利地，所述飛機當前能量E_A根據E_A＝mg(h-DH)+(1/2)mV²計算得到，其中m代表飛機質量，h代表飛機所在高度，DH代表決斷高度，V代表飛機速度，g代表重力常數。

有利地，該方法還包括根據飛機剩余推力F_TL，飛機所在高度h，決斷高度DH和安全系數k計算所述飛機剩余能量ΔE_A。

有利地，所述飛機剩余能量ΔE_A根據ΔE_A＝F_TL(h-DH)/k計算得到。

有利地，所述修正系數γ根據(1+E_A/ΔE_A)計算得到。

根據本發明的第二個方面，提供了一種基于能量管理的風切變探測裝置，所述探測裝置包括：修正系數計算單元，其用于根據飛機剩余能量ΔE_A和飛機當前能量E_A，計算風強度因子f(t)的修正系數γ；修正單元，其用于根據所述風強度因子的所述修正系數γ，將所述風強度因子f(t)修正為γ·f(t)；計算單元，其用于根據經修正的風強度因子γ·f(t)，計算平均風場積分強度；以及判斷單元，其用于基于所述平均風場積分強度，判斷并輸出風切變告警信號。

有利地，該探測裝置還包括風強度因子計算單元，其用于根據飛機空速、攻角、側滑角、姿態角和運動速度計算所述風強度因子f(t)。

有利地，所述修正系數計算單元還包括當前能量計算單元，所述當前能量計算單元用于根據飛機動能E_k和飛機勢能E_p計算所述飛機當前能量E_A。

有利地，所述修正系數計算單元還包括剩余能量計算單元，所述剩余能量計算單元其用于根據飛機剩余推力FTL，飛機所在高度h，決斷高度DH和安全系數k計算所述飛機剩余能量ΔE_A。