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CN109118826A - 用于控制飞行器能量状态的辅助方法，相关的计算机程序产品和用于控制的辅助系统 - Google Patents

用于控制飞行器能量状态的辅助方法，相关的计算机程序产品和用于控制的辅助系统 Download PDF

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CN109118826A
CN109118826A CN201810652527.0A CN201810652527A CN109118826A CN 109118826 A CN109118826 A CN 109118826A CN 201810652527 A CN201810652527 A CN 201810652527A CN 109118826 A CN109118826 A CN 109118826A
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CN
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aircraft
energy
speed
deviation
rendezvous
Prior art date
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Pending
Application number
CN201810652527.0A
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杰弗雷·迪朗
约翰·波伊尔
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Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

本发明涉及用于控制飞行器的能量状态的辅助方法，该辅助方法包括用于以下的步骤：确定(120)能量会合点，该能量会合点对应于约束点；基于在约束点处的约束来确定(130)会合类型；相对于由飞行管理系统确定的参考高度剖面来确定(140)飞行器的能量状况；在能量耗散策略的情况下确定(150)代表飞行器的未来路径的高能加入剖面，取决于会合的类型和所述飞行器的能量源状况，该确定是向后执行的；确定(160)相对于高能加入剖面的能量偏差；以及显示(170)能量偏差。

Description

用于控制飞行器能量状态的辅助方法，相关的计算机程序产 品和用于控制的辅助系统
【技术领域】
本发明涉及一种用于控制飞行器的能量状态的辅助方法。
本发明还涉及相关的计算机程序产品和辅助系统。
【背景技术】
在现有技术中，已知使用飞行管理系统(FMS)来确定飞行器的理论下降剖面(profile)。
该理论剖面，也被称为参考剖面，通常包括形成速度剖面的分量和形成飞行器的高度剖面的分量。这些部件是以优化的方式而确定的，特别是基于飞行器的性能并且遵守在选择的进场程序中包含的所有约束。
因此，理论剖面构成了参考，该参考保证飞行器如果完成了该剖面上的役使(slaving)，则以适当的配置到达，以保证以所谓的“稳定的”方式(即具有允许安全着陆的能量)着陆。
这种适当的配置特别地确定了飞行器在其轨迹的若干个预定点处的能量状态，这些点被称为能量会合点。在每个这些点上，飞行器的能量状态都是由飞行器的速度和高度而限定的，其然后必须由飞行器来遵守以便允许着陆。
当飞行器遵循理论剖面时，由飞行管理系统来提供对这些能量约束的遵从。
然而，由于各种原因(空中交通管制、天气、性能不佳模型等)，飞行器可能会发现自身处于其理论剖面之外，有时使得难以遵从能量会合点上的能量约束。
为了弥补这些困难，在现有技术中传统上使用不同的解决方案。
其中一种解决方案在于，当飞行员必须采取行动以遵从能量约束时向飞行员显示指示过度的能量状态的消息。该行动可以例如包括部署空气制动器或飞行器的空气动力学配置中的任何其它改变。受监控的能量约束不能被飞行员修改，该解决方案可能提供不相关的信息，其导致驾驶舱内信息过多的风险。
另一解决方案建议飞行员启动被称为“垂直直航”的功能，其允许飞行器直接转到能量会合点。
然而，这些现有解决方案不允许飞行员或任何其他驾驶飞行器的操作员足够早地预测启动能量耗散部件的需要，这导致与由飞行员实际使用的策略来引导飞行器的选择不一致的风险。
【发明内容】
本发明旨在帮助飞行员或任何其他操作员遵从能量约束，同时允许他做出耗散与他实际用于引导飞行器的策略的选择兼容的能量的动作，而不会造成在驾驶舱中生成太多信息的状态。
为此，本发明涉及一种用于控制飞行器的能量状态的辅助方法，该能量状态是由飞行器的高度和速度而限定的。
该方法包括以下步骤：
-确定能量会合点，该能量会合点对应于具有高度约束和/或速度约束的称为约束点的飞行器的飞行计划的点；
-针对确定的能量会合点：
+基于在约束点处的约束来确定会合类型，每种会合类型是从由以下组成的组中选择的：由高度会合、速度会合和混合会合；
+相对于由飞行器的飞行管理系统确定的参考高度剖面来确定飞行器的能量状况，每个能量状况是从由以下组成的组中选择的：高于参考高度剖面的状况，在参考高度剖面上的状况和低于参考高度剖面的状况；
+确定代表具有耗散策略的飞行器的未来路径的高能加入剖面，取决于会合类型和飞行器的能量状况，该确定是基本上从对应的高度约束和/或对应的速度约束开始向后直到飞行器的当前位置而执行的；
+确定飞行器相对于高能加入剖面的能量偏差；
+显示能量偏差。
根据本发明的其它有利方面，该方法包括单独地或根据所有技术上可能的组合而考虑的以下特征中的一个或多个：
-约束点和/或与该约束点关联的至少一个约束是由驾驶飞行器的操作员限定的或者是由空中交通管制实体传达的或者来自预先确定的数据库的；
-当飞行器的能量状况对应于高于参考高度剖面的状况并且会合类型对应于高度会合时，高能加入剖面是在恒定的引擎推力的情况下并且在被认为是恒定的飞行器的当前速度的情况下，基本上从对应的高度约束向后直到飞行器的当前位置而确定的；
-当飞行器的能量状况对应于高于参考高度剖面的状况并且会合类型对应于速度会合时，高能加入剖面是在恒定的引擎推力的情况下并且在加速直到以下情况下，基本上从对应的速度约束向后而确定的：直到等于飞行包络的最大速度的最终速度，然后以被认为是恒定的该最大速度直到达到飞行器的当前位置；或直到达到飞行器的当前位置；
-当飞行器的能量状况对应于高于参考高度剖面的状况并且会合类型对应于混合会合时，第一高能加入剖面是在恒定的引擎推力的情况下并且在加速直到以下的情况下，基本上从对应的速度约束和对应的高度约束向后而确定的：直到等于飞行器的当前速度的最终速度，然后以被认为是恒定的当前速度，直到达到飞行器的当前位置；或直到达到飞行器的当前位置,并且第二高能加入剖面是在恒定的引擎推力的情况下并且在加速直到以下的情况下，基本上从对应的速度约束和对应的高度约束向后而确定的:直到等于飞行包络的最大速度的最终速度，然后以被认为是恒定的该最大速度，直到达到飞行器的当前位置；或直到达到飞行器的当前位置；
-当飞行器的能量状况对应于参考高度剖面上的状况并且会合类型对应于速度会合或混合会合时，高能加入剖面是在恒定的引擎推力的情况下并且在加速直到以下的情况下，基本上从对应的速度约束沿着参考高度剖面向后而确定的：直到等于飞行包络的最大速度的最终速度，然后以被认为是恒定的该最大速度，直到达到飞行器的当前位置；或直到达到飞行器的当前位置；
-当飞行器的能量状况对应于低于参考高度剖面的状况并且会合类型对应于速度会合或混合会合时，高能加入剖面是在用于再现代表飞行器未来路径的剖面的一个或若干个恒定的垂直速度的情况下，基本上从对应的速度约束向后直到该飞行器的位置而确定的；
-每个能量偏差是从由以下组成的组中选择的：高度偏差，其对应于飞行器的当前高度与根据在飞行器的当前水平位置的情况下的高能加入剖面而确定的高度之间的差值；第一距离偏差，其对应于飞行器的当前位置与在飞行器的当前高度的情况下的高能加入剖面之间的横向距离；速度偏差，其对应于飞行器的当前速度与根据在飞行器的当前位置的情况下的高能加入剖面而确定的速度之间的差值；第二距离偏差，其对应于飞行器的当前位置与在飞行器的当前速度的情况下的高能加入剖面之间的横向距离；相对于总参考能量的总能量偏差；相对于参考动能的动能偏差；相对于参考势能的势能偏差；相对于总参考高度的总高度偏差；
-每个能量偏差包括速度预期项和高度预期项，其对应于飞行器的操作员驱动设备用于耗散飞行器的能量的反应时间和/或设备耗散能量的延长时间和/或与飞行器的惯性有关的时间；
-用于显示能量偏差的步骤进一步包括：当偏差仅由预期项组成时，显示驾驶行动，该驾驶行动使得可以实施用于耗散能量的策略；
-当飞行器的能量状况对应于高于参考高度剖面的状况并且会合类型对应于高度会合时，用于显示能量偏差的步骤包括：在用于飞行器的当前高度的显示区域中显示高度偏差并且在用于飞行器的横向路径的显示区域中显示第一距离偏差；
-当飞行器的能量状况对应于高于参考高度剖面的状况并且会合类型对应于速度会合时；或者飞行器的能量状况对应于参考高度剖面上或低于参考高度剖面的状况，并且会合类型对应于速度会合或混合会合时；用于显示能量偏差的步骤包括：在用于飞行器的当前速度的显示区域中显示速度偏差并且在用于飞行器的横向路径的显示区域中显示第二距离偏差；
-当飞行器的能量状况对应于高于参考高度剖面的状况并且会合类型对应于混合会合时，用于显示能量偏差的步骤包括：在用于飞行器的当前高度的显示区域中显示高度偏差，在用于显示飞行器的当前速度的区域中显示速度偏差，并且在用于飞行器的横向路径的显示区域中显示从第一距离偏差和第二偏差中的最小距离；和
-用于显示能量偏差的步骤包括：显示飞行器的能量标尺，并且在该标尺上显示总能量偏差或动能偏差或势能偏差或总高度偏差；并且其中用于显示能量偏差的步骤优选地包括在飞行器的高度显示标尺上显示总高度偏差。
本发明还涉及包括软件指令的计算机程序产品，该软件指令在被计算机设备实施时执行如前所限定的方法。
本发明还涉及一种用于控制飞行器的能量状态的辅助系统，该能量状态是由飞行器的高度和速度而限定的。
该系统包括被配置用于以下的技术部件：
-确定能量会合点，该能量会合点对应于具有高度约束和/或速度约束的被称为约束点的飞行器的飞行计划的点；
-针对确定的能量会合点：
+基于约束点处的约束来确定会合类型，每种会合类型是从由以下组成的组中选择的：高度会合、速度会合和混合会合；
+相对于由飞行器的飞行管理系统确定的参考高度剖面来确定飞行器的能量状况，每个能量状况是从由以下组成的组中选择的：高于参考高度剖面的状况，在参考高度剖面上的状况和低于参考高度剖面的状况；
+在能量耗散策略的情况下，确定代表飞行器的未来路径的高能加入剖面，取决于会合的类型和飞行器的能量状况，该确定是基本上从对应的高度约束和/或对应的速度约束开始向后直到飞行器的当前位置而执行的；
+确定飞行器相对于高能加入剖面的能量偏差；
+显示能量偏差。
【附图说明】
通过阅读仅作为非限制性示例而提供的并且参照所附的附图而做出的以下的描述，本发明的这些特征和优点将显现，其中：
-图1是根据本发明的用于控制的辅助系统的示意图；
-图2是根据本发明的用于控制的辅助方法的流程图，该方法是由图1的用于控制的辅助系统而执行的；以及
-图3至图9图示了图2的用于控制的辅助方法的实施。
【具体实施方式】
图1的用于控制的辅助系统10允许驾驶飞行器的操作员控制飞行器的能量状态，特别是遵从能量会合点处的各种约束。
“飞行器”是指至少在地球的大气层中的并且能够由操作员从该飞行器的驾驶舱或从远程驾驶中心引导而驾驶的任何飞行交通工具。这种飞行器的示例特别是包括飞机，直升机或无人机。
以其本身已知的方式，飞行器能够以包括在飞行包络中的速度飞行，该飞行包络可选地取决于飞行器的飞行阶段，并且特别是飞行器的空气动力学配置。此包络是由最低速度和最高速度而限定的。
“恒定引擎推力”是指对维持最佳飞行中怠速进行建模的负载值，通常称为“空闲”负载。该推力包括例如用来抵消未知操作的余量，诸如意外的风。
“能量状态”是指表征飞行器能量的值，并且进而是基于其速度和高度而限定的。
“能量会合点”是指被称为约束点的飞行器的飞行计划上的点，其具有能量约束，即高度约束和/或速度约束。
在下面描述的示例中，飞行器是飞机，特别是客机，特别是包括FMS型的飞行管理系统，显示系统和移动外部设备系统的飞机。
以本身已知的方式，飞行管理系统采用计算机的形式，特别是使得可以确定相对于飞行器路径的理论剖面以及相对于该理论剖面的预测。理论剖面特别地包括形成相对于飞行器沿其路径的高度的参考高度剖面的分量和形成相对于飞行器沿其路径的速度的参考速度剖面的分量。
理论剖面是在遵守飞行器的飞行计划的同时而确定的，该飞行计划例如是由操作员事先引入飞行管理系统的。
显示系统包括多个屏幕。
在这些显示屏幕中，被称为FMS显示屏幕的一个屏幕专用于显示关于飞行管理系统的信息；被称为PFD(主飞行显示)的一个屏幕专用于显示对于飞行器的驾驶必需的信息，诸如速度、高度或水平面；被称为ND(导航显示)的一个屏幕专用于显示关于导航的信息，并且更特别地，飞行器的横向路径；以及被称为VD(垂直显示)的一个屏幕专用于显示飞行器的垂直路径。
这些不同的显示屏幕例如被以已知的位置布设在飞行器的驾驶舱中并且可以通过一个或若干个平视显示器(HUD)来完成。
移动外部装置的系统包括位于飞行器和起落架外部的多个移动表面。移动表面本身是已知的并且例如具有空气制动器、前缘板条和襟翼。
在每个时刻，每个移动表面或每个起落架具有限定其相对于飞行器机身的位置和/或定向的操作状况。
该组移动外部设备的操作状况于是限定了飞行器的空气动力学配置。
这些移动外部设备可以由操作员和/或适当的航空电子系统来控制。
更进一步地，以其本身已知的方式，移动外部设备的操作状况的改变使得可以修改飞行器的能量状态。
在其余的描述中，“能量耗散策略”是指用于操作移动外部设备的驾驶策略，其使得可以耗散飞行器的能量。
因此，当采取这样的策略时，对应的移动外部设备形成飞行器的能量耗散设备。
参照图1，确定系统10包括获取模块15，处理模块16和输出模块17。
在所描述的示例中，确定系统10被集成到飞行器的飞行管理系统中。在这种情况下，上述模块例如采用软件程序的形式，然后由形成飞行管理系统的计算机来实现该软件程序。
替代地，这些模块中的至少一些模块至少部分采用独立电子组件的形式，例如现场可编程门阵列(FPGA)。
另外替代地，确定系统10被集成到任何其它的航空电子系统中，或者采用独立的计算机的形式。在该最后一种情况下，确定系统10进一步包括能够存储多个软件程序特别是形成前述模块的软件程序的存储器，以及能够执行这些程序的处理器。
当然，确定系统10的其它实施例也是可能的。
输入模块15能够获取飞行器的当前位置，飞行器的速度，理论剖面，飞行计划以及各种移动外部设备的操作状况。
如将在下文中解释的那样，处理模块16能够处理由输入模块15获取的各种数据，以便为操作员提供在控制飞行器的能量状态上的帮助。
最后，输出模块17能够处理来自处理模块16的数据，特别是以便经由飞行器的显示系统来将它们显示在驾驶舱中。
现在将参照图2并且参照图示了这些步骤的不同示例实施例的图3至9来解释根据本发明的用于控制的辅助方法，图2示出了其步骤的流程图。
例如，当飞行器进入下降阶段时执行该方法，并且例如在整个阶段重复该方法直到着陆。
更进一步地，在执行该方法之前，飞行器的飞行计划包括至少一个如先前所限定的约束点。
该约束点和/或与该约束点关联的至少一个约束例如来自用于建立飞行计划的数据库或是由空中交通管制实体传达的。
根据另一示例，该约束点和/或与该约束点关联的至少一个约束是由操作员指定的。在这种情况下，飞行管理系统被适配以便允许操作员在飞行计划的任何点处施加高度和/或速度会合。该指定例如是通过使用适当的通信接口从FMS屏幕完成的。
因此，在初始步骤110期间，输入模块15获取飞行器的当前位置，飞行器的速度，理论剖面，飞行计划以及各种移动外部设备的操作状况。
在步骤110结束时，输入模块15将所有获取的数据发送给处理模块16。
然后，在随后的步骤120期间，处理模块16确定接下来的能量会合点。
特别地，该能量会合点对应于飞行计划的接下来的约束点，即对应于最接近飞行器的当前位置的飞行计划的约束点。
根据本发明的一个有利的方面，在该步骤期间，操作员有可能确认由处理模块16选择的能量会合点或拒绝该选择。在后一种情况下，如前面所解释的那样，处理模块16例如提出飞行计划的接下来的约束点作为能量会合点，或者操作员自己经由FMS屏幕来指定能量会合点。
然后针对在该步骤120期间确定的能量会合点来执行以下步骤。
在随后的步骤130中，针对确定的能量会合点，处理模块16基于在对应于该能量会合点的约束点处的约束来确定会合类型。
特别地，每个会合类型是从由以下组成的组中选择的：高度会合，速度会合和混合会合。
因此，当对应的会合点具有高度约束时，能量会合点是高度会合类型的；当对应的约束点具有速度约束时，能量会合点是速度会合类型的；并且当能量会对应的约束点具有高度和速度约束时，能量会合点是混合会合类型的。
在随后的步骤140期间，针对确定的能量会合点，处理模块16确定飞行器相对于参考高度剖面的能量状况。
每个能量状况是从由以下组成的组中选择的：低于参考高度剖面的状况，参考高度剖面上的状况和高于参考高度剖面的状况。
特别地，这些状况是基于飞行器相对于具有高度裕度的参考高度剖面的当前位置来选择的。
根据一个示例实施例，高度裕度变化并取决于速度、飞行器高度等。因此，例如，在低高度和/或低速度下，该裕度等于50英尺(feet)。在高的高度和/或高速度下，该裕度等于200英尺。
因此，当飞行器的当前位置是当飞行器的当前位置高于添加了高度裕度的高度剖面时，飞行器的能量状况被选择为高于参考高度剖面；当飞行器的当前位置位于从其中减去了高度裕度的高度剖面与添加了高度裕度的高度剖面之间时，飞行器的能量状况被选择为在参考高度剖面上；并且当飞行器的当前位置低于从其中减去了高度裕度的高度剖面时，飞行器的能量状况被选择为低于参考高度剖面。
然后，在随后的步骤150期间，处理模块16在能量耗散策略的情况下确定代表飞行器的未来路径的高能加入剖面。
换句话说，高能加入剖面指定飞行器的高度和/或速度限制剖面，使得能够通过应用给定的能量耗散策略来加入对应的能量会合点。
因此，当飞行器通过应用给定的能量耗散策略来截断高能加入剖面时，飞行器将能够到达对应的能量会合点。当飞行器截断高能加入剖面而未应用给定的能量耗散策略时，飞行器将不能到达会合点。
高能加入剖面是使用基于在先前步骤期间确定的飞行器的会合类型和能量状况而选择的确定模式而确定的。
所有这些确定模式包括基本上从对应的高度约束和/或对应的速度约束开始向后直到飞行器的当前位置而执行的确定。
在本说明书的其余部分中，诸如“基本上开始”或“基本上从...”等表达意指用于对应的确定的开始点是从这些表达所指的点的预定的邻域中选择的。该邻域由与该点分离的一组点构成，该分离按照高度(分别地速度)值不超过高度(分别地速度)约束的值距该点250英尺(分别地10kts)和/或按照距离值不超过距该约束的位置3NM。前述允许的值仅供参考，并且可能基于精度需要或标准而改变。
在所描述的示例中，实施了五种确定模式。在其余的描述中，取决于会合类型(表格的第一行)和飞行器的能量状况(表格的第一列)，这些模式是基于下表而命名的：
应当注意的是，当会合类型对应于高度会合并且能量状况对应于参考高度剖面上的状况或低于参考高度剖面的状况时，高能加入剖面的确定对于对应的能量会合点而言是无关的。在这种情况下，例如当点被排序时或者如果飞行器高于参考高度剖面或者如果操作员指定另一能量会合点，则例如从步骤110针对另一个能量会合点来再次执行该方法。
根据模式A1，高能加入剖面是在恒定的引擎推力的情况下并且在被认为是恒定的飞行器的当前速度的情况下，基本上从对应的高度约束直到飞行器的当前位置而确定的。
这个剖面例如是在包括将空气制动延长达50％的能量耗散策略的假设中确定的。
在图3中示意性地图示了确定模式A1。
实际上，根据该图中图示的情况，飞行器A继续其高于参考高度剖面PALT和参考速度剖面PSPD的飞行，其中能量会合点由具有高度约束的点R确定。因此，在该点R处的会合类型对应于高度会合。
在这种情况下，包括高度分量HALT和速度分量HSPD的高能加入剖面是在根据剖面PV的速度然后对应于被认为是恒定的飞行器的当前速度的速度的情况下，基本上从点R开始向后直到飞行器A的当前位置而确定的，。
根据模式A2，高能加入剖面基本上是在恒定的引擎推力的情况下并且在加速直到以下的情况下，从对应的速度约束直到飞行器的当前位置而确定的：
-直到等于飞行包络的最大速度的最终速度，然后以被认为是恒定的最大速度，直到达到飞行器的当前位置；或
-直到达到飞行器的当前位置。
该剖面例如是在包括将空气制动延长达50％的能量耗散策略的假设中确定的。
根据一示例实施例，如果达到了飞行包络的最大速度，则仍然在加速的境况下继续该高能加入剖面的确定，但是以飞行器的不同的空气动力学配置，使得可以扩大该包络直到达到飞行器的当前配置。
在图4中示意性地图示了确定模式A2。
实际上，根据该图中所图示的情况，飞行器A继续其高于参考高度剖面PALT和参考速度剖面PSPD的飞行，其中能量会合点由具有速度约束的点R确定。因此，在该点R处的会合类型对应于速度会合。
在这种情况下，包括高度分量HALT和速度分量HSPD的高能加入剖面是基本上从点R开始向后并且在加速的情况下而确定的，该加速具有基本上等于点R处的约束的速度的初始速度Vcont并且直到达到飞行器A的当前位置。
根据模式A3，第一高能加入剖面是在恒定的引擎推力的情况下并且在加速直到以下的情况下，基本上从对应的速度约束和对应的高度约束而确定的：
-直到等于飞行器的当前速度的最终速度，然后以被认为是恒定的该当前速度，直到达到飞行器的当前位置；或
-直到达到飞行器的当前位置。
根据相同的模式A3，第二高能加入剖面也是在恒定的引擎推力的情况下并且在加速直到以下的情况下，基本上从对应的速度约束和对应的高度约束而确定的：
-直到等于飞行包络的最大速度的最终速度，然后以被认为是恒定的该最大速度，直到达到飞行器的当前位置；或
-直到达到飞行器的当前位置。
这两个剖面例如是在包括将空气制动延长达50％的能量耗散策略的假设中确定的。
根据一示例实施例，如果达到了飞行包线的最大速度，则仍然在加速的情况下继续确定两个高能加入剖面中的至少一个，但是以飞行器的不同空气动力学配置，使得可以扩大该包络直到达到飞行器的当前配置。
图5中示意性地图解了了确定模式A3。
实际上，根据该图中所图示的情况，飞行器A继续其高于参考高度剖面PALT和参考速度剖面PSPD的飞行，其中能量会合点由具有高度约束和速度约束的点R来确定。因此，在该点R处的会合类型对应于混合会合。
在这种情况下，包括高度分量H1ALT和速度分量H1SPD的第一高能加入剖面是基本上从点R开始向后并且在加速的情况下而确定的，该加速具有基本上等于点R处的速度Vcont的初始速度Vcont并且直到达到飞行器的当前位置VC，然后该当前速度VC被认为是恒定的，直到达到飞行器的当前位置。
在相同的图5中，包括高度分量H2ALT和速度分量H2SPD的第二高能加入剖面是基本上从点R开始向后并且在加速的情况下而确定的，该加速具有基本上等于点R处的速度Vcont的初始速度Vcont，并且直到达到飞行器的当前位置。
根据模式B23，高能加入剖面是在恒定的引擎推力的情况下并且在加速直到以下的情况下，基本上从对应的速度约束沿着参考高度剖面而确定的：
-直到等于飞行包络的最大速度的最终速度，然后以被认为是恒定的该最大速度，直到达到飞行器的当前位置；或
-直到达到飞行器的当前位置。
这个剖面例如是在包括将空气制动延长达50％的能量耗散策略的假设中确定的。
根据一示例实施例，如果达到了飞行器包络的最大速度，则仍然在加速的情况下继续高能加入剖面的确定，但是以飞行器的不同的空气动力学配置，使得可以扩大该包络直到达到飞行器的当前配置。
在图6中示意性地图示了确定模式B23。
实际上，根据该图中所图示的情况，飞行器A继续其在参考高度剖面PALT上和高于参考速度剖面PSPD的飞行，其中能量会合点由具有速度约束的点R确定。因此，在该点R处的会合类型R对应于速度会合，在这种情况下，将等同于混合会合来处理该速度会合。
在这种情况下，包括高度分量HALT和速度分量HSPD的高能加入剖面是基本上从点R开始向后沿着参考高度剖面PALT，并且在加速的情况下而确定的，该加速具有基本上等于在点R处的约束的速度的初始速度Vcont，直到等于飞行器的当前飞行包络的第一最大速度V1max的最终速度，然后以另一空气动力学配置，使得可以在加速直到达到飞行器的当前位置直到达到飞行器的当前配置的情况下加宽当前的飞行包络。
最后，根据模式C23，高能加入剖面是在用于再现代表飞行器的未来路径的剖面的一个或若干个恒定的垂直速度的情况下，基本上从对应的速度约束到飞行器位置而确定的。
这些速度被选择为例如等于-1000ft/min，-500ft/min或0ft/min，以便最佳地再现飞行器的未来路径。
该确定例如是根据其本身已知的方法或通过迭代向后的确定来使用先前的预测确定而完成的。
图7中示意性地图示了确定模式C23。
事实上，根据该图中所图示的情况，飞行器A继续其低于参考高度剖面PALT并且在参考速度剖面PSPD上的飞行，其中能量会合点由具有速度约束的点R确定。因此，在该点R处的会合类型对应于速度会合，在这种情况下，将等同于混合会合来处理该速度会合。
在这种情况下，包括高度分量HALT和速度分量HSPD的高能加入剖面是基本上从点R开始向后以加入参考高度剖面PALT并且在加速的情况下而确定的，该加速具有第一恒定垂直速度直到点C然后具有恒定的第二垂直速度。
在随后的步骤160期间，处理模块16确定飞行器相对于高能加入剖面的能量偏差。例如重复该步骤160以及随后的步骤170，直到飞行器达到能量会合点或截断高能加入剖面。
特别地，每个能量偏差选自由以下组成的组：
-高度偏差，其对应于飞行器的当前高度与根据在飞行器的当前水平位置的情况下的高能加入剖面而确定的高度之间的差值；
-第一距离偏差，其对应于飞行器的当前位置与在飞行器的当前高度的情况下的高能加入剖面之间的横向距离；
-速度偏差，其对应于飞行器的当前速度与根据在飞行器的当前位置的情况下的高能重新加入剖面而确定的速度之间的差值；
-第二距离偏差，其对应于飞行器的当前位置与在飞行器的当前速度的情况下的高能加入剖面之间的横向距离；
-相对于总参考能量的总能量偏差；
-相对于参考动能的动能偏差；
-相对于参考势能的势能偏差；
-相对于总参考高度的总高度偏差。
应当注意的是，以其本身已知的方式，总高度使得能够以长度单位(例如米或英尺)来表示飞行器的能量，并且使用以下表达式来确定：
ht＝h+v2/(2g)；
其中
ht是总高度；
h是飞行器当前高度；
v是飞行器的当前速度；以及
g是重力加速度。
更进一步地，“总参考能量”、“参考动能”、“参考势能”或“参考总高度”分别是指根据飞行器的参考剖面而确定的总能量、动能、势能或总高度。
当偏差从飞行器的当前位置被确定时，每个偏差包括速度预期项、高度预期项和有效预期项。
“速度预期”和“高度预期”对应于由飞行器的操作员驱动飞行器的能量耗散设备的反应时间和/或这些设备的延长时间和/或与飞行器的惯性相关的时间。
因此，一旦飞行器具有实施对应的能量消耗策略的经建立的配置，则有效时间对应于飞行器相对于高能加入剖面的偏差。
根据一示例实施例，在步骤160期间确定所有上述的偏差。
根据另一示例实施例，特别地基于在步骤150期间选择的确定模式，仅确定上述偏差中的一些偏差。
因此，例如，当在步骤150期间已经使用模式A1时，在当前步骤期间，特别地确定了高度偏差和第一距离偏差。这些偏差的有效项分别由图3中的参考项“dA”和“d1”表示。更进一步地，在该图中，这些项dA和d1与飞行器的当前位置被对应于这些偏差的高度预期项的距离ΔTAL分离开。
当在步骤150期间已经使用模式A2或模式B23或模式C23时，在当前步骤期间，特别地确定了速度偏差和第二距离偏差。这些偏差的有效项分别由图4、图6和图7中的参考项“dV”和“d2”表示。更进一步地，在这些图中，这些项dV和d2与飞行器的当前位置被对应于这些偏差的速度预测项的距离AntV分离开。
当在步骤150期间已经使用模式A3时，在本步骤期间，特别地确定了高度偏差、速度偏差、第一距离偏差和第二距离偏差。这些偏差的有效项分别由图5中的参考项“dA”，“dV”，“d1”和“d2”表示。更进一步地，在该图中，这些项dA，dV，d1和d2与飞行器的当前位置被距离Antv或与这些偏差的速度或高度预期项相对应的距离AntALT分离开。
在步骤160结束时，处理模块16将高能加入剖面和所有确定的偏差发送至输出模块17。
在随后的步骤170期间，输出模块17处理从处理模块16接收到的所有数据，以便将它们显示在飞行器的显示系统的至少一个屏幕上。
换句话说，在该步骤中，输出模块17生成适合于飞行器的显示系统的一个或若干个显示屏幕的显示。
特别地，根据本发明的一示例实施例，这样的显示包括在专用于显示飞行器的垂直路径和参考剖面的显示区域中显示高能加入剖面或每个高能加入剖面。该显示区域例如被布设在屏幕VD上。
更进一步地，该显示包括显示基于飞行器的对应的会合类型和能量步长而选择的能量偏差。换句话说，这些偏差是基于在步骤150期间使用的确定模式而选择的。
有利地，所显示的偏差是从飞行器的当前位置而显示的，即考虑到它们的预期项。
特别地，当在步骤150期间已经使用模式A1时，显示包括在飞行器的当前高度的显示区域20中显示高度偏差并且在飞行器的横向路径的显示区域中显示第一距离偏差。
飞行器的横向路径的显示区域中的第一距离偏差例如对应于指示飞行器的当前位置的符号与高能加入剖面的高度分量的显示之间的水平距离。
当前高度的显示区域20例如被布设在屏幕PFD上并且在图8中被示意性地图示。
因此，在该图8中所图示的情况下，12000英尺的飞行器的当前高度被显示在形成当前高度的显示区域20的标尺的中心C处。符号SA被布设在相同的标尺上，其在正方向上远离标尺的中心C达等于高度偏差的值。为远离正方向标尺的中心C的值等于高度偏差。
在图8中，符号SA指示在标尺上的12500英尺的值。那么这意指高度偏差的有效项等于500英尺。更进一步地，在同一图中，符号SR指示参考高度剖面的高度，其因而小于飞行器的当前高度。
当在步骤150期间已经使用模式A2或模式B23或模式C23时，用于显示能量偏差的步骤包括在用于飞行器的当前速度的显示区域30中显示速度偏差以及在用于飞行器的横向路径的显示区域中显示第二距离偏差。
飞行器的横向路径的显示区域中的第二距离偏差例如对应于指示飞行器的当前位置的符号与高能加入剖面的速度分量的显示之间的水平距离。
当前速度的显示区域30例如被布设在屏幕PFD上并且在图9中被示意性地图示。
因此，在该图9中所图示的情况下，显示区域30采取飞行器的校准空速(CAS)的值的标尺的形式。飞行器的当前速度由符号C来指示，并且因此等于295kts。
更进一步地，在该显示区域30中，符号SV被布设在相同的标尺上并且根据高能加入剖面来指示速度的值。该值等于335kts。由符号SV和C指示的两个值之间的偏差因此对应于速度偏差的有效项。更进一步地，在同一图中，符号SR指示参考速度剖面的速度。
当在步骤150期间已经使用模式A3时，显示包括在用于当前高度的显示区域20中显示高度偏差，在用于飞行器的当前速度的显示区域30中显示速度偏差并且在用于飞行器的横向路径的显示区域中显示第一距离偏差和第二距离偏差中的最小距离。
根据本发明的一个特别有利的示例实施例，显示进一步包括飞行器的能量标尺，以及在这个标尺上的总能量偏差或动能偏差或势能偏差或总高度偏差。
该能量标尺例如被布设在屏幕PFD上的用于当前速度的显示区域30附近。
该能量标尺例如是独立于在步骤150期间选择的确定模式而显示的。总高度在高度处是均匀的，然而它可以被显示在用于已经存在于屏幕PFD上的高度的显示带上。
最后，当输出模块17检测到偏差的有效项变为等于零时，即，当确定的偏差仅由预期项组成时，输出模块17生成消息的显示，该消息告知操作员驾驶行动，该行动允许他执行对应的能量耗散策略。
该信息例如是“延长50％速度制动”类型的，并且然后通知操作员需要将空气制动延长达50％。
于是可以看到本发明具有一定数量的优点。
首先，高能加入剖面为操作员提供了关于能源会合点的状态的全局可见性。操作员因此可以预期这些会合并相应地调整他的驾驶策略。
更进一步地，与每个能量会合点相关的驾驶舱中的不同偏差的显示不会产生过多的信息状态。事实上，这个显示是相对离散的。更进一步地，这种新型显示遵从用于来自飞行管理系统的某些数据的已经存在的显示，这将允许用户快速习惯于这种新型显示。
最后，由于本发明，操作员能够更好地控制能量会合点。事实上，他能够确认系统选择的能量会合点或自己指定这样的点。

Claims (17)

1.一种用于控制飞行器的能量状态的辅助方法，该能量状态是由飞行器的高度和速度而限定的，
所述辅助方法包括以下步骤：
-确定(120)能量会合点，该能量会合点对应于具有高度约束和/或速度约束的称为约束点的飞行器的飞行计划的点(R)；
-针对确定的能量会合点：
+基于在约束点(R)处的约束来确定(130)会合类型，每种会合类型是从由以下组成的组中选择的：高度会合、速度会合和混合会合；
+相对于由飞行器的飞行管理系统确定的参考高度剖面(PALT)来确定(140)飞行器的能量状况，每个能量状况是从由以下组成的组中选择的：高于参考高度剖面(PALT)的状况，在参考高度剖面(PALT)上的状况和低于参考高度剖面(PALT)的状况；
+在能量耗散策略的情况下，确定(150)代表飞行器的未来路径的高能加入剖面(HALT，HV)，取决于会合类型和飞行器的能量状况，该确定是基本上从对应的高度约束和/或对应的速度约束开始向后直到飞行器的当前位置而执行的；
+确定(160)飞行器相对于高能加入剖面(HALT,HV)的能量偏差；
+显示(170)能量偏差。
2.根据权利要求1所述的辅助方法，其中约束点(R)和/或与约束点(R)关联的至少一个约束是由驾驶飞行器的操作员限定的或者是由空中交通管制实体传达的或者来自预先确定的数据库。
3.根据权利要求1所述的辅助方法，其中，当飞行器的能量状况对应于高于参考高度剖面(PALT)的状况并且会合类型对应于高度会合时，高能加入剖面(HALT,HV)是在恒定的引擎推力的情况下并且在被认为是恒定的飞行器的当前速度的情况下，基本上从对应的高度约束向后直到飞行器的当前位置而确定的。
4.根据权利要求1所述的辅助方法，其中，当飞行器的能量状况对应于高于参考高度剖面(PALT)的状况并且会合类型对应于速度会合时，高能加入剖面(HALT,HV)是在恒定的引擎推力的情况下并且在加速直到以下的情况下，基本上从对应的速度约束向后而确定的：
-直到等于飞行包络的最大速度的最终速度，然后以被认为是恒定的该最大速度，直到达到飞行器的当前位置；或
-直到达到飞行器的当前位置。
5.根据权利要求1所述的辅助方法，其中，当飞行器的能量状况对应于高于参考高度剖面(PALT)的状况并且会合类型对应于混合会合时，
第一高能加入剖面(H1ALT,H1V)是在恒定的引擎推力的情况下并且加速直到以下的情况下，基本上从对应的速度约束和对应的高度约束向后而确定的：
-直到等于飞行器的当前速度的最终速度，然后以被认为是恒定的当前速度，直到达到飞行器的当前位置；或
-直到达到飞行器的当前位置,
并且
第二高能加入剖面(H2ALT,H2V)是在恒定的引擎推力的情况下并且在加速直到以下的情况下，基本上从对应的速度约束和对应的高度约束向后而确定的：
-直到等于飞行包络的最大速度的最终速度，然后以被认为是恒定的该最大速度，直到达到飞行器的当前位置；或
-直到达到飞行器的当前位置。
6.根据权利要求1所述的辅助方法，其中，当飞行器的能量状况对应于参考高度剖面(PALT)上的状况并且会合类型对应于速度会合或混合会合时，高能加入剖面是在恒定的引擎推力的情况下并且在加速直到以下的情况下，基本上从对应的速度约束沿着参考高度剖面(PALT)向后而确定的：
-直到等于飞行包络的最大速度的最终速度，然后以被认为是恒定的该最大速度，直到达到飞行器的当前位置；或
-直到达到飞行器的当前位置。
7.根据权利要求1所述的辅助方法，其中，当飞行器的能量状况对应于低于参考高度剖面(PALT)的状况并且会合类型对应于速度会合或混合会合时，高能加入剖面(HALT,HV)是在用于再现代表飞行器未来路径的剖面的一个或若干个恒定的垂直速度的情况下，基本上从对应的速度约束向后直到飞行器的位置而确定的。
8.根据权利要求1所述的辅助方法，其中每个能量偏差是从由以下组成的组中选择的：
-高度偏差，其对应于飞行器的当前高度与根据在飞行器的当前水平位置的情况下的高能加入剖面(HALT,HV)而确定的高度之间的差值；
-第一距离偏差，其对应于飞行器的当前位置与在飞行器的当前高度的情况下的高能加入剖面(HALT,HV)之间的横向距离；
-速度偏差，其对应于飞行器的当前速度与根据在飞行器的当前位置的情况下的高能重加入剖面(HALT,HV)而确定的速度之间的差值；
-第二距离偏差，其对应于飞行器的当前位置与在飞行器的当前速度的情况下的高能加入剖面(HALT,HV)之间的横向距离；
-相对于总参考能量的总能量偏差；
-相对于参考动能的动能偏差；
-相对于参考势能的势能偏差；
-相对于总参考高度的总高度偏差。
9.根据权利要求1所述的辅助方法，其中每个能量偏差包括速度预期项(AntV)和高度预期项(AntALT)，其对应于飞行器的操作员驱动设备用于耗散飞行器的能量的反应时间和/或设备耗散能量的延长时间和/或与飞行器的惯性有关的时间。
10.根据权利要求9所述的辅助方法，其中用于显示(170)能量偏差的步骤进一步包括：当偏差仅由预期项组成时，显示驾驶行动，该驾驶行动使得可以实施用于耗散能量的策略。
11.根据权利要求8所述的辅助方法，其中，当飞行器的能量状况对应于高于参考高度剖面(PALT)的状况并且会合类型对应于高度会合时，用于显示(170)能量偏差的步骤包括：在用于飞行器的当前高度的显示区域(20)中显示高度偏差并且在用于飞行器的横向路径的显示区域中显示第一距离偏差。
12.根据权利要求8所述的辅助方法，其中：
-当飞行器的能量状况对应于高于参考高度剖面(PALT)的状况并且会合类型对应于速度会合时；或者
-当飞行器的能量状况对应于在参考高度剖面(PALT)上或低于参考高度剖面(PALT)的状况并且会合类型对应于速度会合或混合会合时，
用于显示(170)能量偏差的步骤包括：在用于飞行器的当前速度的显示区域(30)中显示速度偏差，并且在用于飞行器的横向路径的显示区域中显示第二距离偏差。
13.根据权利要求8所述的辅助方法，其中，当飞行器的能量状况对应于高于参考高度剖面(PALT)的状况并且会合类型对应于混合会合时，用于显示(170)能量偏差的步骤包括：在用于飞行器的当前高度的显示区域(20)中显示高度偏差，在用于显示飞行器的当前速度的区域(30)中显示速度偏差，并且在用于飞行器的横向路径的显示区域中显示第一距离偏差和第二偏差中的最小距离。
14.根据权利要求8所述的辅助方法，其中用于显示(170)能量偏差的步骤包括：显示飞行器的能量标尺，并且在该标尺上显示总能量偏差或动能偏差或势能偏差或总高度偏差；并且其中用于显示(170)能量偏差的步骤优选地包括在飞行器的高度显示标尺上显示总高度偏差。
15.根据权利要求1所述的辅助方法，其中用于显示(170)能量偏差的步骤包括在用于飞行器的垂直路径的显示区域中显示高能加入剖面。
16.一种包括软件指令的计算机程序产品，该软件执行当被计算机设备实施时，执行根据前述的权利要求中的任一项所述的辅助方法。
17.一种用于控制飞行器的能量状态的辅助系统，该能量状态是由飞行器的高度和速度而限定的；
所述辅助系统包括被配置用于以下的技术部件(15，16，17)：
-确定能量会合点，该能量会合点对应于具有高度约束和/或速度约束的称为约束点的飞行器的飞行计划的点(R)；
-针对确定的能量会合点：
+基于约束点(R)处的约束来确定会合类型，每种会合类型是从由以下组成的组中选择的：高度会合、速度会合和混合会合；
+相对于由飞行器的飞行管理系统确定的参考高度剖面(PALT)来确定飞行器的能量状况，每个能量状况是从由以下组成的组中选择的：高于参考高度剖面(PALT)的状况，在参考高度剖面(PALT)上的状况和低于参考高度剖面(PALT)的状况；
+在能量耗散策略的情况下，确定代表飞行器的未来路径的高能加入剖面(HALT,HV)，取决于会合类型和飞行器的能量状况，该确定是基本上从对应的高度约束和/或对应的速度约束开始向后直到飞行器的当前位置而执行的；
+确定飞行器相对于高能加入剖面(HALT,HV)的能量偏差；
+显示能量偏差。
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