JP5183491B2 - 着陸滑走路での航空機の完全停止の可能性を予測する方法とシステム - Google Patents

Description

本発明は、航空機が着陸滑走路で完全に停止できる可能性を予測する方法とシステムに関する。

着陸の際、航空機が着陸滑走路の端で、その長手方向に脱出してしまうが、これは、例えば、この航空機が、その着陸進入軌道の最後で、滑走路の近位端境界から遠く離れたところで接地する(いわゆる「長着陸」)ことに起因していることはよく知られている。この事故は着陸速度が過剰だともっと悪くなる。

「滑走路察知およびアドバイス・システム(Runway Awareness and Advisory System)」と称するシステムが従来知られており、このシステムは、最終着陸段階、即ちブレーキをかけている間、滑走路でのローリング(縦ゆれ)において航空機のパイロットに、上記の滑走路の遠位端境界の前方で通過しなければならない残りの長さに関する、言葉での情報の手掛かり(合図)を提供する。このような情報の手掛かり(合図)は非常に役に立つが、遅くなるので、長すぎる着陸については警告を出せない。

加えて、着陸進入軌道を辿る航空機用の着陸補助システムは、例えば、米国特許第５,１４２,４７８号およびＷＯ ０１／５７８２７号によりよく知られている。そのようなシステムは、進入の修正あるいは着陸復行のための適切な準備をするように適時警告を出すことができる。然し、これらの文献の最初のもの(米国特許)は、専用の伝達手段を地上に設置する必要があり、２番目のもの(国際公報)は、推定減速率を含む複数のパラメータを考慮するので、複雑である。
米国特許第５，１４２，４７８号 ＷＯ ０１／５７８２７号

本発明の目的は、着陸滑走路の端から長手方向に逸脱することを含む事故を回避して、飛行の安全を改良できる簡単な方法とシステムによりこれらの欠点を解消することである。

この目的のため、本発明によれば、航空機が未だ飛行していて、着陸滑走路と進入角度を形成する傾斜進入軌道を辿って、上記の着陸滑走路に向け降下している着陸中、着陸滑走路で航空機が完全に停止できる可能性を予測する方法において、
上記の着陸滑走路が２つの端部境界を有し、
ａ１）航空機の高度(Ｈ)を測定する工程と、
ａ２）航空機から上記着陸滑走路の近位端境界までの水平距離を、衛星位置決めシステムにより伝達される該航空機の位置情報と、着陸滑走路の少なくとも近位端境界の位置を含むデータベースにより伝達される情報とに基づき計算する工程と、
ｂ）上記着陸滑走路での航空機の推定最終位置を、上記の測定した航空機の高度(Ｈ)と、上記の計算された水平距離(Ｄ)と、上記侵入角度(α)とに基づき計算し、この推定最終位置の上記近位端からの距離(Ｘ)を、
Ｘ＝（Ｈ／tan α）−Ｄ
で計算される工程と、
ｃ）上記着陸滑走路上で航空機が完全に停止する可能性を、次の２つの判定工程、すなわち、
・ 上記の推定最終位置と上記近位端境界と間の距離(Ｘ)と基準限界値(Ｔ)とを比較し、推定最終位置と上記近位端境界と間の距離(Ｘ)が該基準限界値(Ｔ)に足りなければ、航空機は上記の着陸滑走路上に確実に停止でき、推定最終位置と上記近位端境界と間の距離(Ｘ)が該基準限界値(Ｔ)を越えていれば上記の航空機は着陸滑走路上に停止できないと決定する、
・ 上記の推定最終位置と上記の近位端境界との間の距離(Ｘ)に推定着陸距離(Ｆ)を加え、次いでこうして得られた距離の合計(Ｘ＋Ｆ)を着陸滑走路の長さ(Ｌ)と比較することにより航空機の滑走路上での確実に停止できる可能性を決定する
のいずれかで決定する、
ことを特徴とする。

よって、本発明によれば、着陸が長くなるかならないかに関する情報の手掛かりは、航空機が着陸滑走路に接地する前でさえ簡単に得られ、よって、上記のような長い着陸の欠点を解消する措置を採る時間を与える。

推定最終位置に関する正確性ができるだけ良くなるように、上記の工程ａ１)、ａ２)とｂ）とが、上記進入軌道での航空機の少なくとも降下中に繰り返し行なわれる。

工程ｂ）で使用される進入角度は着陸滑走路に関するデータベースにより与えられる。別の態様では、この進入角度は、航空機に搭載されている慣性プラットフォームにより伝達される慣性情報に基づき航空機内で計算できる。

工程ｂ）で使用される高度は無線高度計により提供されるのが好ましい。上記着陸滑走路の近位端境界から航空機までの水平距離は、衛星位置決めシステムにより伝達される、航空機の位置情報と、上記着陸滑走路の少なくとも近位端境界の位置を含むデータベースにより伝達される情報とに基づき得られる。

本発明による方法を実施する、特に簡単な形態では、そのような推定最終位置は、航空機の上記の近位端の境界までの距離Ｘにより決定され、この距離Ｘは、Ｈを進入軌道上の航空機の高度、tan αを進入角度αの正接、Ｄを上記の近位端境界からの航空機の水平距離としたとき、式
Ｘ＝（Ｈ／tan α）−Ｄ
で等しく選択される。

推定最終位置のそのような定義は、計算を簡単にするが、進入軌道の端と着陸滑走路との間の着陸時点のフレアーアウト(接地前引起こし)を無視しているので、正確ではない。然し、それより生じる正確性の欠如は、上記のフレアーアウトを方法の工程ｃ）で考慮するので、問題にならない。

更に、本発明とは異なる目的のため、即ち、着陸滑走路での停止の予測ではなく、着陸滑走路に対する航空機の位置の決定のため、米国特許第４３１６２５２号は又航空機の高度と進入角度とに基づき決定される推定最終位置を使用する。然し、米国特許第４３１６２５２号のシステムでは、推定最終位置と上記の着陸滑走路の近位端境界との間の距離は(本発明では、決定されるべき未知のものであるが)既知と仮定されており、航空機と上記の近位端境界との水平距離は(本発明では、航空機と上記の近位端境界とに関する位置決め情報に基づきどこかで前もって計算されるが)決定されるべき未知のものである。

工程ｃ）を実行すれば、例えば、
− 上記の推定最終位置と着陸滑走路の上記近位端境界と間の距離と基準限界値とを比較し、上記の推定最終位置と着陸滑走路の上記近位端境界と間の距離がこの基準限界値に足りなければ、航空機は上記の着陸滑走路上で完全に停止でき、推定最終位置と着陸滑走路の上記近位端境界と間の距離が前記基準限界値を越えていれば上記の航空機は着陸滑走路上に停止できないことを判定したり、あるいは
− 上記の推定最終位置と上記の近位端境界との間の距離に推定着陸距離を加え、ついでこうして得られた距離の合計を着陸滑走路の長さと比較することができる。

第１の場合、上記の基準限界値は経験あるいは計算により決定できる。勿論、それは航空機の機種、そのブレーキ性能、着陸滑走路の状態、気象条件等による。第２の場合、上記の推定着陸距離は固定警戒値、あるいは着陸性能データベースに基づきリアルタイムで計算できるか、あるいは停止距離を計算するための動的モデルから生じる。両方の場合、安全マージンが上記の基準限界値と上記の推定着陸距離に組み込まれて、特に、上記のような着陸時のフレアーアウトを考慮する。

推定最終位置と上記の近位端境界との間の距離が上記の基準限界値より大きければ、あるいは上記の距離の合計が着陸滑走路の長さより大きければ、
− １つ以上の(可聴、発光等の)警告を出して乗務員に気付かせる、すると乗務員は着陸復行および再離陸を行なうことができ、および／または
− 航空機の自動操縦器により航空機の自動着陸復行および再離陸を指令することができる。

更に、特に航空業界で、「航行表示(Navigation Display)」と称されるスクリーンに、滑走路、滑走路の両境界端、進入軌道、推定最終位置、上記の基準限界値および／または推定着陸用距離等を示す、進行中の着陸を表示する図と、航空機が上記の着陸滑走路の遠位端境界の前方で完全に停止できなければ、警告により、上記の要素の幾つかを閃光させるおよび／または目立つ色で表示するようになされている。

航空機が全く安全に再度離陸できる状態に最早なければ、この場合には、１つ以上の不都合な警告で航空機の乗務員を撹乱するのを回避するため、上記の警告と自動操縦指令をできなくするようになされている。この不能にする操作は、以下の３つの状態の少なくとも１つが現れると、為される。
− 無線高度が高度閾値未満、例えば、１.５ｍに等しい、
− 大気に対する航空機の速度が速度閾値未満、例えば、離陸速度に等しい、そして
− 航空機の着陸装置が圧縮されていて、着陸装置が着陸滑走路で既に回転し始めている。

加えて、工程ａ１）及びａ２)の前に、飛行中の航空機に最も近い着陸滑走路として、着陸を行なおうと思っている着陸滑走路を調べることが出来る。従って、以下の条件の１つ以上をチェックすることができる。
− 航空機が着陸態勢にある(かどうか)；
− 航空機の高度が着陸用値の作成に対応する(かどうか)；
− 航空機が少なくとも１つの滑走路と一直線上にある(かどうか)；
− 上記の着陸滑走路の近位端境界と航空機の水平距離。

本発明による方法の工程ａ１）及びａ２)とｂ）とを実施するために、計算手段を備えたシステムを用いるのが望ましく、この計算手段は、
−・上記の着陸滑走路に対する進入角度(α)を形成する傾斜進入軌道を辿って着陸滑走路に向け降下する航空機の高度(Ｈ)と、
・上記航空機の位置情報と、
・上記の着陸滑走路の少なくとも近位端境界に対する位置情報とを
受け取り、
−・上記の近位端境界からの航空機の水平距離(Ｄ)と、
・以下の式により決定される距離(Ｘ)とを計算する、
Ｘ＝（Ｈ／tan α）−Ｄ
式中
tan αは進入角度αの正接である。

上記の計算手段は、上記の２つの場合により、
− 上記の計算された距離Ｘを上記の基準限界値と比較し、この距離Ｘがこの基準限界値より大きければ警告信号を発するか、
− 上記の計算された距離Ｘと上記の推定着陸距離とを合計し、次いでこの合計を着陸滑走路の長さと比較し、この合計が上記の着陸滑走路の長さより大きければ、警告信号を発することができる。

添付図面の図により本発明が実施される方法を明確にする。これらの図中、同一符号は同一要素を示す。

着陸滑走路１と航空機２とが、図１の上から見た略図として示されている。航空機２は上記の着陸滑走路の軸Ｘ−Ｘと少なくともほぼ一直線上にあり、傾斜進入軌道３(図３および４参照)を辿って着陸滑走路に向け降下している。上記の着陸滑走路１は２つの端部境界４と５により制限されており、この間に滑走路の長さＬが形成される。この航空機は、端部境界４、よって近位端の側にあり、従って、端部境界５は遠位端である。

航空機２には計算手段６が搭載されており、この計算手段６が本発明による方法を実施できる。従って、図２の例では、計算手段６は、
− 搭載されている１つあるいは複数の無線高度計により測定された無線高度Ｈを受け取る入力(インプット)７と、
− 搭載されている慣性プラットフォームにより生じる慣性パラメータＩを受け取るインプット８と、
− 搭載されている風力センサにより生じる風力パラメータＡを受け取るインプット９と、
− 衛星位置決めシステムにより与えられる航空機２の位置Ｐを受け取るインプット10、
− 航空機の翼の形態、エンジンの逆スラスト装置の後退あるいは展開状態、エンジンの作動状態、ブレーキおよび着陸特性等の航空機２に特有のＡ／Ｃ情報を受け取るインプット11と、
− 少なくとも着陸滑走路１と、端境界４と５の座標、長さＬ、滑走路の状態(水、雪、開閉状態)等の特性を含む空港のデータベース13に連結されているインプット12とからなる。

加えて、図２の例では、上記の計算手段６は、
− 可聴警告装置15を作動できるアウトプット(出力)14と、
− 発光警告装置17を作動できるアウトプット16と、
− 電子表示装置19、例えば、「航行表示 (Navigation Display) 」を作動できるアウトプット18と、
− 航空機２の自動操縦器を指令できるアウトプット20とを備える。

上記の計算手段６により以下に示す方法に用いられる進入角度αは慣性情報Ｉに基づき計算手段６により計算されるか、あるいは空港のデータベース13より与えられる。

更に、航空機のデータベースに含まれている情報と、インプット10が受け取った情報Ｐとにより、計算手段６が近位端の境界４からの航空機２の水平距離Ｄを決定する。

高度Ｈと、水平距離Ｄと、進入距離αとに基づき、計算手段６は、着陸滑走路１に向けて航空機２が降下中、着陸滑走路１での進入軌道(よって航空機２)の推定最終位置21を、近位端境界４に対し、好ましくは繰り返し決定する。

図３に示されている実施例では、上記の計算手段６は上記の距離Ｘを、実験あるいは計算により決定された基準限界値Ｔと比較し、ＸがＴ未満であれば、遠位端境界５の前方の、着陸滑走路１上で確実に停止できることになり、逆に、ＸがＴより大きい場合(図３に示されている場合)、航空機２が上記の遠位端境界５の前方の滑走路上には停止できず、着陸を続行すると着陸滑走路１の端から逸脱してしまう。上記の基準限界値Ｔは航空機２の機種、そのブレーキ性能、気象条件、着陸滑走路１等に依存し、実験あるいは計算により設定できる。

図４に示されている本発明の実施例では、計算手段６は上記の推定距離Ｘに推定着陸距離Fを加え、その合計Ｘ＋Ｆを着陸滑走路１の長さＬと比較する。この推定着陸距離Ｆは計算あるいは経験により前もって決定された固定値であるか、着陸性能データベース(図示略)によりリアルタイムで計算できる。推定着陸距離Ｆは航空機２の質量とその空力学的形態に加えて、滑走路１の高さ、滑走路１の状態、推奨せられる進入速度に対する飛行機の速度と、起こり得る追い風、着陸距離に影響を及ぼす(逆スラスト装置、エンジン、滑り止めおよび自動ブレーキ装置等)の故障を考慮する。これらの色々のパラメータの重要性は一般にＦＣＯＭ(飛行乗務員操作マニュアル)搭載マニュアルに公表されている。

合計距離Ｘ＋Ｆが距離Ｌ未満であれば(図４に示されている場合)、航空機２は遠位端５の前方の着陸滑走路１に停止することができなくてはならない。他方、合計Ｘ＋Ｆが長さＬより大きければ、航空機２は着陸滑走路の端で長手方向に脱出することを予測しなければならない。

場合により、ＸがＴより大きいか、あるいはＸ＋ＦがＬより大きければ、計算手段６はこれらのアウトプット(出力)に警告信号を生じさせ、可聴警告１５および発光警告が作用して、航空機のパイロットに事態の重大さを気付かせる。更に、スクリーン１９上には、場合により、閃光要素およ／または目立つ色で示されている要素を備えた図３の図表あるいは図４の図に類似の図表が表示される。

こうして、パイロットは警告され、進行中の着陸を中断し、航空機２が未だ進入軌道上でも旋回に間に合い、再度離陸できる。

任意で、計算手段６により発せられ、アウトプット２０に生じる警告信号は、航空機の自動旋回および再離陸を航空機２の自動操縦器が直接指令できるようにしてもよい。

よって、計算手段６がそのインプット７から12で受け取る情報により、航空機は、決定された滑走路１に着陸操作を採る前に、航空機に近い複数の滑走路１の各々に対し、
− 距離Ｄ、
− 軸Ｘ−Ｘとの整列性、
− 高度Ｈ
を計算できることは容易に理解されるものである。

更に、航空機の態勢が着陸の態勢に対応するかどうか調べ、着陸を行なおうと想っている滑走路の形態を決定できる。

航空機が着陸進入操縦を行なっている着陸滑走路の上から見た略図である。 航空機に搭載されており、航空機が本発明による方法を実施させるシステムの線図である。 本発明による方法の第１実施例の略図である。 本発明による方法の第２実施例の略図である。

１…着陸滑走路、２…航空機、３…傾斜進入軌道、４・５…端部境界(４…近位端境界、５…遠位端境界)、６…計算手段、、13…データベース、21…推定最終位置、α…進入角度、Ｈ…高度、Ｄ…水平距離Ｘ…距離、Ｔ…基準限界値、Ｆ…推定着陸距離、Ｌ…着陸滑走路の長さ。

Claims (13)

1. 飛行中の航空機(２)が、着陸滑走路(１)に対し進入角度(α)を形成する傾斜進入軌道(３)で着陸滑走路(１)に向け降下している着陸中、その着陸滑走路(１)上で航空機が完全に停止できる可能性を予測する方法であって、
   上記の着陸滑走路が２つの端部境界(４、５)を有し、
   ａ１）航空機(２)の高度(Ｈ)を測定する工程と、
   ａ２）航空機(２)から上記着陸滑走路(１)の近位端境界(４)までの水平距離(Ｄ)を、衛星位置決めシステムにより伝達される該航空機(２)の位置情報と、着陸滑走路(１)の少なくとも近位端境界(４)の位置を含むデータベース(13)により伝達される情報とに基づき計算する工程と、
   ｂ）上記着陸滑走路(１)での航空機の推定最終位置(21)を、上記の測定した航空機の高度(Ｈ)と、上記の計算された水平距離(Ｄ)と、上記進入角度(α)とに基づき計算し、この推定最終位置(21)の上記近位端からの距離(Ｘ)を、
   Ｘ＝（Ｈ／tan α）−Ｄ
   で計算される工程と、
   ｃ）上記着陸滑走路上で航空機が完全に停止する可能性を、次の２つの判定工程
   ・上記の推定最終位置(21)と上記近位端境界(４)と間の距離(Ｘ)と基準限界値(Ｔ)とを比較し、推定最終位置(21)と上記近位端境界(４)と間の距離(Ｘ)が該基準限界値(Ｔ)に足りなければ、航空機は上記の着陸滑走路(１)上に確実に停止でき、推定最終位置(21)と上記近位端境界(４)と間の距離(Ｘ)が該基準限界値(Ｔ)を越えていれば上記の航空機は着陸滑走路上に停止できないと決定する
   ・ 上記の推定最終位置(21)と上記の近位端境界(４)との間の距離(Ｘ)に推定着陸距離(Ｆ)を加え、次いでこうして得られた距離の合計(Ｘ＋Ｆ)を着陸滑走路(１)の長さ(Ｌ)と比較することにより航空機の滑走路上での確実に停止できる可能性を決定する
   のいずれかで決定することを特徴とする航空機が完全に停止できる可能性を予測する方法。
2. 上記の進入軌道(３)での航空機(２)の少なくとも降下中、上記の工程ａ１）及びａ２）とｂ）とが繰り返し行なわれる請求項１に記載の航空機が完全に停止できる可能性を予測する方法。
3. 上記の進入角度(α)が航空機内で計算される請求項１あるいは２に記載の航空機が完全に停止できる可能性を予測する方法。
4. 上記の進入角度(α)が、着陸滑走路(１)に関する情報を含むデータベース(13)により提供される請求項１あるいは２に記載の航空機が完全に停止できる可能性を予測する方法。
5. 推定最終位置(21)と上記の近位端境界(４)との間の距離(Ｘ)が上記の基準限界値(Ｔ)より大きいか、あるいは上記の合計距離(Ｘ＋Ｆ)が着陸滑走路(１)の長さ(Ｌ)より大きければ、航空機(２)の乗務員に滑走路内停止ができないこと気付かせるため警告を発することからなる請求項１から４のいずれか１項に記載の航空機が完全に停止できる可能性を予測する方法。
6. 推定最終位置(21)と上記の近位端境界境界(４)との間の距離(Ｘ)が上記の基準限界値(Ｔ)より大きいか、あるいは上記の合計距離(Ｘ＋Ｆ)が着陸滑走路(１)の長さ(Ｌ)より大きければ、航空機(２)が着陸復行と、自動離陸とを行う請求項１から５のいずれか１項に記載の航空機が完全に停止できる可能性を予測する方法。
7. 着陸中、航空機(２)が全く安全に再度離陸できる状態にならなくなると、少なくとも工程ｃ）の操作が不可能になる請求項１から６のいずれか１項に記載の航空機が完全に停止できる可能性を予測する方法。
8. 工程ａ１)及びａ２)の前に、航空機(２)に最も近い着陸滑走路として、航空機(２)が着陸を希望する着陸滑走路を確認するため検査がなされる請求項１から７のいずれか１項に記載の航空機が完全に停止できる可能性を予測する方法。
9. 計算手段(６)を備え、この計算手段(６)は、
   −・上記の着陸滑走路(１)に対して進入角度(α)を形成する上記の傾斜進入軌道(３)で着陸滑走路(１)に向け降下中の航空機(２)の高度(Ｈ)と、
   ・上記航空機(２)の位置情報と、
   ・上記の着陸滑走路(１)の少なくとも近位端境界(４)に対する位置情報とを、
   受け取り、
   −・上記の近位端境界(４)からの航空機(２)の水平距離(Ｄ)と、
   ・tan αを進入角度αの正接としたときに、式、
   Ｘ＝（Ｈ／tan α）−Ｄ
   で決定される距離(Ｘ)とを、
   計算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の航空機が完全に停止できる可能性を予測する方法を実施するシステム。
10. 上記の計算手段(６)が、
    上記の計算された距離(Ｘ)を上記の基準限界値(Ｔ)と比較し、この計算された距離(Ｘ)がこの基準限界値(Ｔ)より大きければ警告信号を発する請求項５に記載された方法を実施する請求項９に記載のシステム。
11. 上記の計算手段(６)が、上記の計算された距離(Ｘ)と上記の推定着陸距離(Ｆ)とを合計し、次いでこの合計(Ｘ＋Ｆ)を着陸滑走路の長さ(Ｌ)と比較し、この合計距離(Ｘ＋Ｆ)が上記の着陸滑走路(１)の長さ(Ｌ)より大きければ、警告信号を発する請求項６に記載された方法を実施するた請求項９に記載のシステム。
12. 請求項１から８のいずれか１項に記載された方法を実施する手段を備えることを特徴とする航空機。
13. 請求項９から１２のいずれか１項に記載されたシステムを備えることを特徴とする航空機。

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