用于确定和使用着陆表面摩擦条件的方法和装置制造方法

xiaoxiao2020-7-22  12

用于确定和使用着陆表面摩擦条件的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于确定和使用着陆表面摩擦条件的方法和装置。提供了一种在飞机上执行的诊断方法。所述方法:经由多个航空电子设备和飞机系统来获得在所述飞机的着陆期间的飞机状态数据;并且使用所述多个航空电子设备和飞机系统中的至少一个基于所述飞机状态数据来确定着陆表面摩擦条件。同样提供了一种在飞机上评估着陆表面数据的方法。所述方法:在着陆之前,接收着陆表面摩擦条件数据;基于所接收到的着陆表面摩擦条件数据来计算要求的着陆距离;以及当所要求的着陆距离大于预定门限时,执行指定的任务。
【专利说明】用于确定和使用着陆表面摩擦条件的方法和装置
[0001] (一个或多个)相关申请的夺叉引用 本申请要求2013年4月29日提交的美国临时专利申请序号61/817, 241的权益。

【技术领域】
[0002] 本文中所描述的本主题的实施例一般地涉及实时地确定着陆表面摩擦条件,并且 更特别地,本主题的实施例涉及在飞机上确定着陆表面摩擦条件以及传送所确定的数据。

【背景技术】
[0003] 着陆表面摩擦条件能够大大地影响飞机的安全着陆。飞行机组成员利用关于着陆 表面摩擦的信息来计算他们是否具有足够低的能态,包括飞机的速度和飞机位置在着陆表 面之上的高度,以便在着陆表面的可用部分的末端之前(例如,在跑道的末端之前)达到安 全停止。这种信息当前由飞行机组成员在着陆期间口头地报告,但性质上是相当主观的,以 及因此受人的变化性的支配。进一步地,由一飞行机组人员针对一个飞机所报告的着陆表 面摩擦条件可能不适用于不同的飞机。此外,着陆表面的摩擦条件的口头报告一般地被报 告给第三方,所述第三方负责在着陆之前将信息中继给区域中的其他飞机。从飞机机组成 员进场着陆表面或机场管理局做出关闭跑道的决定的角度看,这个过程将不必要的等待时 间(latency)引入到采集信息的过程中。
[0004] 因此,期望提供用于确定着陆表面摩擦条件的一致方法。此外,期望在不将不必要 的等待时间引入到过程中的情况下将这种信息中继到区域中的其他飞机。此外,其他所希 望的特征和特性从结合附图以及前面的【技术领域】和【背景技术】进行的后续【具体实施方式】和 所附权利要求将变得显而易见。


【发明内容】

[0005] -些实施例提供了在飞机上执行的诊断方法。所述方法经由多个航空电子设备和 飞机系统来获得在飞机的着陆期间的飞机状态数据;并且使用所述多个航空电子设备和飞 机系统中的至少一个基于飞机状态数据来确定着陆表面摩擦条件。
[0006] -些实施例提供了在飞机上的诊断系统。所述系统包括:系统存储器;多个航空 电子设备和飞行系统,被配置成确定飞机状态数据;以及处理逻辑,被配置成从所述多个航 空电子设备和飞行系统中检索飞机状态数据;基于飞机状态数据来计算推力值、阻力值、升 力值以及轮制动力值;以及基于推力值、阻力值、升力值以及轮制动力值来计算着陆表面摩 擦条件。
[0007] -些实施例提供了在其上包含指令、在飞机上的非暂时性计算机可读介质,所述 指令当被处理器在飞机的着陆期间执行时执行方法。所述方法:从多个航空电子设备和飞 行系统接收状态信息;基于所接收到的状态信息来确定着陆表面的当前摩擦条件;以及使 用限定地理区域中的多个飞机可访问的通信协议在限定地理区域内广播所确定的当前摩 擦条件。
[0008] -些实施例提供了在飞机上评估着陆表面数据的方法。所述方法:在着陆之前接 收着陆表面摩擦条件数据;基于所接收到的着陆表面摩擦条件数据来计算要求的着陆距 离;以及当所要求的着陆距离大于预定门限时,执行指定的任务。
[0009] 本
【发明内容】
被提供来以简化的形式引入在【具体实施方式】中在下面被进一步描述 的构思的选择。本
【发明内容】
不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征,它也不 旨在在确定所要求保护的主题的范围时被用作帮助。

【专利附图】

【附图说明】
[0010] 对本主题的更完全理解可以通过参考【具体实施方式】和权利要求在结合以下图考 虑时得到,其中同样的附图标记在所有的图中指代类似的元件。
[0011] 图1是依照实施例的使摩擦系数的典型范围与可适用的表面条件细节和适当的 制动动作相关的表的图; 图2是依照实施例的包括着陆表面摩擦分析系统的飞机的功能框图; 图3是图示了用于在飞机上确定着陆表面摩擦条件以及在无线范围内传送着陆表面 摩擦条件的过程的实施例的流程图; 图4是图示了用于基于飞机状态数据来计算着陆表面摩擦条件的过程的实施例的流 程图; 图5是依照实施例的多个航空电子设备和飞机系统、由每个且可适用的计算所贡献的 相关数据的示意表示;以及 图6是图示了用于基于着陆表面摩擦条件在着陆表面比要求的着陆距离短时做出响 应的过程的实施例的流程图。

【具体实施方式】
[0012] 以下具体描述性质上仅仅是说明性的,并且不旨在限制本主题或申请的实施例以 及这样的实施例的使用。如本文中所用的那样,单词"示例性"意指"用作示例、实例或图 示"。本文中描述为示例性的任何实施方式未必将被解释优于其他实施方式为优选的或有 利的。此外,不存在被在前面的【技术领域】、【背景技术】、简要
【发明内容】
或以下详细描述中所呈 现的任何表达的或暗示的理论束缚的意图。
[0013] 本文中所提出的本主题涉及用来在飞机上确定和使用着陆表面摩擦条件的方法 和装置。在本专利申请的上下文内,用于确定着陆表面摩擦条件的方法和装置以及用于使 用着陆表面摩擦条件的方法和装置被作为两个单独的实施方式来描述。依照第一实施方 式,使用从各种航空电子设备和飞机系统检索到的数据在着陆期间在飞机上确定着陆表面 摩擦条件。着陆表面摩擦条件然后被传送给另一方以供使用。依照第二实施方式,传送的 着陆表面摩擦条件被接收并且用来计算特定飞机的要求的着陆距离,以及针对可适用的着 陆表面基于可用的着陆距离来做出响应。
[0014] 出于解释的目的,着陆表面可以包括飞机出于着陆目的使用的任何表面。在特定 实施例中,着陆表面可以是跑道或用于飞机着陆和/或起飞的其他正式指定的区域。在一 些实施例中,着陆表面可以是用于着陆和/或起飞的正式指定的区域的子集(例如,跑道的 可用部分)。在其他实施例中,着陆表面可以包括被飞机用于和/或可由飞机用于起飞和/ 或着陆目的的任何区域。
[0015] 着陆表面摩擦条件可以被定义为对应于一系列摩擦系数的着陆表面的摩擦水平, 其中摩擦系数是着陆表面上的摩擦力与法向力的比值。摩擦力是作用于飞机的着陆表面的 力,与着陆表面平行,并且在飞机速度的相反方向上。虽然摩擦系数是具有无限潜在值的连 续变量,但是着陆表面摩擦条件是具有有限数目的等级的离散变量。着陆表面摩擦条件的 每个水平都与描述着陆表面的摩擦条件的定性名称相关联。
[0016] 着陆表面摩擦条件可能受存在于着陆表面上的降水或其他物质影响,所述降水或 其他物质可能影响到使用标准设备使飞机着陆所要求的时间和/或制动力。在特定实施例 中,着陆表面摩擦条件被确定并且然后广播给在无线通信范围内的其他飞机或地面人员。 在一些实施例中,确定的着陆表面摩擦条件被飞机接收到,所述飞机然后能够计算要求的 着陆距离并且基于所要求的着陆距离来采取其他适当的动作。
[0017] 现参考附图,图1 (见在相关部分中再现并且通过引用结合在本文中的 JoViso/y CYrcWar 97-760是依照实施例的使摩擦系数108的范围与可适用的表面条件 细节106和适当的制动动作102相关的表100的图。表100提供了有关观察到的和/或确 定的参数之间的关系的附加细节,所述参数可以包括摩擦系数(μ) 108或一定水平的制 动动作102以及可适用的表面条件细节106。
[0018] 着陆表面摩擦条件为如下各项感兴趣:空中交通管制、后续着陆飞机的飞行机组 人员以及机场人员,诸如机场管理人员和维护控制台。一般地,飞行机组人员根据由飞行机 组人员在着陆期间所观察到的制动动作102的质量来口头地报告着陆表面摩擦条件,所述 质量被表达为良好、中等(即,一般)、差或无,或那些术语的组合。例如,飞行机组人员可以 在着陆期间观察到"良好"制动动作,并且可以口头地将这个报告给机场人员。根据使用表 100所图示的实施例,接收到该信息的机场人员解释"良好"制动动作来指示具有较低边界 (或最坏情况场景)的着陆表面摩擦条件,包括:具有水深1/8''或更少的潮湿着陆表面、具 有低于-15° C的外部气温(0ΑΤ)的压实积雪、或%''或更少的干积雪。可以进一步定义由 "良好"制动动作所指示的着陆表面摩擦条件,或者换句话说,参考定义104,包括:与在非限 制性着陆表面上(即,具有可用的附加停止距离的着陆表面)的典型减速中所用的制动能 力相比,更多的制动能力是可得到的,并且取向控制是良好的。
[0019] 除由飞行机组人员在着陆期间报告之外,机场操作和维护人员可以根据摩擦系数 (μ) 108来报告着陆表面摩擦条件,所述摩擦系数(μ) 108使用从着陆表面上的设备获 得的着陆表面摩擦测量结果来确定。例如,机场人员可以记录确定为〇. 45的摩擦系数(μ ) 108,其根据表100中所图示的实施例,指示与所观察到"良好"制动动作相同的表面条件 细节106 :具有较低边界(或最坏情况场景)的着陆摩擦条件,包括具有水深1/8' '或更少 的潮湿着陆表面、具有低于-15° C的0ΑΤ的压实积雪或'或更少的干积雪。
[0020] 如由上述示例和讨论所示出的那样,基于观察到的制动动作102和/或基于计算 的摩擦系数108着陆表面摩擦条件报告提供了对于其他飞机(但不是当前正在着陆并且执 行观察的飞机)来说容易得到的数据。此外,当着陆表面在使用中时基于着陆表面上的设 备的着陆表面摩擦条件报告实际上是不可部署的。
[0021] 图2是依照实施例的包括着陆表面摩擦分析系统202的飞机200的功能框图。飞 机200可以是包括提供必要的飞机状态数据、如在下面所描述的航空电子设备和飞机系统 210的任何飞机。可替换地,飞机200可以是适当地配置成获得必要的飞机状态数据以用 于在飞机200上分析和确定着陆表面摩擦条件的任何飞机。着陆表面摩擦条件可以被定 义为对应于一系列摩擦系数的着陆表面的摩擦水平,其中摩擦系数是着陆表面上的摩擦力 与法向力的比值。着陆表面摩擦条件可以被定义为对应于摩擦系数的范围的着陆表面的 摩擦水平,其中摩擦系数是摩擦力与着陆表面的法向力的比。着陆表面摩擦条件可能受存 在于着陆表面上的降水或其他物质影响,所述降水或其他物质可能影响使用标准设备使飞 机200着陆所要求的时间和/或制动力。降水或其他物质可以包括但不限于:水、冰、雪泥 (slush)、积雪,和/或影响飞机200的轮和着陆表面的路面之间的摩擦水平的存在于跑道 上的其他物质。
[0022] 如所描绘的那样,着陆表面摩擦分析系统202包括但不限于:处理器架构204 ;系 统存储器206 ;通信模块208、航空电子设备和飞机系统210 ;数据采集模块212 ;以及数据 分析模块214。着陆表面摩擦分析系统202的这些元件和特征可以被在操作上与彼此相关 联、耦合到彼此,或者以其他方式配置成根据需要与彼此协作以支持所期望的功能性-特 别地,确定在着陆期间的着陆表面摩擦条件,如本文中所描述的那样。为了易于图示和清 楚,在图2中未描绘这些元件和特征的各种物理的、电气的以及逻辑的耦合和互连。此外, 应该了解的是,着陆表面摩擦分析系统202的实施例将包括协作来支持所期望的功能性的 其他元件、模块以及特征。为了简单,图2仅描绘了涉及在下面更详细地描述的技术的特定 元件。
[0023] 处理器架构204可以用以下各项加以实现或者执行:一个或多个通用处理器、内 容可寻址存储器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何适合的可编程 逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件,或被设计成执行在这里所描述的功能的任 何组合。特别地,处理器架构204可以被实现为一个或多个微处理器、控制器、微控制器或 状态机。此外,处理器架构204可以被实现为计算设备的组合,例如,数字信号处理器和微 处理器、多个微处理器、结合数字信号处理器核的一个或多个微处理器的组合,或任何其他 这样的配置。
[0024] 视实施例而定,系统存储器206可以使用任何数目的设备、部件或模块来实现。此 夕卜,视特定实施例而定,着陆表面摩擦分析系统202能够包括集成在其中的系统存储器206 和/或在操作上耦合到其的系统存储器206。在实践中,系统存储器206能够被实现为RAM 存储器、闪速存储器、EPROM存储器、EEPR0M存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘,或本领域内 已知的任何其他形式的存储介质。在特定实施例中,系统存储器206包括硬盘,所述硬盘也 可以被用来支持着陆表面摩擦分析系统202的功能。系统存储器206能够被耦合到处理器 架构204,以便使得处理器架构204能够从系统存储器206读取信息并且将信息写入系统存 储器206。在替代方案中,系统存储器206可以集成到处理器架构204。作为示例,处理器 架构204和系统存储器206可以驻留在适当地设计的专用集成电路(ASIC)中。
[0025] 通信模块208被适当地配置成在飞机200 (并且,更具体地,着陆表面摩擦分析系 统202)与使用相同通信协议的范围内的其他通信设备之间建立连接和传送数据。在特定 实施例中,通信模块使用广播式自动相关监视(ADS-B)数据链路技术来实现。ADS-B是被用 来将诸如飞机位置、速度以及其他信息之类的信息广播给具有接收ADS-B消息的能力的其 他飞机或地面用户的数据链路。广播ADS-B消息的能力被称为ADS-B输出,然而接收和处 理ADS-B消息的能力被称为ADS-B输入。不像诸如飞机通信寻址与报告系统(ACARS)之类 的数据链路服务,不存在按每条消息收费来发送或者接收ADS-B消息。ADS-B消息在数毫秒 内被接收,因为它们被直接地而不通过其他通信网络来传送,从而提供了低水平的等待时 间。取决于区域中飞机的数目和被安装ADS-B设备的类型,能够从离机场10海里(NM)到 100匪接收ADS-DB消息。典型范围是30匪,其在飞机最后进场并且准备着陆之前是很好 的。在其他实施例中,通信模块208使用在飞机200上的另一通信技术来实现,包括但不限 于:应答器/询问器通信、无线电通信或类似物。
[0026] 在特定实施例中,通信模块208通过机载发射机周期性地广播关于飞机200的信 息,诸如标识、当前位置、高度以及速度。然而,在一些实施例中,一旦着陆表面摩擦分析完 成通信模块208就传送广播信息(包括着陆表面摩擦条件)。在这种情况下,广播信息的传 输由事件(例如,着陆表面摩擦计算的完成)来触发,而不是根据调度表自动地传送数据。 一般地,通信模块208从数据分析模块214接收包含至少着陆表面摩擦条件的一组广播数 据,并且在限定广播(例如,地理)区域内广播该组广播数据。由通信模块208所提供的附 加的数据可以包括但不限于飞机200的模型的标识符、特定跑道或与计算的着陆表面摩擦 条件相关联的其他着陆表面的标识符等等。由通信模块208所接收到的数据可以包括来自 附近的飞机的直接通信,诸如着陆表面摩擦分析数据。
[0027] 航空电子设备和飞机系统210被适当地配置成执行与飞机200的飞行、着陆以及 操作相关的各个功能。一般地,如被应用于着陆表面摩擦分析系统202的那样,航空电子设 备和飞机系统210是现有系统,所述现有系统除执行其主要目标之外,还被适当地配置成 提供飞机状态数据,或换句话说,飞机相对于每个飞行系统的状态和/或设定。航空电子 设备和飞机系统210可以包括通信系统、导航系统、飞行数据系统、显示系统或类似物。更 具体地,航空电子设备和飞机系统可以包括但不限于:飞行控制模块(FCM);飞行管理系统 (FMS);全权限数字引擎控制(FADEC);惯性参考系统和全球定位系统(IRS/GPS);大气数据 系统(ADS);制动系统,诸如自动制动系统(ABS);或类似物。
[0028] 数据采集模块212被适当地配置成接收用于在着陆表面摩擦分析系统202内使用 所要求的各种数据。数据采集模块212从航空电子设备和飞机系统210接收和/或检索飞 机状态数据,并且从系统存储器接收已知参数和/或定值数据。飞机状态数据可以包括但 不限于:襟翼设定、阻流板设定、攻角、引擎转速、节流阀设定、换向器设定、加速度值、风速 值以及制动输入值。已知参数可以包括但不限于:飞机重量值、飞机质量值、机翼面积、重力 加速度值以及空气密度值。
[0029] 数据采集模块212从系统存储器206中检索可适用的数据(例如,已知参数)。在 特定实施例中,数据采集模块212从有关的航空电子设备和飞机系统210接收要求的数据, 其可以是对传送的请求或在定时间隔时的响应。在一些实施例中,根据固定调度表经由数 据总线从有关的航空电子设备和飞机系统210传送数据。在这种情况下,数据采集模块212 从数据总线检索所要求的数据。
[0030] 数据分析模块214被适当地配置成执行计算以使用由数据采集模块212所采集到 的数据来确定在飞机200的着陆期间的着陆表面摩擦条件。在实践中,数据分析模块214可 以用处理器架构204来实现(或者与其协作)来执行本文中更详细地描述的功能和操作中 的至少一些。在这点上,数据分析模块214可以被实现为适当地编写的处理逻辑、应用程序 代码或类似物。数据分析模块214被配置在飞机200的着陆期间激活。一般地,着陆表面 摩擦分析系统202通过起落架放下、主动制动或当前条件的改变(例如,飞机轮上重量的放 置、起落架状态、空速和/或其他可适用的输入)的识别而知道飞机200正在着陆。可替换 地,着陆表面摩擦分析系统202可以识别到,一个或多个系统可能是在"进场模式"下。在 特定实施例中,数据分析模块和数据采集模块可以包括由已经驻留在飞机200上的航空电 子设备和飞机系统中的一个所执行的处理逻辑。在一些实施例中,数据分析模块和数据采 集模块可以包括由用于确定着陆表面摩擦条件的目的新近引入的处理器架构204和/或其 他硬件设备所执行的处理逻辑。
[0031] 一旦通过启动着陆被激活了,数据分析模块214就被配置成经由数据采集模块 212来接收数据(例如,飞机状态数据和已知参数和/或定值数据)。数据分析模块214利 用所接收到的数据执来行计算,所述计算根据牛顿第二定律F =_)"使力平衡"。数据分 析模块214使用已知方程来为推力、阻力、升力以机轮制动力产生值而求解未知值的方程, 并且产生当前在着陆期间使用中的着陆表面的计算的摩擦系数。数据分析模块214然后能 够与其他接收到的数据相结合地使用所计算的摩擦系数来确定可适用的着陆表面摩擦条 件。在特定实施例中,数据分析模块214使用所计算的摩擦系数和输入制动值在系统存储 器206中执行查找以获得着陆表面摩擦条件。在一些实施例中,数据分析模块214单独或 与任何其他有关的数据相结合地使用所计算的摩擦系数执行查找,以便获得着陆表面摩擦 条件。数据分析模块214被进一步配置成在内部将数据(包括所获得的着陆表面摩擦条件 和/或计算的摩擦系数)传送到通信模块208以用于在飞机200外面进一步传输。一般地, 这种外部传输包括到附近的飞机、塔台和/或在传输范围内利用兼容通信协议的其他接收 者的无线通信,诸如广播。
[0032] 着陆表面靡擦备件的确定 图3是图示了用于在飞机上确定着陆表面摩擦条件以及在飞机的无线范围内传送着 陆表面摩擦条件的过程300的实施例的流程图。关于过程300所执行的各种任务可以由软 件、硬件、固件或其任何组合来执行。出于说明性目的,过程300的以下描述可以参考关于 图1-2上面所提到的元件。在实践上,过程300的各部分可以由所描述的系统的不同元件 来执行。应该了解的是,过程300可以包括任何数目的附加的或可替换的任务,不需按照所 图示的顺序执行图3中所示出的任务,并且过程300可以被结合到具有在本文中未详细地 描述的附加功能性的更复杂的程序或过程中。此外,只要预定整体功能性保存完整就能够 从过程300的实施例省略图3中所示出的任务中的一个或多个。
[0033] 为了易于描述和清楚,这个示例假定过程300当在飞机在着陆表面上的着陆期间 经由多个航空电子设备和飞机系统获得了飞机状态数据(步骤302)时开始。所述多个航空 电子设备和飞机系统可以包括但不限于:飞行控制模块(FCM)、飞行管理系统(FMS)、全权 限数字引擎控制(FADEC)、惯性参考系统和全球定位系统(IRS/GPS)、大气数据系统(ADS)、 自动制动系统(ABS),或能够采集与如本文中所描述的着陆表面摩擦条件的确定有关的数 据的任何其他传感器、处理硬件和/或飞行系统。有关数据可以包括但不限于:襟翼设定、 阻流板设定、攻角、飞机的质量、引擎转速、节流阀设定、换向器设定、飞机的加速度、空速、 空气密度、飞机的制动输入值,或任何其他设定、参数、输入和/或输出值,采用如上各项可 以计算和确定着陆表面摩擦条件。
[0034] 一般地,过程300通过经由一个或多个通信总线与所述多个航空电子设备和飞机 系统进行通信来检索适当的数据。更具体地,数据经由与航空电子设备和飞机系统部件相 关联的传感器来获得。这种传感器数据被以规则间隔采样并且转换为被加载在一个或多个 数据总线上的数字数据。一个示例是航空电子标准通信总线(ASCB)。过程300然后从所述 一个或多个数据总线读取数据。
[0035] 在着陆期间获得飞机状态数据(步骤302)之后,过程300使用所述多个航空电子 设备和飞机系统中的至少一个基于飞机状态数据来确定着陆表面摩擦条件(步骤304)。在 特定实施例中,着陆表面摩擦条件使用已经驻留在飞机上的现有多个航空电子设备和飞机 系统中的至少一个来确定。在一些实施例中,过程300由新近引入的设备来执行,所述新近 引入的设备可以包括只用于执行过程300的目的的硬件和/或处理逻辑。进一步地,着陆 表面摩擦条件完全在飞机上被计算,而不用接收或者使用在飞机外部的数据和/或资源来 完成过程300。
[0036] 过程300确定着陆表面摩擦条件,或者换句话说,确定对应于一系列摩擦系数的 着陆表面的摩擦水平,其中摩擦系数是着陆表面上摩擦力与法向力的比值。如相对于图4 更详细地描述的那样,过程300使用推力、阻力、升力以及轮制动力的计算值并且将它们应 用于牛顿第二定律Fi)来计算着陆表面摩擦条件。过程300利用在这些计算中所生成 的值来计算摩擦系数,所述摩擦系数然后被用来确定着陆表面摩擦条件。在特定实施例中, 着陆表面摩擦条件使用图1中所示出的摩擦系数值的范围来确定。在特定实施例中,可以 使用一个或多个离散值来计算着陆表面摩擦条件。在一些实施例中,可以使用多个连续值 来计算着陆表面摩擦条件。
[0037] -旦已确定了着陆表面摩擦条件(步骤304),过程300就启动着陆表面摩擦条件 在飞机的无线范围内持续感兴趣的时间段的传输(步骤306)。在特定实施例中,传输可由 使用相同通信协议的无线范围中的一个或多个设备接收到。在特定实施例中,传输使用广 播式自动相关监视(ADS-B)数据链路技术经由广播来传送,并且被其他附近的飞机、空中 交通管制和/或装配有接收ADS-B信息的能力的任何其他人员接收。在一些实施例中,传 输响应于来自另一方的请求而被传送。例如,传输可以响应于来自另一方的射频询问使用 应答器来传送。请求和/或接收到着陆表面摩擦条件数据的其他方可以包括但不限于:地 面车辆、空中交通管制、机场管理局,和/或具有兼容通信接收机的任何一方。
[0038] 感兴趣的时间段指的是所计算的着陆表面摩擦条件传送以供使用所持续的有限 时间窗口。一般地,广播在完成确定着陆表面摩擦条件的计算(步骤304)时被传送,并且 这在着陆过程期间发生。广播持续足够长的时间以便其他飞机和地面人员在高的接收概率 情况下接收消息。接收飞机(和携带使用兼容通信协议的设备的其他人员)从执行计算的 飞机直接地接收着陆表面摩擦条件。在这里,过程300执行计算来准实时地在飞机上确定 着陆表面摩擦条件。等待时间被降低了,因为过程300不遵守将数据传送到第三方(例如, 空中交通管制塔台)以用于确定着陆表面摩擦条件的进一步计算的惯例。过程300同样将 着陆表面摩擦条件直接地从执行计算的飞机传送给终端用户(例如,准备着陆的附近的飞 机)。等待时间通过消除针对未完成的摩擦数据将被从飞机被传送到第三方所要求的时间 (其中计算然后被执行)以及将所确定的着陆表面摩擦条件从第三方传送到终端用户所要 求的时间而被进一步降低了。
[0039] 图4是图示了用于基于飞机状态数据来计算着陆表面摩擦条件的过程304的实施 例的流程图。应该了解的是,图4中所描述的过程304表示在图3的讨论中上面所描述的 步骤304的更具体视图。首先,过程304计算多个力,或者换句话说,过程304基于所获得 的飞机状态数据和多个已知参数来确定推力值(T)、阻力值(D)、升力值(L)以及轮制动力 值(B)(步骤400)。
[0040] 推力值⑴通过获得引擎转速(Ni)、空速⑴、空气密度(/?)、节流阀设定(δ w)以及换向器设定(s _器)并且应用推力模型方程:Τ = 来 确定。在这里,过程304使用所获得的数据值来执行查找以确定适当的推力值。
[0041] 阻力值⑶通过应用阻力模型方程:D= 為腫极,0来确定。 在这里,阻力系数(CD)通过使用襟翼设定(δ襟翼)、阻流板设定(δ阻流板)以及攻角(α )执 行查找来获得,所述襟翼设定胃翼)、阻流板设定(δ ρωκ)以及攻角(α)是从有关的航 空电子设备和飞机系统获得的。当阻力系数(CD)已被获得了时,它被与空气密度(/〇、空 速以及机翼面积(5)相结合地用来使用阻力模型方程来计算阻力值。
[0042]升力值(L)通过应用升力模型方程:j: = 〇.5/>F25υχ来确 定。在这里,升力系数(CJ通过使用襟翼设定(δ襟翼)、阻流板设定(δ 以及攻角(α ) 执行查找来获得,所述襟翼设定胃翼)、阻流板设定(δ 以及攻角(α)是从有关的 航空电子设备和飞机系统获得的。当升力系数(CJ已被获得时,它被与空气密度(/〇、空 速以及机翼面积(5)相结合地用来使用升力模型方程来计算升力值。
[0043] 轮制动力值(Β)使用所确定的推力值(Τ)和阻力值(D)并且将这些值应用于牛顿 第二定律来计算,所述牛顿第二定律规定力(F)等于质量(m)和加速度(a)的乘积,或F = 皿。在这里,力(/〇的和等于推力值(T)减去阻力值(D)减去轮制动力值(B),或者换句话 说,Γ- £)- 5 = iWJ。求解方程提供了用于在将来的计算中使用的轮制动力值(B)。
[0044] 在计算了推力值(T)、阻力值(D)、升力值(L)以及轮制动力值(B)(步骤400) 之后,过程304使用轮制动力值(B)和着陆表面的净法向力来计算摩擦系数(μ)(步骤 402)。净法向力等于由升力值(L)所抵消的飞机的重量。轮制动力值(Β)等于依照如下方 程乘以摩擦系数(μ)的净法向力:5 = 使用针对轮制动力(Β) 和升力(L)的先前计算的值,过程304计算先前未知的摩擦系数值(μ)。
[0045] 取决于制动输入值(δ b),摩擦系数值(μ )在最小值(指示无输入制动动作)与 最大值(指示全输入制动动作)之间变化。制动输入值(δ b)是有多少压力正被施加在轮 鼓处的定量评估。一般地,飞机中的自动制动系统(ABS)可以被设置为低、中等或高,但摩 擦系数(μ)的最大值被其中轮开始滑行并且静摩擦减少至动摩擦的条件限制。摩擦系数 值(μ)的示例性范围以及相关的着陆表面摩擦条件相对于图1被呈现。
[0046] 然后,过程304获得制动输入值(Sb)(步骤404)。在特定实施例中,所述制动输 入值(S b)经由自动制动系统(ABS)来获得。应该了解的是,制动输入值(δ b)可以使用任 何可用的制动系统和/或与飞机上的制动系统通信的(一个或多个)传感器或(一个或多 个)处理器来获得。
[0047] 一旦已计算出摩擦系数(μ)(步骤402)并且已获得了制动输入值(Sb),过程 304就使用这些值来执行查找,以确定着陆表面摩擦条件(步骤406)。因为摩擦系数(μ ) 由着陆表面的条件(即,着陆表面摩擦条件)和被置于轮鼓上的制动压力的当前量(即,制 动输入值(\))来确定,未知的着陆表面摩擦条件可以使用摩擦系数(μ)值和制动输入 值(S b)的已知值来确定。过程304使用摩擦系数(μ)和输入制动值(Sb)来执行查找, 以获得着陆表面摩擦条件的估值。如相对于图1所讨论的那样,摩擦系数值(μ)和制动输 入值(S b)每一个都与着陆表面摩擦条件相关。在特定实施例中,可适用的数据被存储在 系统存储器中,并且步骤406使用这个数据来执行。在一些实施例中,可适用的数据可以被 在本地存储在所述多个航空电子设备和飞机系统中的一个处以用于执行过程304。
[0048] 图5是图示了用于在飞机的着陆期间实时地确定着陆表面摩擦条件的着陆表面 摩擦分析系统500 (在图2中示出为系统202)的实施例的图。在这点上,系统500更详细 地示出了着陆表面摩擦分析系统202的特定元件和部件。如图所示,特定的航空电子设备 和飞机系统将特定数据提供给着陆表面摩擦分析模块502。
[0049] 航空电子设备和飞机系统中的每一个都给着陆表面摩擦分析模块502提供特定 飞机状态数据、设定、参数等等,或者从着陆表面摩擦分析模块502接收确定的着陆表面摩 擦条件。如所示,飞行控制模块(FCM) 504给着陆表面摩擦分析模块502提供飞机的襟翼 设定襟翼)、阻流板设定(δ阻流板)以及攻角(α)。飞行管理系统(FMS) 506给着陆表面 摩擦分析模块502提供飞机的质量(?)。全权限数字引擎控制(FADEC) 508提供引擎转速 (Κ)、节流阀设定(δ --Μ)以及换向器设定(δ 然而惯性参考系统和全球定位系统 (IRS/GPS) 510提供飞机的加速度(a)。大气数据系统(ADS) 512为飞机提供空速(K)和 空气密度Q )。自动制动系统(ABS) 514为飞机提供制动输入值(δ b)。
[0050] 着陆表面摩擦分析模块502接收这些输入值并且执行计算以根据牛顿第二定律 (= )以及适当的推力模型、阻力模型和升力模型方程来获得力的平 衡,如所示。使用推力(T)、阻力(D)、升力(L)以及轮制动力(B)的已知值,计算了未知摩 擦系数(μ)的值。使用所计算的摩擦系数(μ)和输入制动值(\),确定了着陆表面摩擦 条件(Cls) 520。一般地,着陆表面摩擦条件(Cls) 520使用所计算的摩擦系数(μ)和所获 得的制动输入值(Sb)通过表查找来获得。
[0051] 在计算已被执行并且着陆表面摩擦条件(Qs) 520已被确定之后,着陆表面摩擦 分析系统500将着陆表面摩擦条件(Qs) 520 (以及任何其他可适用的数据)传送给利用 相同通信协议的附近的飞机和其他接收者。在这里,着陆表面摩擦条件(Qs) 520通过广 播式自动相关监视(ADS-B)系统516而被广播给同样正在使用ADS-B数据链路技术的接收 者。在其他实施例(未示出)中,着陆表面摩擦条件(Q s) 520可以使用其他可适用的通信 技术来传送。
[0052] 传送的着陆表面摩擦条件(Q) 520可以包括与所计算的参数相对应的任何数 据,如相对于图1中的表上面所描述的那样。在特定实施例中,这样对应的数据可以包括但 不限于:可适用的制动动作、摩擦的离散水平、摩擦系数、表面条件所要求的制动动作和/ 或描述性细节的定义或进一步解释。在其他实施例中,可以传送(一个或多个)制动动作、 (一个或多个)摩擦系数或类似物的连续值。
[0053] 着陆表面摩擦条件(Qs) 520可以包括但不限于图1中所呈现的示例性实施例。例 如,可以传送六个呈现的制动动作中的一个。在另一示例中,可以传送要求的制动动作的组 合。在仍然其他的示例中,制动动作可以包括适用于飞机的制动的其他数据和/或其他细 节(例如,未在图1中显示的数据)。其他示例性实施例包括摩擦系数数据以及制动动作、 摩擦系数和/或细节数据的任何可适用的组合。可以传送离散数据和连续数据的(一个或 多个)变化的组合。
[0054] 着陆表面靡擦备件的俥用 图6是图示了用于基于着陆表面摩擦条件在着陆表面比要求的着陆距离短时做出响 应的过程600的实施例的流程图。首先,过程600接收着陆表面摩擦条件数据(步骤602)。 该着陆表面摩擦条件数据包括对应于一系列摩擦系数的着陆表面的摩擦水平,其中摩擦系 数是着陆表面上的摩擦力与法向力的比值。着陆表面摩擦条件可以由附近的飞机、空中交 通管制和/或使用兼容协议有权访问适当的数据和通信设备的航空支持人员来提供。除着 陆表面摩擦条件之外,所接收到的数据还可以包括着陆表面或跑道标识符、飞机模型标识 符,和/或用来区分在着陆表面摩擦条件的计算中所使用的参数的其他数据。例如,由飞机 X所接收到的跑道标识符被用来确保所接收到的着陆表面摩擦条件适用于在飞机X将用于 着陆的特定机场处的特定跑道。此外,飞机模型标识符可以被飞机X接收并且与飞机X的 模型进行比较以解释摩擦计算是否适用于相同尺寸、重量、质量和/或飞机X特有的其他参 数的飞机。
[0055] 接下来,过程600基于所接收到的着陆表面摩擦条件数据来计算要求的着陆距离 (步骤604)。一般地,飞机的制造商提供表格和/或公式以用于在计算着陆距离时使用。表 格或公式的使用要求诸如飞机重量、制动动作水平、进场速度等等之类的数据。
[0056] 着陆表面摩擦条件影响飞机的特定模型所要求的着陆距离。例如,当跑道A具有 干表面时跑道A可以足够长以便飞机X着陆(例如,许多摩擦对于飞机要求较短的着陆距 离)。然而,如果跑道A是潮湿的、结冰的或者因影响跑道摩擦条件的其他材料而被污染,则 可能要求较长的着陆距离。取决于飞机X特有的其他因素(例如,重量、质量、尺寸等),跑 道A对于飞机X来说可能太短而不能安全地着陆。
[0057] -旦所要求的着陆距离已被计算(步骤604),过程600就确定所要求的着陆距离 是否大于最大门限值(步骤606)。一般地,如果使用特定着陆表面则最大门限值表示飞机 必须在其下完成着陆过程的距离值。在特定实施例中,最大门限值是跑道(或其他着陆表 面)的长度。在一些实施例中,最大门限值是可用于在着陆期间使用的跑道部分的长度。
[0058] 当所要求的着陆距离不大于最大门限值时(606的"否"分支),那么过程600结 束。在这种场景中,过程600已经基于已标识着陆表面的长度、飞机模型的已标识模型以及 所接收到的已标识着陆表面的着陆表面摩擦条件计算出飞机可以在所讨论的着陆表面上 有效地着陆。
[0059] 然而,当所要求的着陆距离大于最大门限值时(606的"是"分支),那么过程600 执行指定的任务(步骤610)。大于着陆表面的长度或着陆表面的可用长度的计算的要求的 着陆距离指示飞机不能够在着陆摩擦条件当前所适用于的该着陆表面上着陆。
[0060] 在特定实施例中,所指定的任务包括生成警报或通知以向飞行机组人员通知所要 求的着陆距离和着陆表面的可用长度。在一些实施例中,所生成的警报可以包括视觉和/ 或听觉警报。例如,在飞机的驾驶舱里的灯可以随着文本消息而点亮,所述文本消息诸如 "警告:短跑道"。在另一示例中,可以呈现陈述"警告:短跑道"的听觉警报。在这种情况 下,过程600正在通知飞行机组着陆表面是不够长的,或者换句话说,所要求的着陆距离大 于可用于着陆目的的着陆表面的长度。
[0061] 在特定实施例中,所指定的任务包括基于所要求的着陆距离和所接收到的着陆表 面摩擦条件来计算要求的制动动作,所述制动动作指示特定飞机可以在其下在所讨论的着 陆表面上安全地着陆的制动条件。一般地,如先前所讨论的那样,过程600以视觉和/或听 觉警报的形式来传送所要求的制动动作。在一些实施例中,所生成的警报可以包括陈述"制 动动作:中等"的文本和/或听觉消息,指示对于给定的着陆表面摩擦条件、着陆表面长度 以及飞机的型号,要求关于自动制动系统(ABS)的中等水平的制动设定在着陆表面的末端 之前停止飞机。应该了解的是,所呈现的文本和/或听觉消息可以包括用来利用不同程度 的制动动作的指令,以便将低、中等或1?设定标准包括在飞机上的自动制动系统(ABS)中。 在一些实施例中,指令可以包括其他制动指令。进一步地,在特定实施例中,过程600使用 飞机上的制动系统直接地启动所要求的制动动作。
[0062] 所接收到的广播着陆表面摩擦条件可以被呈现给利用现有的交通信息导航/驾 驶舱显示(CDTI)显示器的机组人员。在特定实施例中,视觉和/或听觉警报使用现有的地 形感知告警系统(TAWS)或更具体地增强型近地告警系统(EGPWS)来呈现。可替换地,所接 收到的广播着陆表面摩擦条件可以被呈现给使用适当的显示器或其他视觉和/或听觉设 备的塔台人员和/或其他航空人员。
[0063] 可以在本文中根据功能和/或逻辑块组件并且参考可以被各种计算部件或设备 执行的操作、处理任务以及功能的符号表示来描述技术和工艺。这样的操作、任务以及功能 有时被称为是计算机执行的、计算机化的、软件实现的或计算机实现的。在实践中,一个或 多个处理器设备能够通过操纵表示在系统存储器中的存储器位置处的数据位的电信号来 执行所描述的操作、任务和功能,以及信号的其他处理。数据位所被维持在的存储器位置是 具有与数据位相对应的特定的电、磁、光或有机属性的物理位置。应该了解的是,图中所示 出的各种块部件可以通过被配置成执行所规定的功能的任何数目的硬件、软件和/或固件 部件来实现。例如,系统或部件的实施例可以采用各种集成电路部件,例如,存储器元件、数 字信号处理元件、逻辑元件、查询表或类似物,所述各种集成电路部件可以在一个或多个微 处理器或其他控制设备的控制下执行各种功能。
[0064]当被用软件或固件加以实现时,本文中所描述的系统的各种元件本质上是执行各 种任务的代码段或指令。程序或代码段能够被存储在处理器可读介质中,或者由用载波体 现的计算机数据信号通过输介质或通信通路来传送。"处理器可读介质"或"机器可读介质" 可以包括能够存储或者转移信息的任何介质。处理器可读介质的示例包括电子电路、半导 体存储器设备、ROM、闪速存储器、可擦除ROM (ER0M)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、 射频(RF)链路或类似物。计算机数据信号可以包括能够通过传输介质传播的任何信号,所 述传输介质诸如电子网络信道、光纤、空气、电磁通路或RF链路。代码段可以经由诸如因特 网、内部网、LAN或类似物之类的计算机网络来下载。
[0065] 本说明书中所描述的功能单元中的一些已被称为"模块"以便更特别地强调它们 的实施方式独立性。例如,在本文中被称为模块的功能性可以被完全或部分地实现为硬件 电路,所述硬件电路包括定制VLSI电路或门阵列、诸如逻辑芯片之类的现成半导体、晶体 管,或其他分立部件。模块还可以用诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑 器件或类似物之类的可编程硬件设备加以实现。
[0066] 模块还可以用供由各种类型的处理器执行的软件加以实现。可执行代码的标识模 块例如可以包括可以被组织为对象、程序或函数的计算机指令的一个或多个物理或逻辑模 块。然而,标识模块的可执行文件不必物理上位于在一起,而是可以包括在不同位置中存储 的不同的指令,所述不同的指令当被在逻辑上一起联合时,包括模块并且实现模块的确定 目的。
[0067] 实际上,可执行代码的模块可以是单个指令或许多指令,并且甚至可以被分布在 若干不同的代码段之上、在不同的程序之中以及跨越若干存储器设备。类似地,操作数据可 以以任何适合的形式加以体现并且被组织在任何适合类型的数据结构内。操作数据可以被 收集为单个数据集,或者可以被分布在不同的位置之上(包括在不同的存储设备之上),并 且可以至少部分地仅仅作为系统或网络上的电子信号而存在。
[0068] 虽然已经在前面的具体描述中呈现了至少一个示例性实施例,但是应该了解的 是,存在大量的变化。还应该了解的是,本文中所描述的一个或多个示例性实施例不旨在以 任何方式限制所要求保护的主题的范围、适用性或配置。相反地,前面的具体描述将给本领 域的技术人员提供用于实现所描述的一个或多个实施例的方便路线图。应该理解的是,在 不背离由本权利要求所限定的范围的情况下能够在元件的功能和布置方面做出各种改变, 所述范围包括在提交本专利申请时的已知等同物和可预见到的等同物。
【权利要求】
1. 一种在飞机上执行的诊断方法,所述方法包括: 经由多个航空电子设备和飞机系统来获得在所述飞机的着陆期间的飞机状态数据;以 及 使用所述多个航空电子设备和飞机系统中的至少一个基于所述飞机状态数据来确定 着陆表面摩擦条件。
2. 根据权利要求1所述的方法,进一步包括: 在所述飞机的无线范围内广播所述着陆表面摩擦条件持续感兴趣的时间段; 其中所述广播步骤在感兴趣的所述时间段期间利用位于所述飞机的所述无线范围内 的第二飞机可访问的通信协议。
3. 根据权利要求2所述的方法,其中所述广播步骤进一步包括: 使用广播式自动相关监视(ADS-B)数据链路技术来广播所述着陆表面摩擦条件。
4. 根据权利要求1所述的方法,进一步包括: 在所述飞机的无线范围内传送所述着陆表面摩擦条件持续感兴趣的时间段; 其中所述传送步骤在感兴趣的所述时间段期间利用位于所述飞机的所述无线范围内 的一个或多个通信接收机可访问的通信协议。
5. 根据权利要求4所述的方法,进一步包括: 接收用来提供所述着陆表面摩擦条件的请求;以及 响应于所接收到的请求来传送所述着陆表面摩擦条件。
6. 根据权利要求1所述的方法,其中所述飞机状态数据包括襟翼设定、阻流板设定、攻 角、引擎转速、节流阀设定、换向器设定、加速度值、空速值以及制动输入值。
7. 根据权利要求1所述的方法,进一步包括: 基于所获得的飞机状态数据和多个已知参数来计算推力值、阻力值、升力值以及轮制 动力值,其中所述多个已知参数至少包括飞机质量值、机翼面积以及空气密度值; 其中所述确定步骤是进一步基于所述推力值、所述阻力值、所述升力值以及所述轮制 动力值的。
8. 根据权利要求7所述的方法,其中所述计算步骤进一步包括使用所述轮制动力值和 所述跑道的净法向力来计算摩擦系数;以及 获得制动输入值; 其中所述净法向力包括由所述升力值所抵消的所述飞机的重量。
9. 根据权利要求8所述的方法,其中所述着陆表面摩擦条件至少包括所计算的摩擦系 数。
10. 根据权利要求8所述的方法,其中所述计算步骤进一步包括使用所计算的摩擦系 数和所获得的制动输入值来执行查找,以确定所述着陆表面摩擦条件。
11. 一种在飞机上评估着陆表面数据的方法,所述方法包括: 在着陆之前,接收着陆表面摩擦条件数据; 基于所接收到的着陆表面摩擦条件数据来计算要求的着陆距离;以及 当所要求的着陆距离大于预定门限时,执行指定的任务。
12. 根据权利要求11所述的方法,其中执行所述指定的任务包括呈现警报;并且 其中所呈现的警报包括视觉通知。
13. 根据权利要求11所述的方法,其中执行所述指定的任务包括呈现警报;并且 其中所呈现的警报包括听觉通知。
14. 根据权利要求11所述的方法,其中执行所述指定的任务包括: 基于所述要求的着陆距离和所述接收到的着陆表面摩擦条件数据来计算要求的制动 动作;以及 呈现指示所述要求的制动动作的警报。
15. 根据权利要求11所述的方法,其中执行所述指定的任务包括: 基于所述要求的着陆距离和所述接收到的着陆表面摩擦条件数据来计算要求的制动 动作;以及 在所述飞机上启动所述要求的制动动作。
【文档编号】G06F19/00GK104118569SQ201410173298
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2013年4月29日
【发明者】D.F.恩斯, Y.伊希哈拉, D.C.考夫曼, K.R.容斯马, C.M.海西格 申请人:霍尼韦尔国际公司

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