利用可变初始俯仰角目标优化起飞期间的爬升性能制造技术

本申请涉及利用可变初始俯仰角目标优化起飞期间的爬升性能，并公开了通过显示表示优化飞机可以承载的有效载荷量的初始俯仰角目标的符号来增强起飞性能的系统和方法。这通过确定起飞期间旋转时的最佳初始俯仰角来完成，最佳初始俯仰角与满足一组特定的爬升/障碍物约束的起飞安全速度与失速速度的最佳比相关联。以该最佳初始俯仰角为目标允许选择对应于最佳起飞安全速度/失速速度比的最大起飞总重量。

Optimizing climbing performance during takeoff using variable initial elevation target

【技术实现步骤摘要】
利用可变初始俯仰角目标优化起飞期间的爬升性能
本文公开的技术整体涉及用于控制飞机以实现期望性能的系统和方法，并且更具体地涉及用于增强起飞期间的飞机性能的系统和方法。
技术介绍
起飞是飞机从沿地面移动过渡到空中飞行的阶段。飞机可以在达到起飞速度时进行这种过渡。飞机的起飞速度可基于多种因素而变化。这些因素包括，例如，空气密度、飞机总重量、飞机配置、跑道条件和其他适宜因素。典型的起飞距离(由飞行员参考)可基于所有跑道表面都是铺好、水平、平滑和干燥的假设。然而，实际上跑道表面因跑道的梯度或坡度(即，在整个跑道长度上的跑道高度的变化，表示为百分比)而不同。另外，飞行员在预测起飞距离(又名起飞滑跑)时应考虑飞机的总重量。总重量的增加可能对起飞性能具有以下影响：(1)升空速度更高；(2)加速质量更大；(3)阻力和地面摩擦力增加。此外，起飞所需的速度与空气的运动有关。例如，逆风降低起飞时的地面速度而顺风增加起飞时的地面速度。因此，在预测起飞距离时也必须考虑风的影响。密度高度也会影响起飞性能。通过首先找到压力高度，然后针对非标准温度变化校正该高度来确定密度高度。使用飞行计算机，可以通过输入压力高度和外部空气温度来计算密度高度。随着空气密度的增加(低密度高度)，飞机性能也会增加。有关影响起飞性能的因素的信息可以包含在飞行员可以参考的图表中。起飞距离图表通常以多种形式提供，并允许飞行员计算无襟翼或具有特定襟翼配置的飞机的起飞距离。典型的起飞距离图表提供各种飞机重量、高度、温度、风和障碍物高度。联邦航空条例第25部分规定了起飞飞行路径的各个区段。根据这些规范，在起飞飞行路径的第一区段期间，飞机稳定地将其速度从零增加到最小起飞安全速度V2。在该第一区段期间，在达到最小起飞安全速度V2之前，飞机首先达到起飞决断速度V1，并且然后达到旋转速度VR。用于改进爬升起飞的已知操作技术使用额外的场地长度来增加爬升能量，并且从而增加不同起飞区段的总梯度。根据该程序，这通过以下方式实现：将旋转速度VR和起飞安全速度V2增加某一量(这对应于增加起飞距离)，或者每当VR达到轮胎速度额定值时。虽然旋转速度VR和起飞安全速度V2被修改，但是初始俯仰角目标固定并且与常规起飞技术中使用的相同。
技术实现思路
下文具体公开的主题针对通过显示表示优化飞机可以承载的有效载荷量的初始俯仰角目标(在下文中称为“初始俯仰目标”(IPT))的符号增强起飞性能的系统和方法。这通过确定起飞期间旋转时的最佳初始俯仰角来完成，最佳初始俯仰角与满足一组特定爬升/障碍物约束的起飞安全速度V2与失速速度Vs的最佳比(在下文中称为“最佳V2/Vs比”)相关联。以该最佳初始俯仰角为目标允许选择对应于最佳V2/Vs比的最大起飞总重量。本公开提出了在航空电子设备中的可以用于以引起飞机可以承载的有效载荷量增加的方式改进起飞性能的实施方式。根据本文提出的方法，部分基于最佳V2/Vs比计算最佳初始俯仰角，并且然后将表示由飞行员在起飞期间待实现的初始俯仰目标的符号显示在驾驶舱中或飞行甲板上。从多个可变初始起飞俯仰角选择最优值的能力可以通过在根据爬升/障碍物约束的操作的同时最大化飞机的有效载荷潜在地增强飞机的起飞性能。虽然下面具体公开了通过确定最佳初始俯仰角并且然后显示表示初始俯仰目标的符号来增强起飞性能的系统和方法的各种实施例，但是这些实施例中的一个或多个可以通过以下方面中的一个或多个表征。下文具体公开的主题的一个方面是用于向驾驶舱中或飞行甲板上的飞行员显示信息的方法，其包括：计算飞机在跑道上的最佳初始俯仰角；以及在起飞期间，在显示屏上显示表示对应于最佳初始俯仰角的初始俯仰目标的符号。该方法还可以包括从查找表检索起飞安全速度与失速速度的最佳比，其中最佳初始俯仰角部分地基于起飞安全速度与失速速度的最佳比计算。多个输入参数值包括飞机的起飞重量、跑道的场地海拔、外部空气温度、襟翼设置以及放气和发动机防冰状态。下文具体公开的主题的另一方面是包括显示屏和计算机系统的航空电子系统，该计算机系统被配置为计算飞机在跑道上的最佳初始俯仰角，并且然后控制显示屏显示表示对应于最佳初始俯仰角的初始俯仰目标的符号。计算机系统进一步被配置为从非暂时性有形计算机可读存储介质检索起飞安全速度与失速速度的最佳比，其中最佳初始俯仰角部分地基于起飞安全速度与失速速度的最佳比计算。下文具体公开的主题的另一方面是飞行管理系统，其包括飞行管理计算机和与飞行管理计算机通信地耦合的控制显示单元，其中控制显示单元包括显示屏，并且飞行管理计算机被配置为执行初始俯仰目标函数，以该初始俯仰目标函数计算飞机在跑道上的最佳初始俯仰角，并且然后向控制显示单元发送命令，该命令指示控制显示单元在显示屏上显示表示对应于最佳初始俯仰角的初始俯仰目标的符号。飞行管理计算机进一步被配置为从查找表检索起飞安全速度与失速速度的最佳比，并且部分地基于起飞安全速度与失速速度的最佳比计算最佳初始俯仰角。控制显示单元被配置为从飞行员处接收启用初始俯仰目标函数的输入，并且然后控制显示屏显示表示是否已经启用初始俯仰目标函数的符号。下面公开了通过确定最佳初始俯仰角和显示表示优化飞机可以承载的有效载荷量的初始俯仰目标的符号来增强起飞性能系统和方法的其他方面。附图说明前面部分中讨论的特征、功能和优点可在各种实施例中独立实现，或者可以在其他实施例中组合实现。为说明上述和其他方面，下文将根据附图描述各种实施例。附图未按比例绘制。图1是示出飞机控制系统的部件的高级框图，该飞机控制系统可以被编程以提供本文公开的功能。图2是示出用于在起飞期间显示基于俯仰的引导命令的系统的一些部件的框图。图3是示出商用飞机在完成起飞飞行路径的第一区段后位于跑道末端处于35英尺高度处的情况的图。一系列共同的起飞V-速度由指向沿跑道各个位置的箭头指示，并伴随以实现那些速度的递增次序布置的V-速度指示符。图4是高度(以英尺为单位)与制动释放水平距离(以英尺为单位)的曲线图，该曲线图示出当速度增加10个单位(从“零”点开始的线)时具有改进的爬升的起飞性能，以及在没有速度增加的情况下(从“参考”点开始的线)不具有改进的爬升的起飞性能。图5是示例性商用飞机的作为V2/Vs比的函数的爬升极限重量的曲线图。图6是示例性商用飞机的作为V2/Vs比的函数的场地极限重量的曲线图。图7是组合图5和图6中所示曲线的曲线图。图8是示例性商用飞机的俯仰角θ与V2/Vs比的曲线图。图9是对于三个不同俯仰角θ1、θ2和θ3的示例性商用飞机的作为V2/Vs比的函数的场地极限重量的曲线图。图10是作为V2/Vs比的函数的场地极限重量的曲线图，该场地极限重量曲线图除了增加表示最佳俯仰目标定律的粗曲线外与图9中所示的曲线图相同。图11是示例性商用飞机的作为V2/Vs比的函数的爬升极限重量和最佳俯仰目标定律的曲线图。图12是标识用于基于当前起飞条件在飞机起飞期间向飞行员显示可变初始俯仰目标的方法的一些步骤的流程图。图13是表示包含在图1中部分描绘类型的一种系统中的主飞行显示器的前视图的图，该系统可以被配置为在主飞行显示器上显示表示初始俯仰目标的符号。图14是表示包含在商用飞机的飞行管理系统中的控制显示单元的前视图的图，该飞行管理系统可以被配置为在控制显本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种向驾驶舱或飞行甲板上的飞行员显示信息的方法，其包括：计算(82)飞机(28)在跑道(26)上的最佳初始俯仰角；以及在起飞期间，在显示屏(60)上显示表示对应于所述最佳初始俯仰角的初始俯仰目标的符号。

【技术特征摘要】
2018.02.20 US 15/899,4351.一种向驾驶舱或飞行甲板上的飞行员显示信息的方法，其包括：计算(82)飞机(28)在跑道(26)上的最佳初始俯仰角；以及在起飞期间，在显示屏(60)上显示表示对应于所述最佳初始俯仰角的初始俯仰目标的符号。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述显示屏(60)是主飞行显示器。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述显示屏(60)包含在控制显示单元(22)中。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述显示屏(60)包含在电子飞行包中。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其还包括从非暂时性有形计算机可读存储介质(24)检索起飞安全速度与失速速度的最佳比，其中所述最佳初始俯仰角部分地基于起飞安全速度与失速速度的所述最佳比计算，其中从非暂时性有形计算机可读存储介质(24)检索起飞安全速度与失速速度的最佳比包括将多个输入参数值输入到查找表中。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述多个输入参数值包括所述飞机(28)的起飞重量、所述跑道(26)的场地海拔和外部空气温度。7.一种航空电子系统(2)，其包括显示屏(60)和计算机系统，所述计算机系统被配置为计算飞机在跑道(26)上的最佳初始俯仰角，并且然后控制所述显示屏(60)以显示表示对应于所述最佳初始俯仰角的初始俯仰目标的符号。8.根据权利要求7所述的航空电子系统，其中所述计算机系统包括飞行管理计算机(20)。9.根据权利要求8所述的航空电子系统，其还包括通信地耦合至所述飞行管理计算机的控制显示单元，其中所述显示屏包含在所述控制显示单元中。10.根据权利要求8所述的航空电子系统，其中所述计算机系统还包括通信地耦合至所述飞行管理计算机(20)的显示计算机(10)，并且所述显示屏(60)是通信地耦合至所述显示计...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·基姆二世，J·A·佛雷尼亚尼，T·C·罗尔，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US