通过主动阵风感测增强起飞/着陆稳定性制造技术

本发明专利技术题为“通过主动阵风感测增强起飞/着陆稳定性”，其描述了用于使竖直和/或短跑道起降飞行器(2，10)能够在具有阵风条件的地点持续平稳地起和着陆的系统和方法。该系统包括：围绕起飞/着陆点(72)的周界部署的测风站(84)的网络，用于在时空上表征进入覆盖该地点的空域体积(74)的风波动(例如阵风)；数据处理装置(132)，其用于从测风结果推导出关于波动的信息；通信装置(130)，其用于向飞行器发送扰动信息；以及在飞行器上机载的飞行控制系统(122)，其被配置成使用扰动信息以补偿波动的方式控制飞行器。测风单元可以包括激光多普勒风速计、声音检测和测距系统或者能够同时在空间和时间上解析测风结果的其他设备。

【技术实现步骤摘要】
通过主动阵风感测增强起飞/着陆稳定性
本专利技术总体上涉及用于主动控制在飞行中遇到大气扰动的飞行器的系统和方法。特别地，本专利技术涉及用于通过提供阵风缓解来增强飞行器的垂直或短跑道起飞/着陆稳定性的系统和方法。
技术介绍
如本文所用，术语“垂直起降(VTOL)飞行器”是指能够垂直地起飞或着陆的飞行器，包括可以垂直地盘旋以及起飞和着陆的固定翼飞行器，以及旋翼飞行器和斜旋翼飞行器。如本文所用，术语“短跑道起降(STOL)飞行器”是能够在短跑道上起飞或着陆的飞行器。一些V/STOL飞行器能够垂直地或在短跑道上起飞和着陆。飞行器通常配备有空气数据惯性参考系统(ADIRS)，该系统向飞行员的电子飞行仪表系统显示器以及飞行器上的其他系统(例如飞行控制系统)提供空气数据(空速、迎角和高度)和惯性参考(位置和姿态)信息。ADIRS包括远程安装的空气数据模块(例如，气压传感器)，这些空气数据模块将来自皮托管或静态端口的气动(气压)信息转换为数字数据，该数字数据被处理以向飞行员提供飞行器空速的指示。当飞行器静止时，该空速与风速大小相等且方向相反。由于阵风的速度和方向可以快速变化，因此在人工控制的负荷缓解过程中，阵风的动态特性带来了困难。各种飞行器都包含主动控制系统，以减轻阵风的影响(在下文中称为“阵风负荷缓解(gustloadalleviation)”)。阵风负荷缓解装置感测大气扰动并相应地调节飞行器的响应。例如，一种阵风负荷缓解功能使飞行器倾斜着进入阵风，以最小化法向(normal)加速度和负荷。另一种阵风负荷缓解系统包含机载静态空气数据传感器，用于检测横向和垂直湍流的发生，并操纵诸如副翼、扰流板和升降舵等操纵面来抵消湍流。在VTOL和STOL飞行器的情况下，在起飞和着陆期间的当前阵风负荷缓解是以下操作的组合：(a)将着陆点的位置限制在不易产生阵风的区域；以及(b)在少数可以忍受弹跳的地方进行飞行器操作。本文公开的创新技术所解决的问题是如何在容易出现阵风条件的着陆点(例如，在城市环境中的建筑物的风尾流(windwake)中的停机坪)上持续地执行平稳的垂直或短跑道起飞和着陆。
技术实现思路
下文详细公开的主题涉及在具有阵风条件的地点处使飞行器能够持续平稳地起飞和着陆的系统和方法。该系统包括：围绕起飞/着陆点的周界部署的测风站的网络，用于在时空上表征进入覆盖该地点的空域体积的风波动(例如阵风)；数据处理装置，其用于从测风结果推导出关于波动的信息(以下称为“扰动信息”)；通信装置，其用于向飞行器发送扰动信息；以及在飞行器上机载的飞行控制系统，其被配置成使用扰动信息以补偿起飞或着陆期间的波动的方式控制飞行器。测风单元可以包括激光多普勒风速计、声音检测和测距(SoDAR)系统或者能够在从测风单元起的距离范围内同时在空间和时间上解析测风结果的其他设备。根据一个实施例，测风单元围绕起飞/着陆点的周界部署。中央处理单元将来自测风单元的数据进行组合，以创建在起飞/着陆点上方的空域圆柱体中的风扰动图。测量数据被汇总并提取为扰动信息，然后该信息被发送给飞行器。无线数据链路有助于将扰动信息从地面传输到飞行器。在飞行器上，扰动信息被提供给飞行控制系统。飞行器上机载的飞行控制器被配置成当阵风移动通过起飞/着陆点时利用扰动信息来补偿阵风。更具体地，飞行控制器预测阵风的到来，并调整其控制输出以至少部分补偿(如果不能消除)阵风到达时将由阵风在飞行器上施加的空气动力。本文提出的阵风缓解技术使飞行器能够：(a)在关键的起飞和着陆阶段中，在阵风条件下更准确地保持位置和姿态；并且(b)通过减少起飞和着陆过程中颠簸的飞行部分来为乘客提供更舒适的乘坐体验。尽管下面将详细描述用于使飞行器在具有阵风条件的地点处使飞行器能够持续平稳地起飞和着陆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由以下一个或多个方面来表征。下面详细描述的主题的一个方面是一种用于增强飞行器的起飞和着陆稳定性的方法，该方法包括：(a)使用多个测风单元测量覆盖起飞/着陆区的空域体积内的阵风，其中飞行器在覆盖起飞/着陆区的空域体积中垂直机动，起飞/着陆区具有限定空域体积的周界的多个测风单元；(b)使用测风计算机系统将阵风测量结果转换为扰动信息，从而识别预计将遇到飞行器的局部扰动；(c)从测风计算机系统向飞行器的飞行控制器发送扰动信息；(d)生成用于以至少部分抵消局部扰动在空域体积内对飞行器的影响的方式控制飞行器的命令；以及(e)根据在步骤(d)中生成的命令控制飞行器。下文详细描述的主题的另一方面是一种用于增强飞行器在覆盖起飞/着陆区的空域体积中的起飞和着陆稳定性的系统，该系统包括：沿起飞/着陆区的周界间隔开的多个测风单元，用于测量空域体积内的阵风；测风计算机系统，其被配置为将阵风测量结果转换为扰动信息，以识别预计在空域体积内将遇到飞行器的局部扰动；以及飞行器上机载的飞行控制器，该飞行控制器通信地耦合到测风计算机系统并被配置为基于扰动信息生成命令，用于以至少部分抵消局部扰动对飞行器的影响的方式控制飞行器，然后根据命令控制飞行器。下面详细描述的主题的另一方面是一种用于增强飞行器的起飞和着陆稳定性的方法，该方法包括：(a)使用多个测风单元测量在空域体积中形成的阵风，其中飞行器沿着覆盖跑道入口附近的区域的空域体积中的路径进行机动，该空域体积具有限定空域体积的周界的多个测风单元；(b)使用在地面上的或在飞行器上机载的测风计算机系统将阵风测量结果转换为识别预计沿该路径将遇到飞行器的局部扰动的扰动信息；(c)将扰动信息从测风计算机系统发送到飞行器上的飞行控制器；(d)生成用于以至少部分抵消局部扰动沿该路径对飞行器的影响的方式控制飞行器的命令；以及(e)根据在步骤(d)中生成的命令，在预计的到达时间控制飞行器。下文详细公开的主题的又一方面是一种用于增强飞行器在覆盖跑道入口附近的区域的空域体积中的起飞和着陆稳定性的系统，该系统包括：多个测风单元，其沿着跑道入口附近的区域的周界间隔开，以用于测量空域体积中的阵风；测风计算机系统，其被配置为将阵风测量结果转换为扰动信息，该扰动信息识别预计在空域体积内将遇到飞行器的局部扰动；在飞行器上机载的飞行控制器，该飞行控制器通信地耦合到测风计算机系统并被配置为基于扰动信息生成命令，用于以至少部分抵消局部扰动对飞行器的影响的方式控制飞行器，然后根据该命令控制飞行器。下面公开了用于在具有阵风条件的地点处使飞行器能够持续平稳地起飞和着陆的系统和方法的其他方面。附图说明在前面的部分中讨论的特征、功能和优点可以在各种实施例中独立地实现，或者可以在另一些实施例中进行组合。为了说明上述和其他方面，下文将参考附图描述各种实施例。本节中简要描述的图都没有按比例绘制。图1是识别能够垂直起飞和着陆的直升机的部件的示意图。图2是表示根据一个实施例的沿着位于建筑物顶部上的停机坪的周界部署的测风单元的网络的三维视图的示意图。图3是表示能够进行垂直和短跑道起飞和着陆的飞行器的三维视图的示意图。图4是表示根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于增强飞行器(2、10)的起飞和着陆稳定性的方法，该方法包括：/n(a)使用多个测风单元(84)测量覆盖起飞/着陆区的空域体积内的阵风，其中所述飞行器在覆盖所述起飞/着陆区的所述空域体积(74)中垂直机动，所述起飞/着陆区具有限定所述空域体积的周界的所述多个测风单元；/n(b)使用测风计算机系统(132)将阵风测量结果转换为扰动信息，从而识别预计将遇到所述飞行器的局部扰动；/n(c)从所述测风计算机系统向所述飞行器的飞行控制器(122)发送所述扰动信息；/n(d)生成用于以至少部分抵消所述局部扰动在所述空域体积内对所述飞行器的影响的方式控制所述飞行器的命令；以及/n(e)根据在步骤(d)中生成的所述命令控制所述飞行器。/n

【技术特征摘要】
20190712 US 16/510,7961.一种用于增强飞行器(2、10)的起飞和着陆稳定性的方法，该方法包括：
(a)使用多个测风单元(84)测量覆盖起飞/着陆区的空域体积内的阵风，其中所述飞行器在覆盖所述起飞/着陆区的所述空域体积(74)中垂直机动，所述起飞/着陆区具有限定所述空域体积的周界的所述多个测风单元；
(b)使用测风计算机系统(132)将阵风测量结果转换为扰动信息，从而识别预计将遇到所述飞行器的局部扰动；
(c)从所述测风计算机系统向所述飞行器的飞行控制器(122)发送所述扰动信息；
(d)生成用于以至少部分抵消所述局部扰动在所述空域体积内对所述飞行器的影响的方式控制所述飞行器的命令；以及
(e)根据在步骤(d)中生成的所述命令控制所述飞行器。


2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(e)包括根据在所述飞行控制器中生成的所述命令调整操纵面(102)。


3.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述飞行器周围的压力波动来识别所述局部扰动。


4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(e)包括在阵风的前缘到达之前将所述操纵面(102)从第一位置移动到第二位置，然后在所述前缘到达之后和所述阵风的后缘到达之前，将所述操纵面从所述第二位置移回到所述第一位置。


5.根据权利要求4所述的方法，其中测量阵风包括沿着从所述测风单元向上突出的各个垂直线测量风速和风向。


6.一种用于增强飞行器(2、10)在覆盖起飞/着陆区(72)的空域体积(74)中的起飞和着陆稳定性的系统，该系统包括：
沿所述起飞/着陆区的周界间隔开的多个测风单元(84)，用于测量所述空域体积内的阵风；
测风计算机系统(132)，其被配置为将阵风测量结果转换为扰动信息，以识别预计在所述空域体积内将遇到所述飞行器的局部扰动；以及
所述飞行器上机载的飞行控制器(122)，所述飞行控制器通信地耦合到所述测风计算机系统并被配置为基于所述扰动信息生成命令，用于以至少部分抵消所述局部扰动对所述飞行器的影响的方式控制所述飞行器，然后根据所述命令控制所述飞行器。


7.根据权利要求6所述的系统，其中所述测风计算机系统在地面上。


8.根据权利要求6所述的系统，其中所述测风计算机系统在所述飞行器上。


9.根据权利要求6所述的系统，其中所述测风单元是激光多普勒风速计。


10.根据权利要求6所述的系统，其中所述测风单元是声音检测和测距系统。


11.一种用于增强飞行器(2、10)的起飞和...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·科尔尼费斯彻，
申请(专利权)人：极光飞行科学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US