风切变检测系统技术方案

一种风切变检测系统，将气流速度与一复合信号相比较，以产生一切变信号，所说复合信号由纵向加速度信号、法向加速度信号、攻角及飞行轨迹角导出。系统的进一步改进型对横滚角、无线电高度和襟翼位置进行了补偿。在一修正系统中，加速度沿飞机速度矢量而不是水平轴计算以便补偿诸如大倾角转弯及动态操纵等极限飞行条件下的误差。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请与一份申请号为06/829，731、申请日为1987.2.13的待批美国专利申请相关，并以其为参考。本专利技术涉及风切变检测系统，特别是机载风切变检测系统，该系统作为当飞机穿过对其形成障碍的强力风切变环境时，警告驾驶员风切变条件之用。各种风切变检测系统已为众所周知。其中包括陆基系统，例如利用多个位于一个机场的风速和方向测量站与一个分析各站风的大小及方向的设备相结合，以便提供风切变条件指示的系统。另一些陆基系统利用位于机场的多普勒雷达。机载系统也是众所周知的。其中有些系统是将诸如气流速度的气团导出参数与由雷达系统导出的地速相比较。在气流速度相对对地速度迅速改变的情况下，就指示风切变条件。另一类系统将气团导出信号与惯性导出信号相比较，以便当惯性导出参数的变化率由气团导出参数的变化率变化了一个预定量时产生一个表示风切变的信号。专利号为4，012，713和4，079，905的美国专利中公开了两个这样的系统。两份所说专利中都公开了这样的系统：它们将修正了重力效应的一个纵向加速度计导出的信号与一个气流速率信号相比较，并在加速度计导出的加速度信号与气团导出速率信号之差超过一预定量时给出一个风切变信号。4，079，905号专利中还计及了下降气流漂移角，该角是垂直加速度及气流速率的函数。还有其它一些系统从下滑斜率射束或ILS射束来检测漂移变化率以便提供表示风切变的信号。上述06/829，731号专利申请中公开的系-->统将气流速度信号的变化率与由惯性和气团导出信号导出的复合信号相比较，并且不需要上述4，012，713和4，079，905号专利中公开的系统中采用的惯性重力校正。尽管所有这些系统能给出某种风切变指示，但陆基系统仅对放置传感器的附近的条件有所响应，而不能响应诸如迅速形成并消失的微脉冲一类的危险风切变。尽管机载风切变保护系统对飞机附近条件的响应比陆基系统灵敏，它们中的许多却需要多普勒雷达或者诸如惯性导航、下滑斜率及其它一些较旧式飞机所没有的信号。此外，由于气流速度变化率是由气流速度微分得到的，因而机载所采用的气流速度变化率容易产生噪音。另外，由于微分方法的本质是注重用于微分器中信号的迅速改变。因此，与风切变无关的气流速度信号的短时分量在气流速度变化率信号中产生很大峰值。这样的峰值必须被限制、滤波或进行其它处理，以便防止多余的警报。此外，现有系统是沿飞机的纵轴和法向轴或沿地球的水平或垂直座标计算风切变。这可能在大倾角转弯时和其它动态操纵期间引起误差。本专利技术的目的之一是提供一种风切变检测系统，以克服现有系统中的缺陷。本专利技术的目的之二是提供一种利用大多数飞机现有信号的风切变检测系统。本专利技术的目的之三是提供一种不需利用气流速度变化率信号的风切变检测系统。本专利技术的目的之四是提供一种能在诸如大倾角转弯和其它动态操纵的极限飞行条件下保持其检测精度的风切变检测系统。-->本专利技术的目的之五是沿飞机的速度矢量计算风切变。本专利技术的最佳实施例提供了一种风切变检测系统，该系统只需法向及纵向加速度计的信号、一个攻角传感器的信号、一个垂直速度信号以及一个来自飞机的气流速度信号。这些信号用于一个切变方程中，该方程用纵向加速度、法向加速度、攻角、飞行轨迹角及气流速度导出一个数，该数是前述各变量的函数并指示风切变。此外，该风切变值可受滚翻及侧滑效应的补偿。另外，通过沿飞机速度矢量而非沿其它座标进行风切变计算，使极限操纵引起的误差减到最小。本专利技术的上述的及其它目的和优点在下面结合附图详细说明后将会很清楚明了。图1是一个说明用来检测风切变条件的各种参数间关系的矢量图;图2是说明本专利技术所涉及系统的基本工作原理的框图;图3是说明用于沿飞机速度矢量检测风切变条件的各种参数关系的矢量图;图4是说明与沿飞机速度矢量检测风切变条件相适应的逻辑电路。本专利技术的详细说明中将讨论诸如纵向加速度，法向加速度一类的加速度，诸如俯仰角、飞行轨迹角一类角等，这些角及加速度表示在图1中。通过以下讨论不难理解，术语“惯性加速度信号”可能涉及有关的信号，而不是诸如惯性或非惯性传感器导出的惯性导出信号一类的纯惯性加速度信号。参照图1，图1中给出一对水平及垂直座标，它们分别由标号10和12表示。图1中还表示出飞机14，以及代表机体纵轴及法向轴的矢量16和18，其中矢量16通过飞机的纵向中心线，矢量18垂直于矢量16。虚线20表示飞机的飞行轨迹，在图1中则表-->示飞机的下降飞行轨迹。飞机水平轴12及纵轴16之间的夹角称之为俯仰角，并由符号θ表示。飞行轨迹20与水平轴12之间的夹角称之为飞行轨迹角，并由符号γ表示。飞机纵轴16与飞行轨迹20之间的夹角称为飞机的攻角，并由符号α表示。飞行轨迹角在下降飞行时取负值，在上升飞行时取正值。因而，攻角等于飞行轨迹角γ加俯仰角θ。此外，再讨论各种加速度及加速度计的信号。信号之一是纵向加速度计的信号Al，该信号由平行于飞机纵轴16安装的一个加速度计产生。来自纵向加速度计的信号是飞机纵向加速度的函数，且因重力的影响也是俯仰角θ的函数。另一个信号是法向加速度计的信号AN，该信号由平行于飞机法向轴18安装的一个加速度计产生。法向加速度计的信号是沿飞机法向轴加速度以及重力、俯仰角θ及横滚角φ的函数。横滚角φ是由水平面绕飞机的纵向横滚轴转动的角导出量。水平加速度AH是代表沿水平轴12加速度的信号。一个平行于水平轴12安装的加速度计将提供水平加速度信号AH。垂直加速度信号AV是一个代表沿垂直轴10的加速度的信号。一个平行于垂直轴V安装的加速度计将提供一个代表任何垂直加速度及重力效应g（32.2呎/秒2）之和的信号。一个垂直陀螺将提供代表俯仰角θ及横滚角φ的信号。综上所述，将要用到的各种加速度及角如下：AN为法向加速度计的信号AL为纵向加速度计的信号AH为水平加速度AV为垂直加速度-->g为重力加速度g＝32.2呎/秒2α    为攻角（即AOA）θ    为俯仰角φ    为横滚角γ    为飞行轨迹角在确定上述一些参数时，需要另外一些参数，它们是：为垂直速度（它可由惯性导航系统或气压高度比率信号获得，作为Z向速度信号）V为气流速度（它可以是一个真实的气流速度信号VT）在本专利技术所涉及的系统中，风切变表示信号通过计算一个复合信号并将所计算的信号与诸如真实气流速度的气团导出速度相比较而得到，其中该复合信号包括惯性导出加速度、攻角、飞行轨迹角及垂直速度。复合信号与气团导出速度之差即为风切变的度量。由于本专利技术所涉及的系统不用垂直陀螺，且只用法向和纵向加速度计的信号AN和AL，故必须计算水平加速度AH如下：（1）AL＝AHCOSθ+（g+AV）Sinθ（2）AN＝（g+AV）COSθ-AHSinθ将方程（2）中量（g+AV）代入方程（1）中得到：（3）AL=(AH)/(COSθ)+ANtgθ由方程（3）可见，若俯仰角θ已知，即可计算出水平加速度AH。然而，为了要直接获得俯仰角，需要垂直陀螺。为避免使用垂直陀螺信号，采用无风条件下俯仰角等于攻角加飞行轨迹角的条件，即：-->（4）θ＝α+γ利用这一条件，可不用垂直陀螺，且系统对垂直风及上下阵风变得敏感，这是因为攻角和飞行轨迹角在存在垂直风时未加到俯仰角上。取小角度的三角函数近似值COSθ＝1、tgθ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞机的风切变检测系统包括：提供沿速度矢量的飞机加速度计导出加速度信号Ａ↓［ＸＳ］和沿速度矢量的气团导出加速度信号的装置；比较沿速度矢量的加速度计导出加速度和沿速度矢量的气团导出加速度，以便给出与两者之差相对应的切变信号的装置。

【技术特征摘要】
US 1988-1-8 142,4631、一种飞机的风切变检测系统包括：提供沿速度矢量的飞机加速度计导出加速度信号AXS和沿速度矢量的气团导出加速度信号的装置；比较沿速度矢量的加速度计导出加速度和沿速度矢量的气团导出加速度，以便给出与两者之差相对应的切变信号的装置。2、按权利要求1所述的风切变检测系统，其特征是所说给出沿速度矢量的加速度计导出加速度信号AXS的装置包括这样的装置，该装置由下述各参数导出沿速度矢量的加速度计导出加速度信号，所说各参数为，一纵向加速度计信号AL、一法向加速度计信号AN、一表示飞机攻角的信号a、一表示飞行垂直速度的信号、一表示气流速度V的信号、以及由气流速度V的信号导出的气团导出信号。3、按权...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯R马勒，
申请(专利权)人：桑德斯特伦德数据控制公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]