涡环状态的早期识别制造技术

本发明专利技术涉及一种用于对直升机的涡环状态进行早期识别的方法，具有以下步骤：测定用于有关直升机垂直运动轴进行飞行控制的飞行控制信号，并且探测由此导致的在直升机的垂直运动轴上的运动；根据飞行控制信号和在垂直运动轴上的垂直运动之间的相互关系对直升机的涡环状态进行早期识别。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于对直升机的涡环状态进行早期识别的方法。此外，该专利技术还涉及一种飞行辅助系统。另外，本专利技术还涉及一种用于确定直升机的在垂直的运动轴上相对于直升机周围空气的运动速度的方法。该专利技术同样也涉及一种飞行辅助系统。
技术介绍
直升机系统的特征在于由多个转子叶片组成的转子，该转子以规定的速度旋转。在此，单独的转子叶片具有一定的轮廓，并且另外可沿纵轴旋转地被固定在转子的转子头上，从而在旋转过程中通过转子叶片轮廓和冲角(Anstellwinkel)的相互作用产生升力，该升力类似于固定翼飞机的升力。由于在转子平面内由转子旋转所引起的升力，在转子平面内感应出垂直方向的空气运动。在通常情况下，感应出从上方通过转子向下方的空气流。换句话说，由于通过旋转的转子产生的、并借此为直升机提供飞行性能的升力，空气被转子向下推，从而在这里可以识别到垂直方向的空气运动，也称下洗流(Abwind )。当从下方入流时，转子也可以产生升力。在此涉及所谓的自转或风车状态，例如在停止引擎时使用该风车状态。然后减小转子叶片的螺距角，单独的叶片产生出其各自的推进力，如同滑翔机没有驱动也可以飞行一样。在这种情况下，转子从下方入流。转子一定程度上延缓气流，这产生向上的力。此时，下洗流位于转子上方。如果直升机由于其高的下降速率以及非常缓慢的向前飞行而落入自己的下洗流中，这作为涡环状态(VRS-Vortex Ring State)所公知，那么介于正常情况和自转之间可能会导致一种危险的飞行状况。在此，这样在转子叶片尖端形成涡环，从而使转子上方的被向下压的气团再次被吸收。在此，被向下压的空气不能足够快速地排离，从而使升力突然消失，从而使直升机变得部分不可控制并迅速失去高度。通常在这种危险的飞行动作下会失去直到100米的高度，直到可以相应地再次控制住直升机。尤其是在近地面(直升机特别是由于其系统属性适合于近地面的飞行操作)，这将会有致命的后果。附图说明图1示出了这样的涡环状态的例子。在此的问题是，对这样的涡环状态的预测带有很高的不准确性，原因是，漩涡的形成依赖于很多因素。那么必须一方面设置相应的高的下降速率，另一方面必须存在相应的缓慢的甚至没有向前飞行。另外，涡环状态发生的时间点可能依赖于一系列的天气因素，该天气因素使预测方法变得非常不准确。另一个由转子下洗流引起的问题是，对直升机周围的气团的相对运动的高度不准确的测量。在此，对飞机周围的气团的相对运动进行探测的这样的传感器测量出现的滞止压力，并且可以这样测定飞机相对于周围的空气的速度。这样的传感器例如是皮托管为人所公知。在此，针对高度变化大多应用了升降速度表(Variometer)，其测量与高度有关的气压的变化速度。在此，所有这些传感器都有一个缺点，其测量对于飞机周围的空气的相对运动，这在直升机转子的(位于转子下方的)下洗流里只是受限制的可能的。原因是，由转子升力感应出的下洗流在此使得对周围的气团的相对速度的测量是不可信的，并且因此只提供对这样的速度的近似估计。由于测量传感器的不准确性和涡环状态的危险性，现今教导直升机飞行员以最大可能的安全性保留(Sicherheitsreserve)绕飞该危险的飞行区域。然而,这在很多区域内导致不经济的飞行方式，该不经济的飞行方式在当今获得越来越多的重视。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术因此要解决的技术问题是给出一种改良的方法以及一套相应的辅助系统，借助该辅助系统可以探测到接近涡环状态，并因此确保经济的和对生态环境无害的飞行操作。另外，本专利技术要解决的技术问题还包括:对于相对于周围空气的垂直速度，提高受转子下洗流干扰的测量传感器的准确度。借助开头所述类型的方法，按照本专利技术用以下步骤解决第一个技术问题:-测定用于有关直升机垂直运动轴进行飞行控制的飞行控制信号，并且探测由此导致的在直升机的垂直运动轴上的运动；-根据飞行控制信号和在垂直运动轴上的垂直运动之间的相互关系来对直升机的涡环状态进行早期识别。直升机原则上对控制输入(例如通过飞行员)立刻做出响应，也就是说，该应用于有关直升机垂直运动轴的飞行控制的飞行控制信号线性地导致了在垂直运动轴上的相应的运动。在这里，直升机的行为最终受到达转子的控制信号影响的区别是很重要的。这里举一个例子，如果飞行员做出向上的控制输入，则控制信号被传输到转子，该控制信号导致转子叶片的冲角的增大。直升机则做出相应的响应，也向上垂直运动。现在已知的是，在接近进入涡环状态时，该本应该线性的信号响应模式发生改变。在此，相应的控制输入不是立即转化为相应的向上的垂直运动，而是减弱的或完全非线性的。因此，本专利技术提出持续地测定该应用于有关直升机垂直运动轴的飞行控制的飞行控制信号，并且也相应地持续地探测由该飞行控制信号导致的直升机的垂直运动，其中，根据这两种信息的相互关系实现对涡环状态的早期识别。根据该相互关系可以确定直升机是否接近涡环状态进行运动，原因是，它的飞行控制信号导致直升机的改变的响应行为。在此，优选对由飞行员的控制输入得到的飞行控制信号进行测定。为了确保持续地存在着相应的飞行控制信号和由此导致的在垂直运动轴上的运动以用于早期识别涡环状态，则如果生成额外的控制信号并把该额外的控制信号叠加(aufgepragt)到飞行控制信号里是特别优选的。在此可以考虑，如果飞行控制信号不导致飞行状态改变，也把该额外自动生成的控制信号叠加进去，从而使直升机根据该生成的额外的控制信号只执行在垂直运动轴上的运动。该生成的额外的控制信号可以特别是调和的(harmonisch)、低频的控制信号。在此，如果根据飞行控制信号和在垂直运动轴上的垂直运动之间的非线性的相互关系进行涡环状态的早期识别，则是特别优选的。在此已知的是，如果直升机在飞行状态刚刚接近涡环状态，则在飞行控制信号和由此导致的垂直运动之间的相互关系是非线性的。这可以例如根据函数曲线被查出，其中可以确定的是，曲线的梯度越平，直升机离涡环状态越近。为了探测在直升机垂直运动轴上的运动，优选测定在运动轴方向的加速度或速度。在此，该垂直加速度可以借助简单的加速度传感器来确定。在此，可以例如借助GPS系统探测该速度。另外已知的是，特别是低频的飞行控制输入适合于根据与垂直运动的相互关系确定接近涡环状态。在此，这可以通过对飞行控制信号的频率分析(例如通过傅里叶变换)容易地进行测定。借助开头所述类型的方法来解决第二个要解决的技术问题以便确定直升机的在垂直的运动轴上相对于直升机周围空气的运动速度，具有以下步骤:-测定用于有关直升机垂直运动轴的飞行控制的飞行控制信号，并且探测由此导致的在直升机的垂直运动轴上的运动，以及-根据飞行控制信号和在垂直运动轴上的垂直运动之间的相互关系确定运动速度。在此，用于确定相对于直升机周围空气的运动速度的方法基于在飞行控制信号和在垂直运动轴上的垂直运动之间的相互关系的相同想法。基于这个介于直升机在垂直运动轴上的响应和所属的飞行控制信号之间的相互关系，可以估计下降速度，并且由此可以容易地修改布置在直升机上的传感器的相应的信号。在此，持续地对用于有关直升机垂直运动轴的飞行控制的飞行控制信号进行测定。该测定例如可以如下地进行，通过直升机内的总线系统测取该飞行控制信号。另外，持续地探测由该飞行控制信号导致本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.13 DE 102010027081.41.一种用于对直升机的涡环状态进行早期识别的方法，具有以下步骤: -测定用于有关所述直升机的垂直运动轴进行飞行控制的飞行控制信号，并且探测由此导致的在所述直升机的垂直运动轴上的运动； -根据所述飞行控制信号和在所述垂直运动轴上的垂直运动之间的相互关系，对所述直升机的涡环状态进行早期识别。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据飞行员的用于飞行控制的控制输入，关于直升机的垂直运动轴对飞行控制信号进行测定。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，生成关于直升机垂直运动轴的额外的、特别是调和的控制信号，并且将该额外的控制信号叠加到所述飞行控制信号里。4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据飞行控制信号和在所述垂直运动轴上的垂直运动之间的发生改变的相互关系，对所述涡环状态进行早期识别。5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，探测加速度、位置、旋转速率和/或速度作为在所述直升机的垂直运动轴上的运动。6.一种用于对直升机的涡环状态进行早期识别的飞行辅助系统，其中，该飞行辅助系统被设定为用于执行根据以上权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：M阿比尔德加德，L比内特，
申请(专利权)人：国家航空航天研究办公室，
类型：
国别省市：