用于沿着飞行路径驾驶飞行器的方法技术

本发明专利技术的名称为：“用于沿着飞行路径驾驶飞行器的方法”。一种基于如下步骤来沿着飞行路径驾驶具有相关联的性能包络的飞行器的方法：基于飞行器的性能包络，确定沿着飞行路径的巡航爬升的高度分布图；以及沿着飞行路径驾驶飞行器，以接近高度分布图。

【技术实现步骤摘要】
用于沿着飞行路径驾驶飞行器的方法
技术介绍
在驾驶当代飞行器时，可考虑沿着飞行器飞行路径的航路点（waypoint）处的气象数据，以确定估计抵达时间，以及在飞行器的飞行期间的燃料燃烧。一般而言，天气数据和风数据(在高度处的方向和速度)和温度数据(在高度处的温度)特别地对飞行成本有显著影响。特别地，所消耗的燃料和飞行的持续时间显著地受风速、风向和大气温度的影响。飞行管理系统(FMS)可能考虑在飞行器飞行时通过通信系统从地面站上载到FMS的风速和温度数据，或者由飞行员输入的风速和温度数据。虽然可用的气象数据量大，而且可包括沿着飞行器飞行路径或在飞行器飞行路径附近的多个点，但对这个大量数据的实时使用有实际限制。例如，FMS可在可输入天气数据的数据点的数量方面受到限制。
技术实现思路
在一个实施例中，一种沿着飞行路径驾驶具有相关联的性能包络(envelope)的飞行器的方法，包括：基于飞行器的性能包络，确定沿着飞行路径的巡航爬升(cruise-climb)的高度分布图(profile)；确定沿着飞行路径的合法飞行水平(flightlevel)；以及沿着飞行路径在合法飞行水平之间以阶跃方式驾驶飞行器，以接近服从合法飞行水平之间的阶跃中的至少一个约束的高度分布图。附图说明在图中：图1是包括根据本专利技术的实施例的飞行路径的、飞行器的若干飞行路径的示意性图解；图2是根据本专利技术的实施例的方法的结果的示意性图解；以及图3是根据本专利技术的实施例的方法的结果的示意性图解。部件列表10飞行路径轨迹12起点14终点16爬升阶段18巡航阶段20降落阶段22爬升24降落30恒定高度巡航32理论巡航爬升分布图34阶跃爬升安排40巡航爬升高度分布图42最大额定高度46合法飞行水平48合法飞行水平50合法飞行水平52合法飞行水平54飞行路径56危险58降落分布图60点62点64阶跃66阶跃130巡航高度140巡航爬升高度分布图142最大高度146合法飞行水平148合法飞行水平150合法飞行水平152合法飞行水平154飞行路径156危险160阶跃164阶跃降落。具体实施方式飞行器的飞行路径大体包括爬升、巡航和降落。当代大多数飞行器包括用于产生飞行路径轨迹10以及沿着飞行路径轨迹10驾驶飞行器的FMS。FMS可基于命令、航路点数据和诸如天气数据的附加信息(所有这些都可接收自航空公司运行中心或飞行员)自动地为飞行器产生飞行路径轨迹10。可使用通信链路将这种信息发送给飞行器。通信链路可为任何各种各样的通信机制，包括(但不限于)分组无线电和卫星上行链路。以非限制性示例的方式，飞行器通信寻址和报告系统(ACARS)是用于通过无线电或卫星在飞行器和地面站之间传输消息的数字数据链路系统。信息也可由飞行员输入。图1是飞行器的、呈飞行器轨迹10的形式的飞行路径的示意图。轨迹始于起点12，诸如出发机场，并且止于终点14，诸如目的地机场。在起点12和终点14之间的横穿包括爬升阶段16、巡航阶段18和降落阶段20，它们都包括在轨迹10中。爬升阶段16、巡航阶段18和降落阶段20通常作为数据点输入到FMS中。为了此描述的目的，术语数据点可包括任何类型的数据点，包括航路点、航线上的航路点和高度，而且不限于特定的地理位置。例如，数据点可以只是高度，或者可为特定的地理位置，地理位置可由任何坐标系表示，诸如经度和纬度。以非限制性示例的方式，数据点可为3D或4D的；飞行器轨迹10的四维描述限定了在3D空间中，飞行器在任何给定时间点处于何处。各个数据点可包括相关联的信息，诸如天气数据，天气数据可包括温度数据以及有风向或没有风向的风数据。对于爬升，可输入对应于爬升的顶部22处的高度A的数据点，对于巡航阶段18，可输入航线上的航路点B；而对于降落阶段20，可输入各种高度。在起飞之后，飞行器典型地保持在爬升阶段16中直到爬升的顶部22，且然后在巡航阶段18期间遵从航线上的航路点直到降落的顶部24，在此处，飞行器开始降落阶段20。在飞行器在这些阶段期间完成其到达这样的高度的轨迹10的意义上，爬升阶段16和降落阶段20中的高度A是航路点。可基于地面助航设备(Navaids)的位置，沿着飞行器的轨迹10选择航线上的航路点B。轨迹10中也可包括伪航路点(pseudo-waypoint)P，而且伪航路点P是为了与轨迹10的参数有关的一些目的而创建的人工参考点，并且不限于地面助航设备。在轨迹的建立的数据点设定好之前或之后，可限定伪航路点P。可用各种方式限定伪航路点，诸如通过纬度和经度，或者通过沿着当前轨迹的特定距离，诸如沿轨线航路点。针对任何数据点，可输入天气数据，诸如在高处的风和温度。这种天气数据改进FMS飞行预测。可从天气数据库中获得天气数据，天气数据库可包含实时天气数据或预测天气数据。这样的天气数据库可包含关于某些与天气有关的现象(除了别的之外，例如风速、风向、温度)的数据，以及与可见度(例如多雾、多云等)、降水(雨、冰雹、雪、冻雨等)和其它气象信息有关的数据。因为在计算轨迹时必须考虑空气温度和风，以确保飞行器能准确地遵从期望轨迹，所以天气数据库可包括局部空域的3D实时温度和风模型以及4D预测数据。天气数据库可存储在特定纬度、经度和高度处的这种实时或预测天气数据。提供飞行器的轨迹附近的天气分布图的更好表示的准确天气数据将产生更准确的FMS预测，从而使飞行器燃料使用和抵达时间的估计得到改进。用来准备天气分布图的更多天气数据将典型地产生更准确的天气分布图，天气数据也将是更加新的。但是，从地面站将所有相关天气数据从天气数据库提交给FMS的能力可受到FMS本身的限制，因为FMS典型地限制飞行轨迹上的、可输入天气数据以及最终用于轨迹预测的数据点的数量。在许多FMS中，容许数据点的总数量小于10，而对于轨迹天气数据库可具有数百个相关数据点。可理解的是，在巡航阶段18期间，在高度上可能有一些变化，尤其是横跨大陆的飞行，其中，飞行器可改变其仰角以利用盛行风(诸如急流)或者最小化盛行风的影响，以在燃料燃烧时爬升到更高的高度，或者避开湍流。航空公司如今典型地提出包括仅单个巡航高度的飞行计划。但是，在大多数飞行中，在燃料燃烧以及风和温度状况改变时改变巡航高度在成本上更有效。一些更先进的FMS在飞行器上提供用以确定何时阶跃(step)到新巡航高度更有益的功能性；但是，许多FMS不具有这个功能性，而且就是提供该功能性的那些FMS在执行这些计算时也无法估计空域约束(诸如与其它飞行器的潜在冲突)，以及典型地计算仅仅一个阶跃位置。此外，巡航高度变化典型地需要与航空公司的飞行调度员配合，调度员没有这个现成的信息。大多数现代FMS允许仅由巡航航路点输入巡航风。另外，当代FMS可仅允许FMC中有一个风级，这会妨碍在机上基于风和重量来计算对于风最优的巡航高度或者最佳阶跃爬升点，以及导致恒定高度巡航30。一些长距离飞行器在各个航路点在多达5个飞行水平处获取风，从而允许计算对于风最优的巡航高度和用以优化到达更高的巡航水平的巡航阶跃的单一位置。但是，如果风在飞行的巡航部分中显著地改变，将需要沿着飞行路径限定多个航路点，以规定待用于FMS中的风。此外，许多FMS能仅在当前限定的巡航水平处使用风，使得在飞行器上确定对于风最优的巡航水平是不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沿着飞行路径驾驶具有相关联的性能包络的飞行器的方法，所述方法包括：基于所述飞行器的所述性能包络，确定沿着所述飞行路径的巡航爬升的高度分布图；确定沿着所述飞行路径的合法飞行水平；以及沿着所述飞行路径在所述合法飞行水平之间以阶跃方式驾驶所述飞行器，以接近服从在所述合法飞行水平之间的阶跃中的至少一个约束的所述高度分布图。

【技术特征摘要】
2012.02.23 US 13/402,9861.一种沿着飞行路径驾驶具有相关联的性能包络的飞行器的方法，所述方法包括：基于所述飞行器的所述性能包络，确定所述飞行路径的理论巡航爬升的高度分布图；确定所述飞行路径的合法飞行水平；以及沿着所述飞行路径在所述合法飞行水平之间以阶跃方式驾驶所述飞行器，以服从在所述合法飞行水平之间的阶跃中的至少一个约束的情况下，接近理论巡航爬升的所述高度分布图。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述性能包络包括所述飞行器的恒定推力水平。3.根据权利要求2所述的方法，其中，理论巡航爬升的所述高度分布图包括在以所述恒定推力水平驾驶所述飞行器时所述飞行器沿着所述飞行路径的高度。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定沿着所述飞行路径的降落分布图。5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括确定理论巡航爬升的所述高度分布图和所述降落分布图的交点。6.根据权利要求5所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：JK克卢斯特，
申请(专利权)人：通用电气航空系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：