基于能量管理的風切變探測方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明提出了基于能量管理的風切變探測方法以及裝置。該方法包括：A.根據飛機剩余能量ΔEA和飛機當前能量EA，計算風強度因子f(t)的修正系數γ；B.根據所述風強度因子的所述修正系數γ，將所述風強度因子f(t)修正為γ·f(t)；C.根據經修正的風強度因子γ·f(t)，計算平均風場積分強度；以及D.基于所述平均風場積分強度，判斷風切變告警信號。該裝置包括風切變探測裝置和風切變探測監控裝置。基于本發明的技術方案，結合了風切變強度計算方法和飛機最大可用能量管理方法，有效地降低了低空風切變危險飛行條件探測的誤警率和虛警率，從而避免飛行員錯誤執行風切變規避導引操作，提高了飛行安全性和經濟性。
【專利說明】基于能量管理的風切變探測方法及裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及航空【技術領域】，尤其涉及基于能量管理的風切變探測方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 危險風切變飛行條件的準確探測是保障民用飛機飛行安全的關鍵技術，目前，用 于風切變探測的方法主要有兩種：
[0003] 第一種是以多普勒氣象雷達、激光雷達、紅外探測為核心的預測式風切變探測方 法，其使用電磁波或光學方法探測飛機前方數公里以內的危險風場，并給出告警信息。這種 方法的缺點至少包括：由于低空風切變持續時間較短，再加上遠程探測精確度的局限性，導 致預測式風切變探測的虛警率（例如，不必要的告警）和誤警率（例如，危險風切變條件卻 沒有告警）都較高。如果飛機前方空氣干燥純凈，則會不利于電磁波或光波探測，導致探測 效果變差。
[0004] 第二種是當飛機已經處于風切變風場之中，通過機載傳感器的空速、攻角、側滑 角、姿態角、高度等信息，利用飛機飛行狀態的改變程度來判斷風場強度是否超過告警閾值 的方法。這種方法的探測準確度較高，缺點是在危險風切變條件下如果未能及時告警，飛行 員將不能及時處理就有可能引發災難性后果。
[0005] 設計一種有效地降低風切變告警虛警和誤警率的方法將是非常有益的。
[0006] 本發明的基本原理采用第二種方法，但在風切變告警條件的判斷過程中，結合飛 機自身特性，綜合運用飛機可用能量給出告警。經過模擬器調參后，本發明有效地降低風切 變告警虛警和誤警率，從而避免飛行員錯誤執行風切變規避導引操作，提高飛行安全性和 經濟性。
【發明內容】
[0007] 基于上述考慮，本發明提供了一種基于飛機最大可用能量管理作為告警閾值計算 的算法和系統設計，用于反應式風切變探測與告警系統中，可以滿足飛機對低空風切變飛 行環境的探測和告警功能需求，又可方便地根據飛機能量特性，有效降低風切變誤警和虛 警率。
[0008] 根據本發明的第一個方面，提供了一種基于能量管理的風切變探測方法，該方法 包括：A.根據飛機剩余能量AEa和飛機當前能量Ea，計算風強度因子f(t)的修正系數Y; B.根據所述風強度因子的所述修正系數Y，將所述風強度因子f(t)修正為Y*f(t);C.根 據經修正的風強度因子Y*f(t)，計算平均風場積分強度；以及D.基于所述平均風場積分 強度，判斷風切變告警信號。
[0009] 有利地，該方法還包括根據飛機空速、攻角、側滑角、姿態角和運動速度計算所述 風強度因子f(t)。
[0010] 有利地，該方法還包括根據飛機動能E,.和飛機勢能E"計算所述飛機當前能量Ea。
[0011] 有利地，所述飛機當前能量Ea根據
【權利要求】
1. 一種基于能量管理的風切變探測方法，所述方法包括： A. 根據飛機剩余能量AEa和飛機當前能量Ea，計算風強度因子f(t)的修正系數γ ; B. 根據所述風強度因子的所述修正系數Y，將所述風強度因子f(t)修正為γ *f(t); C. 根據經修正的風強度因子Y *f(t)，計算平均風場積分強度；以及 D. 基于所述平均風場積分強度，判斷風切變告警信號。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括根據飛機空速、攻角、側滑角、姿態 角和運動速度計算所述風強度因子f(t)。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括根據飛機動能Ek和飛機勢能Ep計 算所述飛機當前能量E a。
4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述飛機當前能量Ea根據Ea = mg(h-DH) + (l/2)mV2計算得到，其中m代表飛機質量，h代表飛機所在高度，DH代表決斷高 度，V代表飛機速度，g代表重力常數。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括根據飛機剩余推力Fy飛機所在高 度h，決斷高度DH和安全系數k計算所述飛機剩余能量Λ Ea。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述飛機剩余能量AEa根據AEa = Ft Jh-DH)/k計算得到。
7. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述修正系數Y根據（1+ΕΑ/ΛΕΑ)計算 得到。
8. -種基于能量管理的風切變探測裝置，所述探測裝置包括： 修正系數計算單元，其用于根據飛機剩余能量△ Ea和飛機當前能量Ea，計算風強度因 子f(t)的修正系數Y ; 修正單元，其用于根據所述風強度因子的所述修正系數Y，將所述風強度因子f(t)修 正為 Y · f(t); 計算單元，其用于根據經修正的風強度因子Y *f(t)，計算平均風場積分強度；以及 判斷單元，其用于基于所述平均風場積分強度，判斷并輸出風切變告警信號。
9. 根據權利要求8所述的探測裝置，其特征在于，還包括 風強度因子計算單元，其用于根據飛機空速、攻角、側滑角、姿態角和運動速度計算所 述風強度因子f(t)。
10. 根據權利要求8所述的探測裝置，其特征在于，所述修正系數計算單元還包括當前 能量計算單元，所述當前能量計算單元用于根據飛機動能E k和飛機勢能Ep計算所述飛機當 前能量Ea。
11. 根據權利要求8所述的探測裝置，其特征在于，所述修正系數計算單元還包括剩余 能量計算單元，所述剩余能量計算單元其用于根據飛機剩余推力Fp飛機所在高度h，決斷 高度DH和安全系數k計算所述飛機剩余能量Λ Ea。
12. 根據權利要求8所述的探測裝置，其特征在于，所述修正系數γ根據（1+Εα/Λ Ea) 計算得到。
13. 根據權利要求8-12中所述的任一探測裝置，其特征在于，還包括監控單元，其用于 當發現風切變探測監控裝置的使能信號異常時，停止輸出所述風切變告警信號，并激活故 障告警。
14. 一種基于能量管理的風切變探測監控裝置，所述監控裝置包括： 第二修正系數計算單元，其用于根據飛機第二剩余能量ΔΕ' A和飛機第二當前能量 E' a計算第二風強度因子(t)的第二修正系數Y'; 第二修正單元，其用于根據所述第二風強度因子的所述第二修正系數，將所述第 二風強度因子f'⑴修正為Y' ·Γ⑴； 第二計算單元，其用于根據經修正的風強度因子Y' (t)，計算第二平均風場積 分強度； 第二判斷單元，其用于基于所述第二平均風場積分強度，判斷第二風切變告警信號；以 及 第二監控單元，其用于監控監測點數據出現異常現象的時間是否超過預定義時間閾 值，如果所述監測點數據出現異常現象的時間超過所述預定義時間閾值，切斷風切變探測 裝置的輸出，并激活故障告警，所述監測點數據來自于風切邊探測裝置。
15. 根據權利要求14所述的監控裝置，其特征在于，還包括 第二風強度因子計算單元，其用于根據飛機空速、攻角、側滑角、姿態角和運動速度計 算所述第二風強度因子Γ (t)。
16. 根據權利要求14所述的監控裝置，其特征在于，所述第二修正系數計算單元還包 括第二當前能量計算單元，所述第二當前能量計算單元用于根據飛機動能E' κ和飛機勢能 E' ρ計算所述第二飛機當前能量E' Α。
17. 根據權利要求14所述的監控裝置，其特征在于，所述第二修正系數計算單元還包 括第二剩余能量計算單元，所述第二剩余能量計算單元其用于根據飛機剩余推力F' P飛 機所在高度h，決斷高度DH和安全系數k計算所述第二飛機剩余能量Λ E' Α。
18. 根據權利要求14所述的監控裝置，其特征在于，所述第二修正系數γ '根據 (1+Ε，Α/ΛΕ' Α)計算得到。
【文檔編號】G06F19/00GK104318067SQ201410513931
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】徐宏哲, 張策, 謝夢濤, 趙春玲, 嚴林芳, 張克志, 岳峰, 邵慧, 吳訊, 張兆亮 申請人:中國商用飛機有限責任公司, 中國商用飛機有限責任公司上海飛機設計研究院