專利名稱：具有失速保護的風切變恢復導航系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及飛機的風切變恢復導航系統(tǒng)，尤其是涉及具有失速保護的風切變恢復導航系統(tǒng)。
在風切變情況下為飛行員提供導航的飛機制導系統(tǒng)已成為公知。Berwick，Jr等人的美國專利第4，347，572號就公開了這樣一個系統(tǒng)。Berwick，Jr等人的系統(tǒng)利用了許多輸入信號，其中包括氣團導出信號(例如從一個風標式迎角傳感器獲得的迎角信號)，從而給飛機的飛行員提供一個確定可獲得的最大上升率又不使飛機失速的導航信號。然而，Berwick，Jr等人的專利中公開的系統(tǒng)雖然確實給飛行員提供了導航，但因為該系統(tǒng)利用了氣團導出信號，因此該系統(tǒng)對通常在風切變情況下迂到的湍流是敏感的，并且這種湍流會引起一種振蕩的導航信號，如果這個信號被飛行員響應的話，就會使飛機在它的俯仰軸方向發(fā)生飛行員誘發(fā)的振動。
因此，本發(fā)明的一個目的就是提供一種能克服現(xiàn)有技術系統(tǒng)許多缺點的風切變恢復導航系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種利用慣性導出信號以避免湍流對氣團導出系統(tǒng)影響的風切變恢復導航系統(tǒng)。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種利用一個俯仰角參考調(diào)制器的風切變恢復導航系統(tǒng)，該調(diào)制器調(diào)制作為一個失速警告信號函數(shù)的最優(yōu)俯仰角。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，飛機的俯仰姿態(tài)要與一個俯仰參考信號比較，從而產(chǎn)生一個俯仰導航指令信號給飛行員，由此確定了在風切變情況下為獲得最大上升率所需的最優(yōu)俯仰角。在一個失速警告發(fā)生時，該俯仰參考數(shù)值由失速警告信號調(diào)制，以便在失速警告期間減小俯仰導航指令信號，防止飛行員獲得一個能引起飛行失速的俯仰姿態(tài)。一旦失速警告停止，俯仰導航指令信號又相對于俯仰參考值增加，以允許飛行員將俯仰姿態(tài)增大到參考數(shù)值。
本發(fā)明的這些和其它目的及優(yōu)點，在理解了下面的詳細描述和附圖的基礎上，將變得非常明顯。


圖1是用于飛機上的風切變恢復導航系統(tǒng)的一個功能性方框圖;
圖2是在風切變恢復導航系統(tǒng)中使用的俯仰導航系統(tǒng)的一個功能方框圖;
圖3顯示了在本發(fā)明的俯仰導航系統(tǒng)中使用的俯仰角參考調(diào)制器的操作的一個邏輯流程圖。
現(xiàn)在參照附圖，尤其是注意圖1，圖中顯示了一個風切變恢復導航系統(tǒng)10，它通過一個姿態(tài)控制器指示器12給飛行員提供一個俯仰導航指令信號，這個姿態(tài)控制器指示器可以是一個音響指示器或一個目視指示器，例如一個儀表或一個陰極射線管。風切變恢復導航系統(tǒng)10接收來自垂直陀螺14的信號，該垂直陀螺提供一個表征飛機的俯仰姿態(tài)的信號，即飛機的縱軸相對于水平線的夾角。風切變恢復導航系統(tǒng)10的其它輸入包括，一個失速警告系統(tǒng)16，一個襟翼位置參數(shù)18和其它參數(shù)20(也許包括表征攜帶該系統(tǒng)的飛機的類型的信號和其它飛機參數(shù)，例如，起落架位置)。
失速警告系統(tǒng)16可以是一個通常的失速警告系統(tǒng)，有時稱之為“操縱桿抖振器”，它監(jiān)視各種飛機參數(shù)(例如迎角和風速)，并在失速情況即將發(fā)生時給飛行提供一個警告。這個失速警告可以以許多方式通知飛行員，一種方式就是飛機控制器的物理振動，因此就產(chǎn)生了“操縱桿抖振器”這個術語。此外，襟翼位置和其它飛機參數(shù)也影響為獲得飛機的最大上升率所需的最優(yōu)俯仰角，因此，表征襟翼位置和飛機類型參數(shù)的信號從襟翼位置18和飛機類型參數(shù)20提供給風切變恢復導航系統(tǒng)10。飛機類型參數(shù)確定了攜帶本系統(tǒng)的飛機的類型以及在各種飛行構型情況下為獲得最大上升率所需的最優(yōu)俯仰角。典型地，獲得最大上升率所需的最優(yōu)俯仰角，對于現(xiàn)代的商業(yè)化飛機來說，大約是15度左右。導航系統(tǒng)10包括一個俯仰參考數(shù)值發(fā)生器21，它響應于飛機類型參數(shù)和襟翼位置信號以提供基于飛機類型和它的襟翼位置的俯仰參考值。這個俯仰參考值發(fā)生器可以采取許多形式，例如，一個已經(jīng)在其中貯存了對于各種飛機在各種襟翼設置值情況下的俯仰參考數(shù)值的查閱表，或者一個已經(jīng)在其中貯存了對于一種特定飛機的參考值、并將其修正成襟翼設置值的函數(shù)的計算系統(tǒng)。
風切變恢復導航系統(tǒng)10在圖2中更詳細地顯示出來。風切變恢復導航系統(tǒng)10根據(jù)飛機的俯仰姿態(tài)提供一個俯仰導航指令信號給姿態(tài)控制器指示器12，如上所述的俯仰參考值，由包括由飛機類型參數(shù)20和飛機構型參數(shù)(例如從襟翼位置參數(shù)18獲得的襟翼位置)確定的飛機性能特性的各種參數(shù)所決定。
這個俯仰參考數(shù)值由一個在來自失速警告系統(tǒng)16的失速警告參數(shù)控制下的參考調(diào)制器22操縱。參考調(diào)制器22的操作，將結合圖3作更詳細的描述，簡要地說，當一個失速警告發(fā)生時，參考調(diào)制器22操縱俯仰參考值以便使俯仰參考值減小。將經(jīng)失速警告值修正的俯仰參考值加到比較器24上，比較器對從垂直陀螺14得到的現(xiàn)行飛機俯仰姿態(tài)和被調(diào)制的俯仰參考值進行比較，從而提供一個代表被調(diào)制的俯仰參考值和飛機現(xiàn)行俯仰姿態(tài)之間偏差的信號。來自垂直陀螺14的俯仰姿態(tài)信號的高頻成分通過一個高通濾波器26(其時間常數(shù)例如約為2秒)和一個放大器28。在相加點30，從比較器24的輸出中減去經(jīng)放大器28放大的高頻信號，從而給指令限制器32提供一個阻尼的俯仰誤差信號。指令限制器32限制來自相加點30的信號幅度至某個數(shù)值，以避免飛機超調(diào)，例如，到0-+20度的一個范圍。
參考調(diào)制器22的邏輯操作如圖3所示。該參考調(diào)制器監(jiān)測來自垂直陀螺14的俯仰姿態(tài)信號以及俯仰參考值和失速警告值，從而調(diào)節(jié)相對于該俯仰參考值和失速警告參數(shù)所需的俯仰導航指令信號。如圖3所示，該系統(tǒng)首先確定是否有一個失速警告。如果沒有失速警告，系統(tǒng)確定俯仰導航指令信號是否小于參考數(shù)值。如果不小于，則參考調(diào)制器的輸出就簡單地被限制在俯仰參考值上。如果俯仰導航指令信號小于參考值，則俯仰指令信號增加一個預定的度數(shù)，例如，2度。經(jīng)一個預定秒數(shù)延遲后，例如，2秒，則重復該過程，又開始確定是否有一個失速警告存在。
如果存在一個失速警告，則俯仰導航指令信號就減少一個預定的度數(shù)，例如，2度，經(jīng)預定時間延遲后，再監(jiān)測失速警告是否存在。如果這個失速警告仍存在，就再次減小俯仰導航指令信號，但是，如果存在，俯仰導航指令信號就增加，直到它達到俯仰參考值時為止。
權利要求
1.一種導航系統(tǒng)，包括提供俯仰角參考信號的裝置；提供失速警告信號的裝置；響應所說俯仰角參考信號和所說失速警告信號以提供俯仰導航信號的裝置，所說俯仰導航信號由所說俯仰參考信號確定并由所說失速警告信號修正。
2.一種如權利要求1所述的導航系統(tǒng)，其中所說俯仰導航信號提供裝置，包括當不存在失效警告時能提供一種等于俯仰角參考信號的信號的裝置。
3.一種如權利要求2所述的導航系統(tǒng)，其中所說俯仰導航信號提供裝置，包括當一個失速警告信號發(fā)生時能減小俯仰導航信號的裝置。
4.一種如權利要求1所述的導航系統(tǒng)，其中所說俯仰角信號提供裝置，包括響應于表征飛機襟翼位置信號的裝置，以改變俯仰角。
5.一種如權利要求4所述的導航系統(tǒng)，其中所說俯仰角信號提供裝置，包括對確定飛機類型的數(shù)據(jù)發(fā)生響應的裝置。
6.一種用于為飛機的飛行員提供俯仰導航的方法，包括以下步驟監(jiān)測相對于一個參考俯仰值的飛機俯仰角并根據(jù)它們之間的差值提供一個導航信號給飛行員;以及監(jiān)測失速警告的發(fā)生并當失速警告發(fā)生時改變該導航信號的數(shù)值。
7.一種如權利要求6所述的方法，其中，當失速警告發(fā)生時該導航信號的數(shù)值被減小。
全文摘要
一個飛機的風切變恢復系統(tǒng)(10)利用慣性導出俯仰信息給飛行員提供在一個風切變情況下確定為獲得最大上升率所需的最優(yōu)俯仰角的信息。系統(tǒng)(10)利用一個俯仰參考調(diào)制器(22)，當一個失速警告發(fā)生時該調(diào)制器(22)接收來自一個失速警靠系統(tǒng)(16)的一個失速警告信號，以減小被控制的俯仰導航信號(12)，以減少在性能條件惡化期間(例如順風和發(fā)動機熄火的情況)飛機失速的可能性。
文檔編號B64D45/00GK1037208SQ8910319
公開日1989年11月15日 申請日期1989年4月11日 優(yōu)先權日1988年4月11日
發(fā)明者J·霍華德·格拉夫 申請人:薩特拉德數(shù)字控制公司