本公開內(nèi)容涉及飛行器飛行路徑優(yōu)化，并且具體地涉及使用非線性規(guī)劃生成最佳爬升控制軌跡。

背景技術(shù)：

飛行管理系統(tǒng)(FMS)是飛行器機(jī)載的基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)，其執(zhí)行一定數(shù)目的飛行中的任務(wù)，包括飛行計(jì)劃的飛行中管理。FMS已經(jīng)使用多年，且迄今由FMS使用的規(guī)劃技術(shù)是針對前幾代計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)的計(jì)算能力設(shè)計(jì)的。例如，現(xiàn)今仍在服役的之前的FMS通常作出關(guān)于飛行路徑相關(guān)的許多復(fù)雜且變化參數(shù)的假設(shè)，包括但不限于關(guān)于飛行器及其性能特征的方面的固定(即，恒定)值，以及飛行器操作的恒定值(例如，飛行的爬升部分期間的恒定飛行器速度)。此FMS通常在飛行路徑的爬升部分期間采用恒定速度(非現(xiàn)實(shí)世界約束)，且依靠查找表來確定恒定爬升速度來報(bào)告至給定巡航高度和速度。

因此，存在提供可基于與包括優(yōu)化飛行路徑的假定約束相反的特定飛行的實(shí)際狀態(tài)而生成控制軌跡的系統(tǒng)和過程的期望。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種使用非線性規(guī)劃優(yōu)化飛行路徑的方法，所述方法包括：接收飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的性能特征的數(shù)學(xué)模型表示；在所述數(shù)學(xué)模型表示上執(zhí)行基于投影的模型降階；基于所述投影的模型消除所述數(shù)學(xué)模型表示的快速動(dòng)態(tài)分量；將降階模型確定為微分代數(shù)方程，其中代數(shù)方程替換所述快速動(dòng)態(tài)；將飛行路徑角和油門桿角設(shè)置為控制以最小化所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的燃料消耗；將爬升末端成本限定為巡航高度和空速的函數(shù)；離散化所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的運(yùn)動(dòng)方程，且將優(yōu)化方程公式化為非線性規(guī)劃問題；以及確定最佳開環(huán)控制，其最小化所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合爬升至規(guī)定的巡航高度和空速的燃料消耗。

本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，還包括驗(yàn)證所述飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的所述性能特征的所述數(shù)學(xué)模型表示。

本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述數(shù)學(xué)模型表示的所述快速動(dòng)態(tài)分量通過將所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的俯仰力矩和豎直力設(shè)置為平衡值來消除。

本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，還包括由所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)的確定的最佳開環(huán)控制和運(yùn)動(dòng)方程來確定飛行軌跡。

本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合爬升至所述規(guī)定的巡航高度和空速的爬升速度(和推力)是可變的。

本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的性能特征的所述數(shù)學(xué)模型表示包括發(fā)動(dòng)機(jī)退化特征、作為飛行變量的函數(shù)的燃料焚燒、飛行動(dòng)態(tài)模型和它們的組合中的至少一者。

本發(fā)明的第七技術(shù)方案提供了一種儲(chǔ)存處理器可執(zhí)行的程序指令的非暫時(shí)性介質(zhì)，所述介質(zhì)包括可由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的程序指令，以：接收飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的性能特征的數(shù)學(xué)模型表示；在所述數(shù)學(xué)模型表示上執(zhí)行基于投影的模型降階；基于所述投影的模型消除所述數(shù)學(xué)模型表示的快速動(dòng)態(tài)分量；將降階模型確定為微分代數(shù)方程，其中代數(shù)方程替換所述快速動(dòng)態(tài)；將飛行路徑角和油門桿角設(shè)置為控制以最小化所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的燃料消耗；將爬升末端成本限定為巡航高度和空速的函數(shù)；離散化所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的運(yùn)動(dòng)方程，且將優(yōu)化方程公式化為非線性規(guī)劃問題；以及確定最佳開環(huán)控制，其最小化所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合爬升至規(guī)定的巡航高度和空速的燃料消耗。

本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第七技術(shù)方案中，還包括可由計(jì)算機(jī)執(zhí)行來驗(yàn)證所述飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的所述性能特征的所述數(shù)學(xué)模型表示的程序指令。

本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第七技術(shù)方案中，所述數(shù)學(xué)模型表示的所述快速動(dòng)態(tài)分量通過將所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的俯仰力矩和豎直力設(shè)置為平衡值來消除。

本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第七技術(shù)方案中，還包括可由計(jì)算機(jī)執(zhí)行來由所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)的確定的最佳開環(huán)控制和運(yùn)動(dòng)方程來確定飛行軌跡的程序指令。

本發(fā)明的第十一技術(shù)方案是在第七技術(shù)方案中，所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合爬升至所述規(guī)定的巡航高度和空速的爬升速度(和推力)是可變的。

本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第七技術(shù)方案中，所述飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的性能特征的所述數(shù)學(xué)模型表示包括發(fā)動(dòng)機(jī)退化特征、作為飛行變量的函數(shù)的燃料焚燒、飛行動(dòng)態(tài)模型和它們的組合中的至少一者。

本發(fā)明的第十三技術(shù)方案提供了一種系統(tǒng)，包括：計(jì)算裝置，包括：儲(chǔ)存處理器可執(zhí)行的程序指令的存儲(chǔ)器；以及處理器，以執(zhí)行所述處理器可執(zhí)行的程序指令來促使所述計(jì)算裝置：接收飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的性能特征的數(shù)學(xué)模型表示；在所述數(shù)學(xué)模型表示上執(zhí)行基于投影的模型降階；基于所述投影的模型消除所述數(shù)學(xué)模型表示的快速動(dòng)態(tài)分量；將降階模型確定為微分代數(shù)方程，其中代數(shù)方程替換所述快速動(dòng)態(tài)；將飛行路徑角和油門桿角設(shè)置為控制以最小化所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的燃料消耗；將爬升末端成本限定為巡航高度和空速的函數(shù)；離散化所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的運(yùn)動(dòng)方程，且將優(yōu)化方程公式化為非線性規(guī)劃問題；以及確定最佳開環(huán)控制，其最小化所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合爬升至規(guī)定的巡航高度和空速的燃料消耗。

本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十三技術(shù)方案中，還包括驗(yàn)證所述飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的所述性能特征的所述數(shù)學(xué)模型表示。

本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第十三技術(shù)方案中，所述數(shù)學(xué)模型表示的所述快速動(dòng)態(tài)分量通過將所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的俯仰力矩和豎直力設(shè)置為平衡值來消除。

本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第十三技術(shù)方案中，還包括由所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)的確定的最佳開環(huán)控制和運(yùn)動(dòng)方程來確定飛行軌跡。

本發(fā)明的第十七技術(shù)方案是在第十三技術(shù)方案中，所述模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合爬升至所述規(guī)定的巡航高度和空速的爬升速度(和推力)是可變的。

本發(fā)明的第十八技術(shù)方案是在第十三技術(shù)方案中，所述飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的性能特征的所述數(shù)學(xué)模型表示包括發(fā)動(dòng)機(jī)退化特征、作為飛行變量的函數(shù)的燃料焚燒、飛行動(dòng)態(tài)模型和它們的組合中的至少一者。

附圖說明

在參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本公開內(nèi)容的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，附圖中相似的標(biāo)號(hào)表示附圖各處相似的部分，在附圖中：

圖1為按照本文所示或所述的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的飛行路徑的階段的示范性圖示；

圖2為按照本文所示或所述的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的過程的示范性流程圖；

圖3為按照本文所示或所述的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的示例性飛行軌跡和傳統(tǒng)飛行軌跡的示范性圖解示圖；以及

圖4為根據(jù)本文中的一些實(shí)施例的裝置的示范性圖示。

部件列表

100 飛行路徑的圖表

105 爬升路徑

110 巡航路徑

115 下降路徑

120 基準(zhǔn)點(diǎn)

200 流程圖

205 過程操作

210 過程操作

215 過程操作

220 過程操作

225 過程操作

230 過程操作

235 過程操作

240 過程操作

300 爬升路徑的圖表

305 傳統(tǒng)飛行計(jì)劃圖

310 公開的飛行計(jì)劃圖

315 圖305的的跟蹤結(jié)果

320 圖310的的跟蹤結(jié)果

400 系統(tǒng)

405 處理器

410 緩存

415 輸入裝置

420 通信裝置

425 輸出裝置

430 儲(chǔ)存裝置

435 非線性規(guī)劃引擎

440 飛行路徑數(shù)據(jù)。

具體實(shí)施方式

本公開內(nèi)容涉及使用非線性規(guī)劃的引導(dǎo)優(yōu)化。如本文中所使用的，用語非線性規(guī)劃是解決連同待最大化或最小化的目標(biāo)函數(shù)在一組未知實(shí)變量內(nèi)的共同稱為約束的等式和不等式的系統(tǒng)限定的優(yōu)化問題的過程，其中約束或目標(biāo)函數(shù)的一些是非線性的。它為應(yīng)對非線性的問題的數(shù)學(xué)優(yōu)化的子領(lǐng)域。如本文中所使用的，用語引導(dǎo)限定最小化成本函數(shù)且為反饋控制系統(tǒng)的輸入的控制基準(zhǔn)。在一些實(shí)施例中，本公開內(nèi)容公開了一種確定最佳開環(huán)控制的方法。給定假設(shè)的初始操作狀態(tài)和環(huán)境條件，飛行路徑然后可通過對運(yùn)動(dòng)方程應(yīng)用確定的控制來預(yù)測。在一些方面中，本公開內(nèi)容具體涉及使用非線性規(guī)劃優(yōu)化飛行路徑的爬升階段或部分的系統(tǒng)和過程。在一些方面中，非線性規(guī)劃技術(shù)可杠桿作用來更精確且高效地限定飛行路徑優(yōu)化問題，且生成最佳控制軌跡。在一些方面中，非線性規(guī)劃可用于解決由一組未知實(shí)變量上的約束的系統(tǒng)限定的引導(dǎo)優(yōu)化問題(例如，最小化燃料消耗)。之前的努力和系統(tǒng)(包括傳統(tǒng)FMS)通常假定各種變量為常數(shù)(例如，飛行器質(zhì)量假定為恒定的，而不管由于燃料焚燒、飛行器空速將在飛行路徑的爬升部分期間恒定的命令等引起的變化)，且/或在其它情況下不考慮一些其它變量。非線性規(guī)劃技術(shù)和當(dāng)前計(jì)算能力的組合使用可提供解決和生成針對引導(dǎo)優(yōu)化的(多個(gè))復(fù)雜非線性問題的解決方案的機(jī)構(gòu)。在一些方面中，本文中的過程和系統(tǒng)可消除或至少最小化在確定最佳控制中不實(shí)際的假定和其它(任意)約束的使用。此外，提出的非線性規(guī)劃可處理飛行器可能需要滿足的所有類型的約束，包括高度-速度、高度-距離和速度-距離約束。如本文中所使用的，用語飛行器、飛行機(jī)或飛機(jī)可包括包含噪聲適航標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則的美國聯(lián)邦法規(guī)25部分(14CFR 25部分)14段中提出的商用飛行器：運(yùn)輸類飛機(jī)、無人機(jī)和其它航空工具。

參看圖1，以圖表格式示出了飛行器的飛行路徑100。如圖所示，飛行路徑大體上包括三個(gè)階段或部分。具體而言，圖1中示出了飛行路徑100，其包括爬升路徑105、巡航路徑110和下降路徑115。圖1中的圖表示出了固定翼飛行器的飛行器高度(豎直軸線)和范圍(水平軸線)之間的總體關(guān)系。在一些實(shí)施例中，本文公開的過程和系統(tǒng)可適于確定飛行路徑的爬升部分105的最佳控制，其中優(yōu)化的目標(biāo)在于最小化飛行路徑的爬升部分期間的燃料消耗，同時(shí)滿足飛行路徑的巡航階段開始的期望距離、高度、速度，且不限制其它類型的所需飛行路徑約束。在一些實(shí)施例中，本公開內(nèi)容的方面可延伸至至少部分包括飛行路徑的巡航110和/或下降115部分。

參看圖2，公開了關(guān)于以限定的目標(biāo)函數(shù)確定飛行器的最佳控制的過程200。在一些實(shí)施例中，過程200涉及確定用于特定飛行器的爬升路徑的控制軌跡。在一些實(shí)施例中，優(yōu)化本文的飛行器的爬升路徑的問題消除、取消或至少最小化確定最佳控制中考慮的操作約束的程度。將注意的是，實(shí)際(即，真實(shí))操作約束可存在，且可用于最佳飛行路徑的確定中。例如，現(xiàn)實(shí)世界操作約束(例如，特定低高度處的最大速度、飛行器飛至某些航點(diǎn)的管理實(shí)體要求和其它操作約束)可在本文的一些過程中完全解決，包括但不限于圖2中所示的過程流。

在一些實(shí)施例中，優(yōu)化飛行路徑的問題可以以非線性規(guī)劃優(yōu)化問題的形式計(jì)算。因此，問題的所有實(shí)際約束可使用非線性規(guī)劃來考慮。例如，約束(例如，飛行該飛行路徑的特定飛行器、結(jié)合飛行器使用的(多個(gè))特定發(fā)動(dòng)機(jī)、特定機(jī)身制造者和其對于飛行路徑的相關(guān)聯(lián)的特征、施加管制的飛行規(guī)則等)可按照本文中的一些實(shí)施例解決。這些及其它約束可轉(zhuǎn)化成非線性規(guī)劃數(shù)學(xué)方程來確定最佳解決方案，考慮了現(xiàn)實(shí)約束，而不需要施加不必要的非現(xiàn)實(shí)或任意的約束和/或假定。

大體上，本文中的一些實(shí)施例的優(yōu)化問題可通過獲得相關(guān)飛行器及其(多個(gè))發(fā)動(dòng)機(jī)的準(zhǔn)確模型、對問題施加現(xiàn)實(shí)世界約束和確定期望的優(yōu)化函數(shù)的非線性規(guī)劃解決方案(例如，最小化飛行路徑的燃料消耗)來形式化。

過程200提供了按照本文的一些實(shí)施例的生成最佳控制的過程。在操作205處，接收飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的性能特征的數(shù)學(xué)模型表示。本文的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的性能特征的數(shù)學(xué)模型表示準(zhǔn)確地統(tǒng)一了飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)模型，其用于提供最佳飛行路徑來加強(qiáng)燃料節(jié)省的非線性規(guī)劃求解器中。如本文中所提到的，飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的性能特征的數(shù)學(xué)模型表示可包括用于各個(gè)特定飛行器的準(zhǔn)確發(fā)動(dòng)機(jī)模型、用于各個(gè)特定飛行器的準(zhǔn)確空氣動(dòng)力模型、用于結(jié)合特定飛行器使用的特定發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)退化模型(例如，可從發(fā)動(dòng)機(jī)制造者獲得)、特定飛行器的燃料焚燒速率(例如，作為高度、速度、油門角(throttle angle)等的函數(shù))，以及其它附加、替換或備選的實(shí)際(即，現(xiàn)實(shí)世界)約束。

在一些實(shí)施例中，用于操作205中的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的性能特征的數(shù)學(xué)模型表示可針對執(zhí)行過程200的至少一些操作的實(shí)體推導(dǎo)出或另外確定。數(shù)學(xué)模型可在操作205之前推導(dǎo)出。在一些實(shí)施例中，作為操作205的一部分或作為單獨(dú)的操作，飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的性能特征的數(shù)學(xué)模型表示可由使模型與飛行實(shí)體化數(shù)據(jù)匹配的過程驗(yàn)證。

操作210包括執(zhí)行對操作205的數(shù)學(xué)模型表示的投影。在一些方面中，所有模型都投影在豎直平面上，使得模型將僅代表縱向運(yùn)動(dòng)(即，當(dāng)前飛行路徑優(yōu)化的相關(guān)運(yùn)動(dòng))。以此方式，可減少準(zhǔn)確且完全表示飛行路徑所需的方程數(shù)。

在操作215處，可消除如現(xiàn)在由操作210的模型表示的數(shù)學(xué)模型的快速動(dòng)態(tài)分量。模型的快速動(dòng)態(tài)分量中的至少一些可消除，以圖減少與過程200相關(guān)聯(lián)的計(jì)算負(fù)載。在一些實(shí)施例中，例如，飛行器重量的一些變化、高度變化和速度變化相比于以(多)秒計(jì)的時(shí)段中發(fā)生的其它變化(即，快速動(dòng)態(tài))，在幾分鐘內(nèi)發(fā)生。通過消除這些快速動(dòng)態(tài)，優(yōu)化控制可高效地獲得，同時(shí)仍保持高的準(zhǔn)確度。210和215的操作可至少部分地構(gòu)成模型降階過程。

繼續(xù)至操作220，確定降階模型。降階模型包括(多個(gè))不同代數(shù)方程(的系統(tǒng))，其中代數(shù)方程替換快速動(dòng)態(tài)。操作200還包括操作225，其包括設(shè)置或選擇飛行路徑角和油門桿角作為控制，以最小化模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的燃料消耗。

在一些實(shí)施例中，模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的高度可處理為獨(dú)立變量。首先，在飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的數(shù)學(xué)模型(其表示為不同代數(shù)方程)中，狀態(tài)(變量)的導(dǎo)數(shù)是關(guān)于時(shí)間的。在一些實(shí)施例中，獨(dú)立變量變?yōu)楦叨龋娲鷷r(shí)間。即，不同代數(shù)方程中的所有差別相對于高度完成。結(jié)果，包括時(shí)間的所有其它變量公式化為飛行器的數(shù)學(xué)模型中的高度上的因變量。高度的此處理是可能的，因?yàn)槠谕w行器在特定高度處達(dá)到爬升的終點(diǎn)(即，飛行路徑的巡航階段的開始，圖1中的基準(zhǔn)點(diǎn)120)。

在一些實(shí)施例中，飛行器性能和空隙限制可限定為由過程200解決的優(yōu)化問題的狀態(tài)和/或控制約束。在操作230處，過程200包括將爬升端點(diǎn)成本限定為巡航高度和空速的函數(shù)。巡航狀態(tài)在成本限定中考慮，一旦經(jīng)過爬升階段就獲得在巡航狀態(tài)中飛行的效果。巡航成本以末端成本的形式出現(xiàn)：(巡航狀態(tài)下每單位距離焚燒的燃料)*(總爬升距離)。利用此項(xiàng)，爬升優(yōu)化針對行進(jìn)爬升階段和部分巡航階段的所有軌跡執(zhí)行，使得所有軌跡在接近爬升結(jié)束的一些點(diǎn)達(dá)到巡航狀態(tài)下的相同距離、高度和速度。因此，在一些實(shí)施例中，不但確定以最小燃料消耗飛行爬升階段的軌跡，而且還確定包括在巡航階段內(nèi)焚燒燃料來達(dá)到與其它軌跡相同的距離且一旦達(dá)到相同距離而行駛的一些附加距離的軌跡。此類軌跡將比僅包括爬升階段的軌跡相對地消耗更多燃料。

前進(jìn)至操作235，模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合的運(yùn)動(dòng)方程(即，完整飛行路徑運(yùn)動(dòng)方程)可離散化且公式化為非線性規(guī)劃問題，其目標(biāo)在于最小化飛行路徑的爬升部分的燃料成本。目標(biāo)在于最小化飛行路徑的爬升部分的燃料成本的非線性規(guī)劃問題的實(shí)施例是最小化直接操作成本的更常見問題的特殊情況。操作235的非線性規(guī)劃問題然后可解決，以確定最佳開環(huán)控制，其最小化模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合爬升至規(guī)定巡航高度和空速的燃料消耗，如圖2中的操作240處所示。規(guī)定的巡航高度和空速可對應(yīng)于圖1中的120處或周圍的點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，飛行軌跡可從最佳開環(huán)控制交通工具運(yùn)動(dòng)方程確定。

在本文的一些實(shí)施例中，過程200和結(jié)合其至少一些方面的其它過程提供了許多改善、增強(qiáng)和功能性。一些此類改善、增強(qiáng)和功能性可包括但不限于最佳地處理高度-速度、距離-速度、高度-距離約束的能力；允許可變速度、飛行路徑角和/或推力來最小化直接操作成本；允許乘坐質(zhì)量和性能約束，包括急拉和加速極限；解決優(yōu)化中的高空風(fēng)；例如基于個(gè)性化發(fā)動(dòng)機(jī)模型來在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)隨時(shí)間變差時(shí)解決實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)性能；允許更高階運(yùn)動(dòng)方程(關(guān)于其它方法)，包括通過排除假定質(zhì)量恒定的其它方法的假定的作為狀態(tài)變量的質(zhì)量；以及允許使用成本指數(shù)來限定成本函數(shù)中的時(shí)間和燃料成本，由此允許最小化直接操作成本的過程。

在一些實(shí)施例中，過程200和其至少一個(gè)或更多個(gè)操作可延伸至完整飛行路徑優(yōu)化過程。即，在一些實(shí)施例中且按照本文公開的其它方面，過程200或其部分可用于確定除爬升路徑外和/或加至爬升路徑的飛行路徑的階段或部分的優(yōu)化的飛行路徑，例如，巡航路徑、下降路徑和它們的組合。

在一些實(shí)施例中，諸如飛行管理系統(tǒng)(FMS)的系統(tǒng)和裝置可設(shè)計(jì)、升級、改造、擴(kuò)展和以其它方式執(zhí)行為實(shí)施本文公開的操作和過程中的一個(gè)或更多個(gè)，以使用非線性規(guī)劃來優(yōu)化飛行引導(dǎo)。在特定實(shí)施例中，過程200的操作240可由FMS和/或(多個(gè))其它系統(tǒng)來執(zhí)行。在一些情況中，飛行員或其它飛行器責(zé)任人員可使用本文公開的操作和過程中的一個(gè)或更多個(gè)來生成飛行路徑。因此，生成的飛行路徑計(jì)劃可隨后用作飛行器操作中的引導(dǎo)。在一些實(shí)施例中，F(xiàn)MS和/或(多個(gè))其它系統(tǒng)可使用本文公開的操作和過程中的一個(gè)或更多個(gè)，以在初始或之前的飛行路徑計(jì)劃按照本文的過程生成之后，更新用于飛行器在舉例的操作狀態(tài)中充分變化(即，大于一些最小閾值)的飛行路徑計(jì)劃。在一些實(shí)施例中，過程200和其它方法，以及本文公開的系統(tǒng)和裝置可應(yīng)用于商用(部分25)飛行器。

圖3為示出按照本公開內(nèi)容的模擬的飛行器的爬升路徑的圖的圖表300的示范性圖示。具體而言，示出了之前/傳統(tǒng)的計(jì)劃的圖305，其中飛行器限于貫穿飛行路徑的爬升路徑而保持恒定速度。然而，圖310用于結(jié)合本公開內(nèi)容的方面的飛行路徑計(jì)劃，其中飛行器不限于或限制為為了最小化燃料消耗而貫穿飛行路徑的爬升階段保持恒定速度。如圖所示，如點(diǎn)325處所示，用于本文公開的飛行路徑計(jì)劃310的校準(zhǔn)的空速(CAS)在飛行器爬升至規(guī)定末端高度和速度時(shí)極大地變化。將注意的是，傳統(tǒng)計(jì)劃和當(dāng)前公開的計(jì)劃兩者的軌跡都終止于相同距離、高度和速度。圖315和320分別繪出了傳統(tǒng)計(jì)劃和當(dāng)前計(jì)劃的跟蹤結(jié)果。

將注意的是，本公開內(nèi)容的申請人已經(jīng)使用本文公開的過程實(shí)現(xiàn)了改善。例如，模擬具有CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)且使用本文公開的過程的Boeing 737-800，針對規(guī)定的操作方案生成了最佳飛行路徑。使用模擬的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)組合飛行生成的飛行路徑，且測量爬升階段期間的燃料消耗。所得的燃料消耗與飛行具有恒定速度優(yōu)化的傳統(tǒng)飛行路徑的飛行器消耗的燃料相比較。

本文中公開的過程(包括但不限于過程200)可由配置成執(zhí)行過程的操作的系統(tǒng)、應(yīng)用或設(shè)備來實(shí)施。在一些實(shí)施例中，設(shè)備、裝置或系統(tǒng)的各種硬件元件執(zhí)行程序指令來執(zhí)行過程200。在一些實(shí)施例中，硬接線電路可用于替換或組合用于根據(jù)一些實(shí)施例的過程的實(shí)施的程序指令。可由系統(tǒng)、裝置或設(shè)備執(zhí)行以實(shí)施過程200(和本文公開的其它過程或其部分)的程序指令可儲(chǔ)存在或另外體現(xiàn)為非暫時(shí)性有形介質(zhì)。因此，實(shí)施例不限于硬件和軟件的任何特定組合。

圖4為根據(jù)一些實(shí)施例的系統(tǒng)或設(shè)備400的框圖概視圖。例如，系統(tǒng)400可與本文所述的任何裝置相關(guān)聯(lián)，包括例如配置在飛行器中的FMS、陸基系統(tǒng)和經(jīng)由"云"傳輸?shù)姆?wù)的一部分。系統(tǒng)400包括處理器405，諸如一個(gè)或更多個(gè)市售或定制的中央處理器(CPU)，其為一個(gè)芯片的微處理器或多核處理器的形式，聯(lián)接到配置成經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)(圖4中未示出)與另一裝置或系統(tǒng)通信的通信裝置420上。在本例中，系統(tǒng)400包括配置在飛行器中的裝置或系統(tǒng)，通信裝置420可提供用于系統(tǒng)400與其它機(jī)載或遠(yuǎn)程應(yīng)用、裝置、系統(tǒng)或服務(wù)對接的機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)400還可包括緩存410，諸如RAM存儲(chǔ)器模塊。系統(tǒng)還可包括輸入裝置415(例如，觸摸屏、鼠標(biāo)和/或鍵盤來輸入內(nèi)容)和輸出裝置425(例如，觸摸屏、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器來顯示、LCD顯示器)。

處理器405與儲(chǔ)存裝置430通信。儲(chǔ)存裝置430可包括任何適合的信息儲(chǔ)存裝置，包括磁儲(chǔ)存裝置(例如，硬盤驅(qū)動(dòng)器)、光儲(chǔ)存裝置、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器和/或半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的組合。在一些實(shí)施例中，儲(chǔ)存裝置430可包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，在一些配置中包括內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫和其它系統(tǒng)。

儲(chǔ)存裝置430可儲(chǔ)存程序代碼或指令435，其可提供用于按照本文的過程管理飛行路徑優(yōu)化生成器的處理器可執(zhí)行指令。處理器405可執(zhí)行程序指令435的指令，以由此按照本文所述的任何實(shí)施例操作。程序指令435可以以壓縮的非編譯和/或加密格式儲(chǔ)存。程序指令435還可包括其它程序元件，諸如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和/或由處理器405使用的裝置驅(qū)動(dòng)器，以例如與外圍裝置(圖4中未示出)交互。儲(chǔ)存裝置430還可包括數(shù)據(jù)440，諸如在本文的一些實(shí)施例中公開的發(fā)動(dòng)機(jī)飛行路徑數(shù)據(jù)。在一些方面中，數(shù)據(jù)440可由系統(tǒng)400使用，以執(zhí)行本文的過程中的一個(gè)或更多個(gè)，包括獨(dú)立過程、那些過程的獨(dú)立操作，以及獨(dú)立過程和獨(dú)立過程操作的組合。

本文所述的所有系統(tǒng)和過程可體現(xiàn)在儲(chǔ)存于一個(gè)或更多個(gè)有形非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的程序代碼中。例如，此介質(zhì)可包括軟盤、CD-ROM、DVD-ROM、閃速驅(qū)動(dòng)器、磁帶和固態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)或只讀存儲(chǔ)器(ROM)儲(chǔ)存單元。因此，實(shí)施例不限于硬件和軟件的任何特定組合。

本公開內(nèi)容構(gòu)想出的是，除本文通過舉例具體論述的那些參數(shù)之外，附加的參數(shù)可在優(yōu)化的飛行路徑的生成中考慮。還可構(gòu)想出的是，包括使用非線性規(guī)劃的公開的方面和實(shí)施例可充分地運(yùn)用和處理這些其它飛行相關(guān)的參數(shù)。

本文所述的實(shí)施例僅用于示出的目的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可結(jié)合改型和變型實(shí)施的其它實(shí)施例。