飞行器失速保护方法和系统与流程

1.本发明涉及飞行控制律领域，具体而言涉及在结冰条件下提供飞行器的失速保护。


背景技术：

2.飞行器在进入结冰气象条件后，会出现机翼、尾翼、机身、发动机进气道等部件的结冰现象。飞行器的结冰会导致飞行器最大升力系数、操纵面效率降低、包线缩小等等，进而对飞行器的操稳特性和飞行安全产生影响。
3.对于带有结冰探测器和防冰系统的电传飞行器，带冰后的失速保护控制律需要既能保证飞行器在结冰条件下的飞行安全，又能够在一定程度提升飞行器带冰后的性能，从而能够改善飞行器在结冰条件下的机动能力，减轻飞行员在结冰条件下的操纵负担。
4.因此设计一套保护逻辑以保护飞行器带冰后的失速边界，成为飞行器（尤其是电传民机）的自主研制的重要问题。
5.本公开针对但不限于上述因素进行了改进。


技术实现要素：

6.为此，本公开提供了一种飞行器失速保护方法和系统，以有效地对结冰条件下的飞行器进行失速保护。
7.根据本公开的第一方面，提供了一种飞行器失速保护方法，包括：确定所述飞行器处于结冰气象条件下；确定所述飞行器的机翼防冰系统的工作状态，所述机翼防冰系统的工作状态至少包括以下各项中的一者或多者：防冰开关的开启或关闭、所述机翼防冰系统是否失效、机翼防冰温度、所述机翼防冰系统的引气活门的开度、所述机翼防冰系统的引气压力；取决于所述机翼防冰系统的不同工作状态，来降低所述飞行器的失速迎角保护值；以及根据经降低的失速迎角保护值来对所述飞行器提供失速保护。
8.根据一实施例，确定所述飞行器处于结冰气象条件下包括根据结冰探测器和/或飞行手册定义的结冰条件来确定所述飞行器处于结冰气象条件下。
9.根据另一实施例，飞行手册定义的结冰条件包括：总温传感器测得的温度低于预定温度阈值并且湿度传感器测得的湿度高于预定湿度阈值，或者接收到来自飞行员的打开机翼防冰系统的指令。
10.根据又一实施例，所述飞行器的失速迎角保护值包括所述飞行器的迎角保护起始值和迎角保护最大值、失速警告迎角值以及迎角平台值。
11.根据又一实施例，依次在所述机翼防冰系统的防冰开关已开启但机翼防冰温度尚未达到目标工作温度、所述机翼防冰系统的防冰开关已开启且机翼防冰温度已达到目标工作温度、以及所述机翼防冰系统失效的情况下，经降低的失速迎角保护值是递减的。
12.根据又一实施例，经降低的失速迎角保护值是根据所述飞行器的构型和当前马赫数来解算的。
13.根据又一实施例，所述飞行器的构型至少包括缝翼偏度和/或襟翼偏度。
14.根据又一实施例，所述解算是以所述飞行器的飞控计算机的计算频率和/或飞行器的构型传感器的采样频率来进行的。
15.根据又一实施例，该方法还包括：在所述机翼防冰系统的防冰开关已开启且机翼防冰温度已达到目标工作温度的情况下，基于总温高于预定温度超过预定时长和/或来自飞行员的操纵指令，使所述飞行器的经降低的失速迎角保护值恢复为初始失速迎角保护值。
16.根据又一实施例，该方法还包括：在所述机翼防冰系统失效的情况下，拒绝执行飞行员将所述飞行器的失速迎角保护值恢复为初始值的指令。
17.根据又一实施例，该方法还包括：经降低的失速迎角保护值被提供给eicas和pfd，以供用于警告提示。
18.根据本公开的第二方面，提供了一种飞行器失速保护系统，包括：结冰探测器，用于确定所述飞行器处于结冰气象条件下；机翼防冰系统，用于机翼防冰并通知其工作状态，所述机翼防冰系统的工作状态包括：所述机翼防冰系统的工作状态至少包括以下各项中的一者或多者：防冰开关的开启或关闭、所述机翼防冰系统是否失效、机翼防冰温度、所述机翼防冰系统的引气活门的开度、所述机翼防冰系统的引气压力；以及飞控计算机，其被配置成：基于来自所述结冰探测器的信号来确定所述飞行器处于结冰气象条件下；根据从所述机翼防冰系统接收到的工作状态来降低所述飞行器的失速迎角保护值；以及根据经降低的失速迎角保护值来对所述飞行器提供失速保护。
19.根据一实施例，该系统还包括用于确定所述飞行器处于结冰气象条件下的总温传感器和/或湿度传感器。
20.根据本公开的第三方面，提供了一种飞行器，包括根据本公开的第二方面所述的系统。
21.各方面一般包括如基本上在本文参照附图所描述并且如通过附图所解说的方法、装备、系统、计算机程序产品和处理系统。
22.前述内容已较宽泛地勾勒出根据本公开的示例的特征和技术优势以使下面的详细描述可以被更好地理解。附加的特征和优势将在此后描述。所公开的概念和具体示例可容易地被用作修改或设计用于实施与本公开相同的目的的其他结构的基础。此类等效构造并不背离所附权利要求书的范围。本文所公开的概念的特性在其组织和操作方法两方面以及相关联的优势将因结合附图来考虑以下描述而被更好地理解。每一附图是出于解说和描述目的来提供的，且并不定义对权利要求的限定。
附图说明
23.为了能详细理解本公开的以上陈述的特征所用的方式，可参照各方面来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中解说。然而应该注意，附图仅解说了本公开的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为本描述可允许有其他等同有效的方面。不同附图中的相同附图标记可标识相同或相似的元素。
24.图1是根据本公开的一实施例的飞行器失速保护的示例方法的流程图；图2是根据本公开的一实施例的飞行器失速保护的示例系统的框图；以及
图3是根据本公开的一实施例的飞行器的示意图。
具体实施方式
25.以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而无意表示可实践本文中所描述的概念的仅有的配置。本详细描述包括具体细节以提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践这些概念。
26.如上所述，飞行器的结冰（诸如机翼、尾翼和机身的结冰）会影响飞行器的操稳特性和飞行安全。本公开提供了飞行器带冰后的失速保护，使得既能保证在结冰条件下的飞行安全，又能够在一定程度上提升飞行器带冰后的性能，从而改善了在结冰条件下的机动能力并减轻了飞行员在结冰条件下的操纵负担。
27.下面参考图1，其示出了根据本公开的一实施例的飞行器失速保护的示例方法100的流程图。
28.在框110，方法100可包括确定飞行器处于结冰气象条件下。一般而言，飞行器在进入结冰气象条件后，会出现结冰现象，诸如机翼、尾翼、机身、发动机进气道等部件会结冰。
29.在一实施例中，方法100可以根据结冰探测器来确定飞行器处于结冰气象条件下，例如通过结冰探测器给出的结冰信号来作出确定。可以明白，飞行器可能带有一个以上的结冰探测器，在这一情形中可以基于任何一个或多个结冰探测器给出结冰信号来确定飞行器处于结冰气象条件；或者可以采取任何其他合适的表决方法来根据这些结冰探测器的探测信号来作出决定。在另一实施例中，方法100可以根据飞行手册定义的结冰条件来确定飞行器处于结冰气象条件下。例如，飞行手册定义的结冰条件可包括总温传感器测得的温度低于预定温度阈值并且湿度传感器测得的湿度高于预定湿度阈值、接收到来自飞行员的打开机翼防冰系统的指令（例如，飞行员目视到云层、湿气等等而选择打开机翼防冰系统），等等。当然，本领域技术人员可以明白，还可以采用任何其他合适的方式来确定飞行器处于结冰气象条件下，例如可通过机载摄像机所拍摄的图像来通过图像处理进行确定，诸如通过图像处理确定云层的存在。
30.接着，方法100可包括在框120，确定飞行器的机翼防冰系统的工作状态。在该实施例中，机翼防冰系统的工作状态可至少包括以下各项中的一者或多者：防冰开关的开启或关闭、机翼防冰系统是否失效、机翼防冰温度、机翼防冰系统的引气活门的开度、机翼防冰系统的引气压力，等等。
31.在一实施例中，在确定飞行器处于结冰气象条件下之后，飞行器的机翼防冰系统可自动开启。或者，飞行器的机翼防冰系统可基于飞行员的开启指令来开启。在这一实施例中，在确定飞行器处于结冰气象条件下之后，方法100可任选地包括通知飞行员开启机翼防冰系统，例如在机载显示器上显示警报、提示等等。在又一实施例中，飞行员可目视可见的湿气并基于总温传感器的测得温度来手动开启机翼防冰系统。本领域技术人员可以明白，可以采用任何其他合适的方式来开启机翼防冰系统。在机翼防冰系统开启后，方法100可根据来自机翼防冰系统的信号（诸如防冰开关的开启或关闭、机翼防冰系统是否失效、机翼防冰温度、机翼防冰系统的引气活门的开度、机翼防冰系统的引气压力，等等）确定其工作状态，在此不再赘述。
32.随后在框130，方法100可包括取决于机翼防冰系统的不同工作状态，来降低飞行
器的失速迎角保护值。
33.发明人认识到，在飞行器带冰之后，为避免失速，飞行器的迎角将要受到损失。因而，在一实施例中，飞行器的失速迎角保护值需要被降低。在本公开的又一实施例中，飞行器的失速迎角保护值可包括飞行器的迎角保护起始值和迎角保护最大值、失速警告迎角值以及迎角平台值，等等。因此，方法100可以取决于机翼防冰系统的不同工作状态，来降低这些值中的任何一者或多者，以有效地保证结冰条件下的飞行安全并改进飞行器带冰后的性能。
34.在一优选实施例中，经降低的失速迎角保护值是根据飞行器的构型和当前马赫数来解算的，其中飞行器的构型至少包括缝翼偏度和/或襟翼偏度。继续以上示例，这一解算可以使用马赫数、缝翼偏度、襟翼偏度等来作为参数，从表中查找出这一参数组合所对应的经降低的失速迎角保护值。在进一步的实施例中，由于飞行器的初始失速迎角保护值（即其失速保护系统所提供的在无冰状况下的迎角保护值）是已知的，因而相应的查找表也可以记载与初始失速迎角保护值的差值，从而通过使初始失速迎角保护值减去该差值来得到经降低的失速迎角保护值。
35.例如，基于机翼防冰系统的不同状态（例如，机翼防冰系统的防冰开关已开启但机翼防冰温度尚未达到目标工作温度（主要适用于飞行器的起飞阶段以及短时穿云情况）、机翼防冰系统的防冰开关已开启且机翼防冰温度已达到目标工作温度（主要适用于飞行器的待机阶段以及进场着陆阶段）、以及机翼防冰系统失效（主要适用于防冰系统失效后的待机和进场着陆）等三种不同状态）和失速迎角保护值（例如，飞行器的迎角保护起始值和迎角保护最大值、失速警告迎角值以及迎角平台值等四个失速迎角保护值），可以存在十二个查找表，分别对应于不同机翼防冰系统状态下的每一种失速迎角保护值。由此，方法100可以在飞行器处于结冰气象条件下基于机翼防冰系统的不同工作状态选择相应的查找表，并使用飞行器的马赫数、缝翼偏度、襟翼偏度等来在所选择的查找表中找出合适的经降低的失速迎角保护值。本领域技术人员可以明白，上述给出的十二个查找表仅仅是本公开的优选示例，防冰开关的开启或关闭、机翼防冰系统是否失效、机翼防冰温度、机翼防冰系统的引气活门的开度、机翼防冰系统的引气压力等等中的任何一者或多者都可以对应于一个查找表。当然，尽管本公开在此描述了使用查找表来找出合适的失速迎角保护值，可以明白，可以采取任何其他合适的方式，诸如实时地进行计算。
36.在另一实施例中，经降低的失速迎角保护值的解算是以飞行器的飞控计算机的计算频率和/或飞行器的构型传感器的采样频率来进行的。从而，经降低的失速迎角保护值可取决于飞行器的机翼防冰系统的工作状态、马赫数、缝翼偏度、襟翼偏度等而被实时地更新。
37.进一步根据以上优选实施例，依次在机翼防冰系统的防冰开关已开启但机翼防冰温度尚未达到目标工作温度、机翼防冰系统的防冰开关已开启且机翼防冰温度已达到目标工作温度、以及机翼防冰系统失效的情况下，经降低的失速迎角保护值是递减的。从而，在机翼防冰系统的防冰开关已开启但机翼防冰温度尚未达到目标工作温度时，飞行器的迎角损失最小；在机翼防冰系统失效时，飞行器的迎角损失最大。如此可以使得在确保飞行安全的情况下，最大限度地保证飞行器的性能（例如，机动能力）。
38.以迎角保护起始值和迎角保护最大值为例：在机翼防冰系统开启但尚未达到目标
工作温度的情况下（即，机翼防冰系统的防冰开关已开启但机翼防冰温度尚未达到目标工作温度），使迎角保护起始值减去第一值来得到经降低的迎角保护起始值，并使迎角保护最大值减去第二值来得到经降低的迎角保护最大值；在机翼防冰系统已达到目标工作温度的情况下（即，机翼防冰系统的防冰开关已开启且机翼防冰温度已达到目标工作温度），使迎角保护起始值减去来得到经降低的迎角保护起始值，并使迎角保护最大值减去第四值来得到经降低的迎角保护最大值；以及在机翼防冰系统失效的情况下，使迎角保护起始值减去第五值来得到经降低的迎角保护起始值，并使迎角保护最大值减去第六值来得到经降低的迎角保护最大值。在这一具体示例中，第一值小于第三值且第三值小于所述第五值；并且第二值小于第四值且第四值小于第六值；并且第一值和第二值可以相同或不同，第三值和第四值可以相同或不同，第五值和第六值可以相同或不同。本领域技术人员可以明白，同一原理可以适用于失速警告迎角值、迎角平台值等失速迎角保护值。
39.随后，在框140，方法100可包括根据经降低的失速迎角保护值来对飞行器提供失速保护。飞行器的失速保护控制律是本领域技术人员已知的，因而在此不再赘述。
40.在本公开的另一实施例中，可任选地，方法100还可包括在机翼防冰系统的防冰开关已开启且机翼防冰温度已达到目标工作温度的情况下，基于总温高于预定温度超过预定时长和/或来自飞行员的操纵指令，使飞行器的经降低的失速迎角保护值恢复为初始失速迎角保护值。例如，飞行员可以通过目视来发现飞行器已经无冰，从而可以手动关闭机翼防冰系统；在这一情形中，方法100可以终止，并且经降低的失速迎角保护值可以恢复，从而没有任何迎角损失，使得飞行器的机动能力恢复如初。本领域技术人员可以明白，可以使用任何其他合适的参数和指令来使得飞行器的失速迎角保护值得以恢复。
41.在本公开的又一实施例中，为了确保飞行安全，在飞行器带冰的情况下应当限制飞行器的迎角边界。由此，方法100还可任选地包括在机翼防冰系统失效的情况下，拒绝执行飞行员将所述飞行器的失速迎角保护值恢复为初始值的指令。这是因为，在飞行器处于结冰气象条件下且机翼防冰系统失效的情况下，飞行器机翼、机身等都会结冰（即，带冰），由此应当使得飞行器的失速迎角保护值降低，以保证飞行安全。因而在这一情形中，即使飞行员通过指令来恢复失速迎角保护值，方法100也可拒绝执行这一指令，而继续保持应用经降低的失速迎角保护值。
42.在本公开的又一实施例中，方法100还可包括将经降低的失速迎角保护值提供给eicas（引擎指示与机组警报系统）和pfd（主飞行显示器），以供用于向飞行员进行警告提示。
43.接着参考图2，其示出了根据本公开的一实施例的飞行器失速保护的示例系统200的框图。
44.如图2所示，飞行器失速保护系统200可包括结冰探测器210，机翼防冰系统220和飞控计算机230，其中结冰探测器210用于确定飞行器处于结冰气象条件下并将相应信号传送给飞控计算机230，机翼防冰系统220用于机翼防冰并通知其工作状态（例如，通知给飞控计算机230），飞控计算机230可被配置成基于来自结冰探测器210的信号来确定飞行器处于结冰气象条件下、根据从机翼防冰系统220接收到的工作状态来降低飞行器的失速迎角保护值；以及根据经降低的失速迎角保护值来述飞行器提供失速保护。
45.如图2所示，飞控计算机230可以输出计算得到的经降低的失速迎角保护值，例如
输出到机载显示器以供显示，等等。
46.可任选地，飞行器失速保护系统200还可包括用于确定飞行器处于结冰气象条件下的总温传感器和/或湿度传感器。在这一实施例中，在总温传感器测得的温度低于预定温度阈值并且湿度传感器测得的湿度高于预定湿度阈值的情况下，可以确定飞行器处于结冰气象条件下。在此，预定温度阈值和预定湿度阈值可以是预定的任何合适的值。
47.图3是解说根据本公开的各方面的示例飞行器300的示意图。如图所示，飞行器300可包括飞行器失速保护系统310，诸如图2所述的示例飞行器失速保护系统200。
48.由此，本公开提供了对飞行器带冰后所有的结冰场景进行了失速保护。失速迎角保护值取决于不同的带冰场景来设置不同的迎角损失，使得迎角损失随着带冰的增加而逐渐增大，从而在有效地保证结冰条件下的飞行安全的情况下，防止迎角从无冰到有冰的急剧变化导致的性能损失，保证了飞行器带冰后的性能。
49.以上具体实施方式包括对附图的引用，附图形成具体实施方式的部分。附图通过说明来示出可实践的特定实施例。这些实施例在本文中也称为“示例”。此类示例可以包括除所示或所述的那些元件以外的元件。然而，还构想了包括所示或所述元件的示例。此外，还构想出的是使用所示或所述的那些元件的任何组合或排列的示例，或参照本文中示出或描述的特定示例（或其一个或多个方面），或参照本文中示出或描述的其他示例（或其一个或多个方面）。
50.在所附权利要求书中，术语“包括”和“包含”是开放式的，也就是说，在权利要求中除此类术语之后列举的那些元件之外的元件的系统、设备、制品或过程仍被视为落在那项权利要求的范围内。此外，在所附权利要求书中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅被用作标记，并且不旨在表明对它们的对象的数字顺序。
51.另外，本说明书中所解说的各操作的次序是示例性的。在替换实施例中，各操作可以按与附图所示的不同次序执行，且各操作可以合并成单个操作或拆分成更多操作。
52.以上描述旨在是说明性的，而非限制性的。例如，可结合其他实施例来使用以上描述的示例（或者其一个或多个方面）。可诸如由本领域普通技术人员在审阅以上描述之后来使用其他实施例。摘要允许读者快速地确定本技术公开的性质。提交该摘要，并且理解该摘要将不用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在以上具体实施方式中，各种特征可以共同成组以使本公开流畅。然而，权利要求可以不陈述本文中公开的每一特征，因为实施例可以表征所述特征的子集。此外，实施例可以包括比特定示例中公开的特征更少的特征。因此，所附权利要求书由此被结合到具体实施方式中，一项权利要求作为单独的实施例而独立存在。本文中公开的实施例的范围应当参照所附权利要求书以及此类权利要求所赋予权利的等价方案的完整范围来确定。