基于飞行模拟机的TAWS包线仿真可行性分析方法与流程

基于飞行模拟机的taws包线仿真可行性分析方法
技术领域
1.本发明涉及飞行模拟的技术领域，尤其是涉及一种基于飞行模拟机的taws包线仿真可行性分析方法。


背景技术：

2.taws(terrain awareness and warning system)是地形告警系统的统称，很多公司也将其成为egpws(enhanced ground proximity warning system，即增强型近地告警系统)，两者功能非常相似。gpws是上世纪六七十年代，美国空军提出的用于避免可控飞行撞地(controlled flight into terrain，简称cfit)，由近地警告计算机，警告灯和控制板组成，它的核心是近地警告计算机，一旦发现不安全状态就通过灯光和声音通知驾驶员，直到驾驶员采取措施脱离不安全状态时信号终止。gpws出现后，在一定程度上减少了事故的的发生，但是依然有很多不足，没有从根本上解决此类问题。所以taws应运而生，此系统是gpws的增强版，是在gpws系统晚上的六种模式的基础上加入前视功能，包括地形警告和地形显示功能。
3.taws中主程序为七种模式的告警，分别是(1)下降率过大；(2)地形接近率过大；(3)起飞或复飞后高度爬升不够；(4)非着陆状态下的不安全超障高度；(5)下滑道偏离度过大；(6)倾斜角过大；(7)反应式风切变，另外还有地面测试、地形显示和障碍物警告。
4.作为一名飞行员，一方面需要熟悉各类近地告警信号的声音和图像表示，以便快速地作出反应；另一方面也应该掌握在面对这些危险时如何操纵来更快更有效地规避。故飞行员会在经历一定时间的延迟后操纵飞机进行规避。将飞行员接受告警后的一系列行动抽象化就是飞行员反应模型，同时又细分为代表飞行员延迟的飞行员的反应延迟模型和代表操纵飞机进行规避的飞行员操作模型。
5.在民航双发窄体机(波音737和空客a320，c919等型号飞行器)飞行中，针对taws地形感知和警告系统中模式6的旋转角度过大的警告，各机型有特别要求。例如根据空客给出的a-320飞行器手册以及中国民航局发行的飞行员机组手册可以得知，所有民航客机在全发有效的情况下最大倾斜角均为45
°
，但局方或者航空公司一般只让飞行员最多做到30
°
，自动驾驶也最多只能做出30
°
的倾斜角。由于a-320是电控航空器，所以即使在人为驾驶的情况下飞行控制系统也会强行干预以防倾斜角过大，这是一种保护机制。由此可见，在a-320客机上做出atm(air traffic management，空中交通管理)中提在200ft高度上转角35
°
倾斜角是基本做不到的。因此，需要分析在飞行模拟器上特定状态下，飞行器可以做到符合atm包线的飞行姿态，并结合实际情况分析是否可行。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种基于飞行模拟机的taws包线仿真可行性分析方法，分析在飞行模拟器上特定状态下，飞行器可以做到符合atm包线的飞行姿态，最后结合实际情况分析是否可行，对飞行培训起到了指导性作用。
7.本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
8.一种基于飞行模拟机的taws包线仿真可行性分析方法，包括以下步骤：
9.根据twas模式六的包线描述，构建包线公式：
[0010][0011]
其中，xd为倾斜高度，f(xd)为无线电高度；
[0012]
选取若干个极限点或拐点，利用包线公式评估是否会发出警告，根据twas可知，当无线电高度低于包线或者飞行倾斜角大于包线时，会发出警告；
[0013]
获得发出警告的条件。
[0014]
本发明进一步设置为：所述选取若干个极限点或拐点，利用包线公式评估是否会发出警告，包括：
[0015]
根据atm的描述，限定在200ft时转角35
°
，将200ft代入公式
②
中得到包线倾斜角为xd＝40.3
°
，在200ft高度时飞行倾斜角35
°
小于包线40.3
°
，即在200ft时转角35
°
不会得出对应告警。
[0016]
本发明进一步设置为：所述选取若干个极限点或拐点，利用包线公式评估是否会发出警告，包括：
[0017]
确定a-320飞机翼展长度为34.1m，半径为17.05m，换算后为56ft，即为飞行模拟器在倾斜角达到最大90
°
时的极限安全高度，将56ft作为无线电高度代入公式
①
中得到xd＝16.5
°
，根据三角函数公式：
[0018][0019]
将α＝16.5
°
，斜边长度＝56ft代入公式
③
中，得到对边长度＝15.9ft，在飞行倾斜角为16.5
°
时无线电高度15.9ft低于包线高度56ft，符合报警条件。
[0020]
本发明进一步设置为：所述选取若干个极限点或拐点，利用包线公式评估是否会发出警告，包括：
[0021]
根据航空公司规定，在飞行模拟机最大限制倾斜角30
°
的情况下，代入公式
①
和
③
中分别获得包线高度110ft和无线电高度28ft，无线电高度低于包线，符合报警条件。
[0022]
本发明进一步设置为：所述选取若干个极限点或拐点，利用包线公式评估是否会发出警告，包括：
[0023]
包线的第一拐点出现在xd＝10
°
时，代入公式
③
可得无线电高度为9.72ft，低于包线高度30ft，符合报警条件。
[0024]
本发明进一步设置为：基于对极限点和拐点的分析，得出结论，在排除其他因素的情况下，在无线电高度为30-110ft时，随着公式
①
的线性增长趋势，倾斜角大于10
°‑
30
°
可得到对应警告。
[0025]
本发明进一步设置为：结合不同操纵杆快慢下地告警包线和不同飞行员延迟时间的告警包线，评估复位救起的成功率。
[0026]
综上所述，本发明的有益技术效果为：
[0027]
本发明分析在飞行模拟器上特定状态下，飞行器可以做到符合atm包线的飞行姿态，最后结合实际情况分析是否可行，对飞行培训起到了指导性作用。
附图说明
[0028]
图1是本发明实施例的方法流程图；
[0029]
图2是本发明实施例中twas模式六的包线示意图；
[0030]
图3是本发明实施例中用于表示飞行模拟机转动的示意图；
[0031]
图4是本发明实施例中不同操纵杆快慢下地告警包线示意图；
[0032]
图5是本发明实施例中不同飞行员延迟时间下地告警包线示意图。
具体实施方式
[0033]
参照图1，本发明公开了一种基于飞行模拟机的taws包线仿真可行性分析方法，本发明是基于a-320机型，包括以下步骤：
[0034]
s1、根据twas模式六的包线描述，根据图2可知，横坐标为飞行器倾斜角度，纵坐标为飞行器当前无线电高度，包线右侧区域为检测到倾斜角过大后会报警的区域。倾斜角度与无线电高度为线性关系，分为三段。设倾斜角度为xd,设无线电高度为f(xd)，根据(10,30)，(40,150)，(55,2450)三个坐标点可构建包线公式：
[0035][0036]
其中，xd为倾斜高度，f(xd)为无线电高度。所以在无线电高度低于包线或者飞行倾斜角大于包线时，就会出发灯光和警告。
[0037]
s2、选取若干个极限点或拐点，利用包线公式评估是否会发出警告。
[0038]
s3、获得发出警告的条件。
[0039]
在步骤s2中，选点和对所选点进行评估，具体包括以下步骤：
[0040]
s21、根据atm的描述，限定在200ft时转角35
°
，将200ft代入公式
②
中得到包线倾斜角为xd＝40.3
°
，在200ft高度时飞行倾斜角35
°
小于包线40.3
°
，即在200ft时转角35
°
不会得出对应告警。
[0041]
s22、查询a-320amm(aircraft maintenance manual，飞机维护手册)，参照图3，确定a-320飞机翼展长度为34.1m，半径为17.05m，换算后为56ft，即为飞行模拟器在倾斜角达到最大90
°
时的极限安全高度，将56ft作为无线电高度代入公式
①
中得到xd＝16.5
°
，根据三角函数公式：
[0042][0043]
将α＝16.5
°
，斜边长度＝56ft代入公式
③
中，得到对边长度＝15.9ft，在飞行倾斜角为16.5
°
时无线电高度15.9ft低于包线高度56ft，符合报警条件。
[0044]
s23、根据航空公司规定，在飞行模拟机最大限制倾斜角30
°
的情况下，代入公式
①
和
③
中分别获得包线高度110ft和无线电高度28ft，无线电高度低于包线，符合报警条件。
[0045]
s24、根据图1包线示意图可知，模式六倾斜角过大警告最开始出现，即第一拐点出现在xd＝10
°
时，代入公式
③
可得无线电高度为9.72ft，低于包线高度30ft，符合报警条件。
[0046]
步骤s3对上述步骤s21-s24的分析进行总结，得出以下结论：在排除其他因素的情况下，在无线电高度为30-110ft时，随着公式
①
的线性增长趋势，倾斜角大于10
°‑
30
°
可得到对应警告。
[0047]
结合不同操纵杆快慢下地告警包线和不同飞行员延迟时间的告警包线，评估复位救起的成功率。即使创造出可警告的条件，能否补救依然是需要专注研究的的问题，不然在低无线电高度下不能及时地拉起或者摆正飞行器姿态，一切警告都是无意义地。根据不同操纵杆快慢下地告警包线(参照图4)，以及不同飞行员延迟时间下地告警包线(参照图5)可知，在低无线电高度以及低下降率的情况下，三种飞行员延迟时间的告警包线几乎一致，而操纵高操作速率较快的飞行员的包线整体向左偏移存在一定高度差δh＝h0_0.01-h0_0.015，即拥有更多的时间和高度进行规避，复位救起的成功率也将更高。
[0048]
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。