專利名稱：得到旋轉翼飛機的預測垂直速度的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及得到飛機的預測垂直速度的方法，尤其是得到旋轉翼飛機的預測垂直 速度的方法。本發(fā)明還涉及實現所述方法的預測垂直指示器設備。
背景技術：
為了能夠使旋轉翼飛機飛行，飛機駕駛員使用多個機載儀器，尤其，使用垂直速度 指示器。這種指示器確定旋轉翼飛機的瞬時垂直速度(垂直向上或向下速度)，并且通知飛 機駕駛員。垂直速度指示器依靠在上升或下降的同時測量大氣壓力變化的原理。通過舉例的 方式，這可以通過由連接到隔熱箱的壓力表密封件構成的指示器來實現，使組件經由經校 正的毛細管與周圍空氣(環(huán)境氣氛)通信。經由作用如同確定孔尺寸的進氣口的毛細管提供的連接，通過周圍空氣(大氣壓 力或指示器中但是密封件外的靜壓力)和密封件內的壓力之間的差來控制可變速度指示 器。毛細管需要校正，以致密封件的變形表示給定時刻的本地壓力和之前緊接時刻的本地 壓力之間的壓力差。結果，要求毛細管足夠細，以保證在上升或下降時靜壓力(環(huán)境氣氛) 與密封件內的壓力有足夠的差別。換言之，毛細管在大氣壓力中施加了一定的延遲，變得建立在整個密封件_和-箱 組件中?？紤]到其工作的原理，就容易理解，在飛行中的飛機的飛行路徑中發(fā)生向上或向 下改變的任何時候，垂直速度指示器給出的指示并非瞬時的。由于垂直速度指示器只響應于壓力變化，所以在平飛期間，自然地導致經由毛細 管的指示器內和外的壓力相等，以致所指示的上升或下降的速率變得等于零。此外，對于飛機駕駛員來說，重要的是要知道相對于空氣的速度Va，通常稱之為 “氣流速度”。這通過氣流速度指示器來測量和顯示。該儀器是一個差動壓力表，用于測量 靜壓力和通過相應壓力進口的空氣流的總壓力之間的差。靜壓力(在靜壓力進口處的環(huán)境壓力)是與飛機的氣流速度無關的。從用于接收氣流的總壓力的進口得到總壓力(或“滯止壓力”)。在這種情況下，氣流速度指示器還包括氣壓計盒密封件(aneroid capsule)，該氣 壓計盒密封件以總壓力和靜壓力之間的差值的函數而變形到更大或更小的程度。通常，在已知為皮托管(Pitot tube)的單個探測器上，把靜壓力進口和總壓力進 口組合在一起。皮托管實質上是精簡的和圓柱形的，具有通常為半球形的引導端。把皮托 管放置在飛機上，以致首先總壓力進口位于圓柱體最末端的引導端處，而其次靜壓力進口 是徑向的，并且位于總壓力進口的后面。在旋轉翼飛機的特殊情況中，靜壓力進口的位置原則上沿著機身，而總壓力進口 位于長度更長或更短的極(pole)的引導端處。因此，在應用Bernoulli的理論(該理論對于旋轉翼飛機的正向速度特別有效)時，所述差等于動態(tài)壓力(與飛機的氣流速度的平方成正比)，并從動態(tài)壓力推導出所指示 的飛機氣流速度。將該速度傳送到一種機載儀器，即，用于構成空氣速度結構的指示器，以致所指示 的速度Va對應于·在地面上，對應于飛機相對于環(huán)境氣氛的速度；以及·在高處(飛行中)，對應于等效的空氣速度，即，正確的空氣速度Vv或飛行路徑 速度乘以空氣相對密度σ的平方根的乘積，其本身等于所討論的在高處的空氣密度P除 以“標準氣氛”中地地平處的空氣密度P ^的商，即<formula>formula see original document page 6</formula>在現實中，所指示的空氣速度因為儀器誤差而與等效的空氣速度不同。結果，需要 通過校正空氣速度結構來校正所指示的空氣速度，為的是對應于經校正的速度或經校正的 空氣速度VC，所述經校正的速度或經校正的空氣速度VC接近于等效空氣速度，但是與其不 同。僅在海平面處的“標準氣氛”條件下校正如此的儀器。換言之，事實上，如果壓力 是101，325帕以及如果溫度是攝氏15度(P = P C1),所指示的速度才等于相對于空氣的速度。當實際氣氛與標準氣氛顯著地不同時，基于這里不需要描述的“密度高度”來引入 校正。重要的是，觀察到，當飛機的空氣速度降低時，具有皮托管和靜壓力進口的常規(guī)設 備表現出趨向零的靈敏度。此外，為了清楚起見，如果定義正確的空氣速度Vp為等于真實空氣速度的水平分 量，S卩，Vv ^cose,其中θ是飛機飛行路徑的斜角。因此，矢量和矢量<，即，風的水平
分量，產生作為導航基本的、與地面速度矢量^對應的幾何結果。自然，在平飛中，真實的空
氣速度Vv和正確的空氣速度Vp是相等的。忽略儀器誤差，因此就有可能假設，在平飛中，經 校正的空氣速度VC等于正確速度Vp乘以V O的乘積，即VC = Vp Τσ此外，對于旋轉翼飛機來說，定義第一和第二飛行速度制度。例如，把在這兩個速 度制度之間的邊界處的飛行速度稱為“最小-功率”速度，并且等于約65節(jié)(kt)。這對應 于平飛所需要的最低功率水平，把該水平稱為“最小”功率。這是通過曲線表示的最小值， 所述曲線是標繪出作為其正向速度的函數的、旋轉翼飛機以平飛進行飛行時所需要的功率 而得到的。所需要的功率是下列各項的總和·需要產生的以及等于所謂的“誘發(fā)的”速度乘以動態(tài)升降的乘積的、與升降相關 聯的誘發(fā)的功率該功率水平隨旋轉翼飛機的正向速度的增加而減少；·由于主旋轉翼的葉片的分布拖動(profile drag)引起的分布功率，該功率隨葉 片分布的變化而改變該功率隨正向速度的增加而增加；·由于機身的拖動引起的機身功率該功率水平作為速度的函數而快速增加，實質 上作為升高到第三功率的速度的函數；以及
特別由于從發(fā)動機到主旋轉翼和尾旋轉翼的功率傳輸、冷卻、驅動配件而引起的 功率損耗這些功率損耗隨旋轉翼飛機的正向速度的增加而增加。因此，當旋轉翼飛機經校正的空氣速度VC大于最小功率速度Vy時，應用第一速度 制度。在這個制度中，所需要的功率隨空氣速度的增加而增加，并且對應于穩(wěn)定的飛行。相反，在所述最小功率速度以下應用第二速度制度。在這個制度中，旋轉翼飛機的 飛行遭遇到不穩(wěn)定性。在這個第二速度制度中，經校正的空氣速度較低，并且所需要的功率 隨旋轉翼飛機速度的降低而增加?？諝馑俣戎甘酒鳒y量值就隨旋轉翼飛機正向速度的降低 而變得越來越不可靠。此外，由于與垂直速度指示器的慣性相關聯的延遲，測量到的瞬時垂 直速度是近似的，如上所述。
此外，已知為“上升(uplift) ”的現象可能對由垂直速度指示器給出的指示作出偽 造的解釋。通常，上升現象是一種包含向更高高度移動的空氣的自然現象。因此，當飛機駕駛員使旋轉翼飛機的機首上升時，即使只有上升了一點點，并且可 能是本能性的而沒有改變旋轉翼飛機的瞬時發(fā)動機功率(能量)，垂直速度指示器也會開 始指示正的垂直速度。在短期內，機身的縱向高度增加，旋轉翼飛機趨向于逐漸上升。然而，旋轉翼飛機 的總能量是它的動能加上它的勢能的和。由于使功率維持恒定，所以增加勢能導致降低動 能，因此旋轉翼飛機慢下來了。不幸地，飛機駕駛員不知道旋轉翼飛機的速度降低，相信上升的自然現象所得到 的有利情況。因此飛機駕駛員沒有通過增加旋轉翼飛機的功率對速度降低采取補救措施。此外，如上所述，在速度的第二制度中，如此的慢下來需要與增加功率量同時發(fā)生。結果，由于飛機駕駛員沒有增加所傳送的、由于正向速度的降低而需要增加的功 率而垂直速度突然下跌為較高的負值。因此，旋轉翼飛機開始快速下降，并且可能處于飛機 駕駛員沒有預見到的危險狀態(tài)，因為垂直速度指示器僅在之前的一些時刻還指示正的垂直 速度。此外，當在能見度差的情況下飛行時，飛機駕駛員必須完全依靠儀器板上可用的 儀器提供的信息，包括垂直速度指示。如果發(fā)生緊急情況，則可能會促使飛機駕駛員匆匆地 作出響應。此外，相當晚才能得到的所述信息可能會加重這種草率反應。然后，飛機駕駛員 要承諾可能導致事故的駕駛差錯。這在下列情況中會發(fā)生如果因近邊出現障礙物而擔憂 的飛機駕駛員，在沒有同時增加發(fā)動機功率的情況下，通過在循環(huán)螺距桿上的反應而不由 自主地操作。這導致旋轉翼飛機取得機首稍向上的高度，接著是高度快速下降，這在旋轉翼 飛機正在接近地面或水面飛行的情況下是極危險的。此外，應該觀察到，文件EP 0 006 773描述了一種用于確定重飛行器的預測速度 的方法。
發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是對這些缺陷采取補救措施，并且建議一種用于得到旋轉翼飛 機的預測垂直速度的方法，在不管外部條件的情況下，使之有可能具有可用的相關信息，以便以完全安全的方式冷靜地監(jiān)視飛機。尤其，通過適用于該目的的、這里稱之為預測垂直速 度指示器的垂直速度指示器來實現該方法。根據本發(fā)明，得到旋轉翼飛機的預測垂直速度Vap的方法(即，在給定長度時間之 后對旋轉翼飛機的飛行路徑無需作出任何改變就可以估計旋轉翼飛機要達到的垂直速度 的方法)的值得注意之處在于連續(xù)地執(zhí)行下列各個步驟a)測量旋轉翼飛機的瞬時垂直速度± ；
b)根據預測項確定校正垂直速度；以及c)使校正垂直速度與瞬時垂直速度相加以得到所述預測垂直速度VAP。結果，飛機駕駛員可訪問預測垂直速度，使飛機駕駛員預先考慮要執(zhí)行的操縱成 為可能，為的是使旋轉翼飛機避免處于嚴峻的情況。較佳地，通過常規(guī)垂直速度指示器來提供瞬時垂直速度X，根據本發(fā)明，該常規(guī)的 垂直速度指示器把預測垂直速度傳送到所述指示器的讀出部分，因此變換成預測垂直速度 指不器。因此，得到預測垂直速度的方法的作用是得到一個安全的時間窗口，在該時間窗 口中，飛機駕駛員可以提前采取適合于上述特殊情況的校正行動措施。此外，這種提前采取措施考慮了機載儀器(即，垂直速度指示器以及可能的空氣 速度指示器)的內在工作的固有延遲。預先確定與飛機駕駛員執(zhí)行一次操縱所需要的時間對應的提前采取措施時間窗 口。通過熟悉本領域的技術人員估計，這個時間實質上為10秒。步驟b)包括步驟bl)，在該期間，確定通過垂直速度指示器測量的、作為瞬時正確 速度Vp、預測正確速度VPP、最小功率速度Vy、瞬時垂直速度χ的函數的瞬時垂直速度測量值 ν的第一校正、以及表示給定類型的旋轉翼飛機的旋轉翼飛機特征的常數k。通過測試并且基于與旋轉翼飛機的質量無關的、與旋轉翼飛機的功率和垂直速度 之間的比例比信對應的線性近似來確定特征常數k，由下式給出
WV = k( —-1)近似為
Wn o Vp^rr1- = 2 -Wvy Vy在這些關系式中，Wvy和Wn是指分別在最小功率速度Vy和正確速度Vp時平飛所需 要的功率，而W是指可從旋轉翼飛機得到的瞬時功率。在這個基礎上，并且初始地，確定可應用于瞬時垂直速度χ和由下式給出的預測 項CP1=(V + k) PP" /
ZVy - Vpp在第一校正的情況中，有可能任意地提供在通過第一加權系數A(已經通過與每 個類型的旋轉翼飛機相關的測試而確定加權系數A)對預測項加權的步驟b’l)期間的第二 操作。這個第一加權系數一般接近于一。因此把經加權的預測項Cm寫成
Cppi = AxCpi在理論上，不需要包括第一加權系數，由于它在理論上等于一。然而，特定的旋轉翼飛機可能與理論稍有偏離。結果，本發(fā)明允許測試而確定第一 加權系數的值，該值可以稍微偏離一。符號“X”對應于乘法符號。在如此的情況下，對測量的瞬時垂直速度χ的第一校正等于預測項Cpi或經加權的 預測項Cm。重要的是可觀察到，如果滿足下面兩個條件，才可應用該第一校正(Cpi或Cppi)·在平飛中的經校正的空氣速度VC小于接近65節(jié)的速度Vy ；以及·經校正的空氣速度VC正在減小。在對瞬時垂直速度χ確定第二校正期間的步驟b)期間，本發(fā)明的方法還可包括步 驟 b2)。更精確地說，第二校正是用于補償垂直速度指示器給出的讀數的任何錯誤解釋 的。給出上述解釋，目的是消除垂直速度指示器給出的垂直速度中的極短期變化，由于這種 變化是由于在飛機的高度處的機首向上變化引起的，而并非由于氣流上升的任何假設效應 引起的。換言之，這種校正為了防止飛機駕駛員相信旋轉翼飛機可以繼續(xù)達到所顯示的功 率處的高度。假定從能量平衡產生的第二校正在旋轉翼飛機的速度從最小功率速度Vy下降到 懸停飛行的降低期間是恒定的。然后把能量平衡表達如下，其中CT是常數^mVp2 + mgh + JWn + Jw = CT其中ni、h和S分別指飛機的質量、它的飛行高度以及重力加速度。在如此的情況下，并且假設功率W和Wn保持恒定，對上述表達式進行微分導致下 列關系式，其中t表示時間
Γ η dh w dVP<formula>formula see original document page 9</formula>在這個基礎上，并且初始地，確定可應用于垂直速度和由下式給出的校正項<formula>formula see original document page 9</formula>從定義上看，這與旋轉翼飛機的高度變化$相反。在如此的情況下，從加速度測量值(例如，通過沿旋轉翼飛機的縱向軸安排的加
速度計產生的)有利地得到飛機的瞬時加速度，，由于這比在低速下通過處理壓力測量
值得到的結果更正確。在第二校正的情況中，在通過實質上等于0. 5的第二加權系數B對校正項進行加 權的步驟b2’ )期間，接著可以作出任選的規(guī)定。然后把經加權的校正項Cpp2寫成Cpp2 = BxCp2
任意地設置第二加權系數為0.5。然而，可以通過取決于所要求的靈敏度的測試進
行完善。
結果，瞬時垂直速度χ的測量值的第二校正等于校正項或等于經加權的校正項。只要首先單獨應用第一校正，其次同時應用第一和第二校正，那么校正垂直速度 Vcoee總是取決于預測項CP1，并且采用下述形式之一Vcoee = Cpi或Vcqkk = Cppi或Vcokk = Cpi+Cp2或vc。KK = Cpi+Cpp2或Vcokk = CPP1+CP2或Vcqkk = Cppi+Cpp2結果，并且取決于各種情況，由下式給出在步驟c)中使用的和向飛機駕駛員顯示 的預測垂直速度Vap vAP = v+CP1或 Vap = v+CPP1或 vAP = v+CP1+CP2或 vAP = v+CP1+CPP2或 vAP = v+CPP1+CP2或 vAP = V+Cppi+Cpp2自然，可以回憶一下，只有在滿足下列條件時，這些預測垂直速度才可供飛機駕駛 員使用·在平飛時的經校正的空氣速度VC低于接近65節(jié)的速度Vy ；以及·經校正的空氣速度VC在下降。這些預測垂直速度的知識使旋轉翼飛機的飛機駕駛員可用預測的操作信息，在部 分駕駛期間對分析花費的努力較少，并且這提供了舒服的附加時間裕度。結果，這個優(yōu)點的 作用是減少急急忙忙地管理緊急情況的概率，從而大大地提高了安全性。較佳地，通過關系式給出預測正確速度Vpp
r π ,, ,, dVpVpp = Vp + —f- At
dt具有有利地等于10秒的時間間隔Δ t。這個情況導致當預測10秒時寫入正確速度，因此如下
dV0Vp10 = Vp + (10 X )通過舉例的方式，在更一般的情況中，10秒的預測垂直速度，然后再寫入，如下Vap = ν + A[(v + k)H + B(VP^)即，如果At = 10 秒:
Γ πΛ /、 O /χ # dVp ,νΑρ = ν + A (V10 - ν) + B(VP—
at其中
<formula>formula see original document page 11</formula>Vltl是10秒的瞬時垂直速度χ，因此無需考慮校正項或經加權的校正項。在應用本發(fā)明的至少三個實施方式中確定瞬時正確速度Vp的作用特別在于減輕 空氣速度指示器在低速時的靈敏度損失。在本發(fā)明的第一實施例中，使用已知為全方位大氣數據系統(ODAS)的儀器來測 量瞬時正確速度，例如在軍用直升機中使用的，諸如UH60或在申請人開發(fā)的“Dauphin Coast Guard”直升機上實現的相似的設備。設備具有兩個皮托管，這兩個皮托管放置在旋轉天線的兩個相對臂上，所述旋轉 天線位于葉片平面上方的主旋轉翼的旋轉軸中心。如此的設備展現出或多或少不變的靈敏度，并且可以提供設備的旋轉平面中空氣 速度的兩個分量，不包括第三分量。本發(fā)明的第二實施例通過使用在申請人名下的文件FR 06/07239中描述的空氣 速度指示器來測量飛機的速度，尤其，測量低速旋轉翼飛機的速度。該儀器包括以恒定速度旋轉的臂，并且配備有兩個壓力探測器，每個探測器放置 在其相應的一個末端處，每個探測器具有關于所述臂的旋轉平面對稱設置的兩個壓力進 口，因此，能夠訪問速度相對于大氣的所有三個分量。結果，用這兩個設備中的任何一個，諸如壓力測量型空氣速度指示器，不再是測量 低速度靜壓力和總壓力方面的限制因素，所以在以低速前進的同時，可以得到優(yōu)良正確度 的旋轉翼飛機的正確速度。本發(fā)明的第三實施例是基于一個假設的，該假設為當旋轉翼飛機的速度正在從 最小功率速度\降低到懸停飛行時，風不會改變大小和方向。能容易地確定經校正的空氣速度快于最小功率速度時的風速，由于在第一速度制 度中，以及如上所述，來自空氣速度指示器的信息是可靠的。因此在進行氣壓校正之后，空
氣速度指示器給出經校正的空氣速度VC以及正確速度Vp如下<formula>formula see original document page 11</formula>然而，在低速下(VC < Vy)以及用普通的當今設備，當前可用的僅有的可靠的地面 速度測量是通過全球定位系統(GPS)提供的。速度Vp因此可以不再是與通過空氣速度指 示器傳送的經校正的空氣速度VC有關的空氣壓力測量的結果。在本發(fā)明中，并且在如此的情況下，通過從空氣速度指示器提供的速度與GPS 提供的地面速度的矢量減法來確定Vp在速度降低到Vy以下時刻的風<。假設在旋轉翼飛 機到達期間速度<保持恒定，在該到達期間，它的速度從Vy降低到零，以致然后就估計正 確速度Vp為等于矢量和《+ <，其中$是在整個第二速度制度下從GPS得到的瞬時地面 速度。因此相應的經校正的空氣速度VC等于Vp V σ。因此得到旋轉翼飛機的正確速度Vp而與其地面速度無關。但是，應該觀察到，在 本發(fā)明第三實施例中確定的正確速度Vp基本上是二維的，因為GPS提供的地面速度同樣是 二維的。
有利地，實現旋轉翼飛機的方法使之有可能變得知道預測垂直速度，從而紓緩飛機駕駛員和機組人員(通過提供較佳的操作信息以及改進的時間舒適性)，并且減少需要 急急忙忙處理緊急情況的概率。本發(fā)明還提供一種預測垂直速度指示器，用于通過實現上述方法而得到旋轉翼飛 機的預測垂直速度，其特征在于，包括·第一裝置，用于測量旋轉翼飛機的瞬時垂直速度·第二裝置，用于測量旋轉翼飛機的瞬時正確空氣速度Vp ；以及 第三裝置，用于計算旋轉翼飛機的預測垂直速度乂 ，第三裝置首先經由相應的第 一和第二連接11、12連接到第一和第二裝置。有利地，在所述第一裝置上顯示通過第三裝置經由第三連接13傳送的預測垂直 速度Vap。此外，以及較佳地，第一裝置是常規(guī)的垂直速度指示器。此外，第二裝置有利地，但是不完全地，是如同上述前面兩個實施例中的空氣速度 指示器或如同第三實施例中的GPS。具有GPS，任何時候，當經校正的空氣速度等于或大于 最小功率速度時，正確速度對應于GPS提供的速度和通過取得正確速度和GPS給出的速度 之間的差而得到風速的矢量和。第三裝置是根據下列與旋轉翼飛機有關的信息來傳送預測垂直速度Vap的計算 器·瞬時垂直速度； 瞬時正確速度；以及·對于最小功率速度Vy和對于特征常數^確定的值(即，在要求權益的情況中的 上述特征常數，對于給定旋轉翼飛機類型的旋轉翼飛機，該值是一個常數)以及上述常數A 禾口 B0此外，本發(fā)明的預測垂直速度指示器有利地和任選地包括第四裝置，用于測量旋 轉翼飛機的瞬時加速度。第四裝置經由連接14連接到第三裝置。較佳地，第四裝置與安排在旋轉翼飛機的縱向軸上的加速度計結合。
因此，在下面示出較佳實施例的說明、無任何字符限制以及參考附圖的情況中，更 詳細地發(fā)表本發(fā)明及其優(yōu)點，其中圖1是本發(fā)明的設備的方框圖；以及圖2是概括執(zhí)行本發(fā)明的方法的步驟的圖。在一幅以上的圖中示出的各個元件的每一個，都給予相同的標號。
具體實施例方式在圖1中圖示以及根據本發(fā)明的預測垂直速度指示器1是用于確定旋轉翼飛機的 預測垂直速度Vap的。預測垂直速度指示器1基于第一裝置1’而工作，所述第一裝置1’最 好由常規(guī)的垂直速度指示器構成，并且在常規(guī)垂直速度指示器的讀出器20上向飛機駕駛員顯示預測垂直速度VAP。為了這樣做，經由第一連接11把由指示器1’測量的瞬時垂直速度I發(fā)送到第三 裝置3，即計算器，在適當地進行需要的數字處理之后，把傳送物以預測垂直速度Vap在第三 連接13上發(fā)送到讀出器20，并且在讀出器20上顯示出來。此外，預測垂直速度指示器1還包括用于測量旋轉翼飛機的瞬時正確速度Vp的第 二裝置2，所述第二裝置經由第二連接12連接到第三裝置3。 在本發(fā)明的三個主要實施例中，第二裝置2對應于下列儀器·或是第一實施例中的全方位大氣數據系統；·或是在第二實施例中如文件FR 06/07239中描述的空氣速度指示器； 否則是GPS，以致如果旋轉翼飛機的經校正的空氣速度VC小于最小功率速度VY， 則當經校正的空氣速度VC等于最小功率速度Vy時，旋轉翼飛機的正確空氣速度Vp對應于 GPS提供的地面速度^和通過取得空氣速度指示器給出的正確空氣速度和GPS給出了速度 之間的差得到的風速^；的矢量和，要理解，VC = Vp V 0，其中σ等于環(huán)境氣氛的相對密 度(在所考慮高度處的空氣密度P除以“標準氣氛”中地地平處的空氣密度P ^的商)。自然，有可能設想以任何其它儀器來測量正確空氣速度而不超越本發(fā)明的范圍。此外，第三裝置3在存儲器中包含了最小功率速度Vy以及特征常數k的預定值 (對于給定旋轉翼飛機類型的旋轉翼飛機，這些值是常數)以及上述常數A和B。此外，第四裝置4是按需要任選的，用于確定旋轉翼飛機的瞬時加速度(其中
dt
t =時間)。較佳地，但是不完全地，由放置在旋轉翼飛機的縱向軸上的加速度計來構成這 些裝置。第四裝置4經由第四連接14連接到第三裝置3。在第一裝置1’的讀出器20上顯示由第三裝置3經由第三連接13傳送的垂直速
度 VAp ο在如此的情況下，所述預測垂直速度指示器1實現了圖2中所圖示的方法。因此，得到旋轉翼飛機的預測垂直速度Vap的方法的值得注意之處在于連續(xù)地執(zhí) 行下列各個步驟a)測量旋轉翼飛機的瞬時垂直速度χ ；b)確定校正垂直速度Vcqkk ；以及c)使校正垂直速度Votk與瞬時垂直速度χ相加以得到所述預測垂直速度VAP。有利地，通過垂直速度指示器1’來測量瞬時垂直速度χ。更精確地，在步驟b)期間，在步驟bl)中，確定作為瞬時正確速度VP、預測正確空 氣速度VPP、最小功率速度Vy、通過垂直速度指示器測量的瞬時垂直速度χ的函數的、所測量 的瞬時垂直速度χ的第一校正、以及表示給定類型的旋轉翼飛機的旋轉翼飛機特征的常數 k。通過測試并且從與旋轉翼飛機的質量無關的、與旋轉翼飛機的功率和垂直速度之 間的比例比值對應的線性近似來確定特征常數k，以致
WV = k( —-1)在該關系式中，Wn是指在正確速度Vp時平飛所需要的功率，而W是旋轉翼飛機可得到的瞬時功率。只有滿足下面兩個條件時，才可應用第一校正·在平飛中的經校正的空氣速度VC小于接近65節(jié)的速度VY;以及·經校正的空氣速度VC正在減小。
在這個基礎上，并且初始地，確定可應用于垂直速度χ的預測校正項Cpi，如下式給 出
<formula>formula see original document page 14</formula>在第一校正的情況中，在通過第一加權系數A(通過測試確定的，并且對于每個類 型的旋轉翼飛機是特定的)對預測項CPl加權之后的步驟b’ 1期間，可以任意地作出規(guī)定。 這個第一加權系數一般接近于一。因此把經加權的預測項Cm寫成Cpp1 = AxCp1在理論上，不需要包括第一加權系數，由于它在理論上等于一。在如此的情況下，對瞬時垂直速度測量值χ的第一校正等于預測項Cpi或經加權的 預測項Cm。在對瞬時垂直速度χ確定第二校正期間的步驟b)期間，本發(fā)明的方法還可包括步 驟 b2)。在這個基礎上，并且初始地，從下列關系式確定可應用于垂直速度I的校正項CP2， 其中t表示時間Cp2=Vp^從定義上看，如果假定功率平衡等于符合下列關系式的常數CT，則這與旋轉翼飛
機的高度變化相反 dt <formula>formula see original document page 14</formula>前面的兩個表達式分別表示旋轉翼飛機的動能和勢能。在第二校正的情況下，接著可以任意地作出規(guī)定，在步驟b2’ )期間，以通過實質 上等于0. 5的第二加權系數B對校正項Cp2進行加權。因此把經加權的校正項Cpp2寫成<formula>formula see original document page 14</formula>結果，對測量到的瞬時垂直速度χ的第二校正等于校正項Cp2或經加權的校正項
Cpp2 ο只要首先單獨應用第一校正，其次同時應用第一和第二校正，那么校正垂直速度 Vcoee滿足下列公式之一Vcoee = Cpi或ν?！?= CPPI或Vcorr = Cpi+Cp2或vc_ = Cpi+Cpp2
或<formula>formula see original document page 15</formula>
或<formula>formula see original document page 15</formula>
結果，并且根據情況，在步驟C)中使用的和向飛機駕駛員顯示的預測垂直速度Vap 是<formula>formula see original document page 15</formula>
或<formula>formula see original document page 15</formula>
或<formula>formula see original document page 15</formula>
或 <formula>formula see original document page 15</formula>
或 <formula>formula see original document page 15</formula>
或 <formula>formula see original document page 15</formula>
較佳地，通過下列關系式確定預測正確空氣速度Vpp <formula>formula see original document page 15</formula>
其中時間間隔t有利地等于10秒。這個情況導致寫出10秒的正確空氣速度預報，因此如下<formula>formula see original document page 15</formula>
通過舉例的方式，因此在大多數一般情況中，把預測達10秒的垂直速度寫成如下 所示的形式<formula>formula see original document page 15</formula>
即，如果t = 10秒<formula>formula see original document page 15</formula>
其中<formula>formula see original document page 15</formula>
因此Vltl是預測達10秒的垂直速度X。自然，在實施本發(fā)明時可以使本發(fā)明經受許多改變。雖然上面描述了數個實施例， 但是很容易理解，并不設想詳情地表明所有可能的實施例。自然，有可能設想以等效設備來 代替所描述的任何裝置而不超越本發(fā)明的范圍。只要提高預測速度的正確度，在飛行中用特定旋轉翼飛機類型的基準旋轉翼飛機 來執(zhí)行特定的實驗，以便正確地確定第一和第二加權系數A和B，例如，以代替任意地分別 以值1和0.5來設置它們。實際上，以及在較佳協議的應用中，所述基準旋轉翼飛機實質上以最小功率速度 Vy航行，并且還可能以非零的瞬時垂直速度運動，包含的測試在第一時刻t進行，以使旋轉 翼飛機的前進速度從小于或等于\的瞬時正確速度Vp降低，如果可能的話，同時使發(fā)動機 功率恒定。通過要求旋轉翼飛機而重復測試，對于每一次測試，以或多或少的恒定速率減速， 可以理解，首先，從一個測試到另一個測試，所述減速速率可以是不同的，其次，可以以相同的減速速率進行多次測試，或確實在第一時刻i時，從不同的瞬時正確速度Vp開始。通過飛機駕駛員把循環(huán)桿沿縱向向旋轉翼飛機的后方移動而得到每個減速速率。 在如此的情況下，使旋轉斜盤(swashplate)傾斜，因此旋轉翼的旋轉平面在使旋轉翼飛機 取得機首向上的位置的方向上傾斜。這個動作的效果是在基準旋轉翼飛機上施加減速。此外，在至少10秒的持續(xù)期內繼續(xù)進行每次測試，即，直到第二時刻(t+10秒)，較 佳地保留10秒的持續(xù)期，以用于預測預測正確空氣速度VPP，然后把它寫入表格VP1(I。結果，在每次測試期間，記錄下列各量的測量值達至少10秒·測試開始時在第一時刻i的瞬時垂直速度1 ； 在第二時刻(t+10秒)的垂直速度χ等于在第二時刻(t+10秒)的垂直速度Vap ；·在第一時刻i的瞬時正確速度Vp ；以及
HVn·減速^f ；
dt要理解，從其它源(諸如所述旋轉翼飛機類型的特征)已知量Vv和S。此后，計算每次測試的項Cpl和Cp2，為的是為每次測試建立如下形式的公式(AxCpl) + (BxCp2) = Vap-V其中Vap等于在第二時刻(t+10秒)測量到的垂直速度X ；以及ν等于在第一時刻(i)測量到的垂直速度χ。因此，存在與測試一樣多的公式，并且通過不必在這里描述的常規(guī)數值方法對所 產生的公式系統求解。對該公式系統求解，因此使之有可能得到第一和第二加權系數A和B。根據所設想的情況，在下列上述的公式中，同樣可以使用這些加權系數vAP = v+CPP1 (只使用系數 A)vAP = v+CPP2 (只使用系數 B)vAP = v+CP1+CPP2 (只使用系數 B)vAP = V+Cppi+Cpp2 (只使用系數 A)vAP = V+Cppi+Cpp2 (使用系數 A 和 B 兩者)。
權利要求
一種得到旋轉翼飛機的預測垂直速度VAP的方法，所述方法的特征在于，連續(xù)地執(zhí)行下列步驟a)測量旋轉翼飛機的瞬時垂直速度v；b)根據預測項CP1確定校正垂直速度VCORR；以及c)使校正垂直速度VCORR與瞬時垂直速度v相加，以得到所述預測垂直速度VAP；以及其中，在步驟b)中，在步驟b1)期間，所述預測項CP1被確定如下 <mrow><msub> <mi>C</mi> <mrow><mi>P</mi><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>v</mi> <mo>+</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mfrac> <mrow><msub> <mi>V</mi> <mi>PP</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>V</mi> <mi>P</mi></msub> </mrow> <mrow><mn>2</mn><msub> <mi>V</mi> <mi>Y</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>V</mi> <mi>PP</mi></msub> </mrow></mfrac> </mrow>其中VP＝旋轉翼飛機的瞬時正確空氣速度；VPP＝使用下列公式確定的旋轉翼飛機的預測正確空氣速度，其中t和Δt分別表示時刻和時間間隔 <mrow><msub> <mi>V</mi> <mi>PP</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>V</mi> <mi>P</mi></msub><mo>+</mo><mfrac> <mrow><mi>d</mi><msub> <mi>V</mi> <mi>P</mi></msub> </mrow> <mi>dt</mi></mfrac><mi>Δt</mi> </mrow>VY＝給定旋轉翼飛機類型的旋轉翼飛機的預定最小功率速度；以及k＝從與旋轉翼飛機的功率和垂直速度之間的比例比值對應的線性近似中確定的旋轉翼飛機的預定特征常數；只要滿足下述兩個條件·在平飛中的經校正的空氣速度VC小于最小功率速度VY；以及·經校正的空氣速度VC正在減小。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在附加步驟b’1)期間，確定經加權的預測 項Cm，其中A是第一加權系數，以致Cppi AxCpi
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一加權系數A接近于1。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正垂直速度V。·等于預測項CP1，以致 由下式給出預測垂直速度Vap:VAP = V+Cpi
5.如權利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述校正垂直速度V?！さ扔诮浖訖嗟?預測項CPP1，以致由下式給出預測垂直速度Vap Vap = v+CPP1
6.如權利要求1到3中任何一項所述的方法，其特征在于，在步驟b)期間，在步驟b2) 中，校正項Cp2被確定如下<formula>formula see original document page 2</formula>其中Vp表示旋轉翼飛機的瞬時速度，而<formula>formula see original document page 2</formula>為其瞬時加速度，t是時間。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，一旦已經在步驟bl)期間確定了預測項CP1， 校正垂直速度Votk就等于校正項Cp2和預測項Cpl之和，以致預測垂直速度Vap等于vAP — V+Cpi+Cp2
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，在附加步驟b’l)中確定經加權的預測項Cppi 之后，所述校正垂直速度Votk等于校正項Cp2和經加權的預測項Cm之和，以致由下式給出 預測垂直速度Vap vAP= V+Cppi+Cp2
9.如權利要求6所述的方法，其特征在于，在附加步驟b2’)期間，經加權的校正項Cpp2 被確定如下，其中B是第二加權系數Cpp2=BxCp2
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二加權系數B實質上等于0.5。
11.如權利要求9或10所述的方法，其特征在于，一旦已經在步驟bl)期間確定了預測 項Cpl，校正垂直速度νωκκ就等于預測項Cpl和經加權的校正項Cpp2之和，以致由下式給出預 測垂直速度Vap vAP= V+Cp1+Cpp2
12.如權利要求9或10所述的方法，其特征在于，在已經在附加步驟b’l)中確定經加 權的預測項Cppi之后，校正垂直速度νωκκ等于經加權的預測項Cm和經加權的校正項Cpp2之 和，以致由下式給出預測垂直速度Vap vAP= V+Cppi+Cpp2
13.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述時間間隔At實質上為10秒。
14.如前面任何一項權利要求所述的方法，其特征在于，使用安排在旋轉翼飛機的縱向軸上的加速度計來測量加速度dVp/dt.
15.如前面任何一項權利要求所述的方法，其特征在于，使用全方位大氣數據系統來測 量瞬時正確空氣速度VP。
16.如權利要求1到14中任何一條所述的方法，其特征在于，使用空氣速度指示器來測 量瞬時正確空氣速度VP，所述空氣速度指示器具有恒速旋轉的臂，配備有兩個壓力探測器， 每個壓力探測器設置在所述臂的相應的一個末端上，每個探測器具有相對于臂的旋轉平面 對稱安排的兩個壓力進口。
17.如權利要求1到14中任何一項所述的方法，其特征在于，如果旋轉翼飛機的經校正 的空氣速度VC小于最小功率速度VY，則通過得到當經校正的空氣速度VC等于最小功率速 度Vy時GPS所提供的地面速度^以及風速<的矢量和，來計算所述旋轉翼飛機的正確空 氣速度VP，所述風速 ；是通過求空氣速度指示器給出的正確空氣速度和GPS給出的速度 之差而得到的。
18.如權利要求1到19中任何一項所述的方法，其特征在于，用垂直速度指示器(1’) 來測量所述瞬時垂直速度X。
19.如前面任何一項權利要求所述的方法，其特征在于，使用變換到預測垂直速度指示 器(1)的垂直速度指示器(1’)，向飛機駕駛員指示預測垂直速度VAP。
20.一種預測垂直速度指示器(1)，用于得到實現了前述任何一項權利要求所述方法 的旋轉翼飛機的預測垂直速度Vap，所述指示器的特征在于，它包括 第一裝置(1’)，用于測量旋轉翼飛機的瞬時垂直速度χ ； 第二裝置(2)，用于測量旋轉翼飛機的瞬時正確空氣速度Vp ；以及 第三裝置(3)，用于計算旋轉翼飛機的預測垂直速度VAP，第三裝置首先經由相應的第 一和第二連接(11，12)而連接到第一和第二裝置，并且在存儲器中包含最小功率速度VyW 預定值以及相對于給定旋轉翼飛機類型的旋轉翼飛機為常數的特征常數Ii ；并且第三裝置(3)是計算器，尤其基于下列與旋轉翼飛機有關的信息來傳送預測垂直速度 給定旋轉翼飛機類型的旋轉翼飛機的瞬時垂直速度； 給定旋轉翼飛機類型的旋轉翼飛機的瞬時正確空氣速度； 給定旋轉翼飛機類型的旋轉翼飛機的預定最小功率速度Vy ；以及 給定旋轉翼飛機類型的旋轉翼飛機的預定特征常數k。
21.如權利要求20所述的預測垂直速度指示器(1)，其特征在于，還包括經由第四連接(14)而連接到第三裝置(3)的第四裝置(4)，以便測量所述旋轉翼飛機的瞬時加速度<formula>formula see original document page 4</formula>
22.如權利要求20或21所述的預測垂直速度指示器(1)，其特征在于，在所述第一裝 置(1’)的讀出器(20)上經由第三連接(13)顯示由第三裝置(3)傳送的預測垂直速度VAP。
23.如權利要求20到22中任何一項所述的預測垂直速度指示器(1)，其特征在于，所 述第一裝置(1’ )包括常規(guī)垂直速度指示器。
24.如權利要求20到23中任何一項所述的預測垂直速度指示器(1)，其特征在于，所 述第二裝置(2)是全方位大氣數據系統。
25.如權利要求20到23中任何一項所述的預測垂直速度指示器(1)，其特征在于，所 述第二裝置(2)是包括恒速旋轉臂的空氣速度指示器，配備有兩個壓力探測器，每個壓力 探測器設置在所述臂的相應的一個末端處，每個探測器具有關于臂的旋轉平面對稱設置的 兩個壓力進口。
26.如權利要求20到23中任何一項所述的預測垂直速度指示器(1)，其特征在于，所 述第二裝置(2)是GPS，以致如果旋轉翼飛機的經校正的空氣速度VC小于最小功率速度VY， 則所述旋轉翼飛機的正確空氣速度Vp對應于當經校正的空氣速度VC等于最小功率速度Vy 時GPS提供的地面速度^和風速<的矢量和，所述風速<是通過取空氣速度指示器給出 的速度和GPS給出的速度之差而得到的。
27.如權利要求21所述的預測垂直速度指示器(1)，其特征在于，所述第四裝置(4)較 佳地是沿旋轉翼飛機的縱向軸安排的加速度計。
28.如權利要求20到27中任何一項所述的預測垂直速度指示器(1)，其特征在于，所 述第三裝置(3)是計算器，用于從下列與旋轉翼飛機有關的信息來傳送垂直速度 給定旋轉翼飛機類型的旋轉翼飛機的瞬時垂直速度； 給定旋轉翼飛機類型的旋轉翼飛機的瞬時正確空氣速度； 給定旋轉翼飛機類型的旋轉翼飛機的瞬時加速度； 給定旋轉翼飛機類型的旋轉翼飛機的預定最小功率速度Vy ；以及 給定旋轉翼飛機類型的旋轉翼飛機的特征常數k。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于得到旋轉翼飛機的預測垂直速度的方法和設備，所述設備包括預測垂直速度指示器(1)，預測垂直速度指示器(1)至少包括第一裝置(V)，用于測量旋轉翼飛機的瞬時垂直速度v；第二裝置(2)，用于測量旋轉翼飛機的瞬時真實速度(VP)；第三裝置(3)，用于計算旋轉翼飛機的預測垂直速度(vAp)，其中所述第三裝置分別通過第一(l1)和第二(l2)鏈路連接到第一和第二裝置，并且在存儲器中包含最小功率速度(Vy)的預定值以及特征系數(k)，對于所述給定旋轉翼飛機類型的旋轉翼飛機，特征系數(k)為常數。
文檔編號G01P5/14GK101809451SQ200880109452
公開日2010年8月18日 申請日期2008年9月25日 優(yōu)先權日2007年9月27日
發(fā)明者B·塞瑞塔安 申請人:尤洛考普特公司