DE3424957C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Bodenannäherungs-Warnsignals in Flugzeugen nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der US-PS 39 46 358 bekannt. Dabei wird ein Bodenannäherungswarnsignal erzeugt, wenn ein Flugzeug in verschiedenen gefährlichen Flugsituationen beispielsweise mit zu hohen Annäherungsgeschwindigkeiten und zu großen Sinkgeschwindigkeiten unterhalb eines Gleitwinkel-Funkleitstrahls fliegt.

Die bekannte Warnvorrichtung arbeitet in den meisten Situationen richtig, hat jedoch die Tendenz unter bestimmten Umständen, wie beim normalen Instrument Landing System (ILS) - Anflug bestimmter von Bergen umgebener Flugplätze, wie St. Johns in Newfoundlang, Zürich in der Schweiz, Lissabon in Portugal und Madrid in Spanien falsche oder unnötige Warnsignale zu erzeugen. Bei solchen Flugplätzen stellt sich heraus, daß der ILS-Gleitwegwinkel so beschaffen ist, daß eine normale Bodenannäherung auf dem Leitstrahl eine Sinkgeschwindigkeit bedingen würde, die bei der bekannten Warnvorrichtung Warnsignale aufgrund übermäßig großer Bodenannäherungsgeschwindigkeit erzeugen würde, auch wenn der Funkleitstrahlanflug genügend großen Bodenabstand, um gefährliche Flugbedingungen zu vermeiden, gewährleistet. Deshalb ist die bekannte Warnvorrichtung in solchen Fällen ungeeignet und führt zur Irritation des Piloten.

Es sind weiterhin verschiedene Anstrengungen gemacht worden, die genannte Neigung zur Erzeugung von Falschalarmen bei den bekannten Systemen zu vermeiden, die darauf zielten, die Warneinhüllende und die Signalverarbeitungsschaltung, wie Geschwindigkeitsbegrenzer und Filter, die die Erzeugung von Falschalarmen beim Anflug auf bestimmte Flugplätze verhindern sollen, zu ändern. Diese Veränderungen brachten jedoch keine zufriedenstellenden Ergebnisse, da die durch das System ermöglichte Warnzeit möglicherweise bei gefährlichen Situationen verringert wurde.

Es zeigte sich, daß beim Anflug auf manche Flugplätze, insbesondere solche, die von Bergen umgeben sind, der Winkel des ILS-Leitstrahls bei normalem Anflug auf dem Leitstrahl Annäherungsraten ergibt, die die Warneinhüllende der Vorrichtung, die übermäßige Terrain-Annäherungsgeschwindigkeits- Warnsignale erzeugen, schneiden, auch wenn tatsächlich der Gleitpfad eine genügende Bodenfreiheit ermöglicht, so daß keine gefährliche Flugsituation entsteht. Ein sicherer Anflug ist damit solange möglich, wie das Flugzeug innerhalb des ILS-Funkleitstrahls bleibt. Die Erfinder haben somit erkannt, daß die Warnkriterien einer Bodenannäherungswarnvorrichtung ohne Sicherheitskompromisse desensibilisiert werden können, solange das Flugzeug innerhalb des Funkleitstrahls bleibt.

Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Bodenannäherungs-Warnsignals in Flugzeugen zu ermöglichen, das die beim Landeanflug von der bekannten Warnvorrichtung erzeugten Falschalarme vermeidet, ohne die durch die bekannte Warnvorrichtung bei einer einen bestimmten Grenzwert überschreitenden Bodenannäherungsgeschwindigkeit ermöglichte Warnzeit zu verringern. Dabei sollen die Warnkriterien, die zugrunde gelegt werden, wenn das Flugzeug eine gegebene Bodenannäherungsgeschwindigkeit überschreitet abhängig davon, ob das Flugzeug auf einem Funkleitstrahl ist, oder nicht und nicht wesentlich unterhalb des Funkleitstrahls fliegt, änderbar sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 6 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Ansprüche 2 bis 5 kennzeichnen vorteilhafte Ausbildungen des in Anspruch 1 angegebenen Verfahrens, während die Ansprüche 7 und 8 vorteilhafte Ausbildungen der in Anspruch 6 angegebenen Vorrichtung kennzeichnen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Funktionsblockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bodennähewarnsystems;

Fig. 2 graphisch Änderungsmöglichkeiten der Bodenannäherungsgeschwindigkeits- Warnkriterien, in dem die Geschwindigkeitsbegrenzung des Funkhöhenratensignals, wenn das Flugzeug auf dem Leitstrahl ist, geändert werden, und

Fig. 3 und 4 graphisch, wie die Warneinhüllenden durch Modifikation der Geschwindigkeitsgrenzen gemäß Fig. 2 verändert werden.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Bezugsziffer 10. Die Vorrichtung 10 ist in Fig. 1 als ein Funktionsblockschaltbild dargestellt und besteht aus einer Reihe von Torschaltungen, Vergleichern und ähnlichen Gliedern, um die Darstellung zu vereinfachen. Die tatsächliche Realisierung der Logik kann von dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 abweichen und insbesondere verschiedene analoge und digitale Ausführungen umfassen. Die von der beschriebenen Warnvorrichtung verwendeten Signale umfassen die Funkhöhe und Rate, die barometrische Höhe und Rate (in Fig. 1 nicht dargestellt), ein Signal, das die Abweichung des Flugzeugs vom Winkel des Funkleitstrahls (Gleitwinkel) angibt, Signale, die die Position der Klappen des Flugzeugs angeben und verschiedene Gültigkeitssignale.

Da die Bodenannäherungsrate sowohl vom Funkhöhenratensignal allein (Fig. 1) als auch vom durch das barometrische Höhenratensignal modifizierte Funkhöhensignal abgeleitet werden kann, soll bei der vorliegenden Erfindung unter der Bezeichnung "Annäherungsgeschwindigkeit" sowohl die Funkhöhenannäherungsrate als auch die durch ein barometrisches Ratensignal modifizierte Funkhöhenrate umfassen.

Es ist vom Flugzeugtyp abhängig, ob diese Signale von einzelnen Instrumenten, wie einem Gleitwinkelempfänger 12 (Fig. 1) einem Funkhöhenmesser 14, einer Funkhöhenratenschaltung 16 und von einem diskreten Schaltelement, das die Position der Klappen angibt oder von einem digitalen Datenbus abgeleitet werden.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung erzeugt ein Warnsignal, falls die Bodenannäherungsgeschwindigkeit bei der Ist-Flughöhe des Flugzeugs übermäßig groß wird. Dazu weist die Vorrichtung einen Vergleicher 18 auf, der die Funkhöhenrate der Funkhöhenratenschaltung 16 (oder wahlweise eine in Fig. 1 nicht dargestellte nichtbarometrische Höhenrate) mit der vom Signal des Funkhöhenmessers 14 angegebenen Flughöhe über Grund vergleicht und ein Warnfreigabesignal erzeugt, sobald die Bodenannäherungsgeschwindigkeit bei der Ist-Flughöhe des Flugzeugs übermäßig groß wird. Das Warnfreigabesignal wird einem Warngenerator 20 angelegt, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Sprachgenerator ist und ein Sprachwarnsignal einem Wandler 22 entweder direkt oder indirekt zuführt, damit der Pilot des Flugzeugs eine der spezifischen Situation entsprechende Sprachwarnung erhält. Die US-PS 39 34 221 beschreibt einen für die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung geeigneten Bodenannäherungsgeschwindigkeits-Vergleicher 18.

Durch diesen Warnvergleicher 18 werden vorzugsweise Warnsignale zwischen einer Höhe von 600 m (1800 ft) bei einer Sinkgeschwindigkeit von 24 m/s (4800 ft/m) und einer Höhe von 16 m (50 ft) bei einer Sinkgeschwindigkeit von 10,3 m/s (2063 ft/min) initiiert.

Die Vorrichtung 10 weist ferner einen Gleitwinkelvergleicher 24 auf, der ein Signal vom Gleitwinkelempfänger 12, das die Gleitwinkelabweichung angibt, mit dem vom Funkhöhenmesser 14 erzeugten Ist-Flughöhensignal vergleicht und ein Gleitwinkel- Warnfreigabesignal erzeugt, falls das Flugzeug zu sehr unterhalb des Gleitwinkels liegt. Das Gleitwinkel-Warnfreigabesignal wird einem Gleitwinkel-Warngenerator 26 zugeführt, der ein Sprachwarnsignal erzeugt, das das übermäßige Absinken unter den Gleitwinkel angibt. Dieses Signal wird ebenfalls dem Wandler 22 zugeführt. Eine als Gleitwinkelvergleicher 24 einsetzbare Einrichtung stellt die Fig. 2 der US-PS 39 48 809 dar. Dieser Vergleicher 24 dient zur Erzeugung eines Hinweis-Warnsignals und eines Befehls-Warnsignals abhängig vom Grad der Abweichung vom Gleitwinkel nach unten. Er erzeugt vorzugsweise einen Hinweisalarm, wenn die Flughöhe zwischen 330 m (1000 ft) und 16 m (50 ft) und die Abweichung mindestens einen Punkt (dot) beträgt und einen Befehlsalarm, wenn die Flughöhe zwischen 100 m (300 ft) und 16 m (50 ft) und die Abweichung mindestens zwei Punkte beträgt.

Erfindungsgemäß werden die durch den Vergleicher 18 zur Erzeugung des Warnfreigabesignals verwendeten Kriterien verändert, wenn das Flugzeug innerhalb des Leitstrahls ist. Dazu dient ein UND-Glied 28, das ein Ausgangssignal des Leitstrahlempfängers 12 und weitere Freigabesignale, wie ein ILS-Freigabesignal und ein G/S NOISY-Signal empfängt und bestimmt, ob ein gültiges Leitstrahlsignal empfangen wurde. Das G/S-NOISY- Signal wird durch Filtern des Leitstrahlsignals erzeugt und gibt an, daß das Leitstrahlsignal nicht verrauscht ist.

Das UND-Glied 28 empfängt außerdem ein Ausgangssignal des Leitstrahl-Vergleichers 24 über ein Invertierglied 30, das ein NICHT G/S-Warnsignal, das angibt, daß das Flugzeug nicht zu tief unterhalb des Leitstrahls fliegt, dem UND-Glied 28 anlegt. Der Ausgang des UND-Glieds 28 wird dem Vergleicher 18 über ein ODER-Glied 32 angelegt und ändert die der Freigabe des Warngenerators 20 zugrundeliegenden Bodenannäherungsgeschwindigkeitskriterien. Zusammengefaßt werden diese Kriterien geändert, wenn ein gültiges Leitstrahlsignal empfangen wird, das nicht verrauscht ist, das ILS freigegeben und kein Leitstrahlwarnsignal erzeugt wird, wie dies durch das NICHT G/S-Warnsignal angegeben ist. Das vom UND-Glied 28 über das ODER-Glied 32 dem Vergleicher 18 angelegte Signal ändert die Warnkriterien so, daß das System weniger empfindlich wird und reduziert somit die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von Falschwarnsignalen.

Die US-Patentschrift 39 34 221 offenbart in Fig. 1 ein als Bodenannäherungsgeschwindigkeits-Vergleicher 18 geeignetes System. Bei Verwendung dieses Systems kann der Ausgang des ODER-Glieds 32 dem Eingang eines Ratenbegrenzers angelegt werden, wobei dieser Eingang in Fig. 1 dieser Patentschrift mit FLAPS bezeichnet ist. Wenn somit das Flugzeug beim Landeanflug innerhalb des Leitstrahls ist, werden die Kriterien zur Erzeugung des Bodenannäherungsgeschwindigkeits-Warnsignals so geändert, daß Warnsignale bei Funkhöhen oberhalb etwa 230 bis 300 m (700 bis 900 ft) wirksam gesperrt werden. Dem ODER-Glied 32 kann auch ein Signal, das die Position der Klappen "Klappen unten" angibt, angelegt werden, das die Warnkriterien in gleicher Weise ändert. Obwohl sich dieses Verfahren zur Änderung der Warnkriterien als sehr wirksam herausgestellt hat, können die Warnkriterien auch auf andere Weise geändert werden und zur Verringerung von unnötigen Warnsignalen während dem Anflug an von Bergen umgebene Flugplätze optimiert werden.

Fig. 2 zeigt ein Verfahren zur Änderung der Warnkriterien beim die übermäßig große Bodenannäherungsgeschwindigkeit betreffenden Warnbetrieb, in dem die Ratengrenzen des Funkhöhenratenbegrenzers 10 der zuvor genannten US-PS 39 34 221 geändert werden. Eine Kurve A stellt die Begrenzung der Sinkgeschwindigkeit zwischen 10 m/s (2000 ft/min) und 20,45 m/s (4090 ft/min) dar, die bei normalen Marschflugbedingungen, wenn die Klappen des Flugzeugs oben sind und das Flugzeug nicht auf dem Leitstrahl ist, gelten. In der graphischen Darstellung in Fig. 2 bedeutet eine positive Funkhöhenannäherungsrate eine Sinkgeschwindigkeit.

Falls jedoch die Klappen gesenkt oder das Flugzeug unabhängig von der Position der Klappen auf dem Gleitstrahl ist, wird das Ratensignal auf Werte zwischen beispielsweise 15 m/s (3000 ft/min) und 4,5 m/s (910 ft/min) Sinkgeschwindigkeit begrenzt. (Kurve B in Fig. 2) Die Kurven C und D zeigen Änderungen der Geschwindigkeitsbegrenzungen, wenn das Flugzeug die Flughöhe 66 m (200 ft) unterschreitet bzw. bei Fluggeschwindigkeitsexpansion, wenn die Klappen oben sind. Die Fluggeschwindigkeitsexpansion oder Mach-Expansion erhöht die Empfindlichkeit des Bodenannäherungsgeschwindigkeits- Warnsystems als Funktion der Fluggeschwindigkeit (Geschwindigkeit des Flugzeugs bezogen auf die als ruhend angenommene Umgebungsluft), wie aus Fig. 3 deutlich wird.

Fig. 3 stellt die Warneinhüllenden 100, 102 und 104 und die zur Erzeugung eines übermäßig großen Bodenannäherungsgeschwindigkeits-Warnsignals nötigen Kriterien dar, wenn sich das Flugzeug im Marschflug befindet und die Klappen nicht oben sind und es nicht auf dem Leitstrahl ist. Mit diesen Bedingungen wird der Bodenannäherungsgeschwindigkeits- Alarm unterhalb etwa 550 m (1650 ft) erzeugt (Kurve 102), wenn das Flugzeug mit Mach 0,35 oder langsamer fliegt, falls die durch die ausgezogene und gestrichelte Linie dargestellte Warneinhüllende überschritten wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird zunächst ein zweimaliges Sprachwarnsignal "TERRAIN-TERRAIN" erzeugt, dem beim Durchschreiten der gestrichelten Warneinhüllende ein "PULL UP"-Warnsignal folgt. Oberhalb der Fluggeschwindigkeit Mach 0,35 bis zur Fluggeschwindigkeit Mach 0,45 wird die Warneinhüllende bis 810 m (2450 ft) ausgedehnt (Kurve 104), damit bei diesen höheren Geschwindigkeiten eine verlängerte Warnzeit ermöglicht wird.

Falls sich das Flugzeug jedoch auf dem Leitstrahl befindet, ist der durch die Warnkriterien in Fig. 3 gegebene Schutz unnötig und kann sogar Falschalarme bewirken. Folglich wird das System gemäß der Erfindung weniger empfindlich eingestellt. Falls das System durch Änderung der Geschwindigkeitsgrenzen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, desensibilisiert wird (durch Änderung der Geschwindigkeitsbegrenzungen des Begrenzers 10 der US-PS 39 34 221), ergibt sich die in Fig. 4 dargestellte Warneinhüllende, die den Bereich 106 umfaßt. Beim Überschreiten der Einhüllenden wird, sobald sich das Flugzeug auf dem Leitstrahl befindet (oder seine Klappen unten sind) ein Warnsignal wie das Sprachwarnsignal "TERRAIN" erzeugt. Wenn somit die Flughöhe, die das Warnsystem freigibt auf unter 220 bis 300 m (700 bis 900 ft) oder wie in Fig. 4 auf unter 260 m (790 ft) begrenzt wird, lassen sich Falschalarme bei Landeanflug eliminieren oder zumindest wesentlich verringern. Indem das Warnsystem unterhalb der Höhe 60 m (200 ft) entsprechend Fig. 4 gesperrt wird, werden ebenfalls Falschalarme beim Berühren des Bodens verhindert.

Zusätzlich stellt es sich als nützlich heraus, das gemeinhin als Modus 4B bekannte Bodenabstandswarnsystem zu sperren, wenn sich das Flugzeug auf dem Leitstrahl befindet und das Fahrwerk ausgefahren ist und der Gleitwinkel nicht wesentlich nach unten vom Leitstrahl abweicht. Das unter der Bezeichnung Modus 4B bekannte Bodenabstandswarnsystem wird in den US-PS 39 36 796, 49 44 968 und 40 30 065 desselben Anmelders beschrieben.

Claims (9)

1. Verfahren zur Erzeugung eines Bodenannäherungs-Warnsignals in Flugzeugen mit folgenden Schritten:

• - Erfassen von Signalen bezüglich der Flughöhe über Grund und der Bodenannäherungsgeschwindigkeit des Flugzeugs,
• - Erzeugung eines Warnsignals, wenn die Bodenannäherungsgeschwindigkeit bei der erfaßten Ist-Flughöhe innerhalb einer für diese erfaßte Flughöhe vorgegebenen durch Mindest- und Höchstwerte der Flughöhe und der Bodenannäherungsgeschwindigkeit begrenzten Warneinhüllenden liegt,
• - Erfassung, ob sich das Flugzeug auf einem Gleitwinkel- Funkleitstrahl befindet, und
• - Erzeugung eines Warnsignals, falls das Flugzeug vom Gleitwinkel um einen vorgegebenen Grenzwert abweicht,

gekennzeichnet durch Änderung der für die Erzeugung des Bodenannäherungswarnsignals vorgegebenen Warneinhüllenden vor der Erzeugung eines Warnsignals entsprechend einer vorgegebenen Beziehung zwischen Bodenannäherungsgeschwindigkeit und Ist- Flughöhe, wenn der Gleitwinkel-Funkleitstrahl erfaßt ist und die Flugbahn des Flugzeugs vom Gleitwinkel nicht mehr als um den vorgegebenen Grenzwert abweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Kriterien so geändert werden, daß die maximale Höhe, bei der das Warnsignal erzeugt wird, verringert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Höhe auf etwa 240 m bis 300 m (700 bis 900 ft) über Grund verringert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Erzeugung des Warnsignals zugrundeliegende Bodenannäherungsgeschwindigkeit auf Maximal- bzw. Minimalwerte begrenzt wird und daß zur Änderung der Kriterien zumindest einer der Maximal- und Minimalwerte verändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Kriterien der Maximalwert der Bodenannäherungsgeschwindigkeit, der der Erzeugung des Warnsignals zugrundeliegt, geändert wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit
einem Funkhöhenmesser (14), der ein Signal über die Flughöhe über Grund abgibt,
einem Gleitwinkel-Funkleitstrahlempfänger (12), der ein Signal abgibt, wenn ein Gleitwinkel-Funkleitstrahl erfaßt ist,
einer Ratenschaltung (16), die ein Signal über die Bodenannäherungsgeschwindigkeit abgibt,
einem Bodenannäherungswarngenerator (18, 20), der auf die Ausgangssignale des Funkhöhenmessers (14) und der Ratenschaltung (16) anspricht und ein Warnsignal erzeugt, wenn die Bodenannäherungsgeschwindigkeit innerhalb einer vorgegebenen Warneinhüllenden für die Ist-Flughöhe liegt, und
einem Gleitwinkelvergleicher (24), der auf das Ausgangssignal des Gleitwinkel-Funkleitstrahlempfängers (12) anspricht und ein Warnsignal erzeugt, falls das Flugzeug vom Gleitwinkel um mehr als einen vorgegebenen Grenzwert abweicht,
dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenannäherungswarngenerator (18, 20) eine Einrichtung (18, 28, 32) aufweist, die die vorgegebene Warneinhüllende ändert, wenn der Funkleitstrahl durch den Gleitwinkel-Funkleitstrahlempfänger (12) erfaßt ist und wenn die Flugbahn des Flugzeugs nicht mehr als um den vorgegebenen Grenzwert vom Gleitwinkel abweicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Grenzwert überschreitende Abweichung vom Gleitwinkel abhängig von der Ist-Flughöhe über Grund ist, und der Gleitwinkelvergleicher (24) das Warnsignal erzeugt, wenn die Flugbahn bei der Ist-Flughöhe den durch den Funkleitstrahl gegebenen Gleitwinkel um mehr als den vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenannäherungswarngenerator, eine Einrichtung die die Maximal- und Minimalwerte des Bodenannäherungsgeschwindigkeitssignals begrenzt und eine Einrichtung aufweist, die zumindest einen der Maximal- und Minimalwerte zur Änderung der vorgegebenen Warneinhüllenden ändert.