DE60225198T2

DE60225198T2 - Flugzeugregelungssystem zum erreichen eines im flugplan vorhandenen punkts zur erforderten zeit

Info

Publication number: DE60225198T2
Application number: DE60225198T
Authority: DE
Inventors: Jim R. Glendale RUMBO; Brian E. Phoenix O'LAUGHLIN; Michael R. Maple Grove JACKSON
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: DE60225198D1; WO2002093281A1; EP1800197B1; EP1800197A1; US6507782B1; ATE386966T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Systeme zum Planen und Regulieren der Einsatzprofile von Flugzeugen und genauer Systeme und Verfahren zum Planen der Einsatzprofile von Flugzeugen, damit das gesteuerte Flugzeug einen vorbestimmten Wegpunkt zu einer erforderlichen Ankunftszeit erreicht.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
In der heutigen Welt ist die Beförderung mit Flugzeugen äußerst beliebt. Diese Beliebtheit hat zu dramatischen Anstiegen des Flugverkehrs geführt und eine Vielfalt von damit zusammenhängenden Schwierigkeiten einschließlich der Überlastung des Flugverkehrs und der Überbelastung der unterstützenden Einrichtungen am Boden verursacht. Es wird geschätzt, dass der Flugverkehr weiter zunehmen wird, was eine weitere Verschlimmerung dieser Probleme bewirkt. Um wirksam mit der Überlastung des Flugverkehrs sowohl in der Luft als auch am Boden umzugehen, üben verschiedenste Autoritäten eine zunehmende Kontrolle des Betriebs von Flugzeugen innerhalb ihres Einflussbereichs aus, oder versuchen, eine solche auszuüben. Dieser zunehmende Grad der Kontrolle erstreckt sich bereits darauf, bestimmte Flugzeug-Flugwege zuzuteilen und den Flugzeugbetreibern bestimmte Zeitbeschränkungen aufzuerlegen.
Gleichzeitig mit der Zunahme des Flugumfangs hat auch der Konkurrenzkampf unter den Verkehrsflugzeugbetreibern zugenommen, und wird er voraussichtlich weiter zunehmen. Dieser Konkurrenzkampf hat eine Situation geschaffen, in der Flugzeugbetreiber eine strenge Kontrolle ihrer Betriebsausgaben ausüben müssen, um gewinnbringend zu bleiben. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Flugzeugbetriebsausgaben maßgeblich vom Kraftstoffverbrauch wie auch von der Benutzung der Flugzeug ausstattung, des Flugpersonals und anderen Personals beeinflusst werden. Diese wiederum werden maßgeblich von Faktoren beeinflusst, die sich verbinden, um den Flugzeugeinsatz einschließlich der Flugdauer, der Fluggeschwindigkeit, des Flugwegs, und der Start- und Landezyklen zu bilden. Um die Betriebskosten wirksam zu kontrollieren, verlangen Flugzeugbetreiber daher eine zunehmende Kontrolle über die Planung und Ausführung ihrer Einsätze. Es folgt dann natürlich, dass Flugzeugbetreiber, die sich einer größeren Eigenständigkeit und Kontrolle über die Planung und Ausführung ihrer Einsätze erfreuen, auf dem Markt belohnt werden.
Typischerweise kann die Benutzung eines Flugzeugs durch einen Flugzeugbetreiber als die Ausführung einer Reihe von Einsätzen beschrieben werden, wobei jeder Einsatz einen Start von einem Ausgangsort, eine Landung an einem Bestimmungsort, und einen Zeitraum des Flugs zwischen dem Start und der Landung umfasst. Der Satz der Flugpositionen und Fluggeschwindigkeiten, der durch das Flugzeug bei der Durchführung eines bestimmten Einsatzes durchlaufen wird, kann dann als Einsatzprofil beschrieben werden. Typischerweise kann die Position eines Flugzeugs während des Flugs als dreidimensionale Verschiebung von irgendeinem willkürlichen Bezugspunkt beschrieben werden. Typischerweise werden der Breitengrad, der Längengrad und die Höhe des Flugzeugs verwendet. Ferner kann die Ausrichtung des Flugzeugs als seine winkelige Drehung um drei Bezugsachsen, zum Beispiel Nicken, Gieren und Rollen, beschrieben werden. Die Geschwindigkeit des Flugzeugs kann als ein Vektor beschrieben werden, der eine Richtungs- oder Kurskomponente und eine Größe oder Geschwindigkeit aufweist.
Der Abschnitt des Einsatzes zwischen dem Start und der Landung kann ferner als eine Reihe von Flugphasen beschrieben werden. Die erste dieser Phasen wird typischerweise als die Steigflugphase bezeichnet. Im Steigflug nimmt die vertikale Komponente der Position des Flugzeugs wesentlich zu, während das Flugzeug von der Starthöhe zu einer Reiseflughöhe aufsteigt. Eine zweite Phase wird häufig als Reiseflug bezeichnet. In der Reiseflugphase bleibt die vertikale Komponente der Position des Flugzeugs verhältnismäßig konstant bei der Reiseflughöhe. Der Reiseflug ist typischerweise die Phase, während der das Flugzeug den Großteil der Dauer seiner Einsätze verbringt. Eine dritte Phase wird allgemein als Sinkflug bezeichnet, wobei die vertikale Komponente der Position des Flugzeugs wesentlich abnimmt, während das Flugzeug von der Reiseflughöhe auf eine Landeanflughöhe sinkt. Typischerweise folgt dem Sinkflug eine Landeanflugphase, der die Landephase folgt. Typischerweise folgt ein Flugzeug in der Landeanflugphase einem Flugweg, der im Wesentlichen horizontal ist oder in der Höhe abnimmt. Die Höhen, denen beim Landeanflug gefolgt wird, liegen typischerweise zwischen 5000 und 10000 Fuß über der Meereshöhe, und hängen häufig von der Höhe des Bestimmungsflughafens ab.
Beim Landeanflug ist das Flugzeug in die nächste Nähe des Bestimmungsflughafens gelangt. Dieser Nahbereich wird als Nahkontrollbezirk bezeichnet. Der Nahkontrollbezirk erstreckt sich in einem Radius von ungefähr 30 Meilen von den meisten größeren Flughäfen und ist zu einem großen Teil durch vorbestimmte Grenzen, die durch die maßgebliche Autorität vorgeschrieben werden, und zu einem gewissen Teil durch die Reichweite des Nahkontrollbezirksradars des Flughafens definiert. Wenn ein Flugzeug den Nachkontrollbezirk betritt, geht die Befugnis für seine Steuerung von einer Flugsicherungszentrale zum Nahkontrollbezirks-Fluglotsen über. Der Punkt, an dem die Steuerung übertragen wird, wird als Übergangspunkt bezeichnet.
Jede Phase kann, neben dem Besitz der oben beschriebenen ausgeprägten Eigenschaften, auch Flugzeugbetriebsbeschränkungen mit sich bringen, die der be stimmten Kombination aus dem Flugzeug und seiner Triebwerkanlage inhärent sind. Diese Flugzeugbetriebsbeschränkungen können durch eine Vielfalt von Faktoren einschließlich struktureller Überlegungen hinsichtlich des Flugzeugs wie etwa der Tragflächenbelastung und dem Flattern; Flugzeugtriebwerküberlegungen wie etwa dem Schub, dem Kraftstoffverbrauch, der Lebensdauer, dem Luft-Startdruck oder Nenndruck; aerodynamischer Überlegungen hinsichtlich des Flugzeugs wie etwa Auftrieb, Luftwiderstand und Strömungsabriss; wie auch Systemsteuerungs- und Stabilitätseigenschaften beeinflusst werden. Diese Flugzeugbetriebsbeschränkungen weisen die Fähigkeit auf, die Eigenständigkeit des Flugzeugs zu behindern und die Steuerbarkeit des Flugzeugs zu beeinflussen.
Wie oben kurz erwähnt wurde, möchten Flugzeugbetreiber typischerweise eine größtmögliche Eigenständigkeit hinsichtlich der Planung und Ausführung ihrer Einsätze behalten oder zurückgewinnen. Flugzeugbetreibern, die sich einer vollständigen Eigenständigkeit des Flugzeugs erfreuen, steht es frei, die Kombinationen der Flugpositionen und Geschwindigkeiten, die das Einsatzprofil bilden, so zu wählen und/oder zu regulieren, dass es ihren individualisierten Zielen entspricht. Diese Ziele können mit Überlegungen wie etwa der Zeit, der Nutzlast, der Position und/oder den Kosten in Zusammenhang stehen. Betreiber, die sich einer vollständigen Eigenständigkeit erfreuen, werden fähiger sein, ihre Betriebsleistungsfähigkeiten wie auch ihre Nutzlastkapazität, ihre Reichweite und/auch ihre Wirtschaftlichkeit ständig zu verbessern.
Um die Sicherheit zu verbessern und die Überlastung zu verringern, wurde es jedoch zunehmend erforderlich, Flugzeugbetreibern Beschränkungen und Einschränkungen aufzuerlegen, die dazu neigen, den Umfang ihrer Flugzeugeigenständigkeit zu verringern. Einige Beschränkungen können betreiberauferlegt worden sein, wie etwa Beschränkungen eines bloßen Instrumentenflugs, unter denen Betreiber, die nicht fähig sind, ohne die Hilfe der Geräteausstattung sicher und leistungsfähig tätig zu sein, ihre Tätigkeiten freiwillig beschränken können. Andere Beschränkungen können durch Gesetze bewirkt worden sein, zum Beispiel durch die Auferlegung von Flugverkehrsbeschränkungen durch vorgesehene Autoritäten. Aufgrund des erhöhten Flugverkehrs wird die Erweiterung sowohl des Umfangs als auch der Dauer der gesetzlich bewirkten Beschränkungen allgemein als das einzige gegenwärtig brauchbare Mittel angesehen, um den Flugzeugabstand verlässlich sicherzustellen, eine Überlastung von Flughäfen zu verhindern, Luftraumzonen zur besonderen Verwendung zu bewahren, und im Allgemeinen die Flugsicherheit sicherzustellen. Diese Lösung ist jedoch aufgrund ihrer Verletzung der Flugzeugeigenständigkeit inhärent unerwünscht.
Als Ergebnis wurden bedeutende Anstrengungen auf die Entwicklung einer Technologie gerichtet, die einem erhöhten Flugverkehr entgegenkommen würde und die Sicherheit sicherstellen würde, ohne der Flugzeugeigenständigkeit unnötige Auflagen aufzuerlegen. Eine Lösung war die Entwicklung von Steuersystemen, die Betreibern ermöglichen, einen vorbestimmten Wegpunkt verlässlich zu einer vereinbarten vorbestimmten Ankunftszeit oder dicht daran zu erreichen. Es stellt zugegeben einen Eingriff in die Eigenständigkeit der Flugzeugbetreiber dar, sich zum Erreichen bestimmter Wegpunkte zu vorbestimmten Zeiten verpflichten zu müssen. Dennoch kann der Aufrechterhaltung der Sicherheit wegen ein gewisses Zugeständnis an Eigenständigkeit toleriert werden. Ankunftszeiterfordernis-Steuersysteme sind fähig, die Notwendigkeiten zur Verringerung der Boden- und Luftüberlastung zu erfüllen, während sie gleichzeitig Flugzeugbetreibern einen verhältnismäßig hohen Grad der Flugzeugeigenständigkeit bereitstellen.
Mit der Zunahme des Flugverkehrs, und auch mit der Zunahme des Wunsches nach Flugzeugeigenständigkeit nimmt auch der Bedarf an einer Erweiterung derartiger Systeme mit einer zusätzlichen Zeitsteuerungsbefugnis zu. Es wird verbreitet akzeptiert, dass Betreiber, die ihre Ankunftszeitverpflichtungen verlässlich und genau erfüllen, wahrscheinlich eine bevorzugte Routingbehandlung erhalten werden und daher fähig sein werden, geringere Betriebskosten zu erreichen. Eine derartige bevorzugte Behandlung wird wahrscheinlich mehr Eigenständigkeit wie auch die Zuteilung direkterer Routen oder eine andere bevorzugte Behandlung wie etwa eine Zuteilung von Flugbahnen oder Einsätzen, die von Rückenwinden profitieren, beinhalten.
Der Nahkontrollbezirk wird zunehmend strenger kontrolliert. Daher kann die Verwendung von Ankunftszeiterfordernis-Steuerungen innerhalb des Nahkontrollbezirks in der nächsten Zukunft möglicherweise nicht nützlich sein. Trotzdem können Ankunftszeiterfordernis-Steuerungen verwendet werden, um geplante Grenzübergänge oder Kontrollpunkte zu erreichen oder die anfängliche Beabstandung von Flugzeugen, die den Nachkontrollbezirk betreten, herzustellen.
Gegenwärtig ist eine Vielfalt von Systemen verfügbar, um einem Flugzeug zu ermöglichen, einen vorbestimmten Wegpunkt im Wesentlichen zu einer vorbestimmten zeit, die auch als Ankunftszeiterfordernis (RTA) bekannt ist, zu erreichen. Unglücklicherweise sind diese Systeme des Stands der Technik jedoch in vieler Hinsicht mangelhaft. Zum Beispiel sind diese gegenwärtigen Systeme in ihrer Fähigkeit beschränkt, einem Flugzeug zu ermöglichen, den Wegpunkt verlässlich innerhalb einer zulässigen Spanne der RTA, wie etwa zum Beispiel innerhalb von etwa 30 Sekunden, zu erreichen. Diese 30-Sekunden-Genauigkeit ist jedoch für die verlässliche Verwendung innerhalb des Nahkontrollbezirks, der aufgrund des erhöhten Verkehrs im Nahkontrollbezirk eine strengere Toleranz verlangt, zu groß. Ferner sind einige gegenwärtige Systeme in ihrer Fähigkeit beschränkt, sich an dynamische atmosphärische Auswirkungen wie etwa Wind-, Temperatur- und/oder Druckschwankungen anzupassen. Überdies sind Systeme des Stands der Technik typischerweise fähig, die Geschwindigkeit des Flugzeugs nur während des Flugs des Flugzeugs in der Reiseflugphase des Einsatzes automatisch zu regulieren. Diese Beschränkungen machen es Systemen des Stands der Technik schwierig, wenn nicht unmöglich, einem Flugzeug zu ermöglichen, einen vorbestimmten Wegpunkt im Nahkontrollbezirk, und häufig während der Sink- oder Landeanflugphasen, verlässlich im Wesentlichen zur RTA, z. B. vorzugsweise innerhalb von 6 Sekunden, zu erreichen. Außerdem sind Systeme des Stands der Technik typischerweise auf ein bestimmtes gewähltes Verfahren der Regulierung des Geschwindigkeitsprofils wie etwa das Abwandeln des Kostenindexes oder das Hinzufügen einer konstanten Geschwindigkeitsveränderung entlang einer Flugbahn beschränkt.
Zum Beispiel offenbart die US-Patentschrift Nr. 5,408,413 ein derartiges Steuersystem, doch ist sie durch die Weise, auf die sie die Geschwindigkeitsmodulation bewerkstelligt, in ihrer Wirksamkeit beschränkt. Dieses System moduliert die Geschwindigkeit auf eine solche Weise, dass über alle Flugabschnitte eine konstante Veränderung der Geschwindigkeit über Grund bewahrt wird. Dieses System ist für den Reiseflugabschnitt, in dem die Flugzeuggeschwindigkeit ohne Auferlegung einer Flugzeugbetriebsbeschränkung bedeutend reguliert werden kann, mäßig wirksam. In den Phasen des Steigflugs, des Sinkflugs und Landeanflugs wird die Fähigkeit derartiger Systeme, die Flugzeuggeschwindigkeit zu modulieren, viel wahrscheinlicher durch eine oder mehrere Flugzeugbetriebsbeschränkungen behindert werden. Ferner wird sich eine Nichtlinearität ergeben, wann immer eine befohlene Geschwindigkeitsmodulation ein Überschreiten einer Flugzeugbetriebsbeschränkung verursachen würde. Mit anderen Worten wird der Befehl nicht wie erwartet ausgeführt werden. Als Ergebnis können derartige Steuersysteme beim Modulieren der Geschwindigkeit wirkungslos sein, können sie instabil werden, und können sie bei einer digitalen Ausführung dabei versagen, eine konvergierte Lösung zu erreichen, von der verlässlich erwartet werden kann, dass sie ihr beabsichtigtes Ergebnis innerhalb des erforderlichen Zeitraums erzielt. Dieses System kann auch ein Geschwindigkeitsprofil erzeugen, das nicht kraftstoffoptimal ist.
Als weiteres Beispiel verlässt sich die US-Patentschrift Nr. 5,121,325 auf eine Äquivalenzbereichsannäherung, um die Auswirkungen der Veränderung eines unabhängigen Parameters, der mit den Betriebskosten in Zusammenhang steht und die Geschwindigkeiten in einem sich ergebenden Einsatzprofil und die vorhergesehene Ankunftszeit indirekt beeinflusst, zu schätzen. Obwohl dieses System fähig ist, rasch eine Lösung zu finden, verlässt es sich auf ein angenähertes Einsatzprofil, was zu einem bedeutenden Kompromiss bei der Genauigkeit führt. Außerdem ist dieses System in der Sinkflug- und in der Landeanflugphase unwirksam, da der Flugweg und die Geschwindigkeiten beim Sinkflug gegenüber Veränderungen im Kostenindex empfindlich sind. Zum Beispiel müssen der Kostenindex und der Sinkflugweg innerhalb der Sinkflugphase im Wesentlichen konstant bleiben. Außerdem werden die Sinkfluggeschwindigkeiten bei diesem System wahrscheinlicher durch eine Flugzeugbetriebsbeschränkung beeinflusst werden, da die Sinkfluggeschwindigkeiten gegenüber Kostenindexveränderungen empfindlicher sind, als die Reisefluggeschwindigkeit. Außerdem kann die Steuerung unfähig sein, die Sinkfluggeschwindigkeit zu verringern, wenn die Triebwerkanlage bereits im Leerlauf betrieben wird.
Es wurden Versuche unternommen, eine aktive Geschwindigkeitssteuerung bereitzustellen, die Sensorrückmeldungen während verschiedener Flugphasen benutzt.
Alle derartigen früheren Versuche sind jedoch aus einer Anzahl von Gründen gescheitert. Das bedeutendste Hindernis ist, dass die Empfindlichkeit der Ankunftszeit gegenüber der Steigflug- und der Sinkfluggeschwindigkeit schwierig zu schätzen ist. Ferner ist das Bewerkstelligen gewünschter Veränderungen an der Steigflug- und der Sinkfluggeschwindigkeit, wenn sich das Flugzeug in diesen Flugphasen befindet, problematisch. Die grundlegende Architektur gegenwärtiger Flugverwaltungssysteme kommt Abwandlungen der Steigflug- und der Sinkfluggeschwindigkeit, wenn sich das Flugzeug in diesen Phasen befindet, nicht entgegen.
Es wäre daher wünschenswert, über ein RTA-Steuersystem und -verfahren zu verfügen, die die Flugsicherheit steigern würden und eine erhöhte Flugzeugeigenständigkeit bereitstellen würden, indem ihre Fähigkeiten von der Reiseflugphase auf die Steigflug-, die Sinkflug- und die Landeanflugphase ausgeweitet werden.
Es wäre auch vorteilhaft, über ein RTA-Steuersystem und -verfahren zu verfügen, wobei das Verfahren der Geschwindigkeitsregulierung willkürlich gewählt werden könnte, während eine annehmbare Steuerungsansprechzeit bewahrt wird.
Es wäre ferner vorteilhaft, über ein RTA-Steuersystem und -verfahren zu verfügen, wobei das Verfahren der Geschwindigkeitsregulierung während unterschiedlicher Abschnitte des Einsatzes verändert werden könnte, während eine annehmbare Steuerungsansprechzeit bewahrt wird.
Es wäre ferner vorteilhaft, über ein RTA-Steuersystem und -verfahren zu verfügen, wobei das Verfahren der Geschwindigkeitsregulierung im Reiseflugabschnitt so gewählt werden könnte, dass der Kraftstoffverbrauch auf ein Mindestmaß verringert wird, während eine annehmbare Steuerungsansprechzeit bewahrt wird.
Es wäre ferner vorteilhaft, über ein RTA-Steuersystem und -verfahren zu verfügen, wobei das Verfahren der Geschwindigkeitsregulierung im Sinkflugabschnitt so gewählt werden könnte, dass die Geschwindigkeitsregulierungsflexibilität spät im Flug bewahrt wird, während eine annehmbare Steuerungsansprechzeit bewahrt wird.
Es wäre ferner vorteilhaft, über ein RTA-Steuersystem und -verfahren zu verfügen, wobei der Sinkflugweg so geplant werden könnte, dass er flacher als ein kraftstoffoptimaler Sinkflug ist, wodurch gestattet wird, dass während des Sinkflugs Geschwindigkeitsregulierungen vorgenommen werden, um die Zeitbeschränkung genau zu erfüllen.
Es wäre ferner vorteilhaft, über ein RTA-Steuersystem und -verfahren zu verfügen, wobei das System und das Verfahren Auswirkungen und Nichtlinearitäten wie etwa die Beeinträchtigung der Flugzeugbetriebsbeschränkungen feiner modellieren könnten, damit das System und das Verfahren die passendste Geschwindigkeitsregulierung rasch bestimmen könnten.
Es wäre ferner vorteilhaft, über ein RTA-Steuersystem und -verfahren zu verfügen, wobei sich das System das vollständige Flugverwaltungssystemvorhersagesystem und nicht einfach die weniger genaue Äquivalenzbereichsannäherung voll zunutze machen würde, so dass die bestimmte Geschwindigkeitsregulierung genauer sein würde.
Es wäre ferner vorteilhaft, über ein RTA-Steuersystem und -verfahren zu verfügen, wobei das System beim Bestimmen der frühesten erzielbaren geschätzten Ankunftszeit Kraftstoffreserven berücksichtigen würde.
Es wäre ferner vorteilhaft, über ein RTA-Steuersystem und -verfahren zu verfügen, wobei das System keine früheste geschätzte Ankunftszeit vorschlagen würde, die erfordern würde, dass das Flugzeug auf Geschwindigkeiten beschleunigt, die verursachen würden, dass der am Bestimmungsort verbliebene Kraftstoffpegel unter der Mindestreserve liegt.
Es wäre ferner vorteilhaft, über ein RTA-Steuersystem und -verfahren zu verfügen, wobei die RTA in der Sinkflugphase, unter Geschwindigkeitsbeschränkungen und Geschwindigkeitsübergängen liegen könnte, und das System das Geschwindigkeitsprofil so planen würde, dass die Steuerbefugnis für den längst möglichen Zeitraum bewahrt wird, um die Gefahr des Versäumens der RTA zu verringern.
Es wäre ferner vorteilhaft, über ein RTA-Steuersystem und -verfahren zu verfügen, wobei mehrere RTA-Wegpunkte eingegeben werden könnten, und das System fähig sein würde, ein Geschwindigkeitsprofil zu wählen, um jede RTA einzuhalten.
Es wäre ferner vorteilhaft, über ein RTA-Steuersystem und -verfahren zu verfügen, wobei das System in seiner Fähigkeit, RTA-Spezifikationen in einer Vielfalt von logischen Formaten Rechnung zu tragen, flexibel sein würde.
Es wäre ferner vorteilhaft, über ein RTA-Steuersystem und -verfahren zu verfügen, wobei das System das Geschwindigkeitsprofil optimieren würde, um den Kraftstoffverbrauch auf ein Mindestmaß zu verringern, während die Zeitbeschränkungen erfüllt werden.
Es wäre ferner vorteilhaft, über ein RTA-Steuersystem und -verfahren zu verfügen, wobei die Flugabschnitte, die Fluggeschwindigkeitsverringerungen im Sinkflug beinhalten, mit einer nicht im Leerlauf befindlichen Drossel vorhergesagt würden, und wobei das Leitsystem die Fluggeschwindigkeit genau steuern würde, damit es dem vorhergesagten Einsatz entspricht, indem das Geschwindigkeitsziel, das während des Geschwindigkeitsverringerungsabschnitts zur automatischen Drossel gesendet würde, dynamisch verändert wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die gegenwärtige Erfindung stellt ein System zum derartigen Steuern des Flugs eines Flugzeugs, dass eine RTA eingehalten wird, bereit. Das System umfasst einen Geschwindigkeitsprofilgenerator, der mit einem Flugbahngenerator kommuniziert, um ein Geschwindigkeitsprofil zu erzeugen, das dem Flugzeug ermöglicht, einen Wegpunkt im Wesentlichen zu einer vorbestimmten Zeit zu erreichen. Im System der gegenwärtigen Erfindung empfängt der Geschwindigkeitsprofilgenerator ein Nenngeschwindigkeitsbefehlssignal, ein Zeitfehlersignal und ein Empfindlichkeitssignal. Auf Basis dieser Eingaben erzeugt der Geschwindigkeitsprofilgenerator ein Geschwindigkeitsprofilsignal. Der Flugbahngenerator empfängt das Geschwindigkeitsprofilsignal und ein Ankunftszeiterfordernissignal. Auf Basis dieser Signale erzeugt der Flugbahngenerator ein Zeitfehlersignal und ein Empfindlichkeitssignal. Dieses Empfindlichkeitssignal stellt die Empfindlichkeit des Zeitfehlersignals gegenüber Veränderungen im Geschwindigkeitsprofilsignal dar.
Die gegenwärtige Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Steuern des Flugs eines Flugzeugs bereit. Dieses Verfahren umfasst die Schritte des Erzeugens eines Zeitfehlersignals als Reaktion auf ein Ankunftszeiterfordernissignal und ein Geschwindigkeitsprofilsignal, des Überarbeitens des Geschwindigkeitsprofilsignals als Reaktion auf das Zeitfehlersignal, des Erzeugens eines Empfindlichkeitssignals als Reaktion auf das überarbeitete Geschwindigkeitsprofilsignal, und des Überarbeitens des Geschwindigkeitsprofilsignals als Reaktion auf das Empfindlichkeitssignal. Durch dieses Verfahren wird einem Flugzeug ermöglicht, einen Wegpunkt verlässlich im Wesentlichen zu einer vorbestimmten Zeit zu erreichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben erwähnten Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung können aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen, in denen die gleichen Bezugszeichen durchwegs die gleichen baulichen Elemente bezeichnen, betrachtet wird, klarer verstanden werden, wobei
1 den Ablauf der Informationssignale, während die Steuerung die Funktionen der vorliegenden Erfindung durchführt, nach einem breiten Gesichtspunkt darstellt,
2 den Ablauf der Informationssignale, während die Steuerung ihre Funktionen durchführt, in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
3 ein beispielhaftes Verfahren beschreibt, das durch einen Flugbahngenerator durchgeführt wird, um eine akkumulierte Empfindlichkeit zu erzeugen,
4 ein beispielhaftes Verfahren beschreibt, das durch einen Geschwindigkeitsprofilgenerator, oder einen seiner Bestandteile, einen Geschwindigkeitsregulierungsgenerator, eingesetzt wird, um einem einzelnen RTA-Wegpunkt Rechnung zu tragen,
5 ein beispielhaftes Verfahren beschreibt, das durch einen Geschwindigkeitsprofilgenerator, oder einen seiner Bestandteile, einen Geschwindigkeitsregulierungsgenerator, eingesetzt wird, um mehreren RTA-Wegpunkten Rechnung zu tragen, und
6 ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Flugs eines Flugzeugs beschreibt, um zu verursachen, dass das Flugzeug einen Wegpunkt im Wesentlichen zu einer vorbestimmten Zeit erreicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung stellt ein allgemeines System und Verfahren zum Steuern eines Flugzeugs bereit, um dem Flugzeug zu ermöglichen, eine RTA verlässlich und genau einzuhalten. Die vorliegende Erfindung bietet einem Flugzeugbetreiber die Fähigkeit, Geschwindigkeitsveränderungen in allen Flugphasen eines Flugzeugeinsatzes einschließlich des Steig- und des Sinkflugs wirksam Rechnung zu tragen und sie reagierend zu modulieren. Ferner können das offenbarte System und Verfahren dazu angepasst werden, wirksam zu sein, wenn sie auf unterschiedliche Flugzeugsteuersysteme angewendet werden, die sich auf eine breite Vielfalt von Verfahren verlassen können, um die Geschwindigkeit zu regulieren. In einer beispielhaften Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Steuersystem und -verfahren bereit, die passende Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitsverringerungsbefehle erzeugen und die befohlenen Geschwindigkeitsveränderungen unter den verschiedenen Phasen des Einsatzes eines Flugs aufteilen. Im Ganzen verbinden sich diese Geschwindigkeitsveränderungen, um ein Geschwindigkeitsprofil zu bilden, das die Geschwindigkeiten beschreibt, bei denen das Flugzeug betrieben werden soll. Jede(s) dieser Merkmale und Fähigkeiten wird nachstehend ausführlicher besprochen.
Nach einem breiten Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren zum Bestimmen und Befehlen eines passenden Geschwindigkeitsprofils bereit, das dazu wirksam ist, einem Flugzeug verlässlich zu ermöglichen, eine RTA einzuhalten.
Nach einem anderen Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren zum Bestimmen eines Geschwindigkeitsprofils und der Geschwindigkeitsregulierungen, die sich verbinden, um dieses Geschwindigkeitsprofil zu erzeugen, bereit. Mehrere beispielhafte Ausführungsformen zum Bestimmen der Geschwindigkeitsregulierung im Geschwindigkeitsprofilgenerator sind nachstehend ausführlicher beschrieben. Wie durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt, ist das gewählte Verfahren des Modulierens der Geschwindigkeit nützlich, um das Geschwindigkeitsprofil während eines Einsatzes zu regulieren und die Ankunftszeit wirksam zu steuern. Nach noch einem anderen Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung Systeme und Verfahren zum Modulieren des Geschwindigkeitsprofils während des Fortschritts des Einsatzes bereit.
Die vorliegende Erfindung kann hierin in Form von Funktionsblockbestandteilen, optionalen Wahlmöglichkeiten und verschiedensten Verarbeitungsschritten beschrieben werden. Es sollte sich verstehen, dass diese Funktionsblöcke durch jede beliebige Anzahl von Hardware- und/oder Softwarekomponenten ausgeführt werden können, die dazu gestaltet sind, die bestimmten Funktionen durchzuführen. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung verschiedenste Bestandteile in integrierter Schaltung, z. B. Speicherelemente, Verarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen und dergleichen, einsetzen, die unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuervorrichtungen eine Vielfalt von Funktionen ausführen. In der gleichen Weise können die Softwareelemente der vorliegenden Erfindung mit jeder beliebigen Programmier- oder Skriptsprache wie etwa Fortran, C, C++, Java, XML, COBOL, Assembler, PERL, Basic, Matlab oder dergleichen ausgeführt werden, wobei die verschiedenen Algorithmen mit jeder beliebigen Kombination von Datenstrukturen, Objekten, Prozessen, Programmen oder anderen Programmierelementen ausgeführt sind. Ferner sollte bemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung für die Datenübertragung, die Signalisierung, die Datenverarbeitung, die Netzwerksteuerung und dergleichen jede beliebige Anzahl von herkömmlichen Techniken einsetzen kann.
Es sollte sich verstehen, dass die bestimmten Ausführungen, die hierin gezeigt und beschrieben sind, die Erfindung und ihre beste Weise veranschaulichen und den Umfang der vorliegenden Erfindung im Übrigen in keinster Weise beschränken sollen. Tatsächlich können der Kürze halber die herkömmliche Datenvernetzung, die Anwendungsentwicklung und andere funktionelle Gesichtspunkte der Systeme (und Bestandteile der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) hierin nicht ausführlich beschrieben sein. Darüber hinaus sollen die Verbindungslinien, die in den verschiedenen hierin enthaltenen Figuren gezeigt sind, beispielhafte funktionelle Beziehungen und/oder physische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen zeigen. Es sollte bemerkt werden, dass in einem praktischen Steuersystem viele alternative oder zusätzliche funktionelle Beziehungen oder physische Verbindungen vorhanden sein können.
Man wird verstehen, dass viele Anwendungen der vorliegenden Erfindung formuliert werden könnten. Wie ein Durchschnittsfachmann verstehen wird, kann die vorliegende Erfindung als Verfahren, Datenverarbeitungssystem, Vorrichtung zur Datenverarbeitung und/oder Computerprogrammerzeugnis ausgeführt werden. Demgemäß kann die vorliegende Erfindung die Form einer vollkommenen Softwareausführungsform, einer vollkommenen Hardwareausführungsform, oder einer Ausführungsform, die Gesichtspunkte sowohl der Software als auch der Hardware kombiniert, annehmen. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung die Form eines Computerprogrammerzeugnisses auf einem computerlesbaren Speichermedium mit computerlesbaren Programmcodemitteln, die im Speichermedium verkörpert sind, annehmen. Es kann jedes beliebige geeignete computerlesbare Speichermedium benutzt werden, einschließlich Festplatten, CD-ROMS, optischer Speichervorrichtungen, magnetischer Speichervorrichtungen und/oder dergleichen. Ferner fasst die gegenwärtige Erfindung die Übertragung von Signalen von, zu und zwischen den Elementen durch eine Vielfalt von Übertragungsmitteln einschließlich von, jedoch ohne Beschränkung darauf, elektrischen Signalen, Lichtsignalen, hydraulischen Signalen, pneumatischen Signalen, elektromagnetischen Signalen und jedem beliebigen anderen gleichwertigen Mittel zum Übertragen von Informationen ins Auge.
Wie es üblich ist, gibt es mehrere Flugzeugflugparametermessungen und Ausdrücke, die beim Beschreiben des Flugzeugeinsatzzustands und der Entwicklung von Flugbahnkurven und Geschwindigkeitsprofilen nützlich sind. Diese Parameter wie auch hierin verwendete Ausdrücke und herkömmliche Bezeichnungen sind im folgenden Glossar definiert.

A: Beschleunigung (oder Geschwindigkeitsverringerung, wenn im Sinn negativ)
CAS: kalibrierte Fluggeschwindigkeit
CAS_cmd: befohlene kalibrierte Fluggeschwindigkeit
CAS_nom: nominelle kalibrierte Geschwindigkeit
CMD: Befehl
Current_GMT: gegenwärtige mittlere Greenwich-Zeit
DeltaSAP: Veränderung in der Geschwindigkeitsregulierung
Dx_Dy: Empfindlichkeit von x gegenüber Veränderungen von y
δ(X)/δ(Y): Empfindlichkeit von X gegenüber Veränderungen von Y
δETA/δSAP: Empfindlichkeit der ETA gegenüber Veränderungen im SAP
δGndSpd/δSAP: Empfindlichkeit der Geschwindigkeit über Grund gegenüber Veränderungen im SAP
δ²(X)/δ(Y)²: Veränderlichkeit der Empfindlichkeit von X gegenüber Veränderungen von Y
δ²ETA/δSAP²: Veränderlichkeit der Empfindlichkeit der ETA gegenüber Veränderungen im SAP
δ²GndSpd/δSAP²: Veränderlichkeit der Empfindlichkeit der Geschwindigkeit über Grund gegenüber Veränderungen im SAP
ECON: Wirtschaftlichkeitsprofil für die Geschwindigkeit und die Höhe, um die Betriebskosten auf ein Mindestmaß zu verringern
ETA: geschätzte Ankunftszeit
ETA(SAP): geschätzte Ankunftszeit auf Basis der Geschwindigkeitsregulierung
GMT: mittlere Greenwich-Zeit
GndSpd: Geschwindigkeit über Grund
GS: Geschwindigkeit über Grund
GScmd: Geschwindigkeit-über-Grund-Befehl
GSnom: Nenngeschwindigkeit über Grund
h: Höhe
M: Machzahl
L: Strecke
LegDist: Abschnittsstrecke
LegTime: Abschnittszeit
Mach: Machzahl
Mach_cmd: befohlene Machzahl
Mach_nom: Nennmachzahl
max: Maximum
min: Minimum
RTA: Ankunftszeiterfordernis
SAP: Geschwindigkeitsregulierungsparameter
SAPChange: Veränderung in der Geschwindigkeitsregulierung
SAPChangeEst: geschätzte Veränderung in der Geschwindigkeitsregulierung
SAPmin: Mindestgeschwindigkeitsregulierung
SAPmax: Höchstgeschwindigkeitsregulierung
SOS: Schallgeschwindigkeit
SPD: Geschwindigkeit
TAS: wahre Fluggeschwindigkeit
TASmin: minimale wahre Fluggeschwindigkeit
TASmax: maximale wahre Fluggeschwindigkeit
TASnom: nominelle wahre Fluggeschwindigkeit
temp: Temperatur
T/C: oder TOC Ende des Steigflugs
T/D: oder TOD Ende des Sinkflugs
TimeError: Zeitfehler
V: Geschwindigkeit
Wc: Seitenwind
Wh: Gegenwind
WPT: Wegpunkt

1 zeigt einen beispielhaften Fluss von Informationssignalen, während die Steuerung die Funktion des Steuerns des Leistungsverhaltens eines Flugzeugeinsatzes durchführt, um einem Flugzeug zu ermöglichen, eine RTA einzuhalten, von einer hohen Ebene. Nach diesem breiten Gesichtspunkt steht ein Geschwindigkeitsprofilgenerator 144 mit einem Flugbahngenerator 122 in Kommunikation. Der Flugbahngenerator 122 empfängt ein RTA-Signal 142 und ein anfängliches Geschwindigkeitsprofilsignal 120. Als Reaktion auf das RTA-Signal 142 und das anfängliche Geschwindigkeitsprofilsignal 120 erzeugt der Flugbahngenerator 122 ein Zeitfehlersignal 136 und ein anfängliches kumuliertes Empfindlichkeitssignal 130. Wie ein Fachmann leicht versteht, können der Flugbahngenerator 122 und der Geschwindigkeitsprofilgenerator 144 in einer Vielfalt von Ausführungsformen ausgeführt sein, zum Beispiel als verteilte Elemente. Zum Beispiel kann der Geschwindigkeitsprofilgenerator 144 wie in 2 dargestellt als ein Geschwindigkeitsregulierungsgenerator 238 in Kommunikation mit einem Geschwindigkeitsregler 214 ausgeführt sein.
Es ist erwähnenswert, dass diese Steuerung dazu gestaltet sein kann, einer Leistungsverhaltensvorhersagefunktionalität, die für herkömmliche Flugverwaltungs systeme typisch ist, Rechnung zu tragen. Als Reaktion auf das akkumulierte Empfindlichkeitssignal 130 und das Zeitfehlersignal 136 überarbeitet der Geschwindigkeitsprofilgenerator das Geschwindigkeitsprofilsignal 120. Als Reaktion auf das überarbeitete Geschwindigkeitsprofilsignal 120 und das RTA-Signal 142 überarbeitet der Flugbahngenerator 122 das Zeitfehlersignal 136 und das akkumulierte Empfindlichkeitssignal 130. Dieser iterative Prozess dauert an, bis das Zeitfehlersignal 136 einen ausreichend kleinen Zeitfehler 136, wie etwa innerhalb einer vorbestimmten Toleranzgrenze, darstellt, wonach das Geschwindigkeitsprofil zur Ausführung zur passenden Flugzeugsteuerung kommuniziert wird. Anders gesagt werden die Geschwindigkeitsregulierung und das sich ergebende Geschwindigkeitsprofil durch Wiederholung bestimmt, wobei jeder Durchgang der Leistungsverhaltensvorhersage die Geschwindigkeitsregulierung und dadurch das Geschwindigkeitsprofil verfeinert, bis die geschätzte Ankunftszeit der RTA entspricht.
Dadurch enthält das Geschwindigkeitsprofil ausreichende Informationen für den Flugbahngenerator, um die Bewegung des Flugzeugs über den gesamten Flugplan vorherzusagen. Das Geschwindigkeitsprofil kann ausdrücklich Steigflug-, Reiseflug- und Sinkfluggeschwindigkeiten beinhalten. Alternativ kann das Geschwindigkeitsprofil einen Parameter, oder einen Satz von Parametern, beinhalten, der ausreichende Informationen beinhaltet, um bei deren Kombination mit einem vordefinierten Satz von Regeln die Geschwindigkeiten, die durch das Flugzeug durchlaufen werden sollen, einzigartig zu definieren. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Geschwindigkeitsprofil gemäß einem Satz von optimalen Bezugsgeschwindigkeiten, einer Geschwindigkeitsregulierung oder einem Satz von Regulierungen, die die schrittweisen Regulierungen, welche in Bezug auf die optimalen Geschwindigkeiten angewendet werden sollen, definieren, und Geschwindigkeitsregulierungsgewinnen, die die Geschwindigkeitsregulierungen wirksam unter den Einsatzphasen aufteilen, definiert. Zusätzlich kann das Geschwindigkeitsprofil Informationen enthalten, die die entsprechenden Bezugsatmosphärebedingungen und den gewünschten Flugplan angeben.
Das akkumulierte Empfindlichkeitssignal stellt eine Schätzung der Veränderungen in der Ankunftszeit, die sich aus Veränderungen am Geschwindigkeitsprofil ergeben, dar, die für ein bestimmtes Geschwindigkeitsprofil maßgeblich ist. Nachstehend sind mehrere beispielhafte Verfahren zum Bestimmen einer akkumulierten Empfindlichkeit beschrieben.
2 stellt ein beispielhaftes System zum Steuern eines Flugzeugs, um eine Ankunftszeiterfordernis einzuhalten, ausführlicher dar. In diesem beispielhaften System werden ein Wunschflugplansignal 202, Nenngeschwindigkeitsbefehlssignale 212, ein Atmosphärebedingungssignal 224, Geschwindigkeitsregulierungsgewinnsignale 206 und ein Geschwindigkeitsregulierungssignal 240 zum Geschwindigkeitsregler 214 des Steuersystems 200 kommuniziert. Die Nenngeschwindigkeitsbefehlssignale 212 werden durch Geschwindigkeitsgeneratoren 210 erzeugt, die herkömmliche Steigflug-, Reiseflug- und Sinkflug-Geschwindigkeitsgeneratoren beinhalten können. Die Geschwindigkeitsgeneratoren 210 bestimmen die Nenngeschwindigkeitsbefehlssignale auf Basis des Atmosphärebedingungssignals 224 und, in dieser beispielhaften Ausführungsform, eines Kostenindexsignals 208. Die Geschwindigkeitsregulierungsgewinnsignale 206 beeinflussen, wie die Geschwindigkeitsregulierungen unter den Flugphasen wie etwa dem Steigflug, dem Reiseflug und dem Sinkflug aufgeteilt werden. Der Geschwindigkeitsregler 214 regelt die Nenngeschwindigkeitsbefehlssignale 212 als Reaktion auf das Flugplansignal 202, die Nenngeschwindigkeitsbefehlssignale 212, die verschiedenen Geschwindigkeitsregulierungsgewinnsignale 206 und das Geschwindigkeitsregulierungssignal 240, um einen Regulierte-Geschwindigkeits-Befehl 216 zu erzeu gen, der durch einen Geschwindigkeitsbegrenzer 218 begrenzt werden kann. Nach der Sicherstellung, dass der Regulierte-Geschwindigkeits-Befehl 216 keinerlei Grenzen oder Beschränkungen verletzt, erzeugt der Geschwindigkeitsbegrenzer 218 ein Geschwindigkeitsprofilsignal 120, das zu einem Sinkflugwegplaner 204 kommuniziert wird. Zusätzlich zum Empfang des Geschwindigkeitsprofilsignals 120 empfängt der Sinkflugwegplaner 204 auch das Flugplansignal 202, und plant den Sinkflug unter Verwendung einer vorhergesagten RTA-Geschwindigkeit für den Sinkflug, die so gestaltet ist, dass die Einstellung der im Leerlauf befindlichen Drossel sichergestellt wird. Schließlich sendet der Sinkflugwegplaner 204 ein Reaktionssignal zur Kombination mit dem Geschwindigkeitsprofilsignal 120, um das Geschwindigkeitsprofilsignal 120 zu berichtigen, zum Flugbahngenerator 122.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 empfängt der Flugbahngenerator 122 das Geschwindigkeitsprofilsignal 120, optional durch den Sinkflugwegplaner 204 berichtigt, zusätzlich zum Atmosphärebedingungssignal 224, um verschiedene zustandsvariable Signale 226 im Zusammenhang mit der Position, der Geschwindigkeit, dem verbleibenden Kraftstoff und dem Kraftstoffverbrauch zu erzeugen. Der Flugbahngenerator 122 bestimmt die Summe der Empfindlichkeiten der geschätzten Ankunftszeit gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung und erzeugt ein Empfindlichkeitssignal 130, das ein akkumuliertes Empfindlichkeitssignal beinhalten kann. Der Flugbahngenerator 122 erzeugt auch Geschwindigkeitsregulierungsbeschränkungssignale 233 und Veränderlichkeitssignale 231. Die Empfindlichkeitssignale 130, die Geschwindigkeitsregulierungsbeschränkungssignale 233 und die Veränderlichkeitssignale 231 werden zu einem Geschwindigkeitsregulierungsgenerator 238 kommuniziert. Zusätzlich werden verschiedenste Zeitsignale 228 wie etwa ein Ankunftszeitschätzungssignal 232 zu einem Zeitvergleicher 234 kommuniziert. In einer Aus führungsform kann der Flugbahngenerator 122 einen integrierten Zeitvergleicher 234 beinhalten.
Der Zeitvergleicher 234 empfängt das Ankunftszeitschätzungssignal 232 wie auch ein RTA-Signal 142, um ein akkumuliertes Zeitfehlersignal 136 zu erzeugen, das zum Geschwindigkeitsregulierungsgenerator 238 kommuniziert wird. Schließlich erzeugt der Geschwindigkeitsregulierungsgenerator 238 das Geschwindigkeitsregulierungssignal 240, das zum Geschwindigkeitsregler 214 kommuniziert wird. Der Geschwindigkeitsregler 214 bestimmt auch die Empfindlichkeit der Regulierte-Geschwindigkeit-Befehlssignale 216 gegenüber Veränderungen im Geschwindigkeitsregulierungssignal 240.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfassen das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung den Schritt des Bestimmens der Geschwindigkeitsregulierung, und daher des Geschwindigkeitsprofils, in einer Reihe von iterativen Durchlaufen. Diese iterative Verfeinerung verbessert die Verlässlichkeit und die Genauigkeit des Ergebnisses. Nach dieser Ausführungsform wird die Bestimmung der Geschwindigkeitsregulierung und des entsprechenden Geschwindigkeitsprofils durch Annähern einer geschätzten Ankunftszeit und Bestimmen der notwendigen Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße nach der folgenden beispielhaften Beziehung bewerkstelligt:
Auf Basis der oben beschriebenen Beziehung versteht ein Durchschnittsfachmann, dass die Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße auch nach der folgenden beispielhaften Annäherungsbeziehung beschrieben werden kann:
Diese Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße kann dann bei jedem aufeinanderfolgenden Durchlauf der Leistungsverhaltensvorhersagen der Geschwindigkeitsregulierung hinzugefügt werden.
Im Allgemeinen kann ein Flugverwaltungssystem eine geschätzten Ankunftszeit in vereinfachter Form nach der folgenden beispielhaften Annäherungsbeziehung bestimmen, die auf der Summierung der Flugbahnabschnittsstrecke geteilt durch die Geschwindigkeit über Grund und die gegenwärtige Zeit beruht:
Als praktische Angelegenheit kann die Flugbahn, die durch ein Flugzeug bei der Durchführung der verschiedenen Phasen seines Einsatzes durchquert wird, in Abschnitte geteilt werden, wobei jeder Abschnitt den Weg zwischen Wegpunkten oder einen Teil des Wegs zwischen Wegpunkten darstellt. Diese Flugbahnabschnitte tragen jeweils zu den hierin beschriebenen Summierungen bei. Die oben beschriebene Summierung wird über die durch den Ausdruck WPTS bezeichneten passenden Flugbahnabschnitte angewendet.
Daher kann die Empfindlichkeit gegenüber einer Geschwindigkeitsregulierungsveränderung, und der entsprechenden Geschwindigkeitsprofilveränderung, nach der folgenden beispielhaften Beziehung geschätzt werden:
was auch nach der folgenden beispielhaften Beziehung beschrieben werden kann:
Wie oben erwähnt hängt das Verfahren zum Bestimmen der Empfindlichkeit der Geschwindigkeit über Grund gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung von der Wahl des Geschwindigkeitsregulierungsverfahrens ab. Mehrere beispielhafte Geschwindigkeitsmodulationsverfahren sind nachstehend ausführlicher beschrieben.
Da eine befohlene Flugzeuggeschwindigkeit einer Flugzeugbetriebsbeschränkung unterliegen kann, kann sich die Empfindlichkeit der Geschwindigkeit über Grund gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung, und entsprechenden Veränderungen im Geschwindigkeitsprofil, abhängig davon unterscheiden, ob die Beschleunigung positiv oder negativ ist, oder, mit anderen Worten, ob eine Beschleunigung oder eine Geschwindigkeitsverringerung erforderlich ist. Als Ergebnis muss jede Empfindlichkeit nach zwei Verfahren bestimmt werden, wobei ein Verfahren für Beschleunigungen gilt, und ein anderes Verfahren für Geschwindigkeitsverringerungen gilt. Zum Beispiel kann die Empfindlichkeit, die mit einer Beschleunigung verbunden ist, für die Teile der Flugbahn, in denen das Geschwindigkeitsprofil durch eine mit einer Höchstgeschwindigkeit verbundene Flugzeugbetriebsbeschränkung beschränkt ist, unerheblich sein. In solchen Fällen hängt die anwendbare Empfindlichkeit, die verwendet werden soll, davon ab, ob sich die befohlene Geschwindigkeitsregulierung als eine Beschleunigung oder eine Geschwindigkeitsverringerung herausstellt. In anderen Situationen kann die Geschwindigkeit aufgrund der Auferlegung einer anderen Flugzeugbetriebsbeschränkung für einen gegebenen Flugabschnitt nicht regulierbar sein. Demgemäß kann die Empfindlichkeit für beide Fälle, Beschleunigungen und Geschwindigkeitsverringerungen, unerheblich sein.
In dieser beispielhaften Ausführungsform können die Beziehungen in geeigneter Weise nach den folgenden beispielhaften Beziehungen und Benennungen beschrieben werden:
Dieses beispielhafte Annäherungsverfahren stellt verlässliche Ergebnisse bereit, wann immer eine lineare Beziehung richtig angenommen wird, oder wann immer jegliche unerwartete oder unberücksichtigte nichtlineare Auswirkungen nur erwünschte oder stabilisierende Wirkungen beitragen.
Zusätzlich zum oben beschriebenen Annäherungssystem und -verfahren stellt die vorliegende Erfindung alternativ ein feineres System und Verfahren zum Bestimmen der Geschwindigkeitsregulierung und des entsprechenden Geschwindigkeitsprofils bereit. Es wurde herausgefunden, dass, wenn nach der vorliegenden Erfindung große Geschwindigkeitsregulierungen bestimmt und befohlen werden, nichtlineare Auswirkungen wie etwa jene, die durch den Eingriff einer Flugzeugbetriebsbeschränkung eingebracht werden können, verursachen können, dass die befohlene Geschwindigkeit, die durch die oben beschriebenen Annäherungsverfahren erzeugt wurde, unerwartet dabei versagen kann, die RTA zu erreichen. Zum Beispiel wird, wenn eine befohlene Geschwindigkeitsverringerung nicht erreicht werden kann, da das Flugzeug zum Beispiel bereits mit seiner Mindestgeschwindigkeit fliegt oder sich im Sinkflug befindet, während seine Motoren bei einem Mindestschub oder im Leerlauf arbeiten, das Flugzeug wahrscheinlich vor seiner geschätzten Ankunftszeit am Wegpunkt ankommen. Alternativ kann das Flugzeug, wenn eine befohlene Beschleunigung nicht erreicht werden kann, da das Flugzeug zum Beispiel bereits mit seiner Höchstgeschwindigkeit fliegt oder sich im Steigflug befindet, während seine Motoren bei einer Höchstdrosseleinstellung, die einem Höchstpegel der Schubausgabe entspricht, arbeiten, wahrscheinlich später als zur geschätzten Ankunftszeit am Wegpunkt ankommen. Außerdem kann abhängig von der Wahl des Geschwindigkeitsregulierungsverfahrens das Verhalten von den Flugzeugbetriebsbeschränkungen weg ebenfalls nichtlinear sein. Daher stellt die vorliegende Erfindung ein wie nachstehend beschriebenes alternatives feineres System und Verfahren bereit, um nichtlineare Auswirkungen wie die oben beschriebenen zu berücksichtigen. Dieses feinere System und Verfahren kann als eine Alternative zum oben beschriebenen Annäherungssystem und -verfahren verwendet werden.
Zuerst kann nach diesem beispielhaften feineren System und Verfahren die geschätzte Ankunftszeit nach dem folgenden beispielhaften Ausdruck beschrieben werden:
Ferner kann diese beispielhafte Darstellung der geschätzten Ankunftszeit mit der RTA in Zusammenhang gebracht werden und die Beziehung alternativ nach der folgenden beispielhaften Beziehung beschrieben werden:
Diese beispielhaften Beziehungen für die Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße können verwendet werden, um zwei Werte der Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße zu bestimmen, wovon einer positiv und der andere negativ ist. Es wurde herausgefunden, dass nach dieser Ausführungsform die negative Lösung für die Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße verlässlich passende Ergebnisse erzeugt, während die positive Lösung manchmal unpassende Ergebnisse erzeugt. Daher bevorzugt die vorliegende Erfindung, sich auf die negative Lösung zu verlassen und diese auszuführen.
Nach diesem beispielhaften feineren System und Verfahren kann die Veränderlichkeit der Empfindlichkeit nach der folgenden beispielhaften Beziehung geschätzt werden:
In manchen Situationen treten bei der Ausführung der oben beschriebenen feineren Beziehungen Schwierigkeiten auf. Diese Schwierigkeiten sind häufig mit Nichtlinearitäten wie etwa jenen, die durch Flugzeugbetriebsbeschränkungen verursacht werden, verbunden. In solchen Situationen kann die vorliegende Erfindung die Verwendung vorausschauender Empfindlichkeiten bereitstellen, die auf der Empfindlichkeit der geschätzten Ankunftszeit gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung für vorhergesehene Geschwindigkeitsprofile, welche geringfügig schneller und geringfügig langsamer als die gegenwärtige Geschwindigkeitsregulierung sind, beruhen. Diese vorausschauenden Empfindlichkeiten können auf Basis der Veränderlichkeit für jeden Flugbahnabschnitt nach den folgenden beispielhaften Beziehungen erzeugt werden:
Als nächstes können diese Empfindlichkeiten zur Anwendung auf eine Beschleunigung oder eine Geschwindigkeitsverringerung bewertet werden, indem bestimmt wird, ob die erhöhten Geschwindigkeitsregulierungen betrieblich beschränkt sind. Wenn die Geschwindigkeiten betrieblich beschränkt sind, wird die Empfindlichkeit unerheblich sein, was angibt, dass der Eingriff einer Flugzeugbetriebsbeschränkung eine wirksame Geschwindigkeitsmodulation im Wesentlichen verhindern wird. In diesen Situationen sind die beispielhaften Beziehungen, die unmittelbar nachstehend beschrieben sind, wirksam, um der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, Eingriffe, die mit der Auferlegung einer oder mehrerer Flugzeugbetriebsbeschränkungen verbunden sind, vorherzusehen.
Daher können diese vorausschauenden Empfindlichkeiten über den Flugplan hinweg akkumuliert werden und verwendet werden, um die Veränderlichkeit der Empfindlichkeit für den gesamten Flugplan zu bestimmen.
Um die Veränderlichkeit einer Empfindlichkeit zu schätzen, kann dann der Unterschied zwischen der Empfindlichkeit bei der Geschwindigkeitsregulierung und der vorausschauenden Empfindlichkeit bei der erhöhten Geschwindigkeitsregulierung bestimmt und gemäß der Größe der Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße normalisiert werden. Wenn keine Flugzeugbetriebsbeschränkung wirksam ist, kann die Veränderlichkeit der Empfindlichkeit nach dieser beispielhaften analytischen Beziehung erhalten werden. Andernfalls können die Auswirkungen der Flugzeugbetriebsbeschränkungen in den sich ergebenden Durchschnittswert aufgenommen werden. Wenn, von einer positiven Geschwindigkeitsregulierung ausgehend, die passende Beschleunigungsempfindlichkeit verwendet wird, und wenn eine Beschleunigung benötigt wird, sollte auch die passende positive vorausschauende Empfindlichkeit verwendet werden.
In dieser beispielhaften Ausführungsform, in der eine Beschleunigung von einer bereits positiven Geschwindigkeitsregulierung befohlen wird, kann die Veränderlichkeit der Empfindlichkeit der geschätzten Ankunftszeit gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung nach der folgenden beispielhaften Beziehung beschrieben werden:
Es wurde jedoch herausgefunden, dass die obige beispielhafte Beziehung problematisch sein kann, wodurch Überschreitungen verursacht werden, wenn die Genauigkeit der Annäherung der Veränderlichkeit der Empfindlichkeit unzureichend ist. Daher kann als Alternative zum unmittelbar oben beschriebenen Verfahren ein Zwei-Schritt-Verfahren, das in Verbindung mit einer Vielfalt von Vernünftigkeitsprüfungen verwendet wird, ausgeführt werden, um die Verlässlichkeit zu verbessern. In dieser Ausführungsform kann die Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße unter Verwendung des Annäherungsverfahrens geschätzt werden, und können qualitative Vernünftigkeitsprüfungen durchgeführt werden, um das Ergebnis zu prüfen. Dann kann eine modifizierte Empfindlichkeit bestimmt werden, indem die Empfindlichkeit am Mittelpunkt zwischen der gegenwärtigen Geschwindigkeitsregulierung und der geschätzten Geschwindigkeitsregulierung unter Verwendung der passenden Schätzung der Veränderlichkeit der Empfindlichkeit geschätzt wird. Schließlich kann das oben beschriebene Annäherungsverfahren unter Verwendung dieser modifizierten Empfindlichkeit erneut angewendet werden. Dieses alternative Verfahren kann unter Bezugnahme auf die folgenden Verfahrensschritte näher beschrieben werden:

(a) Erstens wird die Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße nach der folgenden beispielhaften Beziehung geschätzt:
(b) zweitens wird die geschätzte Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße mit Geschwindigkeitsregulierungsgrenzen verglichen und, falls angemessen, die Veränderung beschränkt;
(c) drittens wird die Empfindlichkeit am Mittelpunkt unter Verwendung der Veränderlichkeit der Emp findlichkeit nach der folgenden beispielhaften Beziehung geschätzt:
(d) viertens wird diese Empfindlichkeit mit Mindest- und Höchstwerten und anderen Vernünftigkeitsprüfungen beschränkt;
(e) fünftens wird die Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße nach der folgenden beispielhaften Beziehung bestimmt:
und
(f) sechstens wird die sich ergebende Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße mit Geschwindigkeitsregulierungsgrenzen verglichen und, falls angemessen, die Veränderung beschränkt.

3 beschreibt ein beispielhaftes Verfahren, das durch einen Flugbahngenerator 122 durchgeführt wird, um eine Geschwindigkeitsregulierungsempfindlichkeit zu erzeugen, ausführlicher. In dieser Ausführungsform können sechs Empfindlichkeiten der geschätzten Ankunftszeit gegenüber Veränderungen im Geschwindigkeitsregulierungssignal, wie auch Höchst- und Mindestgeschwindigkeitsregulierungen bestimmt werden.
In dieser Ausführungsform mittelt der Flugbahngenerator die Geschwindigkeiten über Grund von jedem Abschnitt des Einsatzes (Schritt 302). Dann wird die Empfindlichkeit der geschätzten Ankunftszeit gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung für jede Einsatzphase bestimmt (Schritt 304). Als nächstes wird die Veränderung in der Empfindlichkeit der geschätzten Ankunftszeit gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung geschätzt (Schritt 306). Dies wird bewerkstelligt, indem kleine Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung verwendet werden, um die Veränderlichkeit der Empfindlichkeiten zu bestimmen. Als nächstes wird die Geschwindigkeit mit einer Höchstgeschwindigkeit, die eine Flugzeugbetriebsbeschränkung darstellt, verglichen (Schritt 308). Wenn kein Eingriff durch die Beschränkung erwartet wird, wird das Ausmaß des Spielraums zwischen der gegenwärtigen Geschwindigkeit und jeglicher relevanten Flugzeugbetriebsbeschränkung bewertet (Schritt 310). Wenn ein ausreichender Spielraum vorhanden ist, wird die gegenwärtige Geschwindigkeit erneut mit der Flugzeugbetriebsbeschränkung verglichen, um zu bestimmen, ob die gegenwärtige Geschwindigkeit eigentlich die Beschränkung überschreitet (Schritt 312). Wenn die gegenwärtige Geschwindigkeit eine Flugzeugbetriebsbeschränkung nicht überschreitet, wird die gegenwärtige Geschwindigkeit mit einer Mindestflugzeugbetriebsbeschränkung verglichen (Schritt 314). Wenn die Beschränkung nicht wirksam ist, wird das Ausmaß des Spielraums zwischen der Grenze und der gegenwärtigen Geschwindigkeit bestimmt (Schritt 316). Wenn zwischen der Mindestgeschwindigkeit und der gegenwärtigen Geschwindigkeit ein ausreichender Spielraum vorhanden ist, wird die gegenwärtige Geschwindigkeit mit einer Mindestgeschwindigkeits-Flugzeugbetriebsbeschränkung verglichen (Schritt 318). Wenn die gegenwärtige Geschwindigkeit geringer als die Mindestgeschwindigkeit ist, wird die gegenwärtige Höchstgeschwindigkeitsregulierung mit einer globalen Höchstgeschwindigkeitsregulierung verglichen (Schritt 320). Wenn die gegenwärtige Geschwindigkeitsregulierung die globale Höchstgeschwindigkeitsregulierung überschreitet, wird die globale Höchstgeschwindigkeitsregulierung der gegenwärtigen Höchstgeschwindigkeitsregulierung gleichgesetzt (Schritt 321). Schließlich wird dann die gegenwärtige Mindestgeschwindigkeitsregulierung mit einer globalen Mindestgeschwindigkeitsregulierung verglichen (Schritt 322). Wenn die gegenwärtige Mindestgeschwindigkeitsregulierung geringer als die globale Mindestgeschwindigkeitsregulierung ist, wird die globale Mindestgeschwindigkeitsregulierung der gegenwärtigen Mindestgeschwindigkeitsregulierung gleichgesetzt (Schritt 323).
Die folgenden beispielhaften logischen Beziehungen gelten sowohl für die annähernden als auch für die feineren Geschwindigkeitsregulierungssysteme und -verfahren, die oben beschrieben wurden. Die Verwendung dieser annähernden und feineren Geschwindigkeitsregulierungssysteme und -verfahren kann wie nachstehend beschrieben bewerkstelligt werden.
Es sollte bemerkt werden, dass das Vorhandensein und die Häufigkeit von Nichtlinearitäten der geschätzten Ankunftszeit als Funktion der Geschwindigkeitsregulierung von der Wahl des Geschwindigkeitsregulierungsverfahrens abhängt. Es wurde herausgefunden, dass beim Verfahren des Bestimmens der Geschwindigkeitsregulierung auf Basis einer konstanten Fluggeschwindigkeit und beim Verfahren des Bestimmens der Geschwindigkeitsregulierung auf Basis einer konstanten Geschwindigkeit über Grund die Näherungssysteme und -verfahren dazu neigen, verlässlichere Ergebnisse zu erzeugen, wann immer eine Wahrscheinlichkeit einer Nichtlinearität infolge der Auferlegung einer Flugzeugbetriebsbeschränkung besteht. Nach dem Erhalt einer anfänglichen RTA können beim System der vorliegenden Erfindung jegliche nichtlinearen Auswirkungen verursachen, dass die Annäherungsschätzung der Geschwindigkeitsregulierung den erforderlichen Wert unterschreitet. Eine Unterschreitung ist nicht erwünscht, ist aber auch nicht katastrophal. In Summe kann das Annäherungsverfahren in der Nähe einer Flugzeugbetriebsbeschränkung verlässlich annehmbare Ergebnisse erzeugen. Es wurde jedoch herausgefunden, dass die Berücksichtigung derartiger nichtlinearer Auswirkungen, obwohl sie möglicherweise die Genauigkeit verbessert, tatsächlich eine unvernünftige Gefahr des Überschreitens der RTA verursachen kann.
Es wurde auch herausgefunden, dass beim Verfahren zum Bestimmen der Geschwindigkeitsregulierung auf Basis einer konstanten Fluggeschwindigkeit und beim Verfahren zum Bestimmen der Geschwindigkeitsregulierung auf Basis einer konstanten Geschwindigkeit über Grund bei einer neuen Eingabe einer RTA, die näher am Nenngeschwindigkeitsprofil liegt, als eine frühere RTA, oder in Situationen, in denen das Annäherungssystem und -verfahren tatsächlich ein Überschreiten der RTA verursachen, die durch die Auferlegung einer Flugzeugbetriebsbeschränkung verursachten nichtlinearen Auswirkungen verursachen können, dass die Annäherungsgeschwindigkeitsregulierungsschätzung die RTA überschreitet. Daher wird das feinere Regulierungssystem und -verfahren bevorzugt, wenn das Flugzeug wesentlich von einer Flugzeugbetriebsbeschränkung abweicht.
Es wurde auch herausgefunden, dass sich das Verfahren zum Bestimmen der Geschwindigkeitsregulierung auf Basis einer konstanten Geschwindigkeit über Grund häufig nichtlinear verhält, selbst wenn keine Flugzeugbetriebsbeschränkungen erreicht werden, wie etwa, wenn die Atmosphärebedingungen über den Flugplan hinweg stark veränderlich sind. Daher wird das feinere Verfahren für eine verlässlichere Konvergenz bevorzugt, obwohl eine besondere Sorgfalt erforderlich sein kann, um zu verhindern, dass das feinere Verfahren die RTA überschreitet.
Wie oben besprochen wird die vorliegende Erfindung derart verallgemeinert, dass sie gestattet, dass die befohlenen Geschwindigkeitsveränderungen durch einen allgemeinen Parameter dargestellt werden, der nach mehreren Grundsätzen oder Verfahren bestimmt werden kann. Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung eine Vielfalt von Verfahren bereit, um die Geschwindigkeitsregulierung zu bestimmen. Anwendbare Verfahren zum Anwenden von Geschwindigkeitsregulierungen nach verschiedenen Geschwindigkeitsregulierungsverfahren sind nachstehend beschrieben. Das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung können auf jedes beliebige Geschwindigkeitsregulierungsverfahren angewendet werden, solange das gewählte Geschwindigkeitsregulierungsverfahren auf einem einzelnen, mit dem Einsatz zusammenhängenden physikalischen Parameter beruht, und solange die Empfindlichkeit des regulierten Geschwindigkeitsbefehls gegenüber Veränderungen im Parameter bestimmt werden kann. Beispielhafte Verfahren beinhalten ein Verfahren der Geschwindigkeit über Grund, ein Verfahren der konstanten wahren Fluggeschwindigkeit, ein Verfahren der prozentuellen Fluggeschwindigkeit, und ein Kostenindexverfahren. Jedes dieser beispielhaften Verfahren wird nachstehend ausführlich beschrieben.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Verfahren der prozentuellen Fluggeschwindigkeit verwendet werden, um Geschwindigkeitsregulierungen im Steigflug und im Sinkflug zu bewerkstelligen. Dieses Verfahren erzeugt verlässlich eine konstante Machzahl (M) und kalibrierte Fluggeschwindigkeiten (CAS) und gestattet Veränderungen an den Sinkfluggeschwindigkeiten, die von einer geringeren Größe sind, als jene, die auf die Reisefluggeschwindigkeiten angewendet werden, wodurch gestattet wird, dass im Sinkflug ein gewisser Handlungsspielraum reserviert wird. Im Gegensatz dazu verbrauchen gewöhnliche Kostenindexverfahren des Stands der Technik unnötig die Sinkfluggeschwindigkeitsregulierungsfähigkeit.
Zusätzliche alternative Verfahren zum Regulieren der Geschwindigkeit, und entsprechende Verfahren zum Bestimmen der Parameterwerte, die durch das Geschwindigkeitsregulierungssystem und -verfahren benötigt werden, sind nachstehend beschrieben. In jedem Fall ist es jedoch nötig, die Empfindlichkeit der sich ergebenden Geschwindigkeit über Grund gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung und die Höchst- und Mindestgeschwindigkeitsregulierung als Funktion der Höchst- und Mindestgeschwindigkeit über Grund oder der -fluggeschwindigkeit zu bestimmen.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Verfahren der Geschwindigkeit über Grund verwendet werden, um die RTA zu erzielen. Bei diesem Verfahren muss ein konstanter Prozentsatz angewendet werden, um die Geschwindigkeiten über Grund an allen Punkten im Flugplan gleich zu skalieren. Die Nenngeschwindigkeit über Grund kann aus dem geplanten Fluggeschwindigkeitsbefehl und der vorhergesagten Windgeschwindigkeit bestimmt werden. Die Geschwindigkeit über Grund kann dann nach der folgenden beispielhaften Beziehung durch die Geschwindigkeitsregulierung skaliert werden:
Der Fluggeschwindigkeitsbefehl kann dann hinsichtlich der Geschwindigkeit über Grund und der Windgeschwindigkeit beschrieben werden. Dieses Verfahren kann verlässlich eine genaue Geschwindigkeitsveränderung erzeugen, solange die Geschwindigkeit nicht nahe an einer Flugzeugbetriebsbeschränkung liegt. Zusätzlich erzeugt dieses Verfahren schnell eine konvergierte Geschwindigkeitsregulierungslösung. Unglücklicherweise muss die sich ergebende Lösung nicht die wirtschaftlichste Lösung im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch sein. Diese Situation ist das Ergebnis der Tatsache, dass Geschwindigkeiten unter Vorhandensein eines Gegen winds geringer erhöht werden können, als Geschwindigkeiten unter Vorhandensein eines Rückenwinds. Als Ergebnis kann die befohlene Fluggeschwindigkeit abhängig von der Windgeschwindigkeit schwanken, selbst wenn das Nennprofil eine konstante, jedoch nicht unwesentliche, Fluggeschwindigkeit ist.
Nach diesem beispielhaften Verfahren kann die Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung, und die Veränderlichkeit der Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung, nach den folgenden beispielhaften Beziehungen bestimmt werden:
Ferner kann die Mindest- und die Höchstgeschwindigkeitsregulierung nach den folgenden beispielhaften Beziehungen aus der Mindest- und der Höchstgeschwindigkeit über Grund bestimmt werden:
und
Es wurde herausgefunden, dass für diese besondere Wahl des Geschwindigkeitsregulierungssystems und -verfahrens eine viel einfachere Beschreibung der Beziehungen in diesem Geschwindigkeitsregulierungssystem und -verfahren möglich ist. Zum Beispiel kann durch Einsetzen der beispielhaften Beziehung der Geschwindigkeit über Grund in die beispielhafte Beziehung der geschätzten Ankunftszeit die geschätzte Ankunftszeit nach der folgenden beispielhaften Beziehung bestimmt werden:
Zusätzlich kann die Empfindlichkeit der geschätzten Ankunftszeit gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung nach der folgenden beispielhaften Beziehung bestimmt werden:
Und schließlich kann die Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße nach der folgenden beispielhaften Beziehung bestimmt werden:
Alternativ stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren der konstanten wahren Fluggeschwindigkeit zum Erzielen einer RTA bereit. Dieses Verfahren fügt eine konstante TAS zur Geschwindigkeit an jedem Punkt im Flugplan hinzu. Die Nennfluggeschwindigkeit wird dann aus dem Geschwindigkeitsprofil bestimmt, und die Geschwindigkeit über Grund wird durch Anwenden der Windauswirkungen gefunden. Zur Einfachheit können die Auswirkungen von Seitenwinden ignoriert werden. Alternativ können sie aufgenommen werden, wie in der nachstehend beschriebenen beispielhaften prozentuellen Fluggeschwindigkeitsbeziehung gezeigt ist: GS = TASnom – Wh + SAP,wobei Wh der Gegenwind ist.
Es wurde herausgefunden, dass dieses Verfahren den kraftstoffoptimalen RTA-Einsatz näher annähern kann und verlässlich einen Fluggeschwindigkeitsbefehl erzeugen kann, der weniger von der Windgeschwindigkeit abhängt.
In dieser beispielhaften Ausführungsform kann die Empfindlichkeit der Geschwindigkeit über Grund gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung, und die Veränderlichkeit der Empfindlichkeit der Geschwindigkeit über Grund gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung, nach den folgenden beispielhaften Beziehungen beschrieben werden:
und
Zusätzlich kann die Mindest- und die Höchstgeschwindigkeitsregulierung nach den folgenden beispielhaften Beziehungen aus der Mindest- und der Höchstfluggeschwindigkeit bestimmt werden: SAPmin = TASmin – TASnomund SAPmax = TASmax – TASnom.
Nach diesem Verfahren wird bevorzugt, sicherzustellen, dass die Geschwindigkeit über Grund vor einem Negativwerden geschützt wird.
In noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die Geschwindigkeitsregulierung nach einem Verfahren der prozentuellen Fluggeschwindigkeit bestimmt werden. Dieses Verfahren skaliert den Fluggeschwindigkeitsbefehl, der als M oder CAS ausgedrückt ist, an jedem Punkt im Flugplan nach einem konstanten Prozentsatz. Die vorliegende Erfindung stellt zwei alternative Formulierungen für das Verfahren der prozentuellen Fluggeschwindigkeit bereit: (1 + die Geschwindigkeitsregulierung) im Zähler, oder (1 – die Geschwindigkeitsregulierung) im Nenner. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Einfachheit der Zähleransatz nach den folgenden beispielhaften Beziehungen verwendet: Mach_cmd = Mach_nom·(1 + SAP),und CAS_cmd = CAS_nom·(1 + SAP).
Es wurde herausgefunden, dass dieses Verfahren für jeden Flugabschnitt, einschließlich des Steigflugs und des Sinkflugs, ein konstantes M- oder CAS-Ziel erzeugt, was für Piloten attraktiv ist. Wenn das Nenngeschwindigkeitsziel nicht konstant ist, wie etwa eine LRC- oder eine ECON-Geschwindigkeit, ist dieses Verfahren einigermaßen kraftstoffeffizient, da die Form des Geschwindigkeitsprofils bewahrt wird.
Nach diesem Verfahren kann die Geschwindigkeit über Grund nach den folgenden beispielhaften Beziehungen aus der Fluggeschwindigkeit und der Windgeschwindigkeit bestimmt werden:
TAS = SOS·Mach,und TAS = f(CAS, h,temp).
Die Empfindlichkeit der Geschwindigkeit über Grund kann dann wie unmittelbar nachstehend beschrieben als das Produkt der drei Empfindlichkeiten bestimmt werden. Wenn, erstens, der Geschwindigkeitsmodus M ist, kann die Empfindlichkeit nach der folgenden beispielhaften Beziehung bestimmt werden:
Zweitens kann, wenn der Geschwindigkeitsmodus CAS ist, die Empfindlichkeit nach der folgenden beispielhaften Beziehung bestimmt werden:
Dann können die drei Empfindlichkeiten nach den folgenden beispielhaften Beziehungen für die Zählerformulierung gesondert bestimmt werden:
und
Die Veränderlichkeit der Empfindlichkeit der Geschwindigkeit über Grund gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung kann dann nach der folgenden beispielhaften Beziehung bestimmt werden:
Schließlich kann die Mindest- und die Höchstgeschwindigkeitsregulierung nach den folgenden beispielhaften Beziehungen aus der Mindest- und der Höchstfluggeschwindigkeit bestimmt werden:
wobei TASmin und TASmax die wahren Fluggeschwindigkeiten darstellen, die mit der Mindest- und der Höchstfluggeschwindigkeitsgrenze verbunden sind, welche mit Flugzeugbetriebsbeschränkungen verbunden sind, und TAS die mit einer unbedeutenden Geschwindigkeitsregulierung verbundene TAS ist.
Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung in einer beispielhaften Ausführungsform ein Mittel bereit, um das Befehlen einer negativen Geschwindigkeit über Grund, das eine Flugzeugbetriebsbeschränkung überschreiten kann, zu verhindern. In einer derartigen beispielhaften Ausführungsform wird ein Wert der Mindestgeschwindigkeit über Grund in eine Mindest-TAS umgewandelt, die mit der bestimmten Mindestgeschwindigkeitsregulierung verglichen wird. Dann werden TASmin, die mit der Mindestfluggeschwindigkeit verbunden ist, und die größere TASmin, die nach der folgenden beispielhaften Beziehung bestimmt werden kann,
verwendet.
Die Nennerformulierung der prozentuellen Fluggeschwindigkeit kann dann nach den folgenden beispielhaften Beziehungen bestimmt werden:
und
Einem Verfahren der kalibrierten Fluggeschwindigkeit, oder einem anderen Verfahren zum Definieren der Geschwindigkeit, kann Rechnung getragen werden, indem M in den oben beschriebenen beispielhaften Beziehungen durch CAS oder einen wie passenden anderen Geschwindigkeitsparameter ersetzt wird. Die Mindestgeschwindigkeitsregulierung und die Höchstgeschwindigkeitsregulierung können nach den folgenden beispielhaften Beziehungen bestimmt werden:
In noch einer anderen Ausführungsform kann ein Kostenindexverfahren verwendet werden, um die Geschwindigkeitsregulierung zu bestimmen. Es wurde herausgefunden, dass dieses Verfahren in Verbindung mit Flugverwaltungssystemen, die über einen ECON-Modus auf Basis eines Kostenindexes verfügen, so dass der Kostenindex ein wirksamer Wahlparameter für die Geschwindigkeitsregulierung ist, besonders nützlich ist. Dieses Verfahren ist passend, wann immer es wichtig ist, dass das Geschwindigkeitsprofil kraftstoffoptimal ist, oder wenn bei der Veränderung des gesamten Flugprofils für die Flugverwaltungssysteme Einfachheit gewünscht ist. In vielen Fällen ist dieses Verfahren wünschenswert, da ein Kostenindex bereits im System vorhanden ist. Unglücklicherweise können die Auswirkungen des Kostenin dexes auf das Geschwindigkeitsprofil und die geschätzte Ankunftszeit jedoch nichtlinear sein.
4 beschreibt ein beispielhaftes Verfahren, das durch einen Geschwindigkeitsregulierungsgenerator 238 eingesetzt wird, um einem einzelnen RTA-Wegpunkt Rechnung zu tragen. Wie in 4 dargestellt ist der erste Schritt beim Bestimmen der Geschwindigkeitsregulierung, zu bestimmen, welche der sechs Empfindlichkeiten für die gegenwärtige Situation benötigt werden (Schritt 402). Dies hängt erstens davon ab, ob das Flugzeug beschleunigt oder seine Geschwindigkeit verringert hat, und zweitens davon ab, ob eine Beschleunigung oder eine Geschwindigkeitsverringerung erforderlich ist, um die Erfordernisse der Steuerung zu erfüllen. Wenn als nächstes bestimmt wird, dass die Empfindlichkeiten unwesentlich sind (Schritt 404), sind die Flugzeugbetriebsgeschwindigkeitsgrenzen wirksam und wird die Iteration beendet (Schritt 406). Die Iteration wird gleichermaßen beendet (Schritt 406), wenn für die Regulierung der Geschwindigkeit sehr wenig Zeit verblieben ist. Um die Stabilität des Systems und des Verfahrens zu verbessern, wird verhindert, dass die Empfindlichkeit zu unwesentlich ist.
Wenn jedoch ausreichend Zeit vorhanden ist, um fortzusetzen, und die Empfindlichkeiten nicht unwesentlich sind, wird bestimmt, ob die Empfindlichkeiten kleiner als ein vorbestimmter Wert sind, in welchen Fall sie der Beschränkung gleichgesetzt werden (Schritt 408). Als nächstes wird die Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße auf Basis der Empfindlichkeit geschätzt (Schritt 410). Dann wird die Geschwindigkeitsregulierung mit der Mindest- und der Höchstgrenze verglichen und die Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße entsprechend beschränkt (Schritt 412). Dann wird die Veränderlichkeit der Empfindlichkeit der geschätzten Ankunftszeit gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung geschätzt (Schritt 414). Als nächstes wird die Empfindlichkeit am Mittelpunkt der Veränderung auf Basis der Veränderlichkeit der Empfindlichkeit geschätzt (Schritt 416). Dann werden an der Empfindlichkeit Vernünftigkeitsprüfungen durchgeführt, um die Stabilität des Systems sicherzustellen (Schritt 418). Dann wird die Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße auf Basis einer feineren Empfindlichkeit erneut bestimmt (Schritt 420). Schließlich wird die Geschwindigkeitsregulierung mit der Mindest- und der Höchstgrenze verglichen, und bei einem Überschreiten dieser Grenzen erneut auf die entsprechende Grenze gesetzt (Schritt 422). Beispielhafte Beziehungen, die zum Ausführen dieser Schritte und zum Bestimmen der Geschwindigkeitsregulierung nützlich sind, sind in dieser ausführlichen Beschreibung ausführlicher beschrieben.
Es wurde herausgefunden, dass das Steuern auf eine RTA in der Sinkflugphase ein Eingehen auf mehrere Punkte erfordert. Um eine RTA-Beschränkung im Sinkflug genau einzuhalten, während auf dem senkrechten Flugweg verblieben wird, müssen erstens die Drossel und/oder die Geschwindigkeitsbremsen fähig sein, durch die Steuerung betätigt zu werden. Da die Geschwindigkeitsbremsen nicht immer für eine derartige automatische Steuerung empfänglich sind, muss jedoch für die Steuerung der Drossel im Sinkflug ein zusätzlicher Spielraum in Bezug auf jegliche relevanten Flugzeugbetriebsbeschränkungen erlangt werden. Es wurde herausgefunden, dass dieser notwendige zusätzliche Spielraum durch Planen eines Sinkflugwegs mit einem weniger steilen Sinkflugwinkel erlangt werden kann. Das Wählen eines seichteren, oder weniger steilen, Sinkflugwegs neigt dazu, den Drosseln zu ermöglichen, nominell nicht in der Leerlaufposition zu arbeiten, wodurch der Bereich, der für die Geschwindigkeitsverringerung verfügbar ist, vergrößert wird, und dadurch die Fähigkeit zur Beeinflussung der RTA gesteigert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt zwei alternative Verfahren bereit, um einen derartigen Sinkflugweg, bei dem man sich nicht im Leerlauf befindet, zu bestimmen. Bei einem ersten beispielhaften Ansatz werden die Geschwindigkeiten der Sinkflugabschnitte, die normalerweise eine Leerlaufdrosseleinstellung beinhalten, mit der Drossel im Leerlauf zuzüglich einer willkürlichen Drosselerhöhung bestimmt. Für Abschnitte mit konstanter Geschwindigkeit wird der sich ergebene Flugwegwinkel dann weniger steil sein. Für die Geschwindigkeitsverringerungen mit konstantem Flugwegwinkel werden die sich ergebenden Geschwindigkeitsverringerungen langsamer auftreten. Als Ergebnis stellt dieser Ansatz eine angemessene Steuerbefugnis während der Sinkflugphase sicher, während das Sinkflugprofil für den Piloten im Wesentlichen unverändert erscheint. Nach diesem Verfahren kann der nicht im Leerlauf befindliche Schub nach der folgenden beispielhaften Beziehung bestimmt werden: ΔSchub = FlugGewicht·DichteVerhältnis·Konstante.
Diese Schuberhöhung wird dem Modell, das einen Leerlaufschub erzeugt hat, hinzugefügt, um einen befohlenen Schubpegel zum Vorhersagen des Sinkflugwegs zu erzeugen. Die oben beschriebene Konstante kann durch empirische Versuche zur Erzeugung eines passenden Steueransprechspielraums bestimmt werden.
In einem zweiten beispielhaften Ansatz kann der unbeschränkte Teil des Sinkflugs mit einem konstanten Flugwegwinkel geplant werden. Der Flugwegwinkel kann so gewählt werden, dass er seichter als der seichteste Leerlaufsinkflugwegwinkel ist, der herkömmlich für den Sinkflug vorhergesehen wird.
Ähnlich wie bei den Regulierungen, die im Sinkflug bereitgestellt werden, stellt die vorliegende Erfindung während anderer Geschwindigkeitsverringerungsabschnitte einen nicht im Leerlauf befindlichen Motorbetrieb bereit. Die Geschwindigkeitsverringerungsabschnitte vor Geschwindigkeitsbeschränkungen oder Geschwindigkeitsübergängen bevorzugen sowohl bei der Vorhersage als auch bei der Steuerung eine besondere Aufmerksamkeit, um sicherzustellen, dass das Flugzeug pünktlich ankommt. Um eine verbesserte Genauigkeit zu erzielen, können die Geschwindigkeitsverringerungsabschnitte vorhergesagt und mit einem nicht im Leerlauf befindlichen Schub geflogen werden, um während der Geschwindigkeitsverringerung eine genaue Geschwindigkeitssteuerung zu gestatten. Der Geschwindigkeitsbefehl kann während der Geschwindigkeitsverringerung dynamisch bestimmt werden und der automatischen Drossel schrittweise weitergegeben werden, um zu verhindern, dass die automatische Drossel einen Leerlaufschub anordnet. Nach dieser Ausführungsform kann das Geschwindigkeitsziel während des Geschwindigkeitsverringerungsabschnitts nach dem nachstehend beschriebenen Verfahren bestimmt werden.
Zuerst kann die Geschwindigkeitsverringerungsrate nach der folgenden beispielhaften Beziehung auf Basis der Eintritts- und Austrittsgeschwindigkeiten in und aus jeder Phase und der Länge jeder Phase bestimmt werden: A = (V2 2 – V1 2)/(2·L).
Dann kann das gegenwärtige Geschwindigkeitsziel nach der folgenden beispielhaften Beziehung auf Basis der Strecke, die sich das Flugzeug durch die Phase fortbewegt hat, bestimmt werden: Vtgt = SQRT(2·A·D + V1 2)wobei

V1: die in Einheiten von Fuß/Sekunde ausgedrückte anfängliche wahre Fluggeschwindigkeit am Beginn der Geschwindigkeitsverringerung darstellt;
V2: die in Einheiten von Fuß/Sekunde ausgedrückte endgültige wahre Fluggeschwindigkeit am Ende der Geschwindigkeitsverringerung darstellt;
Vtgt: die in Einheiten von Fuß/Sekunde ausgedrückte wahre Zielgeschwindigkeit entlang der Geschwindigkeitsverringerung darstellt;
A: die in Einheiten von Fuß/Sekunde² ausgedrückte, und als negativer Wert, der eine Geschwindigkeitsverringerung angibt, ausgedrückte geplante konstante Geschwindigkeitsverringerung entlang des Abschnitts darstellt;
L: die in Einheiten von Fuß ausgedrückte waagerechte Strecke der Bewegung entlang des Geschwindigkeitsverringerungsabschnitts darstellt; und
D: die in Einheiten von Fuß ausgedrückte waagerechte Strecke der Bewegung entlang des Geschwindigkeitsverringerungsabschnitts darstellt.

In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Sinkfluggeschwindigkeit und der -weg modifiziert werden. Nach dieser Ausführungsform kann der Sinkflug bei ECON-Geschwindigkeit geplant werden und die RTA durch Regulieren der Reisefluggeschwindigkeit eingehalten werden, wenn sich das Flugzeug im Reiseflug befindet und noch weiter als eine vorbestimmte Entfernung, zum Beispiel 500 Seemeilen, von seinem Bestimmungsort entfernt ist. Als Ergebnis können Wechselwirkungen zwischen der RTA im Sinkflug und anderen Einsatzbesonderheiten wie etwa Zwischensteigflügen verhindert werden. Zusätzlich reserviert diese Ausführungsform eine zusätzliche Flexibilität in der Form der Sinkfluggeschwindigkeitsregulierung, um das Erreichen der RTA sicherzustellen.
Nach dieser Ausführungsform können das Sinkfluggeschwindigkeitsregulierungssystem und -verfahren in Kraft gesetzt werden, sobald das Flugzeug den Punkt erreicht, an dem das Flugverwaltungssystem nicht länger einen Zwischensteigflug erwägen kann. Ferner kann die Sinkfluggeschwindigkeit nur in dem Bereich des Sinkflugs modifiziert werden, der keine Geschwindigkeitsbeschränkungen aufweist, entweder durch Geschwindigkeitsübergänge oder Wegpunkte mit Geschwindigkeitsbeschränkungen. Zusätzlich können die M und die CAS des Sinkflugs mit der Reisegeschwindigkeit koordiniert werden, um einen gleichmäßigen Einsatz bereitzustellen, wie nachstehend ausführlicher offenbart wird.
Der Sinkflugweg kann dann neu bestimmt werden, wenn sich die Sinkfluggeschwindigkeit verändert und sich der Anfang, oder der Punkt der Einleitung, des Sinkflugs bewegt.
Wenn ein Flugzeug den Punkt der Einleitung seines Sinkflugs erreicht, wurde sein Sinkflugweg typischerweise bereits bestimmt, und kann er nicht bedeutend reguliert werden. Wie oben besprochen ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass die Sinkfluggeschwindigkeit reguliert wird, um eine RTA einzuhalten, ohne den Sinkflugweg zu verändern. Wenn sich die Sinkfluggeschwindigkeit bedeutend von der Geschwindigkeit verändert, bei der der Sinkflugweg geplant worden war, kann es daher nötig sein, die Geschwindigkeitsverringerung am Ende des Geschwindigkeitsregulierungsbereichs zu regulieren. Die vorliegende Erfindung überlegt daher das Planen eines neuen Sinkflugwegs bei der neuen Geschwindigkeit und das Vergleichen des neuen Wegs mit dem gegenwärtigen Sinkflugweg, um zu bestimmen, wo der neue Sinkflugweg ausgeführt werden soll und die Geschwindigkeitsverringerung begonnen werden soll.
In noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform koordiniert die vorliegende Erfindung die M und die CAS des Sinkflugs mit der Reisefluggeschwindigkeit, um einen gleichmäßigen Einsatz bereitzustellen. Um dies zu bewerkstelligen, modifiziert die vorliegende Erfindung die Geschwindigkeiten in einer koordinierten Weise von den ECON-Geschwindigkeiten. Als Ergebnis werden beide Geschwindigkeiten gemäß einem konstanten Verhältnis reguliert, das so gewählt ist, dass es gleichzeitig beide Geschwindigkeiten maximiert.
In noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird eine früheste RTA-Bestimmung bereitgestellt, um sicherzustellen, dass das Flugzeug die Kraftstoffreserven, die am Bestimmungsort benötigt werden, nicht durch das Überschreiten vernünftiger Geschwindigkeitsbeschränkungen gefährden wird. Um dies zu bewerkstelligen, wird zuerst ein Höchstgeschwindigkeitseinsatz bestimmt. Dann wird bestimmt, ob der Höchstgeschwindigkeitseinsatz zu viel Kraftstoff verbrennt, wodurch verursacht wird, dass die Kraftstoffreserven unangemessen erschöpft werden. Wenn dies der Fall ist, wird eine iterative Suche durchgeführt, um den Höchstgeschwindigkeitseinsatz zu finden, der zu einer angemessenen Reservierung von Kraftstoff am Bestimmungsort führt.
Das Verfahren zur Bestimmung der RTA für einen einzelnen Wegpunkt kann auf mehrere RTA-Wegpunkte erweitert werden. Die vorliegende Erfindung trägt mit zusätzlichen funktionellen logischen Beschränkungen mehreren Wegpunkten Rechnung, während sie die Fähigkeit bereitstellt, das Geschwindigkeitsprofil zu optimieren. Nach diesem Gesichtspunkt trägt die vorliegende Erfin dung derartigen logischen Beschränkungen wie „UM-ODER-VOR" und „UM-ODER-NACH" RTAs Rechnung. Die Tätigkeiten dieser Beschränkungen sind, wie sie erscheinen. Ferner führt das System in Situationen, in denen alle der RTA-Wegpunkte „UM"-Beschränkungen sind, Schleifen durch, um für jede RTA-Phase eine Geschwindigkeitsregulierung zu bestimmen. Doch wenn einige Beschränkungen „UM-ODER-VOR" oder „UM-ODER-NACH" lauten, steht es dem System frei, eine optimale Lösung zu erlangen, die möglicherweise nicht alle Beschränkungsgrenzen berührt. Daher kann es das System, anstelle alle RTA-Beschränkungen genau einzuhalten, als bevorzugt erachten, einige davon zu ignorieren. Die Kriterien, die diese Erfindung verwenden kann, um das Geschwindigkeitsprofil zu optimieren, beruhen auf der Annahme, dass eine konstante Geschwindigkeitsregulierung über mehrere RTA-Phasen hinweg den am stärksten erwünschten Einsatz sowohl für den Kraftstoffverbrauch als auch für die Flugqualität erzielen wird.
Zum Beispiel wird das System in dieser beispielhaften Ausführungsform dann, wenn ein Flugplan gezwungen ist, zwei RTA-Wegpunkte zu erreichen, wobei der erste RTA-Wegpunkt als eine „UM-ODER-VOR"-Beschränkung definiert ist, und der zweite Wegpunkt als eine „UM"-Beschränkung definiert ist, zuerst den ersten RTA-Wegpunkt ignorieren, da dieser keine „UM"-Beschränkung darstellt, und versuchen, eine konstante Geschwindigkeitsregulierung für beide Phasen zu fliegen. Wenn die erste RTA-Beschränkung dadurch nicht erfüllt wird, wird das System dann überlegen und diesen Wegpunkt erfüllen, indem eine gesonderte Geschwindigkeitsregulierung für jede Phase bestimmt wird. Bei nachfolgenden Bestimmungen wird die Aktivität jedes RTA-Wegpunkts auf den vorherigen Zustand voreingestellt. Wenn eine RTA-Beschränkung nicht erfüllt wird, wird sie neu überdacht.
Zusätzlich beinhaltet die vorliegende Erfindung Mittel, um festzustellen, ob ein RTA-Wegpunkt notwendig oder lediglich redundant ist. Dies wird bewerkstelligt, indem die Geschwindigkeitsregulierungen zwischen aufeinanderfolgenden RTA-Phasen verglichen werden. Wenn das System eine Geschwindigkeitserhöhung befiehlt, wo ein „UM-ODER-VOR"-RTA-Wegpunkt überquert wird, kann der Wegpunkt als redundant betrachtet werden, und kann er ignoriert werden. Als Ergebnis wird die Geschwindigkeit für diese Phase zunehmen und das Flugzeug den Wegpunkt früh erreichen. In der gleichen Weise kann ein Wegpunkt als redundant betrachtet werden, und kann er ebenfalls ignoriert werden, wenn das System eine Geschwindigkeitsverringerung befiehlt, wo ein „UM-ODER-NACH"-RTA-Wegpunkt überquert wird.
Für mehrere RTA-Wegpunkte können die frühesten und die spätesten Zeiten für jeden RTA-Wegpunkt gesondert bestimmt werden. Die frühesten und die spätesten Zeiten werden unter der Annahme bestimmt, dass alle vorherigen RTA-Wegpunktbeschränkungen erfüllt wurden. Wenn der erste RTA-Wegpunkt zum Beispiel eine „UM"-Beschränkung darstellt, nimmt die Bestimmung für den zweiten RTA-Wegpunkt an, dass der erste RTA-Wegpunkt erreicht werden wird. Wenn der erste RTA-Wegpunkt eine „UM-ODER-VOR"-Beschränkung darstellt, wird die Bestimmung der Zeiten für den zweiten RTA-Wegpunkt gestatten, dass die erste Phase die Höchstgeschwindigkeit erreicht, aber die Geschwindigkeit nicht unter jene Geschwindigkeit verringern, die den „UM"-Teil der Beschränkung erfüllt. Dieses Bestimmungsverfahren wird bewerkstelligt, indem die Mindest- und die Höchst-ETEs für jede RTA-Phase bestimmt werden, und die ETEs dann selektiv auf eine solche Weise addiert werden, dass die obigen Ziele erreicht werden.
5 beschreibt ein beispielhaftes Verfahren, das durch einen Geschwindigkeitsregulierungsgenerator 238 eingesetzt wird, um mehreren RTA-Wegpunkten Rechnung zu tragen. Wie in 5 gezeigt können die Geschwindigkeitsregulierungen zwischen mehreren RTA- Wegpunkten bestimmt werden, indem zuerst jeder der Wegpunkte entweder auf einen aktiven Status oder einen inaktiven Status initialisiert wird (Schritt 502). Dieser Status kann so gestaltet sein, dass er vom Status des vorher bestimmten RTA-Wegpunkts abhängt, oder vom Status, der beim jüngsten Durchgang deklariert wurde, abhängt. Dann nimmt das System Wiederholungen vor, bis sich die aktiven Wegpunkte von Wiederholung zu Wiederholung nicht mehr wesentlich verändern, oder mit anderen Worten, bis eine konvergierte Lösung bestimmt ist (Schritt 504). Innerhalb jeder der iterativen Schleifen von Schritt 504 wird für jeden der RTA-Abschnitte eine Lösung bestimmt (Schritt 506). Innerhalb dieses Durchgangs wird die Geschwindigkeitsregulierung für jede aktive RTA bestimmt (Schritt 508), wonach bestimmt wird, ob der letzte RTA-Wegpunkt erreicht wurde (Schritt 510). Wenn in Schritt 510 bestimmt wird, dass der letzte RTA-Wegpunkt nicht erreicht wurde, wird die in Schritt 506 bis 510 beschriebene iterative Schleife so lange wiederholt, bis der letzte RTA-Wegpunkt erreicht wurde. Wenn dies eintritt, wird bestimmt, ob jegliche inaktiven Wegpunkte aktiviert werden müssen, und ob jegliche aktiven Wegpunkte deaktiviert werden müssen (Schritt 512). Wenn herausgefunden wird, dass eine dieser Bestimmungen ein positives Ergebnis erbracht hat (Schritt 512), kehrt die Steuerung für einen weiteren Durchlauf durch die iterative Schleife der Schritte 504 bis 512 zu Schritt 504 zurück. Wenn in Schritt 512 jedoch bestimmt wird, dass keine inaktiven Wegpunkte aktiviert werden müssen, und keine aktiven Wegpunkte deaktiviert werden müssen, wird die Bestimmung der Geschwindigkeitsregulierung für mehrere RTA-Wegpunkte beendet (Schritt 514).
Im Wesentlichen umfasst das in 5 beschriebene beispielhafte Verfahren zwei sich wiederholende logische Pfade, die die wie in 4 beschriebene normale Bestimmung der Geschwindigkeitsregulierung für einen einzelnen Wegpunkt umspannen. Die innere Schleife (z. B. die Schritte 506 bis 510) stellt die gesonderte Bestimmung der Geschwindigkeitsregulierung für jeden aktiven RTA-Abschnitt dar. Die äußere Schleife (z. B. die Schritte 504 bis 512) bestimmt, ob die passenden RTA-Wegpunkte aktiv sind und bestimmt, falls nötig, die Geschwindigkeitsregulierungen neu.
6 zeigt ein anderes beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Flugs eines Flugzeugs, um zu verursachen, dass das Flugzeug einen Wegpunkt im Wesentlichen zu einer vorbestimmten Zeit erreicht. Wie in 6 gezeigt wird als Reaktion auf ein Ankunftszeiterfordernissignal und ein Geschwindigkeitsprofilsignal ein Zeitfehlersignal erzeugt (610). Als nächstes wird als Reaktion auf das Zeitfehlersignal ein Geschwindigkeitsprofilsignal überarbeitet (620). Dann wird als Reaktion auf das überarbeitete Geschwindigkeitsprofilsignal ein Empfindlichkeitssignal erzeugt (630). Schließlich wird als Reaktion auf das Empfindlichkeitssignal das Geschwindigkeitsprofilsignal überarbeitet (640). Der Schritt des Erzeugens oder Überarbeitens des Geschwindigkeitsprofilsignals kann die Schritte des Schätzens einer Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße (642), des Schätzens der Empfindlichkeit des Zeitfehlers gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße (644), und des Bestimmens einer feineren Geschwindigkeitsregulierungsschrittgröße (646) beinhalten. Und ferner kann der Schritt des Schätzens einer Empfindlichkeit durch Bestimmen einer Veränderlichkeit der Empfindlichkeit bewerkstelligt werden (Schritt 645). Wie hierin besprochen kann das Geschwindigkeitsprofilsignal nach verschiedensten Verfahren, die in der Technik bekannt sind, einschließlich eines Verfahrens der konstanten wahren Fluggeschwindigkeit (622), eines Verfahrens der prozentuellen Fluggeschwindigkeit (624), eines Kostenindexverfahrens (626) oder dergleichen bestimmt, erzeugt oder überarbeitet werden. In einigen Situationen ist es erwünscht, Veränderungen im Empfindlichkeitssignal festzustellen und ein Verän derlichkeitssignal zu erzeugen, das diese Veränderungen (632) darstellt. Und außerdem können Mindest- und Höchstgeschwindigkeitsregulierungssignale erzeugt und/oder verwendet werden, um Geschwindigkeitsregulierungen zu beschränkten (634).
Wie hierin besprochen kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung einem einzelnen RTA-Wegpunkt oder mehreren Wegpunkten Rechnung tragen. Um mehreren Wegpunkten Rechnung zu tragen, kann der Schritt des Erzeugens eines Geschwindigkeitsprofilsignals das Initialisieren eines Status für jeden Wegpunkt auf entweder einen aktiven Status oder einen inaktiven Status (650) und das Überarbeiten des Geschwindigkeitsprofilsignals für jeden aktiven Wegpunkt (652) beinhalten. Dann kann bestimmt werden, ob der Status jedes Wegpunkts richtig ist (654) und kann der Status jedes unrichtig statuierten Wegpunkts korrigiert werden (656). Schließlich können diese Schritte wiederholt werden, bis der Status jedes Wegpunkts richtig ist (658).
Zusammengefasst stellt die hierin offenbarte Erfindung ein Ankunftszeitsteuersystem bereit, das die Mängel des oben besprochenen Stands der Technik beseitigt. Als Ergebnis verringert die vorliegende Erfindung die Flugverkehrssteuerbelastung, indem der Einfluss fortschrittlicher Flugverkehrssteuerwerkzeuge und von Konfliktfeststell- und -auflösungseinrichtungen an Bord oder am Boden maximiert wird. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung reguliert und verfeinert sein Geschwindigkeitsprofil schrittweise, indem es nach einer zufriedenstellenden Lösung sucht, wobei diese Lösung unter Verwendung der Empfindlichkeit der geschätzten Ankunftszeit gegenüber Veränderungen in einem Geschwindigkeitsregulierungsparameter, schnell, genau und verlässlich bestimmt wird. Es sind mehrere beispielhafte Verfahren offenbart, um diese Empfindlichkeit zu bestimmen. Zum Beispiel beinhaltet ein hierin offenbar tes beispielhaftes Verfahren die Verwendung einer feineren Beziehung, um die erwartete Ankunftszeit zu bestimmen, und beinhaltet es auch eine Summierung der Empfindlichkeiten der Ankunftszeit gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeit über den gesamten Einsatz hinweg, einschließlich des Steigflugs und des Sinkflugs. Bei der vorliegenden Erfindung sind mehrere Wahlmöglichkeiten für das Verfahren der Geschwindigkeitsregulierung offenbart und wird diesen Verfahren Rechnung getragen, sofern das Geschwindigkeitsprofil beim Einsatz durch die Geschwindigkeitsregulierung beeinflusst wird, was wirksam die Bestimmung der Empfindlichkeit der Geschwindigkeit über Grund gegenüber Veränderungen in der Geschwindigkeitsregulierung ermöglicht. Der Hauptnutzen dieses neuen Systems und Verfahrens ist, dass die Geschwindigkeitsregulierung für Steigflug- und Sinkflugabschnitte rasch und wirksam für einen RTA-Wegpunkt bestimmt werden kann, der sich irgendwo im Flugplan befindet. Um die Verfolgung von Geschwindigkeitsveränderungen während des Sinkflugs zu erleichtern, kann der Sinkflugweg mit einer nicht im Leerlauf befindlichen Drosseleinstellung geplant werden. Als Ergebnis kann die Geschwindigkeit mit Drosselregulierungen moduliert werden, wenn sich das Flugzeug im Sinkflug befindet.
Außerdem modifiziert die vorliegende Erfindung den geplanten Weg im Sinkflug, um mit einem verbesserten Spielraum Flugzeugbetriebsbeschränkungen zu vermeiden. Auf diese Weise verringert die vorliegende Erfindung die Wahrscheinlichkeit von Nichtlinearitäten, die sich aus Überschneidungen mit Flugzeugbetriebsbeschränkungen ergeben könnten. Daher ist es wahrscheinlicher, dass mit diesem System eine RTA im Sinkflug eingehalten werden wird, da die Geschwindigkeit weniger wahrscheinlich durch jegliche Flugzeugbetriebsbeschränkungen beschränkt werden wird.
In der vorhergehenden Beschreibung wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Man wird jedoch verstehen, dass verschiedenste Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem wie in den nachstehenden Ansprüchen dargelegten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Beschreibung und die Figuren sollen anstatt auf eine beschränkende Weise vielmehr auf eine erläuternde Weise betrachtet werden, und alle derartigen Abwandlungen sollen im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten sein. Demgemäß sollte der Umfang der Erfindung anstatt durch die oben gegebenen Beispiele vielmehr durch die beiliegenden Ansprüche und ihre gesetzlichen Entsprechungen bestimmt werden. Zum Beispiel können die Schritte, die in einem beliebigen der Verfahrens- oder Prozessansprüche angeführt sind, in jeder beliebigen Reihenfolge ausgeführt werden, und sind sie nicht auf die in den Ansprüchen gezeigte Reihenfolge beschränkt.
Im Vorhergehenden wurden der Nutzen, andere Vorteile, und Lösungen für Probleme unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Doch der Nutzen, die Vorteile, die Lösungen für Probleme und jedes beliebige Element bzw. alle beliebigen Elemente, das oder die verursachen, dass ein Nutzen, ein Vorteil oder eine Lösung auftritt oder deutlicher hervortritt, sollen nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Merkmale oder Elemente irgendeines Anspruchs oder aller Ansprüche aufgefasst werden. Wie hierin verwendet, sollen die Ausdrücke „umfasst", „umfassend" oder jede beliebige Abwandlung davon einen nichtausschliessenden Einschluss abdecken, so dass ein Prozess, ein Verfahren, ein Gegenstand, oder eine Vorrichtung, der, das bzw. die eine Aufzählung von Elementen umfasst, nicht nur diese Elemente beinhaltet, sondern auch andere Elemente beinhalten kann, die nicht ausdrücklich aufgezählt sind oder einem derartigen Prozess, einem derartigen Verfahren, einem derartigen Gegenstand oder einer derartigen Vorrichtung inhärent sind. Außerdem wird kein hierin beschriebenes Element für die Ausführung der Vorrichtung benötigt, sofern es nicht ausdrücklich als „wesentlich" oder „kritisch" beschrieben ist.
Fachleute werden erkennen, dass die Systeme und Verfahren der vorliegenden Erfindung unter Verwendung anderer Gestaltungen als den oben gezeigten und oben besprochenen ausgeführt werden können. Obwohl die vorliegende Erfindung gemäß ihren bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist selbstverständlich ins Auge gefasst, dass Durchschnittsfachleuten, die Einsicht in diese Beschreibung und ihre Zeichnungen haben, Abwandlungen der und Alternativen zu diesen Ausführungsformen offensichtlich sein werden, wobei diese Abwandlungen und Alternativen die Vorteile und den Nutzen dieser Erfindung erzielen. Alle diese Abwandlungen liegen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, der nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt ist.

1

142: RTA-Signal
122: Flugbahngenerator
120: Geschwindigkeitsprofilsignal
130: akkumuliertes Empfindlichkeitssignal
136: Zeitfehlersignal
144: Geschwindigkeitsprofilgenerator

2

202: Flugplan
204: Sinkflugwegplaner
206: Gewinne
208: Kostenindexsignal
210: Geschwindigkeitsgenerator
212: Nenngeschwindigkeitsbefehlssignal
214: Geschwindigkeitsregler
216: Regulierte-Geschwindigkeit-Befehl
218: Geschwindigkeitsbegrenzer
120: Geschwindigkeitsprofilsignal
122: Flugbahngenerator
224: Atmosphärebedingungssignal
226: zustandsvariables Signal
228: Zeitsignal
130: Empfindlichkeitssignal
231: Veränderlichkeitssignal
232: Ankunftszeitschätzungssignal
233: Geschwindigkeitsregulierungsbeschränkungssignal
234: Zeitvergleicher
136: Zeitfehlersignal
238: Geschwindigkeitsregulierungsgenerator
240: Geschwindigkeitsregulierungssignal
142: Ankunftszeiterfordernissignal

3

302: Mitteln der Geschwindigkeiten über Grund
304: Bestimmen der Empfindlichkeit
306: Schätzen der Empfindlichkeitsveränderung
308: Vergleichen der Geschwindigkeit mit Max
310: Bewerten des Spielraums
312: Vergleichen der Geschwindigkeit mit der Beschränkung
314: Vergleichen der Geschwindigkeit mit Min
316: Bewerten des Spielraums
318: Vergleichen der Geschwindigkeit mit der Beschränkung
320: Vergleichen mit der Höchstgeschwindigkeitsregulierung
321: Beschränken auf die Höchstgeschwindigkeitsregulierung
322: Vergleichen mit der Mindestgeschwindigkeitsregulierung
323: Beschränken auf die Mindestgeschwindigkeitsregulierung

4

402: Identifizieren der Empfindlichkeit
404: Wesentlich?
406: Ende
408: Anwenden der Grenzen
410: Schätzen der Schrittgröße
412: Vergleichen in Bezug auf die Grenzen
414: Schätzen der Veränderlichkeit
416: Schätzen der Empfindlichkeit
418: Prüfen der Vernünftigkeit
420: Neubestimmen der Schrittgröße
422: Beschränken der Geschwindigkeitsregulierung

5

502: Initialisieren des Wegpunktstatus
504: Wiederholen zum Erreichen einer Lösung
506: Lösen jedes Abschnitts
508: Bestimmen der Geschwindigkeitsregulierung
510: RTA eingehalten?
512: Status richtig?
514: Ende

6

610: Erzeugen des Zeitfehlers
620: Überarbeiten des Geschwindigkeitsprofils
630: Erzeugen der Empfindlichkeit
640: Überarbeiten des Geschwindigkeitsprofils
650: Rechnung tragen mehrerer Wegpunkte

Claims

System zum Steuern des Flugs eines Flugzeugs, um dem Flugzeug zu ermöglichen, einen Wegpunkt im Wesentlichen zu einer vorbestimmten Zeit zu erreichen, wobei das System einen Geschwindigkeitsprofilgenerator (144) in Kommunikation mit einem Flugbahngenerator (122) umfasst; wobei der Geschwindigkeitsprofilgenerator (144) dazu gestaltet ist, ein Nenngeschwindigkeitsbefehlssignal (212), ein Zeitfehlersignal (136) und ein Empfindlichkeitssignal (130) zu empfangen und als Reaktion auf das Nenngeschwindigkeitsbefehlssignal (212), das Zeitfehlersignal (136) und das Empfindlichkeitssignal (130) ein Geschwindigkeitsprofilsignal (120) zu erzeugen; wobei der Flugbahngenerator (122) dazu gestaltet ist, das Geschwindigkeitsprofilsignal (120) und ein Ankunftszeiterfordernissignal (142) zu empfangen, um als Reaktion auf das Geschwindigkeitsprofilsignal (120) und das Ankunftszeiterfordernissignal (142) ein Zeitfehlersignal (136) und ein Empfindlichkeitssignal (130) zu erzeugen, wobei das Empfindlichkeitssignal (130) die Empfindlichkeit des Zeitfehlersignals (136) gegenüber Veränderungen im Geschwindigkeitsprofilsignal (120) darstellt.
System nach Anspruch 1, wobei der Flugbahngenerator (122) dazu gestaltet ist, ein Atmosphärebedingungssignal (224) zu empfangen und als Reaktion auf das Atmosphärebedingungssignal (224) das Zeitfehlersignal (136) zu erzeugen.
System nach Anspruch 1, wobei der Flugbahngenerator (122) dazu gestaltet ist, ein Atmosphärebedingungssignal (224) zu empfangen und als Reaktion auf das Atmosphärebedingungssignal (224) das Empfindlichkeitssignal (130) zu erzeugen.
System nach Anspruch 1, wobei der Flugbahngenerator (122) eine Schwankung im Empfindlichkeitssignal (130) feststellt und als Reaktion auf diese Schwankung ein Veränderlichkeitssignal (231) erzeugt.
System nach Anspruch 4, wobei der Geschwindigkeitsprofilgenerator (144) dazu gestaltet ist, das Veränderlichkeitssignal (231) zu empfangen und als Reaktion auf das Veränderlichkeitssignal (231) das Geschwindigkeitsprofilsignal (120) zu erzeugen.
System nach Anspruch 1, wobei der Geschwindigkeitsprofilgenerator (144) einen Geschwindigkeitsregulierungsgenerator (238) in Kommunikation mit einem Geschwindigkeitsregler (214) umfasst, wobei der Geschwindigkeitsregulierungsgenerator (238) dazu gestaltet ist, das Zeitfehlersignal (136) und das Empfindlichkeitssignal (130) zu empfangen und als Reaktion auf das Zeitfehlersignal (136) und das Empfindlichkeitssignal (130) ein Geschwindigkeitsregulierungssignal (240) zu erzeugen, wobei der Geschwindigkeitsregler (214) dazu gestaltet ist, das Geschwindigkeitsregulierungssignal (240) und ein Nenngeschwindigkeitsbefehlssignal (212) zu empfangen und als Reaktion auf das Geschwindigkeitsregulierungssignal (240) und das Nenngeschwindigkeitsbefehlssignal (212) das Geschwindigkeitsprofilsignal (120) zu erzeugen.
System nach Anspruch 1, wobei der Flugbahngenerator (122) einen Unterschied zwischen dem Geschwindigkeitsprofilsignal (120) und einer vorbestimmten Grenze bestimmt und als Reaktion auf diesen Unterschied das Empfindlichkeitssignal (130) erzeugt.
Verfahren zum Steuern des Flugs eines Flugzeugs, um zu verursachen, dass das Flugzeug einen Wegpunkt im Wesentlichen zu einer vorbestimmten Zeit erreicht, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen eines Zeitfehlersignals als Reaktion auf ein Ankunftszeiterfordernissignal und ein Geschwindigkeitsprofilsignal (610); Überarbeiten des Geschwindigkeitsprofilsignals als Reaktion auf das Zeitfehlersignal (620); Erzeugen eines Empfindlichkeitssignals als Reaktion auf das überarbeitete Geschwindigkeitsprofilsignal (630), wobei das Empfindlichkeitssignal die Empfindlichkeit des Zeitfehlersignals gegenüber Veränderungen im Geschwindigkeitsprofilsignal darstellt; und weiteres Überarbeiten des Geschwindigkeitsprofilsignals als Reaktion auf das Empfindlichkeitssignal (640).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das weitere Überarbeiten des Geschwindigkeitsprofilsignals (640) das Schätzen einer Geschwindigkeitsregulierungserhöhung (642), das Schätzen einer Empfindlichkeit des Zeitfehlersignal gegenüber der Geschwindigkeitsregulierungserhöhung (644) und das Bestimmen einer feineren Geschwindigkeitsregulierungserhöhung (646) umfasst, wobei das Schätzen einer Empfindlichkeit das Bestimmen einer Veränderlichkeit der Empfindlichkeit (645) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Überarbeitens eines Geschwindigkeitsprofilsignals (640) Folgendes beinhaltet: eine erste Tätigkeit, die das Initialisieren eines Status für jeden Wegpunkt entweder auf einen aktiven Status oder auf einen inaktiven Status (650) und das Überarbeiten des Geschwindigkeitsprofilsignals für jeden Wegpunkt mit einem aktiven Status (652) beinhaltet, eine zweite Tätigkeit, die das Bestimmen, ob der Status jedes Wegpunkts richtig ist (654), und das Korrigieren jedes unrichtig statuierten Wegpunkts (656) umfasst, und eine dritte Tätigkeit, die das Wiederholen der ersten Tätigkeit und der zweiten Tätigkeit, bis der Zustand jedes Wegpunkts richtig ist (658), umfasst.