DE60308217T2

DE60308217T2 - Verfahren zur validierung einer flugplaneinschränkung

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Publication number: DE60308217T2
Application number: DE60308217T
Authority: DE
Inventors: Loic Thales Intellectual Property CHARLES
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2023-12-03
Also published as: AU2003300250A1; CA2508287A1; US20060025898A1; CA2508287C; FR2848306B1; WO2004053611A1; FR2848306A1; EP1570325B1; EP1570325A1; DE60308217D1; US7444211B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die automatische Kontrolle eines Flugplans durch einen Flugleitrechner, mit dem ein Luftfahrzeug schwerer als Luft ausgestattet ist, und insbesondere die Einhaltung, durch diesen Flugleitrechner, einer Einschränkung an einem vorgeschriebenen Überflugpunkt in der Nähe der Position des Luftfahrzeugs schwerer als Luft zum Zeitpunkt der Einschaltung der automatischen Kontrolle des Flugplans.
Die gegenwärtigen Luftfahrzeuge schwerer als Luft weisen drei Ebenen der Steuerungsausrüstungen auf:

– eine erste Ebene der Ausrüstung, die aus der Flugsteuerung besteht, die direkt auf die Ruder und die Motoren wirkt,
– eine zweite Ebene der Ausrüstung, die aus dem Autopiloten und/oder der Flugleitanlage besteht, die auf die Flugsteuerung wirken, und zwar direkt beim Autopiloten oder über den Piloten bei der Flugleitanlage, um das Luftfahrzeug schwerer als Luft bei einem Flugparameter, wie zum Beispiel Kurs, Rollen, Nickschwingung, Höhe, Geschwindigkeit, usw. zu steuern, sowie
– eine dritte Ebene der Ausrüstung, die aus dem Flugleitrechner besteht, der unter der Abkürzung FMS bekannt ist, was von dem angelsächsischen Ausdruck „Flight Management System" abgeleitet ist, und der in der Lage ist, einen Flugplan zu erstellen und auf den Autopiloten oder die Flugleitanlage einzuwirken, damit das Luftfahrzeug schwerer als Luft diesen folgt.

Der Flugleitrechner FMS, im Folgenden Flugrechner FMS genannt, weist unter anderem folgende Hauptaufgaben auf: die Erstellung und die automatische Kontrolle eines Flugplans, wobei der Flugplan von dem seitlichen und dem vertikalen Flugweg gebildet wird, den das Luftfahrzeug schwerer als Luft einschlagen soll, um von der Position, die es innehat, zu seinem Zielpunkt zu gelangen, sowie von den Reisegeschwindigkeiten dieser Flugwege.
Die Erstellung eines Flugplans erfolgt unter anderem anhand von vorgeschriebenen Überflugpunkten, die Höhen- und Geschwindigkeitseinschränkungen zugeordnet sind. Diese vorgeschriebenen Überflugpunkte und die ihnen zugeordneten Einschränkungen werden in den Flugrechner FMS von der Besatzung des Luftfahrzeugs schwerer als Luft mit Hilfe einer Ausrüstung des Pilotenraums mit Tastatur und Bildschirm eingegeben, die die Schnittstelle Mensch-Maschine gewährleistet, wie diejenige, die unter der Bezeichnung MCDU bekannt ist, welche aus dem Angelsächsischen stammt: „Multipurpose Control and Display Unit". Die eigentliche Erstellung besteht darin, den seitlichen und den vertikalen Flugweg des Flugplans anhand einer Verknüpfung von Strecken von einem Ausgangspunkt über die vorgeschriebenen Überflugpunkte bis zu einem Ankunftspunkt zu konstruieren, wobei die genormten Konstruktionsbestimmungen eingehalten und die Höhen- und Geschwindigkeitseinschränkungen, die jedem vorgeschriebenen Überflugpunkt zugeordnet sind, berücksichtigt werden.
Die automatische Kontrolle eines Flugplans besteht darin, bei der Aufgabe die Abweichungen des Luftfahrzeugs schwerer als Luft im Vergleich zum vorgegebenen Flugplan zu erfassen und dem Autopiloten oder der Flugleitanlage die Fluganweisungen zu geben, mit denen diese Abweichungen korrigiert werden können, so dass sie in engen Grenzen bleiben. Um die Abweichungen im Vergleich zum Flugplan zu bewerten, verwendet der Flugrechner FMS die Position des Luftfahrzeugs schwerer als Luft, die in regelmäßigen Abständen von den Bordsensoren gemessen wird, genauer gesagt, seine Projektionen auf dem seitlichen und dem vertikalen Flugweg des Flugplans und Vorausberechnungen des vertikalen und des horizontalen Flugwegs unter Nichtberücksichtigung der Übergangsphasen, wobei die Nichtberücksichtigung der Übergangsphasen darin begründet liegt, dass die charakteristische Reaktionszeit eines Flugrechners FMS wesentlich geringer ist als der Übergangsvorgang des Flugzeugs. Wenn der Flugrechner FMS diese Abweichungen besitzt, bedient er sich zweier Gesetze der Erfassung und der Pflege des horizontalen und des vertikalen Flugweges, welche in seinem Inneren eingebaut sind und üblicherweise „Hpath"- und „Vpath"-Gesetz genannt werden, was vom Angelsächsischen „Horizontal Path" beziehungsweise „Vertical Path" abgeleitet ist, um anhand der bewerteten Abweichungen Höhen- und Geschwindigkeitsanweisungen zu erzeugen, die an den Autopiloten oder die Flugleitanlage übermittelt werden, um die Einschränkungen des Flugplans zu beachten, die von der Besatzung des Luftfahrzeugs schwerer als Luft eingegeben werden.
Bei der Aufnahme einer Funktion der automatischen Kontrolle des Flugplans übernimmt ein Flugrechner FMS die Kontrolle über den Autopiloten und die Flugleitanlage, indem er ihnen neue Fluganweisungen entsprechend dem Flugplan gibt. Dieser Moment der Aufnahme der Funktion der automatischen Kontrolle des Flugplans durch eine Flugrechner FMS kann erfolgen, während das Luftfahrzeug sich sehr nahe an einem vorgeschriebenen Überflugpunkt befindet, wodurch der Flugrechner FMS gezwungen wird, die Einschränkungen an diesem vorgeschriebenen Überflugpunkt unverzüglich zu bestätigen, während das Luftfahrzeug schwerer als Luft sich auf einem Übergangsflugweg befindet, der dem Übergang von den Fluganweisungen, die vor der Aufnahme der Funktion der automatischen Kontrolle des Flugplans maßgeblich waren, zu den neuen Fluganweisungen entspricht, die vom Flugrechner FMS gegeben werden, die die automatische Kontrolle des Flugplans auslösen und der vom Flugrechner FMS nicht berücksichtigt wird.
Diese Betriebsart ist in den allermeisten Situationen der Wiederaufnahme einer Funktion der automatischen Kontrolle des Flugplans durch einen Flugrechner FMS nach einer gesteuerten Flugphase zufrieden stellend, denn der Pilot achtet im Allgemeinen darauf, dass das Luftfahrzeug schwerer als Luft in eine Situation gelangt ist, die der in seinem Flugplan festgehaltenen stark ähnelt, bevor er dem Rechner FMS die Führung überlässt. Es kann jedoch vorkommen, dass in bestimmten Situationen diese Betriebsart den Flugrechner FMS dazu veranlasst, fälschlicherweise eine vorgegebene Einschränkung am nächsten vorgeschriebenen Überflugpunkt nicht zu berücksichtigen.
Eine dieser Situationen ist die eines Anflugs auf einen Flughafen zwecks Landung, während der Flugrechner FMS die Kontrolle wieder übernimmt, nachdem er vorübergehend vom Piloten abgeschaltet worden war, um durch direkte Einwirkung auf den Autopiloten oder die Flugleitanlage, die zum Beispiel in einen ausgewählten Modus des Haltens einer Notsinkgeschwindigkeitsanweisung versetzt sind, ein Manöver des Übergangs auf ein niedrigeres Höhenniveau durchzuführen, das im Flugplan nicht vorgesehen ist, aber von der Luftkontrollbehörde verlangt wird, während das Luftfahrzeug sich in der Nähe eines vorgeschriebenen Überflugpunkts befindet, an dem es eine vorgeschriebene Mindesthöhe einhalten muss. In diesem Fall weicht die Vorausberechnung des vertikalen Flugwegs, die vom Flugrechner FMS getroffen wurde, um die Höheneinschränkung zu bestätigen, kurzfristig um so stärker von der Realität ab, je stärker die tatsächliche Sinkgeschwindigkeit des Luftfahrzeugs schwerer als Luft zum Zeitpunkt des Einschaltens des Flugrechners FMS von der im Flugplan angewiesenen Sinkgeschwindigkeit abweicht. Der erfolgte Irrtum kann ab einem bestimmten Grenzwert den Flugrechner FMS dazu veranlassen, die normalerweise beachtete Einschränkung der Mindesthöhe zu berücksichtigen, obwohl sie nicht vor handen ist. Die Höheneinschränkung kann vom Typ „AT" oder aber vom Typ „AT or ABOVE" sein. Man versteht also unter Höheneinschränkung vom Typ „AT" (beziehungsweise „AT or ABOVE") an einem vorgeschriebenen Überflugpunkt die Tatsache, dass die Höhe des Luftfahrzeugs schwerer als Luft etwa identisch ist mit (beziehungsweise höher als oder gleich) einer Normtoleranz, mit dem Wert der Höheneinschränkung am vorgeschriebenen Überflugpunkt. Bei einem zu schnellen Absinken, wenn das Luftfahrzeug schwerer als Luft nicht berechtigt ist, wieder aufzusteigen, ist dieses somit verpflichtet, einen Horizontalflug bis zum Überfliegen des vorgeschriebenen Überflugpunkts einzuhalten, um die diesem Punkt zugeordnete Höheneinschränkung zu erfüllen. Dies äußert sich durch das Abschicken einer Höhenanweisung, die identisch ist mit dem Wert der Einschränkung an den Autopiloten oder die Flugleitanlage, bis zum Überfliegen des zugeordneten vorgeschriebenen Überflugpunkts.
Das Patent US-A-4811230 beschreibt ein automatisches Lenksystem, bei dem Höheneinschränkungen, die nach einer manuellen Intervention des Piloten nicht eingehalten werden könnten, aufgehoben werden, was zu einer Neuberechnung des vertikalen Flugweges führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Einhaltung einer Einschränkung an einem nahe gelegenen vorgeschriebenen Überflugpunkt durch einen Flugrechner FMS zu verbessern, indem nach einer gesteuerten Flugphase wieder eine automatische Kontrolle des Flugplans einsetzt.
Sie betrifft ein Verfahren zur Validierung einer Flugplaneinschränkung an einem vorgeschriebenen Überflugpunkt oder Zwangspunkt für einen Flugrechner FMS, der einem Luftfahrzeug schwerer als Luft bei einer Wiederaufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans nach einer gesteuerten Flugphase Fluganweisungen erteilt, welches darin besteht, für die Validierung der Ein schränkung eine Vorausberechnung der kurzfristigen Bewegung des Luftfahrzeugs schwerer als Luft bis zum vorgeschriebenen Überflugpunkt anzustellen, unter Berücksichtigung des Übergangs zwischen der Inkraftsetzung der vor der Wiederaufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans maßgeblichen Fluganweisungen durch das Luftfahrzeug schwerer als Luft und der derjenigen Fluganweisungen, die vom Flugrechner FMS bei dieser Wiederaufnahme neu erteilt werden, sowie diese Einschränkung in dem Fall zu bestätigen, in dem sie nicht vom Luftfahrzeug schwerer als Luft beachtet werden würde, wenn es an den vorgeschriebenen Überflugpunkt gelangt, indem es der Vorausberechnung der Bewegung folgt, und zwar damit sie bei der späteren automatischen Kontrolle des Flugplans weiterhin berücksichtigt wird.
Die Vorausberechnung der Bewegung des Luftfahrzeugs schwerer als Luft bis zu dem vorgeschriebenen Überflugpunkt, unter Berücksichtigung des Übergangs zwischen der Einführung der vor der Wiederaufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans maßgeblichen Fluganweisungen durch das Luftfahrzeug schwerer als Luft und der derjenigen Fluganweisungen, die vom Flugrechner FMS bei dieser Wiederaufnahme neu erteilt werden, erfolgt vorzugsweise nach einem erstrangigen Variationsmodell.
Wenn die Einschränkung des Flugplans eine Höheneinschränkung ist, ist die Vorausberechnung der Bewegung des Luftfahrzeugs schwerer als Luft bis zu dem vorgeschriebenen Überflugpunkt, unter Berücksichtigung des Übergangs zwischen der Einführung der vor der Wiederaufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans geltenden Fluganweisungen durch das Luftfahrzeug schwerer als Luft und der derjenigen Fluganweisungen, die vom Flugrechner FMS bei dieser Wiederaufnahme neu erteilt werden, vorzugsweise auf eine Vorausberechnung des vertikalen Flugwegs beschränkt.
Die Vorausberechnung des vertikalen Flugwegs erfolgt vorzugsweise unter der Annahme, dass das Luftfahrzeug schwerer als Luft bei dem vertikalen Geschwindigkeitsübergang zwischen seinem Ausgangswert Vz₀ vor der automatischen Kontrolle des Flugplans durch den Flugrechner FMS und seinem Endwert Vz_f, der dem Flugplan entspricht und vom Rechner FMS vorgeschrieben ist, eine konstante Bodengeschwindigkeit „GrdSpd" und eine vertikale Geschwindigkeit Vz aufweist, nach einem erstrangigen Variationsmodell, das der folgenden Relation entspricht:
wobei t die Variable Zeit und τ eine Zeitkonstante ist, die kennzeichnend ist für das Luftfahrzeug schwerer als Luft, das von seinem Autopiloten oder seiner Flugleitanlage gesteuert wird, gemäß einem Gesetz zum Erhalt einer Anweisung der vertikalen Geschwindigkeit Vz_f.
Die Validierung einer Höheneinschränkung besteht vorzugsweise darin,

– das Datum t_seq des Überflugs des Luftfahrzeugs schwerer als Luft am erzwungenen Überflugpunkt ab der Entfernung Δdist₀ zwischen der Position des Luftfahrzeugs schwerer als Luft bei der Aufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans und der Position des erzwungenen Überflugpunkts zu schätzen, wobei angenommen wird, dass das Luftfahrzeug schwerer als Luft eine konstante Bodengeschwindigkeit GrdSpd aufweist und unter Anwendung folgender Relation:
– den Höhenunterschied Δz_seq zwischen der vorausberechneten Höhe des Luftfahrzeugs schwerer als Luft am erzwungenen Überflugpunkt und dem Wert der Höheneinschränkung zu schätzen, wobei angenommen wird, dass die vertikale Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs schwerer als Luft sich von ihrem Ausgangswert Vz₀ vor der automatischen Kontrolle des Flugplans durch den Flugrechner FMS zu ihrem Endwert Vz_f, der dem Flugplan entspricht und vom Rechner FMS vorgeschrieben ist, hin entwickelt, wobei einem erstrangigen Variationsmodell gefolgt wird, das der folgenden Relation entspricht:
wobei τ die mit der Relation (1) festgelegte Zeitkonstante ist, und
– die Berücksichtigung der Höheneinschränkung im Falle der Einhaltung der Ungleichheit zu bestätigen:
wobei Δz_marg eine Höhensicherheitsmarge ist.

Der Ausgangswert Vz₀ der Sinkgeschwindigkeit des Luftfahrzeugs schwerer als Luft zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans durch den Flugrechner FMS, die vom Validierungssystem berücksichtigt wird, wird vorzugsweise zum Zeitpunkt der Aufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans durch Sensoren der vertikalen Geschwindigkeit, mit denen das Luftfahrzeug schwerer als Luft ausgestattet ist, gegeben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung hervor, die als Beispiel angeführt wird.
Diese Beschreibung erfolgt im Vergleich mit der Zeichnung, bei der:
1 die übliche Anordnung der Steuerungsausrüstung eines Luftfahrzeugs schwerer als Luft in verschiedenen Schichten und den Standort eines Validierungssystems gemäß der Erfindung innerhalb dieser Ausrüstung zeigt,
2 einen Fall der Wiederaufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans veranschaulicht, die seitens eines Flugrechners FMS nicht zur Nichtberücksichtigung einer Höheneinschränkung an einem nahe gelegenen, vorgeschriebenen Überflugpunkt führt, und
3 einen Fall der Wiederaufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans veranschaulicht, die die Wirkung eines Validierungssystems gemäß der Erfindung auf den Flugrechner FMS impliziert, um ihn zu zwingen, eine Höheneinschränkung an einem nahe gelegenen vorgeschriebenen Überflugpunkt zu berücksichtigen.
Ein Luftfahrzeug schwerer als Luft wird über steuerbare Flächen gesteuert: Ruder und den Betrieb des Motors oder seiner Motoren. Hierzu umfasst es, wie auf 1 dargestellt, Stellorgane 10, 11 seiner Ruder und seiner Motoren, die Positionsanweisungen erhalten, die von der Geräten 12, genannt „Flugsteuerung", erzeugt werden, um das Luftfahrzeug in einer vom Piloten oder von einer automatischen Steuervorrichtung vorgeschriebenen Fluglage zu halten. Die Flugsteuerungsvorrichtungen 12 haben eine kurze charakteristische Reaktionszeit von etwa einer Sekunde und bilden zusammen mit den Stellorganen 10, 11 eine erste Ebene 1 der Steuervorrichtungen.
Diese Steuervorrichtungen der ersten Ebene 1 sind allein ausreichend, um das Luftfahrzeug schwerer als Luft zu steuern. Sie werden jedoch sehr häufig von einer zweiten Ebene 2 von Vorrichtungen ergänzt, welche aus einem Autopiloten 20 und einer Flugleitanlage 21 gebildet ist, die die Aufgabe des Piloten stark vereinfachen, indem sie die Kontrolle der Kurs-, Höhen-, Geschwindigkeits- oder vertikalen Geschwindigkeitsanweisungen unter anderem automatisieren, der eine, der Autopilot 20, durch direkte Einwirkung auf die Flugsteuerung 12 und der andere, die Flugleitanlage 21, indem sie dem Piloten über Anzeigegeräte EFIS 40 (wobei die Abkürzung EFIS aus dem Angelsächsischen stammt: „Electronic Flight Instrument System") die Befehle angibt, die an die Flugsteuerung 12 zu geben sind.
Um die Aufgabe des Piloten weiter zu vereinfachen, werden der Autopilot 20 und die Flugleitanlage 21 häufig durch einen Flugrechner FMS 30 ergänzt, der die Aufgaben der Erstellung und der Kontrolle des Flugplans durch das Luftfahrzeug schwerer als Luft automatisiert. Der Flugrechner FMS 30 ist vom Piloten mit Hilfe einer Schnittstelle Mensch-Maschine MCDU 42 parametrierbar. Er bildet eine dritte Ebene 3 der Steuervorrichtungen, da er nur über den Autopiloten 20 oder die Flugleitanlage 21, die die zweite Ebene 2 der Steuervorrichtungen bilden, in die Steuerung eingreift. Aus diesem Grund muss er sich bei seiner Aufgabe der Kontrolle eines vorgegebenen Flugplans mit einer charakteristischen Reaktionszeit zufrieden geben, die noch länger ist als die des Autopiloten und der Flugleitanlage, zum Beispiel etwa eine Minute.
Der Autopilot 20 und die Flugleitanlage 21 bilden häufig ein- und dieselbe Vorrichtung, da sie dieselben Aufgaben erfüllen, wobei der einzige Unterschied darin liegt, ob der Pilot in der Kette der Übertragung der Befehle an die Flugsteuerungsvorrichtungen 12 vorhanden ist oder nicht. Sie sind vom Piloten über zwei Schnittstellen Mensch-Maschine zugänglich, eine 41 so genannte „MCP" (wobei die Abkürzung MCP aus dem Angelsächsischen stammt: Module Control Panel) und die andere 42 so genannte „MCDU". Die Schnittstelle MCP 41 wählt die Betriebsarten des Autopiloten und der Flugleitanlage direkt aus und parametriert sie: Kontrolle des Kurses, der Höhe, der Geschwindigkeit und der vertikalen Geschwindigkeit, usw... Die Schnittstelle MCDU 42 wirkt auf den Autopiloten 20 und/oder die Flugleitanlage 21 über den Flugrechner FMS 30 ein, der die Betriebsarten und Anweisungen erstellt, auswählt und parametriert, um das Luftfahrzeug schwerer als Luft auf einem Flugweg 4D zu steuern. Der Autopilot 20 und die Flugleitanlage 21, die stets über die Flugsteuerungsvorrichtungen 12 eingreifen, müssen eine längere charakteristische Reaktionszeit aufweisen als die Flugsteuerungsvorrichtungen 12, zum Beispiel etwa zehn Sekunden.
Flugsensoren 43, wie zum Beispiel ein Druckhöhenmesser oder ein Funkhöhenmesser, ein Trägheitsnavigationsleitsystem oder ein satellitengestützter Ortungsempfänger, Windgeschwindigkeitssonden, usw. liefern dem Luftfahrzeug schwerer als Luft Informationen über seine Position, seine Fluglage, seinen Geschwindigkeitsvektor, seine Höhe, usw., die auf mehr oder weniger feine Art und Weise vom Autopiloten 20, der Flugleitanlage 21 und dem Flugrechner FMS 30 ausgewertet werden.
Wie vorher angegeben, besteht ein Flugplan aus dem seitlichen und dem vertikalen Flugweg, dem das Luftfahrzeug schwerer als Luft folgen muss, um von der Position, an der es sich befindet, zu seinem Zielpunkt zu gelangen, sowie aus Anweisungen für die Reisegeschwindigkeit entlang dieser Flugwege.
Die Erstellung eines Flugplans durch einen Flugrechner FMS 30 beruht auf einer Folge von vorgeschriebenen Überflugpunkten mit Einschränkungen, die die Höhe, die Geschwindigkeit, die Zeit, den Anflugkurs und den Abflugsteuerkurs betreffen können, wobei einige Ein schränkungen den vorgeschriebenen Überflugpunkten zugeordnet sind und andere den korrigierenden Flugwegen zwischen zwei vorgeschriebenen Überflugpunkten. Diese vorgeschriebenen Überflugpunkte und die zugeordneten Einschränkungen werden in den Flugrechner FMS 30 als Parameter eingegeben, zum Beispiel mit Hilfe der Schnittstelle MCDU 42.
Die automatische Kontrolle eines vorab erstellten Flugplans durch einen Flugrechner FMS 30 besteht darin, dem Autopiloten oder der Flugleitanlage Anweisungen zu Kurs, Rollen (Hpath-Gesetz), Nickschwingung (Vpath-Gesetz), Höhe, Geschwindigkeit zu erteilen, die es dem Luftfahrzeug schwerer als Luft ermöglichen, dem vorgegebenen Flugplan zu folgen, wobei gegebenenfalls jegliche festgestellte Abweichung korrigiert wird und darauf geachtet wird, dass die Einschränkungen des Flugplans beachtet werden.
Bei einer Einschaltung seiner Funktion der automatischen Kontrolle eines vorgegebenen Flugplans übernimmt der Flugrechner FMS 30 die Kontrolle über den Autopiloten 20 und die Flugleitanlage 21, indem er ihnen neue Fluganweisungen entsprechend dem Flugplan gibt, wobei der Übergangsflugweg des Luftfahrzeugs schwerer als Luft aufgrund des Übergangs von den Fluganweisungen, die vor der Aufnahme der Funktion der automatischen Kontrolle des Flugplans maßgeblich waren, zu den neuen Fluganweisungen, die vom Flugrechner FMS 30 erteilt werden, nicht berücksichtigt wird.
Da bei dieser Betriebsart ein mehr oder weniger großer Teil des vom Luftfahrzeug schwerer als Luft bei der Einschaltung einer automatischen Kontrolle des Flugplans zurückgelegten Übergangsflugweges nicht berücksichtigt wird, weist sie den Nachteil auf, dass ein Fehler bei der Validierung einer Einschränkung des Flugplans an einem vorgeschriebenen Überflugpunkt, der sich in der Nähe der Position des Luftfahrzeugs schwe rer als Luft zum Zeitpunkt dieser Aufnahme befindet, möglich ist. Dies kann den Flugrechner FMS 30 dazu veranlassen, eine derartige Einschränkung nicht zu berücksichtigen.
Wie vorher angegeben, ist eine Situation, in der ein Flugrechner FMS einen Fehler bei der Validierung einer Einschränkung des Flugplans zum Zeitpunkt der Aufnahme seiner automatischen Funktion der Flugplankontrolle begehen kann, die des Anflugs auf einen Flughafen zwecks Landung, während diese Aufnahme der Funktion der automatischen Kontrolle des Flugplans nach einer gesteuerten Flugphase erfolgt, während der der Pilot die Kontrolle über das Luftfahrzeug übernommen hat, um ein Manöver durchzuführen, das im Flugplan nicht vorgesehen ist, von der Luftkontrollbehörde jedoch verlangt wird, wie zum Beispiel ein Notsinkflug auf eine niedrigere Höhe, und während das Luftfahrzeug schwerer als Luft sich in der Nähe eines vorgeschriebenen Überflugpunkts befindet, an dem es eine vorgegebene Mindesthöhe einhalten muss.
In diesem Fall bestätigt der Flugrechner FMS 30 die Höheneinschränkung anhand einer Vorausberechnung der Höhe des Luftfahrzeugs am vorgeschriebenen Überflugpunkt, die anhand einer Vorausberechnung der kurzfristigen vertikalen Route des Luftfahrzeugs schwerer als Luft erfolgt, die auf Fluganweisungen beruht, die einer Befolgung des Flugplans ohne Abweichung entspricht. Diese Vorausberechnung der kurzfristigen vertikalen Bewegung wird am Anfang verfälscht aufgrund der Tatsache, dass sie nicht die vertikale Bewegung des Luftfahrzeugs schwerer als Luft während der Übergangsperiode berücksichtigt, die für den Übergang von der Ausführung der Fluganweisungen, die vor der Aufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans maßgeblich waren, zu der Ausführung der neuen Fluganweisungen zu Beginn der automatischen Kontrolle des Flugplans erforderlich sind. Falls der nächste vorgeschriebene Über flugpunkt sich in ausreichender Nähe befindet, kann der bei der Vorausberechnung der kurzfristigen vertikalen Bewegung des Luftfahrzeugs schwerer als Luft begangene Fehler die Schätzung der Höhe des Luftfahrzeugs schwerer als Luft am vorgeschriebenen Überflugpunkt derart verfälschen, dass der Flugrechner FMS sich täuscht, die Höheneinschränkung als naturgemäß beachtet betrachtet und sie nicht berücksichtigt, obwohl er sie später berücksichtigen sollte, nachdem die Abweichungen des Luftfahrzeugs schwerer als Luft im Vergleich zum Flugplan geschätzt wurden.
2 und 3 veranschaulichen die beiden Fälle, die man in dieser Situation antreffen kann, wobei 2 den Fall darstellt, in dem der nächste vorgeschriebene Überflugpunkt sich in ausreichender Entfernung befindet, damit die für das Luftfahrzeug schwerer als Luft erforderliche Übergangsbewegung, um die neuen Fluganweisungen anzuwenden, die vom Flugrechner FMS stammen, die Vorausberechnung des Flugweges nicht derart verfälscht, dass der Vorgang der Validierung der ersten angetroffenen Höheneinschränkung gestört wird, und 3 den umgekehrten Fall.
2 und 3 sind Diagramme von vertikalen Flugwegen in zwei Dimensionen: Entfernung bis zum Zielpunkt auf der Abszisse und Höhe auf der Ordinate. Diese Diagramme zeigen den vertikalen Sinkflugweg Dpv, der im Flugplan vorgesehen ist, den das Luftfahrzeug schwerer als Luft A ab dem Zeitpunkt der Aufnahme der Funktion der automatischen Kontrolle der Einhaltung des Flugplans durch seinen Flugrechners beachten sollte. Dieser vertikale Sinkflugweg Dpv berücksichtigt zwei Höheneinschränkungen C1, C2 an zwei aufeinander folgenden vorgeschriebenen Überflugpunkten.
Wenn das Luftfahrzeug schwerer als Luft A diesen vertikalen Sinkflugweg Dpv beginnt, während es sich seit einer bestimmten Zeit unter der Kontrolle der Funktion der automatischen Kontrolle des Flugplans seines Flugrechners FMS 30 befindet, beginnt es ihn ohne bemerkenswerte Abweichung, indem es den Fluganweisungen folgt, die von seinem Flugrechner FMS 30 erstellt wurden, welcher zuverlässige Vorausberechnungen macht, da sie anhand von Fluganweisungen erfolgen, die er gegeben hat und die vom Autopiloten 20 oder von der Flugleitanlage 21 ausgeführt werden. Da die Vorausberechnungen der kurzfristigen vertikalen Bewegungen, die vom Flugrechner FMS 30 erstellt werden, zuverlässig sind, sind es die Vorausberechnungen der Höhen des Luftfahrzeugs schwerer als Luft an den vorgeschriebenen Überflugpunkten ebenfalls, und die Validierungen der Einschränkungen erfolgen problemlos je nachdem, wie sie sich darstellen.
Der Flugrechner FMS 30 nimmt eine Vorausberechnung der Höhe vor, in der das Luftfahrzeug schwerer als Luft an dem durch C1 eingeschränkten Überflugpunkt fliegen soll, mit den gerade ausgeführten Fluganweisungen. Diese Vorausberechnung der Höhe basiert auf einer Vorausberechnung P1 der vertikalen Bewegung des Luftfahrzeugs schwerer als Luft, die gepunktet dargestellt ist, die zuverlässig ist, da sie den Sinkwinkel wiedergibt, der auf dem Flugplan vorgesehen und dem das Luftfahrzeug schwerer als Luft tatsächlich folgt. Sie zeigt, dass das Luftfahrzeug schwerer als Luft mit den angewandten Fluganweisungen am ersten vorgeschriebenen Überflugpunkt eine Höhe aufweist, die größer ist als die erste Höheneinschränkung C1. Der Flugrechner FMS 30 betrachtet dann die erste Einschränkung der Mindesthöhe C1 als auf natürliche Weise beachtet und berücksichtigt sie nicht mehr in seiner späteren Kontrolle des Flugplans. Dies ist durch die Tatsache ersichtlich, dass der Flugrechner FMS 30 den Sinkflugweg ohne Änderung beibehält.
Wenn der Flugrechner FMS 30 den durch die ersten Höheneinschränkung C1 eingeschränkten Punkt sequenziert hat, versucht er, die zweite Höheneinschränkung C2 zu bestätigen und nimmt eine Vorausberechnung der Höhe vor, die das Luftfahrzeug schwerer als Luft an diesem zweiten vorgeschriebenen Überflugpunkt mit den ausgeführten Fluganweisungen einnehmen soll. Diese Vorausberechnung der Höhe basiert auf einer Vorausberechnung P2 der vertikalen Bewegung des Luftfahrzeugs, die gestrichelt dargestellt ist, die noch zuverlässig ist, da sie den Sinkwinkel wiedergibt, der im Flugplan vorgesehen ist und dem das Luftfahrzeug schwerer als Luft tatsächlich folgt. Sie zeigt, dass das Luftfahrzeug schwerer als Luft mit den angewandten Fluganweisungen am zweiten vorgeschriebenen Überflugpunkt eine Höhe aufweist, die niedriger ist als die zweite Einschränkung der Mindesthöhe C2. Der Flugrechner FMS 30 berücksichtigt dann, dass die zweite Höheneinschränkung C2 nicht als auf natürliche Weise beachtet wird und berücksichtigt sie in seiner späteren Kontrolle des Flugplans. Dies ist durch die Tatsache ersichtlich, dass der Flugrechner FMS dem Luftfahrzeug schwerer als Luft, wenn dieses die Mindesthöhe der zweiten Einschränkung C2 erreicht, einen Horizontalflug vorschreibt, bis es den zweiten vorgeschriebenen Überflugpunkt überflogen hat und es den im Flugplan vorgesehenen Sinkwinkel wieder aufnehmen kann.
Wird die Funktion der automatischen Kontrolle des Flugweges durch den Flugrechner FMS 30 zu dem Zeitpunkt aufgenommen, an dem die erste Höheneinschränkung C1 bestätigt werden soll, wird das Luftfahrzeug schwerer als Luft einer vorübergehenden Bewegung unterworfen, die verursacht wird durch den Übergang seines Autopiloten 20 oder seiner Flugleitanlage 21 von der Ausführung der Fluganweisungen, die vor dem Einsatz der Funktion der automatischen Kontrolle des Flugplans maßgeblich waren, zu der Ausführung der neuen Fluganweisungen, die durch diese Funktion der automatischen Kontrolle erstellt werden, wobei diese vorübergehende Bewegung bei der Vorausberechnung P1 der Bewegung des Luftfahrzeugs, die vom Flugrechner FMS 30 für die Validierung dieser ersten Höheneinschränkung C1 erfolgt und die sich ausschließlich auf Fluganweisungen stützt, die an ein Luftfahrzeug schwerer als Luft gemäß dem Flugplan angepasst sind, nicht berücksichtigt wird. Die Nichtberücksichtigung dieser vorübergehenden Bewegung bei der Vorausberechnung P1 der kurzfristigen Bewegung des Luftfahrzeugs schwerer als Luft führt zu einem Fehler bei der Vorausberechnung der Höhe am ersten vorgeschriebenen Überflugpunkt, der größer wird mit der Abweichung zwischen den Fluganweisungen, die vor und nach der Aufnahme der automatischen Kontrolle des Flugwegs und mit der Nähe des ersten vorgeschriebenen Überflugpunkts angewandt werden, und der sogar einen Fehler bei der Validierung der ersten Höheneinschränkung C1, das heißt die Nichtberücksichtigung dieser Höheneinschränkung, nach sich ziehen kann, während bei Fluganweisungen, die nur an die Kontrolle des vertikalen Flugwegs des Flugplans angepasst sind, diese nicht berücksichtigt werden kann.
Um dies zu vermeiden, wird vorgeschlagen, den Flugrechner (30 1) durch ein besonderes System (31 1) zur Validierung der Einschränkung des Flugplans zu ergänzen, das bei der Aufnahme einer automatischen Kontrolle des Flugplans die übliche Vorausberechnung der Bewegung P1, auf der sich der Flugrechner FMS 30 bei einem Vorgang der Validierung der Einschränkung stützt, durch eine Vorausberechnung der Bewegung Pt des Luftfahrzeugs schwerer als Luft ersetzt, unter Berücksichtigung der vorübergehenden Bewegung, die durch Änderungen der Fluganweisungen hervorgerufen wird.
Im Falle der Validierung einer Höheneinschränkung ist die Vorausberechnung der Bewegung auf die vertikale Ebene beschränkt. Sie erfolgt unter der Annahme, dass das Luftfahrzeug schwerer als Luft bei Übergang der vertikalen Geschwindigkeit zwischen ihrem Ausgangswert Vz₀ vor der automatischen Kontrolle des Flugplans durch den Rechner FMS und ihrem Endwert Vz_f, der dem Flugplan entspricht und vom Flugrechner FMS 30 vorgeschrieben ist, eine konstante Bodengeschwindigkeit „GrdSpd" und eine vertikale Geschwindigkeit Vz aufweist nach einem erstrangigen Variationsmodell, das der folgenden Relation entspricht:
wobei t die Variable Zeit und τ eine Konstante ist, die kennzeichnend ist für das Luftfahrzeug schwerer als Luft, das von seinem Autopiloten oder seiner Flugleitanlage gesteuert wird, gemäß einem Gesetz zum Erhalt einer Anweisung zur vertikalen Geschwindigkeit Vz_f.
Genauer gesagt besteht die Validierung einer Einschränkung der Mindesthöhe an einem vorgeschriebenen Überflugpunkt darin:

– das Datum t_seq des Überflugs des Luftfahrzeugs schwerer als Luft am erzwungenen Überflugpunkt ab der Entfernung Δdist₀ zwischen der Position des Luftfahrzeugs schwerer als Luft bei der Aufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans und der Position des erzwungenen Überflugpunkts zu schätzen, wobei angenommen wird, dass das Luftfahrzeug schwerer als Luft eine konstante Bodengeschwindigkeit GrdSpd aufweist und unter Anwendung folgender Relation:
– den Höhenunterschied Δz_seq zwischen der vorausberechneten Höhe des Luftfahrzeugs schwerer als Luft am erzwungenen Punkt und dem Wert der Höheneinschränkung zu schätzen, wobei angenommen wird, dass die vertikale Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs schwerer als Luft sich von ihrem Ausgangswert Vz₀ vor der automatischen Kontrolle des Flugplans durch den Rechner FMS zu ihrem Endwert Vz_f, der dem Flugplan entspricht und vom Rechner FMS vorgeschrieben ist, hin entwickelt, wobei einem erstrangigen Variationsmodell gefolgt wird, das der Relation (1) entspricht. Daraus ergibt sich durch Integration der Relation (1):
wobei τ die mit der Relation (1) festgelegte Zeitkonstante ist, und
– die Berücksichtigung der Höheneinschränkung im Falle der Einhaltung der Ungleichheit zu bestätigen:
wobei Δz_marg eine Höhensicherheitsmarge darstellt.

Der Ausgangswert V_z0 der Sinkgeschwindigkeit des Luftfahrzeugs schwerer als Luft zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans durch den Flugrechner FMS, die vom Validierungssystem berücksichtigt wird, kann von Sensoren der vertikalen Geschwindigkeit, mit denen das Luftfahrzeug schwerer als Luft ausgestattet ist, gemessen werden.
2 und 3 veranschaulichen die neue Vorausberechnung der Bewegung Pt, die erhalten wird im Falle eines geleiteten Luftfahrzeugs schwerer als Luft bei der Aufnahme der Funktion der automatischen Kontrolle des Flugplans, mit einer Sinkgeschwindigkeit von 3.000 Fuß/Minuten anstelle der Sinkgeschwindigkeit von 1000 Fuß/Minute, die für den vertikalen Flugweg Dpv des Flugplans angenommen wird.
Im Falle der 2 erfolgt die Aufnahme der Funktion der automatischen Kontrolle des Flugplans in ausreichender Höhe über dem ersten vorgeschriebenen Überflugpunkt, damit die geschätzte Höhe des Luftfahrzeugs schwerer als Luft an diesem ersten vorgeschriebenen Überflugpunkt, die sich auf einer Vorausberechnung Pt der kurzfristigen Bewegung des Luftfahrzeugs schwerer als Luft stützt, unter Berücksichtigung seiner Übergangsbewegung, der Höheneinschränkung C1 genügt. Die Validierung der Einschränkung C1 und ihre Ausschaltung durch den Flugrechner FMS 30 aufgrund der Vorausberechnung der Bewegung P1, die die vorübergehende Bewegung durch die Änderungen der Fluganweisungen nicht berücksichtigt, war also begründet. Die vorübergehende Bewegung des Luftfahrzeugs schwerer als Luft bei der Aufnahme der Funktion der automatischen Kontrolle des Flugplans bewirkt, dass das Luftfahrzeug schwerer als Luft mit den vom Flugrechner FMS gelieferten Fluganweisungen nicht dem vertikalen Flugweg Dpv, der im Flugplan vorgesehen ist, folgt, sondern einem vertikalen Flugweg, der sich nach der Vorausberechnung Pt richtet. Daraus ergibt sich, dass der Flugrechner FMS bei der Validierung der zweiten Höheneinschränkung C2 die Höhe des Luftfahrzeugs schwerer als Luft am zweiten vorgeschriebenen Überflugpunkt mit Hilfe der Vorausberechnung der Bewegung P'2 und nicht P2 abschätzt und dass das Luftfahrzeug schwerer als Luft früher den Horizontalflug in der durch die zweite Einschränkung C2 vorgeschriebenen Mindesthöhe beginnt.
Im Falle der 3 erfolgt die Aufnahme der Funktion der automatischen Kontrolle des Flugplans zu spät oberhalb des ersten vorgeschriebenen Überflugpunkts, damit die geschätzte Höhe des Luftfahrzeugs schwerer als Luft am nächsten vorgeschriebenen Überflugpunkt der Höheneinschränkung C1 genügt. Die Validierung der Einschränkung C1 und ihre Ausschaltung durch den Flugrechner FMS 30 aufgrund der Vorausberechnung der Bewegung P1, die die vorübergehende Bewegung durch die Änderungen der Fluganweisungen nicht berücksichtigt, war also nicht begründet und hätte zur Nichtberücksichtigung der Höheneinschränkung C1 geführt. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren der Validierung einer Einschränkung wird dieser Fehler vermieden, die Einschränkung C1 wird vom Flugrechner FMS 30 berücksichtigt, der den Horizontalflugübergang Pa des Luftfahrzeugs schwerer als Luft verursacht, sobald es die Mindesthöhe, die der Einschränkung C1 entspricht, erreicht, und zwar bis es den ersten vorgeschriebenen Überflugpunkt überflogen hat, an dem es den Flugweg des Flugplans wiederaufnimmt.
Das Validierungssystem, das vorgeschlagen wurde, kann durch eine neue Softwareaufgabe realisiert werden, die dem Rechner übertragen wird, der bereits verwendet wird, um die Aufgaben des Flugrechners FMS zu erfüllen.

Claims

Verfahren zur Validierung einer Flugplaneinschränkung (C1) an einem vorgeschriebenen Überflugpunkt für einen Flugrechner FMS (30), der einem Luftfahrzeug schwerer als Luft bei einer Wiederaufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans nach einer gesteuerten Flugphase Fluganweisungen erteilt, das darin besteht, für eine Validierung der Einschränkung (C1) durch den Flugrechner FMS (30) eine Vorausberechnung der Route des Luftfahrzeugs schwerer als Luft bis zum vorgeschriebenen Überflugpunkt anzustellen, unter Berücksichtigung des Übergangs zwischen der Inkraftsetzung der vor der Wiederaufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans geltenden Fluganweisungen durch das Luftfahrzeug schwerer als Luft und der derjenigen Fluganweisungen, die vom Flugrechner FMS (30) bei dieser Wiederaufnahme neu erteilt werden, sowie die Einschränkung (C1) in dem Fall zu validieren, in dem sie nicht vom Luftfahrzeug schwerer als Luft beachtet wird, falls es an den vorgeschriebenen Überflugpunkt gelangt, indem es der Vorausberechnung der Route folgt, und zwar damit sie (C1) bei der späteren automatischen Kontrolle des Flugplans weiterhin berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorausberechnung der Route des Luftfahrzeugs schwerer als Luft bis zu dem vorgeschriebenen Überflugpunkt, unter Berücksichtigung des Übergangs zwischen der Einführung der vor der Wiederaufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans geltenden Fluganweisungen durch das Luftfahrzeug schwerer als Luft und der derjenigen Fluganweisungen, die vom Flugrechner FMS (30) bei dieser Wiederaufnahme neu erteilt werden, nach einem erstrangigen Variationsmodell erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, das bei der Validierung einer Höheneinschränkung angewandt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorausberechnung der Route des Luftfahrzeugs schwerer als Luft bis zu dem vorgeschriebenen Überflugpunkt, unter Berücksichtigung des Übergangs zwischen der Einführung der vor der Wiederaufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans geltenden Fluganweisungen durch das Luftfahrzeug schwerer als Luft und der derjenigen Fluganweisungen, die vom Flugrechner FMS (30) bei dieser Wiederaufnahme neu erteilt werden, auf eine Vorausberechnung des vertikalen Flugwegs beschränkt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorausberechnung des vertikalen Flugwegs derart erfolgt, dass angenommen wird, dass das Luftfahrzeug schwerer als Luft bei dem Übergang der vertikalen Geschwindigkeit zwischen seinem Ausgangswert Vz₀ vor der automatischen Kontrolle des Flugplans durch den Rechner FMS (30) und seinem Endwert Vz_f, der vom Flugrechner FMS (30) vorgeschrieben ist, eine konstante Bodengeschwindigkeit „GrdSpd" und eine vertikale Geschwindigkeit Vz aufweist gemäß einem erstrangigen Variationsmodell, das der folgenden Relation entspricht:
wobei t die Variable Zeit und τ eine Konstante ist, die kennzeichnend ist für das Luftfahrzeug schwerer als Luft, das von seinem Autopiloten oder seiner Flugleitanlage gesteuert wird, gemäß einem Gesetz zum Erhalt einer Anweisung zur vertikalen Geschwindigkeit Vz_f.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht: – das Datum t_seq des Überflugs des Luftfahrzeugs schwerer als Luft am erzwungenen Überflugpunkt ab der Entfernung Δdist₀ zwischen der Position des Luftfahrzeugs schwerer als Luft bei der Einschaltung der automatischen Kontrolle des Flugplans und der Position des erzwungenen Überflugpunkts zu schätzen, wobei angenommen wird, dass das Luftfahrzeug schwerer als Luft eine konstante Bodengeschwindigkeit GrdSpd aufweist und unter Anwendung folgender Relation:
– den Höhenunterschied Δz_seq des Luftfahrzeugs schwerer als Luft zwischen der vorausberechneten Höhe am erzwungenen Überflugpunkt und dem Wert der Höheneinschränkung zu schätzen, wobei angenommen wird, dass die vertikale Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs schwerer als Luft sich von ihrem Ausgangswert Vz₀ vor der automatischen Kontrolle des Flugplans durch den Flugrechner FMS (30) zu ihrem Endwert Vz_f, der dem Flugplan entspricht und vom Rechner FMS (30) vorgeschrieben ist, hin entwickelt, wobei einem erstrangigen Variationsmodell gefolgt wird, das der folgenden Relation entspricht:
wobei τ eine Konstante ist, die kennzeichnend ist für das Luftfahrzeug schwerer als Luft, das von seinem Autopiloten oder seiner Flugleitanlage gesteuert wird, gemäß einem Gesetz zum Erhalt einer Anweisung zur vertikalen Geschwindigkeit Vz_f und – die Berücksichtigung der Höheneinschränkung im Falle der Einhaltung der Ungleichheit zu validieren:
wobei Δz_marg eine Höhensicherheitsmarge darstellt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangswert Vz₀ der Sinkgeschwindigkeit des Luftfahrzeugs schwerer als Luft zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme der automatischen Kontrolle des Flugplans durch den Flugrechner FMS (30), die vom Validierungssystem berücksichtigt wird, zum Zeitpunkt der Einschaltung der automatischen Kontrolle des Flugplans durch vertikale Geschwindigkeitssensoren (43), mit denen das Luftfahrzeug schwerer als Luft ausgestattet ist, gemessen wird.