ES2319437T3 - Sistema de supervision de altitud para aeronave. - Google Patents
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Abstract
Un sistema (100) de supervisión de altitud para una aeronave, que comprende una unidad (110) de entrada que hace posible recibir o introducir en el sistema un nivel de vuelo permitido y altitudes máximas y mínimas permitidas, e interfaces (130, 215) u otros medios para acceder a la altitud y velocidad actuales, comprendiendo también dicho sistema (100) una unidad (120) calculadora para calcular una altitud futura y una unidad comparadora que compara dicha altitud futura con dichos límites de altitud máximos y mínimos, y/o con un nivel de vuelo permitido más/menos una tolerancia, y también una unidad de alerta que puede emitir un aviso a un piloto de aeronave de dicha aeronave un cierto tiempo antes de transgredir un límite de altitud, caracterizado porque dicho cierto tiempo se calcula de modo que puede llevarse a cabo una maniobra evasiva utilizando un factor de carga específico dentro de dicho cierto tiempo con un margen pequeño o sin él, y porque dicho sistema (100) comprende también medios (410) para asesorar al piloto sobre la dirección de maniobra evasiva apropiada.
Description
Sistema de supervisión de altitud para
aeronave.
La presente invención se refiere en general a un
sistema para monitorizar la altitud de una aeronave, y más en
particular a un sistema de este tipo que proporciona una indicación
de alerta cuando se estima que la aeronave va a transgredir un
cierto valor de altitud seleccionado.
Durante operaciones de vuelo de prácticas, una
aeronave militar recibe continuamente instrucciones desde el
control de tráfico aéreo civil. Estas instrucciones comprenden un
nivel de vuelo permitido o altitudes mínimas y máximas disponibles
en la zona de prácticas actual. El piloto apunta estas instrucciones
en su piernógrafo y posteriormente da cuenta de su seguimiento.
El documento
EP-B1-1 517 281 da a conocer un
sistema y un procedimiento para alertar de situaciones
potencialmente peligrosas en tráfico aéreo de modo que se asiste a
un controlador de radar en el control de tráfico aéreo, es decir,
una gran cantidad de aeronaves diferentes que comparten el mismo
espacio aéreo, y utiliza modelos estocásticos para la predicción de
la trayectoria de cada una de las aeronaves.
Durante las misiones, la carga perceptiva y
cognitiva del piloto puede ser muy elevada debido a la multitud de
diferentes sistemas que reclaman su atención. No es por lo tanto
inusual transgredir límites de altitud obtenidos "bajo
tensión", lo que constituye un problema de seguridad aérea.
Es un objetivo de la presente invención
proporcionar un dispositivo que ayude al piloto a mantener la
aeronave dentro de los límites de altitud, y así, añadirle la menor
carga perceptiva y cognitiva posible.
La invención se explica adicionalmente a
continuación con la ayuda de realizaciones preferidas y los dibujos
adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra un esquema de un sistema de
supervisión de altitud en el que el piloto introduce manualmente
los límites de altitud,
la figura 2 muestra un esquema de un sistema de
supervisión de altitud en el que los límites de altitud se reciben
automáticamente y se introducen a través de comunicación por
radio,
la figura 3 muestra un diagrama de flujo de un
procedimiento para alertar al piloto de realizar una maniobra
evasiva para mantener una aeronave dentro de los límites de altitud,
y
la figura 4 muestra un ejemplo de una flecha de
alerta.
Un sistema de supervisión de altitud para una
aeronave, que comprende una unidad de entrada que hace posible
recibir o introducir en el sistema un nivel de vuelo permitido y
altitudes máximas y mínimas permitidas, e interfaces u otros medios
para acceder a la velocidad y altitud actuales, en el que dicho
sistema también comprende una unidad calculadora para calcular una
altitud futura y una unidad comparadora para comparar dicha altitud
futura con dichos límites de altitud máximos y mínimos, y/o con un
nivel de vuelo permitido más/menos una tolerancia, y también una
unidad de alerta que puede emitir un aviso a un piloto de aeronave
de dicha aeronave un cierto tiempo antes de transgredir un límite
de altitud, calculándose dicho cierto tiempo de modo que puede
llevarse a cabo una maniobra evasiva utilizando un factor de carga
específico dentro de dicho cierto tiempo con margen razonable o sin
él.
Para calcular la altitud futura, se utilizan en
los cálculos, entre otros, vectores de velocidad actuales y la
altitud actual.
El sistema también puede comprender medios para
asesorar al piloto de la dirección de maniobra evasiva
apropiada.
El cierto tiempo puede calcularse calculando
continuamente una pérdida/ganancia de altitud para una maniobra
evasiva, utilizando un factor de carga adecuado para el tipo de
aeronave en cuestión, y el cálculo también puede tener en cuenta el
tiempo de reacción del piloto, el tiempo para aumentar el factor de
carga y el tiempo de alabeo de 0 ó 180 grados (dependiendo de la
maniobra evasiva en cuestión).
La alerta puede comprender una señal de audio, y
la dirección de maniobra evasiva apropiada puede indicarse mediante
una flecha que apunta en la dirección deseada.
La flecha puede estabilizarse en espacio.
La presente invención también se refiere a un
procedimiento para supervisión de altitud, que comprende las
siguientes etapas:
- recibir datos de límite de altitud,
- presentar datos de límite de altitud,
- calcular regularmente si es necesario llevar a
cabo una maniobra evasiva para mantener la aeronave dentro de los
límites de altitud,
- si es necesaria una maniobra evasiva, alertar
al piloto sobre ello en un cierto tiempo antes del tiempo de
transgresión estimado, de modo que la maniobra evasiva pueda
llevarse a cabo dentro de dicho cierto tiempo, es decir, evitarse
la transgresión inminente.
El cierto tiempo se calcula mediante cálculo
repetido de una pérdida/ganancia de altitud para una maniobra
evasiva, utilizando un factor de carga adecuado para la aeronave en
cuestión. El cálculo también tiene en cuenta el tiempo de reacción
del piloto, el tiempo para aumentar el factor de carga y el tiempo
de alabeo de 0 ó 180 grados.
El factor de carga en la maniobra, que debe
utilizarse en los cálculos puede establecerse en diferentes valores,
por ejemplo en el intervalo de 2g a 9g. Preferentemente, el factor
de carga se selecciona para adaptarlo al tipo de aeronave o
aeronave individual en cuestión.
La alerta puede comprender las etapas de emitir
una señal audible, y visualizar una flecha que apunta en la
dirección deseada de la maniobra evasiva.
La flecha puede tener una longitud total de
entre 2,0 y 3,0 grados, y puede mostrarse en una pantalla de
visualización frontal.
La flecha puede comprender una línea vertical y
cuatro ángulos dispuestos en dos grupos, de modo que la línea
vertical se extiende más allá de los ángulos primero y cuarto.
La señal audible puede comprender varios
impulsos de frecuencia de voz.
La señal audible puede comprender cuatro
impulsos de frecuencia de voz de aproximadamente 900 Hz, con una
duración de aproximadamente 1,0 segundos cada uno, y una
interrupción muy breve entre ellos.
De este modo, la presente invención se refiere a
un sistema que tiene medios para emitir una orden evasiva, que
incluye una dirección preferida, un tiempo adecuado antes de que la
aeronave alcance la altitud mínima o máxima actual. También se
incluyen medios para ajustar este tiempo de modo que, tras una
maniobra evasiva forzosa (por ejemplo con un factor de carga de 5
g) la aeronave se nivela en el límite de altitud actual. Esta
función también puede utilizarse para ayudar al piloto a permanecer
en un nivel de vuelo permitido más/menos una tolerancia. Se prevén
medios para alimentar el sistema con altitud mínima y máxima y nivel
de vuelo permitido.
En realizaciones alternativas, el momento
puntual en el que se emite un aviso está establecido para ser
idéntico exactamente al último momento, teniendo en cuenta un
tiempo predeterminado representativo del tiempo de reacción del
piloto, para comenzar una maniobra evasiva con una carga en g máxima
predeterminada que mantendrá la aeronave en o ligeramente dentro
del límite de altitud en cuestión. Preferentemente la carga en g
máxima predeterminada y el tiempo predeterminado representativo del
tiempo de reacción del piloto se establecen en valores que, cuando
se prueban repetidamente en el aire, conducirán a una nivelación
real en el límite de altitud en cuestión en la mayoría de los casos
y una nivelación real ligeramente dentro del límite en los demás
casos. Esto puede ser debido a pequeñas variaciones en el tiempo de
reacción del piloto y a pequeñas variaciones en su capacidad
momentánea y la de la aeronave para llevar a cabo maniobras
evasivas.
A continuación, "unidad" se refiere a una
entidad que se implementa en hardware o software, o una combinación
de los mismos, que puede ser autónoma o estar integrada en una
unidad o sistema mayor.
El término "maniobra evasiva forzosa"
significa a continuación una maniobra evasiva que es igual o similar
a una maniobra evasiva óptima que oscila en cargas en g máximas
permitidas predeterminadas para la aeronave durante la misión en
cuestión. La figura 1 muestra una realización de la presente
invención. Un sistema 100 para supervisar la altitud de una
aeronave comprende medios para permitir al piloto introducir límites
110 de altitud recibidos. Estos medios pueden comprender un teclado
110 con teclas numéricas y una tecla de introducción de altitud. En
otras realizaciones la altitud puede introducirse a través de teclas
controladas por software. El sistema comprende además una unidad
120 de cálculo de supervisión de altitud, conectada a dicho teclado
110. Dicha unidad 120 de cálculo lleva a cabo cálculos necesarios
para poder emitir una alerta en un momento puntual adecuado. La
unidad 120 de cálculo está conectada además a una unidad 130 de
interfaz de sistema de navegación, que hace posible que dicha
unidad 120 de cálculo tenga acceso a datos de navegación, tales como
velocidad, rumbo, posición de vuelo, ángulo de ataque, factor de
carga y altitud actual. La unidad 120 de cálculo de supervisión de
altitud está conectada además a una interfaz de sistema de
presentación, que hace posible a la unidad 120 de cálculo tener
acceso a (un) altavoz (altavoces) y
\hbox{pantalla(s)} para emitir la alerta.
Según una segunda realización, tal como se
describe en la figura 2, se reciben automáticamente límites de
altitud y se introducen en el sistema de supervisión de altitud. En
este caso, el sistema de supervisión de altitud está interconectado
con un sistema de comunicaciones por radio, o similar, de la
aeronave a través de una unidad 215 de interfaz de comunicaciones
por radio.
Según una realización adicional de la presente
invención, un procedimiento para supervisar la altitud de una
aeronave, y alertar al piloto un cierto tiempo antes de transgredir
un límite de altitud estimado, comprende las siguientes etapas,
véase la figura 3.
- -
- recibir datos de límite de altitud, 310
- -
- presentar datos de límite de altitud, 320
- -
- calcular regularmente si es necesaria una maniobra evasiva para mantener la aeronave dentro de los límites 330, 340 de altitud
- -
- si es necesaria una maniobra evasiva, alertar al piloto 350 sobre ello en un cierto tiempo antes del tiempo de transgresión calculado/estimado, de modo que la maniobra evasiva pueda llevarse a cabo dentro de dicho cierto tiempo, es decir, de modo que la aeronave pueda evitar la transgresión inminente
- -
- sugerir al piloto una dirección para una maniobra evasiva de este tipo presentando por ejemplo una flecha 410, estabilizada en espacio en la dirección sugerida, es decir hacia arriba o hacia abajo, véase la figura 4.
\vskip1.000000\baselineskip
El cierto tiempo, en el que se da la alerta, es
preferentemente de modo que el piloto después de una maniobra
evasiva de factor de carga de 5 g (reducida a velocidades bajas)
pueda nivelar en el límite de altitud en cuestión. Para poder dar
la alerta/aviso en un momento puntual correcto, la pérdida/ganancia
de altitud se calcula regularmente con antelación para una maniobra
evasiva en un cierto factor de carga, por ejemplo en 5 g, teniendo
en cuenta lo siguiente: el tiempo de reacción del piloto, el tiempo
para aumentar el factor de carga, el tiempo de alabeo de 0 ó 180
grados (dependiendo de la maniobra evasiva actual).
En la descripción anterior, se ha utilizado un
factor de carga de 5 g. El factor de carga recomendado para un
cierto tipo de aeronave debe seleccionarse por supuesto para
adecuarse a ese tipo de aeronave.
En otra realización de la presente invención se
prevén medios para tomar precauciones en el caso de que la
velocidad se vuelva tan baja que la aeronave ya no pueda llevar a
cabo de nuevo una maniobra con 5 g, sino sólo con g inferiores. En
este caso se utiliza en los cálculos un factor de carga inferior,
que se corresponde con un ángulo de ataque en el intervalo de
12-20 grados. La realización está dotada
preferentemente de medios que permiten un ángulo de ataque
superior, dentro de dicho intervalo, en una altitud superior.
El cambio de altitud se calcula geométricamente
con la ayuda de un radio de curvatura para el factor de carga y
velocidad de aeronave actuales. El cambio de altitud se ajusta
posteriormente con la ayuda de una condición de vuelo dependiendo
del parámetro para el cambio en el radio de giro, que normalmente se
produce a lo largo de la trayectoria de la aeronave, en parte
debido a la ganancia de velocidad durante el descenso (pérdida de
velocidad cuando se asciende), y en parte debido al cambio del
"factor de giro" en la trayectoria. En este caso, el "factor
de giro" es el factor de carga sin el componente g. En un giro
con un factor de carga de 5 g, el "factor de giro" es 5 g
durante un descenso/ascenso estrictamente vertical, 4 g durante un
ángulo de trayectoria de vuelo de 0 grados que se curva hacia
arriba y 6 g durante un ángulo de trayectoria de vuelo de 0 grados
que se curva hacia abajo.
El cambio de altitud durante el tiempo de alabeo
y maniobra evasiva se calcula tanto en límites de altitud
superiores como inferiores para dos casos diferentes. Por un lado,
se llevan a cabo cálculos para el caso "habitual", con una
curvatura inicial de trayectoria que se aleja del límite de altitud.
Por otro lado, se llevan a cabo cálculos para el caso en el que la
aeronave en la maniobra evasiva "tira de sí misma a través de la
posición vertical", teniendo "la parte posterior" hacia la
línea vertical. Posteriormente se comparan los resultados de los
dos cálculos y se selecciona la maniobra que ofrece el cambio más
pequeño en altitud.
El cambio de altitud total calculado de la
manera anterior durante una maniobra evasiva se compara
posteriormente con la diferencia de altitud entre la aeronave y el
límite de altitud para averiguar si es el momento de emitir un
aviso o una orden de maniobra evasiva. Los cálculos pueden llevarse
a cabo repetidamente con una frecuencia de 4,0 Hz. Los cálculos se
llevan a cabo preferentemente tanto mediante límites de altitud
superiores como inferiores en cada muestra.
En el cálculo del límite de altitud superior,
preferentemente se supone que, durante la maniobra evasiva, la
aeronave se pilota para alabearse a 180 grados para poder tirar de 5
g hacia abajo (excepto en el caso de maniobra evasiva a través de
una posición vertical). Durante el ascenso moderado (ángulos de
trayectoria de vuelo menores de 10-15 grados)
cuando llega la orden de maniobra evasiva, en la práctica es
suficiente simplemente bajar la parte delantera de la aeronave para
nivelarse en el límite de altitud (una "maniobra de medio rizo
invertido suave"). No es necesario disponer un cierto cálculo
para la "maniobra de medio rizo invertido". El hecho de que el
radio de giro durante un medio rizo invertido se vuelva mucho más
grande se compensa con el hecho de que también puede utilizarse el
tiempo de alabeo calculado (a 180 grados) para el "curvado de
trayectoria".
En el sistema y el procedimiento también puede
utilizarse como entrada un nivel de vuelo permitido. Pueden
realizarse los mismos cálculos tal como se describieron
anteriormente, hacia un límite de altitud superior e inferior. Los
límites se establecen en ese caso al nivel de vuelo permitido más y
menos una tolerancia de preferentemente 61 m (200 pies). Mientras
se viaje en o próximo a la zona de tolerancia, puede parecer
innecesario calcular para maniobras evasivas con 5 g. Como en el
caso de límites de altitud con ángulos de ascenso y descenso
moderados, se proporciona sin embargo un aviso en un momento puntual
apropiado para hacer posible evitar el límite de altitud. De manera
adicional, estos cálculos son necesarios cuando una aeronave se
aproxima a un nuevo nivel de vuelo permitido a velocidad alta y
existe un riesgo de que pase justo por la nueva zona de
tolerancia.
Claims (12)
1. Un sistema (100) de supervisión de altitud
para una aeronave, que comprende una unidad (110) de entrada que
hace posible recibir o introducir en el sistema un nivel de vuelo
permitido y altitudes máximas y mínimas permitidas, e interfaces
(130, 215) u otros medios para acceder a la altitud y velocidad
actuales, comprendiendo también dicho sistema (100) una unidad
(120) calculadora para calcular una altitud futura y una unidad
comparadora que compara dicha altitud futura con dichos límites de
altitud máximos y mínimos, y/o con un nivel de vuelo permitido
más/menos una tolerancia, y también una unidad de alerta que puede
emitir un aviso a un piloto de aeronave de dicha aeronave un cierto
tiempo antes de transgredir un límite de altitud,
caracterizado porque dicho cierto tiempo se calcula de modo
que puede llevarse a cabo una maniobra evasiva utilizando un factor
de carga específico dentro de dicho cierto tiempo con un margen
pequeño o sin él, y porque dicho sistema (100) comprende también
medios (410) para asesorar al piloto sobre la dirección de maniobra
evasiva apropiada.
2. El sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho cierto tiempo se calcula
calculando continuamente una pérdida/ganancia de altitud de una
maniobra evasiva, utilizando un factor de carga adecuado para el
tipo de aeronave en cuestión, y porque dicho cálculo también tiene
en cuenta el tiempo de reacción del piloto, el tiempo para aumentar
el factor de carga y el tiempo de alabeo a 0 ó 180 grados.
3. El sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha alerta comprende una señal de
audio, y porque la dirección de maniobra evasiva apropiada se
indica mediante una flecha (410) que apunta en la dirección
deseada.
4. El sistema según la reivindicación 3, en el
que dicha flecha (410) se estabiliza en espacio.
5. Un procedimiento para supervisión de altitud,
que comprende las siguientes etapas:
- -
- recibir datos (310) de límite de altitud,
- -
- presentar datos (320) de límite de altitud,
- -
- calcular regularmente si es necesario llevar a cabo una maniobra evasiva para mantener la aeronave dentro de los límites (330, 340) de altitud,
- -
- si es necesaria una maniobra evasiva, alertar al piloto (350) sobre ello en un cierto tiempo antes del tiempo de transgresión estimado, de modo que la maniobra evasiva pueda llevarse a cabo dentro de dicho cierto tiempo, es decir, evitarse la transgresión inminente, caracterizado por sugerir al piloto una dirección para una maniobra evasiva de este tipo.
6. El procedimiento según la reivindicación 5,
en el que dicho cierto tiempo se calcula mediante cálculo repetido
de una pérdida/ganancia de altitud para una maniobra evasiva,
utilizando un factor de carga adecuado para la aeronave en
cuestión, y porque dichos cálculos también tienen en cuenta el
tiempo de reacción del piloto, el tiempo para aumentar el factor de
carga y tiempo de alabeo de 0 ó 180 grados.
7. El procedimiento según la reivindicación 5,
en el que el factor de carga utilizado está entre 2 y 9 g.
8. El procedimiento según la reivindicación 5,
en el que dicha alerta (350) comprende las etapas de:
- -
- emitir una señal audible, y
- -
- visualizar una flecha (410) que apunta en la dirección deseada de la maniobra evasiva.
9. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que dicha flecha (410) tiene una longitud total de entre 2,0
y 3,0 grados, y se muestra en una pantalla de visualización
frontal.
10. El procedimiento según la reivindicación 9,
en el que dicha flecha (410) comprende una línea vertical y cuatro
ángulos dispuestos en dos grupos, de modo que la línea vertical se
extiende más allá de los ángulos primero y cuarto.
11. El procedimiento según la reivindicación 10,
en el que la señal audible comprende varios impulsos de frecuencia
de voz.
12. El procedimiento según la reivindicación 11,
en el que la señal audible comprende cuatro impulsos de frecuencia
de voz de aproximadamente 900 Hz, con una duración de
aproximadamente 1,0 segundos cada uno, y una interrupción muy breve
entre ellos.
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