具有起飞失速保护系统的控制器和飞机技术方案

提供了飞行控制系统、飞行控制规则和飞机。一种飞行控制系统包括：输入装置，其被配置为接收俯仰率指令；处理器，其可操作以接收俯仰角度指令，计算俯仰角度饱和极限，将俯仰角率指令、缩放俯仰率和缩放俯仰角度的总和与俯仰角度饱和极限进行比较，响应于该总和超过俯仰角度饱和极限值而将俯仰率指令系统转换为俯仰角度指令系统以限制飞行员上仰俯仰率指令，并将俯仰率指令耦合到飞机控制表面，用于控制表面之一的故障情况，并且飞机控制表面被配置为响应于俯仰率指令和/或俯仰角度指令来调节飞机控制表面设置，以保护飞机不处于失速状态。

【技术实现步骤摘要】
具有起飞失速保护系统的控制器和飞机

总体上涉及用于飞机的起飞失速保护系统，并且更具体地涉及具有俯仰率指令系统的飞行控制系统、飞行控制器算法以及飞机，俯仰率指令系统具有俯仰角目标限制功能，以保护飞机免受地面空气动力学失速，在升空后过渡到正常的空中控制规则。
技术介绍
在飞机起飞期间，飞行员必须准确地将飞机旋转至俯仰姿态目标，而不能旋转不足或过度。准确的旋转可实现最佳的起飞场性能，并提高乘客和机组人员的安全性和舒适性。常规的直接增益俯仰控制器与小位移控制感收器(inceptor,如侧杆)配合使用，可能导致飞行员在起飞期间倾向于使飞机过度旋转，从而在任何空中失速保护控制规则能够被激活并保护飞机之前存在空气动力学失速的实际风险。减少控制权限或增加感受器控制力以防止这种趋势是不希望的，因为这会降低克服稳定器配平失误(mis-trim)或控制表面卡塞(surfacejams)的能力。此外，由于地面的存在使空气动力学发生变化，所以在起飞阶段提供失速保护需要了解在地面上方的高度，以提供足够的保护而不会过于保守和影响性能。因此，期望提供在俯仰和基于飞行路径的飞行任务期间改善起飞失速保护的飞行系统、飞行控制算法和飞机。另外，通过以下
技术实现思路
和具体实施方式部分以及所附权利要求并结合附图和
技术介绍
，其他期望的特征和特性将变得显而易见。
技术实现思路
本文公开了飞行控制系统、飞行控制算法、飞机和用于提供给(provisioning)飞机的相关控制逻辑、制造这种系统的方法和用于操作这种系统的方法、以及配备有机载控制系统的其他运载工具。通过示例而非限制的方式，给出一种具有起飞失速保护系统和控制系统的飞机。在第一非限制性实施例中，一种飞行控制系统包括但不限于：输入装置，其被配置为响应于飞行员输入而产生俯仰率指令；处理器，其可操作以接收俯仰角度指令，计算俯仰角度饱和极限，比较俯仰角度指令与俯仰角度饱和极限，响应于俯仰角度指令超过俯仰角度饱和极限而对俯仰角度指令施加系数，以生成阻尼俯仰率指令，以及将阻尼俯仰率指令耦合到飞机控制表面；和飞机控制表面，其被配置为响应于阻尼俯仰率来调节飞机控制表面设置。根据本公开的另一方面，一种用于控制飞机的方法，包括：从飞机速度传感器接收飞机速度；响应于飞机速度来确定俯仰角度饱和极限；从飞机控制系统接收俯仰率指令；响应俯仰率指令、缩放俯仰率和缩放俯仰姿态角度的总和超过俯仰角度饱和极限而生成俯仰角度指令；以及将与俯仰饱和极限相同的俯仰角度指令耦合到飞机控制表面。根据本公开的另一方面，一种飞机，包括：飞机控制手柄，其被配置为接收用于飞机中的姿态调节的控制运动，并响应于用于姿态调节的控制运动而产生俯仰角度指令；空速传感器，其用于确定飞机的空速；处理器，其被配置为接收飞机的空速和飞行路径角度，响应于飞机的空速来计算俯仰角度饱和极限，比较俯仰率指令、缩放俯仰率和缩放俯仰角度的总和与俯仰角度饱和极限；并对上仰俯仰率指令施加限制，以生成对作为俯仰角度饱和极限的俯仰角度指令的阻尼俯仰角度响应。飞行控制规则被配置为响应于阻尼俯仰角度指令而控制飞机控制表面以控制飞机俯仰。附图说明通过参考以下结合附图对本专利技术的实施例的描述，本专利技术的上述和其他特征和优点以及实现它们的方式将变得更加明显，并且可以更好地理解该系统和方法。图1是示出根据本公开的教导的飞机的非限制性实施例的简化图。图2是示出根据本公开的用于提供起飞失速保护控制的系统的非限制性实施例的简化框图。图3示出用于说明根据本公开的教导的提供起飞失速保护控制的方法的非限制性实施例的流程图。图4是示出根据本公开的用于提供起飞失速保护控制的系统的另一非限制性实施例的简化框图。图5示出用于说明根据本公开的教导的提供起飞失速保护控制的方法的另一非限制性实施例的流程图。这里阐述的示例示出了本专利技术的优选实施例，并且这样的示例不应被解释为以任何方式限制本专利技术的范围。具体实施方式以下详细描述本质上仅是示例性的，并且不意图限制本专利技术或本专利技术的应用和用途。此外，无意受到在先前
技术介绍
或以下详细描述中提出的任何理论的约束。提供了飞行控制系统、飞行控制算法和飞机的各种非限制性实施例。一般而言，本文的公开内容描述了在飞行的起飞阶段期间使用的飞行控制系统设计。在起飞期间，飞行员必须准确地将飞机旋转到俯仰姿态目标，而不能不足或过度旋转。在起飞期间，俯仰角目标限制功能可操作以限制飞行员上仰指令，以避免使飞机进入失速状态。这对于具有小位移飞行员控制器的侧杆控制特别有用。参考附图可以更好地理解。图1是示出飞行中的飞机100的侧视图。飞机100具有俯仰姿态θ，其指示飞机100相对于地平线108的纵向取向106，如本领域普通技术人员所理解的。飞机100包括执行各种飞行相关任务的飞行控制系统102。飞机100具有指示飞行路径与纵向取向之间的角度的迎角。飞机100具有指示纵向取向轴线与飞行路径之间的角度的飞行路径角度。在较慢的起飞速度时，增加俯仰角度θ导致较大的迎角，这增加了来自飞机机翼的升力，但是如果该角度大于失速角度，则可能导致加速度降低，这可能导致飞机失速状态。现在参考图2，示出了用于说明根据本公开的示例性实施例的用于飞机中的起飞失速控制的飞行控制系统200的框图。示例性飞行控制系统200包括输入装置210、处理器220、控制表面230和俯仰调节器240。示例性飞行控制系统102可操作以防止飞机在起飞期间过度旋转，以降低进入空气动力学失速状态的风险。通常，在飞机升空期间，当主起落架与地面接触时，不会激活空中失速保护控制规则，以消除可靠的雷达高度所需的地面失速角度信息的依赖性。此外，地面的空气动力学效应可能对空中失速保护控制规则计算产生不利影响，从而使这些规则的有效性降低。示例性起飞失速保护(takeoffstallprotection,TSP)是具有俯仰角度目标限制功能的俯仰率指令系统，用于保护飞机免受地面空气动力学失速。在起飞阶段期间，TSP控制规则可以保护飞机免受意外的过度旋转和空气动力学失速，而无需使用电传(flybywire)控制系统中的雷达高度信息。示例性TSP系统允许一致的力用于正常起飞并且允许完全控制权限，以管理稳定器配平失误或控制表面故障，同时防止可能导致地面或刚升空后过渡到空中阿尔法限制保护之前空气动力学失速的旋转率或俯仰姿态。TSP可以在刚升空后或升空后很快过渡到正常的空中控制规则。在该示例性实施例中，输入装置210可以是用于控制飞机高度的飞机控制柱或轭。在示例性实施例中，输入装置210可以是通常位于飞行员一侧的侧杆控制器，并且用于响应电传控制系统来控制飞机的高度。侧杆配置的一个缺点是，控制器比传统的中心杆设计短得多，因此与较长的中心杆相比，其具有较小的范围或线性位移，因此使小的高度改变更加困难，从而在执行大动作时增加了飞机的超调和/或过度旋转的可能性。在示例性电传系统中，输入装置210可操作以将指示飞机控制杆位置的控制信号耦合至处理器220。最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞行控制系统，包括：/n输入装置，其被配置为响应于飞行员输入而产生位置信号；和/n处理器，其可操作以接收所述位置信号，响应于所述位置信号而计算俯仰率指令，计算俯仰角度饱和极限，将所述俯仰率指令、缩放俯仰率和缩放俯仰角的总和与所述俯仰角度饱和极限进行比较，响应于所述总和超过所述俯仰角度饱和极限而产生俯仰调节器，并且将所述俯仰调节器耦合到飞机控制表面。/n

【技术特征摘要】
20200107 US 16/736,0361.一种飞行控制系统，包括：
输入装置，其被配置为响应于飞行员输入而产生位置信号；和
处理器，其可操作以接收所述位置信号，响应于所述位置信号而计算俯仰率指令，计算俯仰角度饱和极限，将所述俯仰率指令、缩放俯仰率和缩放俯仰角的总和与所述俯仰角度饱和极限进行比较，响应于所述总和超过所述俯仰角度饱和极限而产生俯仰调节器，并且将所述俯仰调节器耦合到飞机控制表面。


2.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其中所述输入装置是飞机控制柱。


3.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其中所述输入装置是侧杆飞机控制。


4.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其中所述俯仰率指令是响应于飞行员产生的所述输入装置的偏转而生成的，并且其中所述输入装置是飞机控制侧杆。


5.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其中所述飞机控制表面是升降舵。


6.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其中所述俯仰角度饱和极限是响应于飞机速度、飞机姿态、飞机飞行路径角度和自由空气失速迎角而确定的。


7.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其中所述俯仰调节器被配置为增加所述飞机控制表面的有效阻尼。


8.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其中响应于所述飞机超过预定速度并且飞机襟翼处于起飞状态，将所述俯仰调节器施加于所述俯仰率指令。


9.一种用于控制飞机的方法，包括：
从飞机速度传感器接收飞机速度；
响应于所述飞机速度和飞行路径角度确定俯仰角度饱和极限；
从飞机控制系统接收俯仰率指令；
响应于所述俯仰率指令超过所述俯仰角度饱和极限而产生俯仰调节器；和
将所述俯仰调节器耦合到飞机控制表面。


10.根据权利要求9所述的用于控制飞机的方法，其中所述俯仰调节器还响应于指示所述飞机处于起飞配置的起飞状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：金钟耀，钟吉云，L·卡维拉特纳，
申请(专利权)人：湾流航空航天公司，
类型：发明
国别省市：美国;US