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Dokumentenidentifikation DE69414048T2 10.06.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0637787
Titel Vorrichtung und Methode zum Betreiben eines Flugoptimierungsrechners um Daten für zeitbeschränkte Navigation zu erhalten
Anmelder Honeywell, Inc., Minneapolis, Minn., US
Erfinder Gonser, John M., Albuquerque, New Mexico, US;
Kominek, Richard J., Albuquerque, New Mexico, US
Vertreter Dipl.-Ing. Dieter Herzbach und Dipl.-Ing. Heinz Rentzsch, 63067 Offenbach
DE-Aktenzeichen 69414048
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 03.08.1994
EP-Aktenzeichen 943057729
EP-Offenlegungsdatum 08.02.1995
EP date of grant 21.10.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.06.1999
IPC-Hauptklasse G05D 1/00
IPC-Nebenklasse G06F 19/00   

Beschreibung[de]
Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Flugoptimierungsrechners, um Daten für zeitbeschränkte Navigation zu erhalten HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die US-Regierung besitzt Rechte an dieser Erfindung gemäß dem Kontrakt Nr. F33657-87-C-2084, der durch die Luftwaffenabteilung zugeteilt wurde.

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Flugmanagementsysteme für Flugzeuge und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren, wobei ein zeitbeschränkter Flug erzielt werden kann, während vorbestimmte Eingangsparameter, die für minimale Kosten des Fluges ausgewählt wurden, beibehalten werden können, wobei beliebige Punkte in dem Flugplan als zeitbeschränkte Punkte festgelegt werden können und wobei Flugsegmente beliebig für den Ausschluß irgendeiner Geschwindigkeitsveränderung ausgewählt werden können.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Eine Flugmanagementsystem (FMS) versieht die Besatzung eines Flugzeuges mit ausgedehnten Möglichkeiten der Planung und der Flugausführung ihres Flugzeuges. Eines der Hauptziele des modernen FMS liegt in der Optimierung der Flugkosten, basierend auf einer vorbestimmten Gruppe von Parametern. Bei der momentanen Praxis sind diese Parameter so festgelegt, daß sie die tatsächlichen Kraftstoffkosten und die Flugzeit für einen vorgegebenen Flugplan definieren. Diese Parameter werden sorgfältig festgelegt, so daß sie an die Leistungscharakteristiken des betrachtenden Flugzeuges so dicht wie möglich herankommen. Das Ergebnis dieser Optimierungsübung ist ein Flugplan, der Zielhöhen und Geschwindigkeiten für jeden Quadranten bzw. jedes Segment des Fluges enthält. Da jedoch das Ziel darin liegt, einen optimalen Flugplan vorzugeben (d.h. minimale Flugkosten), ist die Ankunftszeit an jeder Bestimmung ein Ergebnis der Optimierberechnungen und wird daher nicht notwendigerweise mit irgendeiner gewünschten Ankunftszeit übereinstimmen, die durch Faktoren beschränkt sein kann, wie z.B. Kosten der Besatzungszeit, das Erfordernis, Pläne von Verbindungsflügen zu erfüllen und Luftverkehr-Steuerfestlegungen.

Die durch diese Lösung hervorgerufene Schwierigkeit wird in der pragmatischen Notwendigkeit eines Fluges angetroffen, eine Bestimmung zu einer vorbestimmten Zeit zu erreichen, sei es ein Zwischen-Wegpunkt oder eine endgültige Bestimmung. Erfordernisse für solche Zeitbeschränkungen liegen in der Notwendigkeit, an einem ozeanischen Gateway innerhalb eines festgelegten Zeitfensters anzukommen oder in der Notwendigkeit, an einem Flughafen zu einer festgelegten Zeit anzukommen, um an dem Terminal anlegen zu können. Viele andere Erfordernisse für eine zeitbeschränkte Navigation können sowohl in militärischen als auch kommerziellen Bereichen angetroffen werden.

Irgend ein Versuch, die durch diese Zeitbeschränkungen vorgegebenen Probleme zu lösen, beinhaltet in sich die momentan geschätzte Flugzeit, die durch die Zeitbeschränkung erforderliche Flugzeit oder die geforderte Ankunftszeit (RTA), die Flugdistanz und die Geschwindigkeit des Flugzeuges. Diese Parameter geben zusammen mit jenen, die verwendet wurden, um die ursprünglich geschätzte Flugzeit zu entwickeln, die Eingänge vor, die die Einstellung des Fluges erlauben können, um die Zeitbeschränkung zu lösen. Bei Problemen dieser Art lag die Standard-Ingenieurpraxis in der Verwendung von Steuersystemen mit Rückführung vor, um die Lösung vorzugeben. Dieses Verfahren gestattet den Systementwicklern eine Annäherung an die Aktivitäten des Systems durch die Verwendung von Modelliertechniken und die Einführung von Korrekturen über die Rückführung, um die gewünschten Ziele zu erreichen.

Bekannte Verfahren und Vorrichtungen, die bei der Lösung dieses Problemes verwendet wurden, benutzten nicht entweder den Leistungsoptimierer oder die Rückführung des Geschwindigkeitsplanes in die Vorhersagen des Flugprofiles. Dies ist veranschaulicht in der durch A. P. Palmieri in dem US-Patent 4.774.670 verwendeten Lösung. Diese Erfindung verwendete die geschätzte Ankunftszeit, die durch die Profilvorhersagen erzeugt wurde, um einen Zeitfehler zu berechnen. Dieser Zeitfehler wurde sodann auf das Marschsegment des Flugprofiles angewendet, um einen prozentualen Geschwindigkeitsfehler zu erhalten. Die in dem Marschsegment verwendeten Geschwindigkeiten wurden sodann durch diesen prozentualen Fehler eingestellt, um einen neuen Geschwindigkeitsplan zu erzielen.

Die Erfindung von Palmieri war in einer Anzahl von Weisen beschränkt. Zunächst und zu allererst wurde der neue Geschwindigkeitsplan nicht in die Vorhersage des Flugprofiles zurückgeführt. Die Vorhersage des Flugprofiles fuhr fort, Kraftstoffvorhersagen, basierend auf dem ursprünglichen Geschwindigkeitsplan und nicht die neu erzeugten Vorhersagen, anzuzeigen. Zweitens wurde der Geschwindigkeitsplan nur während des Marschteiles des Fluges eingestellt. Kurze Flüge können Einstellungen bei den Anstiegs- und Abstiegsteilen erfordern, um das System in die Lage zu versetzen, die geforderte Ankunftszeit zu erfüllen. Drittens gestattete diese Lösung nicht mehrfache Zeitbeschränkungen, die oftmals bei Transozean-Flügen verwendet werden. Durch die Behandlung des Marschsegmentes als ein ganzes und nicht der einzelnen Quadranten, die es ausmachen, ist es nicht möglich, diese Quadranten einzeln einzustellen. Aus den gleichen Gründen waren Segmente mit konstanter Geschwindigkeit, die oftmals bei Transozean-Flügen verwendet werden, nicht statthaft.

Eine andere bekannte Lösung dieses Problemes lag darin, die verwendeten Parameter zu variieren, die die ursprüngliche Optimierung definierten, so daß die gewünschte Ankunftszeit erzielt wird. Siehe z.B. das US-Patent 4.760.530 von S. P. Linden, das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung gehört, und das US- Patent 5.121.325 von M. K. DeJonge, welches eine Form der variablen Kostenindex-Vorhersage verwendet. Dies dient einer Verbesserung des optimalen Charakters des sich ergebenden Fluges, da die für die Festlegung der optimalen Kosten verwendeten Parameter nicht länger jene sind, die verwendet werden, um die gewünschte Bestimmungszeit zu erzielen. Der Flugplan, der sich aus diesen neuen Parametern ergibt, ist suboptimal, wenn er im Lichte des ursprünglichen Flugplanes betrachtet wird.

Zusätzliche Schwierigkeiten treten auf, wenn diese Lösung verwirklicht wird. Es ist nicht immer klar, welche Parameter ausgewählt und verändert werden sollen, so daß die sich ergebende Flugstrecke ihre gewünschte Zeitbeschränkung erzielt. Tatsächlich ist die Auswahl der zu verändernden Parameter beliebig. Ferner ist das genaue Ergebnis einer Veränderung eines ausgewählten Parameters nicht mit irgendeinem Grad der Gewißheit vorhersagbar. Statt dessen sind solche grobe Maßnahmen wie die Richtung der "Korrektur" oftmals fraglich und der Effekt ist selten monoton; tatsächlich kann die Größe der Korrektur über den Berechnungszyklus variieren. Dieses Fehlen eines im wesentlichen monotonen Verhaltens führt zu ausgedehnten Berechnungen und ergibt oftmals Grenzzyklen, die einen Test und eine Beendigungssteuerung erfordern.

Die Einführung von mehr als einer Zeitbeschränkung in praktischen Flugplänen führt noch eine weitere Schwierigkeit ein. Keines der gegenwärtigen Verfahren, die das zeitbeschränkte Navigationsproblem durch Verändern der Parameter lösen, welche die Kostenfunktion ergeben, ist auf diese Situation gerichtet. Macht man dies, so läuft dies der Natur des optimierten Fluges entgegen und erhöht die Komplexität durch das Erfordernis von Optimierberechnungen, die über die Flugsegmente ausgeführt werden. Diese Lösung würde klar nicht-optimal sein und die Gültigkeit der Optimierberechnungen würde in Frage gestellt.

Alternative Lösungen einschließlich der Lösung, die von Palmieri genommen wird, sind vorgeschlagen worden, die das Problem von dem Punkt der globalen Geschwindigkeitsverhältnisse behandeln. Diese Lösungen haben ein Verhältnis verwendet, das aus jeder Geschwindigkeit in dem Marschsegment entwickelt wird, um die einzige Aufgabe zu lösen, die durch die festgelegte Ankunftszeit vorgegeben ist. Keine Betrachtung wird dem sehr pragmatischen Einschluß von konstanten Geschwindigkeitssegmenten oder dem Passagierkomfort oder dem gewöhnlichen Erfordernis nach dem Einschluß verschiedener Zeitbeschränkungen in einem einzigen Flugplan gewidmet. Die Zeitveränderung für einen einzelnen Quadranten des Flugplanes wird individuell berechnet und, da sie unabhängig von dem vorhergehenden und den folgenden Quadranten ist, ist leicht erkennbar, daß die Geschwindigkeitsanpassung vernachlässigt wird. Es ist diese Geschwindigkeitsanpassung, die die Passagiere einer Fluglinie, die dies nicht gut ausführt, veranlaßt, eine andere Form des Reisens zu wählen. Zusätzlich haben die vermerkten Lösungen nicht die Rechenschwierigkeiten adressiert, die ihren Lösungen zugeordnet sind, welche das Oszillieren der Lösung ohne den Einschluß von komplexen Mechanismen für die Steuerung dieser Grenzzyklen beinhaltet.

Diese Probleme schlagen eine Suche nach einer Lösung vor, die den Berechnungsaufwand vermeidet, einen monotonen Abschluß der gewünschten Zeitbeschränkung ergibt, eine sanfte Geschwindigkeitsveränderung vorgibt und noch nahe an der ursprünglich optimierten Flugstrecke bleibt. Die vorliegende Erfindung ist solch eine Lösung. Sie gibt Zeitbeschränkungen für eine beliebige Anzahl von Quadranten des Flugplanes vor, unabhängig davon, ob sie als konstante oder variable Geschwindigkeit festgelegt sind, ohne die Eingangsparameter zu modifizieren, die die optimalen Kosten des Fluges festlegen. Ein einziger Geschwindigkeits-Einstellfaktor wird über einer vorgegebenen zeitbeschränkten Unterstrecke angewendet, die aus einer Kombination von Quadranten mit konstanter Geschwindigkeit und variabler Geschwindigkeit bestehen kann und liefert eine rasche Anpassung an eine gewünschte Ankunftszeit, ohne die Prozessoranforderungen eines bestehenden Flugmanagementsystems bedeutend zu beeinflussen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung gibt eine Vorrichtung vor, wie sie nachstehend im Patentanspruch 1 definiert ist.

Die vorliegende Erfindung kann die Merkmale eines oder mehrerer der nachstehenden abhängigen Patentansprüche 2 bis 12 umfassen.

Die vorliegende Erfindung gibt ebenfalls ein Verfahren vor, wie es nachstehend im Patentanspruch 13 definiert ist.

Die Erfindung gibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung mit einem Flugmanagementsystem vor zum Anlegen einer Ankunfts-Zeitbeschränkung auf wenigstens eines aus einer Vielzahl von Flugsegmenten eines vorgegebenen Flugplanes, während ein vorbestimmter Kostenindex eingegeben wird. Der Flugplan wird an einen Profilgenerator angelegt, der ebenfalls auf ein Geschwindigkeits-Eingangssignal anspricht. Der Flugplan definiert mehrere Flugsegmente, und durch Simulation der Leistung des Flugzeuges liefert der Profilgenerator ein geschätztes Ankunftszeitsignal, das aus dem Geschwindigkeits-Eingangssignal berechnet wird. Eine Summierverbindung berechnet die Differenz zwischen dem geschätzten Ankunftszeitsignal und einer gegebenen Ankunfts-Zeitbeschränkung und liefert ein erstes Differenzsignal, das einen Zeitfehler repräsentiert. Ein Summierer liefert Zeitdauersignale, die von dem Profilgenerator entsprechend der Vielzahl von Flugsegmenten, die durch den Flugplan definiert sind, hergeleitet werden, wodurch ein Gesamt- Ankunftszeitsignal entsprechend einer Summierung der Zeitdauersignale vorgegeben wird, das Segmente einer Unterstrecke umfaßt. Ein Geschwindigkeitsfehler-Berechner liefert einen Quotienten des Zeitfehlersignales und des Gesamt-Ankunftszeitsignales für die Berechnung eines Geschwindigkeitsfehler-Einstellsignales. Dies gibt eine inkrementale oder dekrementale Geschwindigkeitsfehlereinstellung vor, um das Geschwindigkeits- Eingangssignal zu variieren, welches an den Profilgenerator angelegt wird, um die Gesamtzeit des Ankunftssignales und die geschätzte Zeit des Ankunftssignales fortzuschreiben. Durch wiederholte Neuberechnung des Gesamt- Ankunftszeitsignales und des geschätzten Ankunftszeitsignales wird das geschätzte Ankunftszeitsignal monoton in eine wesentliche Übereinstimmung mit der gegebenen Zeitbeschränkung der Ankunft gebracht, wodurch das Geschwindigkeits-Fehlersignal gegen null vermindert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein konzeptionelles Blockdiagramm des zeitbeschränkten Navigationssystemes der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist ein funktionelles Flußdiagramm, das den Betrieb der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Fig. 3 veranschaulicht den Zeitfehler über der Anzahl von TNAV- Durchläufen, die erforderlich sind, um den Zeitfehler auf einen annehmbaren Wert für repräsentative Zeitfehlerwerte zu vermindern.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELES

Bevor die detaillierte Beschreibung der Vorrichtung und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wiedergegeben wird, sei eine kurze Übersicht über den Betrieb der vorliegenden Erfindung wiedergegeben. Die Leistung eines Flugzeuges über einem festgelegten Flugprofil kann gemessen werden durch Errichtung von Beziehungen, die die Feststellung der Kosten des Fluges über diesem Profil gestatten. Diese Messung kann sodann auf ein Maximum gebracht werden durch Veränderung der Kriterien, die zur Bestimmung des Flugprofiles verwendet werden, durch Neuberechnung des Profiles und durch Beobachtung des Einflusses auf seine Kosten. Ein Kriterium, das auf diese Weise verwendet werden kann, ist die Zeit, die erforderlich ist, um von einem Ursprungspunkt zu einer Bestimmung zu reisen, die dem Profil folgt. Die Beschränkung des Flugprofiles so, daß das Flugzeug an einem festgelegten Punkt zu einer festgelegten Zeit ankommt, ist das zeitbeschränkte Navigationsproblem, das ebenfalls als 4D-Steuerung bekannt ist.

Dieses Verfahren zur Erzielung einer zeitbeschränkten Navigation (TNAV) beinhaltet die Steuerung der optimalen Leistungsberechnung mit festgelegten Eingangs-Zeitzielen ohne Rückkehr auf eine Veränderung irgendwelcher Eingangsparameter, die bei der ursprünglichen Optimierberechnung benutzt wurden. Diese Zeit-Zieleingänge sind für das Flugprofil zwischen irgendeinem zeitbeschränkten Ursprung und seiner zeitbeschränkten Bestimmung festgelegt. Ein Geschwindigkeitsfehler-Generator berechnet sodann die erforderliche Veränderung in der Geschwindigkeit für jeden Quadranten des Flugplanes, der bei dem zeitbeschränkten Flug beteiligt ist und liefert eine Grund- Geschwindigkeitseinstellung, die verwendet werden kann, um das Flugzeug bei der Erzielung der Zeitbeschränkung zu steuern. Das Ergebnis ist eine geringe Veränderung des ursprünglichen optimierten Flugprofiles, die einen Schritt gegen die Zeitbeschränkung darstellt. Nachfolgende Anwendungen der Leistungsberechnung und der zeitbeschränkten Zielerzeugung rufen eine rasche Annäherung an das gewünschte Geschwindigkeits/Höhen/Zeit-Profil hervor. Das endgültige Flugprofil ist ein beschränkter optimaler Weg von dem Ursprung zu der Bestimmung, der als eine Veränderung der ursprünglichen optimalen Wegstrecke erkennbar ist.

Bei der vorliegenden Erfindung führt die erste TNAV-Berechnung für irgendeine Unterstrecke zu einer Geschwindigkeitsveränderung über der zeitbeschränkten Unterstrecke, die den Zeitfehler vermindert. Dieser Zeitfehler ist die Differenz zwischen der geforderten Ankunftszeit am Ende der Unterstrecke und der geschätzten Ankunftszeit an diesem gleichen Punkt. Wenn der Zeitfehler größer als erwünscht ist, so wird er durch eine zweite TNAV-Berechnung weiter vermindert. Diese Berechnungen sind monoton in der Größe und das Erreichen des gewünschten Ergebnisses ist daher sichergestellt. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß die mittlere Anzahl von TNAV-Zyklen geringer als 2 ist.

Der Berechnungsaufwand der TNAV-Berechnung ist gering. Er erfordert nicht die erneute Optimierung der Flugstrecke oder die Ausführung von irgendwelchen Optimierverfahren. Statt dessen kann er verwendet werden, um diese Verfahren zu ergänzen und weitere Möglichkeiten für das FMS vorzugeben.

Das hier beschriebene Verfahren ist erfolgreich bei kommerziell verfügbaren Flugmanagmentsystemen verwendet worden, wie beispielsweise dem Honeywell- Flugmanagement-Computersystem für das Flugzeug Boeing 757/767, wobei es unter der Teilenummer 4052500 von der Honeywell Air Transport Systems Division vertrieben wird. Es ist ebenfalls anwendbar als eine Modifikation des Honeywell-Leistungscomputer-Systems, das unter den Teilenummern PZ-800 und SBZ-8000 von der Honeywell Business and Commuter Avionics Systems Division erhältlich ist.

Die vorliegende Erfindung kann verwirklicht werden durch Verwendung herkömmlicher analoger Schaltkreise und Berechnungstechniken oder durch Verwendung herkömmlicher gänzlich digitaler Techniken oder durch die Verwendung herkömmlicher hybrider Digital/Analog-Techniken. Um das Verständnis der Erfindung zu vereinfachen, sei sie unter Verwendung eines allgemeinen analogen Formates erläutert, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, wobei es sich versteht, daß das gleiche analoge Format in Blockdiagrammform das Programm eines programmierbaren Digitalrechners darstellen kann, wobei die verschiedenen analogen Eingänge in digitale Signale für die digitale Verarbeitung umgewandelt werden und die verschiedenen digitalen Ausgänge in analoge Signale für die Aktivierung von Steuerfunktionen umgewandelt werden. Bei dieser Veranschaulichung sind die Elemente des Systems als Blöcke gezeigt, wobei ihre Funktionen in den entsprechenden Blöcken in abgekürzter Form angegeben sind. In dieser Figur sind die funktionellen Wegstrecken ebenfalls gezeigt, wobei der Informationsfluß an jeder Strecke vermerkt ist. Die Pfeile für jede Strecke zeigen die Richtung des Informationsflusses an. Die primäre Funktion des Systems wird in den folgenden Absätzen in Einzelheiten wiedergegeben.

Bezugnehmend nunmehr auf Fig. 1 ist dort ein Blockdiagramm des bevorzugten Ausführungsbeispieles des zeitbeschränkten Navigationssystems gezeigt. An irgendeinem Punkt in der Planung des Fluges werden die Faktoren, die die Kosten des Fluges beeinflussen, durch die Bedienungsperson festgelegt. Diese Faktoren umfassen normalerweise die Zeitdauer des Fluges und den Aufwand an Kraftstoff, der verbraucht wird, und diese können als ein Kostenindex-Parameter wiedergegeben werden. Diese und irgendwelche anderen Faktoren, die verwendet werden, um die Flugstreckenoptimierung auszuführen, werden in einen Geschwindigkeitsgenerator 10 eingegeben. Zusätzlich wird der Flugplan einschließend den Ursprung, die Bestimmung und irgendwelche definierbaren Punkte entlang des Weges in den Geschwindigkeitsgenerator 10 eingegeben. Der Geschwindigkeitsgenerator 10 verwendet sein Flugzeugmodell und die eingegebenen Parameter, um die anfänglichen Geschwindigkeiten für jeden Quadranten des Flugplanes festzulegen.

Der Geschwindigkeitsgenerator 10 bildet einen Plan für die Geschwindigkeit eines jeden Quadranten des Flugplanes einschließlich (in vielen Anwendungsfällen) der Anstiegs- und Abstiegteile. Dieser Plan wird einem Geschwindigkeitseinsteller 12 zugeführt. Der Geschwindigkeitseinsteller 12 nimmt sowohl den Plan als auch die gemessenen und abgeschätzten Winde für alle Punkte der Flugstrecke auf. Mit diesen Daten berechnet der Geschwindigkeitseinsteller 12 die Einstellung, die für die laufende Flugzeuggeschwindigkeit erforderlich ist, um den Plan zu erreichen. Diese Einstellung wird einem Profilgenerator 18 über einen Geschwindigkeitsbegrenzer 16 zugeführt. Der Geschwindigkeitsbegrenzer 16 enthält Geschwindigkeits- und Höhen-Voreinstellungen und Grenzen, die die Zuführung einer gefährlichen oder nicht erreichbaren Geschwindigkeit zu dem Profilgenerator 18 ausschließen.

Der Profilgenerator 18 führt verschiedene getrennte Aufgaben in dem Subsystem aus. Die erste durch dieses Modul unternommene Aufgabe liegt in der Simulierung der Flugstrecke unter Verwendung des Geschwindigkeitsplanes und der Flugplanhöhen als primäre Eingänge. Bei dieser Simulation wird das Flugzeug mathematisch durch jeden Quadranten des Flugplanes geflogen. Dies gestattet dem Profilgenerator 18 die Abschätzung des Kraftstoffverbrauches an irgendeinem Punkt in dem Flugplan sowie der Höhe, die einen minimalen Kraftstoffverbrauch erzielt.

Die nächste Aufgabe liegt in der Vorgabe von Daten aus dem simulierten Flug an die Subsysteme des Flugzeuges. Diese Daten umfassen die geschätzten Geschwindigkeiten, Höhen und Kraftstoffverbräuche für jeden Quadranten des Flugplanes. Diese Ausgänge des Profilgenerators 18 werden durch die Subsysteme des Flugzeuges verwendet, um das Flugzeug zu steuern, so daß es die gewünschten Flugcharakteristiken mit optimalen Kosten, Geschwindigkeit und Kraftstoffverbrauch erzielt.

Die letzte Aufgabe des Profilgenerators 18 liegt in der Vorgabe der Rückführung, der Entfernung und Geschwindigkeit aus dem eingestellten Flugplan zu dem zeitbeschränkten Segmentfaktor-Berechner 20. Die Daten werden zu dem Segmentfaktor-Berechner 20 für jedes Segment in dem eingestellten Flugplan gesendet. Dies ist die anfängliche Funktion des zeitbeschränkten Navigations- Subsystems (TNAV).

Der Segmentfaktor-Berechner 20 berechnet die erforderliche Zeit zum Durchqueren jedes Segmentes aus der wohlbekannten Beziehung S = V*T, wobei S die Entfernung darstellt, V eine Geschwindigkeit darstellt und T die Zeit darstellt, und er berechnet das Verhältnis der Entfernung S zu der Geschwindigkeit V im Quadrat und reicht diese Information zu dem Summierer 22, der alle Segmentzeiten aufsummiert, um eine weitere Ankunftszeitberechnung zu erhalten, die die Gesamt-Flugzeit ausschließlich der Segmente mit konstanter Geschwindigkeit darstellt. Segmente mit konstanter Geschwindigkeit sind jene Quadranten eines Flugplanes, in denen die Geschwindigkeit, ausgehend von der zunächst gewählten Geschwindigkeit, nicht variiert werden kann. Während dieser Berechnung wird irgendein Segment, das als ein Segment mit konstanter Geschwindigkeit festgelegt worden ist, von der Gesamt-Flugzeit substrahiert. Diese Berechnung wird ausgeführt für die Segmente zwischen jedem Punkt in der Flugstrecke, der als ein zeitbeschränkter Ursprung festgelegt ist, und seiner festgelegten zeitbeschränkten Bestimmung.

Diese werden als zeitbeschränkte Unterstrecken bezeichnet. Es sei vermerkt, daß bei dieser Verwirklichung zeitbeschränkte Unterstrecken einander nicht überlappen dürfen, sondern eine aneinandergrenzende Strecke bilden. Ebenfalls sei vermerkt, daß eine beliebige Anzahl von Segmenten mit konstanter Geschwindigkeit in jeder Unterstrecke enthalten sein können.

Die durch den Segmentzeit-Berechner 20 und den Summierer 22 ausgeführten Berechnungen sind folgende. Bei gegebenen Flugprofilsegmenten von dem Profilgenerator 18 mit der Entfernung Si und der Geschwindigkeit Vi für das Segment i ergibt sich die geschätzte Gesamt-Ankunftszeit Tte an der Bestimmung der Unterstrecke wie folgt:

(1) Tte = S[Si/Vi],

wobei die Summierung über die Segmente in der Unterstrecke einschließlich irgendwelcher Segmente mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt.

Bestimmte Annahmen können nunmehr gemacht werden, die das Problem der Festlegung einer Einstellung des Geschwindigkeitsprofiles erleichtern, welches dem Flugzeug gestattet, die gewünschten Zeitbeschränkungen in dem Flugplan zu erzielen. Diese Annahmen dienen der Linearisierung des Problemes und der Bildung einer arbeitsfähigen Annäherung an die Lösung, die aus einer monotonen Veränderung besteht, welche als ein Korrekturfaktor an das Geschwindigkeitsprofil angelegt wird. Um dies zu machen, stellen wir fest, daß die Geschwindigkeitsveränderungen, die erforderlich sind, um die geforderte Zeitbeschränkung Tr zu erfüllen, ebenfalls eine geringe Veränderung in einigen Entfernungen der Segmente hervorrufen. Die gesamte geforderte (oder beschränkte) Zeit kann wie folgt angeschrieben werden:

(2) Ttr = S[(Si + dSi) /(Vi+dVi)] + S Tci

oder Ttr = Tr + S Tci

wobei dSi und dVi die Veränderung in der Segmententfernung und der Geschwindigkeit entsprechend darstellen; Tr die Summe der Zeiten über den Segmenten mit nicht-konstanter Geschwindigkeit ist und Tci die Segmentzeiten mit konstanter Geschwindigkeit sind. Diese gesamte erforderliche Zeit umfaßt irgendwelche Segmente mit konstanter Geschwindigkeit, die in der Unterstrecke vorliegen können. Die Segmente mit konstanter Geschwindigkeit werden aus den Berechnungen für die Geschwindigkeitseinstellung ausgeschlossen, da die Geschwindigkeiten in jenen Segmenten nicht eingestellt werden können.

An dieser Stelle sei vermerkt, daß die Veränderungen in der Geschwindigkeit und in der Entfernung für jedes Segment kleiner als die Grundgeschwindigkeit und die Entfernung für dieses Segment sind. Das heißt:

(3) dVi < Vi

und dSi < < Si

Gleichung (2) kann nach Tr aufgelöst werden und sodann neu angeschrieben werden, indem alle Ausdrücke zweiter oder höherer Ordnung eliminiert werden.

Tr = S[(Si + dSi)/(Vi + dVi)]

oder Tr = S [Si/(Vi + dVi) + dSi/(Vi + dVi)]

Aber der zweite Ausdruck auf der rechten Seite ergibt sich wie folgt:

dSi/(Vi + dVi) = dSi/(Vi (1 + dVi/Vi))

welcher, da dVi< Vi ist, in einer Taylor-Reihenentwicklung wie folgt angeschrieben werden kann:

£(dSi/Vi) (1 - dVi/Vi))

oder £(dSi/Vi) - (dSidVi/Vi2)

Der zweite Ausdruck verschwindet, da er von zweiter Ordnung ist und der Wert von Tr wird zu:

(4) Tr = S[(Si)/(Vi+dVi)].

Bevor fortgefahren wird, müssen einige Belange der praktischen Flugplanung und Ausführung betrachtet werden. Ein primäres Ziel bei der Flugplanung und Ausführung liegt in der sicheren und relativ komfortablen Ausführung des Fluges. Dies setzt sich in dem vorliegenden Fall in das Erfordernis nach einer minimalen Anzahl von Geschwindigkeitsänderungen im Flugverlauf um; ein praktisches wirksames System darf kein Springen während des Fluges hervorrufen. Dieses Erfordernis nach einer relativ gleichbleibenden Flugzeuggeschwindigkeit führt zu dem Schluß, daß die Veränderung in der Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um die zeitbeschränkte Navigation zu erzielen, aus geringen gleichbleibenden Veränderungen um das ursprüngliche Geschwindigkeitsprofil bestehen soll. Geschwindigkeitsveränderungen dieses Typs können erzeugt werden, indem vermerkt wird, daß die inkrementale Geschwindigkeitsveränderung durch zwei Elemente angeschrieben werden kann: einen konstanten Wert und einen veränderlichen Wert. Somit gilt für irgendein nicht-konstantes Geschwindigkeitssegment:

dVi = dV + ei

In diesem Ausdruck ist ei auf kleine Geschwindigkeitsveränderungen beschränkt, deren Ergebnis meist zweiter Ordnung ist. Daher kann dVi mit dV für alle Segmente gleichgesetzt werden und der Beitrag zweiter Ordnung von ei kann eliminiert werden.

Die Erweiterung des Ausdruckes für die geforderte Zeitbeschränkung führt zu:

Tr = S[(Si)/(Vi + dV + ei)]

oder Tr = S[(Si)/Vi(1 + dV/Vi + ei/Vi)].

Hierbei gilt aber ei< dV und dV< Vi, so daß gilt ei< < Vi, so daß der Ausdruck für Tr neu wie folgt angeschrieben werden kann:

Tr £S[(Si)/Vi(1 + dV/Vi)]

oder Tr £S[(Si/Vi)(1 - dV/Vi)],

somit gilt Tr = S(Si/Vi) - dV S (Si/Vi2).

Die Auflösung nach dV und der Ersatz der ersten Summierung durch ihr Ergebnis Te ergibt:

(5) dV£[(Te - Tr)/(S(Si/Vi2)],

wobei Te aus der geschätzten Gesamt-Ankunftszeit Tte hergeleitet wird und die Summierung über alle Segmente erfolgt, die eine nicht-konstante Geschwindigkeit aufweisen.

Für jede geforderte Ankunftszeit (Unterstrecke) in dem Flugplan werden die Werte dV durch den Geschwindigkeitsfehler-Berechner 26 berechnet. Wie in Gleichung (5) erkennbar, werden diese Werte von den Zeitfehler-Eingängen und den Eingängen von dem Summierer 22 erhalten.

Die Zeitbeschränkungs-Eingänge für das System werden an den Summierpunkt 24 angelegt, wo die geschätzten Segment-Ankunftszeiten, die durch den Profilgenerator 18 berechnet werden, substrahiert werden. Diese Differenzen werden über eine Unterstrecke aufsummiert, um den Unterstrecken-Zeitfehler (Te - Tr) in der obigen Gleichung (5) zu ergeben. Der Unterstrecken-Zeitfehler ist der Wert, der als Eingang zu dem Geschwindigkeitsfehler-Berechner 26 dient. Dieser ist gerade die Differenz zwischen der vorhergehenden "optimalen" Zeit, die für die Durchquerung der Unterstrecke erforderlich ist und der gewünschten Zeit, die für die Durchquerung dieser gleichen Strecke erforderlich ist. Der Nenner in der obigen Gleichung (5) ist der Unterstrecken-Faktor und wird direkt an dem Ausgang des Summierers 22 erhalten. Sein Wert ist S(Si/Vi2).

Diese Werte für die inkrementale Ziel-Geschwindigkeitseinstellung, die aus der Gleichung (5) erhalten werden, werden nacheinander an jedes Segment des Flugprofiles (mit Ausnahme der Segmente mit konstanter Geschwindigkeit) angelegt und das sich ergebende beschränkte Profil wird zu dem Geschwindigkeitseinsteller 12 gesendet, welcher sodann irgendwelche Grenzwerte und Flugzeug- und Sicherheitseinschränkungen wie zuvor handhabt. Das Ergebnis dieser Anwendung ist ein Flugprofil, das auf einer Basis Segment für Segment optimiert ist, das nahe dem anfänglich optimierten Profil liegt und das die Zeitbeschränkungen innerhalb der Grenzen der Flugcharakteristiken des Flugzeuges und der Grenzen der Flugregeln erfüllt.

Der funktionelle Fluß der Verwirklichung ist in Fig. 2 gezeigt. Wie bei Fig. 1 ist das Diagramm vereinfacht, um eine zeitbeschränkte Unterstrecke zu zeigen. Die Verwirklichung für mehrere Unterstrecken wird ausgeführt durch Wiederholung der Hauptschleife für jede Unterstrecke. Die Werte von dV, die sich ergeben, werden als Eingänge zu der Geschwindigkeitsberechnung zurückgeführt. Diese Geschwindigkeiten werden sodann begrenzt und die Ergebnisse werden verwendet, um die Geschwindigkeiten für jedes Segment des Flugprofiles zu erhalten. Die Segmentgeschwindigkeiten sind der primäre Ausgang des Systems und sie werden durch die Flugzeugsysteme verwendet, um die Geschwindigkeit einzustellen und die gewünschte Ankunftszeit zu erzielen.

Im Betrieb empfängt der Block 200 Eingänge von den Leistungsparametern, dem Kostenindex und dem Flugplan. Ein Grund-Geschwindigkeitsplan wird berechnet und dem Block 202 zugeführt, wo die Geschwindigkeit für Windcharakteristiken während des Fluges eingestellt wird. Die eingestellte Geschwindigkeit wird dem Block 204 zugeführt, wo sie auf das Vorliegen eines Geschwindigkeitsfehlersignales dV getestet wird. Beim anfänglichen Durchlauf wird es kein Geschwindigkeitsfehlersignal geben und der Ausgang verläuft zu dem Block 206 und sodann zu dem Knoten 208. Das Signal an dem Knoten 208 wird zu dem Block 210 übertragen, welcher testet, ob alle Segmente berechnet worden sind. Wenn die Berechnung unvollständig ist, so kehrt die Schleife zu den Knoten 214 und 216 und zu der Geschwindigkeitsbegrenzung 220 zurück, wenn alle anfänglichen Segmentberechnungen vervollständigt worden sind. Die anfänglichen Geschwindigkeiten werden in dem Block 220 begrenzt, wie dies zuvor beschrieben wurde. Der Ausgang des Begrenzers 220 ist an den Block 222 angeschlossen, wo die Geschwindigkeit, die Höhe und das Zeitprofil berechnet werden und den Flugzeug-Steuer- und Anzeigesystemen vorgegeben werden. Die Entfernungs- und Geschwindigkeitswerte für alle zeitbeschränkten Segmente werden von dem Knoten 224 zu dem Block 226 gegeben, wo sie aufsummiert werden und wo der Unterstreckenfaktor berechnet wird. Der Ausgang des Blockes 226 ist an den Block 228 angeschlossen, welcher ebenfalls die Zeitfehlerberechnung empfängt, um den Geschwindigkeitsfehlerfaktor dV herzuleiten.

Die Schleife wird getestet auf eine Berechnung aller Unterstrecken in dem Block 230. Falls unvollständig, werden zusätzliche Unterstrecken zu dem Knoten 224 für die Berechnung verzweigt. Wenn alle Berechnungen der Unterstrecken vervollständigt worden sind, so wird der Ausgang des Blockes 230 zu dem Knoten 216 zurückgeführt, wo eine Geschwindigkeitseinstellung erfolgt, und der Ausgang desselben wird auf den Block 222 für eine erneute Berechnung gegeben. Dieser Zyklus wird wiederholt für jedes zeitbeschränkte Segment in dem Flugplan, bis der Geschwindigkeitsfehler auf null reduziert ist, woraufhin die Unterstrecken- Ankunftszeit im wesentlichen mit der geforderten Ankunftszeit zusammenfallen wird.

Eine Verwirklichung der Geschwindigkeitseinstellung besteht in der Kopplung des Geschwindigkeitsausganges des zeitbeschränkten Navigations-Subsystems auf den Eingang eines automatischen Leistungsregler-Subsystems und des Höhenausganges zu einer Flugleitanzeige. Bei dieser Konfiguration hält der automatische Leistungsregler die Geschwindigkeit aufrecht, die für jedes Segment des Flugplanes befohlen ist einschließlich irgendwelcher zeitbeschränkten Unterstrecken, während die Flugleitanzeige als eine Mitteilung für den Piloten arbeitet. Die TNAV-Berechnung wird auf einer periodischen Basis ausgeführt, so daß ein neuer Geschwindigkeitsplan erhalten werden kann, der auf der momentanen Flugzeugsituation beruht.

Eine andere Verwirklichung präsentiert den TNAV-Geschwindigkeitsausgang den FMS-Anzeigen. Bei dieser Verwirklichung verwendet der Pilot die Geschwindigkeitsdarstellung als Empfehlungsdaten und kann eine Wahl treffen, an oder in der Nähe der empfohlenen Geschwindigkeit zu fliegen. Hier wird die TNAV-Berechnung während des Fluges ausgeführt, so daß die dem Piloten dargebotenen empfohlenen Geschwindigkeiten die laufende Fähigkeit wiedergeben, die Zeitbeschränkungen zu erzielen.

Der Betrieb des TNAV-Systems der vorliegenden Erfindung kann durch eine Gruppe typischer Flugpläne veranschaulicht werden, die für den Test des Subsystems aufgebaut wurden. Ein solcher Flugplan ist in der Tabelle 1 gezeigt. Dieser Flugplan bildet den Eingang für den Zeit-Navigationsrechner. Die linke Spalte (SEGIST) enthält die Entfernung für jedes Flugplansegment in nautischen Meilen; die zweite Spalte (SEDSPD) enthält die "optimierte" Geschwindigkeit für jedes Segment in Knoten. Die dritte Spalte bezeichnet irgendwelche Segmente mit konstanter Geschwindigkeit (CSS). Die Geschwindigkeit für diese Segmente soll konstant bleiben und wird daher durch das TNAV-Subsystem nicht verändert.

Die vierte Spalte zeigt die geschätzte Ankunftszeit (ETA) in Stunden, Minuten und Bruchteilen einer Minute. Die letzte Spalte zeigt die geforderte Ankunftszeit, d.h. die Zeitbeschränkung. Es ist diese Zeit, die das TNAV-Subsystem durch seine Veränderung des Geschwindigkeitsplanes erzielen wird. Der Zeitfehler ist die Differenz zwischen der geschätzten Zeit und der Zeitbeschränkung.

Das Ergebnis der Anwendung des Zeit-Navigationssystems ist in Tabelle 2 gezeigt. Die Geschwindigkeiten und Zeiten in dem Quadranten geben die Wirkung des Zeit-Navigationssystemes auf den ursprünglichen Flugplan wieder. Es sei vermerkt, daß 1) die Geschwindigkeiten in den Segmenten konstanter Geschwindigkeit unverändert bleiben und 2) die Geschwindigkeiten der ersten zwei Quadranten des Flugplanes weniger Korrektur erfahren als die verbleibenden Quadranten aufgrund der Geschwindigkeits/Höhen-Grenzen, die jenen Quadranten auferlegt werden.

Fig. 3 zeigt das Ergebnis der Anwendung des TNAV-Subsystems auf den Flugplan von Tabelle 1. Vier verschiedene Beschränkungszeiten wurden benutzt. Diese Beschränkungszeiten führten zu anfänglichen Zeitfehlern von 85 Minuten, 65 Minuten, 35 Minuten und 15 Minuten entsprechend Beschränkungszeiten von 448 min. 428 min. 398 min und 378 min. Die Aufgabe des TNAV-Subsystems liegt in der Verminderung dieser Fehler auf statthafte Werte. Für einen anfänglichen Zeitfehler von 85 min reduziert es somit einen Durchlauf durch das TNAV-System in Ankunfts-Zeitfehler auf 45 min. zwei Durchläufe verminderten den Ankunfts- Zeitfehler auf 5 min und es gab einen Fehler im wesentlichen von null bei drei Durchläufen. Bei einem anfänglichen Ankunfts-Zeitfehler von 65 min wurde der Fehler auf 25 min in einem Durchlauf vermindert, auf 1 min in zwei Durchläufen und auf null in drei Durchläufen. Für einen Ankunfts-Zeitfehler von 35 min war nach einem Durchlauf der Ankunftsfehler 5 min und null nach zwei Durchläufen. Bei einem anfänglichen Fehler von 15 min war der Ankunfts-Zeitfehler bei einem Durchlauf kleiner als 1 min. Somit ist erkennbar, daß die Ergebnisse rasch und in einer monotonen Weise konvergieren ohne Oszillationen zwischen frühen und späten Ankunftszeiten für den Bereich der angenommenen Werte. Gleiche Ergebnisse werden mit negativen RTA-Fehlern (d.h. frühe Ankunft) erhalten.

Die sich ergebenden Daten demonstrieren eine Nähe zu der geforderten Ankunftszeit auch für die Fälle, wo der Zeitfehler 10% der geschätzten Zeit überschreitet. Tatsächlich beträgt der Zeitfehler von 85 Minuten ungefähr 25% der anfänglich geschätzten Zeit. Unter diesen extremen Bedingungen demonstriert das TNAV-Subsystem noch eine rasche Annäherung und erfordert nur vier Zyklen, um einen Fehler von null zu erzielen. In der Praxis wird gewöhnlicherweise eine Einschränkung erzielt, wenn der Zeitfehler kleiner als 1 Minute ist, so daß der Zeitfehler von 85 Minuten nur drei Zyklen erfordert, der Zeitfehler von 65 Minuten zwei Zyklen erfordert und der Zeitfehler von 35 Minuten und 15 Minuten einen Zyklus erfordert.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zum Gebrauch in Verbindung mit einem Luftfahrzeug- Flugmanagementsystem, wobei die Vorrichtung ein Mittel zur Umwandlung von Geschwindigkeits-Eingangsdaten in ein Geschwindigkeits-Regelsignal in Übereinstimmung mit einem gespeicherten Kosten-Index, einem Flugplan, Windbedingungen und Luftfahrzeug-Leistungsdaten sowie ein Mittel zur Verwendung des Geschwindigkeits-Regelsignals zur Regelung der Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs aufweist, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch:

(a) ein auf den gespeicherten Kosten-Index, den Flugplan sowie die Luftfahrzeug- Leistungsdaten ansprechendes Mittel zur Bereitstellung eines Anfangsgeschwindigkeitssignals für jeden Teil des Flugplans.

(b) einen auf die Anfangsgeschwindigkeits-Eingangssignale ansprechenden Profil- Generator (18), der der Auführung des Flugplans zur Bereitstellung einer Vielzahl von einen Unter-Weg aufweisenden Flugsegmenten dient und der ein geschätztes Ankunftszeit-Signal und das Geschwindigkeits-Regelsignal bereitstellt,

(c) ein Verbindungsmittel (24) zum Vergleichen des geschätzten Ankunftszeit- Signals mit einer vorgegebenen Soll-Ankunftszeit und zur Bereitstellung eines ersten, diesem Zeitfehler entsprechenden Differenzsignals.

(d) ein Segmentbeiwert-Berechnungsmittel (20) zur Bereitstellung von Zeitdauer- Signalen, die durch eine Funktion von durch den Profil-Generator erhaltener Entfernung und Geschwindigkeit bestimmt sind und die der Vielzahl von Flugsegmenten entsprechen.

(e) ein Addiermittel (22) zur Bereitstellung eines einer Summation der Zeitdauer- Signale entsprechenden totalen Ankunftszeit-Signals, und zum hieraus Ausschließen von konstanten Geschwindigkeitssegmenten,

(f) ein auf eine Funktion des ersten Fehlersignals und des totalen Ankunftszeit- Signals ansprechendes Geschwindigkeitsfehler-Berechnungsmittel (26) zur Berechnung eines inkrementalen oder dekrementalen Geschwindigkeits- Fehlersignals, und

(g) ein Geschwindigkeits-Einstellmittel (12) zur Anwendung des Geschwindigkeits- Fehlersignals auf den Profil-Generator (18) zum wiederholten Abändern des totalen Ankunftszeit-Signals und des geschätzten Ankunftszeit-Signals bis das geschätzte Ankunftszeit-Signal einförmig in weitgehende Übereinstimmung mit der gegebenen Soll-Ankunftszeit gebracht ist, wobei das Geschwindigkeits- Fehlersignal bis auf eine Nichtigkeit reduziert wird, und

(h) ein auf den Profil-Generator ansprechendes Mittel (26) zur Verwendung des Geschwindigkeits-Regelsignals, um die Fluggeschwindigkeit des Luftfahrzeugs zu regeln, wobei eine gegebene Ankunftszeit für jedes der Vielzahl von Flugsegmenten erreicht wird, um hierdurch die Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs derart zu regeln, daß die gewünschte Ankunftszeit erreicht wird, während Kosten minimiert werden und der Passagierkomfort maximiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

ein Geschwindigkeits-Generatormittel (10) zum Empfangen des vorbestimmten Kosten-Index, des Flugplans und der für das Luftfahrzeug repräsentativen Leistungsparameter, zur Bereitstellung einer Anfangsgeschwindigkeits-Tabelle für jedes Segment des Flugplans und zur Erzeugung diesbezüglich entsprechender Signale,

eine Datenbank zur Speicherung von Daten, die vorbestimmten und aktuellen Windgeschwindigkeiten entsprechen,

wobei die Geschwindigkeits-Einstellmittel (12) auf die Signale der Geschwindigkeits- Tabelle, auf die Windgeschwindigkeiten-Datenbank und auf das Geschwindigkeits- Fehlersignal ansprechen, um dadurch die Signale der Anfangsgeschwindigkeits- Tabelle für jedes Segment des Flugplans in einer im wesentlichen gleichförmigen Art in Übereinstimmung mit den Geschwindigkeits-Fehlersignalen anzupassen, und ein Geschwindigkeits-Begrenzermittel (16) zur Speicherung des Betrags der unsicheren und unerreichbaren Geschwindigkeitsgrenzen, welches auf die geänderten Signale der Anfangsgeschwindigkeits-Tabelle anspricht, zum Anwenden der gespeicherten minimalen und maximalen Geschwindigkeitsgrenzen in Übereinstimmung mit den Luftfahrzeug-Leistungsparametern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Profil-Generator auf das Geschwindigkeits-Begrenzungsmittel (16) anspricht, um folgerichtig ein jedem Segment des Flugplans verbundenes Entfernungssignal sowie ein Geschwindigkeitssignal zu bestimmen, und um periodisch die bestimmten Entfernungs- und Geschwindigkeitssignale in Übereinstimmung mit Änderungen in den Signalen der Grenzgeschwindigkeiten-Tabelle abzuändern.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Segmentbeiwert-Berechungsmittel (20) auf die abgeänderten und begrenzten Segment-Entfernungs- und Segment-Geschwindigkeitssignale des Profil-Generators (18) anspricht, um ein Ausgangssignal bereitzustellen, welches einem Verhältnis hiervon proportional ist und welches einer Zeit zum Durchqueren jedes der Segmente entspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von folgender Form ist:

(Si/Vi²),

wobei:

Si = i.tes Entfernungssegment

Vi = i.tes Geschwindigkeitssegment.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschwindigkeitsfehler-Berechnungsmittel (26) einen Ausgang bereitstellt, der einem Verhältnis des Zeitfehler-Signals zu dem totalen Ankunftszeit-Signal proportional ist, wobei dieses Verhältnis die folgende Form aufweist:

(Te - Tr)/Σ(Si/Vi²),

wobei:

Te = geschätzte Ankunftszeit nicht-konstanter Segmente im Unter-Weg.

Tr = geforderte Ankunftszeit summiert für nicht-konstante Segmente,

Si = i.tes Entfernungssegment,

Vi = i.tes Geschwindigkeitssegment.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Profil-Generator (18) auf einen Flugplan anspricht, welcher eine Vielzahl von beliebigen Punkten bereitstellt, welche als zeitbefangene Unter-Wege bezeichnet sind, und wobei Segmente von zeitbefangenen Unter-Wegen geschwindigkeitsvariable Segmente und geschwindigkeitskonstante Segmente enthalten, und jedes dieser Segmente durch Anwenden eines Regelsignals auf das Summiermittel beliebig ausgewählt werden kann, um für die Veränderung der Geschwindigkeit ausgeschlossen zu werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Geschwindigkeits-Einstellmittel (12) auf jedes variable Segment in einem gegebenen Unter-Weg eine gewöhnliche Geschwindigkeitseinstellung angewendet wird.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Verwendung des geänderten Geschwindigkeits-Regelsignals ein automatischer Leistungsregler eines Autopiloten des Luftfahrzeugs ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Profil-Generator(18)ein Geschwindigkeitsvorschlag-Signal einem Flug-Anzeigeinstrument für die Anzeige an einen menschlichen Pilot bereitstellt, und daß der Pilot in Übereinstimmung hiermit einen manuellen Leistungsregler des Luftfahrzeugs steuert.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Profil-Generator(18)ein Höhenvorschlag-Signal an ein Flug-Anzeigeinstrument zur Anzeige für einen menschlichen Piloten bereitstellt, und daß der Pilot in Übereinstimmung hiermit die Höhe des Flugzeugs steuert.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Profil-Generator(18)ein Treibstoffvorschlag-Signal bereitstellt, und weiterhin Mittel zur Anzeige des Treibstoffvorschlag-Signals aufweist, um eine Anzeige des Treibstoffverbrauchs für jeden Teil des Flugplans und des verbleibenden Treibstoffvorrats bereitzustellen.

13. Verfahren zur Navigation eines Luftfahrzeugs, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Speichern eines Flugplans in einer Datenbank, der wenigstens ein Flugsegment mit einem zeitbelegten Startort und einem zeitbelegten Zielort, eine Vielzahl von zeitbelegten Segmenten mit einem Unter-Weg definiert,

Speichern eines vorbestimmten Kosten-Index in der Datenbank, welcher wenigstens den Treibstoff Kosten und den Arbeits-Kosten des Besatzung entspricht, Speichern einer Familie von Leistungsdaten in der Datenbank, welche einem gegebenen Luftfahrzeug entsprechen,

Anwenden des gespeicherten Flugplans, des gespeicherten Kosten-Index und der gespeicherten Leistungsdaten auf einen Geschwindigkeits-Generator zur Erzeugung, Speicherung und Bereitstellung einer Anfangsgeschwindigkeits-Tabelle für jedes Segment des Flugplans,

Bereitstellung einer zweiten Datenbank mit Windgeschwindigkeiten entsprechend dem Flugplan,

Festlegung einzelner vorbestimmter Segmente, innerhalb derer eine konstante Geschwindigkeit beibehalten werden muß und Bereitstellung diesbezüglich korrespondierender Signale,

folgerichtiges Anwenden der Anfangsgeschwindigkeits-Tabelle für jedes der Segmente, der Windgeschwindigkeits-Tabelle und des konstanten Geschwindigkeitssignals auf einen Geschwindigkeits-Einsteller zur Speicherung und Bereitstellung einer geänderten Geschwindigkeits-Tabelle in Übereinstimmung hiermit.

Anwenden der geänderten Geschwindigkeits-Tabelle auf einen Geschwindigkeits- Begrenzer, der darin gespeichert den Betrag der zulässigen Geschwindigkeitsgrenzen aufweist, um maximale und minimale Geschwindigkeitsgrenzen hierauf aufzuerlegen, um eine begrenzte Geschwindigkeitstabelle bereitzustellen, wobei die begrenzten Geschwindigkeiten unsicheren oder unerreichbaren Geschwindigkeiten für ein gegebenes Luftfahrzeug entsprechen;

Anwenden der begrenzten Geschwindigkeitstabelle auf einen Profil-Generator zur Durchführung einer Simulation des Flugwegs durch jeden Teil des Flugplans und zur Vorherbestimmung benötigter Geschwindigkeiten und Höhen sowie zur folgerichtigen Bereitstellung entsprechender Entfernungen und Geschwindigkeiten für jedes Segment in Übereinstimmung mit dem Flugplan und weiterhin zur Bereitstellung einer geschätzten Ankunftszeit.

Berechnung einer Vielzahl von Zeitdauern, welche einer Funktion der vorbestimmten Entfernungssegmente und Geschwindigkeitssegmente entsprechen,

Anwendung der berechneten Zeitdauern auf einen Summierer zur Berechnung einer Summe der Zeitdauern,

Ausschließen konstanter Geschwindigkeitssegmente aus der Summation, um eine totale Ankunftszeit bereitzustellen,

Vergleichen der geschätzten Ankunftszeit mit einer vorbestimmten Sollzeit und Bereitstellung einer diesbezüglichen Differenz,

Anwenden der Differenz und der Summation, um ein Verhältnis zu erhalten, welches einer Geschwindigkeits-Fehler-Berichtigung entspricht,

Anwenden der Geschwindigkeits-Fehler-Berichtigung auf den Geschwindigkeits- Einsteller, um die geschätzte Ankunftszeit in Übereinstimmung mit der vorbestimmten Sollzeit zu bringen, und

Anwenden der vorbestimmten benötigten Geschwindigkeiten, um die Fluggeschwindigkeit des Luftfahrzeugs zu regeln, wobei für jeden Unter-Weg eine gegebene Ankunftszeit erreicht wird.







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