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Dokumentenidentifikation DE69607102T2 13.07.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0771439
Titel VERFAHREN UND ANORDNUNG ZUM ERMITTELN VON FLUGZEUGFLUGKONFIGURATIONEN
Anmelder Eurocopter, Marignane, FR
Erfinder GENOUX, Charles, Gerard, F-13710 Fuveau, FR
Vertreter Patentanwälte Eisele, Dr. Otten, Dr. Roth & Dr. Dobler, 88212 Ravensburg
DE-Aktenzeichen 69607102
Vertragsstaaten DE, GB, IT
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 10.05.1996
EP-Aktenzeichen 969161843
WO-Anmeldetag 10.05.1996
PCT-Aktenzeichen FR9600705
WO-Veröffentlichungsnummer 9636910
WO-Veröffentlichungsdatum 21.11.1996
EP-Offenlegungsdatum 07.05.1997
EP date of grant 15.03.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.07.2000
IPC-Hauptklasse G05D 1/00

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Flugkonfigurationen eines Luftfahrzeugs bzw. Flugzeugs, insbesondere eines Hubschraubers, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter Flugkonfiguration eines Flugzeugs eine Flugphase, z. B. das Abheben, die Landung oder der Horizontalflug, verstanden, die bestimmte Flugcharakteristiken aufweist, die von anderen Flugphasen unterschieden werden kann und während welcher das Flugzeug verhältnismäßig konstanter Arten von Belastungen unterworfen ist.

Die Kenntnis der Flugkonfigurationen des Flugzeugs, z. B. der aktuellen Flugkonfiguration, ist oft notwendig:

- entweder zum Zweck der Überwachung des Flugzeugs in Echtzeit;

- oder zum Zwecke der Instandhaltung, z. B. um zu bestimmen, ob ein bestimmtes Element erhöhten Belastungen unterworfen war, die seinen Austausch erfordern.

Es sind verschiedene Verfahren zum Ermitteln der Flugkonfigurationen eines Flugzeugs bekannt.

An erster Stelle sind Verfahren bekannt, die neuronale Netze benutzen, die die Flugkonfigurationen ausgehend von im Flug ausgeführten Messungen und gespeicherten vorbestimmten Koeffizienten ermitteln. Die Phase der Ermittlung und Speicherung dieser Koeffizienten dauert lang und ist mühselig. Darüber hinaus können diese Verfahren, wenn sie einmal aufgestellt sind, sehr schwer modifiziert werden, zum Beispiel um an neue Kenntnisse oder technische Modifikationen des Flugzeugs angepaßt zu werden.

An zweiter Stelle ist ein Verfahren bekannt, das auf künstlicher Intelligenz basiert und im wesentlichen empirische Daten verwendet. Dieses Verfahren erfordert ebenfalls eine lange Durchführung und gestattet nicht, alle möglichen Flugkonfigurationen zu erkennen.

Es kann auch ein Verfahren erwähnt werden, das auf der Analyse von Daten, insbesondere von spezifischen Flugparametern, besteht, ein Verfahren, das jedoch keine völlig zufriedenstellende Genauigkeit bietet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen Nachteilen abzuhelfen. Sie betrifft ein Verfahren, das gestattet, die Flugkonfigurationen eines Flugzeugs, insbesondere eines Hubschraubers, schnell und genau zu ermitteln.

Zu diesem Zweck zeichnet sich das Verfahren gemäß der Erfindung dadurch aus:

- daß in einem vorbereitenden Schritt:

. die verschiedenen für möglich gehaltenen Flugkonfigurationen für das Flugzeug definiert werden;

. eine Vielzahl von Flugphasen ermittelt werden, die charakteristisch für diese Flugkonfigurationen sind;

. eine Vielzahl von charakteristischen Parametern ermittelt werden, die am Flugzeug gemessen werden können;

. die Werte der Parameter am Flugzeug für jede der Flugphasen gemessen werden; und

. für jede der Flugkonfigurationen in einem bestimmten metrischen System ausgehend von den gemessenen Werten der Parameter für die charakteristischen Flugphasen ein Unschärfeindex berechnet wird, der charakteristisch für die Lage der Flugkonfiguration in dem metrischen System ist; und

- daß für eine zu definierende Flugphase des Flugzeugs:

. während dieser Flugphase die Werte der charakteristischen Parameter gemessen werden;

. ausgehend von diesen gemessenen Werten unter den definierten Flugkonfigurationen in dem metrischen System die n Flugkonfigurationen ermittelt werden, die der Flugphase am nächsten liegen, wobei n eine vorher definierte ganze Zahl ist;

. eine Zugehörigkeitsfunktion der Flugphase jeweils in Bezug auf jede der n am nächsten liegenden Flugkonfigurationen bestimmt wird; und

. ausgehend von den so ermittelten Zugehörigkeitsfunktionen und den Unschärfeindices dieser n am nächsten liegenden Flugkonfigurationen die Flugkonfiguration hergeleitet wird, von welcher die Flugphase gegebenenfalls einen Teil bildet.

So können dank der Erfindung die Flugkonfigurationen eines Flugzeugs quasi kontinuierlich und genau ermittelt werden, indem das Wesentliche der Verarbeitungen mit einer begrenzten Anzahl n von vordefinierten Flugkonfigurationen vorgenommen wird.

Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren, wie nachfolgend zu sehen ist, bei seiner Durchführung verbessert werden, indem insbesondere die Integration von im vorbereitenden Schritt nicht definierten, neuen Flugkonfigurationen gestattet wird.

Vorteilhafterweise werden zur Berechnung des Unschärfeindex einer Flugkonfiguration:

- in dem metrischen System ausgehend von den gemessenen Werten der Parameter die Positionen der Flugphasen ermittelt, die charakteristisch für die Flugkonfiguration sind;

- ausgehend von den so ermittelten Positionen der Schwerpunkt dieser Positionen in dem metrischen System berechnet, der dem Schwerpunkt der Flugkonfiguration entspricht;

- für jede der charakteristischen Flugphasen in dem metrischen System der Abstand zwischen dem Schwerpunkt und der Position der Flugphase ermittelt;

- für jede der Flugphasen ausgehend von dem so bestimmten entsprechenden Abstand die Zugehörigkeitsfunktion zur Flugkonfiguration ermittelt; und

- ausgehend von den so ermittelten Zugehörigkeitsfunktionen der Unschärfeindex berechnet.

Außerdem ist für eine bestimmte Flugphase mit dem Abstand D(Xj, Ci) vom Schwerpunkt der entsprechenden Flugkonfiguration die Zugehörigkeitsfunktion u(Xj) in vorteilhafter Weise durch die Beziehung:

u(Xj) - exp(-D(Xj,Ci))

definiert, während der Unschärfewert ν(Ci) einer Flugkonfiguration vorteilhafterweise durch die Beziehung:

definiert wird, in welcher:

- M ein vorher definierter Koeffizient ist,

- L die Anzahl der Flugphasen ist, die für die Flugkonfiguration als charakteristisch betrachtet werden,

- u(Xj) die Zugehörigkeitsfunktion einer Flugphase zur Flugkonfiguration darstellt, und

- S(x) die entropische Shannon-Funktion ist, die durch:

S(x) = -x.Log(x) - (1-x).Log(1-x)

definiert ist.

Um die n Flugkonfigurationen, die einer Flugphase am nächsten liegen, zu ermitteln, werden außerdem vorteilhafterweise:

- für alle definierten Flugkonfigurationen in dem metrischen System der Abstand zwischen der Flugphase und dem Schwerpunkt der betrachteten Flugkonfiguration berechnet;

- die so berechneten Abstände untereinander verglichen; und

- die n Flugkonfigurationen ausgewählt, die die geringsten Abstände aufweisen.

Bei einer ersten vorteilhaften Ausführungsform entspricht der vorher definierte Abstand zwischen einer Flugphase und einer Flugkonfiguration dem statistischen Mahalanobis-Abstand im entsprechenden metrischen System, während bei einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform der Abstand ausgehend von der Beziehung:

berechnet wird, in welcher:

- Xj die Position der Flugphase in dem metrischen System ist,

- R die Position des Schwerpunktes der Flugkonfiguration in dem metrischen System ist;

- t ein vorher definierter Koeffizient ist, und

- σ die Diagonalmatrix der Varianzen der Flugkonfiguration darstellt.

Außerdem wird bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zur Herleitung der Flugkonfiguration ausgehend von den Zugehörigkeitsfunktionen und den Unschärfeindices:

- unter den n am nächsten liegenden Flugkonfigurationen nach denjenigen gesucht, für welche die Zugehörigkeitsfunktion der Flugphase größer oder gleich dem Produkt K.ν(Ci) ist, worin K einen Koeffizienten kleiner oder gleich 1, vorzugsweise gleich 0,85, darstellt und ν(Ci) der berechnete Unschärfeindex ist; und

- hergeleitet, daß:

. wenn eine einzige Flugkonfiguration die vorhergehende Bedingung erfüllt, die Flugphase einen Teil dieser Flugkonfiguration bildet;

. wenn mehrere Flugkonfigurationen die vorhergehende Bedingung erfüllen, die Flugphase einen Teil der Flugkonfiguration bildet, für welche die Zugehörigkeitsfunktion die höchste ist; und

. wenn keine Flugkonfiguration die vorhergehende Bedingung erfüllt, die Flugphase keinen Teil irgendeiner der definierten Flugphasen bildet.

Dies betrifft insbesondere die Übergangskonfigurationen (progressive Änderungen der Flugbedingungen) und diese Ausgewählte, die der Beeinträchtigung der Konfiguration entspricht, deren Zugehörigkeitsfunktion die höchste ist.

Außerdem wird vorteilhafterweise eine Flugphase, die keinen Teil irgendeiner definierten Flugkonfiguration bildet, als neue Flugkonfiguration betrachtet, die bei späteren Durchführungen des Verfahrens verwendet wird, was gestattet, das Verfahren zu verbessern, indem anfangs nicht in Betracht gezogene Flugkonfigurationen in dieses integriert werden.

Vorzugsweise werden als verschiedene Flugkonfigurationen wenigstens einige der folgenden Flugphasen des Flugzeugs verwendet: das Abheben, der Steigflug, der Horizontalflug, der Kurvenflug, der Sinkflug, der Anflug und die Landung.

Darüber hinaus werden vorzugsweise als zu messende charakteristische Parameter wenigstens einige der folgenden Parameter des Flugzeugs verwendet: der Lastfaktor, die Geschwindigkeit, die Temperatur, die Höhe, das Slippen beim Gieren, die Längstrimmung, die Quertrimmung, die Gierwinkelgeschwindigkeit, die Flugsteuerungen, die Masse und die Giersteuerung.

Zu dieser Liste von charakteristischen Parametern können vorteilhafterweise im Falle eines Hubschraubers wenigsten einige der folgenden Parameter hinzugefügt werden: die Drehzahl des Hauptrotors, die Korrektur des Steuerhebels, die Leistung des Hauptrotors und die Leistung des Heckrotors des Hubschraubers.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben genannten Verfahrens.

Erfindungsgemäß zeichnet sich die Vorrichtung dadurch aus, daß sie aufweist:

- einen ersten Rechner, der den Unschärfeindex jeder der definierten Flugkonfigurationen berechnen kann;

- einen zweiten Rechner, der die Zugehörigkeitsfunktionen einer zu definierenden Flugphase zu n am nächsten liegenden Flugkonfigurationen berechnen kann; und

- einen Zentralrechner, der mit dem ersten und zweiten Rechner verbunden ist und die Flugkonfiguration ermitteln kann, von welcher die zu definierende Flugphase einen Teil bildet.

Die Figuren der beigefügten Zeichnung machen gut verständlich, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. In diesen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente.

Fig. 1 ist das Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 stellt ausgehend von einer Graphik die Beziehungen zwischen verschiedenen Werten dar, die bei der Durchführung der Erfindung errechnet werden.

Die Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung und schematisch in Fig. 1 dargestellt ist dafür ausgelegt, die Flugkonfigurationen eines Flugzeugs, insbesondere eines Hubschraubers, zu ermitteln.

Eine Flugkonfiguration eines Flugzeugs entspricht einer Flugphase, die gleichmäßige Flugcharakteristiken aufweist und während der das Flugzeug im Allgemeinen verhältnismäßig konstanter Arten von Belastungen unterworfen ist. Es kann sich beispielsweise um das Abheben oder den Steigflug des Flugzeugs handeln. Es wird nachfolgend bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung eine bevorzugte Auswahl von Flugkonfigurationen genauer angegeben.

Die Kenntnis der Flugkonfigurationen des Flugzeugs, z. B. der aktuellen Flugkonfiguration, ist im Allgemeinen erforderlich:

- in Echtzeit für den Piloten und für an Bord befindliche Einrichtungen, insbesondere aus Gründen der Überwachung des Flugzeugs; und/oder

- bei der Rückkehr zum Boden für Einrichtungen oder Bedienpersonen am Boden, insbesondere aus Gründen der Inspektion und Wartung des Flugzeugs.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, das gestattet, die Flugkonfigurationen des Flugzeugs schnell und genau zu ermitteln. Das Verfahren weist zu diesem Zweck zwei Schritte auf, nämlich einen ersten Schritt (oder vorbereitenden Schritt), der gestattet, verschiedene getrennte und spezifische Flugkonfigurationen zu definieren und ihnen charakteristische Erkennungselemente zuzuordnen, und einen zweiten Schritt, der gestattet, eine zu charakterisierende Flugphase einer der so definierten Flugkonfigurationen zuzuordnen.

Erfindungsgemäß weist der erste Schritt des Verfahrens die folgenden Operationen auf:

- es werden die verschiedenen als möglich angenommenen Flugkonfigurationen für das Flugzeug definiert;

- es werden eine Vielzahl von Flugphasen ermittelt, die charakteristisch für die Flugkonfigurationen sind;

- es wird eine Vielzahl von charakteristischen Parametern ermittelt, die am Flugzeug gemessen werden können;

- es werden am Flugzeug für jede der Flugphasen die Werte dieser Parameter gemessen; und

- es wird für jede der Flugkonfigurationen in einem bestimmten metrischen System ausgehend von den gemessenen Werten der Parameter für die charakteristischen Flugphasen ein Unschärfeindex berechnet, der charakteristisch für die Lage der Flugkonfiguration in dem bestimmten metrischen System, wie unten genauer angegeben, ist.

Vorzugsweise werden erfindungsgemäß als verschiedene Flugkonfigurationen wenigstens einige der folgenden Flugphasen des Flugzeugs verwendet: das Abheben, der Steigflug, der Horizontalflug, der Kurvenflug, der Sinkflug, der Anflug und die Landung. Die ausgewählten Konfigurationen sind diejenigen, die für die Dimensionierung von Teilen verwendet werden und durch das Standardflugspektrum oder Bezugsspektrum festgesetzt werden.

Für jede dieser Flugkonfigurationen werden also charakteristische Flugphasen ermittelt. So können als Beispiel für das Abheben wenigstens einige der folgenden verschiedenen Flugphasen ausgewählt werden:

- Abheben im normalen Modus: standardmäßig, nach rechts, nach links, mit Seitenwind und/oder axialem Wind;

- Abheben entsprechend einer maximalen Neigung: von neuem unter verschiedenen möglichen Wind- und Abflugsrichtungsbedingungen; und

- Abheben entsprechend einer minimalen Neigung.

Es werden dann mit dem Flugzeug die ausgewählten Flugphasen ausgeführt und am Flugzeug während der Ausführung dieser Flugphasen die Werte einer Vielzahl von vorherbestimmten Parametern gemessen, von denen vorzugsweise wenigstens einige davon, die folgenden Parameter sind: der Lastfaktor, die Geschwindigkeit, die Temperatur, die Höhe, das Slippen beim Gieren, die Längstrimmung, die Quertrimmung, die Gierwinkelgeschwindigkeit, die Flugsteuerungen, die Masse und die Giersteuerung.

Im Falle eines Hubschraubers können zusätzlich zu den vorherigen Parametern wenigstens einige der folgenden Parameter verwendet werden: die Drehzahl des Hauptrotors, die Korrektur des Steuerhebels, die Leistung des Hauptrotors und die Leistung des Heckrotors.

Erfindungsgemäß werden zur Bestimmung des Unschärfeindex ν(Cl) einer Flugkonfiguration Ci, i = 1 bis p, wobei p die Anzahl der definierten verschiedenen Flugkonfigurationen ist, in dem metrischen System; das durch m sich unterscheidende Achsen definiert ist, die folgenden Operationen ausgeführt:

- es wird der Schwerpunkt R dieser Flugkonfiguration in dem metrischen System ausgehend von der Beziehung:

berechnet, wobei L die Anzahl der zu dieser Flugkonfiguration gehörigen, charakteristischen Flugphasen ist, während welcher die Messungen der Parameter ausgeführt wurden, und Xj die Position in dem metrischen System einer der L Flugphasen ist, eine Position, die ausgehend von den Messungen der Parameter ermittelt wird;

- es wird für jede der betrachteten Flugphasen der Abstand D(Xj,Ci) zwischen ihrer Position Xj und dem Schwerpunkt R ausgehend von der Beziehung:

D(Xj,Ci) = (Xj-R)t.a.(Xj-R)

berechnet, in welcher:

. t ein vorher definierter Koeffizient ist, und

. σ die Diagonalmatrix der Varianzen der Flugkonfiguration Ci darstellt;

- es wird für jede der L betrachteten Flugphasen eine Zugehörigkeitsfunktion u(Xj) der Flugphase zur Flugkonfiguration Cl ausgehend von der Beziehung:

u(Xj) = exp (-D(Xj,Ci))

berechnet;

- es wird ausgehend von den Zugehörigkeitsfunktionen der L betrachteten Flugphasen der Unschärfeindex ν(Ci) berechnet, der durch die Beziehung:

definiert ist, in welcher:

. M ein vorher definierter Koeffizient ist und

. S(x) eine Funktion ist, die unter dem Namen Shannon- Funktion bekannt und durch:

S(x) = -x.Log(x) - (1-x).Log(1-x)

definiert ist.

Wie in Fig. 2, die die Beziehungen zwischen einigen der vorherigen Terme darstellt, zu sehen ist:

- liegt die Zugehörigkeitsfunktion u(Xj) einer Flugphase zu einer Flugkonfiguration zwischen 0 und 1. Für u(Xj) = 0 ist es sicher, daß die Flugphase keinen Teil dieser Flugkonfiguration bildet, während es für u(Xj) = 1 sicher ist, daß sie einen Teil davon bildet;

- ist der Unschärfeindex v gleich Null, wenn u(Xj) gleich 0 oder 1 ist, weil dann keine Unsicherheit besteht, was die Zugehörigkeit betrifft, und ist er maximal (νmax), wenn u(Xj) = 1/2 und die Unsicherheit die höchste ist;

- ist der Abstand (D(Xj,Ci) zwischen einer Flugphase und einer Flugkonfiguration:

. Null, wenn die Flugphase einen Teil dieser Flugkonfiguration bildet (u(Xj) = 1); und

. maximal, wenn die Flugphase keinen Teil dieser Flugkonfiguration bildet (u(Xj) = 0).

Dieser erste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie er vorher beschrieben wurde, wird von einem Rechner 2 der Vorrichtung 1 durchgeführt, der über eine Verbindung 3 die Messungen der charakteristischen Parameter empfängt, die während der Flugphase ausgeführt werden. Die Verbindung 3 ist zu diesem Zweck:

- entweder gleichzeitig mit verschiedenen nicht dargestellten Meßeinrichtungen, die diese Messungen ausführen, - oder mit einem nicht dargestellten zentralisierten System verbunden, das die Messungen zuordnet.

Es wird nun der zweite Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, der gestattet zu ermitteln, zu welcher der vorher definierten Flugkonfigurationen eine zu definierende Flugphase gehört.

Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäß:

- während der zu definierenden Flugphase die Werte der charakteristischen Parameter gemessen;

- ausgehend von diesen gemessenen Parametern in dem metrischen System unter den vorher definierten Flugkonfigurationen die n der Flugphase am nächsten liegenden Flugkonfigurationen ermittelt, wobei n eine vorher definierte ganze Zahl ist, die vorzugsweise gleich der Zahl der Freiheitsgrade des metrischen Systems, d. h. der Anzahl von sich unterscheidenden Achsen des metrischen Systems, ist, nämlich im vorliegenden Beispiel m;

- für diese n Flugkonfigurationen die entsprechende Zugehörigkeitsfunktion der Flugphase wie vorher definiert ermittelt; und

- ausgehend von den ermittelten Zugehörigkeitsfunktionen und ausgehend von den Unschärfeindices der n Flugkonfigurationen gegebenenfalls die Flugkonfiguration bestimmt, von welcher die Flugphase einen Teil bildet. Um die n am nächsten liegenden Flugkonfigurationen zu ermitteln:

- wird in dem metrischen System für jede der definierten Flugkonfigurationen der Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Flugkonfiguration und der Position der Flugphase, die ausgehend von den Messungen der charakteristischen Parameter ermittelt wurde, berechnet. Die Berechnung des Abstandes wird ausgeführt, indem entweder der statistische Mahalanobis-Abstand oder der vorher definierte D(Xj,Ci) verwendet wird;

- werden die so berechneten Abstände untereinander verglichen; und

- werden die n Flugkonfigurationen ausgewählt, die die geringsten Abstände aufweisen.

Die vorhergehenden Operationen werden von einem Rechner 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ausgeführt, der die Messungen der charakteristischen Parameter über eine Verbindung 5 empfängt und der die Ergebnisse über eine Verbindung 7 zu einem Zentralrecher 8 überträgt, wobei der Zentralrecher 8 außerdem über eine Verbindung 6 die Ergebnisse der vorher beschriebenen Verarbeitungen des Rechners 2 empfängt.

Der Zentralrecher 8 sucht dann unter den n am nächsten liegenden Flugkonfigurationen nach denjenigen, für welche die vom Rechner 4 empfangene Zugehörigkeitsfunktion größer oder gleich dem Produkt K.ν(Ci) ist, worin K ein Koeffizient kleiner oder gleich 1 und ν(Ci) der vom Rechner 2 berechnete und übertragene Unschärfeindex ist, und er leitet daraus her, daß:

- wenn eine einzige Flugkonfiguration die vorhergehende Bedingung erfüllt, die Flugphase einen Teil dieser Flugkonfiguration bildet;

- wenn mehrere Flugkonfigurationen die vorhergehende Bedingung erfüllen, die Flugphase einen Teil der Flugkonfiguration bildet, für welche die Zugehörigkeitsfunktion die höchste ist; und

- wenn keine Konfiguration die vorhergehende Bedingung erfüllt, die Flugphase keinen Teil irgendeiner der im ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens definierten Flugkonfigurationen bildet.

In diesem letzteren Fall wird gefolgert, daß:

- entweder ein Fehler bei der Durchführung der Erfindung, beispielsweise ein Meßfehler, aufgetreten ist,

- oder die Flugphase einen Teil einer neuen Flugkonfiguration bildet, die von den vorher definierten Flugkonfigurationen verschieden ist.

Es wird bemerkt, daß im Rahmen der Erfindung der Koeffizient vorzugsweise gleich 0,85 gewählt wird.

Die Vorrichtung 1 kann die erhaltenen Ergebnisse über eine Verbindung 9 an nicht dargestellte Benutzereinrichtungen übertragen, beispielsweise eine Anzeigeeinrichtung oder einen Speicher.

Die vorher beschriebene Erfindung weist zahlreiche Vorteile auf. Sie ist insbesondere genau und ihre Durchführung ist sehr schnell.

Darüber hinaus gestattet die Vorrichtung 1, das erfindungsgemäße Verfahren, wie unten genauer angegeben, in doppelter Weise zu verfeinern und über eine Verbindung 10, die erlaubt, Daten vom Zentralrechner 8 zum Rechner 2 zu übertragen, zu bereichern.

So kann einerseits, wenn eine Flugphase in der vorher beschriebenen Weise in eine bestimmte Flugkonfiguration eingestuft wird, der Zentralrechner 8 die Charakteristiken der Flugphase zum Rechner 2 übertragen, der dann diese Flugphase der Flugkonfiguration zuordnet. Diese Zuordnung setzt voraus, daß der Rechner 2 den neuen Schwerpunkt und den neuen Unschärfeindex dieser Flugkonfiguration ermittelt, was gestattet, diese Werte zu verfeinern, die danach bei späteren Durchführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden.

Diese Operation der Berücksichtigung einer Flugphase kann entweder unbestimmt oder bis die Anzahl von zu einer Flugkonfiguration gehörigen Flugphasen gleich einem bestimmten Wert ist, ausgeführt werden.

In dem Falle, in dem der Zentralrechner 8 folgert, daß eine bestimmte Flugphase keinen Teil irgendeiner definierten Flugkonfiguration bildet, überträgt er andererseits bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Charakteristiken dieser Flugphase zum Rechner 2, der sie als neue Flugkonfiguration betrachtet. Dies gestattet, das erfindungsgemäße Verfahren durch Flugkonfigurationen zu bereichern, die im ersten Schritt des Verfahrens nicht definiert wurden. So kann die Erfindung bei ihrer Durchführung nach und nach verbessert werden.

Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung 1 auf verschiedene Weisen verwendet werden.

So ist bei einer ersten Ausführungsform die Vorrichtung 1 vollständig an Bord des Flugzeugs untergebracht, was gestattet, die vorher beschriebenen Ergebnisse in Echtzeit zu erhalten, die dann zum Piloten oder zu Einrichtungen, z. B. Überwachungseinrichtungen, des Flugzeugs übertragen werden.

Bei einer zweiten Ausführungsform, die ebenfalls gestattet, die Ergebnisse in Echtzeit zu erhalten, wird nur der Rechner 4 und der Zentralrechner 8 der Vorrichtung 1 an Bord untergebracht, während der Rechner 2 seine Operationen am Boden ausführt, deren Ergebnisse in einem nicht dargestellten Speicher aufgezeichnet werden, der sich ebenfalls an Bord befindet und der mit dem Zentralrechner 8 verbunden ist, der ihn durchsuchen kann.

Schließlich bleibt bei einer dritten Ausführungsform die Vorrichtung 1 am Boden, während ein nicht dargestellter Speicher an Bord des Flugzeugs untergebracht wird, der mit verschiedenen Meßeinrichtungen für die charakteristischen Parameter verbunden ist, und der die ausgeführten Messungen aufzeichnet. Die aufgezeichneten Ergebnisse werden am Ende der Mission des Flugzeugs zur Vorrichtung 1 übertragen, die dann die Verarbeitungen am Boden durchführt. Die Aufzeichnung kann beispielsweise auf einem festen Träger, insbesondere einer Diskette, ausgeführt werden, der von der Vorrichtung 1 genutzt werden kann.

Diese verschiedenen Ausführungsformen gestatten, die zahlreichen Vorteile der vorliegenden Erfindung hervorzuheben.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Ermitteln der Flugkonfigurationen eines Flugzeugs, dadurch gekennzeichnet:

- daß in einem vorbereitenden Schritt:

. die verschiedenen für möglich gehaltenen Flugkonfigurationen für das Flugzeug definiert werden;

. eine Vielzahl von Flugphasen ermittelt werden, die charakteristisch für diese Flugkonfigurationen sind;

. eine Vielzahl von charakteristischen Parametern ermittelt werden, die am Flugzeug gemessen werden können;

. die Werte der Parameter am Flugzeug für jede der Flugphasen gemessen werden; und

. für jede der Flugkonfigurationen in einem bestimmten metrischen System ausgehend von den gemessenen Werten der Parameter für die charakteristischen Flugphasen ein Unschärfeindex berechnet wird, der charakteristisch für die Lage der Flugkonfiguration in dem metrischen System ist; und

- daß für eine zu definierende Flugphase des Flugzeugs:

. während dieser Flugphase die Werte der charakteristischen Parameter gemessen werden;

. ausgehend von diesen gemessenen Werten unter den definierten Flugkonfigurationen in dem metrischen System die n Flugkonfigurationen ermittelt werden, die der Flugphase am nächsten liegen, wobei n eine vorher definierte ganze Zahl ist;

. eine Zugehörigkeitsfunktion der Flugphase jeweils in Bezug auf jede der n am nächsten liegenden Flugkonfigurationen bestimmt wird; und

. ausgehend von den so ermittelten Zugehörigkeitsfunktionen und den Unschärfeindices dieser n am nächsten liegenden Flugkonfigurationen die Flugkonfiguration hergeleitet wird, von welcher die Flugphase gegebenenfalls einen Teil bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung des Unschärfeindex einer Flugkonfiguration:

- in dem metrischen System ausgehend von den gemessenen Werten der Parameter die Positionen der Flugphasen ermittelt werden, die charakteristisch für die Flugkonfiguration sind;

- ausgehend von den so ermittelten Positionen der Schwerpunkt dieser Positionen in dem metrischen System berechnet wird, der dem Schwerpunkt der Flugkonfiguration entspricht;

- für jede der charakteristischen Flugphasen in dem metrischen System der Abstand zwischen dem Schwerpunkt und der Position der Flugphase ermittelt wird;

- für jede der Flugphasen ausgehend von dem so bestimmten entsprechenden Abstand die Zugehörigkeitsfunktion zur Flugkonfiguration ermittelt wird; und

- ausgehend von den so ermittelten Zugehörigkeitsfunktionen der Unschärfeindex berechnet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine bestimmte Flugphase mit dem Abstand D(Xj,Ci) vom Schwerpunkt der entsprechenden Flugkonfiguration die Zugehörigkeitsfunktion u(Xj) durch die Beziehung definiert ist:

u(Xj) = exp(-D(Xj,Ci))

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Unschärfewert ν(Ci) einer Flugkonfiguration durch die Beziehung:

definiert wird, in welcher:

- M ein vorher definierter Koeffizient ist,

- L die Anzahl der Flugphasen ist, die für die Flugkonfiguration als charakteristisch betrachtet werden,

- u(Xj) die Zugehörigkeitsfunktion einer Flugphase zur Flugkonfiguration darstellt, und

- S(x) die entropische Shannon-Funktion ist, die durch:

S(x) = -x.Log(x) - (1-x).Log(1-x)

definiert ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ermitteln der n Flugkonfigurationen, die einer Flugphase am nächsten liegen:

- für alle definierten Flugkonfigurationen in dem metrischen System der Abstand zwischen der Flugphase und dem Schwerpunkt der betrachteten Flugkonfiguration berechnet wird;

- die so berechneten Abstände untereinander verglichen werden; und

- die n Flugkonfigurationen ausgewählt werden, die die geringsten Abstände aufweisen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen einer Flugphase und einer Flugkonfiguration ausgehend vom statistischen Mahalanobis-Abstand im entsprechenden metrischen System berechnet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen einer Flugphase und einer Flugkonfiguration ausgehend von der Beziehung:

berechnet wird, in welcher:

- Xj die Position der Flugphase in dem metrischen System ist,

- R die Position des Schwerpunktes der Flugkonfiguration in dem metrischen System ist;

- t ein vorher definierter Koeffizient ist, und

- σ die Diagonalmatrix der Varianzen der Flugkonfiguration darstellt.

a. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herleitung der Flugkonfiguration ausgehend von den Zugehörigkeitsfunktionen und den Unschärfeindices:

- unter den n am nächsten liegenden Flugkonfigurationen nach denjenigen gesucht wird, für welche die Zugehörigkeitsfunktion der Flugphase größer oder gleich dem Produkt K.ν(Ci) ist, worin K einen Koeffizienten kleiner oder gleich 1 darstellt und ν(Ci) der berechnete Unschärfeindex ist; und

- hergeleitet wird, daß:

. wenn eine einzige Flugkonfiguration die vorhergehende Bedingung erfüllt, die Flugphase einen Teil dieser Flugkonfiguration bildet;

. wenn mehrere Flugkonfigurationen die vorhergehende Bedingung erfüllen, die Flugphase einen Teil der Flugkonfiguration bildet, für welche die Zugehörigkeitsfunktion die höchste ist; und

. wenn keine Flugkonfiguration die vorhergehende Bedingung erfüllt, die Flugphase keinen Teil irgendeiner der definierten Flugphasen bildet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Koeffizient K = 0,85 ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flugphase, die keinen Teil irgendeiner definierten Flugkonfiguration bildet, als neue Flugkonfiguration betrachtet wird, die bei späteren Durchführungen des Verfahrens verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als verschiedene Flugkonfigurationen wenigstens einige der folgenden Flugphasen des Flugzeugs verwendet werden: das Abheben, der Steigflug, der Horizontalflug, der Kurvenflug, der Sinkflug, der Anflug und die Landung.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als zu messende charakteristische Parameter wenigstens einige der folgenden Parameter des Flugzeugs verwendet werden: der Lastfaktor, die Geschwindigkeit, die Temperatur, die Höhe, das Slippen beim Gieren, die Längstrimmung, die Quertrimmung, die Gierwinkelgeschwindigkeit, die Flugsteuerungen, die Masse und die Giersteuerung.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Flugzeug ein Hubschrauber ist, dadurch gekennzeichnet, daß als zu messende charakteristische Parameter wenigstens einige der folgenden Parameter des Hubschraubers verwendet werden: die Drehzahl des Hauptrotors, die Korrektur des Steuerhebels, die Leistung des Hauptrotors und die Leistung des Heckrotors.

14. Vorrichtung zur Durchführung des in einem der vorhergehenden Ansprüche angegebenen Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist:

- einen ersten Rechner (2), der den Unschärfeindex jeder der definierten Flugkonfigurationen berechnen kann;

- einen zweiten Rechner (4), der die Zugehörigkeitsfunktionen einer zu definierenden Flugphase zu n am nächsten liegenden Flugkonfigurationen berechnen kann; und

- einen Zentralrechner (8), der mit dem ersten und zweiten Rechner (2, 4) verbunden ist und die Flugkonfiguration ermitteln kann, von welcher die zu definierende Flugphase einen Teil bildet.







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