[发明专利]大角度进场性能改善及优化

说明书

本发明涉及一种大角度进场性能改善及优化，特别是一种自动控制系统和方法，能够以相对低速度实现相对大角度下降(使用增阻设备，如飞行扰流板)，同时从飞行员的角度保持良好的飞行器操控性能。该系统和方法优化用于执行大角度进场的增阻设备的定位以改善性能。

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年12月21日提交的美国临时专利申请61／745，068的优先权，其全部内容通过引用方式并入本文。

技术领域

本文的技术涉及飞行器的控制系统，特别地涉及飞行器飞行控制和飞行器控制规则以及相关的自动系统和方法。更特别地，本文的示例非限制性技术提供了一种飞行控制系统，其可以相对低速度实现相对大的角度下降(使用如飞行扰流板的增阻设备)，同时从飞行员的角度保持良好的飞机操控性能。

背景技术

如果你曾经随着大型飞行器靠近降落跑道而朝窗外望去，你会看到操作中被称为“扰流板”的东西。扰流板为可向上延伸到气流中以进行“扰流”的机翼顶面上的板。参见图1-1。扰流板在机翼围绕其的部分上方产生严格控制的失速，极大地减少了该翼形剖面的升力。随着机翼升力的降低，飞行器将呈现直到降落的着陆阶段的轨迹角特征。

取决于着陆条件和其他因素，可能必要或可取的是提供一种大角度(steeper)进场角或轨迹。图1A将飞行器10的示例非限制性常规的和大角度进场做了对比。通常常规的进场使用大约-3.3度的轨迹角。在图1A的示例中，大角度进场的轨迹角要大得多一例如，以-5.5度的数量级(数学上，0°＞θappr＞θsteep appr.)。

航空工程中众所周知的是，如飞行扰流板的增阻(drag)设备通过增加轨迹角(考虑到轨迹角的绝对值)能增加最大下降率。然而，以这种方式使用扰流板有时存在由于不期望的副作用或风险的缺点。

特别地，对于给定的迎角，可能的是，随着如扰流板的增阻设备减少了由飞行器所产生的升力，它们还可以显著地减少对于失速的余量。因此，存在关于需要用于安全飞行操作的速度余量的问题。很可能的是将需要提升速度以如之前一样重新获得相同的失速余量，从而在进场和着陆时危害到飞机的性能。在大角度进场和着陆，包括拉平操纵期间这可能导致飞行质量的劣化。也可能导致在大角度进场和着陆中受到高着陆下沉速率和尾部冲击。

考虑了具有两个可能的下滑道的大角度进场操作：正常的大角度进场和“滥用的”大角度进场(即，比正常的大角度进场更大角度)。众所周知，飞行器具有在恒定的空速状态飞行中可能的最大下降能力。通常来说，最大下降能力取决于飞行器的重量和升力，飞行器在给定飞行条件下所产生的阻力和发动机的推力。

一些操作需要在更大角度的下降路径中进行稳定飞行的能力。取决于上述条件，给定的飞机可能缺乏这种能力，特别是在低空速条件下(如，常用于进场和着陆的那些空速值)。在这些情况下，最常用的解决方案是引入在飞行器上利用飞行扰流板和／或其他增阻设备如空气制动器、俯冲制动器以及其他等产生甚至更多阻力的装置、机构和方法，以允许更大角度的下降轨迹。

由于在升力和阻力之间存在折衷，因此过去已经做了一些尝试以自动控制扰流板或其他增阻控制表面，以减少一些上述影响。在一些之前的方法中，扰流板被偏置到预定位置并且控制反馈电路用于在预定偏置位置周围命令扰流板。该预定偏置位置允许飞行器在包括不同重量配置的预定飞行包线(flight envelope)内实施大角度进场降落。该偏置位置通常被测量以覆盖在大角度进场的飞行包线内的飞行器重量范围。此外，扰流板偏置位置通常需要增加进场空速以保持或维持在失速之上的足够的余量。

较重的飞行器配置比较轻的配置需要更少的阻力来实施大角度进场和着陆。如果偏置位置对于二者是相同的话，则在大重量的配置中增加空速会导致长的着陆距离，通常对最大着陆重量形成限制。此外，该偏置位置通常旨在提供增加下滑道进场(在大角度进场目标之外)的能力，允许在着陆进场中的校正。这意味着也可能结束于着陆重量限制的较高偏置的扰流板位置。

发明内容