[发明专利]直升机机载风切变报警系统及方法

说明书

本发明公开了一种直升机机载风切变报警系统及方法，该系统包括预警式风切变模块以及反应式风切变报警模块，所述预警式风切变模块根据总可用功率、当前飞行状态的需用功率、直升机当前垂向飞行速度及风场下降气流风速最大值，得出预警式威胁因子值，判断是否达到报警临界值，若达到报警临界值，则提供警报；所述反应式风切变报警模块根据总可用功率、当前飞行状态的需用功率、直升机当前垂向飞行速度，得出反应式威胁因子值，判断是否达到报警临界值，若达到报警临界值，则提供警报。本发明结合直升机的特点，设计了一种专用于直升机以及类似飞行特点飞行器的机载风切变报警系统及方法，可为飞行器遭遇风切变提供警报，增强飞行安全。

技术领域

本发明涉及直升机的风场机载报警，具体涉及预警式与反应式两种情形下的风切变机载报警方法。

背景技术

风切变通常指带在一定时间或空间范围内急剧变化的气流，在众风切变形式中，最危险的是水平漩涡一般在600m高空下的微下击暴流，其中心气流下冲时又转为向外辐射的水平风，因此，其具有风速变化多样性、风切变强度变化剧烈性的特点。

直升机的低空低速低能量的飞行特点，且其广泛用于海上救援、森林救火等低空任务，遭遇风切变几率增大，且因为风切变强度大、突发性强等特点，风切变对直升机的威胁不容忽视。目前应用于飞机已有较权威的风切变报警方法，但直升机由于其飞行条件、飞行机理与飞机并不完全相同，且缺乏相应的报警方法。

因此，有必要根据直升机在风切变中可能遭遇的威胁进行分析，并建立相应的报警方法。

飞机的风切变报警方法：一般说来，预警式风切变(Predictive Windshear)报警系统基于机载雷达通过测量机体前方气流，并通过计算得出威胁值，若达到报警门限，则发出警报，指导驾驶员规避风场，属于主动监测。

反应式风切变(Reactive Windshear)通过飞机其他系统信号的来源，检测飞机能量级别，判断风切变的存在，属于被动检测。在风切变环境中，飞机的姿态、计算空速、地速、高度、航迹角等参数会有明显的变化且这些变化由大气数据与惯性基准组件(ADIRU)提供给飞行增稳计算机(Flight Augmentation Computer)，此外也可通过由其他传感器测得的风速梯度、垂向风速度等信号计算，然后FAC通过计算判断出风切变的存在，当飞机能量低于最低安全能量阀值时，触发警告，指引飞机逃离。该系统可提供准确的F因子读数，但需要飞行器在风场中飞行1km后，即飞机已完全浸入风场中后才可提供警告，飞机典型降落飞行速度约75m/s，则需要约15s时间延迟。

飞机飞行速度较快，主要通过机翼产生升力，机体相对来流速度对飞机升力大小至关重要，若升力过小，高度降低，需要发动机增大发动机推力，提高飞行速度，但由于发动机提供推力延迟较大，若遭遇风切变时，易由于风场从逆风到顺风的变化过于急剧导致机体操作、反应不及时，并甚至酿成坠机事故。

但相反的，直升机飞行速度较慢，一般为0-250km/h，与风场水平风速范围近似，且机动性较强，发动机响应延迟较短；此外，直升机的水平方向与垂向操纵相互独立，垂向通道与其他操纵通道的耦合较小，这也是其区别于飞机的主要特点之一。

发明内容

为填补目前直升机风切变报警方法的空白，本发明的目的是提供一种直升机机载风切变报警方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种直升机机载风切变报警系统，包括预警式风切变模块以及反应式风切变报警模块，其中：

所述预警式风切变模块通过气象雷达系统预测并主动告知直升机前方有风切变，指引直升机规避；预警式风切变模块根据总可用功率、当前飞行状态的需用功率、直升机当前垂向飞行速度及风场下降气流风速最大值，得出预警式威胁因子值，判断是否达到报警临界值，若达到报警临界值，则提供警报；