一种机载飞行管理系统以及利用该系统显示等时点的方法
技术领域
本发明涉及飞行器飞行控制系统及方法，具体地，涉及一种用于飞行器的机载飞行管理系统(FMS)以及利用该系统显示等时点的方法。
背景技术
等时点是沿飞行航路上的一个虚拟航路点，在考虑到飞行距离和风的情况下，从该点到达2个指定参考点的时间相同，参考点通常为可用的备场机场。等时点在长航程飞行，特别是越洋航线中频繁使用。等时点的计算可以由航空公司地面运营中心计算，或者通过FMS进行机载实时计算。等时点信息的显示可以给机组提供重要的参数信息，尤其是在飞行过程中遇到紧急情况(如乘客病急和关键系统故障)飞机需要及时备降的情况下，等时点的信息可以辅助机组做出决策。此外，等时点功能也是航空器的延程运营(ETOPS)的重要组成部分。在执行ETOPS航段飞行中，为提升安全性，显示基于可用备降机场的时间和油耗信息能够在紧急情况(单发失效、客舱释压、关键系统失效等)下为机组改航决策提供关键信息。
目前主流民用飞机的等时点信息主要是通过航空公司在航前针对航线上可用的备降机场结合预测的气象信息提前完成计算，将其作为飞行计划的一部分发给机组。机组人员需要手动输入等时点位置信息，以此调出含有由等时点到参考点的飞行时间以及距离信息的监控界面。然而，调出的监控界面将覆盖飞行导航图形界面，这将不利于机组人员及时确认后续的飞行方式。在紧急情况下，飞行员可能由于需要来回不停切换界面才能确认后续可行飞行航线，这将导致飞机将错过最优的飞行航线，并最终发生意外。
因此，如何避免飞行员来回切换界面以获取所需的等时点、参考点等信息成为待解决的问题，
发明内容
针对根据现有技术的导航系统的上述现状，本发明的目的之一在于提供一种适用于飞行器的机载飞行管理系统，其能够将等时点信息融合于既有的导航数据，便于机组人员及时制定飞行路线，避免在紧急情况下出现事故。
该目的通过本发明以下形式的飞行管理系统来实现。其中，飞行管理系统包括存储单元、中央处理单元、显示单元。其中，所述存储单元包括导航数据库和飞行器性能数据库。所述导航数据库包括用于供飞行员选定以生成飞行计划的机场、导航台和航路点参数。所述飞行计划包括所述飞行器的预定飞行路线、等时点位置信息以及相对于所述等时点位置的多个参考点位置信息。
所述中央处理单元被构造成能够基于导航数据库和飞行器性能数据库的存储数据，结合通过机载导航传感器提供的飞行器当前位置信息和由等时点到参考点之间的区域的气象信息实时输出所述飞行器从等时点到各个参考点的航段距离、所需飞行时间和第一燃油消耗量。
所述显示单元被构造成能够以图形的方式显示等时点与参考点之间的航段距离、所需飞行时间和第一燃油消耗量。
根据上述系统，中央处理单元实时采集了飞机当前位置信息，因此其能够获取飞机从当前位置到等时点燃油消耗情况，进而获取飞行器在该阶段的实时总重量。此后，根据等时点到各个参考点的区域的气象信息、导航数据库和飞行器性能数据库的存储数据，如飞行器的气动特性参数、发动机参数等，中央处理单元能够得到第一燃油量。最后，等时点、参考点，以及飞行器从等时点到各个参考点的所需第一燃油量被集成地显示在导航地图上。在出现紧急状况下，机组人员可以无需调用等时点信息，并且，机组人员能够在导航地图上根据到不同的参考点的燃油信息选择较佳航线。
根据本发明的一种优选实施方式，所述显示单元显示的所述图形包括所述预定飞行路线、在所述预定飞行路线上叠加显示的表征等时点以及相对于所述等时点的2个参考点的第一图标，其中，所述等时点和各个所述参考点之间还具有用于表征第一燃油消耗量的连线。飞行员根据连线长度可直观判定等时点到参考点直飞航段距离。优选地，所述连线按照所述第一所述燃油消耗量的大小被赋予不同的颜色。在此，飞行器的飞行计划中的航行路线，以及等时点到各个参考点的备用航行路线均是以线条的形式显示，并且，等时点到各个参考点的线条还被以不同的构造，如不同的形状、颜色进行标注，利于机组人员直观地判断不同的第一燃油消耗量。
优选地，表征最小第一燃油消耗量的所述连线被设定为绿色线条。
根据本发明的一种优选实施方式，所述图形还包括能够表征所述第一燃油消耗量大小的第二图标，其中，所述第二图标被设定成能够通过使第二图标中代表所述第一燃油消耗量的部分的体积的变化直观地显示所述第一燃油消耗量及剩余燃油量。
根据本发明的一种优选实施方式，所述第二图标被构造成能够同时表征所述第一燃油消耗量和飞行器飞行至所述参考点后的剩余燃油量。
根据本发明的一种优选实施方式，所述第二图标为方框形图标，并且所述方框形图标的宽度被构造成用于表示从所述等时点到所述参考点的所需时间。
根据本发明的一种优选实施方式，所述图形包括两个彼此平行的所述方框形图标。
根据本发明的一种优选实施方式，所述图形还包括位于两个所述方框形图标的下方且表征所述飞行器从当前位置飞行至所述等时点的耗费时间的时间线段，所述时间线段位于两个所述方形图标的中间位置。此外，本发明还涉及通过上述任一项机载飞行管理系统显示飞行器的等时点信息的方法。其中所述方法包括以下步骤：
中央处理单元读取生成的飞行计划；中央处理单元获取飞机的当前位置信息并基于所述飞行计划向显示单元输出有关飞行器的剩余航段的信息；
基于所述剩余航段，中央处理单元从导航数据库中获取多个参考点的信息；
基于所述参考点，中央处理单元从所述飞行计划中确定等时点以及由等时点到所述参考点的所需飞行时间；
中央处理单元基于所述所需飞行时间、所述导航数据库和所述飞行器性能数据库的存储数据实时计算并向显示单元输出第一燃油消耗量；
在显示单元上以图形的方式显示等时点与参考点之间的航段距离、所需飞行时间和第一燃油消耗量。
根据本发明的一种优选实施方式，中央处理单元实时计算并向显示单元输出所述第一燃油消耗量的步骤包括：
基于飞行计划中的速度规划和所述飞行器性能数据库的存储数据，计算飞行器由当前位置到所述等时点的第二燃油消耗量以及飞行器由当前位置飞行到所述等时点时的重量；
基于获取的气象信息和所述飞行计划中的空域信息和地形信息，生成并输出飞行器由所述等时点飞行到各个参考点的高度剖面；
基于所述高度剖面、所述飞行器的重量和检测的大气温度，生成并输出飞行器由所述等时点飞行到各个参考点的速度剖面；以及
基于所述速度剖面、高度剖面和大气温度，生成并输出飞行器由所述等时点飞行到各个参考点的第一燃油消耗量。
根据本发明的一种优选实施方式，所述飞行器性能数据库中的存储数据包括速度包线、高度包线和多个飞行模式下的各个飞行速度，基于所述速度包线、高度包线和所述飞行器的当前飞行模式下的飞行速度计算所述第一燃油消费量、第二燃油消耗量。
根据本发明的一种优选实施方式，所述方法还包括实时更新所述速度剖面和所述高度剖面信息。
根据本发明的一种优选实施方式，所述参考点的信息包括所述参考点的经度信息、纬度信息和场高信息。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选实施方式，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
通过阅读下列的附图和详细描述本领域技术人员可理解本发明的其他系统、方法、特征和优点。目的是所有这种额外的系统、方法、特征和优点包括在本说明书中和本发明内容中，且包括在本发明的范围内，并被所附权利要求保护。
附图说明
为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。
图1是本发明的机载飞行管理系统的架构图；
图2是利用所述记载飞行管理系统计算等时点相关参数的流程图；
图3是根据图2的方法显示等时点的一种界面示意图；
图4是根据图2的方法显示等时点的另一种界面示意图。
具体实施方式
接下来将参照附图详细描述本发明的发明构思。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。
参见图1，其示出了一种适用于诸如飞机、飞艇等的飞行器的机载飞行管理系统包括存储单元、中央处理单元、显示单元。在以下说明中，仅以飞机为例说明飞行器。飞机中的存储单元包括导航数据库和飞机性能数据库。导航数据库包括用于供飞行员选定以生成飞行计划的机场、导航台和航路点等参数。飞行计划包括飞机的预定飞行路线、等时点位置信息以及相对于等时点位置的多个参考点位置信息。等时点位置除了可以由航空公司地面运营中心计算，也可以通过机载飞行管理系统进行机载实时计算获取。等时点的获取方式为常规方式，例如，可通过文献US 8,467,916B2公开的方法获取。
中央处理单元被构造成能够基于导航数据库和飞机性能数据库的存储数据，结合通过机载导航传感器提供的飞机当前位置信息和由等时点到参考点之间的区域的气象信息实时输出飞机从等时点到各个参考点的航段距离、所需飞行时间和第一燃油消耗量。随后，上述航段距离、所需飞行时间和第一燃油消耗量被传输到显示单元，并由其进行综合显示。
具体地，参见图2，在步骤1中，机组人员根据航班信息等选取导航数据库中的的机场、导航台、航路点等参数后，由系统生成飞行计划，随后飞机按照飞行计划的预定航线开始飞行。
在飞行过程中，飞机的机载导航传感器实时采集飞机当前位置信息以及速度信息。基于飞机的当前位置信息，中行处理单元在步骤2中可以确定飞机在飞行计划中的剩余航段。
基于剩余航段，例如延程运营时的剩余航段，中央处理单元在步骤3从导航数据库中获取参考点信息。通常情况下，该参考点为备降机场。参考点信息一般包括经度信息、纬度信息和场高信息。参考点一般被选定为在飞机预定飞行路线上，距离飞机当前位置最近的备降机场。优选地，该参考点是在飞机预定飞行航线的下游飞行航线附近的参考点。
根据剩余航段信息、飞行计划表中的预定飞行路线以及参考点信息，中央处理单元在步骤4中得以确认飞机的优选等时点。此外，中央处理单元还可以飞机性能数据库的气动特性参数、发动机参数等。机载导航传感器预定飞行计划中的速度规划、预定飞行路线计算得到飞机由当前位置飞行至等时点的所需时间。其中，气动特性参数、发动机参数等可包括速度包线、高度包线和多个飞行模式下的各个飞行速度等。
最后，飞机在步骤5中继续根据飞机性能数据库的气动特性参数、发动机参数等数据计算等时点到各个参考点(备降机场)的燃油消耗量(第一燃油消耗量)。例如，第一燃油消耗量可通过图2的步骤5-1至步骤5-2的步骤完成。
在步骤5-1，中央处理单元基于飞行计划中的速度规划并结合飞机机载性能数据库预测飞机由当前位置到等时点的耗油量，进而可预测到等时点的飞机重量。
在步骤5-2，中央处理单元基于等时点到参考点之间的区域的空域、气象和地形等限制信息规划由等时点分别飞往两个参考点的高度剖面。
在步骤5-3，中央处理单元根据飞机的巡航高度、飞机重量以及大气温度计算由等时点分别飞往两个参考点的飞行速度剖面。
在步骤5-4，中央处理单元根据上述飞行速度剖面、高度剖面以及温度计算飞机由等时点到参考点的第一燃油消耗量。
为了便于机组人员直观地看到等时点、对应于等时点的两个参考点等相关信息，本发明提出了如图3、4显示方式。其中，图3、4可以在显示在显示屏的不同区域内。
在图3所呈现的显示界面中，飞机的当前位置以三角图标5展示，飞行计划的预定飞行路线1被以实线展示。在飞行路线1上可选地标注所经过的部分地理位置的名称，以此直观地示出飞机当前的所在区域。以图3界面的中心位置为圆心，该界面还示出了两个同心圆作为刻度显示，其中，内部同心圆表示距离圆心较小刻度(如160KM)的区域、外部同心圆表示距离圆心较大刻度(如320KM)的区域，以此便于机组人员直观判断剩余航段。
在图3的飞行计划线路图中，还叠加的显示了等时点22、参考点3、3'以及连接等时点2和各个参考点3、3'的连线4。等时点2、参考点3、3'被以不同的图标示出，例如，在图3中，等时点2以实心圆圈示出，参考点3、3'被以空心圆圈示出。此外，等时点2、参考点3、3'图标附件还可以显示表征其信息的文字，例如备降机场名称等。连接等时点2和不同参考点3、3'的连线4被以不同的图标表示。在图3的示例中，两个连线分别以不同的颜色的虚线展示以此表征等时点2到各参考点3、3'的不同飞行距离以及所需的不同第一燃油量。优选地，表征最小第一燃油消耗量的连线4被设定为绿色线条，便于机组人员识别。
根据图3的导航信息图，机组人员无需在导航信息图和等时点信息图中来回切换，避免由此导致的延误选定最佳备用飞行路径4的时间。根据图3，机组人员能够直观地了解飞机由等时点2到参考点3、3'的航段距离、飞行时间、油耗信息等，方便在时间相同的情况下通过结合其他指标辅助决策给出机组决策建议。
此外，为了更清楚地展示相关信息，本发明还设计了如图4所示的展示方法。如图4所示，该显示界面具有两个平行并排的方框形图标的部分，方形框图标被标注相应的参考点3、3'名称。在方框形图标内其具有通过阴影填充的部分6以及未填充阴影的部分7。其中，被填充阴影的部分6被用于表征飞机飞到参考点3、3'后的剩余油量；未被填充阴影的部分7被用于表征飞机由等时点2飞行至参考点3、3'的所需燃油消耗量(第一燃油消耗量)。优选地，填充阴影的上沿附近还可添加表示剩余燃油量的数字图标8。通过该方式，图4能够通过使方框框内阴影部分6以及相应的空白部分7的体积的变化直观且更为详细的第一燃油消耗量信息。
进一步地，图4的两个方框形图标彼此贴合并被设定成具有相同的宽度9。机组人员通过阴影部分6的高度来判断对应于飞行至不同参考点3、3'的燃油消耗量，进而选定最优飞行路线1。
方框形图标的宽度进一步被构造成用于表示从等时点2到参考点3、3'的所需时间。例如，图4方框形图标的宽度方向的线条9被用作表征上述所需时间。由此，机组人员还可以方便地从图4获取等时点2到参考点3、3'的所需飞行时间。
如图4所示，优选地，方框形图标的下方具有表征飞机从当前位置飞行至等时点2的耗费时间的时间线段10，其中，时间线段位10于两个方形图标的中间位置。
根据上述系统，中央处理单元实时采集了飞机当前位置信息，因此其能够获取飞机从当前位置到等时点2燃油消耗情况，进而获取飞机在该阶段的实时总重量。此后，根据等时点2到各个参考点3、3'的区域的气象信息、导航数据库和飞机性能数据库的存储数据，如飞机的气动特性参数、发动机参数等，中央处理单元能够得到第一燃油量。最后，等时点2、参考点3、3'，以及飞机从等时点2到各个参考点3、3'的所需第一燃油量被集成地显示在导航地图上。机组人员可以无需人为操作去调用等时点信息，解决了飞机出现紧急情况下，机组人员无法。
本发明的保护范围仅由权利要求限定。得益于本发明的教导，本领域技术人员容易认识到可将本发明所公开结构的替代结构作为可行的替代实施方式，并且可将本发明所公开的实施方式进行组合以产生新的实施方式，它们同样落入所附权利要求书的范围内。
