飛機側(cè)操縱桿優(yōu)先級和雙路輸入控制邏輯的制作方法
【專利說明】飛機側(cè)操縱桿優(yōu)先級和雙路輸入控制邏輯
[0001]相關(guān)申請交叉引用以及優(yōu)先權(quán)的主張
[0002]本申請主張?zhí)峤挥?013年6月14日的美國臨時專利申請?zhí)?1/835，090的優(yōu)先權(quán)，該申請的全部內(nèi)容以以引用的方式并入本文。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明大體上涉及飛機飛行控制系統(tǒng)，并且具體地講，涉及一種線控(fly-by-wire)型飛機飛行控制系統(tǒng)，這種飛機飛行控制系統(tǒng)具有分別用于主飛行員和副飛行員輸入的一對側(cè)操縱桿并且具有在某些飛機飛行狀態(tài)下控制兩個側(cè)操縱桿之間的輸入的優(yōu)先級的邏輯。
[0004]發(fā)明背景
[0005]線控(“FBW”)飛機飛行控制系統(tǒng)漸漸變?yōu)楝F(xiàn)代飛機的飛行控制系統(tǒng)的優(yōu)選類型。FBW型控制系統(tǒng)替代相對笨重且更易出錯的機械和液壓機械型飛行控制系統(tǒng)。
[0006]簡單來說，線控飛機飛行控制系統(tǒng)包括在主飛行員和副飛行員手動(以及通過各飛機子系統(tǒng)自動)給出的飛行控制輸入與最終控制飛行中的飛機的方向的飛行控制表面之間插值的計算機系統(tǒng)。也就是說，來自主飛行員或副飛行員的輸入未直接連接至需要被控制的飛機飛行控制表面(例如，副翼、方向舵、升降舵、擾流板、前緣縫翼、襟翼等)。相反，主飛行員和副飛行員的輸入被傳送至包含飛行控制邏輯的計算機系統(tǒng)(例如，通常包括多于一個計算機或數(shù)據(jù)處理器性設(shè)備)，例如所述飛行控制邏輯解釋主飛行員和副飛行員的輸入并且根據(jù)計算機系統(tǒng)存儲的控制定律(“CLAW”)移動飛機飛行控制表面以便例如實現(xiàn)飛機俯仰、橫滾、偏航、高度等的改變。在替代方案中，該計算機系統(tǒng)可部分或完全用模擬電子電路替代以獲得相同結(jié)果。然而，明顯趨勢是使用數(shù)字計算機，該包含數(shù)字計算機飛行控制邏輯并且介于主要的飛行員控制輸入設(shè)備(例如，側(cè)操縱桿或搖桿、方向舵腳蹬)與同它們的相應(yīng)飛機飛行控制表面相關(guān)聯(lián)的致動器之間。
[0007]與傳統(tǒng)機械或液壓機械飛行控制系統(tǒng)相比，F(xiàn)Bff控制系統(tǒng)代表飛機上的相當(dāng)大的重量減輕(并且因此顯著減少燃料成本)，因為傳統(tǒng)系統(tǒng)中的相對重且體積相對大的線纜以及相關(guān)聯(lián)的機械部件已被線材以及相對簡單的致動器替代。FBW系統(tǒng)的其他優(yōu)點包括飛行員的工作量的減少、減少維護時間和成本的減少、以及飛機安全性的增加，因為飛行控制定律以及總體飛行包線能夠針對飛行員的側(cè)操縱桿或者說是搖桿控制輸入設(shè)備更精確地調(diào)整。FBW控制系統(tǒng)甚至允許飛機在某些飛行狀態(tài)下進(jìn)行“自動駕駛”操作，因為該飛行控制計算機通常響應(yīng)于各種傳感器輸入并且根據(jù)控制定律指引飛機飛行控制表面，這些都不需要飛行員輸入或參與。
[0008]然而，F(xiàn)BW控制系統(tǒng)自身并非沒有缺點。老式的機械和液壓機械飛行控制系統(tǒng)易于隨時間而逐漸出現(xiàn)故障。這使得其相對容易提前識別出和校正任何此類故障。相比之下，基于計算機的FBW控制系統(tǒng)趨于發(fā)生“徹底”故障，因為運行飛行控制定律的計算機系統(tǒng)可能突然“崩潰”并且使飛行員無法控制飛機。因此，通常在FBW系統(tǒng)中內(nèi)置某些類型冗余。例如，可以使用冗余地連接的(例如，呈“三路”或“四路”配置)三臺或四臺計算機，并且三臺或四臺計算機甚至可為不同硬件和/軟件設(shè)計以便避免在任意時間上發(fā)生的大量計算機故障。也就是說，如果飛行控制計算機中的一個發(fā)生故障，那么另兩個或三個飛行控制計算機仍可運行并且能夠控制飛機。FBW系統(tǒng)甚至可具有機械飛行控制系統(tǒng)來作為飛行控制計算機的故障情況下的備用系統(tǒng)。
[0009]在FBW飛行控制系統(tǒng)中，對FBW飛行控制系統(tǒng)的用于主飛行員和副飛行員的主要輸入設(shè)備通常為側(cè)操縱桿或搖桿。搖桿是老式且更傳統(tǒng)的設(shè)備，并受一些飛行員的喜愛(甚至?xí)cFBW系統(tǒng)一起使用)。例如，這是因為搖桿在其中一飛行員移動搖桿同時控制飛機的俯仰和橫滾移動時使兩個飛行員都會得到觸覺反饋。也就是說，該主飛行員和副飛行員被聯(lián)系在一起，使得飛行員對搖桿所造成的移動導(dǎo)致副飛行員搖桿發(fā)生對應(yīng)自動類似物理移動，反之亦然。
[0010]相比之下，側(cè)操縱桿趨于在一定程度上優(yōu)于搖桿，因為它允許飛行員通過在任何方向上簡單且快速地移動側(cè)操縱桿來做出相對更快的控制輸入。這是因為比起搖桿，移動側(cè)操縱桿所需要的飛行員手動力相對較少。另外，側(cè)操縱桿不會在飛機的駕駛艙中占據(jù)太多空間。這是因為側(cè)操縱桿比起搖桿相對更小，并且位于每一個主飛行員和副飛行員的側(cè)部(即，主飛行員左側(cè)、副飛行員右側(cè))。側(cè)操縱桿僅僅需要一只手來抓住側(cè)操縱桿(例如，對于主飛行員而言是用左手，對于副飛行員而言是用右手)。相比之下，搖桿通常位于每一個主飛行員和副飛行員的前方，并且常常需要雙手操作。
[0011]然而，比起搖桿，當(dāng)一飛行員移動他/她的側(cè)操縱桿時，另一飛行員的側(cè)操縱桿通常不會對應(yīng)移動。也就是說，對于發(fā)布飛行控制命令，兩個側(cè)操縱桿(即，一個用于主飛行員而另一個用于副飛行員)通常是彼此獨立的。這種缺乏對另一飛行員的反饋的情況可能導(dǎo)致潛在危險“雙路輸入”狀態(tài)，在這種情況下，如果兩個飛行員使用他們自己的側(cè)操縱桿同時發(fā)布飛機飛行控制命令并且可能彼此并不知情，那么這兩個飛行員會為飛機的控制權(quán)進(jìn)行“爭斗”。通常，這種狀態(tài)通過以下方式應(yīng)對:使得FBW控制系統(tǒng)得出來自兩個飛行員的輸入的代數(shù)和，并且針對各種可控制的飛行控制參數(shù)中的每一個，設(shè)定兩個輸入的和不可能超過的最大值或極限。然而，已知的是，在一些實現(xiàn)方案中，將兩個側(cè)操縱桿耦接在一起，使得側(cè)操縱桿中的一個移動導(dǎo)致另一側(cè)操縱桿發(fā)生“反饋型的”移動。
[0012]另外，如當(dāng)前實現(xiàn)于大多數(shù)由側(cè)操縱桿控制的商用飛機中，側(cè)操縱桿不向利用他/她的側(cè)操縱桿發(fā)布飛行控制命令的飛行員提供與搖桿所提供的類型相同的觸覺(例如，視覺)反饋。這種對觸覺反饋的缺乏在一定程度上剝奪飛行員對飛機在飛行期間表現(xiàn)如何的感官。這種對觸覺反饋的缺乏對某些飛行員而言是個缺點，尤其是對職業(yè)生涯的大部分都是利用搖桿為主要飛行控制輸入設(shè)備來駕駛飛機的那些飛行員而言就是如此。在現(xiàn)代飛機上，波音公司仍然讓主飛行員和副飛行員使用單獨搖桿，甚至對于飛機上設(shè)有FBW系統(tǒng)的也是如此。相比之下，空客公司在其具有FBW系統(tǒng)的現(xiàn)代飛機上讓每一個飛行員使用側(cè)操縱桿。
[0013]在兩個飛行員使用他們自己的側(cè)操縱桿同時發(fā)布飛行控制命令的前述狀態(tài)(即，“雙路輸入”狀態(tài))下，已知的是，利用其中例如位于側(cè)操縱桿上的“優(yōu)先級”按鈕或開關(guān)在被一飛行員按下或以其他方式激活并保持這個狀態(tài)時瞬時防止或“擋住”來自其他飛行員的使用他/她的側(cè)操縱桿而產(chǎn)生的任何飛行控制命令生效的優(yōu)先級方案。優(yōu)先級按鈕或開關(guān)還可充當(dāng)自動駕駛斷開或切斷開關(guān)以關(guān)閉飛機飛行控制系統(tǒng)的自動駕駛控制。優(yōu)先級按鈕或開關(guān)由飛行員中的一個這樣激活通過防止現(xiàn)在不具有優(yōu)先級的飛行員繼續(xù)使用他/她的側(cè)操縱桿發(fā)布飛行命令而有效地阻止發(fā)生雙路輸入狀態(tài)。只要優(yōu)先級按鈕或開關(guān)按下，給予正用他/她的側(cè)操縱桿激活這個優(yōu)先級按鈕或開關(guān)的飛行員就會一直保持這種瞬時性優(yōu)先級。一旦該飛行員松開他/她的側(cè)操縱桿上的優(yōu)先級按鈕或開關(guān)，該飛行員就會失去他/她向飛機飛行控制系統(tǒng)給出命令的優(yōu)先級。接著，另一個飛行員就可通過激活他/她的側(cè)操縱桿上的優(yōu)先級按鈕來接過優(yōu)先級。
[0014]另外，已知的是，在一些實現(xiàn)方案中，如果其中一飛行員在一段時間內(nèi)(例如，30秒)按下或以其他方式激活他/他側(cè)操縱桿上的優(yōu)先級按鈕，那么該飛行員獲得“閂鎖的”優(yōu)先級，在此優(yōu)先級下，該飛行員隨后可釋放按鈕并仍維持優(yōu)先級。然而，必須保持按下該優(yōu)先級按鈕30秒可能是項棘手任務(wù)，尤其是在該飛行員同時正在執(zhí)行其他功能的情況下。
[0015]另外，在這種情況下，在該駕駛艙中向兩個飛行員給出一些類型顯像和/或語音反饋，以使他們了解當(dāng)前哪一個飛行員具有使用他/她的側(cè)操縱桿的側(cè)操縱桿優(yōu)先級控制。例如，關(guān)于當(dāng)前優(yōu)先級狀態(tài)的顯像反饋可以在駕駛艙本身的主要面板上(例如，在主飛行顯示器上)和/或在位于每一個主飛行員和副飛行員的前方的遮光板上的顯示器上給出。語音反饋可為在駕駛艙中說出的錄制話音，這種錄制話音向兩個飛行員告知當(dāng)前誰具有優(yōu)先級。
[0016]另外，由于側(cè)操縱桿上安裝的始作器優(yōu)先級按鈕(inceptor pr1rity button)通常還用來使飛機中的自動駕駛功能斷開(例如，在傳統(tǒng)上，在飛機最后進(jìn)近機場跑道時)，相同控制設(shè)備上的側(cè)操縱桿優(yōu)先級和自動駕駛斷開的這種組合可產(chǎn)生非預(yù)期的結(jié)果；例如，取消側(cè)操縱桿優(yōu)先級狀態(tài)并允許故障的始作器(即優(yōu)先級按鈕)在飛機飛行關(guān)鍵階段中將錯誤命令提供至FBW控制系統(tǒng)。
[0017]需要的是用于主飛行員和副飛行員兩者以向飛機飛行控制系統(tǒng)提供輸入命令的飛機側(cè)操縱桿，所述飛行控制系統(tǒng)具有針對任一個飛行員實行“閂鎖的”(與“臨時性”或“瞬時性”相反)側(cè)操縱桿優(yōu)先級狀態(tài)的改進(jìn)方法，從而允許更快且更容易從潛在有害“雙路輸入”飛行控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換至更安全的飛行控制狀態(tài)，在更安全的飛行控制狀態(tài)下，僅一個飛行員具有用于將命令輸入至飛機飛行控制系統(tǒng)的側(cè)操縱桿優(yōu)先級。
[0018]發(fā)明概述
[0019]根據(jù)本發(fā)明的實施方案，一種用于飛機的飛行控制系統(tǒng)包括:處理器，所述處理器處理來自所述飛機的包含控制所述飛機的操作的多個控制定律的多個輸入，并且提供控制位于所述飛機上的多個設(shè)備的多個輸出。所述飛行控制系統(tǒng)還包括:一對第一輸入設(shè)備，所述第一輸入設(shè)備的第一個由所述飛機的主飛行員控制，所述第一輸入設(shè)備的第二個由所述飛機的副飛行員控制，所述第一輸入設(shè)備中的每一個可操作來輸入第一控制信號至所述處理器，以促使所述飛機進(jìn)入第一控制狀態(tài)。所述飛行控制系統(tǒng)還包括:與所述一對第一輸入設(shè)備分開定位的一對第二輸入設(shè)備，所述第二輸入設(shè)備中的第一個由所述飛機的主飛行員控制，所述第二輸入設(shè)備中的第二個由所述飛機的副飛行員控制，所述第二輸入設(shè)備中的每一個可操作來輸入第二控制信號至所述處理器以促使所述飛機進(jìn)入第二控制狀態(tài)。
[0020]在本發(fā)明的有利實施方案中，所述一對第一輸入設(shè)備中的每一個包括側(cè)操縱桿控制器。
[0021]在本發(fā)明的有利實施方案中，每一個側(cè)操縱桿控制器包括瞬時性優(yōu)先級開關(guān)，所述瞬時性優(yōu)先級開關(guān)在由所述主飛行員或所述副飛行員激活時，可操作來輸入所述第一控制信號至所述處理器。
[0022]在本發(fā)明的有利實施方案中，所述第一控制信號包括瞬時性優(yōu)先級控制信號，所述瞬時性優(yōu)先級控制信號指示所述主飛行員或所述副飛行員中的哪一個具有對所述飛機的當(dāng)前瞬時控制。
[0023]在本發(fā)明的有利實施方案中，當(dāng)所述主飛行員或所述副飛行員具有對所述飛機的當(dāng)前瞬時控制時，所述主飛行員或所述副飛行員中的另一個就可通過激活對應(yīng)側(cè)操縱桿控制器上的所述瞬時性優(yōu)先級開關(guān)接管對所述飛機的當(dāng)前瞬時控制。
[0024]在本發(fā)明的有利實施方案中，顯像和/或語音感知提示提供用以向所述主飛行員和所述副飛行員通告所述主飛行員或所述副飛行員中的哪一個具有對所述飛機的當(dāng)前瞬時控制。
[0025]在本發(fā)明的有利實施方案中，所述一對第二輸入設(shè)備中的每一個包括按鈕式信號器(push button annunciator)。
[0026]在本發(fā)明的有利實施方案中，每一個按鈕式信號器包括永久性優(yōu)先級開關(guān)，所述永久性優(yōu)先級開關(guān)在由所述主飛行員或所述副飛行員激活時，可操作來輸入所述第二控制信號至所述處理器。
[0027]在本發(fā)明的有利實施方案中，所述第二控制信號包括永久性優(yōu)先級控制信號，所述永久性優(yōu)先級控制信號指示所述主飛行員或所述副飛行員中的哪一個具有對所述飛機的當(dāng)前永久控制。
[0028]在本發(fā)明的有利實施方案中，當(dāng)所述主飛行員或所述副飛行員具有對所述飛機的當(dāng)前永久控制時，所述主飛行員或所述副飛行員中的另一個就可通過激活對應(yīng)按鈕式信號器接管對所述飛機的當(dāng)前永久控制。
[0029]在本發(fā)明的有利實施方案中，所述按鈕式信號器中的每一個位于所述飛機的駕駛艙內(nèi)的遮光板上。
[0030]在本發(fā)明的有利實施方案中，所述遮光板包括用以向所述主飛行員和所述副飛行員通告所述主飛行員或所述副飛行員中的哪一個具有對所述飛機的當(dāng)前永久控制的顯像提示。
[0031]在本發(fā)明的有利實施方案中，顯像和/或語音感知提示提供用以向所述主飛行員和所述副飛行員通告所述主飛行員或所述副飛行員中的哪一個具有對所述飛機的當(dāng)前永久控制。
[0032]在本發(fā)明的有利實施方案中，所述一對第一輸入設(shè)備中的每一個包括側(cè)操縱桿控制器，每一個側(cè)操縱桿控制器能夠由對應(yīng)主飛行員和副飛行員移動以便向所述處理器發(fā)布多個控制命令。
[0033]在本發(fā)明的有利實施方案中，所述多個控制命令包括飛機俯仰命令以及飛機橫滾命令。
[0034]在本發(fā)明的有利實施方案中，當(dāng)所述主飛行員和所述副飛行員同時向所述處理器發(fā)布所述多個命令時，發(fā)生雙路輸入狀態(tài)。
[0035]在本發(fā)明的有利實施方案中，當(dāng)發(fā)生所述雙路輸入狀態(tài)時，向所述主飛行員和所述副飛行員提供有關(guān)所述雙路輸入狀態(tài)的顯像感知提示和聽覺感知提示兩者。
[0036]在本發(fā)明的有利實施方案中，所述飛行控制系統(tǒng)包括線控型的飛機控制系統(tǒng)。
[0037]在本發(fā)明的有利實施方案中，所述一對第一輸入設(shè)備包括至少一個搖桿。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，揭示一種用于控制在主飛行員和副飛行員之間各自使用分別與所述主飛行員和所述副飛行員相關(guān)聯(lián)的兩個輸入設(shè)備對飛機飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行輸入的優(yōu)先級的方法。所述方法包括以下步驟:首先檢查所述主飛行員和所述副飛行員兩者是否已經(jīng)同時使用與所述主飛行員或所述副飛行員相關(guān)聯(lián)的所述兩個輸入設(shè)備中的所述第一個向所述飛行控制系統(tǒng)發(fā)布輸入命令。所述方法還包括了以下步驟:如果所述主飛行員和所述副飛行員兩者已經(jīng)同時向所述飛行控制系統(tǒng)發(fā)布輸入命令，那么檢查所述主飛行員或所述副飛行員是否已經(jīng)請求使用與所述主飛行員或所述副飛行員相關(guān)聯(lián)的所述兩個輸入設(shè)備中的所述第一個向所述飛行控制系統(tǒng)來進(jìn)行輸入的瞬時性優(yōu)先級。所述方法還包括了以下步驟:如果所述主飛行員和所述副飛行員都未請求向所述飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行輸入的瞬時性優(yōu)先級，那么檢查所述主飛行員或所述副飛行員是否已經(jīng)請求使用與所述主飛行員或所述副飛行員相關(guān)聯(lián)的所述兩個輸入