BRPI0711662A2 - método de assistência à aterrissagem para uma aeronave e dispositivo para aplicação do método de assistência à aterrissagem para uma aeronave - Google Patents
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Abstract
MéTODO DE ASSISTêNCIA à ATERRISSAGEM PARA UMA AERONAVE E DISPOSITIVO PARA APLICAçãO DO MéTODO DE ASSISTêNCIA A ATERRISSAGEM PARA UMA AERONAVE. Método e dispositivo de assistência à aterrissagem de aeronave. Segundo a invenção, a partir das regras de procedimento de aterrissagem vinculadas à pista (2) determina-se um limiar inferior e um limiar superior de energia total aceitável para a aeronave (1) e compara-se a energia total atual da mesma com os mencionados limiares.
Description
"MÉTODO DE ASSISTÊNCIA À ATERRISSAGEM PARA UMA AERONAVE E DISPOSITIVO PARA APLICAÇÃO DO MÉTODO DE ASSISTÊNCIA À ATERRISSAGEM PARA UMA AERONAVE".
Campo da invenção
A invenção refere-se a um método e a um dispositivo de assistência à aterrissagem para uma aeronave. Diz-se que, na fase de aproximação onde se deve conduzir a aterrissagem de uma aeronave sobre uma pista de aterrissagem, a pilotagem desta última é particularmente delicada. Nessa fase de aproximação, o piloto dispõe de numerosas informações, dentre as quais algumas devem lhe permitir evitar um toque de cauda ou de asa com o solo, uma aterrissagem difícil ou ainda uma saída da pista. Entre essas informações figuram principalmente a velocidade da aeronave, a inclinação da aeronave e a altura da aeronave em relação ao solo, essas três informações sendo mostradas na cabine do piloto de modo que ele possa verificá-las facilmente. Ademais, a vista do ambiente fornece ao piloto uma percepção de seu plano de aproximação.
O nível de energia total da aeronave, combinação de sua velocidade e de sua altura, é um parâmetro essencial para estimar o risco de saída da pista. Contudo, ela não pode ser sempre estimada pelo piloto. Ademais, o nível de energia pode ser alterado pelo vento.
O objeto da presente invenção é, portanto, informar o piloto sobre o estado energético de sua aeronave em todo instante da fase de aproximação.
Para esse fim, segundo a invenção, o método de assistência à aterrissagem de uma aeronave em fase de aproximação, se encontrando e uma altura h e descendo para uma pista de aterrissagem em seguida, com uma velocidade de aproximação atual V, uma trajetória de aproximação atual formando com a mencionada pista de aterrissagem um ângulo de aproximação atual γ devendo ser idealmente próximos, respectivamente, de uma velocidade de aproximação de referência constante Vr e de um ângulo de aproximação de referência constante yr associados à mencionada pista de aterrissagem, é notável pelo fato de: determinar de um lado e de outro da mencionada velocidade de aproximação de referência Vr uma gama de valores de velocidade de aproximação aptos para permitir uma parada completa da mencionada aeronave sobre a mencionada pista de aterrissagem no caso, onde o ângulo de aproximação atual γ é pelo menos aproximadamente igual ao mencionado ângulo de aproximação de referência yr, a mencionada gama de valores de velocidade de aproximação sendo delimitada por um valor limite inferior Vinf e por um valor limite superior Vsup;
pré-determinar, de um lado e do outro lado do mencionado ângulo de aproximação de referência yr, uma gama de valores de ângulo de aproximação aptos para permitir uma parada completa da mencionada aeronave sobre a mencionada pista de aterrissagem no caso onde a velocidade de aproximação atual V é pelo menos aproximadamente igual à velocidade de aproximação de referência Vr, a mencionada gama de valores de ângulo de aproximação sendo delimitada por um valor limite inferior γinf e por um valor limite superior ysup; - calcular:
um limiar inferior de energia total Einf, correspondendo à situação para a qual a velocidade de aproximação atual Veo ângulo de aproximação atual y são respectivamente iguais ao mencionado valor de limite inferior Vinf e ao mencionado valor de limite inferior Tinf,
. um limiar superior de energia Esup, correspondendo à situação para a qual a velocidade de aproximação atual Veo ângulo de aproximação atual y são respectivamente iguais ao mencionado valor de limite superior Vsup e ao mencionado valor de limite superior Tsup, e
.a energia total atual E da mencionada aeronave; e continuar à comparação da mencionada energia total atual E com os mencionados limiares, inferior Einf e superior Esup, da energia total para obter uma indicação sobre a possibilidade teórica de a mencionada aeronave parar sobre a mencionada pista de aterrissagem.
A presente invenção aproveita o fato de que a cada pista de aterrissagem é associada um conjunto de regras de procedimento, incluindo aquelas concernentes à aterrissagem recomendando (ou impondo) uma velocidade de aproximação de referência e um ângulo de aproximação de referência. Ademais, a presente invenção constata que, no transporte aéreo civil, a pilotagem de aeronaves respeita, tanto quanto possível, essas regras de procedimento de aterrissagem.
Assim, segundo a presente invenção, o mencionado limiar inferior de energia total, o qual considera a velocidade de aproximação e a inclinação de aproximação, mais fracas possíveis, representa um nível de energia mínimo para que a aeronave possa ter sucesso em uma aterrissagem correta. Ao contrário, para esta última finalidade, o mencionado limiar superior de energia total, o qual leva em consideração a velocidade de aproximação e a inclinação de aproximação, mais fortes possíveis, constitui um nível teto de energia. Acima do nível mínimo de energia total, a aeronave apresenta um déficit de energia total que o piloto deverá procurar preencher através da ação sobre os motores e/ou os governos de profundidade. Por outro lado, acima de esse nível teto de energia total, a energia total da aeronave é excedente e o piloto deverá procurar dissipá-la com ajuda dos motores, os governos de profundidade, os freios aerodinâmicos, etc...
Naturalmente, a comparação, da energia total atual E com os mencionados limiares, inferior Einf e superior Esup, permite somente determinar a possibilidade de que a aeronave pare ou não: a parada efetiva da aeronave sobre a pista (com ou sem saída da pista) depende de outros parâmetros usuais, tais como o estado da pista (chuva, geada, ...), o estado dos pneumáticos do trem de aterrissagem, etc.. A comparação entre a energia total atual E da aeronave, de uma parte, e os mencionados limiares inferior Einf e superior Esup de energia total pode ser realizada de numerosas formas diferentes. Por exemplo, pode-se formar o índice Il seguinte:
I1 = E-Einf Esup-Einf
índice que deve estar compreendido entre 0 e 1 para corresponder a um nível de energia aceitável em vista de uma aproximação e de uma aterrissagem corretas. Como variante, pode-se:
- calcular uma energia total de referência Er correspondendo ã situação para a qual a velocidade de aproximação e o ângulo de aproximação são respectivamente iguais à velocidade de aproximação de referência Vr e ao ângulo de aproximação de referência yr; e
- continuar à comparação entre a mencionada energia total atual Eea mencionada energia total de referência Er, o resultado de essa comparação sendo ele mesmo comparado a pelo menos um dos mencionados limiares inferior Einf e superior Esup.
Nesse caso:
- se E é superior a Er, pode-se comparar E-Er a Esup-Er; e
- se E é inferior a Er, pode-se comparar E-Er a Einf-Er. Os mencionados valores limites inferior Vinf e superior
Vsup de velocidade de aproximação são, de preferência, pelo menos aproximadamente iguais à mencionada velocidade de aproximação de referência Vr, respectivamente diminuída e aumentada de alguns kts. Por exemplo, o valor limite inferior Vinf pode ser igual a Vr-3kts, enquanto o valor limite superior Vsup pode ser igual a Vr+lOkts.
De forma semelhante, os mencionados valores limites, inferior -yinf e superior ysup, do ângulo de aproximação são, vantajosamente, pelo menos aproximadamente iguais ao mencionado ângulo de aproximação de referência yr, respectivamente diminuídos ou aumentados de quaisquer décimos de graus. Por exemplo, no caso usual onde o ângulo de aproximação de referência γΓ é próximo de 3o, os valores limites inferior e superior podem ser iguais a Tr-O,3°. Naturalmente, os intervalos de ângulo são escolhidos de acordo com as gamas autorizadas para a pista de aterrissagem correspondente.
O resultado da mencionada comparação, que é representativo do fato de o nível de energia total da aeronave ser correto, excedente ou deficitário, pode ser trazido ao conhecimento do piloto por todo meio conhecido, tal como alarmes ou alertas sonoras ou visuais, visualização, etc. Dessa forma, eventualmente, o piloto pode tentar, com conhecimento de causa, corrigir um nível de energia incorreto ou mesmo efetuar uma manobra de circulação ("go around") . Para esse efeito, é importante que resultado da comparação seja visualizado na proximidade do piloto, especificamente sobre uma tela de pilotagem usual freqüentemente observada por este último, tal como uma tela PFD.
Notar-se-á que a variação de energia total de uma aeronave é relativamente lenta, de modo que pode ser vantajoso fornecer ao piloto, em complementação, uma tendência mais rápida da situação de sua aeronave. Pode- se assim prever associar ao mencionado resultado da mencionada comparação da energia total uma informação de predição de parada completa da aeronave sobre a mencionada pista de aterrissagem, por exemplo, tal como aquela gerada pela aplicação do método descrito na demanda de patente francesa número 06 013 95 registrada no dia 17 de fevereiro de 2006.
Para a aplicação do método conforme a presente invenção pode-se utilizar um dispositivo compreendendo: - os meios de cálculo:
Recebendo pelo menos as informações referentes à massa atual m, à altura atual h, à velocidade de aproximação atual V e ao ângulo de aproximação atual y da aeronave, assim como o valor limite inferior da velocidade Vinf, o valor limite superior de velocidade Vsup, o valor limite inferior do ângulo de aproximação γίηί e o valor limite superior do ângulo de aproximação ysup e, eventualmente, a velocidade de aproximação de referência Vr e o ângulo de aproximação de referência yr; e
calculando pelo menos um índice cujo valor é representativo do fato de o nível da mencionada energia total atual E da aeronave ser correto, excedente ou deficitária; e
-os meios de comparação para comparar o mencionado índice a pelo menos um valor de limiar correspondendo a uma transição entre um nível de energia total correto e um nível de energia total excedente ou deficitário, os mencionados meios de comparação estando aptos para acionar pelo menos um dispositivo de alerta ou de alarme, pelo menos no caso onde o mencionado nível de energia total atual E da aeronave é excedente ou deficitário.
Descrição das figuras
As figuras do desenho anexado farão com que se compreenda bem como a invenção pode ser concretizada. Em as Figuras, as referencias idênticas identificam os elementos semelhantes.
A Figura 1 é um esquema ilustrando o método conforme a presente invenção; e
A Figura 2 é um esquema sinóptico de um dispositivo para aplicação do método segundo a invenção.
Descrição da invenção
Na situação representada esquematicamente na Figura 1, um avião 1 está em fase de aproximação em vistas de aterrissar sobre uma pista de aterrissagem 2, cujo comprimento útil L é delimitado entre um limiar próximo Sp e um limiar distante Sd. 0 avião 1 segue uma trajetória de aproximação atual 3, apresentando um ângulo de aproximação atual γ, descendente na direção da pista de aterrissagem 2 com uma velocidade de aproximação atual V. Quando o avião 1 se encontra à distância horizontal X do mencionado limiar próximo Sp, ou seja, na vertical do ponto 4 do solo 5 distante de X do limiar próximo Spi sua altura atual sobre a trajetória atual 3 é igual a h. Segundo as regras do procedimento de aterrissagem ligadas à pista de aterrissagem 2, para otimizar as chances de uma aterrissagem correta, a trajetória de aproximação atual 3 do avião 1 deve passar por um ponto de referência Po se encontrando na altura regulamentar ho acima do limiar próximo Sp e correspondendo ao início do arredondamento 6 a trajetória 3. Além disso, segundo essas regras de procedimento de aterrissagem, o avião 1 deveria idealmente se encontrar sobre uma trajetória de aproximação de referência 7, passando bem evidentemente pelo ponto de referência Po e apresentando o ângulo de aproximação de referência yr, a velocidade do mencionado avião na mencionada trajetória de aproximação 7 sendo igual a uma velocidade de aproximação de referência Vr. Em uma tal situação ideal, a aeronave 1 estaria certa, exceto por circunstancias imprevistas, de poder parar em um ponto 8 da pista 2, distante do limiar próximo Sp da pista 2 em uma distância 1 inferior ao comprimento útil L da mesma. Na vertical do mencionado ponto 4, a altura da mencionada trajetória de aproximação de referência 7 é designada por hr.
Em conformidade com a presente invenção, a fim de poder predizer se a aeronave com sua velocidade de aproximação atual V e sua inclinação atual y tem a possibilidade de parar completamente sobre a pista 2, começa-se por: - pré-determinar (de uma forma não visível na Figura 1), de um lado e do outro da velocidade de aproximação de referência Vr, uma gama de valores de velocidade de aproximação aptos para permitir uma parada completa do avião 1 sobre a pista 2 no caso onde o ângulo de aproximação atual y é pelo menos aproximadamente igual ao ângulo de aproximação de referência yr, a mencionada gama de valores de velocidade de aproximação sendo delimitada por um valor limite inferior Vinf e por um valor limite superior Vsup; e - pré-determinar, de um lado e de outro do mencionado ângulo de aproximação de referência yr, uma gama 10 de valores de ângulo de aproximação aptos para permitir uma parada completa do avião 1 sobre a pista 2 no caso onde a velocidade de aproximação atual V é pelo menos aproximadamente igual à velocidade de aproximação de referência Vr, a mencionada gama 10 sendo delimitada por um valor inferior yinf correspondendo a uma trajetória limite inferior de aproximação 11 e por um valor limite superior ysup correspondendo a uma trajetória limite superior de aproximação 12. Na vertical do mencionado ponto 4, as alturas das mencionadas trajetórias limites inferior e superior de aproximação 11 e 12 são respectivamente identificadas por hinf e hsup.
Após a pré-determinação dessas duas gamas de valores de velocidade de aproximação e de ângulo de aproximação, calcula-se:
- a energia total atual E do avião 1 sobre a trajetória de aproximação atual 3, a qual é igual a:
<formula>formula see original document page 9</formula>
H sendo conhecida a bordo do avião Iem sendo a massa do mesmo e g a força de gravidade;
-um limiar inferior de energia total Einf, correspondendo à situação para a qual a velocidade e o ângulo de aproximação do avião 1 seriam respectivamente iguais ao valor limite inferior Vinf e ao valor limite inferior γinf, o mencionado limiar inferior sendo então igual a:
<formula>formula see original document page 9</formula>
tan γinf sendo a tangente do valor limite inferior γinf do ângulo de aproximação e a distância X sendo igual a h/tanγ, tanγ sendo a tangente do ângulo de aproximação atual γ; e
- um limiar superior de energia total Esup, correspondendo à situação para a qual a velocidade e o ângulo de aproximação do avião 1 seriam respectivamente iguais ao valor limite superior Vsup e ao valor limite superior ysup, o mencionado limiar sendo então igual a:
<formula>formula see original document page 10</formula>
(3)
tan ysup sendo a tangente do valor limite superior 7sup do ângulo de aproximação.
Em seguida, compara-se a energia total atual E do avião 1 aos mencionados limiares inferior e superior de energia total Einf e Esup.
Para isso, pode-se formar um índice II, dado pela expressão:
<formula>formula see original document page 10</formula>
(4)
sendo que:
- se I1 é superior a 1, a energia total atual E do avião 1 é muito elevada e o risco de saída longitudinal da pista é real;
- se I1 é inferior a 0, a energia total atual E do avião 1 é muito fraca e este último tem o risco de não poder pousar além do limiar próximo de pista SP; e
- pelo contrário, se Il está compreendido entre 0 e 1, a energia total atual E do avião 1 corresponde a uma aproximação bem executada, permitindo a parada do avião 1 sobre a pista 2.
Visando a comparação da energia total atual E com os mencionados limiares, inferior e superior, de energia total Einf e Esup, pode-se, como variante, passar pelo intermediário de uma energia total de referência Er correspondendo à situação para a qual a velocidade de aproximação e o ângulo de aproximação do avião 1 são respectivamente iguais à velocidade de aproximação de referência Vr e ao ângulo de aproximação de referência yr. Essa energia total de referência é então igual a:
<formula>formula see original document page 11</formula>
tan yr sendo a tangente do ângulo de aproximação de referência yr.
No caso onde E é superior a Er, pode-se formar o índice:
<formula>formula see original document page 11</formula>
0 qual deve ficar inferior a 1 para corresponder a uma aproximação correta. Se Il é superior a 1, o avião 1 apresenta um excedente de energia, o interditando de parar sobre a pista 2.
No caso onde a E é inferior a Er, pode-se formar o índice:
<formula>formula see original document page 11</formula>
Qe deve ser superior a 1 para corresponder a uma aproximação correta do avião 1 sobre a pista 2. Se 13 é inferior a 1, a energia total do avião 1 não é suficiente para uma aproximação correta da pista 2.
Para efetuar os cálculos e comparações mencionadas acima, pode-se utilizar o dispositivo ilustrado na Figura 2. Esse dispositivo compreende um calculador 20 recebendo em suas entradas a altura regulamentar ho do ponto de referência Po, a massa m, a altura h, a velocidade de aproximação atual V, o ângulo de aproximação γ, o valor limite inferior de velocidade Vinf, o valor limite superior de velocidade Vsup, o valor limite inferior de ângulo de aproximação γinf e o valor limite superior de ângulo de aproximação γsup. 0 calculador 2 0 pode receber ademais em suas entradas a velocidade de aproximação de referência Vr e o ângulo de aproximação de referência yr. Com ajuda das expressões (1), (2), (3) e (4), o calculador 20 calcula respectivamente a energia total atual Ε, o limiar inferior de energia total Einf e o limiar superior de energia total Esup. Ele pode calcular ademais o índice I1. Com ajuda das expressões (5), (6) e (7) , o calculador 20 pode calcular a energia total de referência Er e os índices I2 e I3.
O calculador 20 transmite um índice I, representativo do índice I1 ou dos índices 12 e 13, a um comparador 21 (que pode fazer parte integrante do mencionado calculador 20) apto para comparar o valor do mencionado índice I a pelo menos um limiar (igual a 0 ou a 1 como resulta do anterior) e para ativar as alarmas ou alertas visuais 22 e/ou sonoras 23 e/ou apto para visualizar as mensagens de alarma ou de alerta 24 nas telas 25, no caso onde o valor do índice I revela um excedente ou uma falta de energia não permitindo ao avião 1 efetuar uma aproximação e uma aterrissagem corretas.
Na Figura 3, tem-se representado como tela 25 uma tela PFD ("Primary Flight Display") sobre a qual é mostrada a mensagem 24 energia alta ("High Energy") informando o piloto que a energia de seu avião é excessiva para uma aterrissagem correta. Naturalmente, em caso de falta de energia, a mensagem 24 poderia ser, por exemplo, energia baixa ("Low energy").
Claims (10)
1. Método de assistência à aterrissagem para uma aeronave, em fase de aproximação a uma altura atual h e descendo na direção de uma pista de aterrissagem (2) em seguida, com uma velocidade de aproximação atual V, uma trajetória de aproximação atual (3), formando com a mencionada pista de aterrissagem (2), um ângulo de aproximação atual y, a mencionada velocidade de aproximação atual Veo mencionado ângulo de aproximação γ serem, idealmente próximos, respectivamente, de uma velocidade de aproximação de referência constante Vr e de um ângulo de aproximação de referência constante yr associados à mencionada pista de aterrissagem (2), caracterizado pelo fato de: - pré-determinar, de um lado e de outro da velocidade de aproximação de referência Vr, uma gama de valores de velocidade de aproximação aptos para permitir uma parada completa do avião (1) sobre a mencionada pista (2) no caso onde o ângulo de aproximação atual y é pelo menos, aproximadamente, igual ao ângulo de aproximação de referência yr, a mencionada gama de valores de velocidade de aproximação sendo delimitada por um valor limite inferior Vinf e por um valor limite superior Vsup; e - pré-determinar, de um lado e de outro do mencionado ângulo de aproximação de referência yr, uma gama (10) de valores de ângulo de aproximação aptos para permitir uma parada completa do mencionado avião (1) sobre a mencionada pista (2) no caso onde a velocidade de aproximação atual V é pelo menos, aproximadamente, igual â velocidade de aproximação de referência Vr, a mencionada gama (10) sendo delimitada por um valor inferior Yinf e por um valor limite superior ysup; - calcular: um limiar inferior de energia total Einf, correspondendo à situação para a qual a velocidade Veo ângulo de aproximação atual y são respectivamente iguais ao mencionado valor limite inferior Vinf e ao valor limite inferior yinf; um limiar superior de energia total Esup, correspondendo à situação para a qual a velocidade Veo ângulo de aproximação γ são respectivamente iguais ao valor limite superior Vsup e ao valor limite superior ysup; e a energia total atual E da mencionada aeronave; - continuar a comparação da energia total atual E com os mencionados limiares inferior Einf, e superior Esup, de energia total para obter uma indicação sobre a possibilidade teórica para a mencionada aeronave parar sobre a mencionada pista de aterrissagem.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que para continuar à comparação, calcula-se um índice dado pela expressão: <formula>formula see original document page 14</formula>
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de: calcular uma energia total de referência Er correspondendo à situação para a qual a velocidade de aproximação e o ângulo de aproximação são, respectivamente, iguais a velocidade de aproximação de referência Vr e ao ângulo de aproximação de referência yr; e - continuar à comparação entre a mencionada energia total atual Eea mencionada energia total de referência Er, o resultado de essa comparação sendo ele mesmo comparado à pelo menos um das mencionadas energias totais de limiar inferior Einf e de limiar superior Esup.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracteri zado pelo fato de que: - se E é superior a Er, pode-se comparar E-Er a Esup-Er; e - se E é inferior a Er, pode-se comparar E-Er a Einf-Er.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de os mencionados valores limites, inferior Vinf e superior Vsup de velocidade de aproximação são, de preferência, pelo menos, aproximadamente, iguais à mencionada velocidade de aproximação de referência Vr, respectivamente diminuída e aumentada de alguns kts.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de os mencionados valores limites, inferior 7inf e superior ysup do ângulo de aproximação serem, pelo menos, aproximadamente, iguais ao mencionado ângulo de aproximação de referência yr, respectivamente, diminuído ou aumentado de qualquer décimos de grau.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de o resultado da mencionada comparação ser visualizado próximo ao piloto da aeronave.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações -1 a 7, caracterizado pelo fato de que ao mencionado resultado da mencionada comparação associa-se uma informação de predição de parada completa da aeronave sobre a mencionada pista de aterrissagem.
9. Dispositivo para aplicação do método de assistência à aterrissagem para uma aeronave, tal como especificado, em qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de compreender - meios de cálculo (20): . recebendo pelo menos as informações referentes â massa atual m, à altura atual h, à velocidade de aproximação atual V e ao ângulo de aproximação atual γ da aeronave (1), assim como o valor limite inferior de velocidade Vinf, o valor limite superior de velocidade Vsup, o valor limite inferior de ângulo de aproximação yinf e o valor limite superior de ângulo de aproximação ysup, e, eventualmente, a velocidade de aproximação de referência Vr e o ângulo de aproximação de referência yr; e calculando pelo menos um índice (I1, I2, I3) cujo valor é representativo do fato do nível da mencionada energia total atual E da aeronave (1) ser correto, excedente ou deficitário; e - os meios de comparação (21) comparando o mencionado índice (I1, I2, I3) a pelo menos um valor de limiar correspondendo a uma transição entre um nível de energia total correto e um nível de energia total excedente ou deficitário, os mencionados meios de comparação sendo aptos para acionar pelo menos um dispositivo de alerta ou de alarme (22, 23, 25), pelo menos no caso onde o mencionado nível da energia total atual E da aeronave (1) é excedente ou deficitário.
10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dispositivo de alerta ou de alarme (25) é constituído por uma tela de pilotagem usual sobre a qual pode-se inscrever uma mensagem de alerta ou de alarme (24) relativa ao mencionado nível de energia total atual sob a ação dos mencionados meios de comparação (21).
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