[发明专利]飞行器尾涡预测器和观测仪

说明书

技术领域

本发明涉及检测和预测飞行器漩涡，更具体地涉及飞行器尾涡(wake vortex)预测器和观测仪。

背景技术

空中交通持续增加，并且飞机场的容量限制正导致日益增加的飞行延迟。 容量限制部分地来自飞行器产生的尾流(wake turbulence)，这限制了飞行器在 起飞和着陆时可以间隔得多近。这些限制适用于单跑道操作和平行跑道操作 两者。典型地，例如，依赖于在后的飞行器比在前的飞行器小多少，飞行器 起飞和着陆可能间隔高达三分钟，以便允许湍流(turbulence)移出跑道和飞行 路径或者允许湍流消散。

尾流以从飞行器翼尖拖尾的漩涡的形式产生。由每个飞行器生成的一对 漩涡是机翼产生的升力(lifting)和从位于机翼底部的高压区到位于机翼顶部的 低压区围绕翼尖旋转的空气的结果。漩涡的强度依赖于飞行器速度和配置， 并且依赖于机翼产生的即时升力。尽管存在降低梢涡(tip vortex)的强度的各种 方法，但是不能消除梢涡。漩涡可能严重地冲击飞入所述漩涡的另一飞行器， 并且来自以起飞或着陆速度飞行的运输机的漩涡可能使小飞行器倒转，并造 成失控。

在低海拔处，除了在罕见的大气条件下，不能直接观测到翼尖涡(wing tip vortex)。在研究实验中，已经用沿飞行路径放置的复杂并且昂贵的激光多普 勒设备测量了尾流。激光可瞄准到飞行路径上，并且检测漩涡特有的接近 (approaching)和后退(receding)空气运动。然而，这样的设备不能在所有 的气象条件下操作，对于日常机场操作而言可能太昂贵，并且在最坏条件的 假设下确立飞行器起飞和着陆间隔。这不仅可适用于单跑道，而且适用于显 著小于一英里间隔的双进场路径到多个平行跑道。如果确定地知道漩涡的位 置和运动从而可以以飞行路径的微小变化来避免漩涡，则这些最小间隔经常 比对于彻底的安全性足够的间隔更大。

发明内容

根据本发明的实施例，一种预测尾涡的位置、强度和运动的方法可以包 括：收集与预测尾涡的位置、强度和运动相关的一个或多个地面测量。该方 法还可包括收集与预测尾涡的位置、强度和运动相关的一个或多个机载测量。 该方法还可包括集成地面和/或机载测量，以使用一尾涡预测模型来预测尾涡 的位置、强度和运动，其中基于可包括地面和机载测量的一组输入或参数从 多个尾涡预测模型中选择所述尾涡预测模型。

根据本发明的另一实施例，一种调整空中交通管理系统计划的方法可包 括：集合尾涡信息，确定交通工具解除冲突信息，并且确定空中交通管理操 作状态信息。该方法还可包括：集成尾涡信息、交通工具解除冲突信息和空 中交通管理操作状态信息以调整空中交通管理系统计划，从而反映由于依赖 于尾涡的飞行器间隔需求导致的任何变化。

根据本发明的另一实施例，一种用于预测尾涡的位置、强度和运动的系 统可包括用于收集与预测尾涡的位置、强度和运动相关的数据的多个地面传 感器。该系统还可包括与通信网络相结合的信息管理系统，用于接收与预测 尾涡的位置、强度和运动相关的机载测量数据，并且接收来自多个地面传感 器的数据。该系统还可包括尾涡预测模型，用于至少根据来自产生尾涡的飞 行器的状态信息至少预测尾涡的位置和强度。

根据本发明的另一实施例，一种调整空中交通管理系统计划的系统可包 括用于集合尾涡检测和预测信息的尾涡检测和预测装置。该系统还可包括产 生交通工具解除冲突信息的交通工具解除冲突装置。该系统还可包括操作判 定处理，用于将尾涡检测和预测信息、交通工具解除冲突信息和空中交通管 理操作状态信息相耦合以实时调整空中交通管理系统计划，以便反映由于依 赖于尾涡的飞行器间隔需求导致的任何变化。

根据本发明的另一实施例，一种飞行器可包括：多个传感器，用于至少 确定飞行器的速度和飞行器的配置；以及尾涡预测器，用于至少基于飞行器 的速度和配置，至少预测飞行器正在产生的尾涡的位置和强度。该飞行器还 可包括发射机，用于将与至少所预测的尾涡的位置和强度对应的尾涡信息至 少传送到后面的飞行器。