Una unidad (29) de cálculo de colisión con el suelo concebida para calcular una trayectoria de vuelo de recuperación (9a-c) para una aeronave (3a-c) con el fin de evitar una colisión con el suelo (5),

la unidad de cálculo de colisión con el suelo comprende un circuito de recepción (37) dispuesto para recibir señales que comprenden información de un ángulo de picado (gamma) de la aeronave (3a-c), y un ángulo de balanceo actual (varphi) de la aeronave, y un circuito de cálculo de trayectoria (41) dispuesto para calcular una trayectoria de vuelo de recuperación (9a-c) que evite la colisión con el suelo (5) sobre la base de la citada información, el circuito de cálculo de la trayectoria comprende un primer módulo de cálculo (43) dispuesto para calcular la necesidad de balancear la aeronave en base al ángulo de balanceo actual (varphi), y un segundo módulo de cálculo (51) dispuesto para calcular la necesidad de modificar la dirección de un vector de velocidad (11a-c) de la aeronave (3a-c), de modo que el citado cambio del vector de velocidad tiene un componente en una dirección hacia arriba en relación con un marco de referencia de la aeronave (3a-c), que se caracteriza porque el primer módulo de cálculo (43) está dispuesto para el cálculo de la necesidad de balanceo de la aeronave (3a-c) también se basa en el ángulo de picado (gamma) de manera que la trayectoria de vuelo calculada (9b) gira lateralmente cuando el ángulo de picado (gamma) supera un ángulo de picado especificado (gammas) y cuando el ángulo de balanceo actual (varphi) es mayor de cero grados, y de manera que la trayectoria de vuelo (9a) continúa en la dirección de avance cuando el ángulo de picado (gamma) es inferior al citado ángulo especificado de picado

Procedimiento y unidad de cálculo para calcular una trayectoria de vuelo de recuperación.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un procedimiento y a una unidad de cálculo para calcular una trayectoria de vuelo que evite una colisión con el suelo cuando una aeronave realiza un picado hacia el suelo.

Técnica anterior

Cuando una aeronave realiza un picado hacia el suelo, la aeronave puede chocar si el piloto, o el piloto automático, no evitan la colisión. Para aumentar la seguridad es conocido el cálculo de una trayectoria de vuelo de recuperación que evita la colisión con el suelo. En aeronaves de alto rendimiento también es conocido calcular o simular una altitud o un momento temporal en el cual se debe iniciar una acción evasiva. Un sistema de cálculo de este tipo es particularmente útil cuando la trayectoria de picado es inclinada o cuando la aeronave realiza un picado estando invertida. En este último caso, en primer lugar la aeronave es balanceada al nivel de las alas, después de lo cual la aeronave cabecea hacia arriba. Una trayectoria de vuelo de recuperación de este tipo se denomina trayectoria de vuelo de recuperación cenit y se muestra en la figura 1 marcada con la letra de referencia A. Cuando una aeronave realiza un picado inclinado e invertido es posible que en algunos casos sea mejor continuar la trayectoria de picado haciendo cabecear de inmediato la aeronave. A continuación, la aeronave en primer lugar desciende más inclinadamente, gira hacia atrás en una trayectoria de vuelo en forma de bucle y asciende en la otra dirección de manera que se evita una colisión con el suelo. Una trayectoria de vuelo de este tipo se llama trayectoria de vuelo de recuperación nadir y también se muestra en la figura 1 marcada con la letra de referencia B.

Para aeronaves de alto rendimiento, tales como aeronaves militares, es necesario tener en cuenta tanto las trayectorias de vuelo de recuperación cenit como nadir. En este caso, se produce una serie de problemas. Calcular una trayectoria de vuelo de recuperación requiere mucha potencia computacional, la cual siempre es escasa. Para hacer un cálculo para ambos tipos de trayectorias de vuelo se demanda el doble de potencia computacional que en el cálculo de una sola trayectoria de vuelo. Además, las dos trayectorias de vuelo diferentes deben ser comparadas una con la otra con el fin de elegir la mejor, lo cual también exige potencia computacional, y si la comparación no es concluyente, el sistema puede alternar entre las dos trayectorias de vuelo de recuperación. La computación tiene entonces el peligro de dar respuestas contradictorias, lo cual puede ser peligroso. Además, la trayectoria B de vuelo de recuperación nadir, en algunos casos por sí misma puede causar una colisión con el suelo, puesto que la aeronave realiza un picado de forma más pronunciada en el comienzo de la trayectoria de vuelo.

El documento norteamericano número 4.924.401 desvela un sistema de prevención de colisión con el suelo que utiliza un ordenador de control de vuelo para monitorizar los estados de vuelo de la aeronave y calcular las altitudes de techo preferidas de la aeronave en las cuales el techo automático de la aeronave debe ser iniciado. La altitud de techo se determina calculando la altitud de la aeronave que se va a perder durante una maniobra de recuperación desde un estado actual de vuelo de la aeronave.

Sumario de la invención

El objeto de la presente invención es indicar una mejora en el cálculo de una trayectoria de vuelo de recuperación de una aeronave, que evita una colisión con el suelo, de manera que disminuye la necesidad de potencia computacional.

De acuerdo con un aspecto de la invención, este objeto se logra con la unidad de cálculo de colisión con el suelo, de acuerdo con la reivindicación 1.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, este objeto se consigue con el procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11.

De acuerdo con todavía otro aspecto de la invención, este objeto se consigue con el programa de ordenador de acuerdo con la reivindicación 21.

De acuerdo con todavía otro aspecto de la invención, este objeto se consigue con el medio legible por ordenador de acuerdo con la reivindicación 22.

De acuerdo con la invención, la necesidad de balancear la aeronave se calcula basándose en el ángulo de picado, así como el ángulo actual de balanceo, y la trayectoria de vuelo se calcula de manera que gire lateralmente cuando el ángulo de picado supera un ángulo de picado especificado y cuando el ángulo de balanceo actual es mayor que cero grados. De esta manera, la trayectoria de vuelo calculada no necesariamente continuará en la dirección de avance como en el caso de cenit, o realizará un bucle hacia atrás como en el caso de nadir, sino que puede tomar una trayectoria intermedia entre las trayectorias cenit y nadir girando lateralmente en relación con la dirección de avance de la aeronave. Preferiblemente, la trayectoria de vuelo se calcula de manera que la trayectoria de vuelo solamente gira ligeramente lateralmente con ángulos de picado pequeños, y se incrementa lateralmente con ángulos de picado más grandes. Preferiblemente, la trayectoria de vuelo se calcula de manera que la trayectoria de vuelo gire lateralmente en un grado tal que la trayectoria de vuelo gira hacia atrás con ángulos de picado y de balanceo muy altos. De esta manera, de acuerdo con la invención, los casos cenit y nadir se unen en las trayectorias de vuelo intermedias, que giran lateralmente. Por lo tanto, ya no es necesario calcular dos trayectorias diferentes de recuperación, una para el caso cenit y otra para el caso nadir. Por el contrario, sólo una trayectoria de vuelo, que gira crecientemente lateralmente desde una trayectoria cenit de vuelo hacia una trayectoria nadir de vuelo para ángulos de picado y de balanceo crecientes debe ser calculada. El procedimiento de acuerdo con la invención es, pues, aplicable a todos los ángulos de picado y ángulos de balanceo.

Puesto que solamente se tiene que calcular una trayectoria de vuelo de recuperación, la necesidad de potencia computacional se reduce considerablemente. Ya no es necesario calcular dos trayectorias diferentes, tampoco es necesario comparar dos trayectorias diferentes, lo que significa que el cálculo de la comparación también puede ser omitido, reduciendo la necesidad de potencia computacional. La seguridad aumenta ya que no hay riesgo de que el sistema conmute entre las dos trayectorias diferentes en medio de una maniobra evasiva. Una ventaja adicional es que la trayectoria de vuelo de recuperación, y por lo tanto la pérdida de altitud que pertenece a la trayectoria de vuelo de recuperación, cambia constantemente en función del ángulo de picado y del ángulo de balanceo. Las alteraciones de los ángulos de picado y de balanceo por lo tanto no tienen ningún efecto en la pérdida de altura, lo cual proporciona al piloto la posibilidad de reaccionar consistentemente a los citados cambios. Además, mediante el uso de la invención, sólo es necesario probar y verificar un modelo de ordenador para una aeronave especificada.

El ángulo de picado se define en relación con un plano imaginario del suelo. Un ángulo de picado de cero grados aquí significa que la aeronave está volando en paralelo al plano del suelo y no está picando. Un ángulo de picado de 90 grados significa que la aeronave está picando en línea recta hacia el plano del suelo. El plano imaginario del suelo puede ser el plano del suelo real, medido por el radar, o puede ser un plano de suelo electrónico, por ejemplo, un mapa del paisaje mientras que el plano imaginario del suelo actual se toma como una porción del mapa tal como la proporciona la posición de la aeronave, medido por ejemplo por GPS. En una realización preferida, el plano imaginario del suelo se define como un plano horizontal a una altitud dada por la altura media del terreno circundante y posiblemente incluye una distancia de seguridad. En esta realización, un ángulo de picado de 90 grados significa que la aeronave está picando en sentido vertical. Otros procedimientos conocidos para calcular un plano del suelo también se encuentran en el alcance de la invención. Además, varios planos imaginarios del suelo diferentes se pueden utilizar para diferentes propósitos, por ejemplo, un plano imaginario del suelo se puede utilizar para calcular el ángulo de picado y otro plano imaginario del suelo se puede utilizar para calcular la altitud.

El ángulo de balanceo en esta aplicación se define proyectando la aeronave sobre el vector de velocidad de la aeronave,...

1. Una unidad (29) de cálculo de colisión con el suelo concebida para calcular una trayectoria de vuelo de recuperación (9a-c) para una aeronave (3a-c) con el fin de evitar una colisión con el suelo (5), la unidad de cálculo de colisión con el suelo comprende un circuito de recepción (37) dispuesto para recibir señales que comprenden información de un ángulo de picado (?) de la aeronave (3a-c), y un ángulo de balanceo actual (varphi) de la aeronave, y un circuito de cálculo de trayectoria (41) dispuesto para calcular una trayectoria de vuelo de recuperación (9a-c) que evite la colisión con el suelo (5) sobre la base de la citada información, el circuito de cálculo de la trayectoria comprende un primer módulo de cálculo (43) dispuesto para calcular la necesidad de balancear la aeronave en base al ángulo de balanceo actual (varphi), y un segundo módulo de cálculo (51) dispuesto para calcular la necesidad de modificar la dirección de un vector de velocidad (11a-c) de la aeronave (3a-c), de modo que el citado cambio del vector de velocidad tiene un componente en una dirección hacia arriba en relación con un marco de referencia de la aeronave (3a-c), que se caracteriza porque el primer módulo de cálculo (43) está dispuesto para el cálculo de la necesidad de balanceo de la aeronave (3a-c) también se basa en el ángulo de picado (?) de manera que la trayectoria de vuelo calculada (9b) gira lateralmente cuando el ángulo de picado (?) supera un ángulo de picado especificado (?s) y cuando el ángulo de balanceo actual (varphi) es mayor de cero grados, y de manera que la trayectoria de vuelo (9a) continúa en la dirección de avance cuando el ángulo de picado (?) es inferior al citado ángulo especificado de picado.

2. Una unidad de cálculo de colisión con el suelo de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque el primer módulo de cálculo (43) está dispuesto para reducir la necesidad calculada para balancear la aeronave por debajo del valor del ángulo de balanceo actual (varphi) cuando el ángulo de picado (?) supera el citado ángulo de picado especificado.

3. Una unidad de cálculo de colisión con el suelo de acuerdo con la reivindicación 2, que se caracteriza porque el primer módulo de cálculo (43) comprende un módulo (45) de modificación del ángulo de balanceo dispuesto para multiplicar el ángulo de balanceo actual (varphi) por un coeficiente de balanceo (k), teniendo dicho coeficiente de balanceo un valor numérico que depende del ángulo de picado, de manera que el coeficiente de balanceo sea menor de uno cuando el ángulo de picado supera el citado ángulo de picado especificado.

4. Una unidad de cálculo de colisión con el suelo, de acuerdo con la reivindicación 3, que se caracteriza porque el coeficiente de balanceo (k) es próximo a uno cuando el ángulo de picado (y) es inferior al citado ángulo de picado especificado, con lo que la trayectoria de vuelo continúa en la dirección de avance.

5. Una unidad de cálculo de colisión con el suelo de acuerdo con las reivindicaciones 3 ó 4, que se caracteriza porque el coeficiente de balanceo (k) se reduce a cero cuando el ángulo de picado (y) se aproxima a 90 grados, en el que la trayectoria de vuelo gira hacia atrás cuando el ángulo de balanceo está cerca de 180 grados.

6. Una unidad de cálculo de colisión con el suelo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3-5, que se caracteriza porque el coeficiente de balanceo (k) disminuye al aumentar el ángulo de picado (?) en al menos un intervalo especificado del ángulo de picado, de forma que la trayectoria de vuelo (9b, 9c) gira crecientemente lateralmente con un ángulo de picado cada vez mayor dentro del citado intervalo.

7. Una unidad de cálculo de colisión con el suelo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3-6, que se caracteriza porque el coeficiente de balanceo (k) disminuye de manera uniforme con un ángulo de picado creciente dentro del citado intervalo del ángulo de picado.

8. Una unidad de cálculo de colisión con el suelo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3-7, que se caracteriza porque el citado intervalo de ángulos de picado varía entre 50 y 90 grados.

9. Una unidad de cálculo de colisión con el suelo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3-8, que se caracteriza porque el valor del coeficiente de balanceo (k) está entre 0 y 1.

10. Una unidad de cálculo de colisión con el suelo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, que se caracteriza porque el segundo módulo de cálculo (51) está concebido para calcular la necesidad de cambiar la dirección del vector de velocidad (11a-c) cuando la necesidad restante para balancear la aeronave es menor que una necesidad especificada para balancear la aeronave.

11. Un procedimiento para el cálculo de una trayectoria de vuelo para evitar una colisión con el suelo cuando una aeronave (3a, 3b, 3c) realiza un picado hacia el suelo, comprendiendo el procedimiento

12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, que se caracteriza porque el cálculo (57) de la necesidad de balancear la aeronave comprende reducir la necesidad de balancear la aeronave por debajo del valor del ángulo de balanceo actual (varphi) cuando el ángulo de picado (?) supera el citado ángulo de picado especificado.

13. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 11 ó 12, que se caracteriza porque el cálculo (57) de la necesidad de balancear la aeronave comprende multiplicar el ángulo de balanceo actual de la aeronave por un coeficiente de balanceo (k) que tiene un valor numérico que depende del ángulo de picado, de manera que el coeficiente de balanceo sea menor de uno cuando el ángulo de picado supera el citado ángulo de picado especificado.

14. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, que se caracteriza porque el coeficiente de balanceo (k) es próximo a uno cuando el ángulo de picado (y) es inferior al citado ángulo de picado especificado, en el que la trayectoria de vuelo continúa en la dirección de avance.

15. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 13 ó 14, que se caracteriza porque el coeficiente de balanceo disminuye hacia cero cuando el ángulo de picado (?) se aproxima a 90 grados, con lo que la trayectoria de vuelo gira hacia atrás cuando el ángulo de balanceo (?) es cercano a 180 grados.

16. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-15, que se caracteriza porque el coeficiente de balanceo disminuye con el incremento del ángulo de picado (?) en al menos un intervalo especificado del ángulo de picado (?), de manera que la trayectoria de vuelo gire crecientemente lateralmente con ángulos de picado crecientes.

17. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16, que se caracteriza porque el coeficiente de balanceo (k) disminuye de manera uniforme con el incremento del ángulo de picado (?) en el citado intervalo del ángulo de picado.

18. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 16 ó 17, que se caracteriza porque el citado intervalo del ángulo de picado (?) oscila entre 50 y 90 grados.

19. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-18, que se caracteriza porque el valor del coeficiente de balanceo (k) es de 0 a 1.

20. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11-19, que se caracteriza porque el cálculo de la trayectoria de vuelo comprende calcular la necesidad de cambiar la dirección del vector de velocidad después de balancear la aeronave, cuando la necesidad restante para balancear la aeronave es menor que la necesidad especificada para balancear la aeronave.

21. Un programa informático que se puede cargar directamente en la memoria interna de un ordenador digital, que se caracteriza porque el programa informático comprende software para controlar el procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11-20, cuando el citado programa se ejecuta en un ordenador.

22. Un medio legible por ordenador, que tiene un programa grabado en el mismo, que se caracteriza porque el programa es para hacer que un ordenador realice el procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11-20.