СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ РАБОТЫ ЛЕТНОГО ЭКИПАЖА
FLIGHT CREW AUTOMATION SYSTEM

УТВЕРЖДЕНИЕ О ПРАВИТЕЛЬСТВЕННЫХ ИНТЕРЕСАХ
[0001] Настоящее изобретение было сделано при поддержке правительства по контракту № HR 0011-15-С-0027, заключенному с Управлением перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США. Правительство обладает определенными правами на изобретение.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0002] Настоящей заявкой заявлен приоритет по предварительным заявкам на Патент США 62/311,659, поданной 22 марта 2016 г., и 62/383,032, поданной 2 сентября 2016 г., каждая из которых имеет наименование "Система и способ автоматизации работы летного экипажа". Каждая заявка включена в настоящее описание в качестве ссылки во всей своей полноте.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0003] Настоящее изобретение относится к области систем, способов и устройств управления полетом; в частности, к системе, способу и устройству для обеспечения контроля состояния летательного аппарата и/или автоматизации работы летного экипажа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0004] Недавний опыт автоматизации в кабинах показал, что прежние подходы к увеличению функциональных возможностей кабин экипажа приводят к усложнению, вызывают чрезмерную зависимость от автоматизации и не обязательно уменьшают рабочую нагрузку, особенно в критических ситуациях. Еще одна проблема заключается в том, что производители авиационного электронного оборудования установили строгие требования к проектированию и изменению заказов для любых желаемых улучшений, для того чтобы обеспечить высокую надежность и возможность осуществления контроля. Таким образом, переоборудование известных летательных аппаратов, как правило, является дорогостоящим и требует больших капиталовложений для обеспечения соответствия нормам, проведения проверок и испытаний.
[0005] Корпорация Aurora Flight Sciences Corporation из Манассаса, штат Вирджиния, ранее разработала автоматизированного помощника, размещаемого на месте правого летчика и выполненного с возможностью управления самолетом типа Diamond DA42 Twin Star во время взлета, крейсерского полета и посадки. Автоматизированная вспомогательная система Centaur, предназначенная для размещения на месте правого летчика, может быть установлена в самолете типа DA42 и удалена из него без влияния на первоначальный тип сертификата, не нарушая таким образом первоначальную сертификацию летательного аппарата. Система Centaur содержит средства механического приведения в действие основных органов управления полетом и свой собственный комплект авиационного электронного оборудования и может быть использована с пилотом, функция которого заключается в проверке, или в качестве полностью беспилотного летательного аппарата. Например, управление полетом системы Centaur может осуществляться оператором на заднем сиденье самолета, который управляет планом полета на ноутбуке. Хотя система Centaur предлагает множество функций, она имеет некоторые недостатки. В частности,
(1) аппаратную часть системы Centaur нельзя перенести на другие летательные аппараты, также ее возможности нельзя увеличить подключением программы по типу Plug-and-Play;
(2) части системы Centaur требуют установки со вскрытием блоков с врезанием в проводку существующего авиационного электронного оборудования с учетом особенности конкретного летательного аппарата (т.е. типа DA42);
(3) система Centaur не позволяет бортовому пилоту работать в качестве оператора и выполнять такие задачи, как управление планом полета; и
(4) в систему Centaur не поступают знания о летательном аппарате, которым она управляет.
[0006] Таким образом, существует потребность в системе на основе открытой архитектуры, которая позволяет быстро вводить новые возможности, повышает безопасность, увеличивает функциональность и сокращает рабочую нагрузку на пилота - без больших затрат или повторной сертификации. Также существует потребность в обеспечении для пилота возможности непрерывного контроля состояния летательного аппарата и дополнения информации, что может эффективно служить в качестве цифрового бортинженера. Система автоматизации работы летного экипажа, такая как раскрытая в настоящем документе, отвечает этим потребностям и позволяет быстро вводить новые возможности с минимальной рутинной нагрузкой по сертификации и с возможностью перемещения из одной конструкции летательного аппарата в другую (например, посредством временных установок). Как будет раскрыто, система автоматизации работы летного экипажа может обеспечить значительные преимущества для различных конечных пользователей. Пример применения включает эксплуатацию летательных аппаратов в случае, когда усталость и монотонность могут вызывать снижение внимательности экипажа, и в этом случае система автоматизации работы летного экипажа снижает риск при осуществлении полета посредством выдачи предупреждения пилоту, а в некоторых случаях, принимает на себя управление летательным аппаратом. В настоящее время существуют другие примеры применения, в которых возможность ошибки, обусловленная человеческим фактором, вследствие комплексной регистрации данных ограничивает многоплановое использование летательного аппарата (например, выполнение задач на небольшой высоте), выполнение синхронизированных операций, беспилотных полетов, управление человеком полетами групп беспилотных летательных аппаратов и возможность улучшения оперативных отчетов.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Настоящее изобретение относится к системам, способам и устройствам управления полетом; в частности, к системе, способу и устройству для обеспечения контроля состояния летательного аппарата и/или автоматизации работы летного экипажа.
[0008] Согласно первому аспекту система автоматизации работы летного экипажа для использования в летательном аппарате содержит:
базовую платформу для функционального соединения множества систем или подсистем посредством одного или более интерфейсов;
человеко-машинный интерфейс, функционально соединенный с базовой платформой с обеспечением интерфейса между пилотом и системой автоматизации работы летного экипажа;
систему накопления знаний, функционально соединенную с базовой платформой для определения информации, характерной для летательного аппарата; и
систему восприятия, функционально соединенную с базовой платформой для контроля одного или более приборов кабины летательного аппарата с выработкой данных о полетной ситуации.
[0009] Согласно второму аспекту система автоматизации работы летного экипажа для использования в летательном аппарате содержит:
базовую платформу для функционального соединения множества систем или подсистем посредством одного или более интерфейсов;
человеко-машинный интерфейс, функционально соединенный с базовой платформой с обеспечением интерфейса между пилотом и системой автоматизации работы летного экипажа;
систему накопления знаний, функционально соединенную с базовой платформой для определения информации, характерной для летательного аппарата;
систему контроля состояния летательного аппарата, соединенную с базовой платформой для сбора или выработки данных о полетной ситуации; и
систему исполнительных механизмов, функционально соединенную с базовой платформой для приведения в действие одного или более органов управления полетом летательного аппарата на основании реагирования на команды от базовой платформы.
[0010] Согласно третьему аспекту система автоматизации работы летного экипажа для использования в летательном аппарате содержит:
базовую платформу для функционального соединения множества систем или подсистем посредством одного или более интерфейсов;
человеко-машинный интерфейс, функционально соединенный с базовой платформой с обеспечением интерфейса между пилотом и системой автоматизации работы летного экипажа, причем человеко-машинный интерфейс выполнен с возможностью отображения множества задач посредством сенсорного экрана в виде списка задач;
систему накопления знаний, функционально соединенную с базовой платформой для определения информации, характерной для летательного аппарата; и
систему контроля состояния летательного аппарата, соединенную с базовой платформой для сбора или выработки данных о полетной ситуации.
[0011] Согласно четвертому аспекту система автоматизации работы летного экипажа для использования в летательном аппарате содержит:
систему накопления знаний для определения информации, характерной для летательного аппарата;
систему восприятия для контроля одного или более приборов кабины летательного аппарата с выработкой данных о полетной ситуации;
базовую платформу, функционально соединенную с системой накопления знаний и системой восприятия для определения состояния летательного аппарата на основании по меньшей мере частично указанных данных о полетной ситуации; и
человеко-машинный интерфейс, функционально соединенный с базовой платформой для отображения состояния летательного аппарата.
[0012] Согласно пятому аспекту система автоматизации работы летного экипажа для использования в летательном аппарате содержит:
систему накопления знаний для определения информации, характерной для летательного аппарата;
систему контроля состояния летательного аппарата для контроля одного или более приборов кабины летательного аппарата с выработкой данных о полетной ситуации;
базовую платформу, функционально соединенную с системой накопления знаний и системой контроля состояния летательного аппарата для определения состояния летательного аппарата на основании по меньшей мере частично указанных данных о полетной ситуации; и
человеко-машинный интерфейс, функционально соединенный с базовой платформой для отображения состояния летательного аппарата.
[0013] В некоторых аспектах система автоматизации работы летного экипажа не зависит от транспортного средства.
[0014] В некоторых аспектах система контроля состояния летательного аппарата является системой восприятия.
[0015] В некоторых аспектах система контроля состояния летательного аппарата соединена проводами с одним или более приборами кабины.
[0016] В некоторых аспектах в системе автоматизации работы летного экипажа использована операционная система, которая работает в качестве промежуточного программного обеспечения, связывающего между собой одно или более оперативных приложений или аппаратных интерфейсов.
[0017] В некоторых аспектах система автоматизации работы летного экипажа выполнена с возможностью обеспечения для пилота возможности непрерывного контроля за состоянием летательного аппарата и дополнения информации с взятием или без взятия на себя управления летательным аппаратом.
[0018] В некоторых аспектах устройство управления автопилотом выполнено с возможностью управления модулем исполнительных механизмов обеспечения автоматизации работы летного экипажа или модулем исполнительных механизмов летательного аппарата.
[0019] В некоторых аспектах команды от базовой платформы вырабатывают на основании по меньшей мере частично состояния летательного аппарата.
[0020] В некоторых аспектах базовая платформа выполнена с возможностью отображения текущего состояния летательного аппарата посредством устройства отображения человеко-машинного интерфейса.
[0021] В некоторых аспектах в базовой платформе использована открытая архитектура.
[0022] В некоторых аспектах базовая платформа включает в себя систему полетных контроллеров и/или систему управления выполнением задания.
[0023] В некоторых аспектах базовая платформа выполнена с возможностью сообщения одной или более команд в систему управления полетом летательного аппарата на основании по меньшей мере частично данных о полетной ситуации.
[0024] В некоторых аспектах базовая платформа выполнена с возможностью получения, с использованием информации, собранной от одной или более систем, соединенных с ней, понимания систем летательного аппарата, их конфигурации и процедур, необходимых для поддержания надежной работы.
[0025] В некоторых аспектах базовая платформа выполнена с возможностью приема и агрегирования данных о полетной ситуации для определения текущего состояния летательного аппарата.
[0026] В некоторых аспектах базовая платформа выполнена с возможностью конфигурирования с помощью программного обеспечения типа Plug-and-Play для обеспечения возможности (1) удаления или отключения систем или подсистем или (2) установки или активации систем или подсистем.
[0027] В некоторых аспектах система полетных контроллеров включает в себя одно или более из устройства управления автопилотом, устройства управления транспортным средством, модуля оценки состояния, модуля восприятия или навигационного модуля.
[0028] В некоторых аспектах данные о полетной ситуации включают в себя воздушную скорость, высоту и вертикальную скорость летательного аппарата.
[0029] В некоторых аспектах аппаратные интерфейсы включают в себя по меньшей мере одно из интерфейса основных исполнительных механизмов, интерфейса вспомогательных исполнительных механизмов, интерфейса состояния летательного аппарата или человеко-машинного интерфейса.
[0030] В некоторых аспектах человеко-машинный интерфейс представляет собой планшетный компьютер.
[0031] В некоторых аспектах человеко-машинный интерфейс обеспечивает для пилота возможность управления системой автоматизации работы летного экипажа и сообщения с ней.
[0032] В некоторых аспектах человеко-машинный интерфейс включает в себя панель инструментов с множеством выбираемых закладок.
[0033] В некоторых аспектах человеко-машинный интерфейс включает в себя сенсорный экран.
[0034] В некоторых аспектах сенсорный экран совместим с очками ночного видения.
[0035] В некоторых аспектах человеко-машинный интерфейс выполнен с возможностью отображения множества задач на сенсорном экране в виде списка задач.
В некоторых аспектах каждая из указанного множества задач отмечена либо как выполненная, либо как невыполненная, например, на основании по меньшей мере частично входного сигнала от пилота посредством сенсорного экрана.
[0036] В некоторых аспектах человеко-машинный интерфейс выполнен с возможностью отображения по меньшей мере одного из карт контрольных проверок, предупреждений в отношении исправности, сообщений о прогнозируемом состоянии летательного аппарата и сообщений о прогнозируемых отказах.
[0037] В некоторых аспектах в человеко-машинном интерфейсе использованы методы распознавания речи для распознавания устных сообщений, поступающих от пилота.
[0038] В некоторых аспектах человеко-машинный интерфейс выполнен с возможностью устного реагирования в общей форме на устные сообщения, поступающие от пилота.
[0039] В некоторых аспектах информация, характерная для летательного аппарата, включает в себя информацию о том, оказывает ли влияние на летательный аппарат конкретная ошибка эксплуатации.
[0040] В некоторых аспектах система накопления знаний выполнена с возможностью определения информации, характерной для летательного аппарата, с получением системы автоматизации работы летного экипажа, не зависящей от транспортного средства.
[0041] В некоторых аспектах система накопления знаний выполнена с возможностью определения компоновки приборов кабины.
[0042] В некоторых аспектах оперативные приложения включают в себя по меньшей мере одно из приложения работы в нормальном режиме полета, приложения обнаружения аномалий, приложения работы в нештатной ситуации, приложения сбора информации, наблюдения и разведки, приложения распознавания тенденций или приложения дозаправки в воздухе.
[0043] В некоторых аспектах система восприятия включает в себя систему технического зрения, имеющую камеру для визуального контроля одного или более приборов кабины летательного аппарата.
[0044] В некоторых аспектах указанное множество выбираемых закладок включает в себя одну или более из закладки маршрута, закладки процедур, закладки калибровки и закладки приложений.
[0045] В некоторых аспектах система автоматизации работы летного экипажа также содержит систему исполнительных механизмов, функционально соединенную с базовой платформой.
[0046] В некоторых аспектах система исполнительных механизмов содержит систему основных исполнительных механизмов и систему вспомогательных исполнительных механизмов, выполненную отдельно от системы основных исполнительных механизмов.
[0047] В некоторых аспектах система автоматизации работы летного экипажа выполнена с возможностью управления летательным аппаратом посредством одной/указанной системы исполнительных механизмов.
[0048] В некоторых аспектах система основных исполнительных механизмов выполнена с возможностью управления приведением в действие основных органов управления полетом летательного аппарата, и/или система вспомогательных исполнительных механизмов выполнена с возможностью управления приведением в действие вспомогательных органов управления полетом летательного аппарата.
[0049] В некоторых аспектах основные органы управления полетом летательного аппарата включают в себя одну или более рукояток или колонок.
[0050] В некоторых аспектах вспомогательные органы управления полетом летательного аппарата включают в себя один или более переключателей и/или кремальер.
[0051] В некоторых аспектах система основных исполнительных механизмов включает в себя раму, шарнирную руку, соединенную на ее ближнем конце с рамой, и механизм захвата, расположенный на дальнем конце шарнирной руки для взаимодействия по меньшей мере с одним из основных органов управления полетом летательного аппарата.
[0052] В некоторых аспектах система основных исполнительных механизмов включает в себя шарнирную руку с механизмом захвата для взаимодействия по меньшей мере с одним из основных органов управления полетом летательного аппарата.
[0053] В некоторых аспектах механизм захвата соединен с шарнирной рукой посредством соединения с множеством степеней свободы.
[0054] В некоторых аспектах шарнирная рука соединена с возможностью поворота и перемещения на ее ближнем конце с рамой посредством подвижного основания.
[0055] В некоторых аспектах система вспомогательных исполнительных механизмов включает в себя двухкоординатный плоттер, задающий ось Y и ось X, приспособление для взаимодействия по меньшей мере с одним из вспомогательных органов управления полетом летательного аппарата и систему управления для перемещения приспособления по оси Y и оси X.
[0056] В некоторых аспектах приспособление представляет собой многофункциональное приспособление, выполненное с исполнительным механизмом переключателя и исполнительным механизмом кремальеры, для взаимодействия с переключателем или кремальерой, соответственно.
[0057] Один вариант реализации настоящего изобретения включает систему автоматизации работы летного экипажа для использования в летательном аппарате, которая может включать в себя:
базовую платформу для функционального соединения множества систем или подсистем посредством одного или более интерфейсов;
человеко-машинный интерфейс, функционально соединенный с базовой платформой с обеспечением интерфейса между пилотом и системой автоматизации работы летного экипажа;
систему накопления знаний, функционально соединенную с базовой платформой для определения информации, характерной для летательного аппарата; и
систему восприятия, функционально соединенную с базовой платформой для контроля одного или более приборов кабины летательного аппарата с выработкой данных о полетной ситуации.
Система восприятия может включать в себя систему технического зрения, имеющую камеру для визуального контроля указанных одного или более приборов кабины летательного аппарата.
Данные о полетной ситуации могут включать в себя воздушную скорость, высоту и вертикальную скорость летательного аппарата.
Система накопления знаний может быть выполнена с возможностью определения компоновки приборов кабины.
Базовая платформа может быть выполнена с возможностью сообщения одной или более команд в систему управления полетом летательного аппарата на основании по меньшей мере частично данных о полетной ситуации.
Система автоматизации работы летного экипажа также может включать в себя систему исполнительных механизмов, функционально соединенную с базовой платформой.
Система исполнительных механизмов может включать в себя систему основных исполнительных механизмов и систему вспомогательных исполнительных механизмов, которая может быть выполнена отдельно от системы основных исполнительных механизмов.
Система основных исполнительных механизмов может управлять приведением в действие основных органов управления полетом летательного аппарата.
Основные органы управления полетом могут включать в себя рукоятку или колонку.
Система вспомогательных исполнительных механизмов может управлять приведением в действие вспомогательных органов управления полетом летательного аппарата.
Вспомогательные органы управления полетом могут включать в себя переключатели или кремальеры.
Система основных исполнительных механизмов может включать в себя шарнирную руку с механизмом захвата для взаимодействия по меньшей мере с одним из основных органов управления полетом летательного аппарата.
Система основных исполнительных механизмов может включать в себя раму, шарнирную руку, соединенную на ее ближнем конце с рамой, и механизм захвата, расположенный на дальнем конце шарнирной руки для взаимодействия по меньшей мере с одним из основных органов управления полетом летательного аппарата.
Механизм захвата может быть соединен с шарнирной рукой посредством соединения с множеством степеней свободы.
Шарнирная рука может быть соединена с возможностью поворота и перемещения на ее ближнем конце с рамой посредством подвижного основания.
Система вспомогательных исполнительных механизмов может включать в себя двухкоординатный плоттер, задающий ось Y и ось X, приспособление для взаимодействия по меньшей мере с одним из вспомогательных органов управления полетом летательного аппарата и систему управления для перемещения приспособления по оси Y и оси X.
Приспособление может представлять собой многофункциональное приспособление, выполненное с исполнительным механизмом переключателя и исполнительным механизмом кремальеры.
Базовая платформа может быть выполнена с возможностью приема и агрегирования данных о полетной ситуации для определения текущего состояния летательного аппарата.
Система автоматизации работы летного экипажа по п. 1, в которой человеко-машинный интерфейс обеспечивает для пилота возможность управления системой автоматизации работы летного экипажа и сообщения с ней.
Базовая платформа может отображать текущее состояние летательного аппарата на устройстве отображения человеко-машинного интерфейса.
Человеко-машинный интерфейс может включать в себя сенсорный экран.
Человеко-машинный интерфейс может быть выполнен с возможностью отображения множества задач на сенсорном экране в виде списка задач.
Каждая из указанного множества задач может быть отмечена либо как выполненная, либо как невыполненная.
Каждая из указанного множества задач может быть отмечена либо как выполненная, либо как невыполненная на основании по меньшей мере частично входного сигнала от пилота посредством сенсорного экрана.
Человеко-машинный интерфейс может представлять собой планшетный компьютер.
Сенсорный экран может быть совместим с очками ночного видения.
В человеко-машинном интерфейсе использованы методы распознавания речи для распознавания устных сообщений, поступающих от пилота.
Человеко-машинный интерфейс может быть выполнен с возможностью устного реагирования в общей форме на устные сообщения, поступающие от пилота.
Базовая платформа может быть сконфигурирована с помощью программного обеспечения типа Plug-and-Play для обеспечения возможности (1) удаления или отключения систем или подсистем или (2) установки или активации систем или подсистем.
Информация, характерная для летательного аппарата, может включать в себя информацию о том, оказывает ли влияние на летательный аппарат конкретная ошибка эксплуатации.
Система накопления знаний может быть выполнена с возможностью для определения информации, характерной для летательного аппарата, с получением системы автоматизации работы летного экипажа, не зависящей от транспортного средства.
[0058] Еще один вариант реализации настоящего изобретения включает систему автоматизации работы летного экипажа для использования в летательном аппарате, которая включает в себя:
базовую платформу для функционального соединения множества систем или подсистем посредством одного или более интерфейсов;
человеко-машинный интерфейс, функционально соединенный с базовой платформой с обеспечением интерфейса между пилотом и системой автоматизации работы летного экипажа;
систему накопления знаний, функционально соединенную с базовой платформой для определения информации, характерной для летательного аппарата;
систему контроля состояния летательного аппарата, соединенную с базовой платформой для сбора или выработки данных о полетной ситуации; и
систему исполнительных механизмов, функционально соединенную с базовой платформой для приведения в действие одного или более органов управления полетом летательного аппарата на основании реагирования на команды от базовой платформы.
Система контроля состояния летательного аппарата может быть системой восприятия.
Система восприятия может включать в себя систему технического зрения, имеющую камеру для визуального контроля указанных одного или более приборов кабины летательного аппарата.
Данные о полетной ситуации могут включать в себя воздушную скорость, высоту и вертикальную скорость летательного аппарата.
Система накопления знаний может быть выполнена с возможностью определения компоновки приборов кабины.
Базовая платформа может быть выполнена с возможностью сообщения одной или более команд в систему управления полетом летательного аппарата на основании по меньшей мере частично данных о полетной ситуации.
Система исполнительных механизмов может включать в себя систему основных исполнительных механизмов и систему вспомогательных исполнительных механизмов, которая может быть выполнена отдельно от системы основных исполнительных механизмов.
Система основных исполнительных механизмов выполнена с возможностью управления приведением в действие основных органов управления полетом летательного аппарата.
Основные органы управления полетом летательного аппарата включают в себя рукоятку или колонку.
Система вспомогательных исполнительных механизмов может управлять приведением в действие вспомогательных органов управления полетом летательного аппарата.
Вспомогательные органы управления полетом могут включать в себя переключатели или кремальеры.
Система основных исполнительных механизмов может включать в себя шарнирную руку с механизмом захвата для взаимодействия по меньшей мере с одним из основных органов управления полетом летательного аппарата.
Система автоматизации работы летного экипажа по п. 43, в которой система основных исполнительных механизмов может включать в себя раму, шарнирную руку, соединенную на ее ближнем конце с рамой, и механизм захвата, расположенный на дальнем конце шарнирной руки для взаимодействия по меньшей мере с одним из основных органов управления полетом летательного аппарата.
Механизм захвата может быть соединен с шарнирной рукой посредством соединения с множеством степеней свободы.
Шарнирная рука может быть соединена с возможностью поворота и перемещения на ее ближнем конце с рамой посредством подвижного основания.
Система вспомогательных исполнительных механизмов может включать в себя двухкоординатный плоттер, задающий ось Y и ось X, приспособление для взаимодействия по меньшей мере с одним из вспомогательных органов управления полетом летательного аппарата и систему управления для перемещения приспособления по оси Y и оси X.
Приспособление может представлять собой многофункциональное приспособление, выполненное с исполнительным механизмом переключателя и исполнительным механизмом кремальеры.
Базовая платформа может быть выполнена с возможностью приема и агрегирования данных о полетной ситуации для определения текущего состояния летательного аппарата.
Человеко-машинный интерфейс может обеспечивать для пилота возможность управления системой автоматизации работы летного экипажа и сообщения с ней.
Базовая платформа может отображать текущее состояние летательного аппарата на устройстве отображения человеко-машинного интерфейса.
Человеко-машинный интерфейс может включать в себя сенсорный экран.
Человеко-машинный интерфейс может быть выполнен с возможностью отображения множества задач на сенсорном экране в виде списка задач.
Каждая из указанного множества задач может быть отмечена либо как выполненная, либо как невыполненная.
Каждая из указанного множества задач может быть отмечена либо как выполненная, либо как невыполненная на основании по меньшей мере частично входного сигнала от пилота посредством сенсорного экрана.
Человеко-машинный интерфейс может представлять собой планшетный компьютер.
Сенсорный экран может быть совместим с очками ночного видения.
В человеко-машинном интерфейсе могут быть использованы методы распознавания речи для распознавания устных сообщений, поступающих от пилота.
Человеко-машинный интерфейс может быть выполнен с возможностью устного реагирования в общей форме на устные сообщения, поступающие от пилота.
Базовая платформа может быть сконфигурирована с помощью программного обеспечения типа Plug-and-Play для обеспечения возможности (1) удаления или отключения систем или подсистем или (2) установки или активации систем или подсистем.
Информация, характерная для летательного аппарата, может включать в себя информацию о том, оказывает ли влияние на летательный аппарат конкретная ошибка эксплуатации.
Система накопления знаний может быть выполнена с возможностью определения информации, характерной для летательного аппарата, с получением системы автоматизации работы летного экипажа, независящей от транспортного средства.
[0059] Еще один вариант реализации настоящего изобретения включает систему автоматизации работы летного экипажа для использования в летательном аппарате, которая может включать в себя:
базовую платформу для функционального соединения множества систем или подсистем посредством одного или более интерфейсов;
человеко-машинный интерфейс, функционально соединенный с базовой платформой с обеспечением интерфейса между пилотом и системой автоматизации работы летного экипажа, причем человеко-машинный интерфейс может быть выполнен с возможностью отображения множества задач посредством сенсорного экрана в виде списка задач;
систему накопления знаний, функционально соединенную с базовой платформой для определения информации, характерной для летательного аппарата; и
систему контроля состояния летательного аппарата, соединенную с базовой платформой для сбора или выработки данных о полетной ситуации.
Базовая платформа может быть выполнена с возможностью сообщения одной или более команд в систему управления полетом летательного аппарата на основании по меньшей мере частично данных о полетной ситуации.
Система автоматизации работы летного экипажа также может включать в себя систему исполнительных механизмов, функционально соединенную с базовой платформой.
Система исполнительных механизмов может включать в себя систему основных исполнительных механизмов и систему вспомогательных исполнительных механизмов, которая может быть выполнена отдельно от системы основных исполнительных механизмов.
Система основных исполнительных механизмов может управлять приведением в действие основных органов управления полетом летательного аппарата, и система вспомогательных исполнительных механизмов может управлять приведением в действие вспомогательных органов управления полетом летательного аппарата.
Система основных исполнительных механизмов может включать в себя раму, шарнирную руку, соединенную на ее ближнем конце с рамой, и механизм захвата, расположенный на дальнем конце шарнирной руки для взаимодействия по меньшей мере с одним из основных органов управления полетом летательного аппарата.
Система вспомогательных исполнительных механизмов может включать в себя двухкоординатный плоттер, задающий ось Y и ось X, приспособление для взаимодействия по меньшей мере с одним из вспомогательных органов управления полетом летательного аппарата и систему управления для перемещения приспособления по оси Y и оси X.
Система контроля состояния летательного аппарата может быть системой восприятия.
Система восприятия может включать в себя систему технического зрения, имеющую камеру для визуального контроля одного или более приборов кабины летательного аппарата.
Каждая из указанного множества задач может быть отмечена либо как выполненная, либо как невыполненная на основании по меньшей мере частично входного сигнала от пилота посредством сенсорного экрана.
[0060] Еще один вариант реализации настоящего изобретения включает систему автоматизации работы летного экипажа для использования в летательном аппарате, которая может включать в себя:
систему накопления знаний для определения информации, характерной для летательного аппарата;
систему восприятия для контроля одного или более приборов кабины летательного аппарата с выработкой данных о полетной ситуации;
базовую платформу, функционально соединенную с системой накопления знаний и системой восприятия для определения состояния летательного аппарата на основании по меньшей мере частично указанных данных о полетной ситуации; и
человеко-машинный интерфейс, функционально соединенный с базовой платформой для отображения состояния летательного аппарата.
Система автоматизации работы летного экипажа также может включать в себя систему исполнительных механизмов, функционально соединенную с базовой платформой для приведения в действие одного или более органов управления полетом летательного аппарата на основании реагирования на команды от базовой платформы.
Команды от базовой платформы могут быть выработаны на основании по меньшей мере частично состояния летательного аппарата.
Система восприятия может включать в себя систему технического зрения, имеющую камеру для визуального контроля указанных одного или более приборов кабины летательного аппарата.
[0061] Еще один вариант реализации настоящего изобретения включает систему автоматизации работы летного экипажа для использования в летательном аппарате, которая может включать в себя:
систему накопления знаний для определения информации, характерной для летательного аппарата;
систему контроля состояния летательного аппарата для контроля одного или более приборов кабины летательного аппарата с выработкой данных о полетной ситуации;
базовую платформу, функционально соединенную с системой накопления знаний и системой контроля состояния летательного аппарата для определения состояния летательного аппарата на основании по меньшей мере частично указанных данных о полетной ситуации; и
человеко-машинный интерфейс, функционально соединенный с базовой платформой для отображения состояния летательного аппарата.
Система автоматизации работы летного экипажа также может включать в себя систему исполнительных механизмов, функционально соединенную с базовой платформой для приведения в действие одного или более органов управления полетом летательного аппарата на основании реагирования на команды от базовой платформы.
Команды от базовой платформы могут быть выработаны на основании по меньшей мере частично состояния летательного аппарата.
Система контроля состояния летательного аппарата может быть системой восприятия.
Система восприятия может включать в себя систему технического зрения, имеющую камеру для визуального контроля указанных одного или более приборов кабины летательного аппарата.
Система контроля состояния летательного аппарата может быть соединена проводами с указанными одним или более приборами кабины.
Человеко-машинный интерфейс может быть выполнен с возможностью отображения множества задач на сенсорном экране в виде списка задач.
Система автоматизации работы летного экипажа может быть выполнена с возможностью обеспечения для пилота возможности непрерывного контроля за состоянием летательного аппарата и дополнения информации.
Система автоматизации работы летного экипажа может быть выполнена с возможностью обеспечения для пилота возможности непрерывного контроля за состоянием летательного аппарата и дополнения информации без взятия на себя управления летательным аппаратом.
Базовая платформа летного экипажа может включать в себя систему управления выполнением задания.
Система автоматизации работы летного экипажа может не зависеть от транспортного средства.
Базовая платформа может включать в себя систему полетных контроллеров.
Система полетных контроллеров может включать в себя одно или более из устройства управления автопилотом, устройства управления транспортным средством, модуля оценки состояния, модуля восприятия или навигационного модуля.
Устройство управления автопилотом может быть выполнено с возможностью управления модулем исполнительных механизмов обеспечения автоматизации работы летного экипажа или модулем исполнительных механизмов летательного аппарата.
В базовой платформе может быть использована открытая архитектура.
Базовая платформа может быть выполнена с возможностью развития, с использованием информации, собранной от одной или более систем, соединенных с ней, -понимания систем летательного аппарата, их конфигурации и процедур, необходимых для поддержания надежной работы.
В системе автоматизации работы летного экипажа может быть использована операционная система, которая работает в качестве промежуточного программного обеспечения, связывающего между собой одно или более оперативных приложений или аппаратных интерфейсов.
Оперативные приложения могут включать в себя по меньшей мере одно из приложения работы в нормальном режиме полета, приложения обнаружения аномалий, приложения работы в нештатной ситуации, приложения сбора информации, наблюдения и разведки, приложения распознавания тенденций или приложения дозаправки в воздухе.
Аппаратные интерфейсы могут включать в себя по меньшей мере одно из интерфейса основных исполнительных механизмов, интерфейса вспомогательных исполнительных механизмов, интерфейса состояния летательного аппарата или человеко-машинного интерфейса.
Человеко-машинный интерфейс может включать в себя панель инструментов с множеством выбираемых закладок.
Указанное множество выбираемых закладок может включать в себя одно или более из закладки маршрута, закладки процедур, закладки калибровки и закладки приложений.
Человеко-машинный интерфейс может быть выполнен с возможностью отображения по меньшей мере одного из карт контрольных проверок, предупреждений в отношении исправности, сообщений о прогнозируемом состоянии летательного аппарата и сообщений о прогнозируемых отказах.
Система автоматизации работы летного экипажа может быть выполнена с возможностью управления летательного аппарата посредством системы исполнительных механизмов.
[0062]
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0063] Эти и другие преимущества раскрытия настоящего изобретения можно легко уяснить со ссылкой на последующее описание и прилагаемые чертежи, на которых:
[0064] На ФИГ. 1а показана структурная схема приводимой в качестве примера системы автоматизации работы летного экипажа.
[0065] На ФИГ. 1b показан приводимый в качестве примера поток информационных данных между подсистемами по ФИГ. 1а.
[0066] На ФИГ. 1с показана структурная схема приводимой в качестве примера базовой платформы.
[0067] На ФИГ. 2 показана схема приводимой в качестве примера архитектуры базовой платформы.
[0068] На ФИГ. 3а показан первый приводимый в качестве примера человеко-машинный интерфейс, иллюстрирующий приложение работы с маршрутом.
[0069] на ФИГ. 3b показан второй приводимый в качестве примера человеко-машинный интерфейс, иллюстрирующий карту контрольных проверок и экран выдачи предупреждений об исправности летательного аппарата.
[0070] На ФИГ. 4 показана структурная схема приводимой в качестве примера системы восприятия.
[0071] На ФИГ. 5а и 5b показана приводимая в качестве примера система основных исполнительных механизмов.
[0072] На ФИГ. 5с показана приводимая в качестве примера система вспомогательных исполнительных механизмов.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0073] Предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. В нижеследующем описании хорошо известные функции или конструкции не описаны подробно, поскольку они могут затенять изобретение ненужными подробностями. Для данного раскрытия применяются следующие термины и определения.
[0074] При использовании в настоящем документе термины "схемы" и "схема" относятся к физическим электронным компонентам (т.е. аппаратным средствам) и любому программному обеспечению и/или прошивке ("коду"), которые могут конфигурировать аппаратные средства, быть исполнены аппаратными средствами и/или иным образом связаны с аппаратными средствами. При использовании в настоящем документе, например, конкретный процессор и память могут содержать первую "схему" при исполнении первого набора одной или более строк кода и могут содержать вторую "схему" при исполнении второго набора одной или более строк кода.
[0075] При использовании в настоящем документе "и/или" означает любой один или более элементов в списке, соединенных "и/или". В качестве примера "х и/или у" означает любой элемент трехэлементного множества {(х), (у), (х, у)}. Иными словами, "х и/или у" означает " одно или оба из х и у". В качестве другого примера "х, у и/или z" означает любой элемент семиэлементного множества {(х), (у), (z), (х, у), (х, z), (у, z), (х, у, z)}. Иными словами, "х, у и/или z" означает " одно или более из х, у и z". При использовании в настоящем документе термин "примерный" означает использование в качестве неограничивающего примера, экземпляра или иллюстрации. При использовании в настоящем документе термин "например" содержит списки одного или более неограничивающих примеров, экземпляров или иллюстраций.
[0076] При использовании в настоящем документе слова "примерно" и "приблизительно", при использовании для изменения или описания значения (или диапазона значений), означают разумно близкое к этому значению или диапазону значений. Таким образом, варианты реализации, описанные в настоящем документе, не ограничены только приведенными значениями и диапазонами значений, а наоборот должны включать в себя разумно выполнимые отклонения. При использовании в настоящем документе схема или устройство "выполнена или выполнено с возможностью" выполнения функции всякий раз, когда схема или устройство содержит необходимое аппаратное обеспечение и код (если это необходимо) для выполнения функции независимо от того, отключено ли выполнение этой функции или она не задействована (например, настраиваемой пользователем настройкой, заводской настройкой и т.п.).
[0077] При использовании в настоящем документе термины "воздушное транспортное средство" и "летательный аппарат" относятся к машине, способной совершать полет, включая, но без ограничения, традиционные летательные аппараты и летательные аппараты вертикального взлета и посадки. Летательные аппараты вертикального взлета и посадки могут включать в себя летательные аппараты с фиксированным крылом (например, штурмовики типа "Харриер"), винтокрылые летательные аппараты (например, вертолеты) и/или летательные аппараты с наклонным ротором / наклонным крылом.
[0078] При использовании в настоящем документе термины "связь" и "сообщение" относятся к (1) передаче или иному сообщению данных от источника до пункта назначения и/или (2) подаче данных на носитель, систему, канал, сеть, устройство, провод, кабель, волокно, схему и/или линию связи для передачи в пункт назначения. Термин "база данных" при использовании в настоящем документе означает организованный массив связанных данных независимо от способа представления данных или их организованного массива. Например, организованный массив связанных данных может быть в виде одного или более из следующего: таблицы, карты, решетки, пакета, датаграммы, фрейма, файла, электронной почты, сообщения, документа, отчета, списка или данных, представленных в любой другой форме.
[0079] В настоящем документе раскрыта система, выполненная с возможностью, помимо прочего, работы в качестве автоматизированного помощника пилота (или второго пилота) или бортинженера. Такая система автоматизации работы летного экипажа может быть выполнена с возможностью управления летательным аппаратом от взлета до посадки с автоматическим исполнением необходимых действий в полете и плана полета, карт контрольных проверок и процедур на правильных этапах полета с одновременным обнаружением нештатных ситуаций и реагированием на них. В то же время пилот (например, пилот или оператор, являющийся человеком) может непрерывно получать информацию посредством интуитивно понятного человеко-машинного интерфейса, функционально соединенного с системой автоматизации работы летного экипажа. Другими словами, система автоматизации работы летного экипажа может обеспечивать выдачу пилоту информации и/или обратную связь для него в реальном времени. Например, система автоматизации работы летного экипажа может указывать состояние летательного аппарата относительно выполняемой процедуры. Система автоматизации работы летного экипажа может быть выполнена с возможностью, если это необходимо, взятия на себя управления летательным аппаратом посредством роботизированных исполнительных механизмов.
[0080] При этом пилот имеет возможность выполнять задачи, наиболее подходящие для решения человеком, такие как принятие решений на высоком уровне и составление планов полетов. Тем не менее, задачи, наиболее подходящие для автоматизации, могут решаться системой автоматизации работы летного экипажа, включая, например, манипулирование органами управления, исполнение карт контрольных проверок и контроль работы двигателей и эксплуатационных данных летательного аппарата. Кроме того, система автоматизации работы летного экипажа может иметь возможность доступа к внешней информации, которая либо в настоящее время недоступна для пилотов, либо приобретается только с опытом, такая как общие системные сбои для конкретного летательного аппарата, или то, как диспетчерская служба обычно управляет воздушным движением в конкретном аэропорту. Система автоматизации работы летного экипажа может быть выполнена с возможностью работы в качестве автоматизированного помощника или в качестве командира воздушного судна, и если она имеет такую конфигурацию, то необходимость в человеке-операторе полностью устраняется. В альтернативном варианте реализации система автоматизации работы летного экипажа может обеспечивать для пилота возможность непрерывного контроля за состоянием летательного аппарата и дополнения информации без взятия на себя фактического управления летательным аппаратом. Например, система автоматизации работы летного экипажа может служить в качестве "второго комплекта глаз" пилота, для контроля выполнения карт контрольных проверок, приборов, состояния двигателя, воздушного пространства, режима полета и т.п.
[0081] В отличие от существующих роботизированных автопилотов и систем помощи при пилотировании, которые требуют установки со вскрытием блоков, требуют значительного опыта при установке и учета особенностей конкретного летательного аппарата, система автоматизации работы летного экипажа в соответствии с аспектом раскрытия настоящего изобретения использует системную архитектуру и систему накопления знаний, что обеспечивает быструю установку без вскрытия блоков, что в свою очередь способствует широкому использованию и обеспечивает возможность быстрого приспособления предлагаемой системы автоматизации работы летного экипажа к использованию на различных летательных аппаратах. Кроме того, сбор данных системой автоматизации работы летного экипажа и системой восприятия не ограничены системой GPS, ускорениями, ориентацией и курсом, как в случае с существующими роботизированными автопилотами. По существу, система автоматизации работы летного экипажа увеличивает возможности существующих систем сбора данных и восприятия для лучшего захвата эксплуатационных данных летательного аппарата посредством использования как отдельных датчиков, захвата данных изображения приборов (например, температуры, высоты, РЛС, углов отклонения закрылков и т.п.), так и измерения, обнаружения или иного приема входящих сигналов управления от пилота. Кроме того, базовая платформа системы автоматизации работы летного экипажа и конструкция систем основных и вспомогательных исполнительных механизмов для управления полетом обеспечивает возможность транспортабельности системы внутри самых разных летательных аппаратов. Таким образом, в отличие от существующих роботизированных автопилотов или систем помощи при пилотировании предлагаемая система автоматизации работы летного экипажа может быть временно установлена и легко перенесена с одного летательного аппарата на другой без такой модификации летательного аппарата, которая требует вскрытия его блоков. Система автоматизации работы летного экипажа благодаря своей модульной конструкции дополнительно уменьшает вероятность выработки односторонних решений, использование которых становится устаревшим по мере развития летательных аппаратов.
[0082] Комбинирование подсистем системы автоматизации работы летного экипажа дает пилоту высокоточное знание о физическом состоянии летательного аппарата и уведомляет пилота о любых отклонениях в предполагаемом состоянии на основании, например, прогностических моделей. Эта осведомленность о состоянии может быть переведена непосредственно в полезную информацию для пилота, такую как предупреждение о развитии аварийных условий, вычисление уровня топлива, уведомление об условиях обледенения и т.п. Например, система автоматизации работы летного экипажа также может служить в качестве цифрового бортинженера и выдавать пилоту рекомендации во время контроля выполнения карт контрольных проверок, приборов, состояния двигателя, воздушного пространства, режима полета и т.п.
[0083] Эта внештатная система автоматизации работы летного экипажа, которая может быть установлена без вскрытия блоков в уже существующих летательных аппаратах, воспринимает состояние летательного аппарата визуально и посредством других датчиков, получает вектор состояния летательного аппарата и другую информацию о летательном аппарате и сообщает о любых отклонениях от предполагаемого состояния летательного аппарата пилоту или на вышку контрольно-диспетчерского пункта. Хотя система автоматизации работы летного экипажа может быть установлена без вскрытия блоков (например, посредством системы восприятия), в альтернативном варианте реализации она может быть установлена со вскрытием блоков. Например, система автоматизации работы летного экипажа может быть электронно соединена с приборной панелью кабины (например, через обратную сторону приборной панели) посредством, например, системы контроля состояния летательного аппарата. В альтернативном варианте реализации система автоматизации работы летного экипажа может быть встроенной и установленной постоянно во время изготовления летательного аппарата. В сочетании с системой исполнительных механизмов система автоматизации работы летного экипажа также может брать на себя управление летательным аппаратом и автономно управлять его перемещением.
[0084] Архитектура системного уровня.
Для распределения обязанностей и рабочей нагрузки, связанных с выполнением полета, система 100 автоматизации работы летного экипажа должна быть способна выполнять действия, которые пилот выполняет в обычном режиме в течение всего полета независимо от модификации, модели или типа летательного аппарата. Пример архитектуры системы 100 автоматизации работы летного экипажа в соответствии с одним аспектом показан на ФИГ. 1а - 1с. Как показано на ФИГ. 1а, базовая платформа 102 может работать в качестве центральной подсистемы, которая соединяет другие подсистемы посредством одного или более интерфейсов. Подсистемы могут сообщаться друг с другом через программные и/или аппаратные интерфейсы 156 с использованием проводных и/или беспроводных протоколов и аппаратных средств связи. На ФИГ. 1b показан приводимый в качестве примера поток информации (например, данных) между различными подсистемами.
[0085] Система 100 автоматизации работы летного экипажа может содержать базовую платформу 102, функционально соединенную с множеством подсистем, таких как перечисленные ниже. Каждая из указанного множества подсистем системы 100 автоматизации работы летного экипажа может быть модульной, так что вся система 100 автоматизации работы летного экипажа по существу может быть быстро перенесена на другой летательный аппарат. Например, различные подсистемы могут быть съемными и соединяться с возможностью связи друг с другом посредством базовой платформы 102 с использованием одного или более программных и/или аппаратных интерфейсов 156. Однако в некоторых аспектах система 100 автоматизации работы летного экипажа альтернативно может быть неотъемлемой частью системы летательного аппарата и поэтому непосредственно использовать все датчики и индикаторы в самолете. Например, система 100 автоматизации работы летного экипажа или ее компоненты могут быть встроены в летательный аппарат во время его проектирования и изготовления.
[00861] Указанное множество подсистем могут включать в себя, например, систему 106 восприятия, систему 108 исполнительных механизмов, систему 104 на основе человеко-машинного интерфейса и систему 116 управления полетом, каждая из которых может быть функционально соединена с базовой платформой 102. В некоторых аспектах необходимость в системе 106 восприятия может быть ослаблена или устранена посредством использования еще одной системы контроля состояния летательного аппарата. Например, система 100 автоматизации работы летного экипажа может быть соединена (например, с возможностью связи или электронно) с приборной панелью или иным образом выполнена за одно целое с летательным аппаратом или его системами. Однако, как можно ожидать, такая интеграция весьма вероятно потребует определенной модификации летательного аппарата или его проводки. Система 100 автоматизации работы летного экипажа и/или базовая платформа 102 также может содержать систему 114 накопления знаний и систему 122 связи или быть функционально соединена с ними. Модульная конфигурация также позволяет оператору удалять/отключать ненужные системы или модули или добавлять/устанавливать дополнительные системы или модули. Например, когда система 100 автоматизации работы летного экипажа выполнена только с возможностью выдачи информации пилоту посредством системы 104 на основе человеко-машинного интерфейса (т.е. без возможности управления летательным аппаратом), система 108 исполнительных механизмов может быть удалена или отключена для уменьшения веса, затрат и/или потребления электроэнергии. Соответственно, в зависимости от конфигурации система 100 автоматизации работы летного экипажа может быть выполнена с меньшим количеством или дополнительными модулями, компонентами или системами без отклонения от сущности и объема раскрытия.
[0087] При работе система 116 управления полетом получает информацию о состоянии летательного аппарата на основании информационных данных от другой подсистемы (например, системы 106 восприятия) и управляет работой другой подсистемы (например, системы 108 исполнительных механизмов) (например, динамически) так, чтобы поддерживать устойчивость летательного аппарата. Например, система 116 управления полетом может принимать команды режимов транспортного средства и данные конфигурации от базовой платформы 102 с отправкой в базовую платформу 102 информации о состоянии и командах, вырабатываемых системой 116 управления полетом. Например, базовая платформа может быть выполнена с возможностью передачи одной или более команд в систему 116 управления полетом летательного аппарата на основании, по меньшей мере частично, данных о полетной ситуации, которые могут быть получены от системы 112 контроля состояния летательного аппарата, системы 106 восприятия или их сочетания.
[0088] Система 116 управления полетом может включать в себя существующие устройства или системы управления полетом, например, используемые в летательных аппаратах с фиксированным крылом и винтокрылых летательных аппаратах, или сообщаться с существующими устройствами или системами управления полетом. Система 122 связи обеспечивает возможность сообщения системы 100 автоматизации работы летного экипажа с другими устройствами (включая удаленные или дистанционные устройства), например, по сети. Система 122 связи может принимать команды связи и данные конфигурации от базовой платформы 102 при отправке в базовую платформу 102 информации о состоянии и реагировании от системы 122 связи.
[0089] Базовая платформа 102.
На ФИГ. 2 схематично показана архитектура приводимой в качестве примера базовой платформы 102. Для обеспечения работы системы 100 автоматизации работы летного экипажа, независящей от транспортного средства, базовая платформа 102 может обеспечивать промежуточное программное обеспечение или иным образом служить в качестве промежуточного программного обеспечения, которое может быть выполнено специально для конкретного летательного аппарата или конкретной конфигурации посредством фазы начального перехода и настройки. Иными словами, система 110 управления выполнением задания может обеспечивать операционную систему 206, которая предоставляет услуги для набора оперативных приложений 202 и обеспечивает выдачу выходных сигналов на одно или более из комплекта аппаратных интерфейсов 204 или системы 104 на основе человеко-машинного интерфейса при выполнении сбора и регистрации данных, необходимых для задействования этих приложений.
[0090] Базовая платформа 102 служит в качестве основного автономного агента и средства принятия решения, которые объединяют сигналы, поступающие от системы 106 восприятия и системы 104 на основе человеко-машинного интерфейса, с приобретенной ими базой знаний для определения общего состояния системы. Базовая платформа 102 может обрабатывать сигналы, поступающие от различных комплектов датчиков, и сводить получаемую в результате информацию с получением понимания текущего состояния летательного аппарата. Получаемая в результате информация может сравниваться с файлом для конкретного летательного аппарата, который охватывает понимание системой 100 автоматизации работы летного экипажа намерений пилота, состояния системы и понимание соответствующих процедур для летательного аппарата в той мере, в которой они относятся к оценке состояния системы 100 автоматизации работы летного экипажа. Получаемые в результате знания о состоянии и соответствующие рекомендации могут быть переданы человеку-пилоту посредством системы 104 на основе человеко-машинного интерфейса или, в некоторых аспектах, в систему 116 управления полетом и/или систему 108 исполнительных механизмов для обеспечения автономной работы. Система 100 автоматизации работы летного экипажа также может создавать журнал данного полета для последующего анализа, который может быть использован для обеспечения подготовки пилотов и который может обеспечивать составление подробных оперативных отчетов о летной подготовке и действиях, выполняемых в полете. Журналы могут быть использованы в связи, например, с анализом обеспечения качества полетных операций, анализом технического обслуживания и т.п.
[0091] Как показано на чертежах, базовая платформа 102 может содержать систему 110 управления выполнением задания и полетные контроллеры 118, каждый из которых выполнен с возможностью связи друг с другом и другими подсистемами посредством одного или более программных и/или аппаратных интерфейсов 156, которые могут представлять собой сочетание аппаратных средств (например, постоянных или съемных коннекторов) и программного обеспечения. Базовая платформа 102 может служить главным компьютером для различных программных процессов, которые отслеживают состояние летательного аппарата и процедур, а также любых модулей для анализа тенденций (выдачи предупреждений с упреждением) и стандартных программ машинного обучения. В некоторых аспектах система 100 автоматизации работы летного экипажа и/или базовая платформа 102 могут использовать компьютерную шину и спецификацию (например, в качестве интерфейса), которая способствует обнаружению аппаратного компонента подсистемы в системе 100 автоматизации работы летного экипажа без необходимости в физическом конфигурировании устройства или вмешательства пользователя при разрешении конфликтов ресурсов. Такая конфигурация может быть названа "Plug-and-Play". Таким образом, пользователь может легко добавлять системы или подсистемы (например, в виде модулей) в систему 100 автоматизации работы летного экипажа или удалять их посредством базовой платформы 102 без каких-либо существенных изменений или усилий по интеграции.
[0092] Выходные сигналы базовой платформы 102 могут быть использованы для передачи сообщений в систему 104 на основе человеко-машинного интерфейса. Сообщения могут указывать, например, на выполнение карт контрольных проверок, начало возникновения нештатных ситуаций, выдачу предупреждений об увеличении высоты и т.п. Базовая платформа 102 также может содержать регистратор полетных данных, например, для обеспечения возможности оценки рабочих параметров и для обеспечения устойчивости к сбросу данных в полете на исходные значения. Аппаратные средства и различные компьютеры также могут иметь защищенное исполнение и размещаться в одном корпусе с другими устройствами, такими как компьютер восприятия. Как раскрыто ниже, базовая платформа 102 может быть функционально соединена с инерциально-спутниковой (GPS) навигационной системой 154 и системой управления питанием (например, мощностью 28 В постоянного тока). Базовая платформа 102 также может содержать регистратор полетных данных, например, для обеспечения возможности оценки рабочих параметров и для обеспечения устойчивости к сбросу данных в полете на исходные значения.
[0093] Система 110 управления выполнением задания обычно содержит устройство 132 управления выполнением задания, стандартный интерфейс 130 (например, принятый в НАТО интерфейс согласно Соглашению по стандартизации STANAG), устройство 158 управления осведомленностью о состоянии и другие рабочие компоненты 120 (например, аппаратные и программные контроллеры и/или интерфейсы), каждый из которых соединен с возможностью связи друг с другом посредством одной или более шин 124 данных. Открытая архитектура базовой платформы 102 обеспечивает возможность ввода дополнительных данных, принимаемых от систем посредством шины 124 данных. В некоторых аспектах система 110 управления выполнением задания может быть соединена с одним или более приборами кабины летательного аппарата посредством системных интерфейсов транспортного средства для сбора данных о полетной ситуации. В других аспектах система 110 управления выполнением задания может собирать данные о полетной ситуации через интерфейс состояния летательного аппарата посредством системы 112 контроля состояния летательного аппарата, которая может собирать или вырабатывать данные о полетной ситуации посредством прямого соединения с летательным аппаратом и/или системой 106 восприятия.
[0094] Как показано на чертежах, система 110 управления выполнением задания функционально может быть соединена с системой 108b вспомогательных исполнительных механизмов (например, при необходимости автономной работы), системой 106 восприятия и системой 104 на основе человеко-машинного интерфейса, включая человеко-машинный интерфейс 126 (например, программное обеспечение и/или аппаратные средства, которые передают сигналы, поступающие от пилота, и отображают для него информацию) и наземной станцией 128. Система 110 управления выполнением задания может сообщаться с полетными контроллерами 118 посредством устройства 132 управления выполнением задания.
[0095] Полетные контроллеры 118 могут включать в себя, например, устройство 134 управления автопилотом и устройство 136 управления транспортным средством. Устройство 136 управления транспортным средством может быть в целом ответственно за навигацию и определение местоположения и состояния летательного аппарата. Устройство 136 управления транспортным средством может быть соединено с модулем 142 оценки состояния, который определяет оцениваемое состояние летательного аппарата с использованием информации, принимаемой от системы 106 восприятия посредством модуля 138 восприятия и от инерциально-спутниковой (GPS) навигационной системы 154 посредством навигационного модуля 140.
[0096] Устройство 134 управления автопилотом в целом может быть ответственно за управление полетом летательного аппарата на основании, например, информации, принимаемой от устройства 136 управления транспортным средством и системы 110 управления выполнением задания. Устройство 134 управления автопилотом управляет, помимо прочего, системой 152 управления полетом, которая может быть новой или ранее существующей (и содержит полетный контроллер 150), а также модулем 144 исполнительных механизмов обеспечения автоматизации работы летного экипажа и модулем 146 исполнительных механизмов летательного аппарата. Модуль 144 исполнительных механизмов обеспечения автоматизации работы летного экипажа может управлять системой 108а основных исполнительных механизмов, модуль 146 исполнительных механизмов летательного аппарата может управлять органами 148 управления летательного аппарата (например, различными полетными поверхностями и исполнительными механизмами).
[0097] В некоторых аспектах компоненты полетного контроллера 118 могут перекрываться с определенными компонентами системы 116 управления полетом. Например, в некоторых аспектах (например, когда резервирование нежелательно и возможна установка без вскрытия блоков)' базовая платформа 102 может использовать часть существующего программного обеспечения и/или аппаратных средств летательного аппарата, что устраняет необходимость в дополнительных аппаратных средствах, таких как некоторые компоненты полетного контроллера 118 и/или инерциально-спутниковая (GPS) навигационная система 154.
[0098] Открытая архитектура.
Базовая платформа 102 служит в качестве центральной подсистемы, или интерфейса, системы 100 автоматизации работы летного экипажа, которая или который в открытой архитектуре соединяет остальные подсистемы и управляет ими (например, как отдельными приложениями). Такие остальные подсистемы включают в себя, например, систему 116 управления полетом (включая любые характеристики плана полета), систему 104 на основе человеко-машинного интерфейса, систему 108 исполнительных механизмов (например, системы основных и вспомогательных исполнительных механизмов для обеспечения при необходимости автономной работы), систему 106 восприятия, систему 114 накопления знаний и другие подсистемы 236. Таким образом, управление указанными другими аппаратными средствами системы 100 автоматизации работы летного экипажа может быть обеспечено конкретными приложениями, специфичными для конкретной части аппаратных средств, что позволяет быстро интегрировать новые системы или другую внешнюю технологию поддержки плана полета.
[0099] Архитектура базовой платформы 102 обеспечивает возможность быстрой транспортировки и расширяемости при переходе на новый летательный аппарат или включение новой функции/возможности плана полета. Таким образом, приложение может быть использовано для того, чтобы позволить системе 100 автоматизации работы летного экипажа получать информацию, характерную или иным образом необходимую для этого летательного аппарата или для обеспечения указанных новых возможностей. Например, переход и настройка могут обрабатываться отдельными приложениями, работающими в базовой платформе 102 или других подсистемах, представляющими функциональные возможности, характерные для летательного аппарата, а также растущую библиотеку возможностей системы 100 автоматизации работы летного экипажа, которая может быть обменена в зависимости от плана полета, требования к летательному аппарату или экипажу. В некоторых аспектах процесс перехода может поддерживаться программными приложениями, являющимися внешними по отношению к системе 100 автоматизации работы летного экипажа (такими как редактор процедур).
[0100] Структура 208 данных летательного аппарата.
Операционная система 206 работает в качестве промежуточного программного обеспечения, связывающего между собой оперативные приложения 202, аппаратные интерфейсы 204 и другие подсистемы, такие как система 114 накопления знаний. Операционная система 206 может использовать структуру 208 данных летательного аппарата, которая может включать в себя базу 210 данных знаний, базу 212 данных процедур и базу 214 данных состояния.
[0101] Структура 208 данных летательного аппарата способствует работе системы 100 автоматизации работы летного экипажа, не зависящей от транспортного средства, посредством обеспечения для базовой платформы 102 возможности получения полного понимания систем летательного аппарата, их конфигурации и процедур, необходимых для поддержания надежной работы, а также всех других знаний и компетенций, которыми должен обладать квалифицированный пилот этого летательного аппарата. Структура 208 данных летательного аппарата может быть заполнена системой 114 накопления знаний (раскрытой ниже), которая содержит необходимую информацию о летательном аппарате, эксплуатируемом в настоящее время (например, модель управления полетом, эксплуатационные процедуры, системы летательного аппарата и т.п.), данные, принятые от внутренних датчиков состояния и других подсистем или датчиков.
[0102] Структура 208 данных летательного аппарата может быть заполнена и настроена для конкретного летательного аппарата во время фазы накопления знаний (например, во время первоначальной настройки) таким образом, что она содержит всю информацию, необходимую для управления летательным аппаратом. Например, при переходе на новый летательный аппарат система 114 накопления знаний может выполнять заданные действия для определения компоновки (например, контроллеров/показателей считывания, например приборов кабины), рабочих параметров и других характеристик летательного аппарата. Заданные действия могут включать в себя, например:
(1) создание модели систем летательного аппарата, которая несет информацию для системы 100 автоматизации работы летного экипажа о том, какие системы находятся на борту, и как они сконфигурированы, о пределах срабатывания исполнительных механизмов и т.п.;
(2) кодификацию процедур, которая несет информацию для системы 100 автоматизации работы летного экипажа о том, как эксплуатировать летательный аппарат в нормальных и ненормальных ситуациях, включая кодификацию карт контрольных проверок;
(3) аэродинамическую модель, которая несет информацию для системы 100 автоматизации работы летного экипажа о том, как управлять полетом летательного аппарата и какие будут характеристики при данных конфигурациях летательного аппарата; и
(4) информацию об операциях по выполнению задания.
[0103] Базовая платформа 102 может объединять эту информацию с данными от набора внутренних датчиков состояния, что также улучшает резервирование и надежность системы с обеспечением для системы 100 автоматизации работы летного экипажа возможности выработки высокоточной оценки состояния летательного аппарата и состояния системы, и определения отклонения от предполагаемого поведения. Во время полета структура данных динамически обновляется за счет данных в режиме реального времени, собираемых, помимо прочего, внутренними датчиками состояния системы 100 автоматизации для летного экипажа, системы 106 восприятия, системы 104 на основе человеко-машинного интерфейса, а также системы 100 автоматизации работы летного экипажа. После заполнения структуры 208 данных летательного аппарата для данного летательного аппарата она может сохраняться в библиотеке летательного аппарата и использоваться для всех других летательных аппаратов такого же типа и такой же модели, для которых доступна система 100 автоматизации работы летного экипажа. Структура 208 данных летательного аппарата может также уточняться по мере выработки дополнительных данных и/или их сбора системой 100 автоматизации работы летного экипажа.
[0104] Оперативные приложения 202.
Базовая платформа 102 может обеспечивать систему 100 автоматизации работы летного экипажа множеством оперативных приложений 202. Примеры таких оперативных приложений 202 могут включать, без ограничения, приложение 216 работы в нормальном режиме полета, приложение 218 обнаружения аномалий, приложение 220 работы в нештатной ситуации, приложение 222 сбора информации, наблюдения и разведки (например, движение по орбитам для сбора информации, наблюдения и разведки), приложение 238 распознавания тенденций или другие приложения 224 конкретных действий по плану полета, такие как приложение 316 дозаправки в воздухе.
[0105] Приложение 216 работы в нормальном режиме полета позволяет системе 100 автоматизации работы летного экипажа совершать полет по заданному плану полета от взлета до посадки при условии отсутствия нештатных ситуаций. Приложение 216 работы в нормальном режиме полета характерно для непрерывного выполнения нормальной полетной активности, как того требует конкретная фаза полета. Заданный план полета может быть изменен в полете вследствие неожиданных нарушений, таких как метеоусловия, команды диспетчерской службы воздушного движения, воздушное движение и т.п.
[0106] Приложение 218 обнаружения аномалий использует методы машинного обучения для контроля состояния летательного аппарата, кластеризации и классификации входных сигналов датчиков для обнаружения возникновения ненормальных ситуаций и определения, произошла ли нештатная ситуация. Приложение 218 обнаружения аномалий выполнено с возможностью сравнения сигналов состояния, получаемых от датчиков, с набором пороговых значений, определенных в эксплуатационной документации для конкретного летательного аппарата (например, никогда не превышать заданную воздушную скорость, температуру двигателя и т.п.). Приложение 218 обнаружения аномалий также может сравнивать сигналы состояния, получаемые от датчиков, с дополнительной информацией, доступной для системы 100 автоматизации работы летного экипажа, и вырабатывать предупреждения или другие сообщения в ответ на достижение заданных или динамически определяемых пороговых значений (например, пороговые значения предупреждения и т.п.).
[0107] В случае нештатной ситуации приложение 220 работы в нештатной ситуации выполняет необходимые заданные карты контрольных проверок, процедуры и действия, указанные приложением 220 для нештатной ситуации, для поддержания надежной работы летательного аппарата или безопасного отклонения полета. Следует отметить, что если наблюдается отклонение от предполагаемых характеристик, пилоту может быть выдано предупреждение о ненормальном состоянии, что позволяет смягчить последствия или избежать возможных ошибок. Если на работу летательного аппарата оказывает влияние определенная эксплуатационная ошибка (например, вызываемые пилотом колебания), система 100 автоматизации работы летного экипажа может идентифицировать и смягчать проявление таких событий. Если обнаружена аномалия, приложение 220 работы в нештатной ситуации информирует пилота и взаимодействует с ним посредством системы 104 на основе человеко-машинного интерфейса и в конечном счете выполняет процедуру (процедуры), необходимую (необходимые) для реагирования на аномалию. В завершение, приложение 222 сбора информации, наблюдения и разведки и другие приложения 224 обеспечения конкретных действий по плану полета могут выдавать инструкции, алгоритмы или информацию, необходимые для выполнения операций, относящихся к выполняемому заданию.
[0108] Приложение 238 распознавания тенденций обеспечивает анализ появляющихся тенденций с использованием машинного обучения на основании, например, системы 114 накопления знаний. В некоторых аспектах приложение 238 распознавания тенденций может выдавать данные в приложение 218 обнаружения аномалий или иным образом инициировать его работу. Например, если приложение 238 распознавания тенденций обнаруживает нежелательную тенденцию, она может быть помечена как аномалия, и сообщение о ней может быть передано в приложение 218 обнаружения аномалий.
[0109] Аппаратные интерфейсы 204.
Различная информация, относящаяся к оперативным приложениям 202, передается между системой 108а основных исполнительных механизмов, системой 108Ь вспомогательных исполнительных механизмов, системой 106 восприятия, системой 112 контроля состояния летательного аппарата, системой 104 на основе человеко-машинного интерфейса и другими подсистемами 236 посредством, например, интерфейса 226 основных исполнительных механизмов, интерфейса 228 вспомогательных исполнительных механизмов, интерфейса 230 состояния летательного аппарата, человеко-машинного интерфейса 232 и другого интерфейса 234.
[0110] Система 104 на основе человеко-машинного интерфейса.
Система 104 на основе человеко-машинного интерфейса обеспечивает для пилота (например, пилота-человека, находящего на борту или на удалении) интерфейс управления и связи. Система 104 на основе человеко-машинного интерфейса выполнена с возможностью конфигурирования для обеспечения работы в качестве устройства управления планом полета, которое обеспечивает для пилота возможность управления системой 100 автоматизации работы летного экипажа. Система 104 на основе человеко-машинного интерфейса может сочетать элементы кабин с экранной индикацией, наземных станций управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) и электронных планшетов летчика для обеспечения возможности эффективной, действующей и устойчивой к скрытым отказам связи между пилотом и системой 100 автоматизации работы летного экипажа. По существу, электронный планшет летчика представляет собой электронное устройство управления информацией, которое обеспечивает возможность выполнения членами летного экипажа разнообразных функций, ранее обычно выполнявшихся с использованием бумажных носителей. Система 104 на основе человеко-машинного интерфейса может включать в себя человеко-машинный интерфейс 126, который может быть основан на графическом пользовательском интерфейсе с сенсорным экраном и/или системах распознавания речи. Человеко-машинный интерфейс 126 может использовать, например, планшетный компьютер, портативный компьютер, смартфон или их комбинацию. Человеко-машинный интерфейс 126 может быть прикреплен рядом с пилотом (например, на колонке управления - как часто прикрепляют карты контрольных проверок или на коленном ремне) зависимости от предпочтений пилота. Человеко-машинный интерфейс 126 может быть соединен с возможностью удаления с кабиной или, в некотором аспекте, использовать встроенный индикатор внутри кабины (например, существующий индикатор).
[0111] На ФИГ. 3а показан приводимый в качестве примера человеко-машинный интерфейс 126, имеющий интерфейс с одним сенсорным экраном и систему распознавания речи. Система 104 на основе человеко-машинного интерфейса служит в качестве основного канала связи между пилотом и системой 100 автоматизации работы летного экипажа, обеспечивая для пилота возможность подачи команд на выполнение задач в систему 100 автоматизации работы летного экипажа и приема обратной связи или инструкций от системы 100 автоматизации работы летного экипажа, для изменения распределения задач между пилотом и системой 100 автоматизации работы летного экипажа и для выбора, какие оперативные приложения 202 в настоящее время задействованы, для системы 100 автоматизации работы летного экипажа.
[0112] Как показано на ФИГ. 1b, например, система 104 на основе человеко-машинного интерфейса может принимать информацию о состоянии от подсистемы посредством базовой платформы 102 с отправкой в базовую платформу 102 команд изменения параметров, вырабатываемых системой 104 на основе человеко-машинного интерфейса или сигналов, поступающих от пилота. Пилот может быть удаленным (например, находиться на земле или в другом летательном аппарате) или бортовым (т.е. находиться в летательном аппарате). Таким образом, в некоторых аспектах работа системы 104 на основе человеко-машинного интерфейса может быть обеспечена удаленно по сети посредством системы 122 связи.
[0113] Человеко-машинный интерфейс 126.
Как показано на ФИГ. 3а и 3b, человеко-машинный интерфейс 126 может использовать графический пользовательский интерфейс на основе планшета и интерфейс распознавания речи, который обеспечивает голосовую связь. Задачей человеко-машинного интерфейса 126 является обеспечение возможности взаимодействия пилота с базой знаний базовой платформы 102 подобно тому, как пилот взаимодействует с человеком-бортинженером или вторым пилотом.
[0114] Человеко-машинный интерфейс 126 может отображать текущее состояние системы 100 автоматизации работы летного экипажа (ее текущие настойки и задачи, за решение которых она ответственна), а также какие оперативные приложения 202 в настоящее время установлены, какие оперативные приложения запущены и, если они активны, какие действия предпринимают оперативные приложения 202. Средством отображения графического пользовательского интерфейса для человеко-машинного интерфейса 126 также могут быть очки ночного видения, выполненные совместимыми так, что он виден независимо от защитных очков пилота. Система распознавания речи может быть использована для имитирования таких устных сообщений, которые используют люди-члены летного экипажа при отработке карты контрольных проверок и связи в кабине экипажа. В некоторых аспектах распознавание речи может быть ограничено одними и теми же стандартами кодированных сообщений, используемых летным экипажем, осуществляющим пилотирование, с тем чтобы минимизировать вероятность того, что система не сможет распознать команды или перейдет в ненадлежащие режимы работы. Система распознавания речи может быть выполнена с возможностью обучения/распознавания речи данного пилота посредством протокола голосового обучения. Например, пилот может произносить заданный прописанный текст таким образом, что система распознавания речи может обучаться с учетом особенностей произношения пилота.
[0115] Человеко-машинный интерфейс 126 может обеспечивать выдачу состояния и/или деталей различных операций, в том числе всей системы 100 автоматизации работы летного экипажа, посредством приложения 322 состояния автоматизации работы летного экипажа, системы 106 восприятия посредством приложения 304 состояния средств восприятия, автопилота посредством приложения 306 состояния автопилота (там, где это применимо), инерциально-спутниковой (GPS) навигационной системы 154 посредством приложения 308 состояния средств GPS и любого другого приложения или информации 310 о состоянии системы. Отображение человеко-машинного интерфейса 126 может быть настроено пилотом. Например, пилот может пожелать добавить, реорганизовать или удалить некоторые из отображаемых на дисплее значков и/или оперативных приложений 202, что может быть выполнено посредством компьютерного выбора и перетаскивания или с помощью приложения 312 настроек автоматизации работы летного экипажа. Человеко-машинный интерфейс 126 также может информировать пилота о рабочем состоянии летательного аппарата и выдавать пилоту инструкции или советы.
[0116] Как показано на чертежах, человеко-машинный интерфейс 126 может иметь панель инструментов с различными выбираемыми закладками, такими как закладка 328 маршрута, закладка 330 процедур, закладка 332 калибровки и закладка 334 приложений. Когда пилот выбирает, например, закладку 334 приложений, человеко-машинный интерфейс 126 может отображать различные оперативные приложения 202, установленные в системе 100 автоматизации работы летного экипажа (например, базовой платформе 102), в том числе, например, приложение 216 работы в нормальном режиме полета, приложение 220 работы в нештатной ситуации, приложение 312 настроек автоматизации работы летного экипажа, приложение 314 контрольно-измерительных приборов и приложение 316 дозаправки в воздухе.
[0117] Выбор приложения 312 настроек автоматизации работы летного экипажа обеспечивает для пилота возможность изменения, перераспределения или иного редактирования настроек системы 100 автоматизации работы летного экипажа и/или установки оперативных приложений 202. Выбор приложения 314 контрольно-измерительных приборов может обусловливать отображение человеко-машинным интерфейсом 126 различных рабочих условий летательного аппарата, включая, например, позицию, направление, скорость, высоту, крен, рыскание и т.п. Различные рабочие условия летательного аппарата, которые могут быть собраны от системы 106 восприятия или другого датчика, могут быть отображены буквенно-цифровыми символами или графическими круговыми шкалами (например, в соответствии с настройками предпочтений пилота). В завершение, выбор значка приложения 316 дозаправки в воздухе может заставлять систему 100 автоматизации работы летного экипажа реализовывать заданный протокол для способствования выполнению операций по дозаправке в воздухе или координирования таких операций. Например, при выборе приложения 316 дозаправки в воздухе система автоматизации работы летного экипажа может координировать совместную работу с другими летательными аппаратами для обеспечения дозаправки и выполнения необходимых для этого карт контрольных проверок (например, для обеспечения точных позиции, воздушной скорости летательных аппаратов, открытия крышки топливного бака и т.п.). Также могут быть использованы дополнительные приложения для выполнения задания, которые обеспечивают возможность выполнения системой автоматизации работы летного экипажа операций по заданию.
[0118] Когда пилот выбирает закладку 328 маршрута, человеко-машинный интерфейс 126 может отображать карту 326 района со значком 322, представляющим текущее местоположение летательного аппарата по траектории полета относительно его различных путевых точек 320. Выбор (например, похлопыванием, щелчком и т.п.) значка 322 может вызывать отображение диалогового окна 324, в котором выводятся различные рабочие условия летательного аппарата. Карта 326 района может быть сохранена, экспортирована, повернута или панорамирована с использованием окна 318 управления картой. Карта 326 района может быть сохранена или экспортирована (например, посредством системы 122 связи) в виде статического изображения или набора данных (или базы данных). Когда пилот выбирает закладку 332 калибровки, человеко-машинный интерфейс 126 может отображать калибровку летательного аппарата, при этом пилот может иметь возможность последующего ее пересмотра.
[0119] Система 104 на основе человеко-машинного интерфейса может обеспечивать интуитивно понятный дисплей и интерфейс, который обеспечивает верификацию карт контрольных проверок и выдачу предупреждения в отношении исправности от базовой платформы 102 и прогнозирование состояния летательного аппарата (например, потребления топлива и прогнозируемой оставшейся дальности полета), а также прогнозирование сбоев и предупреждения об отклонениях (например, "температура выходящих газов левого двигателя на 5 градусов выше нормы и растет"). Таким образом, когда пилот выбирает закладку 330 процедур, как показано на ФИГ. 3b, он может просматривать и контролировать выполнение пунктов карты контрольных проверок, а также просматривать какие-либо предупреждения в отношении исправности. По существу, работа системы 104 на основе человеко-машинного интерфейса заключается в упрощении контроля и/или выполнения карт контрольных проверок с отметкой пунктов как выполненных, когда система 106 восприятия воспринимает информацию об их выполнении, и выдачей предупреждений пилоту, когда пункты не выполнены, на основании информации, ранее импортированной, например, из руководства по летной эксплуатации. Система 100 автоматизации работы летного экипажа также контролирует исправность систем, сравнивая текущее состояние системы с предполагаемым на основании Руководства по летной эксплуатации и других источников знаний, и управляет соответствующим реагированием на нештатные ситуации. В некоторых аспектах либо пилот, либо базовая платформа 102 может подтверждать выполнение действий по карте контрольных проверок, и система 104 на основе человеко-машинного интерфейса автоматически переходит к правильной карте контрольных проверок, если это необходимо. Система 104 на основе человеко-машинного интерфейса может выдавать визуальные и звуковые сигналы тревоги для привлечения внимания пилота к пропущенным пунктам карты контрольных проверок, приборам, которые показывают значения, выходящие за пределы нормы, или прогнозируемым событиям по мере выполнения летательным аппаратом плана полета, который может быть введен в виде последовательности путевых точек (например). Например, как показано на чертежах, список задач может быть представлен вместе с индикаторами, которые показывают, завершено ли выполнение задачи, выполняется ли она в настоящий момент или ее необходимо выполнить (например, значок "отметка о проверке" включает значение "выполнение завершено", значок "выполнятся в настоящий момент" и значок "необходимо выполнить"). Схожим образом может быть предоставлен список опасностей для здоровья вместе с одним или соответствующими значками для обозначения одного или более рабочих условий, выходящих за пределы допустимого диапазона. Например, если топлива недостаточно, вместе со значком недостаточного количества топлива может использоваться индикатор недостаточного количества топлива.
[0120] Распределение задач.
Система 104 на основе человеко-машинного интерфейса может обеспечивать для пилота возможность ограничения действий, исполняемых системой 100 автоматизации работы летного экипажа, при наличии таковых. Система 104 на основе человеко-машинного интерфейса может определять распределение задач между пилотом и системой 100 автоматизации работы летного экипажа, их обязанности и осуществлять передачу информации между ними с функционированием в качестве коллаборативного робота-помощника пилота. Таким образом, система 100 автоматизации работы летного экипажа может функционировать в зависимости от конфигурации в чисто консультативной роли (т.е. без управления летательным аппаратом), полностью автономной роли (т.е. с управлением органами управления полетом без вмешательства пилота) или консультативной роли с возможностью управления полетными контроллерами. Система 104 на основе человеко-машинного интерфейса также может быть выполнена так, чтобы позволить пилоту пройти фазу перехода, на которой пилот определяет аспекты полетной операции, за которые ответственна система 100 автоматизации работы летного экипажа. Например, система 104 на основе человеко-машинного интерфейса может отображать список задач, в котором пилот может выбрать, кто несет ответственность за данную задачу в списке - система 100 автоматизации работы летного экипажа или пилот. Список задач может быть представлен в систему 104 на основе человеко-машинного интерфейса из редактора процедур, который описан ниже. После заполнения структуры 208 данных летательного аппарата и ее уточнения, в результате чего пилот больше доверяет системе 100 автоматизации работы летного экипажа, пилот может позволить системе 100 автоматизации работы летного экипажа выполнение дополнительных действий, при этом пилот осуществляет переход из основного режима в режим контрольного наблюдения (т.е. полностью автономный режим). В этом режиме контрольного наблюдения взаимодействия пилота могут происходить на высоком, целеориентированном уровне, на котором система 104 на основе человеко-машинного интерфейса поддерживает выполнение этих задач, а также позволяет оператору понять другие уровни для устранения неполадок. Как отмечено выше, в некоторых аспектах все задачи могут выполняться пилотом, а системе 100 автоматизации работы летного экипажа остается вспомогательная роль.
[0121] Осведомленность о режиме работы.
Существует риск того, что при использовании какой-либо системы автоматизации пилот может перепутать режимы работы (например, когда пилот не сосредотачивается на задаче, т.к. полагает, что ее выполнением будет заниматься система автоматизации). Система 104 на основе человеко-машинного интерфейса позволяет избежать такой путаницы режимов за счет выработки правильной функции и вышеописанного распределения задач между системой 100 автоматизации работы летного экипажа и пилота. По существу, система 104 на основе человеко-машинного интерфейса обеспечивает пилоту возможность непосредственно выдавать команды и задавать конфигурацию системы 100 автоматизации работы летного экипажа посредством человеко-машинного интерфейса 126 и отображает информацию, необходимую для понимания пилотом, какие действия берет на себя система 100 автоматизации работы летного экипажа, для обеспечения осведомленности о режиме работы. Иными словами, осведомленность о режиме работы в целом относится к состоянию, при котором режим системы соответствует ожидаемому оператором режиму работы. Человеко-машинный интерфейс 126 может отображать информацию, необходимую для обеспечения того, чтобы пилот всегда знал, в каком режиме функционирует система 100 автоматизации работы летного экипажа. Кроме того, система 104 на основе человеко-машинного интерфейса обеспечивает взаимодействие с человеком для приложений при выполнении отдельных заданий (например, оперативных приложений 202).
[0122] Система 112 контроля состояния летательного аппарата.
Система 112 контроля состояния летательного аппарата собирает, определяет или иным образом воспринимает состояние летательного аппарата в реальном времени. Как отмечено выше, система 112 контроля состояния летательного аппарата может воспринимать состояние летательного аппарата в реальном времени посредством, помимо прочего, прямого соединения (например, встраивания в летательный аппарат или какого-либо проводного соединения с ним) с летательным аппаратом или посредством системы 106 восприятия. Когда используется система 106 восприятия, система 112 контроля состояния летательного аппарата может включать в себя выделенный контроллер (например, процессор) или совместно использовать контроллер 402 системы 106 восприятия. Система 106 восприятия, например, может использовать сочетание системы технического зрения, акустической системы и идентификационных алгоритмов для считывания или уяснения информации о полетной ситуации, отображаемой приборами кабины. Приводимые в качестве примера приборы кабины включают в себя, например, высотомер, индикатор воздушной скорости, индикатор вертикальной скорости, одну или более курсовых систем (например, магнитный компас), одну или более гироскопических систем (например, указатель пространственного положения, индикатор курса, указатель поворота), одну или более систем на основе пилотажных командных приборов, одну или более навигационных систем (например, всенаправленный курсовой радиомаяк, работающий на очень высоких частотах, ненаправленный радиомаяк) и т.п. Система 106 восприятия может включать в себя процессор и один или более оптических датчиков (например, три или более легких камер видеонаблюдения), последовательно установленных на приборной панели, чтобы максимизировать плотность пикселей, устойчивость к бликам и для резервирования. Указанные один или более оптических датчиков могут быть по проводам подсоединены к компьютеру восприятия через, например, сеть Ethernet. Указанные один или более оптических датчиков должны быть установлены на линии прямой видимости с приборной панелью, но так, чтобы не загораживать обзор пилоту.
[0123] Данные о полетной ситуации, воспринимаемые системой 106 восприятия, могут кодироваться и передаваться в базовую платформу 102 в режиме реального времени. Открытая архитектура базовой платформы 102 обеспечивает возможность включения в нее дополнительных данных, принимаемых посредством шины 124 данных, для дополнения данных о полетной ситуации, вырабатываемых системой 106 восприятия. Как показано на ФИГ. 1b, например, система 112 контроля состояния летательного аппарата и/или система 106 восприятия могут принимать команды и данные конфигурации от базовой платформы 102, с отправкой в базовую платформу 102 информации о состоянии и полетной ситуации (например, данных о полетной ситуации), собираемой системой 106 восприятия или иным образом собранной системой 112 контроля состояния летательного аппарата.
[0124] На ФИГ. 4 показана приводимая в качестве примера система 106 восприятия, функционально соединенная, помимо прочего, с базовой платформой 102 (которая соединена с другими подсистемами, такими как система 116 управления полетом), инерциально-спутниковой (GPS) навигационной системой 154 и любыми другими системами 412 ввода. Система 106 восприятия осуществляет визуальный и/или акустический контроль, помимо прочего, приборов кабины с выработкой данных о полетной ситуации, которые могут быть использованы для получения информации о состоянии летательного аппарата исходя из компоновки кабины летательного аппарата, в которой может использоваться разное оборудование от базовых аналоговых приборов до комплектов высокоинтегрированного авиационного электронного оборудования для кабин с экранной индикацией. Помимо получения информации о физическом состоянии, такой как воздушная скорость и высота, система 106 восприятия также может контролировать приборы, показывающие работу систем летательного аппарата, такие как указатели уровня топлива и средства радиосвязи, и обеспечивать дополнительную обратную связь о состоянии и положении органов системы 108 исполнительных механизмов.
[0125] Как показано на чертежах, система 106 восприятия может содержать контроллер 402 восприятия, функционально соединенный с базой 404 данных, и множество датчиков, таких как камеры 410, (используемых для системы технического зрения), микрофон 408 (используемый для акустической системы) и/или другие датчики 406 (например, датчики температуры, датчики положения, инерционные датчики и т.п.). Контроллер 402 восприятия может представлять собой, например, процессор, выполненный с возможностью передачи данных о полетной ситуации (или выдачи иных инструкций) в базовую платформу 102 на основании принятой информации и обработанной информации, принятой от указанного множества датчиков, базы 404 данных и внешних компонентов, таких как инерциально-спутниковая (GPS) навигационная система 154, и других систем 412 ввода.
[0126] Система технического зрения.
Система 106 восприятия может использовать монокулярную или стереоскопическую систему технического зрения с возможным включением в нее маркеров захвата движения для непрерывного контроля состояния летательного аппарата посредством считывания того, что отображено на приборах кабины. В некоторых аспектах посредством сравнения информации о сцене с двух точек расположения камеры может быть извлечена трехмерная информация путем изучения относительных положений объектов на двух панелях. Система технического зрения может быть использована для точного контроля приборов (например, стеклянных указательных приборов, физических манометров и т.п.) и переключателей, а также их положений в условиях различной освещенности и компоновок и размеров кабины. Использование стереоскопической системы технического зрения и/или маркеров также обеспечивает реализацию чувственного восприятия для предотвращения столкновений между какими-либо роботизированными компонентами и пилотом.
[0127] Система технического зрения может использовать комплект стереокамер высокой четкости и/или сканирующий лидар. Система может быть выполнена с возможностью распознавания данных от всех полетных приборов и получения информации о состоянии кремальер, переключателей и контрольно-измерительных приборов, которые отображают состояние конкретных систем летательного аппарата (например, остаток топлива). Она также может быть выполнена с возможностью распознавания состояния панели с достаточным разрешением для обнаружения незначительных изменений, которые возникают в результате действий пилота. Алгоритмы машинного зрения в компьютере системы 106 восприятия 'производят считывание' приборов (контрольно-измерительных приборов, огней, панели поправки на угол ветра, отдельных элементов основного полетного табло или полетного табло комплексной сигнализации в кабине с экранной индикацией) и механических элементов, таких как рычаги управления двигателем, элементы продольной балансировки, переключатели и автоматы защиты сети, для выдачи в реальном времени в базовую платформу 102 информации об обновлении состояния кабины.
[0128] Система 106 восприятия может быть выполнена с возможностью получения информации о состоянии летательного аппарата исходя из компоновок кабины летательного аппарата, в которой может использоваться разное оборудование от базовых аналоговых приборов до комплектов высокоинтегрированного авиационного электронного оборудования для кабин с экранной индикацией. Благодаря системе технического зрения устраняется необходимость в обязательной выдаче данных с летательного аппарата, что обеспечивает /увеличивает транспортабельность оборудования внутри летательного аппарата. Однако, когда возможно, система 100 автоматизации работы летного экипажа также может быть соединена с источником данных летательного аппарата (например, через порт данных). Кроме того, используя подход, основанный на приложениях, описанный для базовой платформы 102, различные компоновки кабины могут быть рассмотрены и уяснены с использованием различных базовых оперативных приложений 202. Например, система 100 автоматизации работы летного экипажа может использовать приложение 314 контрольно-измерительных приборов для извлечения значений, отображаемых на приборах, будь то на графической круговой шкале (например, механическом аналоговом указателе или его цифровых представлениях) или в кабине с экранной индикацией. Такой подход также обеспечивает возможность запуска системой 100 автоматизации работы летного экипажа оперативных приложений, которые контролируют, помимо прочего, метеорологические радиолокационные станции, системы отображения воздушного движения и карты местности, отображаемые в кабине.
[0129] Для обеспечения транспортабельности системы 100 автоматизации работы летного экипажа процесс быстрого изучения новой компоновки кабины и кодирования небольших различий в местоположении и масштабировании или блоках приборов обеспечивается конструкцией системы 106 восприятия. Например, во время фазы первоначального накопления знаний местоположение и шкалы приборов и переключателей могут быть закодированы и подтверждены для конкретного летательного аппарата, что сокращает срок выполняемой в реальном времени задачи по извлечению позиции, отображаемой графической круговой шкалой (круговой шкалой) или отображаемой численно (в кабине с экранной индикацией), например, на контрольно-измерительных приборах в виде графической круговой шкалы, дисплее на электронно-лучевой трубке, жидкокристаллическом дисплее и т.п. Кусочно-плоская структура приборной панели кабины позволяет системе 106 восприятия интерпретировать изображения (например, с использованием методов томографии) и регистрировать их с сопоставлением с данными предварительно составленных карт, получаемыми во время фазы первоначального накопления знаний. Соответственно, изображения прямой передачи могут регистрироваться и сравниваться с ранее аннотированной моделью, что значительно упрощает интерпретацию данных.
[0130] Система 108 исполнительных механизмов.
При необходимости система 108 исполнительных механизмов выполняет действия, команды на выполнение которых она получила посредством базовой платформы 102, для управления полетом и в целом работой летательного аппарата. Система 108 исполнительных механизмов системы 100 автоматизации работы летного экипажа выполняет действия, команды на выполнение которых она получила от базовой платформы 102, для управления полетом и в целом работой летательного аппарата без вмешательства в действия, выполняемые пилотом. Как показано на ФИГ. 1b, например, система 108 исполнительных механизмов может принимать команды приведения в действие и данные конфигурации от базовой платформы 102 с отправкой при этом в базовую платформу 102 информации о состоянии и реагировании, вырабатываемой системой 108 исполнительных механизмов.
[0131] Кабины пилотируемых летательных аппаратов рассчитаны так, чтобы человек мог достать до того, что ему нужно, и поэтому все органы управления в кабине выполнены доступными для роботизированного/механического манипулятора сопоставимого размера. Однако манипулятор, которым можно привести в действие каждые отдельные выключатель, кремальеру, рычаг и кнопку в любой возможной кабине в условиях больших перегрузок и вибрации с быстрым выполнением действия, необходимым для аварийного режима, может оказаться дорогим, тяжелым и требовать вскрытия большего количества блоков, чем желательно для системы 100 автоматизации работы летного экипажа.
[0132] Чтобы более эффективно обеспечить транспортабельность внутри летательного аппарата, в системе 100 автоматизации работы летного экипажа приведение в действие основных органов управления полетом (ручки/колонки, ручки, боковой ручки управления или совместно, педалей управления рулем направления, тормозами и газом) может быть отделено от приведения в действие вспомогательных органов управления полетом (например, переключателей, кремальер, клавишных выключателей, предохранителей и т.п.). Такой подход уменьшает вероятность выработки односторонних решений, использование которых становится устаревшим по мере развития летательных аппаратов. Таким образом, система 100 автоматизации работы летного экипажа может использовать систему 108а основных исполнительных механизмов и систему 108b вспомогательных исполнительных механизмов для физического управления исполнительными механизмами в кабине. В частности, система 108а основных исполнительных механизмов может приводить в действие основные органы управления полетом, а система 108b вспомогательных исполнительных механизмов может приводить в действие вспомогательные органы управления полетом, не мешая пилоту использовать эти органы управления. Система 108а основных исполнительных механизмов и система 108b вспомогательных исполнительных механизмов выполнены с возможностью совместного приведения в действие всех стандартных органов управления, находящихся в известных кабинах экипажа, во время выполнения полетных операций.
[0133] Как раскрыто ниже, система 108а основных исполнительных механизмов сфокусирована на приведении в действие основных органов управления полетом (ручки/колонки управления, ручки, боковой ручки или совместно, педалей управления рулем направления, тормозами и газом), а система 108b вспомогательных исполнительных механизмов сфокусирована на приведении в действие органов управления, до которых системе 108а основных исполнительных механизмов сложно добраться, таких как вспомогательные органы управления полетом (например, переключатели, кремальеры, клавишные выключатели, предохранители и т.п.).
[0134] Система 108а основных исполнительных механизмов.
Система 108а основных исполнительных механизмов сфокусирована на наборе органов управления, необходимых для безопасного управления летательным аппаратом. Как показано на ФИГ. 5а и 5b, система 108а основных исполнительных механизмов включает в себя раму 516, имеющую шарнирную руку 502 (например, роботизированную конечность или "руку") и исполнительный механизм 510 ручки/колонки управления, который приводит в действие основные органы управления полетом (колонку, ручку, боковую ручку управления или совместно, педали управления рулем направления, тормозами и газом) и другие легкодоступные органы управления. Исполнительные механизмы могут представлять собой одно или более из линейных (действующих по прямой линии), вращающихся (действующих по круговой траектории) или колебательных исполнительных механизмов, которые могут приводиться в действие посредством одного или более из электрических, пневматических и/или гидравлических способов.
[0135] Размер и форма рамы 516 могут обеспечивать возможность ее размещения в пределах сидения стандартного летательного аппарата. Для этого площадь основания рамы 516 должна быть приблизительно равна площади, занимаемой средним человеком, находящимся в кресле, или меньше ее. Система 108 исполнительных механизмов может быть изготовлена с использованием легких металлов, металлических сплавов и/или композиционных материалов.
[0136] Исполнительный механизм 510 ручки/колонки управления.
Исполнительный механизм 510 ручки/колонки управления может быть соединен и взаимодействовать с существующей ручкой/колонкой 514 управления летательного аппарата с использованием механизма 512 захвата ручки/колонки управления. Размер и форма механизма 512 захвата ручки/колонки управления являются такими, что он является универсальным и может взаимодействовать с ручками/колонками управления и/или штурвалами различных форм. Исполнительный механизм 510 ручки/колонки управления может быть выполнен с возможностью перемещения ручки/колонки 514 управления вперед, назад, влево, вправо и в промежуточные положения. Механизм 512 захвата ручки/колонки управления также может содержать один или более исполнительных механизмов для приведения в действие кнопок и/или переключателей, расположенных на ручке/колонке 514 управления.
[0137] Шарнирная рука 502.
Размер, форма и конфигурация шарнирной руки 502, управляемой приводным механизмом, могут быть такими, что она занимает пространство, обычно занимаемое руками второго пилота, с обеспечением таким образом ее транспортабельности внутри летательного аппарата. Для обеспечения возможности перемещения с множеством степеней свободы шарнирная рука 502 может содержать множество звеньев руки (линейных, изогнутых или выполненных под углом), соединенных с использованием множества шарнирных или поворотных соединений 506. На своем дальнем конце шарнирная рука 502 может содержать механизм 504 захвата. Механизм 504 захвата может быть соединен с шарнирной рукой 502 посредством соединения с множеством степеней свободы. Основание шарнирной руки 502 может быть соединено с возможностью поворота и перемещения с рамой 516 посредством подвижного основания 508. Например, шарнирная рука 502 может быть соединена с верхним основанием 508а, которое соединено с возможностью перемещения с нижним основанием 508b, которое может быть прикреплено к раме 516. Верхнее основание 508а может перемещаться относительно нижнего основания 508b с использованием, например, сочетания направляющих и шаровых опор. В некоторых аспектах верхнее основание 508а может перемещаться относительно нижнего основания 508b вдоль как оси X, так и оси Y.
[0138] Шарнирная рука 502 может быть оборудована кодирующим устройством (например, сдвоенными кодирующими устройствами с разрешением 18 бит) для каждой из его степеней свободы для обеспечения точного позиционирования шарнирной руки 502. На каждом шарнирном или поворотном соединении 506 могут быть предусмотрены внутренние муфты, так что пилот при необходимости может пересилить шарнирную руку 502 без ее повреждения. В таком случае система 100 автоматизации работы летного экипажа может определять позицию или местоположение шарнирной руки 502 с использованием кодирующих устройств.
[0139] Механизм 504 захвата может быть выполнен с возможностью соединения или иного взаимодействия, например, с рычагами управления двигателем и т.п. Механизм 504 захвата также может обеспечивать определение силы и давления, с тем чтобы позволить системе 100 автоматизации работы летного экипажа оценивать степень захвата исполнительным механизмом органа управления полетом, и регулировать движение для правильного его отбрасывания. После выполнения указанного движения эта же обратная связь может быть использована для определения, была ли получена ли необходимая конфигурация выключателя. В некоторых аспектах шарнирная рука 502 может быть оснащена электронным устройством (например, следящим устройством), которое позволяет ей находить цель и вести ее.
[0140] Система 108b вспомогательных исполнительных механизмов.
В отличите от основных органов управления полетом, которые в разных модификациях и типах летательных аппаратов в целом размещены в одной и той же области, местоположение вспомогательных органов управления полетом (например, органов авиационного электронного оборудования, переключателей, кремальер, клавишных выключателей, тумблеров, закрытых переключателей, предохранителей и т.п.) не является таким систематическим или пространственно сосредоточенным для разных летательных аппаратов.
[0141] Система 108b вспомогательных исполнительных механизмов сфокусирована на приведении в действие органов управления, до которых системе 108а основных исполнительных механизмов сложно добраться. Например, некоторые переключатели могут даже находиться на верхней панели непосредственно над головой командира корабля, что может затруднить манипулирование ими с помощью роботизированной руки (особенно при полете в условиях турбулентности). Соответственно, некоторые исполнительные механизмы могут быть назначены для работы с вышеописанной системой 108а основных исполнительных механизмов, в то время как другие могут быть назначены для работы с системой 108b встроенных вспомогательных исполнительных механизмов.
[0142] Система 108b вспомогательных исполнительных механизмов может быть выполнена в виде перестраиваемого двухкоординатного плоттера или перестраиваемой портальной системы, установленного или установленной непосредственно на необходимой панели и откалиброванного или откалиброванной под конкретную панель, с которой он или она работает. Система 108b вспомогательных исполнительных механизмов предпочтительно выполнена универсальной и изменяемого размера. На ФИГ. 5с показан приводимый в качестве примера двухкоординатный плоттер. Двухкоординатный плоттер может содержать квадратную раму, которая служит в качестве направляющих 520 плоттера, поворотный многофункциональный инструмент 528 с множеством интерфейсов (например, исполнительного механизма 532 переключателя и исполнительного механизма 530 кремальеры), выполненных с возможностью манипулирования необходимыми органами управления, и систему управления, которая перемещает этот многофункциональный инструмент 526 в пределах рамы по набору направляющих 522, проходящих по оси Y, и по набору направляющих 524, проходящих по оси X.
[0143] Во время использования плоттер перемещает многофункциональный инструмент 528 в указанное местоположение, выбирает нужный интерфейс для манипулятора и манипулирует необходимыми вспомогательными органами управления полетом. Например, многофункциональный инструмент 528, который может переключать двухпозиционные переключатели и/или откидывать крышку закрытых переключателей с использованием исполнительного механизма 532 переключателя и может поворачивать кремальеры с использованием исполнительного механизма 530 кремальеры.
Исполнительный механизм 532 переключателя и/или исполнительный механизм 530 кремальеры могут быть соединены с многофункциональным инструментом 528 посредством шарнирного или вращающегося элемента, такого как поворотная рука 534 переключателя.
[0144] При неиспользовании многофункциональный инструмент 526 может быть возвращен в исходное положение (например, автоматически перейти в дальний угол), чтобы не мешать доступу к панели. Многофункциональный инструмент 526 может быть оснащен датчиками (например, датчиками приближения), так что он может уйти с пути при обнаружении руки пилота. Во время первоначальной настройки плоттера на новом летательном аппарате может быть произведено кодирование местоположения, типа и позиции вспомогательной панели управления полетом. После кодирования вспомогательной панели управления полетом конфигурация может быть сохранена в структуре 208 данных летательного аппарата и загружена при установке системы 100 автоматизации работы летного экипажа в тот же самый летательный аппарат или летательный аппарат такого же типа. В некоторых аспектах могут быть предусмотрены дополнительные исполнительные механизмы для приведения в действие контроллеров, которые расположены, например, в углублении для ног в полу кабины, такие как педали (например, педали тормоза и/или управления рулем направления).
[0145] Система 114 накопления знаний.
Система 114 накопления знаний собирает знания в базу и/или вырабатывает базу знаний, необходимых для обеспечения для системы 100 автоматизации работы летного экипажа возможности определения информации, характерной для летательного аппарата. Указанное включает знание рабочих характеристик, ограничений, карт контрольных проверок и процедур летательного аппарата (в том числе процедур действий в экстренной ситуации) и критериев, определяющих нештатные ситуации в летательном аппарате. Данные могут быть извлечены из комбинации кодированных данных (например, из руководств, инструктажей пилотов, руководства по летной эксплуатации) и данных, получаемых в полете (например, посредством датчиков), которые поддерживают автономное машинное обучение и анализ тенденций. Данные для кодирования могут быть загружены в формате .xml, который описывает содержимое процедур и поток задач как во время процедур, так и между процедурами.
[0146] Как показано на ФИГ. 1b, например, система 114 накопления знаний может принимать рабочие команды от базовой платформы 102, с отправкой в базовую платформу 102 данных конфигурации и информации о состоянии и реагировании, вырабатываемых системой 114 накопления знаний.
[0147] Работа системы 114 накопления знаний может быть в целом разделена на три процесса, включающих, например, моделирование систем летательного аппарата, кодификацию процедур и моделирование аэродинамики. Процесс моделирования систем летательного аппарата позволяет выдавать в систему 100 автоматизации работы летного экипажа информацию о доступных бортовых системах и о конфигурации этих бортовых систем, предельных значениях для исполнительных механизмов и т.п. Процесс кодификации процедур позволяет обеспечивать систему 100 автоматизации работы летного экипажа информацией о работе летательного аппарата в нормальных и ненормальных ситуациях. Кодификация процедур может включать в себя, например, кодификацию карт контрольных проверок. В завершение, процесс моделирования аэродинамики позволяет обеспечивать систему 100 автоматизации работы летного экипажа информацией о полете летательного аппарата и о том, какую производительность следует ожидать для данного типа и конфигурации летательного аппарата.
[0148] Во время фазы накопления знаний также должны быть установлены условия, при которых ситуацию считают аномалией или нештатной ситуацией. Эти условия часто возникают по отдельности, например заброс оборотов двигателя или превышение предельного значения воздушной скорости. Используя машинное обучение, система 100 автоматизации работы летного экипажа может осуществлять тонкую настройку своих моделей аэродинамики и управления посредством наблюдения за серией полетных маневров, выполняемых пилотом. Эта информация включает в себя данные о динамике полета, рабочие ограничения, процедуры, системы и компоновки летательного аппарата, а также другие соответствующие данные. Помимо письменной информации система 100 автоматизации работы летного экипажа также может кодировать информацию на основании прошедших событий и опыта более опытных пилотов. Машинное обучение обеспечивает быстрое и эффективное накопление знаний.
[0149] Использование системы 106 восприятия системы 100 автоматизации работы летного экипажа и системы 108 исполнительных механизмов обеспечивает контроль приборов и органов управления в кабине самолета или тренажера по мере того, как пилот выполняет движения согласно стандартному профилю полета. Наблюдение за действиями пилота позволяет системе 100 автоматизации работы летного экипажа учиться непосредственно у пилота и имитировать ровное управление с использованием экспертной системы для данной операции. Для этого процесса благоприятно, что полетные операции очень структурированы в том, что должно быть сделано в данной ситуации - благодаря этому машинное обучение позволяет кодифицировать, как и что должно быть исполнено.
[0150] Заполнение структуры 208 данных летательного аппарата может быть осуществлено с использованием расширяемого языка разметки (Extensible Markup Language, XML). В частности, может быть использована структура данных XML, содержащая набор полей и деревья данных, которые при заполнении позволяет базовой платформе 102 конфигурировать летательный аппарат и управлять им. В некоторых аспектах система 100 автоматизации работы летного экипажа может выполнять анализ полетных документов на естественном языке и/или использовать программный инструмент, что позволяет человеку осуществлять эффективный и точный ввод данных.
[0151] В некоторых аспектах может быть произведена выработка и кодирование набора признаков, не зависящих от самолета. Например, процедуры типа уборки шасси, действий при отказе двигателя на многодвигательном летательном аппарате и вывод из режима сваливания одинаковы для летательных аппаратов многих типов и потребуют минимального изменения для конкретной конструкции летательного аппарата. Кроме того, основные ограничения по конструкции летательного аппарата (такие как значения скорости, которые никогда нельзя превышать) необходимо вводить только в виде конкретных чисел, и они могут быть взяты из руководств по летной эксплуатации в течение номинального периода времени.
[0152] Редактор процедур.
Информация, характерная для летательного аппарата, может быть собрана во время переходного периода с использованием, например, письменной документации (например, руководства по летной эксплуатации, руководства по техническому обслуживанию и т.п.), а также во время непосредственного контроля операций летательного аппарата. Результатом этого процесса накопления знаний является структура 208 данных летательного аппарата, описанная выше в отношении базовой платформы 102. В этой структуре 208 данных летательного аппарата могут содержаться рабочие процедуры, доступные системы и их конструкции, компоновка кабины и вся другая информация, необходимая для безопасной эксплуатации летательного аппарата. В некоторых аспектах пакет программ для разработки приложений автоматизации работы летного экипажа может позволить инженеру по программному обеспечению/ответственному за органы управления полетом определять, кодировать и тестировать одну подсистему летательного аппарата (например, электрическую или гидравлическую) в день. Пакет программ для разработки приложений автоматизации работы летного экипажа может обеспечивать инструменты для преобразования процедур из руководства по летной эксплуатации в конечные автоматы, совместимые с программами Matlab State Flow и Simulink, которые затем могут автоматически кодировать процедуры на С для включения в базовую платформу 102. Пакет программ для разработки приложений автоматизации работы летного экипажа также может вырабатывать тестовый код для уровня блока, а также интерфейсы для тестирования с передачей в базовую платформу 102. Например, редактор процедур может обеспечивать выдачу списка задач, где пилот может выбирать, несет ли ответственость за данную задачу в списке система 100 автоматизации работы летного экипажа или пилот.
[0153] Накопление знаний об управлении полетом.
На первом этапе при накоплении знаний об управлении полетом используют программу оценки аэродинамики и динамики полета Athena Vortex Lattice (AVL) для получения математической модели в виде безразмерных производных устойчивости, которые используются и уточняются пилотом во время полета. После калибровки механизмов основных органов управления полетом может быть использовано системное идентифицирующее приложение учебного полета для выполнения последовательности полетных маневров, предназначенных для определения конкретных производных устойчивости. Данные автоматически обрабатываются с получением обновленных производных устойчивости для использования в контроллере. Контроллер может использовать устройство автоматической настройки. Эти же обновленные производные устойчивости используются при моделировании с шестью степенями свободы в качестве этапа контрольной проверки правильности работы контроллеров перед полетом. Еще одно преимущество накопления знаний об управлении полетом заключается в обеспечении возможности уточнения и включения большого количества знаний, относящихся к формальным процедурам. Хотя в процедурах изложены отдельные этапы, конкретные подробности их выполнения могут отсутствовать (например, сколько следует ждать между этапами или насколько резко следует увеличить подачу газа).
[0154] Реверсивная инженерия полетных рабочих характеристик летательного аппарата.
Рабочие характеристики летательного аппарата, которые могут быть измерены бортовыми блоками накопления данных, производителями летательных аппаратов и авиационного электронного оборудования, обычно считаются своей собственностью. Эта информация может быть использована для моделирования полета, контроля исправности летательного аппарата, разработки летательного аппарата и многого другого. В настоящее время желание третьих сторон использовать накопленные бортовые данные ограничено их проприетарной природой. Это ограничение было частично преодолено за счет использования автономных комплектов датчиков летательного аппарата. Эти имеющиеся в продаже комплекты датчиков измеряют только часть данных, доступных посредством приборов кабины, и сигналы управления, поступающие от пилота. При этом, поскольку в системе 100 автоматизации работы летного экипажа используется множество датчиков для определения летных характеристик летательного аппарата, она обеспечивает возможность эффективной реверсивной инженерии рабочих характеристик воздушного транспортного средства. Система 100 автоматизации работы летного экипажа собирает информацию о летательном аппарате с помощью комбинации автономных датчиков, захвата данных в виде изображений приборов кабины и органов управления, которыми вводятся данные управления.
[0155] Пример.
Аспекты раскрытия настоящего изобретения могут быть проиллюстрированы на примере следующего плана полета, который показывает, как система 100 автоматизации работы летного экипажа может взаимодействовать с пилотом, выполнять план полета, выполнять полетные задачи и реагировать на нештатные ситуации во время включения системы и взлета, выполнения плана полета и обнаружения и обработки аномалий. Однако идеи настоящего изобретения не следует считать ограниченными использованными в этом примере.
[0156] Включение системы и взлет.
Пилот садится в левое кресло летательного аппарата, пристегивает ремни безопасности, размещает средства человеко-машинного интерфейса 126 сбоку от себя так, чтобы было удобно, и активирует приложение системы 100 автоматизации работы летного экипажа. Приложение загружается и запускает ряд диагностик, проводимых при включении питания, и подается питание на средства механического интерфейса и осуществляет их калибровку. На человеко-машинном интерфейсе 126 может быть отображено сообщение, подтверждающее успешность проверки с запросом пилота на подтверждение включения системы 100 автоматизации работы летного экипажа. Пилот выбирает дневной план полета посредством закладки 334 приложений. Система 100 автоматизации работы летного экипажа может быть использована для контроля выполнения карт контрольных проверок. Пилот выбирает запуск двигателя, и система 100 автоматизации работы летного экипажа может начинать последовательность действий по запуску двигателя, запрашивая окончательное подтверждение до фактического запуска. В это время пилот может обратиться к диспетчеру на вышке за разрешением и принимает план полета для следования в зону тренировочных полетов.
[0157] После запуска двигателя система 100 автоматизации работы летного экипажа может сообщить пилоту об успешности запуска и выдает сообщение, например "готов выполнить руление" (ready to taxi), (либо голосом, либо посредством человеко-машинного интерфейса 126). Пилот запрашивает разрешение на руление, и, услышав его, система 100 автоматизации работы летного экипажа воспроизводит разрешение на руление и выводит отображение этого пилоту для подтверждения. После этого пилот в приложении нажимает кнопку "руление с разрешением" (taxi via clearance), и система 100 автоматизации работы летного экипажа выполняет руление к назначенной взлетно-посадочной полосе, в то время как пилот следит за движением транспортных средств. При нахождении на пороге взлетно-посадочной полосы пилот голосом командует системе 100 автоматизации работы летного экипажа выполнить проверку перед взлетом, и система завершает все необходимые проверки, предлагая пилоту вручную выполнить двойную проверку важных элементов, таких как органы управления полетом. Например, система 100 автоматизации работы летного экипажа может контролировать исполнение человеком-оператором действий по карте контрольных проверок и выдавать сообщение "действия по карте контрольных проверок завершены" (checklist complete) или определять план полета или ошибку.
[0158] После получения еще одного разрешения от диспетчера пилот выдает команды системе 100 автоматизации работы летного экипажа на выруливание летательного аппарата на исполнительный старт и ожидание с последующим взлетом. Система 100 автоматизации работы летного экипажа толкает дроссельные заслонки вперед посредством системы 108а основных исполнительных механизмов, визуально выполняет проверку индикаторов двигателя и кабины посредством системы 106 восприятия, выявляет значения скорости посредством системы 104 на основе человеко-машинного интерфейса и осуществляет поворот со скоростью, подходящей для текущих веса, балансировки и высоты по плотности воздуха. Пилот держит свои руки на ручке/колонке 514 управления для подтверждения сигналов, поступающих от системы 100 автоматизации работы летного экипажа и сохранения своей мышечной памяти. Система 100 автоматизации работы летного экипажа подтверждает эксплуатационные характеристики летательного аппарата согласно текущим условиям и сообщает о каких-либо отклонениях от предполагаемой скорости набора высоты. Система 100 автоматизации работы летного экипажа уменьшает рабочую нагрузку на пилота во время набора высоты, что позволяет увеличить время, в течение которого пилот смотрит вперед (т.е. его глаза направлены вперед, а не на приборы), для отслеживания движения транспортных средств в рабочем воздушном пространстве. Система 100 автоматизации работы летного экипажа также может выдавать совет опытного пилота для данной карты контрольных проверок, летательного аппарата или местоположения. Например, в конкретном аэропорту система 100 автоматизации работы летного экипажа может выдавать инструкции человеку-оператору, используя информацию, относящуюся к конкретном аэропорту, такие как "крутой угол вылета с этой взлетно-посадочной полосы" (steep departure angle from this runway).
[0159] Выполнение плана полета.
После набора высоты, система 100 автоматизации работы летного экипажа выравнивает летательный аппарат и регулирует настройки триммирования и мощности при направлении к первой путевой точке в плане полета. Во время крейсерского полета система 100 автоматизации работы летного экипажа продолжает осуществлять визуальный контроль всех кабинных устройств отображения, постоянно сравнивая характеристики двигателя и эксплуатационные характеристики летательного аппарата с предполагаемыми значениями и предупреждая пилота о любых отклонениях.
[0160] Летательный аппарат прибывает в зону тренировочных полетов и начинает выполнение дневного плана полета. Однако во время планового полета летательный аппарат попадает в кучевое облако, и при этом приборные метеорологические условия (ПМУ) ниже температур замерзания. Пилот запрашивает и принимает разрешение с земли посредством окна системы групповых дискуссий в сети Интернет (internet relay chat, IRC) на человеко-машинном интерфейсе 126, на подъем до 24000 футов (7300 м), чтобы подняться выше неблагоприятных погодных условий. В некоторых аспектах система 100 автоматизации работы летного экипажа запрашивает разрешение у наземного диспетчера.
[0161] Обнаружение и обработка аномалий.
Спустя некоторое время система 100 автоматизации работы летного экипажа может обнаружить, что при данном наборе высоты показываемая индикаторами воздушная скорость медленно отклоняется от расчетной воздушной скорости для этих настроек тангажа и мощности, показывая значения ниже предполагаемых. Это является признаком того, что нагреватель Пито является неисправным и трубки Пито покрыты льдом. У пилота менее 100 часов налета на данном летательном аппарате, и он не знает, что нагреватели Пито в этой модели как известно, ненадежны. Пилот еще не заметил, что показания индикатора воздушной скорости становятся ниже номинальных.
[0162] Однако система 100 автоматизации работы летного экипажа распознает, что данные воздушной скорости являются аномальными для остальных полетных данных полета и ее внутренней модели динамики полета и устно предупреждает пилота об "отказе индикатора воздушной скорости" (airspeed indicator fault). Хотя пилот понимает, что информация о воздушной скорости в настоящее время ненадежна, он не знает, больше или меньше фактическая скорость летательного аппарата по сравнению с тем, что показывают индикаторы.
[0163] На основе базы данных предшествующих аномалий система 100 автоматизации работы летного экипажа представляет ряд процедурных вариантов и обозначает минимальную безопасную высоту для данного района (например, 8000 футов (2400 м)). Пилот выбирает наиболее консервативный вариант, который определяет параметры полета без крена, тангаж и мощность для занятия более низкой высоты (например, 10000 футов (3000 м)). Система 100 автоматизации работы летного экипажа медленно тянет на себя РУДы с переводом их в режим малого газа, выполняет небольшой наклон и начинает снижение. При снижении до 15000 футов (4600 м) трубки Пито снова работают в оперативном режиме. После стабилизации на высоте 10000 футов (3000 м) система 100 автоматизации работы летного экипажа удерживает прямо и ровно летательный аппарат, пока пилот оценивает ситуацию перед тем, как вернуться к плану полета.
[0164] После завершения плана полета на день система 100 автоматизации работы летного экипажа может выполнить процедуру автоматической посадки. Например, система 100 автоматизации работы летного экипажа может привести летательный аппарат к заданной путевой точке, в которой летательный аппарат может начать свое первоначальное снижение. Во время снижения система 100 автоматизации работы летного экипажа может контролировать полетные условия и определять местоположение взлетно-посадочной полосы. После захода на посадку система 100 автоматизации работы летного экипажа может замедлять летательный аппарат и, в конечном счете, осуществить посадку летательного аппарата. Если система 100 автоматизации работы летного экипажа определяет, что посадку осуществить невозможно (например, вследствие препятствия или неприемлемых полетных условий), система 100 автоматизации работы летного экипажа может начать стандартную программу ухода на второй круг или другую стандартную программу для нештатной ситуации. Например, система 100 автоматизации работы летного экипажа может снова попытаться посадить летательный аппарат в том же месте или провести его к альтернативному месту посадки. Пример системы посадки летательного аппарата в альтернативном месте посадки раскрыт в принадлежащей заявителю публикации заявки на патент США № 2015/0323932, озаглавленной "Автономная система доставки грузов" (Autonomous Cargo Delivery System).
[0165] Система 100 автоматизации работы летного экипажа и соответствующие технологии могут быть применены в самых различных летательных аппаратах и летных тренажерах. Летные характеристики, полученные исходя из испытаний в полете летательного аппарата, могут быть использованы для повышения точности воспроизведения летных тренажеров, операторов для подготовки пилотов. Обеспечение доступа летных тренажеров к фактическим эксплуатационным данным летательного аппарата имеет огромную ценность для операторов летных тренажеров. Еще одним преимуществом системы 100 автоматизации работы летного экипажа является ее способность синтезировать полетные характеристики, когда летательный аппарат модифицируют для полетов по специальному плану, например, с помощью дополнительных датчиков и антенн, которые могут повлиять на аэродинамические и полетные характеристики (например, при разработке летательных аппаратов). Кроме того, данные, собранные системой 100 автоматизации работы летного экипажа, могут быть использованы для контроля исправности летательного аппарата, с опорой на прогностические данные для определения необходимости технического обслуживания.
[0166] Система 100 автоматизации работы летного экипажа способствует обеспечению безопасности и эффективности проведения операций в гражданской авиации со значительным при этом сокращении эксплуатационных затрат, связанных с человеком. Например, система 100 автоматизации работы летного экипажа может быть применена к транспортным перевозкам на дальние расстояния для повышения безопасности и эффективности, а также сокращения затрат представленной передовой технологии, способствующей пилотированию. Кроме того, представленный конечный автомат, например, может служить в качестве тренировочного приспособления для пилотов в полете или в качестве системы безопасности, обеспечивая второй комплект средств видения в том, что традиционно является летательным аппаратом с одним пилотом. Части человеко-машинного интерфейса 126 оптимизируют все полетные операции, выполняемые пилотом, даже операции, выполняемые экипажем из нескольких человек.
[0167] Вышеуказанные патенты и патентные публикации включены в настоящий документ посредством ссылки во всей своей полноте. Хотя различные варианты реализации описаны со ссылкой на конкретную конфигурацию деталей, элементов и т.п., они не предназначены для исчерпания всех возможных конфигураций или элементов, поскольку специалистами в данной области техники могут быть определены многие другие варианты реализации, модификации и варианты. Таким образом, следует понимать, что изобретение может быть осуществлено на практике иначе, чем, в частности, описано выше.