一种飞机纵向极限过载限制值计算及告警方法

摘要

本申请提供的飞机纵向极限过载限制值计算及告警方法通过飞控系统接收机电系统发送过来的燃油信息、航电系统发来的外挂信息、大气系统发来的马赫数信息，实时计算飞机该状态下的最大允许极限过载。同时，通过对当前外挂状态、剩余油量、马赫数信息的监控，实时判断纵向极限过载限制值的有效性，可以在输入信息故障的情况下设置纵向过载安全限制值，并通过飞控系统实时采集飞机该状态下的纵向过载，经过求导与滤波后与飞机的实时纵向过载共同组成告警判断函数，实时的向飞机座舱发出告警，从而在纵向过载有逼近限制值的趋势时，达到向飞行员提前发出告警的目的、确保飞机飞行安全的目的。

权利要求

1.一种飞机纵向极限过载限制值计算及告警方法，其特征在于，所述方法包括采集剩余油量信息、飞机外挂信息、马赫数信息，并对采集信号的有效性进行监控与表决；

根据有效的上述信息实时计算飞机在上述信息状态下的最大允许极限过载限制值nymax

式中，Q(Ma)是飞机的载荷常值，K代表设计飞机纵向极限过载限制值所留的余量，飞机总重量G；

采集纵向过载信息，并对纵向过载表决值进行求导与滤波，对得出的过载导数ny′进行限幅，实时计算关于纵向过载ny的告警判断函数E(ny)：E(ny)＝nymax‑ny‑k1*ny′式中，k1为根据试飞数据总结而来的经验参数；

根据告警判断函数E(ny)的计算结果与纵向极限过载告警逻辑实时向座舱发出纵向极限过载告警，其中，当告警判断函数E(ny)≤0时，发出纵向极限过载告警，当告警判断函数E(ny)≥0.2时，退出纵向极限过载告警。

2.如权利要求1所述的飞机纵向极限过载限制值计算及告警方法，其特征在于，采集剩余油量信息，并对采集的剩余油量信号有效性进行监控与表决，包括：依次对飞机油箱内剩余燃油油量、外挂油箱内剩余油量信息进行采集，飞机剩余总油量为两项之和；

接收燃油信息有效字判断剩余油量信号的有效性，表征着接收的飞机剩余油量是否正确，如果燃油信息有效字为“有效”，则表征着接收的飞机剩余油量正确，如果飞机油箱内剩余燃油油量或外挂油箱内剩余油量信号中任意一个燃油信息有效字连续若干拍为“无效”，则认为剩余油量信息无效，设置纵向极限过载限制值为安全值。

3.如权利要求1所述的飞机纵向极限过载限制值计算及告警方法，其特征在于，采集飞机外挂信息，并对采集的飞机外挂信号有效性进行监控与表决，包括：依次对各个外挂挂点数据进行采集，包括挂点外挂物重量、挂点外挂挂架重量采集，每个挂点重量应为上述两项之和，外挂物总重量应为各个挂点重量之和；

飞机状态为空中时，通过外挂状态字判断外挂是否投放，当该挂点状态为投放时，则该挂点重量应等于挂点外挂挂架重量；

通过外挂状态字判断外挂重量的有效性，表征着接收的外挂信息是否正确，如果接收的外挂状态字中不存在非法外挂代码，则认为外挂信息有效，如果接收的外挂状态字中存在非法外挂代码，则认为外挂信息无效，则设置纵向极限过载限制值为安全值。

4.如权利要求1所述的飞机纵向极限过载限制值计算及告警方法，其特征在于，采集马赫数信息，并对采集的马赫数信号有效性进行监控与表决，包括：当接收的马赫数信号无故障时，按照多数表决的原则，马赫数表决值取剩余次大、次小的马赫数信号中值；

当接收的马赫数信号出现第1次故障时，按照多数表决的原则，将故障马赫数信号切除，马赫数表决值取剩余三余度信号中值；

当接收的马赫数信号出现第2次故障时，按照多数表决的原则，将故障马赫数信号再次切除，马赫数表决值取剩余二余度信号均值；

当接收的马赫数信号出现第3次故障时，且最后一次故障时剩余2余度马赫数信号状态字均为“无效”或均为“有效”，则认为飞控系统接收的当前马赫数是无效的，设置纵向极限过载告警失效；

当接收的马赫数信号出现奇异故障时，且出现奇异故障的马赫数信号状态字均为“无效”或均为“有效”，则认为飞控系统接收的当前马赫数是无效的，设置纵向极限过载告警失效。

5.如权利要求1所述的飞机纵向极限过载限制值计算及告警方法，其特征在于，所述飞机总重量G按如下公式计算：

G＝含飞行员的飞机空重+剩余油量Go+外挂重量GwGo＝Go1+Go2

Gw＝∑Gi,i＝1,2,3......

式中：飞机空重为根据称重得出的预先加载的固定数值；剩余油量Go包括飞机油箱内剩余燃油油量Go1与外挂油箱内剩余油量Go2；Gw为外挂物总重量，等于各个外挂挂点重量Gi之和，当相应挂点外挂投放后，Gi仅为外挂挂架重量。

6.如权利要求5所述的飞机纵向极限过载限制值计算及告警方法，其特征在于，当剩余油量或外挂重量中任意一个出现故障时，则G取安全值：G安全＝含飞行员的飞机空重+G设定值。

说明书

一种飞机纵向极限过载限制值计算及告警方法

技术领域

[0001] 本申请属于飞行控制技术领域，特别涉及一种飞机纵向极限过载限制值计算及告警方法。

背景技术

[0002] 飞机过载是飞机控制的关键参数之一，无论是在日常飞行训练还是在现代飞机空战中，大机动飞行是现代战机必不可少的飞行状态。相比于侧向与前向过载，飞机纵向过载
往往更能反映出飞机的机动能力。然而，飞行中飞行员拉杆过大或过猛都有可能导致飞机
超越所允许的纵向过载限制值而陷入危险驾驶状态。过猛的大机动动作不仅会导致飞机纵
向载荷过大，对飞机机体产生不可接受的负担，可能导致机体受损甚至飞机解体，还会对飞
机中的飞行员在生理上产生巨大的压力，影响飞行员操纵状态，严重威胁飞行安全。同时，
若采用较为保守的固定数值去限制飞机的纵向过载，则会导致飞机在空中的真实机动能力
下降，限制飞行性能。

[0003] 因此，精确地计算出极限过载限制值并在合适的时机发出告警，对提升飞机的飞行性能与安全起着重要的作用。

[0004] 飞机的过载限制值应该是随着飞机在空中的状态变化而实时变化的，由于传统飞机在飞控系统、大气系统、机电系统、任务系统之间缺少必要的数据交联，其所设置的极限
限制值往往不能满足实时性的要求，同时也缺乏相匹配的极限告警方法。因此，传统的飞机
纵向过载计算及告警策略不能很好的满足飞机对纵向极限过载实时计算及告警的使用需
求。

发明内容

[0005] 本申请的目的是提供了一种飞机纵向极限过载限制值计算及告警方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

[0006] 本申请提供的技术方案是：一种飞机纵向极限过载限制值计算及告警方法，所述方法包括：

[0007] 采集剩余油量信息、飞机外挂信息、马赫数信息，并对采集信号的有效性进行监控与表决；

[0008] 根据有效的上述信息实时计算飞机在上述信息状态下的最大允许极限过载限制值nymax

[0009]

[0010] 式中，Q(Ma)是飞机的载荷常值，K代表设计飞机纵向极限过载限制值所留的余量，飞机总重量G；

[0011] 采集纵向过载信息，并对纵向过载表决值进行求导与滤波，对得出的过载导数ny′进行限幅，实时计算关于纵向过载ny的告警判断函数E(ny)：

[0012] E(ny)＝nymax‑ny‑k1*ny′

[0013] 式中，k1为根据试飞数据总结而来的经验参数；

[0014] 根据告警判断函数E(ny)的计算结果与纵向极限过载告警逻辑实时向座舱发出纵向极限过载告警。

[0015] 在本申请中，采集剩余油量信息，并对采集的剩余油量信号有效性进行监控与表决，包括：

[0016] 依次对飞机油箱内剩余燃油油量、外挂油箱内剩余油量信息进行采集，飞机剩余总油量为两项之和；

[0017] 接收燃油信息有效字判断剩余油量信号的有效性，表征着接收的飞机剩余油量是否正确，如果燃油信息有效字为“有效”，则表征着接收的飞机剩余油量正确，如果飞机油箱
内剩余燃油油量或外挂油箱内剩余油量信号中任意一个燃油信息有效字连续若干拍为“无
效”，则认为剩余油量信息无效，设置纵向极限过载限制值为安全值。

[0018] 在本申请中，采集飞机外挂信息，并对采集的飞机外挂信号有效性进行监控与表决，包括：

[0019] 依次对各个外挂挂点数据进行采集，包括挂点外挂物重量、挂点外挂挂架重量采集，每个挂点重量应为上述两项之和，外挂物总重量应为各个挂点重量之和；

[0020] 飞机状态为空中时，通过外挂状态字判断外挂是否投放，当该挂点状态为投放时，则该挂点重量应等于挂点外挂挂架重量；

[0021] 通过外挂状态字判断外挂重量的有效性，表征着接收的外挂信息是否正确，如果接收的外挂状态字中不存在非法外挂代码，则认为外挂信息有效，如果接收的外挂状态字
中存在非法外挂代码，则认为外挂信息无效，则设置纵向极限过载限制值为安全值。

[0022] 在本申请中，采集马赫数信息，并对采集的马赫数信号有效性进行监控与表决，包括：

[0023] 当接收的马赫数信号无故障时，按照多数表决的原则，马赫数表决值取剩余次大、次小的马赫数信号中值；

[0024] 当接收的马赫数信号出现第1次故障时，按照多数表决的原则，将故障马赫数信号切除，马赫数表决值取剩余三余度信号中值；

[0025] 当接收的马赫数信号出现第2次故障时，按照多数表决的原则，将故障马赫数信号再次切除，马赫数表决值取剩余二余度信号均值；

[0026] 当接收的马赫数信号出现第3次故障时，且最后一次故障时剩余2余度马赫数信号状态字均为“无效”或均为“有效”，则认为飞控系统接收的当前马赫数是无效的，设置纵向
极限过载告警失效；

[0027] 当接收的马赫数信号出现奇异故障时，且出现奇异故障的马赫数信号状态字均为“无效”或均为“有效”，则认为飞控系统接收的当前马赫数是无效的，设置纵向极限过载告
警失效。

[0028] 在本申请中，所述飞机总重量G按如下公式计算：

[0029] G＝飞机空重(含飞行员)+剩余油量Go+外挂重量Gw

[0030] Go＝Go1+Go2

[0031] Gw＝∑Gi,i＝1,2,3......

[0032] 式中：飞机空重为根据称重得出的预先加载的固定数值；剩余油量Go包括飞机油箱内剩余燃油油量Go1与外挂油箱内剩余油量Go2；Gw为外挂物总重量，等于各个外挂挂点重
量Gi之和，当相应挂点外挂投放后，Gi仅为外挂挂架重量。

[0033] 在本申请中，当剩余油量或外挂重量中任意一个出现故障时，则G取安全值：

[0034] G安全＝飞机空重(含飞行员)+G设定值。

[0035] 在本申请中，纵向极限过载告警逻辑包括：

[0036] 当告警判断函数E(ny)≤0时，发出纵向极限过载告警；

[0037] 当告警判断函数E(ny)≥0.2时，退出纵向极限过载告警。

[0038] 本申请提供的飞机纵向极限过载限制值计算及告警方法通过飞控系统接收机电系统发送过来的燃油信息、航电系统发来的外挂信息、大气系统发来的马赫数信息，实时计
算飞机该状态下的最大允许极限过载。同时，通过对当前外挂状态、剩余油量、马赫数信息
的监控，实时判断纵向极限过载限制值的有效性，可以在输入信息故障的情况下设置纵向
过载安全限制值，并通过飞控系统实时采集飞机该状态下的纵向过载，经过求导与滤波后
与飞机的实时纵向过载共同组成告警判断函数，实时的向飞机座舱发出告警，从而在纵向
过载有逼近限制值的趋势时，达到向飞行员提前发出告警的目的、确保飞机飞行安全的目
的。

附图说明

[0039] 为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

[0040] 图1为本申请的飞机纵向过载极限限制值计算与告警方法示意图。

[0041] 图2为本申请的飞机纵向过载极限限制值计算与告警方法流程图。

具体实施方式

[0042] 为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

[0043] 为了解决背景技术中所指出的问题，本申请提出了一种飞机纵向极限过载限制值计算及告警方法。本申请的方法通过在飞机离地后，飞行控制系统采集燃油信息、外挂信
息、马赫数信息实时计算飞机该状态下的最大允许极限过载，并实时采集飞机该状态下的
纵向过载，进行纵向过载极限告警逻辑计算，适时的向飞机座舱发出告警。

[0044] 如图1和图2所示，本申请的方法主要包括如下内容：

[0045] 一、剩余油量信息的自动采集与燃油信息监控逻辑

[0046] 飞控系统接收机电系统采集的剩余油量信息，同时对采集信号有效性进行监控，采集有效的剩余油量信息用于纵向极限过载限制值计算，逻辑如下：

[0047] 11)飞控系统依次对飞机油箱内剩余燃油油量、外挂油箱内剩余油量信息进行采集，飞机剩余总油量应为两项之和；

[0048] 12)通过接收机电系统发送的燃油信息有效字判断剩余油量的有效性，表征着接收的飞机剩余油量是否正确，如果通过接收机电系统发送的燃油信息有效字为“有效”，表
征着接收的飞机剩余油量正确，如果飞机油箱内剩余燃油油量或外挂油箱内剩余油量信号
中任意一个燃油信息有效字连续若干拍为“0无效”，则认为剩余油量信息无效，设置纵向极
限过载限制值为安全值。

[0049] 二、外挂信息的自动采集与外挂状态监控逻辑

[0050] 飞控系统接收航电系统采集的飞机外挂信息，可自动判断对飞机当前处于的外挂状态，同时对采集外挂信息有效性进行监控，采集有效的外挂物重量用于纵向极限过载限
制值计算，逻辑如下：

[0051] 21)飞控系统依次对航电系统发送来的各个外挂挂点数据进行采集，包括挂点外挂物重量、挂点外挂挂架重量采集，每个挂点重量应为上述两项之和，外挂物总重量应为各
个挂点重量之和；

[0052] 22)飞控系统接收的飞机状态为空中时，通过接收航电系统发送的外挂状态字判断外挂是否投放，当该挂点状态为投放时，则该挂点重量应等于挂点外挂挂架重量；

[0053] 23)飞控系统通过接收航电系统发送的外挂状态字判断外挂重量的有效性(即外挂状态字中不存在非法外挂代码)，表征着接收的外挂信息是否正确，如果飞控系统接收的
外挂状态字中存在非法外挂代码，则认为外挂信息无效，设置纵向极限过载限制值为安全
值。

[0054] 三、马赫数信息的自动采集与马赫数状态监控逻辑

[0055] 飞控系统接收大气系统采集的马赫数信息，同时对采集信号有效性进行监控，采集有效的马赫数表决值用于纵向极限过载限制值计算，逻辑如下：

[0056] 31)飞控系统对大气系统发送来的飞机当前的四余度马赫数信号进行采集，并对四余度马赫数信号采用常规的比较监控表决算法，对于监控幅值门限设置为0.05Ma，对于
监控的1次、2次3次时间门限分别设置为500ms、400ms、400ms，同时接收大气系统发送的马
赫数信息状态字作为当前马赫数有效性的辅助判定条件；

[0057] 32)当飞控系统接收的马赫数信号无故障时，按照多数表决的原则，马赫数表决值取剩余次大、次小的马赫数信号中值；

[0058] 33)当飞控系统接收的马赫数信号出现第1次故障时，按照多数表决的原则，将故障马赫数信号切除，马赫数表决值取剩余三余度信号中值；例如三通道故障时，则按照多数
表决的原则，将三通道纵向过载信号切除，纵向过载表决值取一、二、四通道信号中值，纵向
过载极限告警功能不受影响；

[0059] 34)当飞控系统接收的马赫数信号出现第2次故障时，按照多数表决的原则，将故障马赫数信号切除，马赫数表决值取剩余二余度信号均值；例如一通道再次故障时，则按照
多数表决的原则，将一通道纵向过载信号切除，纵向过载表决值取二、四通道信号均值，纵
向过载极限告警功能不受影响；

[0060] 35)当飞控系统接收的马赫数信号出现第3次故障时，且最后一次故障时剩余2余度马赫数信号状态字均为“无效”或均为“有效”，则认为飞控系统接收的当前马赫数是无效
的，设置纵向极限过载告警失效；例如二、四通道电气信号出现1：1奇异故障，则认为飞控系
统接收的当前纵向过载是无效的，飞机此时无法判断是否存在纵向过载超限的情况，因此
应向座舱发出纵向过载极限告警失效，提醒飞行员谨慎驾驶；

[0061] 36)当飞控系统接收的马赫数信号出现奇异故障(如2:2、1:1:1:1或1:1:1)时，且出现奇异故障的马赫数信号状态字均为“无效”或均为“有效”，则认为飞控系统接收的当前
马赫数是无效的，设置纵向极限过载告警失效。

[0062] 四、纵向极限过载采集与实时监控逻辑

[0063] 飞控系统通过纵向过载传感器采集纵向过载信息，同时对采集信号有效性进行监控，采集有效的纵向过载表决值用于纵向极限过载告警计算，逻辑如下：

[0064] 41)飞控系统对飞机当前的四余度纵向过载信号进行采集，并对四余度纵向过载信号采用常规的比较监控表决算法，对于监控幅值门限设置为传感器总量程的10％，对于
监控的1次、2次3次时间门限分别设置为150ms、150ms、100ms；

[0065] 42)当飞控系统接收的纵向过载信号无故障时，按照多数表决的原则，纵向过载表决值取剩余次大、次小的纵向过载信号中值；

[0066] 43)当飞控系统接收的纵向过载信号出现第1次故障时，按照多数表决的原则，将故障纵向过载信号切除，纵向过载表决值取剩余三余度信号中值；

[0067] 44)当飞控系统接收的纵向过载信号出现第2次故障时，按照多数表决的原则，将故障纵向过载信号切除，纵向过载表决值取剩余二余度信号均值；

[0068] 45)当飞控系统接收的纵向过载信号出现第3次故障或奇异故障(如2:2、1:1:1:1或1:1:1)时，则认为飞控系统接收的当前纵向过载是无效的，设置纵向极限过载告警失效。

[0069] 五、纵向极限过载限制值实时计算逻辑

[0070] 飞控系统接收剩余油量信息、外挂信息、马赫数信息，通过对剩余油量状态、外挂状态、马赫数状态的采集与监控，实时计算飞机该状态下的最大允许极限过载，纵向极限过
载限制值计算逻辑如下：

[0071] 首先计算飞机总重量G，G的计算公式如下：

[0072] G＝飞机空重(含飞行员)+剩余油量Go+外挂重量Gw

[0073] Go＝Go1+Go2

[0074] Gw＝∑Gi,i＝1,2,3......

[0075] 上式中：飞机空重为根据称重得出的预先加载的固定数值；剩余油量Go包括飞机油箱内剩余燃油油量Go1与外挂油箱内剩余油量Go2；Gw为外挂物总重量，等于各个外挂挂点
重量Gi之和，当相应挂点外挂投放后，Gi仅为外挂挂架重量；当剩余油量或外挂重量中任意
一个出现故障时，以外挂状态字中存在非法外挂代码为例，则G取安全值：

[0076] G安全＝飞机空重(含飞行员)+4200

[0077] 此时，纵向极限过载限制值发生变化，纵向过载极限告警功能不受影响。

[0078] 飞机纵向极限过载限制值nymax的计算方式如下：

[0079]

[0080] 其中，Q(Ma)是飞机的载荷常值，在机体结构材料确定的情况下是随马赫数变化的参数，K代表设计飞机纵向极限过载限制值所留的余量，K越大代表所留的余量越小，通常情
况下取K＝0.95。当G取安全值且K值确定时，nymax安全是仅随Ma变化的函数。

[0081] 六、纵向极限过载告警逻辑

[0082] 飞控系统对飞机当前的四余度纵向过载信号进行采集，当飞控系统接收的纵向过载信号无故障时，按照多数表决的原则，纵向过载表决值取剩余次大、次小的纵向过载信号
中值。之后，飞控系统对纵向过载表决值进行求导与滤波，求导、滤波的传递函数公式如下：

[0083]

[0084] 对于计算得出的过载导数ny′进行限幅，通常情况下|ny′|≤5。同时，计算下列关于ny的告警判断函数E(ny)：

[0085] E(ny)＝nymax‑ny‑k1*ny′

[0086] 上式中，k1是根据试飞数据总结而来的经验参数。对应的，纵向极限过载告警逻辑如下：当E(ny)≤0时，发出纵向极限过载告警；当E(ny)≥0.2时，退出纵向极限过载告警。

[0087] 同时，当飞控系统接收的当前纵向过载或马赫数是无效的，则设置纵向极限过载告警失效。

[0088] 本申请提供的飞机纵向极限过载限制值计算及告警方法通过飞控系统接收机电系统发送过来的燃油信息、航电系统发来的外挂信息、大气系统发来的马赫数信息，实时计
算飞机该状态下的最大允许极限过载。同时，通过对当前外挂状态、剩余油量、马赫数信息
的监控，实时判断纵向极限过载限制值的有效性，可以在输入信息故障的情况下设置纵向
过载安全限制值，并通过飞控系统实时采集飞机该状态下的纵向过载，经过求导与滤波后
与飞机的实时纵向过载共同组成告警判断函数，实时的向飞机座舱发出告警，从而在纵向
过载有逼近限制值的趋势时，达到向飞行员提前发出告警的目的、确保飞机飞行安全的目
的。

[0089] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应
涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为
准。