CN102695649B - 飞机的控制系统、飞机的控制方法以及飞机 - Google Patents

Abstract

在舵面的一部分或者全部成为功能不良的情况下，也能够进行稳定的飞行而不需要驾驶员进行复杂的节流阀操作。包括：运算部件（15），基于机体的状态信息以及来自操作端的操作指令信号，计算用于控制引擎推力的推力指令控制信号以及用于控制舵面的舵角指令控制信号；引擎驱动部件（17），基于所述推力指令控制信号驱动引擎；以及舵面驱动部件（16），基于所述舵角指令控制信号驱动各个舵面。

Description

飞机的控制系统、飞机的控制方法以及飞机

技术领域

本发明涉及飞机的控制系统、飞机的控制方法以及飞机，特别涉及舵面的一部分或者全部成为如不工作状态或缺损状态的功能不良状态的情况下也能够实现稳定的飞行的飞机的控制系统、飞机的控制方法以及飞机。

背景技术

一般，飞机的姿势控制是通过执行机构（actuator）根据规定的控制信号适当驱动升降舵（elevator）、副翼（aileron）以及方向舵（rudder）等各个舵面而进行。更具体地说，在飞机的控制系统中，搭载到飞机上的控制用计算机基于从飞机中设置的惯性传感器或空气数据传感器等的各种传感器检测出的信息以及来自操纵盘等操纵端的操作指示信号，计算用于控制舵面的舵角指令控制信号。然后，执行机构根据控制用的计算机算出的舵角指令控制信号来驱动各个舵面，从而将飞机维持在所期望的姿势，实现稳定的飞行。

但是，由于飞行中的故障或者损坏等导致舵面的一部分或者全部成为功能不良状态的情况下，很难通过舵面来变更或者保持姿势，因此驾驶员操作节流阀（throttle）以补偿这一情况从而保持所期望的姿势，试图继续飞行或者着陆。

关于舵面损坏时的飞机的控制，例如在专利文献1（特开平8-183497号公报）中公开了如下的控制方法：设置通过将喷射排气的方向偏转从而生成偏航方向的转矩的推力偏转部件，在判定为方向舵不发挥作用的情况下，从方向舵的控制切换到推力偏转部件的控制。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]

特开平8-183497号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，上述的通过驾驶员的节流阀操作进行的飞机的控制，存在难以继续稳定飞行或安全着陆的问题。此外，在专利文献1所公开的技术中，需要另外设置推力偏转部件，因此存在飞机的元件个数增加、重量化以及维修处增加的问题。

本发明为了解决上述问题而完成，其目的在于提供一种即使在舵面的一部分或者全部成为功能不良状态的情况下，也能够实现稳定的飞行而不需要驾驶员进行复杂的节流阀操作的飞机的控制系统。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明采用以下方案。

本发明提供一种飞机的控制系统，包括：运算部件，基于表示机体的状态的状态信息以及来自操作端的操作指令信号，计算用于控制引擎推力的推力指令控制信号以及用于控制舵面的舵角指令控制信号；引擎驱动部件，基于所述推力指令控制信号驱动引擎；以及舵面驱动部件，基于所述舵角指令控制信号驱动各个舵面。

根据本发明，在运算部件中，从机体上设置的惯性传感器和空气数据传感器等取得机体的角速度、姿势角、加速度、迎角、侧滑角、气压高度以及空速等有关机体状态的各种状态信息，并且取得驾驶员对操纵盘等操纵端进行操作而产生的操作指令信号。然后，为了将机体控制为所期望的姿势，基于这些状态信息以及操作指令信号计算用于控制引擎推力的推力指令控制信号以及用于控制舵面的舵角指令控制信号。进而，通过引擎驱动部件基于推力指令控制信号驱动引擎，通过舵面驱动部件基于舵角指令控制信号驱动各个舵面。这样，除了通过驱动舵面进行的舵角的控制之外，还基于推力指令控制信号驱动引擎从而控制引擎推力，因此在舵面的一部分或者全部成为不能工作或者缺损状态导致舵面不发挥作用的情况下，即难以通过舵面实现对机体的姿势控制的情况下，也能够通过控制引擎推力将机体改变或者维持在所期望的姿势，能够继续进行稳定的飞行而不需要驾驶员进行复杂的节流阀操作。

本发明的第1方式的飞机的控制系统包括：舵面动作状态检测部件，检测所述舵面的至少一个为功能不良的情况，在检测出了所述舵面的至少一个为功能不良的情况时，所述运算部件计算所述推力指令控制信号以及所述舵角指令控制信号。

根据本发明的第1方式，在舵面成为功能不良时通过引擎推力来控制机体，从而能够始终持续稳定的飞行。一般，在通过引擎推力控制机体时，与通过舵面控制机体的情况相比，响应速度更差。此外，在所有舵面正常的情况下，不需要为了维持机体的姿势而控制引擎推力。因此，将通过引擎推力控制机体的情况设为舵面的一部分或者全部成为功能不良的情况，从而更准确地控制机体，能够始终维持稳定的飞行。

本发明的第2方式的飞机的控制系统包括：警报部件，检测出所述舵面的至少一个为功能不良的情况，并将该情况通知给驾驶员。

根据本发明的第2方式，将舵面的至少一个成为功能不良的情况通知给驾驶员，从而能够期待驾驶员进行适当的应对，能够更准确地控制机体且维持稳定的飞行。

本发明的第3方式的飞机的控制系统包括：用于调整所述引擎和所述舵面进行的机体的响应速度的响应调整用滤波器。

根据本发明的第3方式，能够通过响应调整用滤波器调整引擎推力进行的机体响应和舵面进行的机体响应的速度，因此能够对持续稳定的飞行做贡献。一般，在通过引擎推力控制机体时的机体的响应速度，比在通过舵角控制机体时的机体的响应速度需要更多的时间。此外，根据成为功能不良的舵面位于哪个地方，也会在该响应速度中产生不均匀。因此通过所述响应调整用滤波器过滤舵角指令控制信号从而在舵面中也实现与引擎相同程度的响应速度，从而控制所述响应速度的不均匀，能够对持续稳定的飞行做贡献。

本发明提供具备了上述的飞机的控制系统的飞机。

根据本发明，通过飞机具备上述的控制系统，除了通过驱动舵面进行的舵角的控制之外，还基于推力指令控制信号驱动引擎而控制引擎推力，从而能够将机体改变或者维持在所期望的姿势，能够继续进行稳定的飞行而不需要驾驶员进行复杂的节流阀操作。

本发明提供一种飞机的控制方法，包括：基于表示机体的状态的状态信息以及来自操作端的操作指令信号，计算用于控制引擎推力的推力指令控制信号以及用于控制舵面的舵角指令控制信号的步骤；基于所述推力指令控制信号驱动引擎的步骤；以及基于所述舵角指令控制信号驱动各个舵面的步骤。

发明效果

如此，根据本发明，在舵面的一部分或者全部成为功能不良的情况下，也能够进行稳定的飞行而不需要驾驶员进行复杂的节流阀操作。

附图说明

图1是表示将本发明的实施方式的飞机的控制系统应用到飞机时的概略结构的方框图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的飞机的控制系统的一实施方式。

图1是表示应用了本实施方式的飞机的控制系统的飞机1时的概略结构的方框图。飞机1包括传感器2、舵面3、引擎4、操纵室5、控制系统6。

传感器2包括惯性传感器和空气数据传感器等的各种传感器，取得机体的角速度、姿势角、加速度、迎角、侧滑角、气压高度以及空速等有关机体状态的各种状态信息，并将取得的状态信息输出到控制系统6。

舵面3包括将机头扬起或降低的升降舵（elevator）、左右改变机头的朝向的方向舵（rudder）、将机体左右倾斜的副翼（aileron）、修正主翼的翼型从而增大升力的高升力装置（flap）等，通过后述的执行机构来驱动舵面3，从而通过空气动力来控制机体的姿势。

引擎4例如是喷气式引擎，通过后述的引擎控制装置被驱动，对吸入的空气混合燃料后使其燃烧，通过高速喷出产生的气体时的反作用而获得推力。

操纵室5配置有表示飞机1的飞行状态的计量仪器类（未图示），并且如图1所示，配置有操纵端10、节流阀11、警报部12、切换部13等用于实现驾驶员对飞机1的操纵的各种设备。操纵端10用于通过驾驶员进行操作从而控制舵面，驾驶员对操纵端10进行操作而产生的用于控制舵面的操作指令信号被输出到控制系统6。节流阀11用于通过驾驶员进行操作从而控制引擎推力，驾驶员对节流阀11进行操作而产生的用于控制引擎推力的操作指令信号被输出到控制系统6。此外，警报部12通过蜂鸣器或在操纵室5内设置的显示部（未图示）上进行显示，从而基于来自控制系统6的信息对驾驶员通知规定的警报，在本实施方式中，尤其在舵面发生了损坏的情况等舵面3成为功能不良的情况下，将该情况通知给驾驶员。切换部13输出用于切换控制系统6的飞行控制规定20以及舵面/推力合并飞行控制规定22（细节在后面叙述）的切换指令信号，基于驾驶员的操作将切换指令信号输出到控制系统6。

控制系统6包括用于运算规定的控制信号的计算机15、基于从计算机15输出的控制信号来驱动舵面3的执行机构16、同样基于从计算机15输出的控制信号来驱动引擎4的引擎控制装置17、以及检测舵面的动作状态的舵面动作状态检测部18。

计算机15运算舵角指令控制信号以及推力指令控制信号，包括飞行控制规定20、舵面/推力合并飞行控制规定22以及用于切换两个控制规定的开关19。

飞行控制规定20是在飞机1具备的舵面3等的各个设备没有异常地正常飞行的状态下用于自动或者通过驾驶员的手动来实现飞行的飞行控制规定。

当飞机1基于飞行控制规定20被控制的状态下，尤其在控制其姿势时，基于来自驾驶员的操作端10的操作指令信号和来自传感器2的状态信息，计算机15生成舵角指令控制信号。生成的舵角指令控制信号都被输出到执行机构16，执行机构16按照该舵角指令控制信号驱动舵面3，通过舵角被控制，从而飞机1的姿势被变更或维持。

舵面/推力合并飞行控制规定22是在飞机1的舵面3中的某一个陷入功能不良状态的情况下用于自动或者通过驾驶员的手动来实现飞行的飞行控制规定。当飞机1基于舵面/推力合并飞行控制规定22被控制的状态下，在控制其姿势时，基于来自驾驶员的操作端10的操作指令信号和来自传感器2的状态信息，计算机15生成舵角指令控制信号以及推力指令控制信号。在舵面/推力合并飞行控制规定22中，基于操作指令信号和状态信息来运算推力指令控制信号，因此在节流阀11被操作的情况下，计算机15也限制该操作的效果，自动地优先进行基于操作指令信号以及状态信息的推力指令控制信号的运算。

生成的舵角指令控制信号被输出到执行机构16，执行机构16根据该舵角指令控制信号驱动舵面3。此外，生成的推力指令控制信号被输出到引擎控制装置17，引擎控制装置17根据该推力指令控制信号驱动引擎4。并且，舵面3以及引擎4根据舵角指令控制信号以及推力指令控制信号被驱动，从而舵角以及引擎推力被控制从而飞机1的姿势被变更或维持。

另外，这里，在根据舵面/推力合并飞行运算规定22将舵角指令控制信号输出到执行机构16时的路径中，设置有用于调整引擎4和舵面3的响应速度之差的响应调整用滤波器23。响应调整用滤波器23进行的响应速度的调整例如可以通过过滤舵角指令控制信号而进行。

一般，在控制引擎推力的情况下从输出推力指令控制信号开始直到引擎4输出基于该推力指令控制信号的引擎推力为止的响应速度，比在控制舵角的情况下从输出舵角指令控制信号开始直到舵面3到达基于该舵角指令控制信号的舵角为止的响应速度需要更多的时间。此外，根据成为功能不良的舵面3位于哪个地方，也会在机体的响应速度中产生不均匀，因此设置响应调整用滤波器23进行调整以便在舵面3中实现与引擎4的响应速度相同程度的响应速度，从而与成为功能不良的舵面3位于哪个地方无关地实现均匀的机体响应速度。

舵面动作状态检测部18基于从传感器2输出的飞机1的状态信息，判定舵面3是否正常地发挥作用，在舵面3的某一个或者全部成为不能工作或者缺损状态的情况下，检测出处于功能不良，并将表示该情况的功能不良信号输出到警报部12以及计算机15。此外，舵面动作状态检测部18在检测出舵面3的功能不良的状态下，自动地切换计算机15的飞行控制规定20以及舵面/推力合并飞行控制规定22的情况下，对计算机15输出切换信号。

开关19根据飞机1的状态，通过基于驾驶员的指示的来自切换部13的切换指令信号，或者通过来自舵面动作状态检测部18的切换信号，适当切换飞行控制规定20以及舵面/推力合并飞行控制规定22。

以下，说明这样构成的飞机的控制系统的作用。

上述的飞机1具备的舵面3等的各个设备没有异常时，飞机1基于飞行控制规定20被控制而飞行。飞行中，如果舵面动作状态检测部18检测出舵面3的至少一个因损坏等某种理由而成为功能不良，则通过舵面动作状态检测部18，表示该情况的功能不良信号被输出到警报部12，切换信号被输出到计算机15。若通过功能不良信号被输出到警报部12，飞机1的驾驶员意识到舵面3的功能不良，则驾驶员为了切换到舵面/推力合并飞行控制规定22而操作切换部13，从切换部13输出切换指令信号。在计算机15中，基于切换指令信号驱动开关19，如图1所示，进行切换使得飞机1基于舵面/推力合并飞行控制规定22被控制。

在飞机1基于舵面/推力合并飞行控制规定22被控制的状态下，从操作端10对计算机15输出了操作指令信号的情况下，计算机15基于操作指令信号以及来自传感器2的状态信息，在考虑了某个舵面3为功能不良的基础上，运算舵角指令控制信号以及推力指令控制信号以便一边补偿成为功能不良的舵面3，一边将机体变更或者维持在所期望的姿势。然后，执行机构16基于运算后的舵角指令控制信号驱动舵面3，引擎控制装置17基于推力指令控制信号驱动引擎，从而将机体变更或者维持在所期望的姿势。

例如，在想要使机体左滚时，当舵面3全部正常的情况下，将左舷侧的副翼（aileron）后缘朝上从而降低左舷侧主翼的升力，并且将右舷侧的副翼后缘朝下从而提升右舷侧主翼的升力，从而在机体的左右产生升力差。但是，在右舷侧的副翼成为功能不良的情况下，由于无法生成上述那样的足够的升力差，因此不能以所期望的速度来实现左滚（旋转）。

因此，在计算机15中，基于舵面/推力合并飞行控制规定22，生成将左舷侧的副翼后缘朝上的舵角指令控制信号，并且运算一边增大右舷侧的引擎的引擎推力一边减小左舷侧的引擎的引擎推力的推力指令控制信号。然后，根据这些控制信号驱动舵面3以及引擎4，从而在降低左舷侧主翼的升力的同时生成左偏航的偏航转矩从而产生侧滑角，生成由上反角效果引起的滚动转矩从而能够使机体以所期望的速度进行左滚。

此外，作为其他例子，想要降低机头时，当舵面3全部正常的情况下，通过驱动升降舵从而能够容易降低机头，但在升降舵成为功能不良的情况下，计算机15生成用于同时减少左右的引擎的引擎推力的推力指令控制信号。由此，能够通过引擎进行斜度（pitch）方向的控制，能够降低机头。

如此，除了通过驱动舵面3来控制舵角之外，还控制引擎推力，因此在舵面3的一部分或者全部成为功能不良导致舵面3不发挥作用的情况下，即难以通过舵面实现对机体的姿势控制的情况下，也自动地运算用于控制引擎推力的推力指令控制信号而控制引擎推力，从而补偿这一情况。由此，即使在舵面3的一部分或者全部成为功能不良导致舵面3不发挥作用的情况下，也能够将机体改变或者维持在所期望的姿势而不需要驾驶员进行复杂的节流阀操作，且能够继续进行稳定的飞行。

另外，计算机15当然也能通过开关19在软件上切换飞行控制规定20以及舵面/推力合并飞行控制规定22的两个控制规定，也可以设为分别具备用于运算舵角指令控制信号以及推力指令控制信号的各自独立的运算器，并且通过开关19在软件上切换飞行控制规定20以及舵面/推力合并飞行控制规定22的两个控制规定的结构。

标号说明

1飞机

2传感器

3舵面

4引擎

5操纵室

6控制系统

10操纵端

11节流阀

12警报部（警报部件）

13切换部

15计算机（运算部件）

16执行机构（舵面驱动部件）

17引擎控制装置（引擎驱动部件）

18舵面动作状态检测部（舵面动作状态检测部件）

19开关

20飞行控制规定

22舵面/推力合并飞行控制规定

23响应调整用滤波器

Claims (5)

1.一种飞机的控制系统，包括：

运算部件，基于表示机体的状态的状态信息以及来自操作端的操作指令信号，计算用于控制引擎推力的推力指令控制信号以及用于控制舵面的舵角指令控制信号；

引擎驱动部件，基于所述推力指令控制信号驱动引擎；

舵面驱动部件，基于所述舵角指令控制信号驱动各个舵面；以及

响应调整用滤波器，过滤所述舵角指令控制信号而调整所述引擎和所述舵面的响应速度，以便在所述舵面中也实现与所述引擎的响应速度相同程度的响应速度。

2.如权利要求1所述的飞机的控制系统，包括：

舵面动作状态检测部件，检测所述舵面的至少一个为功能不良的情况，

在检测出了所述舵面的至少一个为功能不良的情况时，所述运算部件计算所述推力指令控制信号以及所述舵角指令控制信号。

3.如权利要求1或2所述的飞机的控制系统，包括：

警报部件，检测出所述舵面的至少一个为功能不良的情况，并将该情况通知给驾驶员。

4.一种飞机，包括权利要求1或2所述的飞机的控制系统。

5.一种飞机的控制方法，包括：

基于表示机体的状态的状态信息以及来自操作端的操作指令信号，计算用于控制引擎推力的推力指令控制信号以及用于控制舵面的舵角指令控制信号的步骤；

基于所述推力指令控制信号驱动引擎的步骤；

基于所述舵角指令控制信号驱动各个舵面的步骤；以及

过滤所述舵角指令控制信号而调整所述引擎和所述舵面的响应速度，以便在所述舵面中也实现与所述引擎的响应速度相同程度的响应速度的步骤。