JP2002068091A

JP2002068091A - ヘリコプタによるスリングシステム

Info

Publication number: JP2002068091A
Application number: JP2000265830A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takehara; 猛志竹原
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2002-03-08
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: JP4201468B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数のヘリコプタによる貨物のスリング運搬
を安全かつ簡単に実施できるヘリコプタによるスリング
システムを提供する。【解決手段】複数のヘリコプタに各々ワイヤ４を吊下
してスプレッダーバー５を吊架し、スプレッダーバー５
にスリングワイヤ６を懸架して貨物８を吊架し、１機を
マスター機１、他機をスレーブ機２とし、マスター機１
には、スリング飛行のプログラムを格納すると共に自機
の飛行を制御するためのマスター制御器２３を設け、ス
レーブ機２には、プログラムに従って自機の飛行を制御
するための制御するスレーブ制御器を設け、マスター制
御器２３とスレーブ制御器とを情報伝達手段３３を介し
て結合して、マスター機１及びスレーブ機２によるスリ
ング飛行を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のヘリコプタ
により貨物を吊架して運搬するスリングシステムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ヘリコプタのスリング運用は単機
のヘリコプタを用いて行われている。このスリング運用
については、主に米軍において単機のヘリコプタにより
スリングされた貨物の運動や、機体を含めたシステムの
運動の解析や実験が多数行われ、これにより得られた速
度や機動に関する制限、貨物の最適な吊るし方等のノウ
ハウが現在のスリング運用規程の基礎となっている。

【０００３】また、スリング運用の際に貨物の動揺を抑
制する方法も、従来種々提案されている。例えば、特開
平７−２８５４９９号公報には、スリングして運搬する
長尺物資に略上下方向に向けて垂直安定板を取り付け、
垂直安定板により長尺物資の動揺を抑制するようにした
ものが開示されている。

【０００４】この単機のヘリコプタによるスリング運用
は、飛行規程に規定される制限内で熟練した操縦士によ
り慎重に実行されることにより、十分な安全性が確保さ
れ、現在のヘリコプタ運用には欠かせない形態となって
いる。

【０００５】一方、単機によるスリング運用の概念を発
展して、例えば図１２、図１３或いは図１４に示すよう
に、複数のヘリコプタによって貨物をスリングして運搬
する構想もある。

【０００６】図１２に示すスリングシステムは、２機の
ヘリコプタ１０１、１０２を用い、これらヘリコプタ１
０１、１０２に各々ワイヤ１０４を懸架してスプレッダ
ーバー１０５をその両端部において吊架し、更にスプレ
ッダーバー１０５の両端部に各々スリングワイヤ１０６
を懸架して、これらスリングワイヤ１０６により貨物１
０８を吊架し、スプレッダーバー１０５によりヘリコプ
タ１０１と１０２の間隔を保ちながら貨物１０８を運搬
するものである。

【０００７】図１３に示すスリングシステムは、２機の
ヘリコプタ１１１、１１２を用い、ヘリコプタ１１１、
１１２に各々スリングワイヤ１１４を懸架して長尺の貨
物１１５を、貨物１１５の両端部において直接吊架して
運搬するものである。

【０００８】また、図１４に示すスリングシステムは、
３機のヘリコプタ１２１、１２２、１２３を用い、これ
らヘリコプタ１２１、１２２、１２３に各々ワイヤ１２
５を懸架して三角形状に連結した三本のスプレッダーバ
ー１２７を各々の頂点部において吊架し、更にこれらス
プレッダーバー１２７を連結した三角形の頂点部に各々
スリングワイヤ１３０を懸架して、これらのスリングワ
イヤ１３０により貨物１３３を吊架し、三本のスプレッ
ダーバー１２７により３機のヘリコプタ１２１、１２
２、１２３の相互の間隔を保ちながら貨物１３３を運搬
するものである。

【０００９】上記の複数のヘリコプタを用いるスリング
システム（以下、Multi-HelicopterSling System の頭
文字を取ってＭＨＳＳとも言う）では、重量の大きい貨
物の運搬が可能であることから、従来の単機による空輸
限界を越える作業が可能になると共に、複数の小型のヘ
リコプタを用いることができるので、大型のヘリコプタ
を用いる場合に比べて維持費等が少なくなり、経済的に
有利となる。

【００１０】このＭＨＳＳ運用に際しては、複数のヘリ
コプタのうちの１機をマスター機とし、他のヘリコプタ
をスレーブ機として、マスター機及びスレーブ機の全て
に熟練操縦士を搭乗させ、スレーブ機の操縦士にはマス
ター機の操縦士からの適切かつ絶対的な指示のもとに機
体を操縦させるようにして、マスター機の操縦士により
システム全体を誘導することが考えられる。

【００１１】このように、複数のヘリコプタのうちの１
機のマスター機のみがシステム全体の誘導を司り、他の
ヘリコプタはマスター機の操縦士からの指示に従って操
縦するシステム制御方法の概念は、マスター・スレーブ
制御と呼ぶことができ、このシステム制御方法を発展さ
せれば、ヘリコプタの機体数が増えても、複数のスレー
ブ機に厳密な順位付けを行うことにより、理論上はシス
テムを制御することが可能となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構想のＭ
ＨＳＳでは、マスター機及びスレーブ機の各操縦士とし
て、充分に訓練された熟練した操縦士が必要になると共
に、各操縦士相互間の極めて緊密な連携が必要となる。

【００１３】しかも、マスター機の操縦士は、単機での
スリング運用とは比べものにならない程の高いワークロ
ードに曝されることになる。即ち、マスター機の操縦士
は、単機でのスリング運用と同様に、スリングする貨物
の誘導を第１にして自機の操縦を行うが、同時にシステ
ム全体をどの方向或いは高度にするか、そのためにはス
レーブ機をどの方角、高度に操縦させれば良いか等の指
示をスレーブ機毎に無線を介して音声により指示する必
要がある。

【００１４】また、スレーブ機に与えた指示に対して、
スレーブ機の操縦士から機体性能の制限や地理的な制限
で達成不能であることが知らされれば、マスター機の操
縦士は、即座にシステムの飛行経路を修正して、全体が
破綻しないようにコントロールする必要がある。

【００１５】この操縦士のワークロードを軽減する方法
としては、例えば高度保持や水平飛行等の機能を有する
自動飛行制御装置（ＡＦＣＳ）を利用したり、各機に副
操縦士を搭乗させることが考えられるが、ＡＦＣＳは単
機での運用しか考慮されていないため実用化には不十分
であり、また副操縦士を搭乗させることは人件費等の増
加となって運用コストの点で不利となる。

【００１６】なお、上記のＭＨＳＳ運用に関しては、例
えば AHS Journal Vol.30 "Simulation of the Helicop
ter Sling Load Systems" において運動の解析等の研究
が行われているが、この研究においても実用化に足る明
快なシステム像は得られていない。

【００１７】以上のことから、ＭＨＳＳは未だ実用化さ
れるに至っていない。

【００１８】従って、かかる点に鑑みてなされた本発明
の目的は、特に、従来の単機でのヘリコプタ運用能力を
損なうことなく、複数のヘリコプタによる貨物のスリン
グ運搬を安全かつ簡単に実施できるヘリコプタによるス
リングシステムを提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求
項１に記載のヘリコプタによるスリングシステム発明
は、複数のヘリコプタに各々ワイヤを吊下して、これら
ワイヤによりスプレッダーバーを吊架し、該スプレッダ
ーバーにスリングワイヤを懸架して、スリングワイヤに
より貨物を吊架して運搬するヘリコプタによるスリング
システムにおいて、上記複数のヘリコプタのうちの所定
の１機をマスター機、他機をスレーブ機とし、上記マス
ター機には、スリング飛行のプログラムを格納すると共
に、該プログラムに従って自機の飛行を制御するための
マスター制御器を設け、上記スレーブ機には、上記プロ
グラムに従って自機の飛行を制御するためのスレーブ制
御器を設け、上記マスター制御器と上記スレーブ制御器
とを情報伝達手段を介して結合して、上記マスター機及
びスレーブ機によるスリング飛行を制御することを特徴
とする。

【００２０】請求項１の発明によると、複数のヘリコプ
タのうちの１機をマスター機、他機をスレーブ機とし
て、マスター機のマスター制御器とスレーブ機のスレー
ブ制御器とを情報伝達手段を介して結合し、マスター制
御器に格納されたスリング飛行のプログラムに従って、
マスター・スレーブ制御によりマスター機及びスレーブ
機による貨物のスリング飛行を制御するので、従来の単
機でのヘリコプタ運用能力を損なうことなく、複数のヘ
リコプタによる貨物のスリング運搬を安全かつ簡単に実
施することが可能となる。

【００２１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のヘリコプタによるスリングシステムにおいて、上記マ
スター機及びスレーブ機には、各々速度検出手段、高度
検出手段、機体姿勢検出手段、位置検出手段及び操舵量
検出手段を設けると共に、上記マスター機には、上記マ
スター制御器からの指令を操舵量に変換して自機の操舵
装置を操舵すると共に、該マスター機の上記操舵量検出
手段で検出される自機の操舵装置の操舵量を速度量に変
換して上記マスター制御器に供給するマスター飛行制御
手段を設け、上記スレーブ機には、上記スレーブ制御器
からの指令を操舵量に変換して自機の操舵装置を操舵す
ると共に、該スレーブ機の上記操舵量検出手段で検出さ
れる自機の操舵装置の操舵量を速度量に変換して上記ス
レーブ制御器に供給するスレーブ飛行制御手段を設け、
上記ワイヤには、該ワイヤの張力を検出するワイヤ張力
検出手段と、該ワイヤの縦横位置を検出して上記スプレ
ッダーバーの離着陸を検出するためのワイヤ縦横位置検
出手段とを設け、上記スリングワイヤには、該スリング
ワイヤの張力を検出するスリングワイヤ張力検出手段
と、該スリングワイヤの縦横位置を検出して上記貨物の
離着陸を検出するためのスリングワイヤ縦横位置検出手
段とを設けたことを特徴とする。

【００２２】請求項２の発明によると、マスター機及び
スレーブ機の相対位置を常に適正に保ちながら、離着陸
を含む貨物のスリング運搬をより安全かつ簡単に実施す
ることが可能となる。

【００２３】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
のヘリコプタによるスリングシステムにおいて、上記マ
スター機及びスレーブ機の各位置検出手段は、ディファ
レンシャルＧＰＳにより自機位置を検出することを特徴
とする。

【００２４】請求項３の発明によると、マスター機及び
スレーブ機の相対位置をより高精度で検出することがで
きるので、マスター機及びスレーブ機の相対位置をより
適正に保つことが可能となる。

【００２５】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３に
記載のヘリコプタによるスリングシステムにおいて、上
記情報伝達手段として光ファイバを用いたことを特徴と
する。

【００２６】請求項４の発明によると、光ファイバによ
り大量の情報を伝達することができると共に、電磁波の
強い空域でも情報を確実に伝達することができるので、
スリング飛行をより高精度で安定して行うことが可能と
なる。

【００２７】請求項５に記載の発明は、請求項１〜３に
記載のヘリコプタによるスリングシステムにおいて、上
記情報伝達手段として無線通信手段を用いたことを特徴
とする。

【００２８】請求項５の発明によると、ケーブルや光フ
ァイバを用いる場合のような結線作業が不要になると共
に、運用中のこれらの不慮の切断も生じることがないの
で、安定した情報伝達が可能となる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明のヘリコプタによる
スリングシステムの実施の形態について、図１乃至図１
１により説明する。

【００３０】図１は本発明を実施するＭＨＳＳの概要を
示す図であり、図２はヘリコプタの操舵装置を示す図、
図３はシステムブロック図、図４はシステム全体の管制
フローチャート、図５は各機体の位置検出を説明するた
めの図、図６は離陸モードにおけるマスター機とスレー
ブ機とのフローチャート、図７は離陸モード時の上昇速
度例を示す図、図８から図１１は離陸モード時の順次の
飛行状態を示す図である。

【００３１】図１に示すＭＨＳＳは、２機のヘリコプタ
１、２を用い、これらヘリコプタ１、２に各々ワイヤ４
を吊下してスプレッダーバー５をその両端部において吊
架し、更にスプレッダーバー５の両端部に各々スリング
ワイヤ６を懸架して、これら両スリングワイヤ６により
貨物８を吊架し、一方のヘリコプタ１をマスター機、他
方のヘリコプタ２をスレーブ機として、スプレッダーバ
ー５によりマスター機１とスレーブ機２との間隔を保ち
ながら貨物８をスリングして運搬するものである。

【００３２】各ワイヤ４は、ワイヤ張力検出器１１を介
して対応するマスター機１又はスレーブ機２に吊下する
と共に、各ワイヤ４には、スプレッダーバー５への連結
部近傍に、主として離着陸時にワイヤ４が縦位置にある
か横位置にあるかを検出してスプレッダーバー５と地面
との位置関係を検出するためのワイヤ縦横位置検出器１
２を取り付ける。

【００３３】また、各スリングワイヤ６も、スリングワ
イヤ張力検出器１３を介してスプレッダーバー５に懸架
すると共に、貨物８の近傍には、主として離着陸時にス
リングワイヤ６が縦位置にあるか横位置にあるかを検出
して貨物８と地面との位置関係を検出するためのスリン
グワイヤ縦横位置検出器１４を取り付ける。

【００３４】マスター機１及びスレーブ機２の各操舵装
置には、図２に示すように、操縦桿１５を操舵してＭ／
Ｒ縦サイクリック・ピッチを調整する縦サイクリック用
アクチュエータ１６及びＭ／Ｒ横サイクリック・ピッチ
を調整する横サイクリック用アクチュエータ１７と、コ
レクティブコントロールペダル１８を操舵してＭ／Ｒコ
レクティブ・ピッチを調整するコレクティブ用アクチュ
エータ１９と、ヨーコントロールペダル２０を操舵して
Ｔ／Ｒピッチを調整するヨー用アクチュエータ２１とを
設ける。

【００３５】また、マスター機１には、図３にシステム
ブロック図を示すように、マスター制御器２３及びマス
ター飛行制御器２４を設ける。マスター制御器２３は、
主としてシステムを管理するもので、ＭＨＳＳのプログ
ラムを格納して自機の飛行を制御する。このマスター制
御器２３には、機体に共通に設けられている各種機体セ
ンサ、即ち対気速度計２５、高度計２６、機体姿勢計２
７、外気温度計２８、加速度計２９、及び位置検出装置
３０を接続すると共に、ワイヤ４に関するワイヤ張力検
出器１１及びワイヤ縦横位置検出器１２、スリングワイ
ヤ６に関するスリングワイヤ張力検出器１３及びスリン
グワイヤ縦横位置検出器１４を接続し、更にマスター／
スレーブモード選択スイッチ３１を接続する。

【００３６】マスター飛行制御器２４は、自機の操舵装
置を制御するもので、マスター制御器２３からの制御指
令に基づいて操舵装置の適正な操舵量を算出し、その算
出した操舵量を対応するアクチュエータ１６、１７、１
９、２１に供給して、操縦桿１５、コレクティブコント
ロールペダル１８、及びヨーコントロールペダル２０を
操舵する。また、このマスター飛行制御器２４には、操
舵装置の操舵量を検出するパイロット操舵量検出装置３
２を接続し、このパイロット操舵量検出装置３２で検出
された操舵量を速度量に変換してマスター制御器２３に
供給する。

【００３７】スレーブ機２もマスター機１と同様に構成
し、このスレーブ機２のスレーブ制御器とマスター機１
のマスター制御器２３とをケーブル３３を介して接続し
て、マスター機１とスレーブ機２との間で情報を伝達し
ながらマスター・スレーブ制御によりシステムを運用す
る。

【００３８】なお、図１ではスレーブ機２を１機とした
が、図３に示すようにスレーブ機２を複数ｎ機用いる場
合には、各スレーブ機を上記と同様に構成する。この場
合、スプレッダーバー５は（ｎ＋１）本をエンドレスに
連結して多角形状とし、その各頂点部にマスター機１を
含む各機からワイヤ張力検出器１１を介してワイヤ４を
連結すると共に、スリングワイヤ張力検出器１３を介し
てスリングワイヤ６を連結して貨物８を吊架するように
する。また、各ワイヤ４にはスプレッダーバー５との連
結部近傍にスプレッダーバー５と地面との位置関係を検
出するためのワイヤ縦横位置検出器１２を取り付けると
共に、各スリングワイヤ６にも貨物８との連結部近傍に
貨物８と地面との位置関係を検出するためのスリングワ
イヤ縦横位置検出器１４を取り付け、対応する機の各検
出器１１、１２、１３、１４を当該機の制御器に接続し
て、各スレーブ機２のスレーブ制御器とマスター機１の
マスター制御器２３とを各々ケーブル３３を介して接続
する。

【００３９】本実施の形態では、図４にシステム全体の
管制フローチャートを示すように、スリングシステムの
開始において、先ず複数機による運用か単機による運用
かを判断し、複数機による運用の場合には、各機におい
てマスター／スレーブモード選択スイッチ３１により自
機がマスター機かスレーブ機かを選択してから飛行モー
ドに移行する。飛行モードでは、先ず離陸モードを行
い、その後、水平加速、水平（巡行）飛行、旋回、及び
水平減速の各飛行モードを適宜選択的に行い、最後に着
陸モードを行ってスリングシステムを終了する。

【００４０】なお、各飛行モードにおいて、いずれかの
機が性能低下や故障により飛行が継続できなくなった場
合には、緊急システムとして飛行条件を変更して飛行を
継続するか、或いは貨物８を切り離してスリングシステ
ムを終了する。また、単機による運用の場合には、単機
自動飛行システムに移行する。

【００４１】ここで、各機の位置検出装置３０では、例
えばディファレンシャルＧＰＳ（以下、Ｄ−ＧＰＳと略
記する）により自機の３次元位置を計測すると共に、他
機との３次元相対位置を計測する。このＤ−ＧＰＳで
は、例えば図５に示すように位置が正確に判明している
地上局３５を用い、各機及び地上局３５において同じＧ
ＰＳ衛星３６を用いて同時に位置計測を行う。その結
果、地上局３５の計測値に生じる計測誤差が各機での計
測値にも存在するものとして、各機での計測値を地上局
３５での計測誤差によって補正する。或いは、地上局３
５と４個のＧＰＳ衛星との合計５個の信号を用いて各機
の位置を計測する。また、単にマスター機１とスレーブ
機２との間の３次元相対位置を計測する場合には、同時
に同じＧＰＳ衛星からの信号を使って各々の３次元位置
を計測する。

【００４２】このように、自機の３次元位置及び他機と
の３次元相対位置をＤ−ＧＰＳにより計測することで、
各位置を例えば約１０ｃｍの誤差範囲の高精度で計測す
ることができる。

【００４３】本実施の形態では、基本的には、各機にお
いて地上局３５を使用して各々の正確な３次元位置を計
測し、その結果からスレーブ機１がマスター機２との３
次元相対位置を把握する。このため、マスター機１から
はスレーブ機２に位置計測命令と、マスター機１の各３
次元位置情報と、補正情報とを送信し、スレーブ機２で
はそれらの情報を受信して自機の３次元位置を計測し、
適正な位置を取るように操縦すると共に、自機の３次元
位置をマスター機１に送信する。

【００４４】また、地上局３５が使用できない場合に
は、マスター機１はスレーブ機２に位置計測命令を送信
すると共に、自機位置を計測してその結果をスレーブ機
２に送信し、スレーブ機２はマスター機１からの位置計
測命令により自機位置を計測して、計測位置とマスター
機１の位置情報とにより相対位置を把握する。

【００４５】なお、図５では、マスター機１と２機のス
レーブ機２との合計３機を用いて、貨物８をスリング運
搬する場合を示している。

【００４６】次に、上記の離陸、水平加速、水平巡行、
旋回、減速及び着陸の各飛行モードについて説明する。

【００４７】（離陸モード）離陸は、マスター機１のマ
スター制御器２３に記憶したプログラムに従って、高度
を参照しながら上昇速度又は加速度を制御することによ
り、垂直上昇のみが可能で、面内横滑りしないように行
う。ただし、機首方向については、マスター機１の操縦
士がヨーコントロールペダル２０を踏むことにより上昇
中も任意に設定できるようにする。

【００４８】この離陸モードは、大きく以下の２つのフ
ェーズに分かれる。 (1) 機体が接地した状態から、機体、スプレッダーバー
及び貨物を順次に持ち上げ、超低空ホバリングを維持す
る。 (2) ホバリングから適正な加速度で上昇し、事前に予め
地上でプログラミングした高度で停止する。

【００４９】以下、図６に示すマスター機とスレーブ機
とのフローチャート、図７に示す上昇速度例、及び図８
から図１１に示す順次の飛行状態説明図により、離陸モ
ードについて説明する。なお、ここでは２機のスレーブ
機２を用いるものとする。

【００５０】先ず、全機のエンジンが始動して離陸がＯ
Ｋになったら、マスター機１の操縦士により離陸モード
を選択してマスター制御器２３に入力し、マスター機１
のマスター制御器２３から各スレーブ機２のスレーブ制
御器に対応するケーブル３３を介してプログラムされた
上昇速度情報を送信する。

【００５１】マスター機１では、自機のマスター制御器
２３からの上昇速度情報をマスター飛行制御器２４に供
給して、マスター機１の特性に合わせて操舵量を補正
し、その補正された操舵量に基づいて縦サイクリック
用、横サイクリック用、コレクティブ用、及びヨー用の
４個のアクチュエータ１６、１７、１９、２１のうちの
所要のアクチュエータにより操舵装置を操舵する。

【００５２】また、各スレーブ機２では、マスター機１
から送信された上昇速度情報を自機のスレーブ制御器を
経てスレーブ飛行制御器に供給して、同様に各スレーブ
機２の特性に合わせて操舵量を補正し、その補正された
操舵量に基づいて所要のアクチュエータにより操舵装置
を操舵する。これにより各機は、プログラムされた略同
等の上昇速度で離陸を開始する。

【００５３】なお、この離陸初期においては、例えば図
７に示すように、離陸開始から１０sec までに１ｍ／se
c の低速度に達するように上昇速度を連続的に増加さ
せ、その後は１ｍ／sec の低速度を維持して上昇させる
（低速等速上昇）。

【００５４】上昇中、各機では、高度計２６、ワイヤ張
力検出器１１、ワイヤ縦横位置検出器１２、スリングワ
イヤ張力検出器１３、及びスリングワイヤ縦横位置検出
器１４により、自機の高度、スプレッダーバー５を吊架
したワイヤ４の張力及び縦横位置、貨物８を吊架したス
リングワイヤ６の張力及び縦横位置を計測し、各スレー
ブ機２ではこれらの計測値を各々ケーブル３３を経てマ
スター機１に送信する。

【００５５】また、マスター機１は、各スレーブ機２と
の相対位置が適正となるように各スレーブ機２に修正指
令を送信しながら上昇する。この相対位置の修正は、各
機に搭載された位置検出装置３０からのＤ−ＧＰＳによ
る３次元位置情報を受信して行い、その高度がプログラ
ムされている高度に対してある範囲を越えた場合に、上
昇速度の増減で指示する。各スレーブ機２は、この上昇
速度の変化分を操舵量に変換して操舵する。

【００５６】低速等速上昇により、図８に示すように全
機がスプレッダーバー５の離陸直前の位置に到達して、
各ワイヤ縦横位置検出器１２においてワイヤ４の縦位置
が検出されたら、その時点でプログラムに従ってマスタ
ー機１から各スレーブ機２に上昇速度を微速度、例えば
図７に示すように０．１ｍ／sec まで下げる指令を送信
し、これにより各ワイヤ張力検出器１１で検出されるワ
イヤ４の張力が略一定値となるまで全機を微速度で上昇
させる（微速上昇）。

【００５７】この微速上昇により、各ワイヤ張力が略一
定値になったことが検出されたら、上昇速度を再び低速
度まで連続的に増加して、スプレッダーバー５を持ち上
げる。

【００５８】その後、全機が適切な相対位置を保ちなが
ら上昇して（低速等速上昇）、図９に示すように貨物８
の離陸直前の位置に到達し、各スリングワイヤ縦横位置
検出器１４においてスリングワイヤ６の縦位置が検出さ
れたら、その時点で再びマスター機１から各スレーブ機
２に上昇速度を微速度まで下げる指令を送信し、各スリ
ングワイヤ張力検出器１３で検出されるスリングワイヤ
６の張力がほぼ一定値に落ち着くまで全機を微速度で上
昇させる（微速上昇）。

【００５９】この微速上昇により、各スリングワイヤ６
の張力がほぼ一定値になったことが検出されたら、上昇
速度を上記の低速度まで連続的に増加させ、図１０に示
すように貨物８を持ち上げる。

【００６０】その後、全機を適切な相対位置を保ちなが
ら、図１１に示すように所定の高度まで低速等速上昇さ
せる。

【００６１】なお、上昇中、各機は、機体姿勢、速度、
加速度、風向き、ワイヤ４の縦横位置及びスリングワイ
ヤ６の縦横位置等を監視して横滑りしないように制御す
るが、これらの操舵は他の機体には伝達せず、また各ス
レーブ機２はマスター機１のマスター制御器２３からの
指令を優先して処理する。

【００６２】（水平加速モード）ヘリコプタの水平加速
は、操縦桿１５を前方へ出す操舵、即ちサイクリック操
舵と、コレクティブコントロールペダル１８を踏み込む
操舵、即ちＭ／Ｒコレクティブ操舵との連携により、い
わゆるカップリングの特性を考慮した操舵により得られ
る。また、マスター機１のマスター制御器２３の故障等
により、自動操縦から突然手動操縦に切り替わった事態
を考慮すると、デカップリングは行わない方がシステム
として有利である。そこで、水平加速モードでのマスタ
ー機１の操縦方法は、基本的には従来の単機運用時と同
じとする。

【００６３】また、水平加速においては、貨物８の振動
の収束の早さが重要であり、スリング運用では空気力は
振動の減衰項として働くので、出来るだけ早く所望の速
度に達するのが望ましい。

【００６４】しかし、ロータ性能以上の加速は失速を引
き起こし、１機でも失速に陥ると、高度の低下や系の不
安定を引き起こして、システム全体のバランスを取り戻
すのが困難になることが予想されるので、マスター機１
及び各スレーブ機２の中で、最小の性能の機体の限界加
速度を上限として水平加速を行う。

【００６５】このように、水平加速は、マスター機１の
操縦士の操縦で行うが、その加速度は全機の性能から決
定し、もし誤って過大な操舵が行われても、各機の性能
を越える操舵は行わないようにする。即ち、最小の性能
の機体の限界加速度に抑えるように、各機の飛行制御器
により操舵装置を制御する。

【００６６】先ず、マスター機１の操縦士は、加速のた
めの操舵を行う。この操舵量は、パイロット操舵量検出
装置３２で検出し、マスター飛行制御器２４で水平加速
度に変換してマスター制御器２３に供給し、このマスタ
ー制御器２３から各々ケーブル３３を経て対応するスレ
ーブ機２に送信する。

【００６７】各スレーブ機２では、マスター機１からの
水平加速度を当該スレーブ機２のスレーブ制御器で受信
してスレーブ飛行制御器に供給し、スレーブ飛行制御器
で操舵量に変換して操舵装置に操舵を指令する。なお、
各スレーブ機２での水平加速度の操舵量への変換は、各
機の特性を考慮して行う。これにより、全ての機体に等
しい水平加速度が得られるようになる。

【００６８】その後、機体が目標速度に近づき、マスタ
ー機１の操縦士が徐々に加速度を小さくすることによ
り、最終的にシステムは目標速度に安定する。

【００６９】この水平加速の間のマスター機１の操舵
は、全てのスレーブ機２に送信されてスレーブ機２の操
舵が変更される。更に、各スレーブ機２では、マスター
機１からの指令による操舵の他に、Ｄ−ＧＰＳにより自
機とマスター機１との相対位置を検出して、正規の位置
となるように加速度の修正を行う。この相対位置の修正
は、マスター機１との距離が所定値からずれたとき、こ
の間に平均ずれ速度よりも小さい速度で所定値に戻すよ
うに操舵することにより行われる。

【００７０】（水平巡行モード）水平巡行は、所定の高
度を所定の速度で飛行するだけなので、マスター機１は
自機の機体センサで高度、姿勢及び位置を判断し、自機
の目標の高度及び速度を維持して水平飛行するように、
微小な修正操舵を加えて自機の水平飛行を継続する。こ
のときの修正操舵は各スレーブ機２には伝えられない。

【００７１】また、各スレーブ機２は、自機の高度及び
姿勢、マスター機１との相対位置が各々所定の範囲に収
まるように自動修正操舵を行いながら水平飛行を継続す
る。ここで、マスター機１との相対位置の修正は、上記
の水平加速の場合と同様にして行われる。

【００７２】（旋回モード）旋回は、高度の増減を伴わ
ない面内旋回とする。この旋回では、貨物８の遠心力に
よって内側の機体に貨物の荷重が分担される。この結
果、内側の機体が失速してシステムとしての安定を失う
ことがあるので、旋回時には貨物８の荷重の分担を一定
に維持するようにシステム全体を傾斜させる。また、旋
回では、内側の機体の速度が遅く、外側の機体の速度が
速くなるので、外側の機体の速度性能、及びロータ性能
の差による旋回能力や横滑り特性を考慮して行う。

【００７３】そこで、本実施の形態では、水平巡行飛行
の速度で、スプレッダーバー５を含む貨物８の重心の高
度変化がないように、予め決定されている旋回ルートで
旋回を行う。各機の旋回ルート及び操舵指令は、マスタ
ー機１との相対位置と、その時の速度とを時間の関数と
して、各機の制御器に記憶しておく。

【００７４】旋回ルート及び旋回開始時期はマスター機
１から指示し、旋回開始時期に達したら、各機の制御器
は自機の飛行制御器に速度指令を送り、これにより飛行
制御器は速度を操舵量に変換して自機の操舵装置を操舵
する。

【００７５】旋回中、各スレーブ機２はＤ−ＧＰＳによ
り自機とマスター機１との相対位置を検出し、その相対
位置関係が所定の範囲に収まるように修正操舵する。こ
の修正操舵は水平巡行飛行の場合と同じであり、その操
舵は他の機には伝えない。

【００７６】（減速モード）減速では、貨物８の振動を
効果的に抑えるように、貨物８の質量をｍ、システム全
体の質量をＭとするとき、その速度において貨物８が受
けている空気力のＭ／ｍの前進方向の推力成分を減じる
ように操縦する。具体的には、貨物８に作用する進行方
向に対して逆向きの空気力による力と、減速による進行
方向への加速度による力（慣性力）とを釣り合わせる。

【００７７】即ち、空気力による力をｆｖ、減速による
慣性力をｆｍとすると、ｆｖ＝ｋ・ｖ² （ｋ：形状による係数、ｖ：貨物の速
度）ｆｍ＝ｍ・ｖ′（ｍ：貨物の質量、ｖ′：加速度）であるから、機体の水平飛行速度をＶｃｒ、減速開始か
らの時間をｔとして、ｖ＝Ｖｃｒ／｛１＋（ｋ／ｍ）・Ｖｃｒ・ｔ｝ｖ′＝−｛（ｋ／ｍ）・Ｖｃｒ² ｝／｛１＋（ｋ／ｍ）
・Ｖｃｒ・ｔ｝² となるように減速する。ただし、ｖ＝０となる時間は無
限大であるから、一定の制限を設けてフレアによる減速
を行い、最後の停止操作では、有害でない範囲で貨物８
の揺れを残してホバリング状態に入る。

【００７８】この減速飛行はどの機も同じであるので、
各機は各々の特性を考慮して操舵方法を決定し、その操
舵量を時間の関数として各機の制御器に記憶しておく。

【００７９】マスター機１は減速の指令を減速開始の時
期と共に各スレーブ機２に送信し、減速開始時期に達し
たら各機は各々の制御器に記憶されている操舵量で操舵
して減速する。この飛行モードでも、各スレーブ機２
は、Ｄ−ＧＰＳにより自機とマスター機１との相対位置
を監視し、自機とマスター機１との相対位置関係が所定
の範囲に収まるように修正操舵を行いながら飛行する。

【００８０】（着陸モード）着陸は、地上誘導員とマス
ター機１の操縦士との無線連絡で行われることもある
が、プログラムされた下降速度でも行われる。このプロ
グラムされた下降速度での着陸モードでは、例えば上記
した離陸モードとは逆のパターン、即ち図７において上
昇速度を下降速度とし、時間軸の正方向を逆方向とした
パターンで行なう。

【００８１】先ず、第１の設定高度まで所定の低速度で
下降したら、下降速度を所定の微速まで低下させて、微
速下降しながら各スリングワイヤ縦横位置検出器１４が
スリングワイヤ６の横位置を検出することによって貨物
８の接地を検出する。

【００８２】貨物８の接地を検出したら、下降速度を所
定の低速度に上げて第２の設定高度まで下降し、その
後、再び上記の微速まで下降速度を低下させて、微速下
降しながら各ワイヤ縦横位置検出器１２がワイヤ４の横
位置を検出することによってスプレッダーバー５の着地
を検出する。

【００８３】スプレッダーバー５の着地を検出したら、
下降速度を所定の低速度に上げて下降し、その後、下降
速度を低下させながら機体を着地させる。

【００８４】この下降の間、マスター機１は各スレーブ
機２の高度を監視し、各スレーブ機２に適正な相対位置
をとるように修正指令を与える。

【００８５】以上、各飛行モードについて説明したが、
マスター機１は、飛行中にマスター制御器２３において
各スレーブ機２からの速度、高度及び位置の各情報を絶
えず受信して各スレーブ機２の状態を把握しているの
で、いずれかの機が性能低下または故障等により飛行が
継続できなくなったときには、マスター機１のマスター
制御器２３は操縦士に異常を知らせると共に、対応処理
を実行する。

【００８６】この対応処理では、条件を変更すればホバ
リングを含む飛行が可能な場合には、可能な飛行条件に
変更して飛行を続行し、飛行続行が不可能な場合には、
マスター機１の操縦士に不可能がことを知らせ、これに
より操縦士において貨物８の投下を含む対策を講じさせ
るようにする。

【００８７】本実施の形態によるＭＨＳＳによると、複
数のヘリコプタのうちの１機をマスター機１とし、他を
スレーブ機２して、マスター機１のマスター制御器２３
とスレーブ機２のスレーブ制御器とをケーブル３３を介
して接続し、各機の３次元位置及び各機相互間の３次元
相対位置をＤ−ＧＰＳにより計測しながら、マスター制
御器２３に格納されたスリング飛行のプログラムに従っ
て、マスター・スレーブ制御によりマスター機１及びス
レーブ機２によるスリング飛行を制御して貨物８を運搬
するようにすることから、従来の単機でのヘリコプタ運
用能力を損なうことなく、複数のヘリコプタの相対位置
を高精度に保ちながら、貨物８を安全かつ簡単にスリン
グ運搬することができる。

【００８８】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で種々
変更可能である。例えば、上記実施の形態では、情報伝
達手段としてケーブル３３を用いて、マスター機１とス
レーブ機２との間で相互に情報を伝達するようにした
が、ケーブル３３に代えて光ファイバを用いたり、無線
通信手段を用いることもできる。例えば光ファイバを用
いる場合には、大量の情報を伝達することができると共
に、電磁波の強い空域でも情報を確実に伝達することが
できるので、より高精度の制御を安定して行うことがで
き、また無線通信手段を用いる場合には、ケーブルや光
ファイバを用いる場合のような結線作業が不要になると
共に、運用中のこれらの不慮の切断も生じることがない
ので、安定した情報伝達が可能となる。

【００８９】また、貨物８にＤ−ＧＰＳによる位置検出
装置や加速度検出器を取り付け、これらの出力をマスタ
ー機１のマスター制御器２３に入力して、より高精度の
ＭＨＳＳを構築することもできる。

【００９０】更に、上記実施の形態では、各ワイヤ４に
ワイヤ縦横位置検出器１２を取り付けたが、任意の１本
のワイヤ４にのみワイヤ縦横位置検出器１２を取り付け
て運用することもできる。同様に、スリングワイヤ縦横
位置検出器１４についても、任意の１本のスリングワイ
ヤ６にのみ取り付けて運用することもできる。

【００９１】

【発明の効果】以上説明した本発明のヘリコプタによる
スリングシステムによると、複数のヘリコプタのうちの
１機をマスター機、他機をスレーブ機として、マスター
機のマスター制御器とスレーブ機のスレーブ制御器とを
情報伝達手段を介して結合し、マスター制御器に格納さ
れたスリング飛行のプログラムに従って、マスター・ス
レーブ制御によりマスター機及びスレーブ機による貨物
のスリング飛行を制御することから、従来の単機でのヘ
リコプタ運用能力を損なうことなく、複数のヘリコプタ
による貨物のスリング運搬を安全かつ簡単に実施するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるヘリコプタによるスリングシステ
ムの概要を示す図である。

【図２】同じく、図１に示すヘリコプタの操舵装置を示
す図である。

【図３】同じく、ヘリコプタによるスリングシステムの
全体ブロック図である。

【図４】同じく、ヘリコプタによるスリングシステムの
運用を説明する管制フローチャートである。

【図５】同じく、ヘリコプタによるスリングシステムに
おいて各機体の位置検出を説明するための図である。

【図６】同じく、図４に示す離陸モードでのマスター機
及びスレーブ機の動作を説明するフローチャートであ
る。

【図７】同じく、離陸モード時の上昇速度例を示す図で
ある。

【図８】同じく、離陸モードでのスプレッダーバーの離
陸直前状態を示す図である。

【図９】同じく、離陸モードでの貨物の離陸直前状態を
示す図である。

【図１０】同じく、離陸モードでの貨物の離陸直後の状
態を示す図である。

【図１１】同じく、離陸モードでの貨物離陸後の低速等
速上昇状態を示す図である。

【図１２】従来のヘリコプタによるスリングシステムの
一例を説明するための図である。

【図１３】同じく、他の例を説明するための図である。

【図１４】同じく、更に他の例を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ヘリコプタ（マスター機）２ヘリコプタ（スレーブ機）４ワイヤ５スプレッダーバー６スリングワイヤ８貨物１１ワイヤ張力検出器１２ワイヤ縦横位置検出器１３スリングワイヤ張力検出器１４スリングワイヤ縦横位置検出器１５操縦桿１６縦サイクリック用アクチュエータ１７横サイクリック用アクチュエータ１８コレクティブコントロールバー１９コレクティブ用アクチュエータ２０ヨーコントロールペダル２１ヨー用アクチュエータ２３マスター制御器２４マスター飛行制御器２５対気速度計２６高度計２７機体姿勢計２８外気温度計２９加速度計３０位置検出装置３１マスター／スレーブモード選択スイッチ３２パイロット操舵量検出装置３３ケーブル３５地上局３６ＧＰＳ衛星

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のヘリコプタに各々ワイヤを吊下し
て、これらワイヤによりスプレッダーバーを吊架し、該
スプレッダーバーにスリングワイヤを懸架して、スリン
グワイヤにより貨物を吊架して運搬するヘリコプタによ
るスリングシステムにおいて、上記複数のヘリコプタのうちの所定の１機をマスター
機、他機をスレーブ機とし、上記マスター機には、スリング飛行のプログラムを格納
すると共に、該プログラムに従って自機の飛行を制御す
るためのマスター制御器を設け、上記スレーブ機には、上記プログラムに従って自機の飛
行を制御するためのスレーブ制御器を設け、上記マスター制御器と上記スレーブ制御器とを情報伝達
手段を介して結合して、上記マスター機及びスレーブ機
によるスリング飛行を制御することを特徴とするヘリコ
プタによるスリングシステム。
【請求項２】上記マスター機及びスレーブ機には、各
々速度検出手段、高度検出手段、機体姿勢検出手段、位
置検出手段及び操舵量検出手段を設けると共に、上記マスター機には、上記マスター制御器からの指令を
操舵量に変換して自機の操舵装置を操舵すると共に、該
マスター機の上記操舵量検出手段で検出される自機の操
舵装置の操舵量を速度量に変換して上記マスター制御器
に供給するマスター飛行制御手段を設け、上記スレーブ機には、上記スレーブ制御器からの指令を
操舵量に変換して自機の操舵装置を操舵すると共に、該
スレーブ機の上記操舵量検出手段で検出される自機の操
舵装置の操舵量を速度量に変換して上記スレーブ制御器
に供給するスレーブ飛行制御手段を設け、上記ワイヤには、該ワイヤの張力を検出するワイヤ張力
検出手段と、該ワイヤの縦横位置を検出して上記スプレ
ッダーバーの離着陸を検出するためのワイヤ縦横位置検
出手段とを設け、上記スリングワイヤには、該スリングワイヤの張力を検
出するスリングワイヤ張力検出手段と、該スリングワイ
ヤの縦横位置を検出して上記貨物の離着陸を検出するた
めのスリングワイヤ縦横位置検出手段とを設けたことを
特徴とする請求項１に記載のヘリコプタによるスリング
システム。
【請求項３】上記マスター機及びスレーブ機の各位置
検出手段は、ディファレンシャルＧＰＳにより自機位置
を検出することを特徴とする請求項２に記載のヘリコプ
タによるスリングシステム。
【請求項４】上記情報伝達手段として光ファイバを用
いたことを特徴とする請求項１〜３に記載のヘリコプタ
によるスリングシステム。
【請求項５】上記情報伝達手段として無線通信手段を
用いたことを特徴とする請求項１〜３に記載のヘリコプ
タによるスリングシステム。