JP2002337793A - 航空機の飛行制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機軸と直角方向の速度成分（Ｖｙ）の影響が
含まれる実際の対地速度（Ｖ）を制御することができる
航空機の飛行制御装置を提供する。 【解決手段】 航空機２１の機軸方向の速度Ｖｘと前記
機軸と直角方向の速度成分Ｖｙとが合成されてなる合成
対地速度Ｖを制御する、航空機の飛行制御装置であっ
て、前記合成対地速度の目標値Ｖｓｅｔが設定される目
標値設定部１１と、前記機軸方向の速度を検出する速度
検出部と、前記合成対地速度と前記機軸のなす角である
ドリフト角θを検出するドリフト角検出部と、前記目標
値と、ｃｏｓθ１３との乗算値１４を求める乗算値算出
部とを備え、前記合成対地速度は、前記機軸方向の速度
と、前記乗算値との偏差に基づいて、前記目標値となる
ように制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、航空機の飛行制御
装置に関し、特に、対地速度を一定に保持する航空機の
飛行制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヘリコプターや飛行機などの航空機にお
いて、速度を直接的に制御できるのは、対気速度（空気
中での速度）のみである。航空機は、風に流されていて
も、空気と共に流されているため、自機が風に流されて
いるとは分からない。

【０００３】航空機は、ピッチ方向の制御を行うこと
で、対気速度を直接的に制御している。すなわち、航空
機は、ピッチ軸アクチュエータによって、その機首が下
降すれば増速し、その機首が上昇すれば減速する。

【０００４】一方、航空機は、対地速度（地面に対する
速度）も制御している。航空機が対地速度の保持を行う
場合には、機軸方向の速度（Ｖｘ）を検出し、そのＶｘ
が一定となるように、ピッチ方向の制御を行っている。
その制御ブロック図を図４に示す。

【０００５】図４に示すように、機軸方向の対地速度
（Ｖｘ）と目標速度（機軸方向の目標対地速度Ｖｘｓｅ
ｔ）を比較し、その偏差４１にゲイン４２を掛けた値４
３が、ピッチ軸アクチュエータに出力されることで、機
軸方向の対地速度（Ｖｘ）が目標速度（Ｖｘｓｅｔ）に
なるように制御されていた。

【０００６】従来は、横方向（機軸と直角方向）から風
を受けても、航空機の対地速度に対する影響は少ないと
考えられていたことから、上記のように、対地速度保持
制御に、機軸と直角方向の速度は考慮されておらず、専
ら、機軸方向の対地速度（Ｖｘ、Ｖｘｓｅｔ）のみが考
慮されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、航空機の実
際の対地速度には、機軸と直角方向の速度成分（Ｖｙ）
もあり、機軸方向の速度（Ｖｘ）の速度が低い場合や、
航空機が風に流される量が大きいときには、実際の対地
速度（Ｖ）と機軸方向の速度（Ｖｘ）との誤差が相対的
に大きくなっていた。

【０００８】機軸と直角方向の速度成分（Ｖｙ）の影響
が含まれる実際の対地速度（Ｖ）を制御することが望ま
れている。機軸と直角方向の速度成分（Ｖｙ）を直接制
御することなく実際の対地速度（Ｖ）を制御することが
望まれている。機軸と直角方向の速度成分（Ｖｙ）を直
接制御することなく、機軸方向の速度（Ｖｘ）を制御す
ることで、実際の対地速度（Ｖ）を制御することが望ま
れている。合成対地速度の目標値Ｖｓｅｔの変更を容易
に行えることが望まれている。

【０００９】本発明の目的は、機軸と直角方向の速度成
分（Ｖｙ）の影響が含まれる実際の対地速度（Ｖ）を制
御することができる航空機の飛行制御装置を提供するこ
とである。本発明の他の目的は、機軸と直角方向の速度
成分（Ｖｙ）を直接制御することなく実際の対地速度
（Ｖ）を制御することができる航空機の飛行制御装置を
提供することである。本発明の更に他の目的は、機軸と
直角方向の速度成分（Ｖｙ）を直接制御することなく、
機軸方向の速度（Ｖｘ）を制御することで、実際の対地
速度（Ｖ）を制御することができる航空機の飛行制御装
置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以下に、［発明の実施の
形態］で使用する番号・符号を用いて、［課題を解決す
るための手段］を説明する。これらの番号・符号は、
［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記
載との対応関係を明らかにするために付加されたもので
あるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技
術的範囲の解釈に用いてはならない。

【００１１】本発明の航空機の飛行制御装置は、航空機
（２１）の機軸方向の速度（Ｖｘ）と前記機軸と直角方
向の速度成分（Ｖｙ）とが合成されてなる合成対地速度
（Ｖ）を制御する、航空機の飛行制御装置であって、前
記合成対地速度（Ｖ）の目標値（Ｖｓｅｔ）が設定され
る目標値設定部（１１）と、前記機軸方向の速度（Ｖ
ｘ）を検出する速度検出部と、前記合成対地速度（Ｖ）
と前記機軸のなす角であるドリフト角θを検出するドリ
フト角検出部と、前記目標値（Ｖｓｅｔ）と、ｃｏｓθ
（１３）との乗算値（１４）を求める乗算値算出部とを
備え、前記合成対地速度（Ｖ）は、前記機軸方向の速度
（Ｖｘ）と、前記乗算値（１４）との偏差に基づいて、
前記目標値（Ｖｓｅｔ）となるように制御される。

【００１２】本発明の航空機の飛行制御装置において、
更に、前記目標値（Ｖｓｅｔ）を変更する旨の目標値変
更コマンドに応答して、前記ドリフト角θを特定ドリフ
ト角θ’として検出する特定ドリフト角検出部と、前記
機軸方向の速度（Ｖｘ）と、１／ｃｏｓθ’とが乗算さ
れてなる特定乗算値（１９）を求める特定乗算値算出部
とを備え、前記目標値設定部（１１）では、前記目標値
（Ｖｓｅｔ）が再設定されるときに、前記特定乗算値
（１９）が用いられる。

【００１３】本発明の航空機の飛行制御装置において、
前記合成対地速度（Ｖ）は、前記機軸と直角方向の速度
成分（Ｖｙ）が直接制御されることなく、前記目標値
（Ｖｓｅｔ）となるように制御される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の航空機の飛行制御装置の一実施の形態について説明
する。

【００１５】図１は、本実施形態の航空機の飛行制御装
置の制御ブロック図である。図２は、本実施形態の航空
機の飛行制御装置における、合成対地速度Ｖとドリフト
角θとを説明する模式図である。

【００１６】図２に示すように、ヘリコプタ２１は、機
軸方向に速度Ｖｘで進んでいるときに、横から風で、機
軸方向と直角に速度Ｖｙで流されているとき、実際の対
地速度は、ＶｘとＶｙとを合成してなる合成対地速度Ｖ
で飛行する。

【００１７】この合成対地速度Ｖは、航空機のパイロッ
ト計器に表示され、パイロットは常時知ることができ
る。また、合成対地速度Ｖと機軸の成す角であるドリフ
ト角θは、航空機が飛行中に変化する。そのドリフト角
θの値は、航空機のパイロット計器に表示され、パイロ
ットは常時知ることができる。

【００１８】図３は、ヘリコプタ２１が、風Ｗを横から
受けながら飛行コースＬ上を飛行している状態を示して
いる。このとき、ヘリコプタ２１は、機軸方向に速度Ｖ
ｘで進んでいるが、横からの風Ｗを受けているため、機
軸と直角方向に速度Ｖｙで流されており、その結果、Ｖ
ｘとＶｙとが合成されてなる合成対地速度Ｖで飛行コー
スＬ上を飛行している。

【００１９】本実施形態では、図３のような状況下で、
合成対地速度Ｖを一定にすることができ、予定された飛
行コースＬを、合成対地速度の目標値Ｖｓｅｔで飛行す
ることを可能にする。

【００２０】図２に示すように、合成対地速度Ｖには、
ＶｘとＶｙの２成分があるから、合成対地速度Ｖの制御
に際しては、ＶｘとＶｙの両方を制御することが考えら
れる。しかしながら、ヘリコプタ２１や飛行機などの航
空機は、水平に飛行するのが原則である。Ｖｙは、航空
機の飛行中に付随的に生じる（その発生原因の大半が風
である）ものに過ぎないので、そのＶｙを直接的にコン
トロールするのは困難ないし不適当である。

【００２１】そこで、本実施形態では、Ｖｙを考慮しつ
つＶｘを制御する手法を採用している。以下に、具体的
に説明する。

【００２２】本実施形態では、機軸と直角方向の速度
（Ｖｙ）を加味した合成対地速度Ｖを一定に保つため、
機軸方向の速度Ｖｘに、ドリフト角（合成対地速度Ｖと
機軸のなす角）θの補正を行い、ピッチ方向の制御を行
う。

【００２３】図２に示すように、機軸方向の速度Ｖｘ
は、Ｖｃｏｓθで表され、機軸と直角方向の速度Ｖｙ
は、Ｖｓｉｎθで表される。このことを用いて、図１の
制御ブロック図に示す制御が可能である。

【００２４】図１に示すように、実際の合成対地速度Ｖ
を、合成対地速度の目標値Ｖｓｅｔ（符号１１）に制御
する（一定に保つ）には、上記のように、Ｖｙを直接制
御することなく、実際のＶｘ（符号１２）を制御するに
当たって、実際のＶｙを加味する手法が採用されてい
る。

【００２５】まず、合成対地速度の目標値Ｖｓｅｔ１１
が与えられる。ここでは、例えば、目標値Ｖｓｅｔ１１
は、１００［ｋｔ］として与えられたとする。次に、ｃ
ｏｓθ（このθは時々刻々と変わるドリフト角）と、Ｖ
ｓｅｔ１１（ここでは１００［ｋｔ］）が乗算される
（符号１３）。

【００２６】その乗算値１４と、実際の時々刻々と変わ
る機軸方向の速度Ｖｘ１２とが比較され、その偏差１５
にゲイン１６が掛け算されてなる値１７が、ピッチ軸ア
クチュエータに出力される。これにより、航空機は、実
際の合成対地速度Ｖが１００［ｋｔ］で飛行するように
制御される。

【００２７】次に、合成対地速度Ｖを、現在の速度（１
００［ｋｔ］）から１０［ｋｔ］増速して飛行したい場
合について説明する。

【００２８】パイロットは、合成対地速度Ｖを１０［ｋ
ｔ］増速したいと判断した時に、スイッチまたはレバー
（図示せず）を操作して、目標値変更コマンドを生成す
る。すると、その目標値変更コマンドが生成された時の
ドリフト角θの値（このθは、そのコマンド生成（入
力）時のある一つの値（θ’））が、ブロック１８のθ
として代入される。

【００２９】次いで、実際の時々刻々と変わる機軸方向
の速度Ｖｘ１２に、１／ｃｏｓθが乗算される（符号１
８）。その乗算値１９は、１００［ｋｔ］であるはずで
ある。その時点では、上記のように実際の合成対地速度
Ｖは、１００［ｋｔ］に制御されて飛行しているためで
ある。そこで、その乗算値１９に１０［ｋｔ］が加算さ
れて、目標値Ｖｓｅｔ１１が１１０［ｋｔ］に変更され
る。航空機の実際の合成対地速度Ｖが、その変更された
目標値Ｖｓｅｔ１１の１１０［ｋｔ］で飛行するように
制御する方法は、上記と同様である。

【００３０】上記のように、合成対地速度Ｖを変更した
いときには、機軸方向の速度Ｖｘ１２に、１／ｃｏｓθ
を掛けて（符号１８）、一旦、目標値Ｖｓｅｔ１１に戻
した後に、その目標値Ｖｓｅｔ１１を変更する。

【００３１】上記の方法によれば、Ｖｙを直接的に制御
できない状況下でも、合成対地速度Ｖを一定に制御する
ことができる。なお、飛行機に比べて、ヘリコプタは、
Ｖｘが低いため、風等によるＶｙが合成対地速度Ｖに与
える影響が大きいため、本実施形態が特に有効である。

【００３２】また、パイロットが手動操縦により任意の
合成対地速度Ｖを設定した後、その時の合成対地速度Ｖ
を保持する場合も、上記と同様に行える。手動操縦の結
果、乗算速度１９は、パイロットの望む合成対地速度Ｖ
と等しいはずである。スイッチ又はレバー操作をトリガ
として、乗算速度１９を目標値Ｖｓｅｔ１１とすること
で任意の合成対地速度Ｖで飛行が行える。

【００３３】本実施形態によれば、合成対地速度を一定
に保てるため、特に、コーストラッキングのため偏流角
（ドリフト角）をとっている場合に誤差が少なくなる。
また、風等によってドリフト角が変化しても一定速度を
保持することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の航空機の飛行制御装置によれ
ば、機軸と直角方向の速度成分（Ｖｙ）の影響が含まれ
る実際の対地速度（Ｖ）を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の航空機の飛行制御装置の一実
施の形態の制御ブロック図である。

【図２】図２は、本実施形態の航空機の飛行制御装置に
おける、合成対地速度（Ｖ）とドリフト角（θ）とを説
明するための図である。

【図３】図３は、本実施形態の航空機の飛行制御装置を
用いて、航空機が横からの風を受けつつ合成対地速度
（Ｖ）で飛行コース上を飛行している状態を示す図であ
る。

【図４】図４は、従来の航空機の飛行制御装置の制御ブ
ロック図である。

【符号の説明】

１１ 合成対地速度の目標値（Ｖｓｅｔ） １２ 機軸方向の対地速度（Ｖｘ） １４ 乗算値 １５ 偏差 １６ ゲイン １９ 乗算値 ２１ ヘリコプタ ４１ 偏差 ４２ ゲイン Ｌ 飛行コース Ｖ 合成対地速度 Ｖｓｅｔ 合成対地速度の目標値 Ｖｘ 機軸方向の速度 Ｖｙ 機軸と直角方向の速度 Ｗ 風 θ ドリフト角

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 航空機の機軸方向の速度と前記機軸と直
   角方向の速度成分とが合成されてなる合成対地速度を制
   御する、航空機の飛行制御装置であって、 前記合成対地速度の目標値が設定される目標値設定部
   と、 前記機軸方向の速度を検出する速度検出部と、 前記合成対地速度と前記機軸のなす角であるドリフト角
   θを検出するドリフト角検出部と、 前記目標値と、ｃｏｓθとの乗算値を求める乗算値算出
   部と を備え、 前記合成対地速度は、前記機軸方向の速度と、前記乗算
   値との偏差に基づいて、前記目標値となるように制御さ
   れる航空機の飛行制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の航空機の飛行制御装置に
   おいて、 更に、 前記目標値を変更する旨の目標値変更コマンドに応答し
   て、前記ドリフト角θを特定ドリフト角θ’として検出
   する特定ドリフト角検出部と、 前記機軸方向の速度と、１／ｃｏｓθ’とが乗算されて
   なる特定乗算値を求める特定乗算値算出部とを備え、 前記目標値設定部では、前記目標値が再設定されるとき
   に、前記特定乗算値が用いられる航空機の飛行制御装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の航空機の飛行
   制御装置において、 前記合成対地速度は、前記機軸と直角方向の速度成分が
   直接制御されることなく、前記目標値となるように制御
   される航空機の飛行制御装置。