JP2003237696A

JP2003237696A - 迎角・横滑り角探知システム

Info

Publication number: JP2003237696A
Application number: JP2002034428A
Authority: JP
Inventors: Yumiko Yamaguchi; 裕美子山口; Hisako Yasui; 久子安井
Original assignee: Japan Steel Works Ltd; Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Current assignee: Japan Steel Works Ltd; Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2022-02-12
Also published as: JP3671216B2

Abstract

(57)【要約】【課題】航空機の迎角・横滑り角探知システムに関
し、大迎角の時でも高精度かつ高速に迎角及び横滑り角
を推定可能とする。【解決手段】航空機のピトーブーム先端５３ａには５
孔からなる圧力孔の配置（ＰＡ），（ＰＢ）が設けら
れ、各圧力Ｐ１〜Ｐ５、Ｐ３’、Ｐ４’、Ｐ５’はそれ
ぞれ圧力センサ１２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｄで測定
され、Ａ／Ｄ変換器１４、１５でディジタル信号に変換
され、コンピュータ１６へ入力される。コンピュータ１
６では配置（ＰＡ），（ＰＢ）それぞれに対し５孔の上
下、左右の圧力差から行列Ａを求め、予め校正試験で得
られた圧力差とα，βの関係より係数行列を求める。こ
の行列Ａに係数行列を乗算することにより迎角と横滑り
角を簡単に求める。迎角が小さい時の中心部の配置（Ｐ
Ａ）から、大迎角の時には配置（ＰＢ）から迎角及び横
滑り角を推定するので、高精度かつ高速に推定が可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は迎角・横滑り角探知
システムに関し、大迎角においても正確に迎角と横滑り
角を算出し、測定することができるシステムである。

【０００２】

【従来の技術】従来の風洞試験や航空機の実機で空力特
性の試験においては、航空機のノーズ部から前に突出さ
せたピトーブームの先端に５孔の圧力孔を配置し、それ
らの孔の圧力差から迎角及び横滑り角を推定していた。
図９は航空機の外観を示す図で、（ａ）は上面図、
（ｂ）は側面図である。図において、５０は航空機、５
１は航空機のノーズ、５３はノーズ先端のピトーブーム
である。αは機体の重心を中心とした上下方向の角度、
即ち迎角であり、βは機体の左右方向の角度、即ち横滑
り角である。これら迎角α、横滑り角βは飛行試験や風
洞試験においては、前述のようにピトーブーム５３先端
に設けられた５孔の圧力孔の圧力から各孔の圧力差を求
め、それら圧力差から推定している。

【０００３】図１０はピトーブーム５３を示す拡大図
で、（ａ）はその外観図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視
図である。実際のピトーブームの径は１７mm程度のもの
であり、その先端５３ａには、中心の圧力孔から均等に
四角形状となるように５孔の圧力孔５４が設けられ、各
圧力孔５４には圧力配管５６が接続され、これら圧力配
管５６はピトーブーム５３内を通り、航空機５０の機体
内に配置された圧力センサ５５へ接続され、各圧力セン
サ５５の信号は図示省略の測定部へ導かれ、測定部にお
いて各圧力孔５４の圧力差を演算し、迎角α、横滑り角
βを推定している。

【０００４】上記構成のピトーブームにおいて、５孔の
圧力孔からの圧力値を利用して迎角α、横滑り角βを推
定する場合、中心の圧力孔の圧力Ｐ₂の上下、左右の圧
力差とα，βとの関係を次に示す多項式（１），（２）
で近似する。この多項式は予め行う校正試験で得られる
圧力差と迎角（α）と横滑り角（β）との関係より係数
を求めておき、α，βを算出するときは、その多項式を
繰り返し計算法で逆算してα，βを算出する。

【０００５】（Ｐ₁−Ｐ₃）／Ｐ₂＝Ａ₀＋Ａ₁α＋Ａ₂α²＋Ａ₃α³＋…………（１）ここで、Ａ₀，Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃，・・・は予め設定し
ておく係数である。

【０００６】（Ｐ₄−Ｐ₅）／Ｐ₂＝Ｂ₀＋Ｂ₁β＋Ｂ₂β²＋Ｂ₃β³＋…………（２）ここで、Ｂ₀，Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，・・・は予め設定し
ておく係数である。

【０００７】従来の迎角、横滑り角の測定は上記のよう
に５孔の圧力変化により測定しているので、その測定範
囲は、図７（ｂ）に示す圧力穴Ｐ１とＰ３のなす角度の
狭い範囲（Ａ）の迎角範囲に限られており、それ以上の
迎角は誤差が大きくて正確な迎角、横滑り角を測定する
ことは困難であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述のように航空機の
風洞試験や実機での試験における迎角と横滑り角の測定
は、（１）式と（２）式により繰り返し計算法（Newton
-Rapson 法等）により逆算して求めているが、収束条件
によっては解が得られない場合がある。また、繰り返し
計算法は計算時間が長く、リアルタイム処理には不向き
であり、従来の計算法による迎角と横滑り角の推定を迅
速かつ正確に行う何らかの改良や対策が望まれていた。

【０００９】また、前述のように従来のピトーブームに
よる迎角、横滑り角の推定はピトーブーム先端に５孔の
圧力孔を均等に配置し、それらの圧力差により推定して
いるが、ピトーブームは１７mm程度の細管であり、各圧
力孔からは圧力配管を接続して圧力を取り出すので圧力
配管に接続する圧力センサは機体側に搭載していた。そ
のために、圧力配管は長くなって圧力応答遅れがあり、
迎角、横滑り角の応答遅れが生じ、精度が悪く、また、
特に大迎角の時には圧力差の変動幅が小さくなり、推定
精度が悪かった。

【００１０】また、前述のように従来の航空機の迎角、
横滑り角の測定は５孔の圧力孔の圧力変化により測定し
ているので、圧力変化が正しく測定できる範囲に限られ
ており、５孔の圧力値による測定（以下、５孔ヨーメー
タによる測定と呼ぶ）で誤差なく計測可能な狭い範囲の
迎角範囲においてのみ可能であり、広い迎角範囲では測
定ができなかった。

【００１１】そこで本発明では、繰り返し演算を必要と
せず、予め校正試験で設定しておく係数とピトーブーム
の圧力孔で測定される圧力値から求められる圧力差とを
算出し、これら係数と圧力値を乗算するのみで迎角と横
滑り角が簡単に推定できる迎角・横滑り角探知システム
を提供することを課題としてなされたものである。

【００１２】また、本発明では、ピトーブーム先端の圧
力孔を増加し、８孔の圧力孔の配置とし、これら圧力孔
の圧力差を組み合わせることにより大迎角においても高
精度に迎角、横滑り角をリアルタイムで測定し、推定で
きる迎角・横滑り角探知システムを提供することを課題
としている。

【００１３】更に、本発明では、ピトーブーム先端の圧
力孔を８孔に増加し、８孔を上側の５孔と下側の５孔の
組に分けて、それぞれの組において５孔の圧力値から迎
角、横滑り角を測定し、２組の出力のうち迎角に応じて
上側の５孔で測定する場合と下側の５孔で測定する場合
を切り換えて測定可能とし、切り換え使用により従来よ
りも適用可能迎角範囲を拡大することができる迎角・横
滑り角探知システムを提供することを課題としてなされ
たものである。

【００１４】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために、次の手段を提供する。

【００１６】（１）航空機ノーズ先端のピトーブームに
設けられた複数の圧力孔からそれぞれ圧力信号を得る複
数の圧力センサと、同複数の圧力センサからの圧力信号
を取込み各圧力信号に基づき迎角及び横滑り角を算出す
るコンピュータとを備えており、前記コンピュータは、
前記各圧力孔の圧力信号から上下、左右に配置される圧
力孔間の圧力差を求め同圧力差から圧力差行列を組み立
て、更に予め校正試験で得られた迎角及び横滑りのデー
タ、その時の同データに関連する圧力孔の物理量とで迎
角係数行列と横滑り角係数行列とを組み立て、前記圧力
差行列に前記迎角係数行列を乗算して前記迎角を、前記
圧力差行列に前記横滑り角係数行列を乗算して前記横滑
り角を、それぞれ算出することを特徴とする迎角・横滑
り角探知システム。

【００１７】（２）航空機ノーズ先端から前方へ突出し
先端部に複数の圧力孔を有するピトーブームと、同ピト
ーブーム内で前記複数の圧力孔に接続する複数本の圧力
配管と、前記ピトーブーム内に埋設され前記圧力配管に
それぞれ接続する複数の圧力センサとを備え、前記圧力
孔は前記ピトーブームの中心、左右、上下の５孔に加
え、更に３孔を前記５孔の配置の下側又は上側のいずれ
かに配置したことを特徴とする迎角・横滑り角探知シス
テム。

【００１８】（３）航空機ノーズ先端から前方へ突出し
先端部に複数の圧力孔を有するピトーブームと、同ピト
ーブーム内で前記複数の圧力孔に接続する複数本の圧力
配管と、前記ピトーブーム内に埋設され前記圧力配管に
それぞれ接続する複数の圧力センサとを備え、前記圧力
孔は前記ピトーブームの中心、左右、上下の５孔に加
え、更に３孔を前記５孔の配置の左側又は右側のいずれ
かに配置したことを特徴とする迎角・横滑り角探知シス
テム。

【００１９】（４）航空機のピトーブーム先端に複数の
孔を設け、これら孔間の圧力差を測定し迎角及び横滑り
角を検知するシステムであって、前記複数の孔は、ピト
ーブーム先端の中心、同中心の上下、左右の上側５孔
と、同上側５孔の最下端の孔の下及び左右へそれぞれ配
置した３孔とで８孔からなり、前記上側５孔と同上側５
孔の最下端の孔を中心とした上下、左右の下側５孔との
圧力信号を取込み迎角及び横滑り角を算出し出力する演
算装置とを備えた構成とし、前記演算装置は、前記上側
５孔の圧力信号を取込み迎角（α（上））、横滑り角
（β（上））を算出する上側角度計算部と、前記下側５
孔の圧力信号を取込み迎角（α（下））、横滑り角（β
（下））を算出する下側角度計算部と、前記迎角（α
（上）），（α（下））、横滑り角（β（上）），（β
（下））の値を取込み、これらを含む計算式により迎角
（α）、横滑り角（β）を算出する上側下側出力切り換
え算出部と、前記迎角（α（上）），（α（下））、横
滑り角（β（上）），（β（下））の値及び前記迎角
（α）、横滑り角（β）の値を取込み所定の下限値α１
及び上限値α２と比較し、α＜α１であれば前記上側角
度計算部からのα（上），β（上）を、α＞α２であれ
ば前記下側角度計算部からのα（下），β（下）を、こ
れら条件以外では前記上側下側出力切り換え算出部から
のα，βを、迎角及び横滑り角として出力する出力判定
部とを備えたことを特徴とする迎角・横滑り角探知シス
テム。

【００２０】本発明の（１）においては、コンピュータ
では各圧力孔の圧力差から圧力差行列を求め、更に校正
試験で得られた迎角、横滑り角及び各圧力孔での圧力差
に関する物理量から迎角係数行列及び横滑り角係数行列
を求める。コンピュータでは上記の圧力差行列と迎角係
数行列とを乗算して迎角を算出し、同圧力差行列に横滑
り角係数行列を乗算して横滑り角を算出する。従って、
従来のような繰り返し計算を不要とし、単純な乗算によ
り迎角及び横滑り角が迅速に得られ、更に、従来のよう
に解が得られないようなことがなく、リアルタイム処理
が可能となる。

【００２１】本発明の（２）においては、ピトーブーム
先端には中心部の５孔と中心の下側又は上側へ更に３孔
が追加され８孔の圧力孔を有している。追加された３孔
の圧力孔は中心部の圧力孔配置のうち、中心と下側又は
上側の圧力孔を共用することにより中心部の５孔と同様
に５孔の配置を形成できる。従って８孔の圧力孔で中心
部正面の５孔の圧力孔配置と、下側又は上側の５孔の圧
力孔の配置の組み合わせに分けることができる。このよ
うな圧力孔の配置において、迎角が小さい場合には、ピ
トーブーム正面の中心部の５孔の圧力孔配置により圧力
を検出し、その検出信号を圧力配管より圧力センサへ導
いて各圧力孔からの圧力を測定し、各圧力孔間の圧力差
から、それらの大小に応じて迎角及び横滑り角を推定す
る。迎角が大きい場合になると、下側の５孔の圧力孔配
置からの圧力を測定して圧力センサからの圧力値を取込
み、上記と同様に各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推
定するようにする。従って、大きな迎角となっても、下
側に配置した５孔の圧力孔配置が迎角に応じて圧力差の
応答を高感度で求めることができ高精度の推定を可能と
するものである。

【００２２】本発明の（３）では、８孔の圧力孔から正
面中心部の５孔の圧力孔配置と左、又は右側に５孔の圧
力孔配置を形成し、これを組み合わせた配置とすること
ができる。従って、上記（２）の発明と同じく、横滑り
角の小さい時には、正面中心部の５孔の圧力孔配置から
の各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定し、横滑り角
が大きくなると、左又は右側の５孔の圧力孔配置での各
孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定する。これによ
り、上記（２）の発明と同じく、高精度で迎角と横滑り
角を推定することができる。

【００２３】本発明の（４）においては、８孔を上側５
孔と下側５孔の配置に分けて、それぞれ演算装置に圧力
値を取込み、演算装置では、これら上側、下側５孔にお
いてそれぞれ迎角、横滑り角を算出する。即ち、上側５
孔からの圧力値により、上側角度計算部において従来と
同じ手法により迎角、横滑り角を求め、下側５孔からの
圧力値により、同様に迎角、横滑り角を求める。また、
上側下側出力切り換え算出部では、これら上側、下側角
度計算部で求めた迎角、横滑り角を含んだ計算式により
迎角、横滑り角を計算する。一方、出力判定部では、こ
れら上側角度計算部、下側角度計算部、上側下側出力切
り換え算出部からの各計算値を入力し、所定の下限値α
１、上限値α２と比較し、上側角度計算部からの値がα
１より小さい場合には、この値を出力し、下側角度計算
部からの値がα２よりも大きい場合には、この値を出力
し、これら条件以外では上側下側出力切り換え算出部か
らの値を出力する。

【００２４】上記構成の本発明の（４）によれば、迎角
が小さい場合には、上側５孔からの計算値により迎角、
横滑り角が検知され、迎角が大きくなると下側５孔から
の計算値により迎角、横滑り角が切り換えて検知される
ので、従来の上側５孔のみの構成よりも計測適用可能な
迎角範囲が拡大され、これに伴う横滑り角も検知するこ
とができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の第
１の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムの構
成図である。図において、ピトーブーム５３先端には従
来例で説明したように圧力孔５４が５孔設けられてい
る。圧力孔５４は５孔からなり四角形状となるように均
等に配置されており、それぞれ圧力Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，
Ｐ₄，Ｐ₅を測定し、それら圧力値を圧力センサ１ａ，
１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅへ送る。

【００２６】圧力センサ１ａ〜１ｅの圧力信号は、Ａ／
Ｄ変換器２へ送られ、ここでディジタル信号へ変換さ
れ、コンピュータ３へ入力される。コンピュータ３では
後述するように（３）式〜（８）式で定められる演算を
行い、迎角αと横滑り角βを算出し、出力装置５へ出力
する。また、４は記憶装置であり、予め定められた校正
係数やコンピュータ３での演算に必要なデータが記憶さ
れ、また、必要に応じてコンピュータ３で演算した結果
や、演算途中のデータ等を記憶させる。６は入力装置で
あり、演算に必要なデータの入力、出力指令等を行う。

【００２７】上記構成のシステムにおいて、コンピュー
タ３で実施される演算について次に説明する。まず、迎
角α及び横滑り角βとピトーブーム５３の５孔の圧力孔
５４における圧力差との関係は次の（３）式で表され
る。

【００２８】

【数１】ここで、行列Ａ（圧力差行列）は次の（４）式より求め
られ、（４）式中のΔＣＰα，ΔＣＰβは（５）式のよ
うに圧力孔５４の中心の圧力孔の圧力値Ｐ₂の上下、左
右の圧力差より求められる。

【００２９】

【数２】迎角係数行列における校正係数ｋα１〜ｋα１５、横滑
り角係数行列における校正係数ｋβ１〜ｋβ１５は、校
正試験で得られるα’，β’と校正試験で得られる圧力
差に関するピトーブーム圧力孔の物理量に上記（３）式
を適用すると次の（６）式となる。なお、（６）式は迎
角α’に関する式であるが、β’も同様に求められる。

【００３０】

【数３】上記（６）式より、最小２乗法により校正係数を次の
（７）式，（８）式のように求めることができる。

【００３１】

【数４】コンピュータ３では、上記のように、ピトーブーム５３
の各圧力孔５４から取り込んだ圧力値より（５）式によ
り、ΔＣＰα，ΔＣＰβを求め、この値より（４）式か
ら行列Ａ（圧力差行列）を求め、校正試験で得られる
α’，β’とピトーブームの物理量から（６）〜（８）
式により予め求めておいた校正係数ｋα１〜ｋα１５，
ｋβ１〜ｋβ１５を用いて、換言すれば迎角係数行列及
び横滑り角係数行列を用いて（３）式にて迎角α、横滑
り角βを算出するものである。

【００３２】以上説明の本発明の第１の実施の形態にお
ける迎角・横滑り角探知システムによれば、ピトーブー
ム５３先端の５孔の圧力孔５４の圧力値を圧力センサ１
ａ〜１ｅを介してコンピュータ３へ取込み、コンピュー
タ３において中心の圧力孔の上下、左右の圧力差より行
列Ａを算出し、予め校正試験で得られた係数行列を乗算
することにより、迎角と横滑り角を簡単に算出して推定
し、出力装置５に出力することができる。

【００３３】このようなシステムによりコンピュータ３
では従来のような繰り返し演算が不要となり、また、収
束しないで解が得られない等の不具合もなくなり、迎角
と横滑り角を迅速、かつ正確にリアルタイムで処理する
ことができる。

【００３４】図２は本発明の第２の実施の形態に係る迎
角・横滑り角探知システムのピトーブーム先端の圧力孔
配置図であり、（ａ）は圧力孔を中心の５孔と、下側の
５孔を組み合わせた例、（ｂ）は中心の５孔と上側の５
孔を組み合わせた例である。（ａ）における下側の５孔
は中心の５孔と等ピッチで配置され、（ｂ）における上
側の５孔は中心の５孔と等ピッチで配置されていること
が好ましい。

【００３５】図において、（ａ）の例ではピトーブーム
５３の先端５３ａには中心に四角形状に圧力孔１０を５
孔配置して圧力Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₄，Ｐ₅をそれぞ
れ測定できるような配置（ＰＡ）を設ける。その中心部
の５孔の配置の下側には、それぞれＰ₂，Ｐ₃，Ｐ₃'，
Ｐ₄'，Ｐ₅'の圧力を測定する５孔の配置（ＰＢ）を設け
る。これら圧力孔のうち、中心の圧力Ｐ₂、その下側の
圧力Ｐ₃は上側の５孔と下側の５孔とに共通に用いられ
る圧力孔であり、結果として圧力孔は８孔となってい
る。

【００３６】（ｂ）の例では、中心に四角形状に５孔を
配置し、圧力Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ ₄，Ｐ₅をそれぞれ
測定できる配置（ＰＡ）を設ける。その中心部の５孔の
配置（ＰＡ）の上側には、それぞれＰ₁'，Ｐ₁，Ｐ₂，
Ｐ₄'，Ｐ₅'圧力を測定する５孔の配置（ＰＣ）を設け
る。これら圧力孔のうち、中心の圧力Ｐ₂、その上側の
圧力Ｐ₁は配置（ＰＡ）と配置（ＰＣ）とで共通に用い
られる圧力孔であり、結果としてこの例でも圧力孔は８
孔となる。

【００３７】図３はピトーブーム先端部５３ａの断面図
であり、（ａ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、
（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。図示のように、各圧力孔
１０には圧力配管１１が接続され、圧力センサ１２，１
３に接続されている。圧力センサ１２，１３は圧力配管
１１をできるだけ短くするために小型非定常圧力センサ
を用い、８本の圧力センサをすべてピトーブーム５３の
先端部へ埋め込む構成としている。また、ピトーブーム
先端は、従来は角錐形状であったが、半球形状とし圧力
センサ１２，１３を埋め込みやすくすると共に、気流の
影響を小さくしている。また、圧力センサ１２，１３の
応答遅れを８個とも合わせるために、圧力配管１１は８
本とも同じ容積としている。

【００３８】上記のような８孔の圧力孔を有するピトー
ブームにおいて、後述するように、迎角が大きくない場
合には、ピトーブーム正面の配置（ＰＡ）の５孔の圧力
差から、迎角が大きくなると下側の配置（ＰＢ）又は上
側の配置（ＰＣ）の５孔の圧力差から、迎角及び横滑り
角を推定する。

【００３９】図４は本発明の第２の実施の形態に係るシ
ステムの全体の系統図である。図において、ピトーブー
ム５３の先端５３ａには５孔からなる圧力孔の配置（Ｐ
Ａ），（ＰＢ）が設けられ、配置（ＰＡ）では、圧力Ｐ
₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₄，Ｐ₅がそれぞれ圧力センサ１２
ｂ，１３ｃ，１２ｃ，１２ａ，１２ｄで測定され、Ａ／
Ｄ変換器１４でディジタル信号に変換されてコンピュー
タ１６へ入力される。

【００４０】また、同様に配置（ＰＢ）では、圧力
Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₃'，Ｐ₄'，Ｐ₅'がそれぞれ圧力センサ１
３ｃ，１２ｃ，１３ｂ，１３ｄ，１３ａで測定され、Ａ
／Ｄ変換器１５でディジタル信号に変換されてコンピュ
ータ１６へ入力される。コンピュータ１６では、迎角が
大きいか、小さいかを入力する各信号の大きさより判断
して、迎角が小さい場合には、配置（ＰＡ）の５孔の圧
力孔の信号から、各信号の差を演算し、それぞれ迎角と
横滑り角を推定する。

【００４１】また、迎角が大きい場合には、配置（Ｐ
Ｂ）の５孔の圧力孔の信号から、各信号の差を求め、同
様に演算を行い、それぞれ迎角と横滑り角を推定する。
１７は出力装置であり、コンピュータ１６の演算結果を
出力するもの、１８は入力装置であり、演算に必要なデ
ータの入力を行い、１９は記憶装置であり、演算結果を
記憶したり、必要なデータを予め設定し記憶させてお
く。

【００４２】上記に説明の第２の実施の形態の迎角・横
滑り角探知システムによれば、大迎角の時でも大迎角の
時の圧力変化を効果的に検出できる５孔の圧力孔の配置
（ＰＢ）又は（ＰＣ）を中心の５孔の圧力孔の配置（Ｐ
Ａ）と組み合わせて配置したので、大迎角と、その時の
横滑り角が精度良く測定でき、良好な応答性が得られる
ものである。

【００４３】図５は本発明の第３の実施の形態に係る迎
角・横滑り角探知システムのピトーブーム先端５３ａの
圧力孔の配置図であり、（ａ）は中心部の５孔の圧力孔
１０の配置に加え、右側に５孔の圧力孔１０の配置を、
（ｂ）は左側に５孔の圧力孔１０の配置を、それぞれ配
設したものであり、その他の構成は図２〜図４に示す第
２の実施の形態と同じ構成である。

【００４４】即ち、（ａ）は、中心部の５孔の圧力孔１
０の配置（ＰＡ）の右側に５孔の圧力孔の配置（ＰＤ）
を配設（前記中心部の５孔と等ピッチ）した例であり、
（ｂ）は、その逆の左側に５孔の圧力孔の配置（ＰＥ）
を配設（前記中心部の５孔と等ピッチ）した例である。
従って、（ａ）の例では、配置（ＰＡ）の中心の圧力孔
と右側の圧力孔は配置（ＰＤ）の圧力孔と共用し、ま
た、（ｂ）の例では、中心の配置（ＰＡ）の中心の圧力
孔と左側の圧力孔は配置（ＰＥ）と共用し、結果として
８孔の圧力孔からなっている。

【００４５】上記構成の圧力孔の配置を有する第３の実
施の形態においても第２の実施の形態と同様の作用、効
果が得られ、特に第３の実施の形態においては大横滑り
角の場合に有効であり高精度で応答の良い測定が可能と
なるものである。

【００４６】図６は本発明の第４の実施の形態に係る迎
角・横滑り角探知システムの全体構成図である。図にお
いて、４０は８孔ヨーメータであり、後述するようにピ
トーブーム先端に設けられた８孔の圧力孔からなり、８
孔の圧力値が検出される。４１はＡ／Ｄ変換器であり、
各８孔の圧力信号をディジタル値に変換し、演算装置、
即ちコンピュータ４２へ入力する。コンピュータ４２で
は後述するように、これら８孔からの圧力データに基づ
いて演算を行い、迎角の大小に応じて算出値を切り換
え、正確な迎角と横滑り角の計測値を出力する。４３は
出力装置であり、コンピュータ４２で算出された結果を
表示したり、プリントし出力するものである。

【００４７】図７は上記に説明の８孔ヨーメータのピト
ーブーム先端を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側
面図、（ｃ）はその作用の説明図である。図（ａ），
（ｂ）において、ピトーブーム２０の先端には、Ｐ１〜
Ｐ８の８孔が設けられている。これら８孔は中心のＰ
２、上下のＰ１，Ｐ３、左右のＰ５，Ｐ７の５孔からな
る上側５孔３０と、Ｐ３を中心に、上下のＰ２，Ｐ４、
左右のＰ６，Ｐ８の５孔からなる下側５孔３１とに区分
されて、後述するように圧力値が測定されてコンピュー
タ４２へ入力される。

【００４８】図７（ｂ）に示すように、本第４の実施の
形態での測定可能な迎角の範囲は、上側５孔３０により
（Ａ）の範囲の測定が可能であり、また、下側５孔３１
では（Ｂ）の範囲の測定が可能である。従って、全体と
しての計測可能範囲は従来の（Ａ）のみの場合に比べて
下側５孔による（Ｂ）の範囲が含まれ、迎角の測定範囲
が拡大される。

【００４９】図７（ｃ）は迎角（α）とその出力の関係
を示し、図中左側が上側５孔３０により計算された迎角
α（上）、横滑り角β（上）の出力であり、図中右側が
下側５孔３１により計算された迎角α（下）、横滑り角
β（下）の出力である。α１，α２は切り換え迎角の範
囲を示し、上側５孔３０による計算値と、下側５孔３１
による計算値とで、それぞれ後述するように迎角α、横
滑り角βを求め、αの値がα１よりも小さければ（図中
α１よりも左側）、上側５孔３０による計算値を正確な
測定値とし、αの値がα２よりも大きければ（図中α２
よりも右側）、下側５孔３１の計算値を正確な測定値と
するものである。

【００５０】図８は上記に説明した８孔ヨーメータを用
いた迎角・横滑り角探知システムの機能ブロック図であ
り、コンピュータ４２で実施され、その実施結果として
迎角αと横滑り角βが正確な測定値として出力されるも
のである。

【００５１】図において、８孔ヨーメータ４０からの信
号は、上側５孔３０のＰ１，Ｐ５，Ｐ７，Ｐ２，Ｐ３が
上側５孔α，β計算部４０−１へ入力される。また、下
側５孔３１のＰ３，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，Ｐ８が下側５孔
α，β計算部４０−２へ入力される。

【００５２】上側５孔α，β計算部４０−１と下側５孔
α，β計算部４０−２とでは、それぞれ従来と同様の計
算方法による各５孔間の圧力値の変化によりα，βの計
算を行う。ここでα（上），β（上）は上側５孔３０に
よって従来と同じように計算によって求めた迎角と横滑
り角であり、α（下），β（下）は下側５孔３１によっ
て従来と同じように計算によって求めた迎角と横滑り角
である。

【００５３】上記計算されたα（上），β（上），α
（下），β（下）のデータは上側下側出力切り換え算出
部４０−３へ入力され、ここで次に示す（９）式の演算
が行われ、Ｋ１，Ｋ２が求められ、（１０）式により
α，βが演算され、その結果は出力判定部４へ入力され
る。

【００５４】

【数５】また、上側５孔α，β計算部４０−１と下側５孔α，β
計算部４０−２の出力α（上），β（上），α（下），
β（下）のデータは更に出力判定部４０−４へも直接入
力される。出力判定部４０−４では、入力されたα
（上），β（上），α（下），β（下）及び上側下側出
力切り換え算出部４０−３の出力α，βを調べ、α
（上）が切り換え迎角範囲のα１よりも小さいと、その
出力α（上）を検知結果として出力し、また、α（下）
がα２よりも大きいと、その出力α（下）を検知結果と
して出力し、上記の条件以外では上側下側出力切り換え
算出部４０−３のα，β出力を検知結果として出力す
る。

【００５５】以上説明の第４の実施の形態によれば、８
孔ヨーメータ４０からの圧力信号を使用することによ
り、上側５孔３０により算出したα（上），β（上）
と、下側５孔３１により算出したα（下），β（下）と
をオーバラップする迎角範囲において、上側下側出力切
り換え算出部４０−３で演算することにより上側５孔３
０のα（上），β（上）か、下側５孔３１のα（下），
β（下）かをスムーズに切り換えることにより、広範囲
の迎角範囲において迎角α、横滑り角βを算出すること
ができる。

【００５６】以上本発明の実施の形態について説明して
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。

【００５７】

【発明の効果】本発明の迎角・横滑り角探知システム
は、（１）航空機ノーズ先端のピトーブームに設けられ
た複数の圧力孔からそれぞれ圧力信号を得る複数の圧力
センサと、同複数の圧力センサからの圧力信号を取込み
各圧力信号に基づき迎角及び横滑り角を算出するコンピ
ュータとを備えており、前記コンピュータは、前記各圧
力孔の圧力信号から上下、左右に配置される圧力孔間の
圧力差を求め同圧力差から圧力差行列を組み立て、更に
予め校正試験で得られた迎角及び横滑りのデータ、その
時の同データに関連する圧力孔の物理量とで迎角係数行
列と横滑り角係数行列とを組み立て、前記圧力差行列に
前記迎角係数行列を乗算して前記迎角を、前記圧力差行
列に前記横滑り角係数行列を乗算して前記横滑り角を、
それぞれ算出することを特徴としている。

【００５８】上記構成のシステムにより、コンピュータ
では上記の圧力差行列と迎角係数行列とを乗算して迎角
を算出し、同圧力差行列に横滑り角係数行列を乗算して
横滑り角を算出する。従って、従来のような繰り返し計
算を不要とし、単純な乗算により迎角及び横滑り角が迅
速に得られ、更に、従来のように解が得られないような
ことがなく、リアルタイム処理が可能となる。

【００５９】本発明の（２）は、航空機ノーズ先端から
前方へ突出し先端部に複数の圧力孔を有するピトーブー
ムと、同ピトーブーム内で前記複数の圧力孔に接続する
複数本の圧力配管と、前記ピトーブーム内に埋設され前
記圧力配管にそれぞれ接続する複数の圧力センサとを備
え、前記圧力孔は前記ピトーブームの中心、左右、上下
の５孔に加え、更に３孔を前記５孔の配置の下側又は上
側のいずれかに配置したことを特徴としている。

【００６０】上記構成により、迎角が小さい場合には、
ピトーブーム正面の中心部の５孔の圧力孔配置により圧
力を検出し、圧力配管より圧力センサへ導いて各圧力孔
からの圧力を測定し、各圧力孔間の圧力差から、それら
の大小に応じて迎角及び横滑り角を推定する。迎角が大
きい場合になると、下側の５孔の圧力孔配置からの圧力
を測定して圧力センサからの圧力値を取込み、上記と同
様に各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定する。従っ
て、大きな迎角となっても、下側に配置した５孔の圧力
孔配置が迎角に応じて圧力差の応答を高感度で求めるこ
とができ高精度の推定を可能とするものである。

【００６１】本発明の（３）は、上記と同様に複数の圧
力孔を有するピトーブームと、圧力配管と、圧力センサ
とを備え、前記圧力孔は前記ピトーブームの中心、左
右、上下の５孔に加え、更に３孔を前記５孔の配置の左
側又は右側のいずれかに配置したことを特徴としてい
る。

【００６２】上記構成においても、上記（２）の発明と
同じく、横滑り角の小さい時には、正面中心部の５孔の
圧力孔配置からの各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推
定し、横滑り角が大きくなると、左又は右側の５孔の圧
力孔配置での各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定す
る。これにより、上記（２）の発明と同じく、高精度で
迎角と横滑り角を推定することができる。

【００６３】本発明の（４）は、航空機のピトーブーム
先端に複数の孔を設け、これら孔間の圧力差を測定し迎
角及び横滑り角を検知するシステムであって、前記複数
の孔は、ピトーブーム先端の中心、同中心の上下、左右
の上側５孔と、同上側５孔の最下端の孔の下及び左右へ
それぞれ等ピッチで配置した３孔とで８孔からなり、前
記上側５孔と同上側５孔の最下端の孔を中心とした上
下、左右の下側５孔との圧力信号を取込み迎角及び横滑
り角を算出し出力する演算装置とを備えた構成とし、前
記演算装置は、前記上側５孔の圧力信号を取込み迎角
（α（上））、横滑り角（β（上））を算出する上側角
度計算部と、前記下側５孔の圧力信号を取込み迎角（α
（下））、横滑り角（β（下））を算出する下側角度計
算部と、前記迎角（α（上）），（α（下））、横滑り
角（β（上）），（β（下））の値を取込み、これらを
含む計算式により迎角（α）、横滑り角（β）を算出す
る上側下側出力切り換え算出部と、前記迎角（α
（上）），（α（下））、横滑り角（β（上）），（β
（下））の値及び前記迎角（α）、横滑り角（β）の値
を取込み所定の下限値α１及び上限値α２と比較し、α
＜α１であれば前記上側角度計算部からのα（上），β
（上）を、α＞α２であれば前記下側角度計算部からの
α（下），β（下）を、これら条件以外では前記上側下
側出力切り換え算出部からのα，βを、迎角及び横滑り
角として出力する出力判定部とを備えたことを特徴とし
ている。

【００６４】上記構成により、迎角が小さい場合には、
上側５孔からの計算値により迎角、横滑り角が検知さ
れ、迎角が大きくなると下側５孔からの計算値により迎
角、横滑り角が切り換えて検知されるので、従来の上側
５孔のみの構成よりも計測適用可能な迎角範囲が拡大さ
れ、これに伴う横滑り角も検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る迎角・横滑り
角探知システムの構成図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る迎角・横滑り
角探知システムの圧力孔の配置図であり、（ａ）は５孔
の圧力孔を中心及びその下側に、（ｂ）は中心及びその
上側へ、それぞれ配置した図である。

【図３】図２における断面図であり、（ａ）は図２
（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る迎角・横滑り
角探知システムを用いた全体システムの系統図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係る迎角・横滑り
角探知システムの配置図であり、（ａ）は５孔の圧力孔
を中心及び右側へ、（ｂ）は左側へそれぞれ配置した図
である。

【図６】本発明の第４の実施の形態に係る迎角・横滑り
角探知システムの全体構成図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態に係る探知システム
のピトーブーム先端を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は
側面図、（ｃ）は８孔による迎角の検知の原理説明図で
ある。

【図８】本発明の第４の実施の形態に係る探知システム
の詳細な機能ブロック図である。

【図９】航空機の一般的な図で、（ａ）は上面図で横滑
り角を、（ｂ）は側面図で迎角を、それぞれ示す図であ
る。

【図１０】航空機のピトーブームを示し、（ａ）は一般
的な構成図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ矢視図であ
る。

【符号の説明】

１ａ〜１ｅ，１２，１３，５５圧力センサ２，１４，１５，４１Ａ／Ｄ変換器３，１６，４２コンピュータ４，１９記憶装置５，１７，４３出力装置６，１８入力装置１０，５４圧力孔１１，５６圧力配管２０，５３ピトーブーム３０上側５孔３１下側５孔４０８孔ヨーメータ４０−１上側５孔α，β計算部４０−２下側５孔α，β計算部４０−３上側下側出力切り換え算出部４０−４出力判定部５０航空機５１航空機ノーズ５３ａピトーブーム先端

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F066 AA51 CC40 DD20 FF10 HH16 KK03 LL08 5H180 AA26 CC22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】航空機ノーズ先端のピトーブームに設け
られた複数の圧力孔からそれぞれ圧力信号を得る複数の
圧力センサと、同複数の圧力センサからの圧力信号を取
込み各圧力信号に基づき迎角及び横滑り角を算出するコ
ンピュータとを備えており、前記コンピュータは、前記
各圧力孔の圧力信号から上下、左右に配置される圧力孔
間の圧力差を求め同圧力差から圧力差行列を組み立て、
更に予め校正試験で得られた迎角及び横滑りのデータ、
その時の同データに関連する圧力孔の物理量とで迎角係
数行列と横滑り角係数行列とを組み立て、前記圧力差行
列に前記迎角係数行列を乗算して前記迎角を、前記圧力
差行列に前記横滑り角係数行列を乗算して前記横滑り角
を、それぞれ算出することを特徴とする迎角・横滑り角
探知システム。
【請求項２】航空機ノーズ先端から前方へ突出し先端
部に複数の圧力孔を有するピトーブームと、同ピトーブ
ーム内で前記複数の圧力孔に接続する複数本の圧力配管
と、前記ピトーブーム内に埋設され前記圧力配管にそれ
ぞれ接続する複数の圧力センサとを備え、前記圧力孔は
前記ピトーブームの中心、左右、上下の５孔に加え、更
に３孔を前記５孔の配置の下側又は上側のいずれかに配
置したことを特徴とする迎角・横滑り角探知システム。
【請求項３】航空機ノーズ先端から前方へ突出し先端
部に複数の圧力孔を有するピトーブームと、同ピトーブ
ーム内で前記複数の圧力孔に接続する複数本の圧力配管
と、前記ピトーブーム内に埋設され前記圧力配管にそれ
ぞれ接続する複数の圧力センサとを備え、前記圧力孔は
前記ピトーブームの中心、左右、上下の５孔に加え、更
に３孔を前記５孔の配置の左側又は右側のいずれかに配
置したことを特徴とする迎角・横滑り角探知システム。
【請求項４】航空機のピトーブーム先端に複数の孔を
設け、これら孔間の圧力差を測定し迎角及び横滑り角を
検知するシステムであって、前記複数の孔は、ピトーブ
ーム先端の中心、同中心の上下、左右の上側５孔と、同
上側５孔の最下端の孔の下及び左右へそれぞれ配置した
３孔とで８孔からなり、前記上側５孔と同上側５孔の最
下端の孔を中心とした上下、左右の下側５孔の圧力信号
を取込み迎角及び横滑り角を算出し出力する演算装置と
を備えた構成とし、前記演算装置は、前記上側５孔の圧
力信号を取込み迎角（α（上））、横滑り角（β
（上））を算出する上側角度計算部と、前記下側５孔の
圧力信号を取込み迎角（α（下））、横滑り角（β
（下））を算出する下側角度計算部と、前記迎角（α
（上）），（α（下））、横滑り角（β（上）），（β
（下））の値を取込み、これらを含む計算式により迎角
（α）、横滑り角（β）を算出する上側下側出力切り換
え算出部と、前記迎角（α（上）），（α（下））、横
滑り角（β（上）），（β（下））の値及び前記迎角
（α）、横滑り角（β）の値を取込み所定の下限値α１
及び上限値α２と比較し、α＜α１であれば前記上側角
度計算部からのα（上），β（上）を、α＞α２であれ
ば前記下側角度計算部からのα（下），β（下）を、こ
れら条件以外では前記上側下側出力切り換え算出部から
のα，βを、迎角及び横滑り角として出力する出力判定
部とを備えたことを特徴とする迎角・横滑り角探知シス
テム。