JP2004009847A - Automatic control system for aircraft - Google Patents

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JP2004009847A
JP2004009847A JP2002164595A JP2002164595A JP2004009847A JP 2004009847 A JP2004009847 A JP 2004009847A JP 2002164595 A JP2002164595 A JP 2002164595A JP 2002164595 A JP2002164595 A JP 2002164595A JP 2004009847 A JP2004009847 A JP 2004009847A
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control
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aircraft
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Inventor
Kenichiro Honda
本田 健一郎
Shinichiro Taura
田浦 伸一郎
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an automatic control system for an aircraft improved in control status recognizability of the highly automated automatic control system. <P>SOLUTION: This automatic control system for the aircraft is provided with an input panel 2 through which a control mode and a parameter of the control mode can be manually set; a flight management computer 3 for computing the control mode and the parameter to operate as scheduled for automatic operation of high degree including economical operation; a computer 4 incorporating basic operation information from the input panel 2 to perform basic airframe control by providing an actuator servo 5 with a rudder face control signal computed on the basis of the basic operation information and to perform rudder face command computation of automatic control combining airframe control obtained by providing the actuator servo 5 with the rudder face control signal computed on the basis of the parameter from the computer 3; and a display device 6 for displaying the rudder face control signal provided to the actuator servo 5 from the computer 4. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵推力手段に与えられる舵面制御信号を報知する報知手段を備えた航空機自動操縦システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
初期の航空機自動操縦システムは、航空機が飛行中外乱を受けても自動的に姿勢を安定させて一定方向に飛行させることが目的であった。現在では、飛行状態を計器で把握し、航空機の姿勢変化に応じコンピュ―タを使って操縦装置を動力で操作し、航法装置を結合することにより、所定の方向に飛行を続けさせる働きをもっている。
【0003】
さらに、最近の高度な自動ナビゲーションシステムを含む航空機自動操縦システムは、経済性の最適化とパイロットワークロード低減を目的として自動化レベルの高度化が進み、高度な自動運航(いわゆるVNAV)下ではパイロットが使用する基本的な制御モードとは異なる複雑なモードロジックで機体が制御されている。この結果として、モードロジックは益々複雑化されてきている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
パイロットは、初期訓練期間において相当な修練時間をかけてモードロジック習熟を行なっているにもかかわらず、全モードロジックの修練には至らず、実運航を通じてモードロジック理解を深めているのが実情である。特に、簡単な自動操縦システムしか装備されていない小型航空機からステップアップしてくることが多いリージョナル(経験の未熟な)航空機パイロットにとって自動化レベルのギャップは相当なものとなる。
【0005】
一方で、複雑な機体制御状況は、パイロットへの提供情報の過多によるワークロード増加を防ぐ観点から必ずしもパイロットに陽に伝達されず、パイロットの自動操縦システム状況認識性を低下させている。
【0006】
図7は、従来の複雑化した自動操縦システム、つまり縦方向自動操縦システムのモード構成の概念を示すブロック図である。モードとして、図7の左側に示すパイロット1が使用可能な基本的自動操縦モ―ド30と、図7の右側に示す自動化システム例えば飛行マネージメントシステム31が使用するモード37がある。
【0007】
パイロット1が使用可能な自動操縦モ―ド30であって、自動操舵システム32のモードとして与える、高度保持モード33、降下率保持モード34、速度保持モード35がある。また、パイロット1が使用可能な自動操縦モ―ド30であって、自動推力システム36に与えるモードとして、前記高度保持モード33に対応する速度保持モード38、前記降下率保持モード34に対応する速度保持モード39、前記速度保持モード35に対応するアイドル出力モード41、前記速度保持モード35に対応する簡単な計算で定義される降下率を保持するモード42、前記速度保持モード35に対応する最大出力モード43がある。
【0008】
さらに、飛行マネージメントシステム31からの巡航状態44における自動操舵システム32のモードである高度保持モード47、飛行マネージメントシステム31からの上昇状態45における計算されたパスを保持するモード48、飛行マネージメントシステム31からの上昇状態45又は降下状態46における速度保持モード49がある。
【0009】
また、前記自動化推力システム36のモードに与える前記高度保持モード47に対応する速度保持モード50、前記計算されたパスを保持するモード48に対応するアイドル出力モード51及び速度保持モード52並びに最大出力モード53、前記速度保持モード49に対応するアイドル出力モード54及び特定の降下率を保持するモード55並びに最大出力モード56がある。
【0010】
このようなモード構成において、自動推力システム36の搭載によるモード組み合せが複雑化しているため、自動操舵システム32のモードと自動推力システム36のモードの多彩な組み合せを状況に応じて変化させることで、経済効果を確保している。その結果、組み合せ毎に異なる機体制御状況を、パイロット1はその全ての組み合せについて十分に理解しておく必要がある。
【0011】
一方、飛行マネージメントシステム31による機体制御が複雑化している。具体的には、様々な飛行フェーズによって異なる経済運航ロジックへの対応を主眼においた自動化が進められた結果、基本的自動操縦モードとは異なる複雑な機体制御ロジックとなっている。
【0012】
図7は概念図であり、実際のモード構成を簡略化して書いてあり、加えて、パラメータ設定についても同様に複雑な枠組みのロジックが存在し、その複雑なロジックによって決定されるモード、パラメータの設定値といった機体制御状況の情報が必ずしもパイロット1に対して積極的に伝達されないという問題点がある。
【0013】
例えば、飛行マネージメントシステム31による自動降下(「降下」モード)46が行われる場合、
▲1▼ 推力をアイドルに保ったまま、計算された経済最適な降下パスを舵面操作で維持するモード(モード48とモード51の組み合わせ)
▲2▼ 計算された経済最適速度を推力調整で保持しつつ、計算された経済最適な降下パスを舵面操作で維持するモード(モード48とモード52の組み合わせ)
▲3▼ 推力をアイドルに保ったまま、計算された経済最適速度を舵面操作で維持するモード(モード49とモード54の組み合わせ)
▲4▼ 特定の降下率を推力調整で保持しながら、計算された経済最適速度を舵面操作で維持するモード(モード49とモード55の組み合わせ)
といった、パイロット1が使用する基本的自動操縦モードとは異なる複数の降下制御ロジックがある。
【0014】
この場合、
1)巡航状態44から初期降下状態については、到着地点から逆算した経済パスに到達するまで▲5▼のロジックでゆっくり降下開始する。
2)その後、急激な降下による機内外圧の差圧の急激な変化を避けるため、▲3▼のロジックで経済性を維持しながらも急激な降下を回避する。
【0015】
3)差圧が一定範囲内に収まると、▲1▼のロジックで最適降下を行う。
この時、想定していた以上の追い風が発生して速度が大きく上がると、▲4▼のロジックで経済性を維持しながらも速度の上昇を回避する。逆に、想定していた以上の向かい風が発生して速度が大きく下がると、▲2▼のロジックでパスを維持しながらも速度の低下を回避する。
【0016】
このように、状況に応じて複雑に使い分けているにもかかわらず、現状では、「降下モードであること」、「自動推力調整モード」、及び「一部の目標パラメータ」のみがパイロット1に積極的に伝達される。
そのため、上記のいかなる制御ロジックが適用されていかなる目標値で自動操縦が行われているのか、パイロットは機体の動きかけから類推することによってしか、自動運航時の制御状況を把握することができない。
またこの時、仮に自動操舵システムのモード情報、及び他の全ての目標パラメータの情報が与えられたとしても、パイロット1が使用する基本的自動操縦モードとは大きくロジックが異なって複雑であるため、パイロット1が適切に解釈できない可能性が大きく、パイロット1に意味の無い情報となるばかりでなく、それによってパイロット1が混乱を起こす可能性すらある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、飛行マネジメントシステムによる自動運航中においても、機体の制御状況が自動操縦モード、及びそれらの目標パラメータの組み合わせによりパイロットに伝達され、それらはパイロットが使用する基本的自動操縦モードとその設定パラメータの表示と同等であり、パイロットに混乱を起こさせることなく自動運航の制御状況を把握させることができる航空機自動操縦装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項1に対応する発明は、手動で制御モード及び該制御モードのパラメータなどの基本操作情報を設定可能な基本操作情報設定手段と、経済的な運航を含む高度な自動運航を行なうための運航計画通り運航するように、制御モード及びパラメータを演算する飛行マネージメントシステムと、前記基本操作情報設定手段からの基本操作情報を取り込み、該基本操作情報に基づき演算される舵面制御信号を、操舵推力手段に与えることで基本的な機体制御を行なう共に、該基本的な機体制御に、前記飛行マネージメントシステムからの制御モード及びパラメータに基づき演算される舵面制御信号を、該操舵推力手段に与えることで得られる機体制御を組み合せる自動操舵・推力システムと、前記自動操舵・推力システムから前記操舵推力手段に与えられる舵面制御信号を報知する報知手段とを具備した航空機自動操縦システムである。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の航空機自動操縦システムを備えた飛行機の操縦室を示す概略平面図である。これは、自動操縦操作装置15、中央ユニット(Center Unit)16、右側及び左側の飛行情報ユニット[FIU(Flight Information Unit)]17L、17R及び右側及び左側の運航ユニット18L、18R、Side Panel19、Overhead Panel20を備えている。
【0019】
図2は、本発明の自動操縦システムの概略構成を示すブロック図であり、基本操作情報設定手段を構成する例えば自動操作装置の入力パネル(Mcp:Mode Control Panel)2と、飛行マネジメントシステムを構成する例えばFMC(Flight Management Computer)3と、自動操舵・推力システムを構成する例えばFCC(Flight Control Computer)4及びアクチエータサーボ(Actuaterサーボ)5と、報知手段を構成する例えばFMA(Flight Mode Annunciator)6とから構成されている。
【0020】
自動操作装置の入力パネル2は、パイロット1が手動で操作することが可能であって、これらを操作することで制御モード群(操縦モード群)及びパラメータ群(コマンド群)などの操作情報を、後述するFCC4に入力可能な構成となっている。
【0021】
FMC3は、経済的な運航を含む高度な自動運航を行なうための予め設定された運航計画通り運航するように制御モード及びパラメータを演算するコンピュータである。FMA6は、FCC4において時々刻々演算される舵面制御信号を取り込み、自動操縦の制御モードの状況を常に表示するものである。
【0022】
ここで、制御モード群とは、機体を制御するときの舵面の制御則のひとかたまりのことである。例えば図6(a)のAT(Auto Throttle Modes)モード群ボタン61、FDLモード群(FDLateral Modes)ボタン64、FDV(FD Vertical Modes)モード群ボタン65を選択すると、該当する表示部が図6(b)のように表示される。図6については後述する。
【0023】
FCC4は、FMC3及び入力パネル2からの制御モード及びパラメータを取り込み、現在の飛行状態等の自動操縦状態に関する情報を受け取り、適切な航法が行なえるように自動操縦の舵面コマンドを演算し、この演算された舵面制御信号を各アクチュエータ5に出力するものである。
【0024】
FMA6は、例えば図5に示すように構成されたFIU(Flight Information Unit)の上部に配設されたものである。FIUには、Heading and Track Indication20、Attitude Steering and Miscellaneous Indication21、N1 Indication22、Vertical Speed Indication23、Airspeed/Mach Indication24、Altitude Indication25を備えている。
【0025】
このように図5に示すFIU(Flight Information Unit)は、機機体運動・システム・外部環境に関する情報のうち、時間的に直近の操作に必要な情報を1画面に集約して表示するものである。
【0026】
すなわち、1)機体運動に関する各種パラメータの現在値及びトレンド、2)機体制御の目標値及び現在値との相対関係、3)自動操縦システムの現在モード及び遷移に関する情報、4)地形、気象、他機や電波標識などの位置に関する情報などである。
【0027】
画面構成及び各表示要素の表示様式は、パイロットの視線移動に要する時間や、複数データから必要な情報を再構築する認知的ワークロードを低減することによって、状況認識が欠如する可能性を低減することを狙ったものである。
【0028】
ここで、図3に示す自動操縦モード(サーバント)、及びそれを制御するマネージャについて定義する。
【0029】
自動操舵システムは、以下の4つのモードがある。
【0030】
高度保持モード7とは、機体ピッチ(即ち水平尾翼操舵)で設定高度を維持するモードである。
【0031】
降下率保持モード8とは、機体ピッチで設定降下率を維持するモードである。
【0032】
速度保持で降下するモードとは、機体ピッチで設定速度を維持して降下するモードである。
【0033】
速度保持で上昇するモード9とは、機体ピッチで設定速度を維持して上昇するモードである。自動推力システムは、以下の3つのモードがある。
【0034】
速度保持モード11、12とは、推力調整により適切な速度を維持するモードである。自動操舵モードが、高度保持モード7、または降下率保持モード8の時に自動的に選択される。
【0035】
最大出力モード13とは、通常の上昇時に使用できる最大の推力を出すモードである。自動操舵モードが、速度保持で上昇するモード9の時に自動的に選択される。
【0036】
簡単な計算で定義される降下率を維持するモード14とは、推力調整により適切な航路(パス)を維持するモードである。自動操舵システムが、速度保持で降下するモード10の時に自動的に選択される。
【0037】
ここで、マネージャ(Manager)の機能について説明する。マネージャVNAV:飛行マネージメントシステムが計算した垂直方向パスを維持する為に必要な自動操舵・推力システムのモード、パラメータを指示する。以下の自動操舵・推力システムのモードを適宜選択し、適切なパラメータと共に自動操舵・推力システムに制御指示を送る。すなわち、速度保持で上昇するモード9と最大出力モード13の組み合わせ、速度保持で降下するモード10と簡単な計算で定義される降下率を維持するモード14の組み合わせ、高度保持モード7と速度維持モード11の組み合わせ、降下率保持モードと速度保持モードの組み合わせである。
【0038】
飛行モードアナンシエイター(FMA)
飛行表示ユニット(FIU)の最上部に、自動操縦システムのパラメータのうち、
自動操縦システムのステータス、現在の自動操縦モードと飛行マネージメントシステムによって自動的に遷移する予定のモードを表示する。
【0039】
図5のFMA(Flight Mode Annunciator)6は、Flight Mode Annunciationを表示するものであり、図6(a)、(b)に示すように構成されている。
【0040】
すなわち、図6(a)に示すようにAuto Throttle Modes61、Managers62、FD/AP System Status63、Lateral Modes64、Vertical Modes65を備え、Lateral Mannagers66を備えている。
【0041】
図6に示すように、例えばWhite Letter / Black Background [W/Bk]の場合は、遷移する予定(Arm)のModeであり、又例えばGreen Letter / Black Background [G/Bk]の場合は、現在使われている制御Modeを示している。
【0042】
Auto Throttle Modes61には、REF、THR、HOLD、SPDがあり、これらはREF Mode Annunciator70、THR Mode Annunciator69、HOLD Mode Annunciator78、SPD Mode77に夫々表示される。
【0043】
Vertical Managers62には、TO/GA、VNAVがあり、これらはVertical TO/GA Mode Annunciator73、VNAV Mode74に夫々表示される。
【0044】
FD/AP System Status63には、A/P (自動操縦システムが動作している。)と、FLT DIR (自動操縦システムは動作していないが、パイロットへのガイダンス表示は動作している。)があり、これらはAP System Status Annunciator76、FD System Status Annunciator75に夫々表示される。
【0045】
FD Lateral Modes64には、LOC、HDG/TRKがあり、これらはLOC Mode Annunciator68、HDG/TRC Mode Annunciator72に夫々表示される。
【0046】
FD Vertical Modes65には、GS、CLB/DES、ALT、VS/FPAがあり、これらはGS Mode79、CLB/DES Mode Annunciator80、ALT Mode Annunciator81、VS/FPA Mode Annunciator82に夫々表示される。
【0047】
Lateral Managers66には、TO/GA、LNAVがあり、これらはLateral TO/GA Annunciator67、LNAV Mode Annunciator71に夫々表示される。
【0048】
自動操縦装置の入力パネル[MCP(Mode Control Panel)]2は、図4に示すように自動操縦システムのパラメータのうち、変更操作が即座に機体の挙動を変化させる、或いは(高度制限など)制限を加えるパラメータの入力、及び関連情報の表示を行うパネルである。
【0049】
すなわち1)自動操縦モードの設定、2)自動操縦システムの動作/停止、3)水平及び垂直方向の速度設定を機能とする。パイロット1の思いこみによる誤操作や、パイロット1の意図しないシステムの挙動にいち早く気がつくように、自動操縦システムへの入力装置であるMCP2に、自動操縦システムの状態を示す表示を付加することによって、パイロット1の操作がシステムにどのように反映されるかを、操作と同時に確認できる。
【0050】
機体制御の目標値及び現在値との相対的関係、自動操縦システムの現在モード及び遷移に関する情報を表示するディスプレイとなっている。
【0051】
MCP2は、MCP Information Display200、FD/AP(Flight Director/ Auto Pilot) System Controls300、A/T System Controls301、LNAV(Lateral Navigation) Controls302、Lateral Controls303、Vertical and Speed Controls304、Altitude Controls305、Vertical Speed/Flight Path Angle Controls306、Approach Mode Controls307、FD/AP(Flight Director/ Auto Pilot) System Controls308からなっている。
【0052】
MCP Information Display200は、LNAV(Lateral Navigation) Information201、Lateral Information202、Vertical Information203、Auto Throttle Mode Information204、Speed Information205、Altitude Information206、VS(Vertical Speed)/FPA(Flight Path Angle) Information207からなっている。
【0053】
このような構成のものにおいて、LNAVボタンを押した場合にMCPに入力されるコマンドにはLNAVモードとDirect Waypoint Select Dialによる入力の状態に応じて1)LNAV Arm 2)LNAV Disarm 3)LNAV Engage 4)Direct Route 5)変化無し、の5種類があり、ボタンを押した瞬間に入力されるコマンドが表示される。また、HDG(Heading)ノブボタンであれば設定値として入力される現在のHDG値が表示される。他のボタンについても同様である。
【0054】
本発明は、上記の通り特に改善の必要がある縦方向自動操縦システムに付き、ワークロード低減・経済性追求の観点から積極的に自動化を進めつつも、自動
化レベルの低い航空機とのギャップが過大となることを避けるロジック構成を目指し、以下の方針でFMSを含む縦方向自動操縦システムの動作ロジック再構成を行った。
【0055】
この場合、自動化レベルの低い航空機からのステップアップを考慮し、飛行マネージメントシステムによる機体制御ロジックは基本的な自動操縦モードを使用することとする。
【0056】
ワークロード低減・経済性追求の観点から、飛行マネジメントシステムによる高度な自動化は進めるが、あくまでパイロットの作業を代行するもの(=第3のパイロット)であるという自動化の原則を貫き、基本的自動操縦モードの機体制御ロジックを介した自動ロジックとする。
【0057】
パイロットの作業代行としての自動化の趣旨から、パイロットが意図した際にはいつでもオーバーライドを行うことができる。
【0058】
機体制御状況は、モード表示と触覚フイ―ドバック(Tactile Feedback)を介してパイロットに適切に伝達される。
【0059】
以上述べた本発明の縦方向自動操縦システムによれば、次のような特徴を有する。
【0060】
(1) FMS(飛行マネージメントシステム)と自動操舵・推力システム(Auto Flight Control System)の上下構造化
「飛行マネージメントコンピュータ3=パイロット1に代わって、経済性を考慮しながら自動操舵・推力システムを操作するマネジャ(Manager)」、「自動操舵・推力システム=パイロットや飛行マネージメントシステムに忠実に従って舵面・推力を操作するサーバント(Servant)」と位置付けた。これによって、飛行マネージメントシステムの機体制御ロジックは必ず自動操舵・推力システムを介することとなり、パイロット1は計器表示される自動操舵・推力システムのモードや設定パラメータで飛行マネージメントシステムの制御意図を把握することができる。
【0061】
(2) 自動操舵(Auto Throttle)モードと自動推力システムのモードの組み合わせ単純化
自動操舵システムの制御モードが決定すれば、自動推力システムのモードが一意に決定されるロジックとした。その結果、パイロット1(あるいはFMS)が縦方向自動飛行制御システムモードを選択すれば、自動操舵システムのモードと機体制御は1対1の対応関係が保証されることとなり、パイロット1は自動操舵システムの制御モードと設定パラメータ(速度や降下率等)のみで縦方向機体制御状況の概略を把握することが可能となる。
【0062】
以上述べた本発明の新ロジック(図3)では、飛行マネージメントシステム31による自動運航中においても、自動操縦モード、及びそれらの目標パラメータが常時パイロット1に伝達され、加えて、それらはパイロット1が使用する基本的自動操縦モードとその設定パラメータの表示と同等であるので、パイロットに混乱を起こさせることなく自動運航の制御状況を把握させることができる。
【0063】
これに対して、図7に示す従来のモードロジック構成例は、経済性の最適化を目指した自動運航下では複雑な機体制御ロジックとなり、機体制御意図が必ずしもパイロットに対して陽に伝達されない。
【0064】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、経済性の最適化を目的とした高度な自動運航下での複雑な制御状況が、基本的な制御モードとその目標パラメータの組み合せでパイロットに与えられることになり、高度に自動化した自動操縦システムの制御状況認識性が向上する航空機自動操縦システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の自動操縦装置を備えた航空機の操縦室を示す概略平面図。
【図2】本発明の自動操縦装置を実施形態を説明するためのブロック図。
【図3】本発明の自動操縦装置のモードロジック構成を説明するためのブロック図。
【図4】図2の自動操縦装置の入力パネルを示す正面図。
【図5】図2の自動操縦装置の表示装置を示す正面図。
【図6】図5の自動操縦モード状況の表示装置を示す正面図。
【図7】従来の自動操縦装置のモードロジック構成を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
1…パイロット
2…入力パネル
3…飛行マネージメントコンピュータ
4…コンピュータ
5…アクチエータサーボ
6…表示装置
7…高度保持モード
8…降下率保持モード
10…降下モード
11.12…速度保持モード
13…最大出力モード
14…モード
15…自動操縦操作装置
16…中央ユニット
18L、18R…運航ユニット
30…自動操縦モード
31…飛行マネジメントシステム
32…自動操舵システム
33…高度保持モード
34…降下率保持モード
35…速度保持モード
36…自動推力システム
37…モード
38…速度保持モード
39…速度保持モード
41…アイドル出力モード
42…モード
43…最大出力モード
44…巡航状態
45…上昇状態
46…降下状態
47…高度保持モード
48…モード
50…速度保持モード
51…アイドル出力モード
52…速度保持モード
53…最大出力モード
54…アイドル出力モード
55…モード
56…最大出力モード
61…モード群ボタン
64…モード群ボタン
65…モード群ボタン
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an aircraft autopilot system provided with a notifying means for notifying a control surface control signal given to a steering thrust means.
[0002]
[Prior art]
Early aircraft autopilot systems aimed at automatically stabilizing their attitude and flying in a certain direction even when the aircraft was subject to disturbance during flight. At present, it has the function of grasping the flight state with instruments, operating the control device with the power using the computer according to the attitude change of the aircraft, and continuing the flight in the predetermined direction by connecting the navigation device. .
[0003]
In addition, aircraft autopilot systems, including recent advanced automatic navigation systems, have become increasingly automated at the level of automation to optimize economy and reduce pilot workload. The aircraft is controlled by complex mode logic different from the basic control mode used. As a result, mode logic is becoming more and more complex.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Although pilots took a considerable amount of training time during the initial training period to practice mode logic, they did not reach all mode logic training, and deepened their understanding of mode logic through actual operation. is there. The gap in automation levels is significant, especially for regional (inexperienced) aircraft pilots who often step up from small aircraft that are equipped with only simple autopilot systems.
[0005]
On the other hand, a complicated airframe control situation is not always transmitted explicitly to the pilot from the viewpoint of preventing an increase in workload due to an excessive amount of information provided to the pilot, which lowers the pilot's ability to recognize the autopilot system situation.
[0006]
FIG. 7 is a block diagram showing the concept of a mode configuration of a conventional complicated autopilot system, that is, a vertical autopilot system. The modes include a basic autopilot mode 30 usable by the pilot 1 shown on the left side of FIG. 7 and a mode 37 used by an automation system such as the flight management system 31 shown on the right side of FIG.
[0007]
The automatic steering mode 30 that can be used by the pilot 1 includes an altitude holding mode 33, a descent rate holding mode 34, and a speed holding mode 35, which are given as modes of the automatic steering system 32. The autopilot mode 30 which can be used by the pilot 1 is a mode provided to the automatic thrust system 36 as a speed holding mode 38 corresponding to the altitude holding mode 33 and a speed corresponding to the descent rate holding mode 34. Hold mode 39, idle output mode 41 corresponding to the speed hold mode 35, mode 42 for holding the descent rate defined by simple calculation corresponding to the speed hold mode 35, maximum output corresponding to the speed hold mode 35 There is a mode 43.
[0008]
Further, the altitude holding mode 47, which is the mode of the automatic steering system 32 in the cruise state 44 from the flight management system 31, the mode 48 for holding the calculated path in the ascending state 45 from the flight management system 31, the mode from the flight management system 31, There is a speed holding mode 49 in the ascending state 45 or the descending state 46.
[0009]
Also, a speed holding mode 50 corresponding to the altitude holding mode 47 given to the mode of the automated thrust system 36, an idle output mode 51 and a speed holding mode 52 corresponding to the calculated path holding mode 48, and a maximum output mode 53, an idle output mode 54 corresponding to the speed holding mode 49, a mode 55 for holding a specific descent rate, and a maximum output mode 56.
[0010]
In such a mode configuration, since the mode combination by mounting the automatic thrust system 36 is complicated, various combinations of the mode of the automatic steering system 32 and the mode of the automatic thrust system 36 are changed according to the situation. The economic effect has been secured. As a result, it is necessary for the pilot 1 to fully understand the aircraft control situation that differs for each combination for all the combinations.
[0011]
On the other hand, aircraft control by the flight management system 31 is becoming more complicated. More specifically, as a result of automation focused on responding to different economic operation logic depending on various flight phases, a complicated airframe control logic different from the basic autopilot mode is obtained.
[0012]
FIG. 7 is a conceptual diagram, in which the actual mode configuration is simplified and written. In addition, the logic of the parameter setting also has a complicated framework, and the mode and parameter of the mode determined by the complicated logic are determined. There is a problem that information on the machine control status such as set values is not necessarily transmitted to the pilot 1 positively.
[0013]
For example, when the automatic descent (“descent” mode) 46 by the flight management system 31 is performed,
(1) A mode in which the calculated economically optimal descent path is maintained by the control surface operation while the thrust is kept idle (combination of mode 48 and mode 51)
{Circle around (2)} A mode in which the calculated economically optimal descent path is maintained by the control surface operation while the calculated economically optimal speed is maintained by thrust adjustment (a combination of mode 48 and mode 52).
(3) A mode in which the calculated economic optimum speed is maintained by the control surface operation while the thrust is kept idle (combination of mode 49 and mode 54)
(4) A mode in which the calculated economic optimum speed is maintained by control surface operation while maintaining a specific descent rate by thrust adjustment (combination of mode 49 and mode 55)
There is a plurality of descent control logics different from the basic autopilot mode used by the pilot 1.
[0014]
in this case,
1) In the initial descent state from the cruise state 44, the descent starts slowly with the logic of (5) from the arrival point to the economic path calculated backward.
2) After that, in order to avoid a sudden change in the differential pressure between the inside and outside of the machine due to a sudden drop, a sudden drop is avoided while maintaining economy by the logic of (3).
[0015]
3) When the differential pressure falls within a certain range, the optimal drop is performed by the logic of (1).
At this time, if a tailwind greater than expected occurs and the speed greatly increases, the increase in the speed is avoided while maintaining the economy by the logic of (4). Conversely, if a headwind greater than expected is generated and the speed is greatly reduced, a drop in speed is avoided while maintaining the path by the logic of (2).
[0016]
As described above, in spite of the complicated use depending on the situation, at present, only the “descent mode”, the “automatic thrust adjustment mode”, and the “partial target parameters” are active in the pilot 1. Is communicated
For this reason, the pilot can only grasp the control status during automatic operation by analogy with what kind of control logic is applied and what target value is used for automatic control based on the movement of the aircraft.
Also, at this time, even if mode information of the automatic steering system and information of all other target parameters are given, the logic is significantly different from the basic automatic steering mode used by the pilot 1, and the logic is complicated. It is highly likely that Pilot 1 cannot be properly interpreted, which not only results in meaningless information for Pilot 1, but may even cause Pilot 1 to be confused.
The present invention has been made in order to solve such problems, even during automatic operation by the flight management system, the control status of the aircraft is transmitted to the pilot in a combination of the autopilot mode and their target parameters, They are equivalent to the display of the basic autopilot mode used by the pilot and its setting parameters, and are to provide an aircraft autopilot that allows the pilot to grasp the control status of the automatic operation without causing confusion. Aim.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention corresponding to claim 1 is a basic operation information setting means capable of manually setting basic operation information such as a control mode and parameters of the control mode, and an advanced operation including economical operation. A flight management system for calculating control modes and parameters so as to operate according to an operation plan for automatic operation, and basic operation information from the basic operation information setting means, and a steering calculated based on the basic operation information. Surface control signal, while performing the basic aircraft control by giving to the steering thrust means, to the basic aircraft control, a control surface control signal calculated based on the control mode and parameters from the flight management system, An automatic steering / thrust system for combining an airframe control obtained by giving to the steering thrust means; and the automatic steering / thrust system. From an aircraft autopilot system and a notifying means for informing the control surface control signals applied to said steering thrust means.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic plan view showing a cockpit of an airplane provided with the aircraft automatic pilot system of the present invention. This includes an autopilot operation device 15, a central unit (Center Unit) 16, right and left flight information units [FIU (Flight Information Unit)] 17L, 17R and right and left navigation units 18L, 18R, Side Panel 19, Overhead. Panel 20 is provided.
[0019]
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the automatic pilot system according to the present invention. For example, an input panel (Mcp: Mode Control Panel) 2 of an automatic operation device which constitutes basic operation information setting means, and a flight management system For example, a FMC (Flight Management Computer) 3, an FCC (Flight Control Computer) 4 and an actuator servo (Actuator servo) 5, which constitute an automatic steering / thrust system, and an FMA (Flight Monitor) which constitutes a notification means, for example. 6 is comprised.
[0020]
The input panel 2 of the automatic operation device can be manually operated by the pilot 1, and by operating these, operation information such as a control mode group (operation mode group) and a parameter group (command group) can be obtained. It is configured so that it can be input to an FCC 4 described later.
[0021]
The FMC 3 is a computer that calculates control modes and parameters to operate according to a preset operation plan for performing advanced automatic operations including economical operations. The FMA 6 captures a control surface control signal that is calculated every moment by the FCC 4, and constantly displays the status of the control mode of the automatic control.
[0022]
Here, the control mode group is a group of control rules of the control surface when controlling the airframe. For example, when an AT (Auto Throttle Modes) mode group button 61, an FDL mode group (FD Lateral Modes) button 64, and an FDV (FD Vertical Modes) mode group button 65 shown in FIG. 6A are selected, the corresponding display unit becomes as shown in FIG. It is displayed as shown in b). FIG. 6 will be described later.
[0023]
The FCC 4 captures the control mode and parameters from the FMC 3 and the input panel 2, receives information on the autopilot status such as the current flight status, etc., and calculates an autopilot control surface command so that appropriate navigation can be performed. The calculated control surface control signal is output to each actuator 5.
[0024]
The FMA 6 is, for example, disposed above a FIU (Flight Information Unit) configured as shown in FIG. The FIU has Heading and Track Indication 20, Attitude Steering and Miscellaneous Indication 21, N1 Indication 22, Vertical Speed Indication 23, Airspeed / Machine Indication 25, and Aired / Machine Indication 24.
[0025]
As described above, the FIU (Flight Information Unit) shown in FIG. 5 collectively displays, on a single screen, information necessary for the most recent operation in the information related to the aircraft motion, the system, and the external environment. .
[0026]
That is, 1) current values and trends of various parameters relating to the aircraft motion, 2) relative relationship between target values and current values of the aircraft control, 3) information on the current mode and transition of the autopilot system, 4) terrain, weather, and others. This is information on the position of a machine, a radio sign, and the like.
[0027]
The screen configuration and the display style of each display element reduce the possibility of lack of situational awareness by reducing the time required for the pilot to move their gaze and the cognitive workload of reconstructing necessary information from multiple data. It is aimed at that.
[0028]
Here, the autopilot mode (servant) shown in FIG. 3 and the manager that controls it are defined.
[0029]
The automatic steering system has the following four modes.
[0030]
The altitude holding mode 7 is a mode in which the set altitude is maintained at the airframe pitch (ie, horizontal tail steering).
[0031]
The descent rate holding mode 8 is a mode for maintaining the set descent rate at the aircraft pitch.
[0032]
The mode of descending while maintaining the speed is a mode of descending while maintaining the set speed at the body pitch.
[0033]
The mode 9 in which the speed is increased by holding the speed is a mode in which the speed is increased while maintaining the set speed at the body pitch. The automatic thrust system has the following three modes.
[0034]
The speed holding modes 11 and 12 are modes for maintaining an appropriate speed by thrust adjustment. The automatic steering mode is automatically selected when the altitude holding mode 7 or the descent rate holding mode 8 is set.
[0035]
The maximum output mode 13 is a mode in which the maximum thrust that can be used at the time of normal ascent is output. The automatic steering mode is automatically selected at the time of the mode 9 in which the speed is increased by maintaining the speed.
[0036]
The mode 14 for maintaining a descent rate defined by a simple calculation is a mode for maintaining an appropriate route (path) by thrust adjustment. The automatic steering system is automatically selected in the mode 10 in which the speed is lowered at the speed holding.
[0037]
Here, the function of the manager will be described. Manager VNAV: Indicates the mode and parameters of the automatic steering and thrust system required to maintain the vertical path calculated by the flight management system. The following automatic steering / thrust system modes are appropriately selected, and control instructions are sent to the automatic steering / thrust system together with appropriate parameters. That is, a combination of the mode 9 that rises by maintaining the speed and the maximum output mode 13, a combination of the mode 10 that descends by maintaining the speed, and the mode 14 that maintains the descent rate defined by a simple calculation, the altitude holding mode 7 and the speed maintaining mode 11 are combinations of the descent rate holding mode and the speed holding mode.
[0038]
Flight Mode Annunciator (FMA)
At the top of the flight display unit (FIU), among the parameters of the autopilot system,
Displays the status of the autopilot system, the current autopilot mode, and the mode that will be automatically transitioned by the flight management system.
[0039]
An FMA (Flight Mode Annunciator) 6 in FIG. 5 displays the Flight Mode Annunciation, and is configured as shown in FIGS. 6A and 6B.
[0040]
That is, as shown in FIG. 6 (a), it is provided with Auto Throttle Models 61, Managers 62, FD / AP System Status 63, Lateral Modes 64, Vertical Modes 65, and Lateral Managers 66.
[0041]
As shown in FIG. 6, for example, in the case of White Letter / Black Background [W / Bk], it is a Mode to be transitioned (Arm). For example, in the case of Green Letter / Black Background [G / Bk], It shows the control mode used.
[0042]
Auto Throttle Modes 61 include REF, THR, HOLD, and SPD, which are displayed on REF Mode Annunciator 70, THR Mode Annunciator 69, HOLD Mode Annunciator 78, and SPD Mode 77, respectively.
[0043]
The Vertical Managers 62 include TO / GA and VNAV, and these are displayed on the Vertical TO / GA Mode Annunciator 73 and VNAV Mode 74, respectively.
[0044]
The FD / AP System Status 63 includes A / P (the autopilot system is operating) and FLT DIR (the autopilot system is not operating, but the guidance display to the pilot is operating). Yes, and these are displayed on the AP System Status Annunciator 76 and FD System Status Annunciator 75, respectively.
[0045]
The FD Lateral Modes 64 includes LOC and HDG / TRK, which are displayed on the LOC Mode Annunciator 68 and the HDG / TRC Mode Annunciator 72, respectively.
[0046]
The FD Vertical Modes 65 include GS, CLB / DES, ALT, and VS / FPA, which are GS Mode 79, CLB / DES Mode Annunciator 80, ALT Mode Annunciator 81, and VS / FPA Mode Announcer 82, respectively.
[0047]
Lateral Managers 66 include TO / GA and LNAV, which are displayed on Lateral TO / GA Annunciator 67 and LNAV Mode Annunciator 71, respectively.
[0048]
As shown in FIG. 4, the input panel [MCP (Mode Control Panel)] 2 of the autopilot system is used to change the parameters of the autopilot system to immediately change the behavior of the airframe or to limit (such as altitude restrictions). This is a panel for inputting parameters to add the information and displaying related information.
[0049]
That is, 1) setting of the autopilot mode, 2) operation / stop of the autopilot system, and 3) horizontal and vertical speed setting are functions. In order to quickly notice an erroneous operation due to the intention of the pilot 1 and an unintended system behavior of the pilot 1, a display indicating the state of the automatic pilot system is added to the MCP 2 which is an input device to the automatic pilot system. You can see how this operation is reflected in the system at the same time as the operation.
[0050]
It is a display for displaying information about the relative relationship between the target value and the current value of the aircraft control, the current mode and the transition of the automatic pilot system.
[0051]
MCP2 is, MCP Information Display200, FD / AP (Flight Director / Auto Pilot) System Controls300, A / T System Controls301, LNAV (Lateral Navigation) Controls302, Lateral Controls303, Vertical and Speed Controls304, Altitude Controls305, Vertical Speed / Flight Path Angle Controls 306, Approach Mode Controls 307, and FD / AP (Light Director / Auto Pilot) System Controls 308.
[0052]
MCP Information Display200 is made from LNAV (Lateral Navigation) Information201, Lateral Information202, Vertical Information203, Auto Throttle Mode Information204, Speed Information205, Altitude Information206, VS (Vertical Speed) / FPA (Flight Path Angle) Information207.
[0053]
In such a configuration, when the LNAV button is pressed, commands input to the MCP include LNAV mode and Direct Waypoint Select Dial according to the state of input. 1) LNAV Arm 2) LNAV Disarm 3) LNAV Engage 4 5) Direct Route 5) No change, and the command input at the moment when the button is pressed is displayed. In the case of an HDG (Heading) knob button, the current HDG value input as a setting value is displayed. The same applies to other buttons.
[0054]
As described above, the present invention relates to a vertical autopilot system that needs to be particularly improved, and while actively promoting automation from the viewpoint of reducing workload and pursuing economic efficiency,
Aiming at a logic configuration that avoids an excessive gap with aircraft with low level of operation, the operation logic of the vertical autopilot system including FMS was reconfigured according to the following policy.
[0055]
In this case, considering the step-up from an aircraft with a low automation level, the aircraft control logic by the flight management system uses a basic autopilot mode.
[0056]
From the viewpoint of reducing the workload and pursuing economic efficiency, advanced flight management systems will be used for advanced automation. However, the basic principle of autopilot will be based on the principle of automation, which is to act as a substitute for pilot work (= third pilot) Automatic logic via the aircraft control logic of the mode.
[0057]
For the purpose of automation as a substitute for the pilot, the override can be performed whenever the pilot intends.
[0058]
The aircraft control status is appropriately transmitted to the pilot via the mode display and the tactile feedback (Tactile Feedback).
[0059]
The above-described vertical automatic steering system of the present invention has the following features.
[0060]
(1) Vertical structure of FMS (Flight Management System) and automatic steering and thrust system (Auto Flight Control System)
"Flight management computer 3 = Manager who operates automatic steering and thrust system in consideration of economy in place of pilot 1", "Automatic steering and thrust system = Control surface according to pilot and flight management system Servant that controls thrust ”. As a result, the aircraft control logic of the flight management system always goes through the automatic steering and thrust system, and the pilot 1 must grasp the control intention of the flight management system from the mode and setting parameters of the automatic steering and thrust system displayed on the instrument. Can be.
[0061]
(2) Combination simplification of the automatic steering (Auto Throttle) mode and the automatic thrust system mode
When the control mode of the automatic steering system is determined, the logic is such that the mode of the automatic thrust system is uniquely determined. As a result, if the pilot 1 (or FMS) selects the vertical automatic flight control system mode, a one-to-one correspondence between the mode of the automatic steering system and the airframe control is guaranteed, and the pilot 1 performs the automatic steering system. , It is possible to grasp the outline of the longitudinal body control condition only by the control mode and the setting parameters (speed, descent rate, etc.).
[0062]
According to the above-described new logic of the present invention (FIG. 3), even during the automatic operation by the flight management system 31, the autopilot mode and their target parameters are constantly transmitted to the pilot 1, and in addition, they are transmitted to the pilot 1. Since the display is equivalent to the display of the basic autopilot mode to be used and its setting parameters, the pilot can grasp the control status of the automatic operation without causing confusion.
[0063]
On the other hand, the example of the conventional mode logic configuration shown in FIG. 7 has a complicated airframe control logic under automatic operation aimed at optimizing economy, and the airframe control intention is not always transmitted to the pilot explicitly.
[0064]
【The invention's effect】
According to the present invention described above, a complicated control situation under advanced automatic operation for the purpose of optimizing economy is given to a pilot by a combination of a basic control mode and its target parameter. In addition, it is possible to provide an aircraft automatic pilot system in which the control situation recognition of a highly automated automatic pilot system is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a cockpit of an aircraft equipped with an automatic pilot device of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram for explaining an embodiment of the automatic steering device of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram for explaining a mode logic configuration of the automatic pilot device according to the present invention.
FIG. 4 is a front view showing an input panel of the autopilot shown in FIG. 2;
FIG. 5 is a front view showing a display device of the autopilot shown in FIG. 2;
FIG. 6 is a front view showing the display device of the automatic driving mode status shown in FIG. 5;
FIG. 7 is a block diagram for explaining a mode logic configuration of a conventional autopilot.
[Explanation of symbols]
1 ... Pilot
2. Input panel
3. Flight management computer
4: Computer
5 Actuator servo
6 Display device
7 ... Altitude hold mode
8 ... Descent rate holding mode
10 ... Descent mode
11.12 ... Speed hold mode
13. Maximum output mode
14… Mode
15 ... Autopilot operation device
16 Central unit
18L, 18R… Operation unit
30 ... Autopilot mode
31… Flight management system
32 ... Automatic steering system
33 ... Altitude hold mode
34 ... Descent rate holding mode
35 ... Speed hold mode
36 ... Automatic thrust system
37… Mode
38 Speed holding mode
39: Speed hold mode
41: Idle output mode
42… Mode
43… Maximum output mode
44… Cruising condition
45 ... ascending state
46 ... Descent state
47 ... Altitude hold mode
48… Mode
50: Speed hold mode
51: Idle output mode
52 Speed holding mode
53 ... Maximum output mode
54: Idle output mode
55… mode
56 ... Maximum output mode
61 Mode group button
64… Mode group button
65… Mode group button

Claims (1)

手動で制御モード及び該制御モードのパラメータなどの基本操作情報を設定可能な基本操作情報設定手段と、
経済的な運航を含む高度な自動運航を行なうための運航計画通り運航するように、制御モード及びパラメータを演算する飛行マネージメントシステムと、
前記基本操作情報設定手段からの基本操作情報を取り込み、該基本操作情報に基づき演算される舵面制御信号を、操舵推力手段に与えることで基本的な機体制御を行なう共に、該基本的な機体制御に、前記飛行マネージメントシステムからの制御モード及びパラメータに基づき演算される舵面制御信号を、該操舵推力手段に与えることで得られる機体制御を組み合せる自動操舵・推力システムと、
前記自動操舵・推力システムから前記操舵推力手段に与えられる舵面制御信号を報知する報知手段と、
を具備した航空機自動操縦システム。
Basic operation information setting means capable of manually setting basic operation information such as a control mode and parameters of the control mode;
A flight management system that calculates control modes and parameters to operate according to an operation plan for performing advanced automatic operations including economical operations,
By taking in basic operation information from the basic operation information setting means and giving a control surface control signal calculated based on the basic operation information to a steering thrust means, the basic airframe control is performed, and the basic airframe control is performed. An automatic steering / thrust system for combining control with a body control obtained by giving a control surface control signal calculated based on a control mode and parameters from the flight management system to the steering thrust means,
Notifying means for notifying a control surface control signal given to the steering thrust means from the automatic steering / thrust system,
Aircraft automatic pilot system equipped with.
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