JP2004504231A - 機室圧力を制御する制御装置、機室圧力調整システムと方法 - Google Patents

Abstract

特に航空機の機室（３０）の圧力を制御する制御装置（１１）、機室圧力調整システム（１０）および方法に関する。制御装置はチャネル（１５、１６）と差圧安全手段（２２）を含む。チャネルは、機室と大気の差圧と付加的な重要パラメータに基づき閉ループ制御で放圧弁（１７）を作動させる第１の出力信号（４０）を算出する。安全手段は、差圧にのみ基づき第２の出力信号（４１）を算出する。両信号を比較し、第１の出力信号が不正確と判ると第２の出力信号を選択する。安全手段は、チャネル故障時にも放圧弁の動作を保証する。従って、付加的な安全弁（１８）の数を低らし、システム重量を最小化できる。バックアップのため、手動制御盤（２６）を追加してもよい。

Description

【０００１】
本発明は、機室、特に航空機機室内の実気圧を制御する機室圧力調整システムのための制御装置であって、前記制御装置は実際の機室圧力を測定する第１のセンサと接続されており、大気圧に関する情報を受け取るか又は実際の機室圧力と大気圧との差圧に関する情報と付加的な重要パラメータに関する情報を受け取る入力装置と、測定された実際の機室圧力および入力装置が受け取った情報に基づき出力信号を計算する制御手段を備えるチャネルとを含む制御装置に関する。
【０００２】
更に、本発明は、特に航空機用の機室圧力調整システムであって、機室内部の実気圧を測定する第１の圧力センサと、大気圧に関する情報、又は実際の機室圧力と大気圧との差圧に関する情報および付加的な重要パラメータに関する情報を受け取る入力装置を備える制御装置とを含み、該制御装置は、機室圧力と大気圧との差圧および付加的な重要パラメータに基づき制御器室圧力を計算し、実際の機室圧力を閉ループ制御において制御器室圧力近辺に維持すべく関係するチャネル出力信号を生成するチャネルを含むものであり、前記制御装置からの出力信号によって作動可能な関係する操作機を備える少なくとも１つの放圧弁とを含む機室圧力調整システムに関する。
【０００３】
更に別の態様において、本発明は、特に航空機機室において機室内の実気圧を制御する方法であり、機室内の実気圧を測定する工程と、周囲大気における実気圧を測定する工程と、該実気圧と大気圧との差圧を計算するか又は代りに実気圧と大気圧との差圧を測定する工程と、機室圧力と大気圧との差圧と付加的な重要パラメータに基づき制御器室圧力を計算する工程と、実際の機室圧力を閉ループ制御により制御器室圧力近辺に維持すべく、計算された制御器圧力に応じて第１の出力信号を生成する工程とを含む方法に関する。
【０００４】
実際の機室圧力と大気圧の差圧は、両圧力を測定し、それらを減算することで計算できる。代りに、差圧は適切なセンサで直接測定することもできる。当然ながら、他の航空機システムからの情報を使用することも可能である。差圧は、機室圧力が大気圧より高い場合は正、そうでなければ負と呼ばれる。
【０００５】
機室内の実気圧を制御する制御装置、機室圧力調整システムおよび方法は、本出願人の欧州特許第０６２５４６３号により公知である。この明細書は、制御装置、１つの放圧弁および２つの安全弁を含む機室圧力調整システムを開示している。制御装置は、機室と大気との差圧や、最終巡航高度等の付加的な重要パラメータに基づき出力信号を計算する。放圧弁は、実際の機室圧力を所定の制御器室圧力の近辺に維持すべく作動する。このシステムは閉ループ制御手段を備える。
【０００６】
システムは２つの要求条件を満たさねばならない。第一に、差圧は一定の閾値を超えてはならない。なぜなら、さもないと胴体が損傷又は破壊し得る。第二に操作員は、通常維持せねばならない一定の圧力変化率を設定する。機室圧力の非常に大きい変化率は、乗員・乗客にとり有害なので、容認できない。
【０００７】
放圧弁や制御装置の誤動作の場合、機室圧力と大気圧との差圧は所定の閾値を超え得る。正の差圧の場合、差圧に基づき安全弁が機械的に開く。この開放は差圧による機室の損傷や破壊を防止する。負の差圧を補償すべく、周知のシステムは付加的に、機室へ空気を流入させる負圧解除弁を備える。
【０００８】
周知の機室圧力調整システムは高い信頼性を示す。しかしそれは、過圧防止のために、１つの放圧弁と２つの安全弁を必要とし、航空機に最も望ましくない重量の増大を来す。２つの独立した過圧解除弁が航空規則により要求されている。
【０００９】
従って、本発明の目的は、重量低減とともに効果的な圧力制御を可能にし、不当に高い機室圧力を防止する制御装置と機室圧力調整システムを提供することである。本発明の別の目的は、機室、特に航空機機室内の実気圧を制御する、効果的かつ信頼できる方法を提供することである。
【００１０】
この目的の達成のため、本発明は、制御装置が、実際の機室圧力と大気圧の差圧にのみ基づき出力信号を計算する差圧安全手段を含むことと、該手段が実際の機室圧力を測定する第２のセンサと接続されて、２つの出力信号を比較し、第１の制御手段からの出力信号が不正確と判った際に安全手段により生成された出力信号を選択する第２の制御手段を含むこととを特徴とする制御装置を提案する。
【００１１】
機室圧力調整システムは、実際の機室圧力を測定する第２のセンサを含むことと、制御装置が、実際の機室圧力と大気圧との差圧にのみ依存して出力信号を計算し、前記第２のセンサと接続される差圧安全手段を含むことと、該手段が、２つの出力信号を比較し、チャネル制御器からの出力信号が不正確と判った際に安全手段が生成した出力信号を選択する第２の制御手段を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明に従う方法は、実際の機室圧力と大気圧の差圧にのみ依存して第２の出力信号を生成すべく、前記差圧を、第１の出力信号を生成する差圧とは独立して得る工程と、前記２つの出力信号を比較し、前記第１の出力信号が不正確と判った場合に第２の出力信号を選択する付加的な工程とを含む。
【００１３】
本発明は、チャネルの出力信号を制御する差圧安全手段を提供する。チャネル出力信号が不正確と判った場合、安全手段の出力信号を使用する。チャネル出力信号は、それが一定の所定の閾値を上回る差圧や機室圧力の過度に大きい変化率を生じるような場合に不正確であるとみなす。安全手段のための入力情報は、異なるセンサを用い、チャネルの入力情報とは独立に検索する。チャネルセンサでの誤動作は、安全手段の出力信号に対しいかなる結果ももたらさないであろう。
【００１４】
チャネルは比較的高度な構成要素とソフトウェアを必要とするが、安全手段はソフトウェアなしで、単純な構成要素で実現できる。従って、安全手段は、チャネルより高信頼性、フェイルセーフであり、放圧弁の必要な動作を提供する。
【００１５】
本発明は、従来用いた安全弁の内の１つを排除可能とする。この際、周知のシステムより少ない安全弁で実際の機室圧力を制御できる。２つの独立した過圧解除弁という航空規則の要求条件は、放圧弁を制御するチャネルに安全手段を追加すれば満たせる。従って、本発明に従うシステムの重量は大幅に低下する。本発明に従う方法は、実際の機室圧力の信頼でき効果的な制御を可能にする。
【００１６】
本発明の更なる有利な特徴および実施形態は、従属請求項に示す。
【００１７】
好ましくは、前記制御装置は互いに独立して動作する２つのチャネルを含み、各チャネルに差圧安全手段が設けられる。第１のチャネルの誤動作時、その安全器および第２のチャネルをバックアップとして使用できる。
【００１８】
有利には、操作機は互いに独立して動作する２つのモータを含み、第１のモータは前記第１のチャネルにより作動し、第２のモータは前記第２のチャネルにより作動する。更に、両チャネルを、異なるセンサと接続する。前記実施形態は互いに完全に独立した２チャネルの機能を提供する。放圧弁への歯車と軸だけが両チャネルに共通である。しかし、機械的な故障は、適切な試験・試作により殆ど排除できる。従って、本発明のシステムと方法は非常に高い信頼性を示す。
【００１９】
本発明の有利な実施形態によれば、機室圧力調整システムは、機室内側と周囲大気との差圧に依存して空気的に動作する少なくとも１つの安全弁を更に含む。安全弁は、制御装置と出力弁から完全に独立して動作する。それは外部エネルギを必要とせず、差圧にのみ基づき作動する。安全弁は、差圧が所定の閾値を超えず、増大した実際の機室圧力による機室の損傷や破壊の回避を可能とする。
【００２０】
操作機モータは、電気的に動作させるとよい。これに伴い、放圧弁の位置を高精度で制御し、実際の機室圧力を計算した制御器室圧力の近辺に維持できる。
【００２１】
好ましくは、機室圧力調整システムは、放圧弁の位置の補助的な手動制御手段を備える。該手段は、可能性のある全誤動作を補償すべく、操作員により制御装置の自動機能を無効にできる。
【００２２】
好ましくは、システムは、機室の内側と周囲大気との差圧に依存して機械的に動作する少なくとも１つの安全弁を含む。安全弁は、たとえ制御装置が完全に誤動作しても、適切な差圧を保証する。
【００２３】
別の好ましい実施形態では、機室圧力調整システムは、少なくとも１つの付加的な負圧解除弁を含む。この解除弁は、実際の機室圧力が大気圧以下に低下すると直ちに開く。機室の構造的保全に不要であり、機室内の人員や動物の損傷をもたらし得る大気圧以下の機室圧力は、回避できる。
【００２４】
制御装置は、放圧弁から分離して配置するとよい。該構成は、放圧弁の単純な製作・組立を可能にする。更に、様々な放圧弁と制御装置を組み合わせられ、高度な自在性とモジュラー設計を可能とする。
【００２５】
本発明方法において、付加的な重要パラメータとは、最終巡航高度、飛行場標高、エンジン出力信号および／又は着陸装置情報である。従って、放圧弁の位置は、全ての関連情報を考慮して選択できる。
【００２６】
チャネル出力信号の計算違いは不揮発性メモリに記憶するとよい。前記記憶装置は適正な評価のために、後日全ての計算違いの検索を可能にする。
【００２７】
以下に本発明について、図示の実施例により詳述する。
【００２８】
図１は、２つのチャネル１５、１６を備えた制御装置１１を含む、機室圧力調整システム１０を示す。各チャネル１５、１６は差圧手段２２を持つ。機室圧力をセンサ１２、１３が測定し、チャネル１５、１６に情報を供給し、センサ１３は差圧手段２２に情報を供給する。一方のセンサ１２の誤動作が他方のセンサに害を及ぼさないので、結果的にシステム１０は冗長性である。大気圧、差圧、最終巡航高度、飛行場標高、エンジン出力ギヤおよび／又は着陸装置情報等の他の情報は、矢印１４で示すように制御装置１１に伝えられる。更に、システム１０は放圧弁１７、安全弁１８および負圧解除弁１９を含む。機室３０自体は破線で示す。制御装置１１は放圧弁１７の近傍に、しかしそれから離して配置される。
【００２９】
機室圧力が大気圧を一定値だけ超えた場合、安全弁１８が開き機室３０の保全性を保証する。閾値は、約５００〜６００ｍｂａｒにできる。付加的に、安全弁１８は、実際の差圧が制御差圧を４ｍｂａｒ超えた際に開く。反対に、負圧解除弁１９は、機室圧力が大気圧よりを例えば１５ｍｂａｒ以上下回った場合にのみ開く。両弁１８、１９は、相互に独立して、また制御装置１１および放圧弁１７と独立して動作する。それらは、外部動力源を必要とせず、機室３０と大気との差圧のみに応じて動作する。
【００３０】
システム１０は手動制御盤２３を付加的に備える。切替器は、チャネル１５（ＡＵＴＯ）、チャネル１６（Ａｌｔ）および手動操作（ＭＡＮ）の間で、システム１０の手動切替を可能にする。手動操作モードにおいて、スイッチ２５は、「１」で示す開と、「０」で示す閉の放圧弁１７の位置を手動で変えるのを可能にする。盤２３は更に、機室３０の急減圧のための排気ボタン２８を含む。緊急事態や誤動作の際に操作員に警報を出す表示器２９を備える。
【００３１】
図２は、チャネル１５、１６を持つ制御装置１１をより詳細に示す。両チャネル１５、１６は同一なので、チャネル１５だけを詳述するが、その説明はチャネル１６にも当てはまる。
【００３２】
チャネル１５は、第１の制御手段３１と、入出力装置３３と、モータ駆動装置３４とを含む。情報は、装置３３と他の航空機システム間で授受される。更にチャネル１５は、機室圧力を測定するセンサ１２と接続されている。チャネル１５の隣に、圧力センサ１３と接続された第２の制御手段３２を含む差圧安全手段２２を図示してある。様々なセンサ１２、１３を設けられることを指摘しておく。
【００３３】
チャネル１５は、第１の制御手段３１が受け取った情報に基づき第１の出力信号４０を計算する。前記信号４０はモータ駆動装置３４に転送される。同時に、安全手段２２は、差圧のみに基づいて第２の出力信号を計算する。両出力信号４０、４１を比較し、出力信号４０が正確なら、それを操作機３５に送信する。出力信号４０が不正確なら、安全手段２２からの出力信号４１をモータ駆動装置３４に送り、チャネル出力信号４０を上書きする。次に、モータ駆動装置３４は、選択した信号２０を操作機３５の関係するモータ３６に送信する。
【００３４】
出力信号４０は、それが差圧の過度の変化を生じるか又は所定の閾値より高い差圧を生ずる場合、不正確とみなされる。即ち、差圧に関し本明細書の冒頭に述べた２つの基準を満たさねばならない。また、それが安全手段の出力信号４１から大きく逸脱する場合も、出力信号４０を不正確とみなされる。
【００３５】
安全手段２２は、比較的単純な構成部品で、かつ殆ど又は全くソフトウェアを用いずに実現できるので、非常に信頼できる。逆に、チャネル１５、１６はより高度な構成部品とソフトウェアを要し、従って誤動作し易い。チャネル１５、１６の誤動作時、安全手段２２は依然動作可能であり、放圧弁１７を作動させる。
【００３６】
モータ駆動装置３４の信号は、放圧弁１７の操作機３５のモータ３６、３７に転送される。モータ３６は第１のチャネル１５、モータ３７は第２のチャネル１６により作動する。モータ３６、３７は互いに独立して動作し、略示するように電気エネルギーを要する。両モータ３６、３７は共通の歯車にかみ合い、出力弁１７の位置を制御する共通軸３９を回転させる。モータ３６、３７の速度および／又は位置は電位差計３８で測定され、第２の制御手段３２、入出力装置３３、更にデータバス（図示せず）に転送される。実際の条件に応じ、手動制御盤２３の表示器２９は、点滅し又は制御装置１１の現状の別の指標を表示する。
【００３７】
本発明に従うシステム１０は多くの安全対策を含んでいる。第一に、両チャネル１５、１６は、可能な場合、手動制御が選択された場合に待機状態になる。手動操作では、差圧は、機室の損傷を避けるべく制限される。
【００３８】
以下の付加的な安全手段および警告が設けられている。
【００３９】
ａ）機室高度限界
両圧力センサ１２が各チャネル１５、１６で機室圧力を測定する。機室高度が４４１９．６±１５．２４ｍの限界値を超えると、第１の論理回路が放圧弁１７を自動的に閉じる。これは制御装置１１の圧力制御論理から独立して行う。更に航空機の動作に応じ、第２の論理回路が機室高度を３７７９．５２±１５．２４ｍに制限する。両論理回路は手動モードでは動作しない。
【００４０】
ｂ）負圧解除
大気圧が機室圧力以上の場合、例えば急速な航空機の降下後、制御装置１１は直ちに放圧弁１７を開き、外気を機室１１へ流入させて常に低差圧を維持する。更に負圧解除弁１９は、放圧弁１７が動作しない場合も負の差圧を制限する。
【００４１】
ｃ）正圧解除
差圧が公称差圧を４ｍｂａｒ超えると、制御装置１１は常に差圧を制限すべく放圧弁１７を開く。前記装置は、自動、代替および手動モードで使用できる。更に、放圧弁１７が動作しないときは、独立の安全弁１８が正の差圧を制限する。
【００４２】
制御装置１１の故障又は致命的な航空機状況の表示のために、本発明に従ったシステム１０は以下の警告を与える。
【００４３】
ａ）自動故障表示
制御装置１１の第２の制御手段３２が第１チャネル１５の重大な故障を検出した場合、手動制御盤２３の適切な表示器を点灯し、操作員に代替又は手動モードへ切替えさせる。操作員入力を一定の時間全く受け取らない場合、自動的に代替モードへ切替える。
【００４４】
ｂ）代替故障表示
制御装置１１の第２の制御手段３２が第２のチャネル１６の重大な故障を検出すると、手動制御盤２３の適切な表示器を点灯し、操作員に自動又は手動モードへ切り替えさせる。操作員入力を一定の時間全く受け取らない場合、自動モードへの切り替えを自動的に行う。自動モードの故障後に代替モードの故障が起こったときは、異なる表示器を点灯する。
【００４５】
ｃ）過剰機室高度警告
ＦＡＲ２５．８４１の要求によれば、両方のチャネル１５、１６は、選択されたモードとは独立に、３０４８ｍ機室高度の高機室高度警告を発する。自動モードを選択した場合、航空機オペレーションが３０４８ｍ超の機室高度を要求する際には、制御装置１１は補助的な情報を提供する。システム１０は、制御装置１１により指定された高度迄は警告を上書きする。しかし、３０４８ｍ警告は、４２６７．２ｍ以上の機室高度では必ず表示される。
【００４６】
本発明の制御装置１１、システム１０および方法は、制御装置１１のチャネル１５、１６の内の一方が損傷又は誤動作した場合、放圧弁１７を安全弁１８に転換させる。従って、本発明に従い使用および制御される各放圧弁１７について安全弁１８を削除できる。従って、本システム１０は、高度な冗長性と信頼性を提供しつつ、相当の重量の低減を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の機室制御システムの第１の実施形態の略図である。
【図２】
本発明の第２の実施形態による制御装置のより詳細な図である。
【符号の説明】
１０　　　　　機内圧力調整システム
１１　　　　　制御装置
１２、１３　　センサ
１５、１６　　チャネル
１７　　　　　放圧弁
１８　　　　　安全弁
１９　　　　　負圧解除弁
２０、２１　　出力信号
２２　　　　　安全手段
２３　　　　　手動制御盤
２４　　　　　切替器
３１、３２　　制御手段
２５　　　　　スイッチ
２８　　　　　排気ボタン
２９　　　　　表示器
３０　　　　　機室
３３　　　　　入力装置
３４　　　　　モータ駆動装置
３５　　　　　操作機
３６、３７　　モータ
３８　　　　　電位差計
３９　　　　　共通軸
４０、４１　　出力信号

Claims (13)

1. 機室（３０）、特に航空機機室内の実気圧を制御する機室圧力調整システムのための制御装置であって、
   該装置（１１）は実際の機室圧力を測定する第１のセンサ（１２）と接続されており、
   大気圧に関する情報、又は実際の機室圧力と大気圧との差圧に関する情報と付加的な重要パラメータに関する情報とを受け取る入力装置（３３）と、
   測定した実際の機室圧力と入力装置（３３）が受け取った情報に基づき出力信号（４０）を計算する第１の制御手段（３１）を備えるチャネル（１５、１６）を含み、
   前記制御装置（１１）が、実際の機室圧力と大気圧の差圧にのみ基づき出力信号（４１）を計算する差圧安全手段（２２）を含むことと、
   該安全手段（２２）が実際の機室圧力を測定する第２のセンサ（１３）と接続されて２つの出力信号（４０、４１）を比較し、第１の制御手段（３１）からの出力信号（４０）が不正確と判った際に安全手段（２２）により生成された出力信号（４１）を選択する第２の制御手段（３２）を含むことと
   を特徴とする制御装置。
2. 制御装置（１１）が互いに独立して動作する２つのチャネル（１５、１６）を含み、各チャネル（１５、１６）には差圧安全手段（２２）が設けられていることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. 特に航空機用の機室圧力調整システムであって、
   機室（３０）内部の実気圧を測定する第１の圧力センサ（１２）と、
   大気圧に関する情報を受け取るか又は実際の機室圧力と大気圧との差圧に関する情報および付加的な重要パラメータに関する情報を受け取る入力装置（３３）を備える制御装置であって、機室圧力と大気圧との差圧および付加的な重要パラメータに基づき制御器室圧力を計算し、実際の機室圧力を閉ループ制御において制御器室圧力近辺に維持すべく関係するチャネル出力信号（４０）を生成するチャネル（１５）を含む制御装置（１１）と、
   制御装置（１１）からの出力信号（２０、２１）により作動する、関係した操作機（３５）を備える少なくとも１つの放圧弁（１７）とを含み、
   前記機室圧力調整システム（１０）が実際の機室圧力を測定する第２のセンサ（１３）を含むことと、
   前記制御装置（１１）が、実際の機室圧力と大気圧との差圧にのみ依存して出力信号（４１）を計算し、第２のセンサ（１３）と接続される差圧安全手段（２２）を含むことと、
   該安全手段（２２）が、２つの出力信号（４０、４１）を比較し、第１の制御手段（３１）からの出力信号（４０）が不正確と判った際に安全手段（２２）により生成された出力信号（４１）を選択する第２の制御手段（３２）を含むこととを特徴とするシステム。
4. 制御装置（１１）が互いに独立して動作する２つのチャネル（１５、１６）を含み、各チャネル（１５、１６）が差圧安全手段（２２）と実際の機室圧力を測定するセンサ（１３）を備えることを特徴とする請求項３記載のシステム。
5. 操作機（３５）は互いに独立して動作可能な２つのモータ（３６、３７）を含み、第１のモータ（３６）は第１のチャネル（１５）により作動され、第２のモータ（３７）は第２のチャネル（１６）により作動されることを特徴とする請求項４記載のシステム。
6. 操作機（３５）のモータ（３６、３７）は電気的に動作することを特徴とする請求項５記載のシステム。
7. 放圧弁（１７）の位置を手動で制御するための手動制御盤（２３）を更に含むことを特徴とする請求項３から６の１つに記載のシステム。
8. 機室（３０）の内側と周囲大気との差圧に依存して空気式に動作する少なくとも１つの安全弁（１８）を更に含むことを特徴とする請求項３から７の１つに記載のシステム。
9. 少なくとも１つの負圧解除弁（１９）を備えること特徴とする請求項３から８の１つに記載のシステム。
10. 制御装置（１１）が放圧弁（１７）から分離して配置されたことを特徴とする請求項３から９の１つに記載のシステム。
11. 特に航空機機室において機室（３０）内の実気圧を制御する方法であり、
    前記機室（３０）内の実気圧を測定する工程と、
    周囲大気における実気圧を測定する工程と、
    前記実気圧と大気圧との差圧を計算するか又は代りに実気圧と大気圧との差圧を測定する工程と、
    機室圧力と大気圧との差圧および付加的な重要パラメータに基づき制御器室圧力を計算する工程と、
    実際の機室圧力を閉ループ制御で制御器室圧力近辺に維持すべく、計算した制御器室圧力に応じ第１の出力信号（４０）を生成する工程とを含む方法であり、
    実際の機室圧力と大気圧との差圧にのみ応じて第２の出力信号（４１）を生成する工程であって、前記差圧は前記第１の出力信号（４０）を生成するための差圧とは独立に得る工程と、
    ２つの出力信号（４０、４１）を比較し、第１の出力信号（４０）が不正確と判った場合に第２の出力信号（４１）を選択する工程と
    を特徴とする方法。
12. 付加的な重要パラメータが最終巡航高度、飛行場標高、エンジン出力信号および／又は着陸装置情報であることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 第１の出力信号（４０）の計算違いを不揮発性メモリに記憶することを特徴とする請求項１１又は１２記載の方法。