JP2010185760A - 失速検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱による影響が低減され、失速前兆点の推定精度が向上された失速検出装置を提供すること。
【解決手段】移動体１の外壁面と接する流体の振動を検出するセンサＭを設け、センサＭによって検出された振動を解析し、高周波帯の振動の増減に基づいて、失速前兆点を推定する。これにより、センサＭの設置位置や、移動体１の種類及び移動速度などにより、振動の絶対値は変化するものの、高周波帯の振動の増減に基づく推定を行うことで、外乱による影響を低減することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、失速検出装置に関する。

従来、例えば航空機の翼などにおいて不安定現象の発生を制御するための失速制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の技術では、マイクロフォンを用いて翼上面の音を検出し、この検出結果に基づいて、剥離の前兆を判定している。

また、半導体圧力センサを用いた失速警報装置として、翼面に埋め込まれた半導体圧力センサから出力された圧力信号に基づいて、剥離が発生している部分を判定するものがある（例えば、特許文献２参照）。また、振動強制による失速抑制機能を持つエアフォイルとして、ストルーハル比で表現される第１の周波数で流れを変調することで、失速を抑制するものがある（例えば、特許文献３参照）。

特開２００１−４１１９２号公報 特開平２−１５１５９９号公報 特開平１１−５９５９４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、失速の前兆点と外部の音源からの音とを区別することが困難であるため、外乱の影響を受けてしまい、失速前兆点を精度良く推定することができないという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、外乱による影響が低減され、失速前兆点の推定精度が向上された失速検出装置を提供することを目的とする。

本発明による失速検出装置は、移動体の外壁面と接する流体の振動を検出するセンサと、センサによって検出された振動を解析し、層流域及び乱流域の少なくとも一方の高周波帯の振動の増減に基づいて、失速前兆点を推定する推定手段と、を備えることを特徴としている。

このような失速検出装置は、センサによって検出された振動を解析し、高周波帯の振動の増減に基づいて、失速前兆点を推定することができるため、外乱による影響を受けずに、失速前兆点を推定することができる。センサの設置位置や、移動体及び移動速度などにより、振動の絶対値は変化するものの、高周波帯の振動の増減に基づく推定を行うことで、外乱による影響を低減することが可能となる。また、層流域及び乱流域の両方の高周波帯の振動の増減に基づいて、失速前兆点の推定を行うことで、推定精度の向上が図られる。

ここで、推定手段は、センサによって検出された振動を解析し、層流域及び乱流域の少なくとも一方の高周波帯の音の増減に基づいて、失速前兆点を推定することが好ましい。

このような失速検出装置は、センサによって検出された振動を解析し、高周波帯の音の増減に基づいて、失速前兆点を推定することができるため、外乱による影響を受けずに、失速前兆点を推定することができる。センサの設置位置や、移動体及び移動速度などにより、音の絶対値は変化するものの、高周波帯の音の増減に基づく推定を行うことで、外乱による影響を低減することが可能となる。また、層流域及び乱流域の両方の高周波帯の音の増減に基づいて、失速前兆点の推定を行うことで、推定精度の向上が図られる。

また、推定手段として、層流域の高周波帯の音が増加した点を、失速前兆点と推定する構成が挙げられる。また、乱流域の高周波帯の音が減少した点を、失速前兆点と推定する構成が挙げられる。

また、センサは、翼上面に設置されたマイクロフォンであり、推定手段は、マイクロフォンによって検出された音を解析して、失速前兆点を推定することが好適である。

また、移動体の進行方向に対して対称に配置された一対のセンサである第１及び第２のセンサと、操作者を挟んで対称に配置され、センサによって取得された信号に基づいて音を出力する第１及び第２の出力部とを備え、第１の出力部は、第１のセンサに対応した位置に配置されて、第１のセンサによって取得された信号に基づいて音を出力し、第２の出力部は、第２のセンサに対応した位置に配置されて、第２のセンサによって取得された信号に基づいて音を出力することが好ましい。例えば、センサを左右対称に配置すると共に、出力部であるスピーカを、操作者を挟んで左右対称に配置し、左側のセンサによって取得された音を左側のスピーカから出力し、右側のセンサによって取得された音を右側のスピーカから出力することができる。これにより、左右がアンバランスに失速を起こしていることを容易に操作者に警告することが可能となる。

本発明の失速検出装置によれば、高周波帯の振動の増減に基づいて、失速前兆点を推定することができるので、外乱による影響を低減して、失速前兆点の推定精度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る失速検出装置の概略構成図である。 主翼上面に設置されたマイクによって検出された音、及び、主翼上面に設置された圧力計によって検出された圧力との関係を示すグラフである。 層流域における音の大きさの変化を示すグラフである。 乱流域における音の大きさの変化を示すグラフである。

以下、本発明による失速検出装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示す航空機（移動体）１は、本発明の実施形態に係る失速検出装置１０を備えるものである。この失速検出装置１０は、主翼２Ｌ，２Ｒに設置されたマイク（マイクロフォン）Ｍ（ＭＬ_１，ＭＬ_２，…，ＭＲ_１，ＭＲ_２，…，）と、マイクＭによって検出された音を解析し、失速前兆点を推定する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）１１と、マイクＭによって取得された音を出力する室内スピーカＳ（ＳＬ，ＳＲ）及びヘッドセットＨ（ＨＬ，ＨＲ）とを備えている。

マイクＭは、複数設置され、主翼２Ｌ，２Ｒの上面（外壁面）に左右対称に配置されている。マイクＭＬ１〜ＭＬ６は、左側の主翼２Ｌの上面に設置され、マイクＭＲ_１〜ＭＲ_６は、右側の主翼２Ｒの上面に設置されている。また、マイクＭＬ_１〜ＭＬ_３，ＭＲ_１〜ＭＲ_３は、主翼前縁から主翼後縁に向かって、翼弦長で５５％の位置に配置され、マイクＭＬ_４〜ＭＬ_６，ＭＲ_４〜ＭＲ_６は、主翼前縁から主翼後縁に向かって、翼弦長で７０％の位置に配置されている。なお、マイクは、その他の位置（例えば、翼弦長で６０％の位置、機体本体、尾翼など）に設置されていてもよい。

マイクＭは、主翼２Ｌ，２Ｒ上面の音を検出するものである。マイクＭは、移動体の外壁面と接する流体の振動を検出するセンサとして機能するものである。マイクＭとしては、アンプ内装シリコンマイクを使用することができ、アンプ内装シリコンマイクの仕様としては、標準感度：−２２ｄＢ（１ｋＨｚ）、インピーダンス：１００Ω、Ｓ／Ｎ：５９ｄＢ（１ｋＨｚ）、周波数範囲：１００〜１０，０００Ｈｚのものを例示することができる。

ＥＣＵ１１は、演算処理を行うＣＰＵ、記憶部となるＲＯＭ及びＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。ＥＣＵ１１は、マイクＭ、室内スピーカＳ、及びヘッドセットＨと電気的に接続されている。

ＥＣＵ１１は、マイクＭから出力された音（信号）を解析し、高周波帯の音の増減に基づいて、失速前兆点を推定する推定手段として機能するものである。ＥＣＵ１１は、主翼上面の音をデータとして取得し、音量と周波数を解析することで、音が大きくなり、且つ、高周波の音が出ている場合に、失速が近づいている前兆点であると判定し、操作者に警告を出すことができる。具体的には、ＥＣＵ１１は、層流域の高周波帯の音が増加した点を、失速前兆点と推定し、乱流域の高周波帯の音が減少した点を、失速前兆点と推定する。

室内スピーカＳは、操縦室に設置され、操縦者を挟んで対象に配置されている。ヘッドセットＨは、操縦者が着用可能とされている。左側の主翼２Ｌに設置されたマイクＭＬ_１〜ＭＬ_６からの音は、左側の室内スピーカＳＬ及び左側のヘッドセットＨＬから出力される。右側の主翼２Ｒに設置されたマイクＭＲ_１〜ＭＲ_６からの音は、右側の室内スピーカＳＲ及び右側のヘッドセットＨＲから出力される。これにより、航空機１の旋回中や、突風などによる左右のバランスが崩れた失速を操縦者に報知することができる。

図２は、主翼上面に設置されたマイクによって検出された音、及び、主翼上面に設置された圧力計によって検出されて圧力との関係を示すグラフである。図２では、時間の経過を横軸に示している。

下段には、圧力計によって検出された気圧をプロットしたグラフＧ１〜Ｇ３を示している。Ｇ１は、主翼前縁から主翼後縁に向かって、翼弦長で７０％の位置に設置された圧力計によって検出された気圧を示し、Ｇ２は、翼弦長で２５％の位置に設置された圧力計によって検出された気圧を示し、Ｇ３は、翼弦長で１０％の位置に設置された圧力計によって検出された気圧を示している。

上段には、マイクＭによって検出された音の振幅をプロットしたグラフＧ４を示している。Ｇ４は、主翼前縁から主翼後縁に向かって、翼弦長で６０％の位置に設置されたマイクＭによって検出された音の振幅を示している、振幅が大きい場合には、音量が大きいことを示している。

図２中の点Ｐ_１は、音の変化点であり、失速前兆点を示すものである。ＥＣＵ１１では、高周波帯の音の増減に基づいて、失速前兆点Ｐ_１を判定する。また、図２中の点Ｐ_２は、圧力変化点であり、失速点を示すものである。

図３は、層流域における音の大きさの変化を示すグラフである。図３では、主翼前縁から主翼後縁に向かって、翼弦長で５５％（層流域）の位置に設置されたマイクＭによって検出された音の大きさをプロットしたものであり、Ｘ軸方向（横方向）に周波数を示し、Ｙ軸方向（奥行き方向）に時間を示し、Ｚ軸方向（高さ方向）に音の大きさを示している。

図３では、山がある周波数領域で音が発生していることを示し、図３中の点Ｐ_３は、高周波帯の音が増加した点である。ＥＣＵ１１では、層流域の高周波帯の音が増加した点Ｐ_３を失速前兆点と推定する。図３中の範囲Ｓ_１の時間帯は、失速中を示し、点Ｐ_４は、失速からの復帰を示すものである。

図４は、乱流域における音の大きさの変化を示すグラフである。図４では、主翼前縁から主翼後縁に向かって、翼弦長で７０％（乱流域）の位置に設置されたマイクＭによって検出された音の大きさをプロットしたものであり、Ｘ軸方向（横方向）に周波数を示し、Ｙ軸方向（奥行き方向）に時間を示し、Ｚ軸方向（高さ方向）に音の大きさを示している。

図４では、山がある周波数領域で音が発生していることを示し、図４中の点Ｐ_５は、高周波帯の音が増加した点である。ＥＣＵ１１では、乱流域の高周波帯の音が減少した点Ｐ_５を失速前兆点と推定する。図４中の範囲Ｓ_２の時間帯は、失速中を示し、点Ｐ_６は、失速からの復帰を示すものである。

このような本実施形態に係る失速検出装置１０によれば、主翼２Ｌ，２Ｒの上面に設置されたマイクＭによって検出された音を解析し、高周波帯の音の増減に基づいて、失速前兆点を推定することができるため、外乱による影響を受けずに、失速前兆点を推定することができる。また、層流域の高周波帯の音が増加した点を、失速前兆点と推定し、乱流域の高周波帯の音が減少した点を、失速前兆点と推定するため、層流域と乱流域の両方から推定することができるので、推定精度を一層向上させることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、層流域の高周波帯の音の増減、乱流域の高周波帯の音の増減の両方から、失速前兆点を推定する構成とされているが、層流域及び乱流域の少なくとも一方の高周波帯の音の増減に基づいて、失速前兆点を推定する推定手段を備える構成としてもよい。

また、上記実施形態では、センサをマイクＭとしているが、その他のセンサを用いて、流体の振動を検出してもよい。流体の振動を直接的に検出してもよく、他の物体の振動を検出することで、間接的に流体の振動を検出してもよい。マイク以外のセンサとして、例えば、圧力センサ、歪センサ、仰角の位置センサなどが挙げられる。これらのセンサから出力された信号（電圧信号、位置に関する信号）を音に変換させてもよい。

この場合には、センサから出力された信号レベルに基づいて、所定の値をトリガとして、音を出力してもよい。また、センサから出力された信号のレベルに基づいて、音量を設定して音を出力する構成でもよい。また、通常時に、一定の音量で音を出力し、失速開始点に近づくに連れて、音量を下げていくことで、アンバランスな失速を報知する構成としてもよい。

さらに、右側に設置されたセンサから出力された信号を左側のスピーカから出力し、左側に設置されたセンサから出力された信号を右側のスピーカから出力することで、センサからの信号を左右クロスすることで、左右バランスを強調して報知する構成としてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の失速検出装置１０を航空機に適用した場合について説明しているが、その他の車両、列車、船舶など流れの中に存在し、左右、上下などの空気力のバランスを崩したくない移動体に、本発明の失速検出装置を適用してもよい。

また、センサは、音ではなく翼上面の振動を取得できれば良く、例えば、空気振動計などそのほかのセンサでもよい。

また、上記実施形態では、層流域及び乱流域の少なくとも一方の高周波帯の音の増減に基づいて、失速前兆点を推定する推定手段としているが、層流域及び乱流域の少なくとも一方の高周波帯の振動の増減に基づいて、失速前兆点を推定する推定手段でもよい。

１…航空機、２…主翼、１０…失速検出装置、１１…ＥＣＵ（推定手段）、Ｍ…マイク（センサ）、ＭＬ_１〜ＭＬ_６…マイク（第１のセンサ）、ＭＲ_１〜ＭＲ_６…マイク（第２のセンサ）、Ｓ…室内スピーカ、ＳＬ…室内スピーカ（第１の出力部）、ＳＲ…室内スピーカ（第２の出力部）、Ｈ…ヘッドセット、ＨＬ…ヘッドセット（第１の出力部）、ＨＲ…ヘッドセット（第２の出力部）。

Claims (6)

1. 移動体の外壁面と接する流体の振動を検出するセンサと、
   前記センサによって検出された振動を解析し、層流域及び乱流域の少なくとも一方の高周波帯の振動の増減に基づいて、失速前兆点を推定する推定手段と、を備えることを特徴とする失速検出装置。
2. 前記推定手段は、前記センサによって検出された振動を解析し、層流域及び乱流域の少なくとも一方の高周波帯の音の増減に基づいて、失速前兆点を推定することを特徴とする請求項１記載の失速検出装置。
3. 前記推定手段は、層流域の高周波帯の音が増加した点を、失速前兆点と推定する請求項２記載の失速検出装置。
4. 前記推定手段は、乱流域の高周波帯の音が減少した点を、失速前兆点と推定する請求項２又は３記載の失速検出装置。
5. 前記センサは、翼上面に設置されたマイクロフォンであり、
   前記推定手段は、前記マイクロフォンによって検出された音を解析して、失速前兆点を推定する請求項２〜４の何れか１項に記載の失速検出装置。
6. 前記移動体の進行方向に対して対称に配置された一対の前記センサである第１及び第２のセンサと、
   操作者を挟んで対称に配置され、前記センサによって取得された信号に基づいて音を出力する第１及び第２の出力部とを備え、
   前記第１の出力部は、前記第１のセンサに対応した位置に配置されて、前記第１のセンサによって取得された信号に基づいて音を出力し、
   前記第２の出力部は、前記第２のセンサに対応した位置に配置されて、前記第２のサンサによって取得された信号に基づいて音を出力する請求項１〜５の何れか１項に記載の失速検出装置。

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