JP2011230555A - 航空機用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で舵角比可変機構の動作が安定している航空機用操舵装置を提供する。
【解決手段】航空機用操舵装置１が、操縦桿と第１の連結機構を介して連結された入力クランク６と、昇降舵と第２の連結機構を介して連結された出力クランク７とを備える。両クランク６，７は、同一のクランク中心Ｃ１の回りに相対回転可能に配置される。舵角比可変機構２５は、入力クランク６と一体回転可能な筒状の入力軸２８と、出力クランク２９と一体回転可能な出力軸２９と、両軸２８，２９を差動回転可能に連結す波動歯車機構３０を含む。入力軸２８及び出力軸２９の中心軸線がクランク中心Ｃ１に一致する状態で、入力軸２８内に出力軸２９が挿通されている。
【選択図】図３

Description

本発明は航空機用操舵装置に関する。

セスナに代表されるような小型航空機において、例えば失速等の危険回避の判断、操縦は、パイロットに委ねられている。
一方、迎え角等の種々の航空機パラメータを監視し、差し迫った失速状態の場合にパイロットに警報を与える失速警報装置が提案され、また、失速警報の発生と同時にピッチ案内信号の値を減じる案内装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

他方、サーボアクチュエータより航空機の操縦舵面の操作舵角を変える際に、アクチュエータの軸出力に対する前記舵角の作動角度の比率（伝達比率）を可変にするアクチュエータ機構が提案されている（例えば特許文献２を参照）。
また、操縦桿と、翼を駆動する歯車機構をアシストする油圧アクチュエータとをベルクランクにより接続する航空機の翼の構造が提案されている（例えば特許文献３を参照）。

また、モータによってねじ式アクチュエータを駆動し、そのアクチュエータによって、クランクに接続された翼を駆動するフラップの操舵機構が提案されている（例えば特許文献４を参照）。

特表平２−５０１５６２号公報（Fig.１、Fig.２、第３頁左上欄） 特開平１−１２２９７９８号公報（図４〜図６。第３頁左下欄） 特公昭５５−２６０３８号公報（Fig.１６〜Fig.２３。第１２欄第２９行〜第１３欄第２６行。第１５欄第２９行〜第１６欄第３０行） 特公昭６０−４７１５６号公報（図６。第３欄第４２行〜第４欄第１３行）

ベルクランクのクランク中心から離れた位置で、舵角比可変機構をベルクランクを連結する場合、ベルクランクの揺動の影響を回避するために、舵角比可変機構の構造が複雑になり、大型になるおそれがある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、小型で舵角比可変機構の動作が安定している航空機用操舵装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、操縦桿（２）の操舵角（θ_C ）に対する翼（８，９）の転舵角（θ_E ）の比である舵角比（θ_E ／θ_C ）を可変する舵角比可変機構（２５）と、上記操縦桿と第１の連結機構（Ｂ１）を介して連結された入力クランク（６）と、上記翼と第２の連結機構（Ｂ２）を介して連結された出力クランク（７）と、を備え、上記入力クランクおよび上記出力クランクは、同一のクランク中心（Ｃ１）の回りに相対回転可能に配置され、上記舵角比可変機構は、上記入力クランクと一体回転可能な入力軸（２８）と、上記出力クランクと一体回転可能な出力軸（２９）と、上記入力軸および上記出力軸を差動回転可能に連結する差動機構（３０）と、を含み、上記入力軸および上記出力軸の中心軸線が上記クランク中心に一致する状態で、上記入力軸および上記出力軸の一方が、筒状をなす他方に挿通されている航空機用操舵装置を提供する（請求項１）。

本発明によれば、舵角比可変機構の入力軸と出力軸を、出力軸の軸方向（Ｙ１）に関して舵角比可変機構の一方側に配置することができるので、舵角比可変機構の他方側に、例えば舵角比制御モータ等を配置するスペースを容易に確保でき、構造の小型化を図ることができる。また、舵角比可変機構の入力軸および出力軸の中心軸線が、入力クランクおよび出力クランクの同一のクランク中心に一致するので、両クランクの揺動動作の影響を受けずに、舵角比可変機構を安定して動作させることができる。

また、上記舵角比可変機構の上記舵角比を変更可能な舵角比制御モータ（２６）と、上記操縦桿に伝わる反力を増減する反力モータ（２７）と、上記舵角比制御モータおよび上記反力モータを制御する制御装置と、を備え、上記翼は昇降舵として機能し、上記制御装置は、迎え角センサ（８７）により検出された主翼の迎え角（β）と所定の失速迎え角（β₁ ）との比較に基づいて、失速防止制御を実行する場合がある（請求項２）。

この場合、例えば、突風により気流が急激に変化したり、パイロットが操縦桿を急激に引き起こすミスを犯したりする場合であって、迎え角が所定の失速迎え角に近づいたときに、失速防止制御を実行し、失速の防止を図ることができる。ここで、迎え角(angle of attack) とは、気流に対する翼の基準線のなす角、すなわち、航空機の進行方向と翼弦線とがなす角である。昇降舵（エレベータともいう）は、機首の上下方向、すなわちピッチ方向の姿勢を制御するために、水平尾翼の後縁に取り付けられている舵である。操縦桿を手前に引くと昇降舵面は上がり、機首上げのモーメントが生ずることで迎え角が大きくなることになる。

具体的には、上記失速防止制御では、上記操舵角に拘らず上記転舵角を減少させるように上記舵角比制御モータを駆動制御する場合がある（請求項３）。この場合、操舵角に拘らず転舵角をアクティブに制御して転舵角を減少させることにより、失速を防止する。
また、上記失速防止制御では、上記操縦桿の反力を増加させるように上記反力モータを駆動制御する場合がある（請求項４）。この場合、失速のおそれがあるときに、操縦桿の反力を増加させることにより、失速のおそれがあることをパイロットに体感上の警告として与えることができる。

また、上記舵角比制御モータの回転をロック可能なロック機構（４７）を備え、上記制御装置は、舵角比制御モータまたは舵角比制御モータの制御に用いるセンサに異常発生のときに、転舵角を一定に維持した状態で、上記操縦桿を押し戻させるように上記反力モータを駆動制御する場合がある（請求項２）。この場合、例えば舵角比制御モータに異常が発生したときに、その舵角比制御モータをロックするフェイルセーフを実行し、さらに、転舵角を一定に維持した状態で、反力モータによって操縦桿を押し戻し、パイロットに警告を与えることができる。

また、上記差動機構は、上記入力軸と一体回転可能な入力要素（３７）と、上記出力軸と一体回転可能な出力要素（３８）と、入力要素および出力要素を差動可能に連結し、上記舵角比制御モータにより回転駆動される中間要素（３９，４０）と、を含む場合がある（請求項６）。この場合、舵角比制御モータによって中間要素を回転駆動することにより、入力要素と出力要素の伝達比を可変することができる。その結果、操縦桿の操舵角に対する翼の転舵角の比である舵角比を可変することができる。

また、上記反力モータは、伝達機構を介して、上記入力軸に動力を伝達する場合がある（請求項７）。この場合、反力モータが、入力軸、入力クランクおよび第１の連結機構を介して、操縦桿に反力を与えることができる。
また、上記出力軸の軸方向に関して、上記舵角比制御モータと上記出力軸との間に、上記差動機構が配置されている場合がある（請求項８）。この場合、舵角比制御モータおよび舵角比可変機構をクランク中心上に集約して配置することができ、小型化を図ることができる。

また、上記舵角比制御モータおよび上記反力モータのロータ（４３，７３）の回転軸線は互いに平行である場合がある（請求項９）。この場合、クランク中心上に配置された舵角比制御モータとは並列的に反力モータを配置することができ、小型化を図ることができる。
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の一実施の形態の航空機用操舵装置の概略構成を示す斜視図である。 航空機用操舵装置の要部の分解斜視図である。 航空機用操舵装置の要部の断面図である。 航空機用操舵装置の要部の斜視図である。 入力軸を入力クランクにクランプする構造の断面図である。 出力軸を出力クランクにクランプする構造の断面図である。 ロック機構の概略図である。 反力モータから操縦桿への反力付与経路を示す模式図である。 舵角比を可変するときの入力クランクと出力クランクの回転角の関係を示す模式図である。 航空機用操舵装置の主たる電気的構成を示すブロック図である。 失速防止制御の流れを示すフローチャートである。 フェイルセーフ動作の流れを示すフローチャートである。

以下には、図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る航空機用操舵装置の概略構成を示す斜視図である。図１を参照して、航空機用操舵装置１は、操舵部材としての操縦桿２と、操縦桿２の一端が連結され、水平な支軸３ａの回りに前後に揺動可能なＹ字状のコントロールヨーク３と、そのコントロールヨーク３の下端の継手４に接続された一端５ａを有し、前後方向Ｘ１に直線運動するリンクシャフト５と、そのリンクシャフト５の他端５ｂが回動可能に連結された入力クランク６と、その入力クランク６と同一のクランク中心Ｃ１回りに回動可能な出力クランク７とを備えている。

出力クランク７は入力クランク６の下方に配置されている。コントロールヨーク３、継手４およびリンクシャフト５によって、操縦桿２を入力クランク６に機械的に連結するための第１の連結機構Ｂ１が構成されている。
また、航空機用操舵装置１は、左右の昇降舵８，９を一体回動可能に連結する左右のトラニオン１０ａ，１０ｂを有する十字軸１０と、出力クランク７の一対の端部７ａ，７ｂを十字軸１０の上下のトラニオン１０ｃ，１０ｄにそれぞれ連結した第１および第２のワイヤ１１，１２とを備えている。十字軸１０の左右のトラニオン１０ａ，１０ｂは、図示しない固定翼としての水平尾翼によって、当該トラニオン１０ａ，１０ｂの軸線１０ｅの回りに回転可能に支持されている。

昇降舵８，９は、機首の上下方向、すなわちピッチ方向の姿勢を制御するための舵であり、図示しない水平尾翼の後縁に取り付けられている。操縦桿２を手前に引くと昇降舵８，９の面（昇降舵面）が上がり、機首上げのモーメントが生ずることで迎え角β（気流Ｆの方向に対する翼の基準線Ｌのなす角、すなわち、航空機の進行方向と翼弦線とがなす角）が大きくなる。迎え角βが所定の失速迎え角β₁ に達すると失速のおそれがある。

第１および第２のワイヤ１１，１２は、略水平面上でＸ字状に交差した後、上下方向の軸線を有するプーリ１３，１４をそれぞれ経由し、さらに、水平方向の軸線を有するプーリ１５，１６をそれぞれ経由した後、上下に振り分けられている。すなわち、第１のワイヤ１１は、水平な軸線を有するプーリ１７を介して、上側のトラニトン１０ｃに連結され、第２のワイヤ１２は、プーリ１６から直線状に延びて、下側のトラニオン１０ｄに連結されている。

第１のワイヤ１１、第２のワイヤ１２、各プーリ１３〜１７および十字軸１０によって、出力クランク７を昇降舵８，９に機械的に連結するための第２の連結機構Ｂ２が構成されている。
入力クランク６および出力クランク７は、同一のクランク中心Ｃ１を有している。操縦桿２が押し引きされるに伴って、リンクシャフト５が前後方向Ｘ１に直線運動すると、入力クランク６が、クランク中心Ｃ１の回りに回転運動をし、その入力クランク６の回転運動が、後述する舵角比可変機構（図１では、図示せず）によって、クランク中心Ｃ１の回りの出力クランク７の回転運動に変換される。

その出力クランク７の回転運動に伴って、第１のワイヤ１１および第２のワイヤ１２の何れか一方が、出力クランク７の対応する端部７ａまたは７ｂ側に引かれ、他方が、対応するトラニオン１０ｃまたは１０ｄ側に引かれることにより、十字軸１０を介して、昇降舵８，９が転舵されるようになっている。
図２に示すように、リンクシャフト５の他端５ｂは、クランク中心Ｃ１から所定距離オフセットされた位置に配置されたピボット軸１８を介して、入力クランク６に回動可能に連結されている。ピボット軸１８の軸線１８ａは、クランク中心Ｃ１と平行である。リンクシャフト５の他端５ｂには、例えば溝形をなすブラケット１９が設けられ、ピボット軸１８は、ブラケット１９および入力クランク６を貫通することにより、ブラケット１９および入力クランク６を回動可能に連結している。

出力クランク７の端部７ａには、第１のワイヤ１１の端部に設けられた例えば溝形をなすブラケット２０が、ピボット軸２１を介して回動可能に連結されている。また、出力クランク７の端部７ｂには、第２のワイヤ１２の端部に設けられた例えば溝形をなすブラケット２２が、ピボット軸２３を介して回動可能に連結されている。各ピボット軸２１，２３の軸線２１ａ，２３ａは、クランク中心Ｃ１と平行である。

また、航空機用操舵装置１は、操縦桿２の操舵角θ_C を検出する操舵角センサ８４と、昇降舵８，９の転舵角θ_E を検出する転舵角センサ８５とを有している。操舵角センサ８４は、例えばコントロールヨーク３の支軸３ａを中心とするコントロールヨーク３の回転を検出する回転角センサであってもよい。また、転舵角センサ８５は、上記の軸線１０ｅを中心とする昇降舵８，９の回転を検出する回転角センサであってもよい。

図３は、航空機用操舵装置の要部の断面図であり、図４は、航空機用操舵装置１の要部の斜視図である。図３に示すように、機体（図示せず）によって支持されたハウジング２４の内部に、入力クランク６の回転量に対する出力クランク７の回転量を可変することにより、操縦桿２の操舵角θ_C に対する昇降舵８，９の転舵角θ_E の比である舵角比（θ_E ／θ_C ）を可変する舵角比可変機構２５が収容されている。

舵角比可変機構２５を収容したハウジング２４は、入力クランク６の上方に配置されている。図４に示すように、ハウジング２４の上方には、上記舵角比を変更可能な舵角比制御モータ２６が配置されており、その舵角比制御モータ２６と横並びに、操縦桿２に伝わる反力を増減可能な反力モータ２７が配置されている。
図３を参照して、舵角比可変機構２５は、入力クランク６と一体回転可能な筒状の入力軸２８と、出力クランク７と一体回転可能な出力軸２９と、入力軸２８および出力軸２９を差動回転可能に連結する差動機構としての例えば波動歯車機構３０とを備えている。

入力軸２８および出力軸２９の中心軸線はクランク中心Ｃ１に一致している。出力軸２９は、筒状の入力軸２８内に挿通されている。入力クランク６には、下方に延びる円弧状の縮径可能なクランプ３１が一体に形成されている。
図５に示すように、クランプ３１の円弧端に形成された一対の対向するフランジ３２を挿通するねじ３３によって、一対のフランジ３２間の間隔を縮小することにより、クランプ３１によって入力軸２８が挟持されている。その結果、入力軸２８と入力クランク６とが一体回転可能に連結されている。

図３に示すように、出力軸２９の端部は入力軸２８の下方へ突出している。出力クランク７には、下方に延びる円弧状の縮径可能なクランプ３４が一体に形成されている。図６に示すように、クランプ３４の円弧端に形成された一対の対向するフランジ３５を挿通するねじ３６によって、一対のフランジ３５間の間隔を縮小することにより、クランプ３４によって出力軸２９が挟持されている。その結果、出力軸２９と出力クランク７とが一体回転可能に連結されている。

図３に示すように、差動機構としての波動歯車機構３０は、同軸上に並んで配置された第１のサーキュラスプライン３７および第２のサーキュラスプライン３８と、第１のサーキュラスプライン３７および第２のサーキュラスプライン３８と噛み合うように配置された筒状のフレキシブルスプライン３９と、フレキシブルスプライン３９の内側に配置され、上記舵角比制御モータ２６により回転駆動される波動発生器４０により構成されている。

波動歯車機構３０において、第１のサーキュラスプライン３７が、入力軸２８と一体回転可能な入力要素を構成しており、第２のサーキュラスプライン３８が、出力軸２９と一体回転可能な出力要素を構成している。また、波動歯車機構３０において、フレキシブルスプライン３９および波動発生器４０が、入力要素としての第１のサーキュラスプライン３７と出力要素としての第２のサーキュラスプライン３８を差動可能に連結する中間要素を構成している。

波動発生器４０は、外周が略楕円形状をなすカム４０ａと、このカム４０ａの外周に設けられた玉軸受４０ｂとを有している。玉軸受４０ｂの内輪は、カム４０ａの外周に固定されている。玉軸受４０ｂの外輪は、玉を介して弾性変形可能である。フレキシブルスプライン３９は、玉軸受４０ｂの外輪と一体的に弾性変形可能である。
第１および第２のサーキュラスプライン３７，３８には、互いに異なる歯数が設定されている。フレキシブルスプライン３９は、略楕円状に撓ませられた状態で、各サーキュラスプライン３７，３８の内側に配置されている。フレキシブルスプライン３９の外歯が、第１および第２のサーキュラスプライン３７，３８の内歯とそれぞれ部分的に噛合されている。そして、波動発生器１４は、舵角比制御モータ２６によって駆動されることにより、撓ませられた略楕円形状のフレキシブルスプライン３９、即ち、両サーキュラスプライン３７，３８との噛合部を回転させる。

舵角比制御モータ２６は、ハウジング２４に固定されたモータハウジング４１と、モータハウジング４１に固定されたステータ４２と、ロータ４３と、ロータ４３と一体回転する回転軸４４とを備えている。回転軸４４は、図示しない軸受によってモータハウジング４１によって回転可能に支持されている。また、回転軸４４は、継手４５を介して駆動軸４６と同軸上に一体回転可能に連結されている。その駆動軸４６は、波動発生器４０と、例えばキーを介して一体回転可能に連結されている。

ハウジング２４には、舵角比制御モータ２６の回転軸４４の回転を拘束するロック機構４７の一部を収容したロックハウジング４８が固定されている。具体的には、駆動軸４６の途中部には、駆動軸４６と一体回転する円環状のロックホルダ４９が設けられている。そのロックホルダ４９の外周には、軸方向に延びる複数の係合溝５０が形成されている。 図７に示すように、ロック機構４７は、上記ロックホルダ４９と、ロックホルダ４９の係合溝５０に係合可能な先端に有するロック棒５１と、ロック棒５１を変位させるソレノイド５２とにより構成されている。

図３を参照して、第１のサーキュラスプライン３７と入力軸２８との連結は下記のようにして行われている。すなわち、入力軸２８の一端に、径方向に延びる環状のフランジ５３が一体回転可能に設けられている。そのフランジ５３に、連結筒５４の一端が、ねじ５５により一体回転可能に連結されている。その連結筒５４の他端には、径方向の環状のフランジ５６が一体回転可能に形成されている。そのフランジ５６は、ねじ５７により、第１のサーキュラスプライン３７の端面に一体回転可能に連結されている。このように、入力軸２８は、フランジ５３、連結筒５４およびフランジ５６を介して、第１のサーキュラスプライン３７と一体回転可能に連結されている。

連結筒５４の外周とハウジング２４の内周との間には、例えば針状ころ軸受５８が介在しており、その針状ころ軸受５８によって、連結筒５４が、スムーズに回転できるように支持されている。また、連結筒５４の内周と、第２のサーキュラスプライン３８の外周との間には、隙間が設けられ、連結筒５４と第２のサーキュラスプライン３８が接触しないようにされている。

第２のサーキュラスプライン３８と出力軸２９との連結は下記のようにして行われている。すなわち、出力軸２９の一端には、径方向に延びる環状のフランジ５９が一体回転可能に設けられている。そのフランジ５９は、ねじ６０により、第２のサーキュラスプライン３７の端面に一体回転可能に連結されている。このように、出力軸２９は、フランジ５９を介して第２のサーキュラスプライン３８と一体回転可能に連結されている。

図３および図４を参照して、ハウジング２４は、第１ハウジング６１と、第２ハウジング６２と、第３ハウジング６３とを下方からこの順で有している。図４に示すように、各ハウジング６１〜６３は、それぞれ筒状をなしており、互いにねじ６４ａ〜６４ｃにより締結されている。舵角比制御モータ２６のモータハウジング４１は、第３ハウジング６３に固定されている。また、第２ハウジング６２に形成された取付ブラケット９０を航空機の機体（図示せず）に固定ねじにより締結することにより、ハウジング２４が、機体に固定されている。

図３に示すように、第１ハウジング６１の下部には、軸受保持筒６５が突出形成されており、その軸受保持筒６５に保持された一対の軸受６６によって、入力軸２８が回転可能に支持されている。また、上記の針状ころ軸受５８は、第２ハウジング６２の内周と連結筒５４の外周との間に介在している。
出力軸２９にねじ６７により軸受保持環６８が一体回転可能に連結されている。その軸受保持環６８に保持された軸受６９によって、駆動軸４６の一端の小径部が、回転可能に支持されている。

反力モータ２７は、第２ハウジング６２に筒状の第４ハウジング７０を介して固定されたモータハウジング７１と、モータハウジング７１に固定されたステータ７２と、ロータ７３と、ロータ７３と一体回転する回転軸７４とを備えている。回転軸７４は、図示しない軸受によってモータハウジング７１によって回転可能に支持されている。また、回転軸７４は、継手７５を介して駆動軸７６と同軸上に一体回転可能に連結されている。

反力モータ２７の動力は、伝達機構としての平行軸歯車機構７７を介して、差動機構としての波動歯車機構３０の入力要素である第１のサーキュラスプライン３７に伝達されるようになっている。
具体的には、平行軸歯車機構７７は、駆動軸７６に一体回転可能に連結された駆動ギヤ７８と、第１のサーキュラスプライン３７と一体回転する連結筒５４の外周に形成された被動ギヤ７９と、駆動ギヤ７８および被動ギヤ７９に噛み合うアイドルギヤ８０とを備えている。

また、駆動軸７６は、第２ハウジング６２および第３ハウジング６３にそれぞれ保持された軸受８１，８２によって回転可能に支持されている。軸受８１，８２は、駆動軸７６の軸方向に関して、駆動ギヤ７８を挟んだ両側位置に配置されている。
図８に示すように、反力モータ２７によって駆動ギヤ７８が駆動されると、その回転がアイドルギヤ８０を介して被動ギヤ７９に伝達される。その被動ギヤ７９は、図３に示すように、連結筒５４、フランジ５３および入力軸２８を介して、入力クランク６と一体回転可能であるので、図８に示すように、反力モータ２７による反力は、入力クランク６、リンクシャフト５およびコントロールヨーク３を介して、操縦桿２に与えられることになる。

一方、操縦桿２の操作に伴う入力軸２８の回転は、入力軸２８に連結された第１のサーキュラスプライン３７からフレキシブルスプライン３９を介して第２のサーキュラスプライン３８に伝達される。そして、フレキシブルスプライン３９の内側に配置された波動発生器４０が、舵角比制御モータ２６によって駆動され、撓ませられた楕円形状のフレキシブルスプライン３９の、両サーキュラスプライン３７，３８との噛合部が回転することにより、モータ駆動に基づく回転が操縦桿２の操作に基づく回転に付加される。

すなわち、入力軸２８と出力軸２９との間に回転伝達比が変更され、その結果、図９に示すように、入力クランク６（入力軸２８）の回転角θ₁ 対する出力クランク７（出力軸２９）の回転角θ₂ の比である伝達比θ₂ ／θ₁ （舵角比θ_E ／θ_C に相当）を変更することができる。舵角比制御モータ２６の回転に応じて、舵角比θ_E ／θ_C を大きくしたり、小さくしたりすることができる。

次いで、図１０は、本発明の電気的構成を示すブロック図である。図１０を参照して、舵角比制御モータ２６、反力モータ２７およびロック機構４７のソレノイド５２は、制御装置としてのＥＣＵ８３によって制御される。ＥＣＵ８３には、操縦桿２の操舵角θ_C を検出する操舵角センサ８４と、昇降舵８，９の転舵角θ_E を検出する転舵角センサ８５と、飛行速度Ｖを検出する飛行速度センサ８６と、迎え角βを検出する迎え角センサ８７のそれぞれから信号が入力される。

次いで、図１１のフローチャートを参照して、主たる制御の流れを説明する。まず、ステップＳ１において、各センサからの信号に基づいて、操舵角θ_C 、転舵角θ_E 、飛行速度Ｖ、迎え角βを取り込む。
次いで、ステップＳ２では、取り込んだ迎え角βと所定の失速迎え角β₁ との差分（β₁ −β）が、所定の正値ｅ以上であるか否かを判定する。

上記の差分（β₁ −β）が所定の正値ｅ以上である場合（ステップＳ２においてＹＥＳの場合）には、失速の可能性がないと判断し、ステップＳ３に進んで、ロック機構４７によるロックを実行し、舵角比を一定とする。これにより、舵角比を一定としたマニュアル操舵が可能となる。
一方、ステップＳ２において、上記の差分（β₁ −β）が所定の正値ｅ未満である場合（ステップＳ２においてＮＯの場合）には、失速のおそれがあると判断し、ステップＳ４に進んで、失速防止制御を実行する。

例えば、失速防止制御では、操舵角θ_C に拘らず転舵角θ_E を減少補正するように、舵角比制御モータ２６を駆動制御する。また、ステップＳ４では、操縦桿２の反力を増加させるように反力モータ２７を駆動制御することにより、パイロットに警告を与える。
なお、ステップＳ４において、操縦桿２の反力を増加させることに代えて、操縦桿２を押し戻させるように反力モータ２７を駆動制御するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、図１１の失速防止制御を含むフローの実施中に、図１２のフローチャートに示すように、フェイル監視を行っている。すなわち、ステップＳ１１に示すように、ＥＣＵ８３は、各センサおよび舵角比制御モータ２６のフェイルの発生の有無を調べる異常診断を行っており、この異常診断の結果、フェイルが発生していると診断された場合（図１２のステップＳ１１においてＹＥＳの場合）、ステップＳ１２において、フェイル発生下での誤った舵角比制御を停止するととももに、ロック機構４７に動作指令を発するフェイルセーフ動作を実行する。

具体的には、舵角比制御モータ２６の制御電流を零にすることにより、伝達比制御を停止する。また、ロック機構４７のソレノド５２にロック指令信号を出力し、ロック棒５１をロックホルダ４９の係合溝５０に係合させる（図７を参照）。
これにより、舵角比制御モータ２６の駆動軸４６の回転が拘束される。その結果、操縦桿２の操舵による入力クランク６の回転が、舵角比可変機構２５による一定の減速比の減速を経て出力クランク７に伝わる。従って、フェイル発生に伴う操舵制御の停止時における緊急の操舵を、操縦桿２から昇降舵８，９への機械的な伝動によるマニュアル操舵によって行わせることができる。

本実施の形態によれば、舵角比可変機構２５の入力軸２８および出力軸２９の中心軸線がクランク中心Ｃ１に一致する状態で、出力軸２９が筒状をなす入力軸２８内に挿通されている。したがって、入力軸２８と出力軸２９を、出力軸２９の軸方向Ｙ１（図３を参照）に関して舵角比可変機構２５の一方側（図３において下方）に配置することができるので、舵角比可変機構２５の他方側（図３において上方）に、舵角比制御モータ２６等を配置するスペースを容易に確保でき、構造の小型化を図ることができる。

また、舵角比可変機構２５の入力軸２８および出力軸２９の中心軸線が、入力クランク６および出力クランク７の同一のクランク中心Ｃ１に一致するので、両クランク６，７の揺動動作の影響を受けずに、舵角比可変機構２５を安定して動作させることができる。
例えば、パイロットの操縦桿２の押し引き動作により、リンクシャフト５が図８における左右方向（機体の左右方向）に関して、クランク中心Ｃ１側へ移動する動きや、入力クランク６に撓みが生じることがあっても、舵角比可変機構２５は入力トルクを受け取り、出力トルクを出力クランク７に良好に伝達することができる。すなわち、クランク構造を採用しつつもクランク構造の揺動、変形等の影響を受けずに、確実なトルク伝達を確保することができ、しかも、舵角比制御モータ２６等の搭載性を向上することができる。

また、突風により気流が急激に変化したり、パイロットが操縦桿２を急激に引き起こすミスを犯したりするような場合であって、迎え角βが所定の失速迎え角β₁ に近づいたときに、失速防止制御を実行し、失速の防止を図ることができる。操舵角θ_C に拘らず転舵角θ_E を減少させるように舵角比制御モータ２６を駆動制御することにより、転舵角θ_E をアクティブに制御して転舵角θ_E を減少させ、失速を防止する。操縦桿２の反力を増加させるように反力モータ２７を駆動制御することにより、失速のおそれがあることをパイロットに体感上の警告として与えることができる。

また、例えば舵角比制御モータ２６に異常が発生したときに、舵角比制御モータ２６をロックするフェイルセーフを実行するとともに、転舵角θ_E を一定に維持した状態で、反力モータ２７によって操縦桿２を押し戻すことにより、パイロットに警告を与えることができる。
また、差動機構としての波動歯車機構３０を用いており、入力要素としての第１のサーキュラスプライン３７と、出力要素としての第２のサーキュラスプライン３８とを差動可能に連結する中間要素としてのフレキシブルスプライン３９および波動発生器４０を有しており、舵角比制御モータ２６により波動発生器４０を回転駆動することにより、両サーキュラスプライン３７，３８間の伝達比を可変することができる。その結果、舵角比を可変することができる。

また、反力モータ２７が、伝達機構としての平行軸歯車機構７７および連結筒５４の被動ギヤ７９を介して入力軸２８に動力を伝達するので、その入力軸２８、入力クランク６および第１の連結機構Ｂ１を介して、操縦桿２に反力を与えることができる。
また、出力軸２９の軸方向に関して、舵角比制御モータ２６と出力軸２９との間に、差動機構としての波動歯車機構構３０が配置されているので、舵角比制御モータ２６および舵角比可変機構２５をクランク中心Ｃ１上に集約して配置することができ、小型化を図ることができる。

また、舵角比制御モータ２６および反力モータ２７のロータ４３，７３の回転軸線が互いに平行であるので、クランク中心Ｃ１上に配置された舵角比制御モータ２６とは並列的に反力モータ２７を配置することができ、小型化を図ることができる。
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば上記の実施の形態では、筒状の入力軸２８内に出力軸２９を挿通したが、筒状の出力軸内へ入力軸を挿通するようなレイアウトを採用してもよい。また、差動機構として、波動歯車機構３０に代えて、公知の遊星歯車機構を用いるようにしてもよい。また、平行軸歯車機構７７に代えて、プーリ・ベルト機構を用いてもよい。また、舵角比制御モータ２６および反力モータ２７の少なくとも一方を同軸モータとしてもよい。また、操舵角センサ８４が、舵角比可変機構２５の入力軸２８の回転角θ₁ に基づいて操舵角θ_C を検出するものであってもよい。また、転舵角センサ８５が、舵角比可変機構２５の出力軸２９の回転角θ₂ に基づいて転舵角θ_E を検出するものであってもよい。その他、請求項記載の範囲で種々の変更を施すことができる。

１…航空機用操舵装置、２…操縦桿、３…コントロールヨーク、４…継手、５…リンクシャフト、６…入力クランク、７…出力クランク、８，９…昇降舵、１１，１２…ワイヤ１３〜１７…プーリ、２４…ハウジング、２５…舵角比可変機構、２６…舵角比制御モータ、２７…反力モータ、２８…入力軸、２９…出力軸、３０…波動歯車機構（差動機構）、３７…第１のサーキュラスプライン（入力要素）、３８…第２のサーキュラスプライン（出力要素）、３９…フレキシブルスプライン（中間要素）、４０…波動発生器（中間要素）、４３…ロータ、４４…回転軸、４６…駆動軸、４７…ロック機構、４９…ロックホルダ、５０…係合溝、５１…ロック棒、５２…ソレノイド、６１…第１ハウジング、６２…第２ハウジング、６３…第３ハウジング、７３…ロータ、７４…回転軸、７６…駆動軸、７７…平行軸歯車機構、７８…駆動ギヤ、７９…被動ギヤ、８０…アイドルギヤ、８３…ＥＣＵ（制御装置）、８４…操舵角センサ、８５…転舵角センサ、８６…飛行速度センサ、８７…迎え角センサ、Ｂ１…第１の連結機構、Ｂ２…第２の連結機構、Ｃ１…クランク中心、θ_C …操舵角、θ_E …転舵角、θ_E ／θ_C …舵角比、β…迎え角

Claims (9)

1. 操縦桿の操舵角に対する翼の転舵角の比である舵角比を可変する舵角比可変機構と、
   上記操縦桿と第１の連結機構を介して連結された入力クランクと、
   上記翼と第２の連結機構を介して連結された出力クランクと、を備え、
   上記入力クランクおよび上記出力クランクは、同一のクランク中心の回りに相対回転可能に配置され、
   上記舵角比可変機構は、上記入力クランクと一体回転可能な入力軸と、上記出力クランクと一体回転可能な出力軸と、上記入力軸および上記出力軸を差動回転可能に連結する差動機構と、を含み、
   上記入力軸および上記出力軸の中心軸線が上記クランク中心に一致する状態で、上記入力軸および上記出力軸の一方が、筒状をなす他方に挿通されている航空機用操舵装置。
2. 請求項１において、上記舵角比可変機構の上記舵角比を変更可能な舵角比制御モータと、
   上記操縦桿に伝わる反力を増減する反力モータと、
   上記舵角比制御モータおよび上記反力モータを制御する制御装置と、を備え、
   上記翼は昇降舵として機能し、 上記制御装置は、迎え角センサにより検出された迎え角と所定の失速迎え角との比較に基づいて、失速防止制御を実行する航空機用操舵装置。
3. 請求項２において、上記失速防止制御では、上記操舵角に拘らず上記転舵角を減少させるように上記舵角比制御モータを駆動制御する航空機用操舵装置。
4. 請求項２または３において、上記失速防止制御では、上記操縦桿の反力を増加させるように上記反力モータを駆動制御する航空機用操舵装置。
5. 請求項２において、上記舵角比制御モータの回転をロック可能なロック機構を備え、
   上記制御装置は、舵角比制御モータまたは舵角比制御モータの制御に用いるセンサに異常発生のときに、転舵角を一定に維持した状態で、上記操縦桿を押し戻させるように上記反力モータを駆動制御する航空機用操舵装置。
6. 請求項２から５の何れか１項において、上記差動機構は、上記入力軸と一体回転可能な入力要素と、上記出力軸と一体回転可能な出力要素と、入力要素および出力要素を差動可能に連結し、上記舵角比制御モータにより回転駆動される中間要素と、を含む航空機用操舵装置。
7. 請求項６において、上記反力モータは、伝達機構を介して、上記入力軸に動力を伝達する航空機用操舵装置。
8. 請求項６または７において、上記出力軸の軸方向に関して、上記舵角比制御モータと上記出力軸との間に、上記差動機構が配置されている航空機用操舵装置。
9. 請求項２から８の何れか１項において、上記舵角比制御モータおよび上記反力モータのロータの回転軸線は互いに平行である航空機用操舵装置。

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