JP2013049412A - エンジン制御および飛行制御システムの統合方法および統合システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン制御および飛行制御システムを統合する方法およびシステムを提供する。
【解決手段】航空機システムは、エンジン作動状態情報を生成するように構成されたエンジン制御システム１０２を有する統合航空機飛行制御システム１００を備えている。統合航空機飛行制御システムはまた、飛行情報および目標経路情報を生成するように構成された飛行制御システム１２０を有している。統合航空機飛行制御システムは、エンジン制御システムおよび飛行制御システムの間で通信可能に繋げられた通信経路１２２をさらに有しており、エンジン制御システムは、通信経路を利用して、生成されたエンジン作動状態情報を飛行制御システムに送信するように構成され、かつ、飛行制御システムは、通信経路を利用して、生成された飛行情報および目標経路情報をエンジン制御システムに送信するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、概して、飛行制御システム、より具体的には、エンジン制御および飛行制御システムを統合する方法およびシステムに関する。

少なくともいくつかの既知の航空機は、ＦＡＤＥＣ（full authority digital engine control）と呼ばれることがあるエンジン制御システムを有している。ＦＡＤＥＣは、航空機のエンジン作動の状況のすべてを制御するデジタルコンピュータおよび関連機器を備えている。ＦＡＤＥＣは、例えば、空気密度、スロットルレバー位置、エンジン温度、エンジン圧力、および他のエンジンパラメータの現在値をそれらに限定されることなく含む、現在の飛行状態における複数の入力変数を受信する。それらの入力は１秒あたりに複数回受信されて分析される。例えば、燃料流量、静翼位置、ブリード弁位置、およびその他のエンジン運転パラメータは、そのデータから算出され、現在のある飛行状態に対して最適なエンジン効率を得るのに適切となるように用いられる。

航空機はまた、一般的に、飛行制御システムを有しており、その飛行制御システムは、飛行管理システム（ＦＭＳ）と一般的に呼ばれるシステムを有していてもよい。ＦＭＳは、飛行中の飛行計画の管理を含め、飛行中の多種多様な任務を自動化する専用のコンピュータシステムである。全地球測位システム（ＧＰＳ）、慣性航法装置（ＩＮＳ）などのそれらに限定されることのない様々なセンサを用い、かつ、航空機の位置を決定するための無線航法によって支援されることで、ＦＭＳは飛行計画に沿って航空機を導く。操縦席からは、ＦＭＳは、小型の画面とキーボードまたはタッチスクリーンとを備えたコントロールディスプレイユニット（ＣＤＵ）を介して通常制御される。ＦＭＳは、飛行計画を、ＥＦＩＳ、ナビゲーションディスプレイ（ＮＤ）、または多機能ディスプレイ（ＭＦＤ）上に表示するために送信する。

ＦＡＤＥＣおよびＦＭＳは、パラメータの現在値を通信することができる別々のシステムとなっている場合もある。しかしながら、ＦＡＤＥＣの有するＦＭＳで有用であろう多くのパラメータ、および、ＦＭＳの有するＦＡＤＥＣで有用であろう多くのパラメータが、２つの別々のシステムの間で通信されていない。

米国特許出願公開第２０１１／００４６８１８号明細書

一実施形態では、統合航空機飛行制御システムが、エンジンに関連付けられるとともに、処理装置およびその処理装置に通信可能に繋げられた記憶装置を備えており、エンジンに関連付けられた複数のセンサからエンジン情報を受信し、受信したエンジン情報を用いてエンジンの現在の運転を制御し、エンジン作動状態情報を生成するように構成されたエンジン制御システムを有している。統合航空機飛行制御システムはまた、航空機に関連付けられるとともに、処理装置およびその処理装置に通信可能に繋げられた記憶装置を備えており、航空機に関連付けられた複数の航空機センサから航空機情報を、ならびに、航空機外部から飛行計画情報を受信し、飛行情報および目標経路情報を生成するように構成された飛行制御システムを有している。統合航空機飛行制御システムは、エンジン制御システムおよび飛行制御システムの間で通信可能に繋げられた通信経路をさらに有しており、エンジン制御システムは、通信経路を利用して、生成されたエンジン作動状態情報を飛行制御システムに送信するように構成され、かつ、飛行制御システムは、通信経路を利用して、生成された飛行情報および目標経路情報をエンジン制御システムに送信するように構成されている。

別の実施形態では、航空機システムを運用する方法が、現在値以外の飛行情報および目標経路情報を、航空機システムのエンジンに関連付けられたエンジン制御システムによって、航空機システムに関連付けられた飛行制御システムから受信するステップと、受信した現在値以外の情報を利用して、エンジン制御システムに関連付けられたエンジンを運転するステップとを含んでいる。

さらに別の実施形態では、航空機が、その航空機に配置されたエンジンと、エンジンに通信可能に繋げられたＦＡＤＥＣ（full authority digital engine controller）と、航空機に配置されてＦＡＤＥＣに通信可能に繋げられた飛行制御システムとを有しており、飛行制御システムは、現在値以外の飛行情報および目標経路情報をＦＡＤＥＣに送信し、エンジン状態と、ＦＡＤＥＣおよび航空機外部に配置された別の飛行制御センタの少なくとも一方からエンジン状態を評価するのに使用されるパラメータとの少なくとも一方の現在値以外を受信するように構成されている。

図１〜３は、本明細書に記載される方法およびシステムの例示の実施形態を示す。

本発明の例示の実施形態による統合されたエンジン制御および飛行制御システムの概略のブロック図である。 本発明の例示の実施形態による航空機システムを運用する方法の流れ図である。 本発明の別の実施形態による航空機システムを運用する方法３００の流れ図である。

以下の詳細な説明によって、実施例によりつつ、それに限定されることなく本発明の実施形態を説明する。本発明は、工業、商業、および家庭用のシステム通信の分析的かつ系統的な実施形態に一般的な用途があると考えられる。

本明細書では、単数で、および、複数を示す言葉が添えられずに記載されている要素またはステップは、明確に記載されていない場合には、複数の要素またはステップを排除するものではないことを理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」と言及することは、記載された特徴を包含する他の実施形態の存在を排除するように解釈されることを意図するものではない。

図１は、本発明の例示の実施形態による統合されたエンジン制御および飛行制御システム１００の概略のブロック図である。例示の実施形態では、統合システム１００は、関連付けられた航空機のエンジン１０４に隣接して備え付けられたＦＡＤＥＣ（full authority electronic digital control）システムなどの、それに限定されることのないエンジン制御システム１０２を有している。エンジン制御システム１０２は、処理装置１０６、および処理装置１０６に通信可能に繋げられた記憶装置１０８を備えている。エンジン１０４は、ファン１１０およびコアエンジン１１２を、流れが順次通過する状態で備えている。実施形態の中には、ファン１１０を通る空気流の実質すべてがコアエンジン１１２を通過するものもある。様々な実施形態においては、エンジン１０４は高バイパス式のエンジンであり、ファン１１０に流入する空気流の一部だけがコアエンジン１１２を通過する。様々な実施形態においてＦＡＤＥＣとして記述されているが、エンジン制御システム１０２は、本明細書に記載されるように機能することができる他の態様のエンジン制御装置を有していてもよい。

複数の過程センサ１１４が、エンジン１０４に関連付けられた過程パラメータを検出するように、エンジン１０４の周囲に配置されている。その過程パラメータには、例えば、エンジン回転数、燃料流量、ダンパおよび案内翼の位置、静翼クリアランス、および、エンジン１０４の様々な構成部品の温度が含まれる。これらのセンサ１１４は、エンジン制御システム１０２に通信可能に繋げられている。また、１つまたは複数のアクチュエータ１１６が、エンジン１０４の周囲に配置されてエンジン１０４の構成部品に作動可能に連結されており、それら構成部品を作動させる。アクチュエータ１１６もまた、エンジン制御システム１０２に通信可能に繋げられている。センサ１１４およびアクチュエータ１１６は、基準または新規の作動状態に対するエンジン１０４の作動を含むがそれに限定されないエンジン１０４の作動状態を決定するエンジン制御システム１０２によって利用される。その結果、エンジン制御システム１０２は、各オーバーホール間におけるエンジン１０４の悪化および／または損傷を明らかにするようにアクチュエータ１１６を作動させることができる。エンジン制御システム１０２はまた、後で参照するために、さらには、処理および／または報告するために、センサ１１４およびアクチュエータ１１６を利用して決定されたエンジンの状態を保管してもよい。

システム１００はまた、通信経路１２２を介してエンジン制御システム１０２に通信可能に繋げられた飛行制御システム１２０を有している。飛行制御システム１２０は、処理装置１２１、および処理装置１２１に通信可能に繋げられた記憶装置１２３を備えている。例示の実施形態において、通信経路１２２は、エンジン制御システム１０２および飛行制御システム１２０の間にある有線による接続となっている。様々な他の実施形態においては、通信経路１２２は、無線の接続媒体であってもよい。例示の実施形態において、飛行制御システム１２０は、航空機のコクピット（図示せず）に隣接して配置されており、エンジン制御システム１０２は、それの関連付けられたエンジンに隣接して配置されている。飛行制御システム１２０は、単一の処理装置に基づく構成機器で具体化されてもよいし、あるいは、飛行制御システム１２０の機能は、本明細書に記載された機能を実施するように構成された複数の構成機器によって実施されてもよい。飛行制御システム１２０の機能を実施する構成機器のうちのいくつかは、コクピットに隣接して配置されていてもよく、また、それ以外の構成機器は、利便性、安全性、および／または最適な作動を考慮して航空機内部に配設することができる。飛行制御システムは、本明細書では飛行管理システム（ＦＭＳ）として記載されているが、本発明は、エンジン制御機器および航空機搭載の何らかのアビオニクス機能の間の通信も含んでいることは理解される。

飛行制御システム１２０は、航空機の内部および外部の両方にある他の様々なシステムと繋げられる。例えば、飛行制御システム１２０は、検出システム１２６を介して、複数の航空機センサ１２４から航空機の現在の状況を知ることができる。これらのセンサには、空気流速度を測定するためのピトー管、ジャイロ、方位磁石、加速度計、位置センサ、高度計、および、航空機の状態、状況、または位置を検出できるだろう他の様々なセンサが含まれ得る。飛行制御システム１２０はまた、１つまたは複数の機内処理システム１２８から情報を受信してもよく、機内処理システム１２８は、独立型のシステム、または、複数のコンピュータシステムに機能が分割されているシステムであってもよい。飛行制御システム１２０および機内処理システム１２８は、有線の通信経路および／またはネットワーク接続（例えば、イーサネット（商標）または光ファイバ）、例えばＦＭラジオおよび／またはデジタルオーディオ放送といった無線周波数（ＲＦ）、ＩＥＥＥ（登録商標）（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１１規格（例えば、８０２．１１（ｇ）または８０２．１１（ｎ））、ＷＩＭＡＸ（登録商標）（Worldwide Interoperability for Microwave Access）規格、携帯電話技術（例えば、ＧＳＭ（商標）（Global Standard for Mobile communication））、衛星通信回線などの無線通信手段、および／または何らかの他の適切な通信手段を利用して通信することができる。本明細書で用いられる有線の通信経路には、ファイバおよび通信用の他の光学手段を利用する経路が含まれる。飛行制御システム１２０はまた、１つまたは複数の機外処理システム１３０から情報を受信してもよく、機外処理システム１３０は、独立型のシステム、または、複数のコンピュータシステムおよび／または複数のサイトに機能が分割されているシステムであってもよい。機外処理システム１３０および飛行制御システム１２０は、例えばＦＭラジオおよび／またはデジタルオーディオ放送といった無線周波数（ＲＦ）、ＩＥＥＥ（登録商標）（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１１規格（例えば、８０２．１１（ｇ）または８０２．１１（ｎ））、ＷＩＭＡＸ（登録商標）（Worldwide Interoperability for Microwave Access）規格、携帯電話技術（例えば、ＧＳＭ（商標）（Global Standard for Mobile communication））、衛星通信回線、および／または何らかの他の適切な通信手段を含むがそれらに限定されない１つまたは複数の無線通信媒体を利用して通信可能に繋げられる。

図２は、本発明の例示の実施形態による航空機システムを運用する方法２００の流れ図である。図３は、本発明の別の実施形態による航空機システムを運用する方法３００の流れ図である。実施形態では、方法２００は、現在値以外の飛行情報および目標経路情報を、航空機システムのエンジンに関連付けられたエンジン制御システムによって、航空機システムに関連付けられた飛行制御システムから受信するステップ２０２と、受信した現在値以外の情報を利用して、エンジン制御システムに関連付けられたエンジンを運転するステップ２０４とを含んでいる。方法３００は、現在値以外のエンジン作動状態情報を、飛行制御システムによって、エンジン制御システムから受信するステップ３０２と、受信した現在値以外の情報を利用して、飛行制御システムに関連付けられた航空機を運転するステップ３０４とを含んでいる。様々な実施形態において、エンジン制御システムは、ＦＡＤＥＣ（full authority digital engine control）であり、エンジン作動状態情報は、エンジン状態の評価と、エンジン状態を評価するのに使用されるパラメータとを含んでいる。エンジン制御システム１０２は、航空機エンジンの様々なパラメータの現在の測定値を診断し、エンジン状態の評価を生成する。エンジン制御システム１０２によって生成されたエンジン状態の評価、またはエンジン状態の評価を生成するのに使用されたパラメータのいずれかは、飛行制御システム１２０に送信され、飛行制御システム１２０によってさらに処理および／または利用される。具体的には、エンジン作動状態情報には、エンジンの許容推力の評価が含まれていてもよい。

また、飛行制御システム１２０からエンジン制御システム１０２に送信された飛行情報および目標経路情報は、航空機の計画された以後の飛行状態と、航空機の予測された以後の飛行状態との少なくとも一方を含んでいてもよい。このような情報によって、エンジン制御システム１０２は、エンジンを効率的に運転するための準備をすることができる。このような情報がなければ、その効率的な運転は、限定されてしまうか、あるいは、より厳密に制御されることになるだろう。例えば、一定速度で飛行する場面において、動的クリアランス制御システム（図示せず）は、回転するエンジンのロータにおける動翼の先端とエンジンの筺体との間の隙間を小さくしてもよい。先端の隙間を小さくすることで、動翼の先端を通過する漏れ量を少なくし、エンジンの作動が改善される。また、悪天候、向かい風、乱流、または降雨の上方へと操縦するための高度の上昇のように、航空機が高度を一段階変える必要がある場合、十分な準備時間をかけて是正措置を取らないと、その変更を行うためのエンジン出力の増加によって、動翼の先端が筺体に擦れてしまう可能性がある。動的クリアランス制御システムの筺体では、筺体は、温度変化するのにある程度の時間を必要としてもよく、それにより動翼先端の隙間が変化する。エンジン出力の増加が、筺体が適切な温度になる前に行われると、擦れが発生する可能性がある。飛行制御システム１２０は、このような高度が一段変化することを予測または計画することができ、その一段変化するのが開始される時刻に先立って、その変化をエンジン制御システム１０２に送信することができる。したがって、エンジン制御システム１０２は、動翼先端の擦れを発生させずにエンジンの出力を増加させることができるだけの十分な時間を取って、このような高度の変化にエンジンを対処させることができる。エンジン制御システム１０２および飛行制御システム１２０の間の通信によって、エンジン制御システム１０２は、飛行制御システム１２０によって提供された情報に基づいて機能してエンジンを制御することができ、飛行制御システム１２０は、エンジン制御システム１０２によって提供された情報に基づいて航空機システムを制御することができ、航空機システム全体の性能を改善する。

本明細書で用いられる「処理装置」という用語は、中央演算処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、および、本明細書に記載される機能を実行できる何らかの他の回路または処理装置を言う。

本明細書で用いられる「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は、置き換え可能であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、および不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含む記憶装置に保存され、処理装置１０６によって実行される何らかのコンピュータプログラムを含んでいる。上記のメモリの形式は、単なる例示であるため、コンピュータプログラムの保存に使用できる記憶装置の形式に関して限定するものではない。

前述の記載に基づいて理解されるように、本発明の開示の上記の実施形態は、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、あるいは、それらの組み合わせまたはサブセットを含むコンピュータプログラムまたは工学技術を利用して実施されればよく、その技術的な効果は、航空機システム情報に基づいてエンジンの運転を変更するために、航空機システム情報をエンジン制御システムに送信することである。また、天候および航空交通制御情報などの航空機外部の情報がエンジン制御システムに通信され、外部の情報に基づいてエンジンの運転を制御してもよい。さらに、エンジン状態および保守要件が飛行制御システムに送信され、エンジン情報に基づいて航空機の運転を制御する。このようにして得られた何らかのプログラムは、コンピュータで読み取り可能なコード手段を有しており、１つまたは複数のコンピュータ読み取り可能な媒体に埋め込みあるいは提供され、本発明の開示の検討された実施形態によるコンピュータプログラム製品、つまり、製品が製作される。コンピュータ読み取り可能な媒体は、例えば、固定（ハード）ドライブ、ディスケット、光ディスク、磁気テープ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）などの半導体メモリ、および／または、インターネットあるいは他の通信ネットワークまたはリンクなどの送信／受信の媒体であればよく、それらに限定されることはない。コンピュータコードを含む製品は、１つの媒体から直にコードを実行したり、１つの媒体から他の媒体にコードをコピーしたり、または、コードをネットワークを介して送信したりすることで製作および／あるいは使用されてもよい。

エンジン制御システムおよび飛行制御システムの間で情報を通信し、その通信された情報に基づいて航空機エンジンまたは航空機システムの運転を変更する方法およびシステムの上記実施形態は、費用対効果、および、航空機システムの作動および運転を改善する信頼できる手段を提供する。より具体的に言うと、本明細書に記載された方法およびシステムによって、航空機システム情報に基づいてエンジンの運転を変更するのが容易になる。また、上記方法およびシステムによって、エンジン制御システムから飛行制御システムに通信された情報に基づいて航空機の運転を変更するのが容易になる。結果として、本明細書に記載された方法およびシステムによって、費用対効果および信頼できる手法で航空機システムを運転するのが容易になる。

ここに記載した説明では、最良のものを含めて本発明を開示するように、ならびに、当業者が、すべての装置またはシステムを製作および使用し、かつ、具体化されたすべての方法を実施することを含めて本発明を実施することができるように、実施例が用いられている。本発明の請求可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者の思いつく他の例を含むことがある。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異なっていない構造要素を有しているか、あるいは、特許請求の範囲の文言と非実質的に異なる同等の構造要素を有している場合には、特許請求の範囲内にあると意図される。

１００ 統合されたエンジン制御および飛行制御システム
１０２ エンジン制御システム
１０４ エンジン
１０６ 処理装置
１０８ 記憶装置
１１０ ファン
１１２ コアエンジン
１１４ センサ
１１６ アクチュエータ
１２０ 飛行制御システム
１２１ 処理装置
１２２ 通信経路
１２３ 記憶装置
１２４ 航空機センサ
１２６ 検出システム
１２８ 機内処理システム
１３０ 機外処理システム
２００ 方法
２０２ 現在値以外の飛行情報および目標経路情報を、航空機システムのエンジンに関連付けられたエンジン制御システムによって、航空機システムに関連付けられた飛行制御システムから受信するステップ
２０４ 受信した現在値以外の情報を利用して、エンジン制御システムに関連付けられたエンジンを運転するステップ
３００ 方法
３０２ 現在値以外のエンジン作動状態情報を、飛行制御システムによって、エンジン制御システムから受信するステップ
３０４ 受信した現在値以外の情報を利用して、飛行制御システムに関連付けられた航空機を運転するステップ

Claims (8)

1. 統合航空機飛行制御システム（１００）であって、
   エンジン（１０４）に関連付けられるとともに、処理装置（１０６）および前記処理装置に通信可能に繋げられた記憶装置（１０８）を備えており、前記エンジンに関連付けられた複数のセンサ（１１４）からエンジン情報を受信し、受信した前記エンジン情報を用いて前記エンジンの現在の運転を制御し、エンジン作動状態情報を生成するように構成されたエンジン制御システム（１０２）と、
   航空機に関連付けられるとともに、処理装置（１２１）および前記処理装置に通信可能に繋げられた記憶装置（１２３）を備えており、前記航空機に関連付けられた複数の航空機センサ（１２４）から航空機情報を、ならびに、前記航空機外部から飛行計画情報を受信し、飛行情報および目標経路情報を生成するように構成された飛行制御システム（１２０）と、
   前記エンジン制御システムおよび前記飛行制御システムの間で通信可能に繋げられた通信経路（１２２）と
   を有し、
   前記エンジン制御システムは、前記通信経路を利用して、生成された前記エンジン作動状態情報を前記飛行制御システムに送信するように構成され、あるいは、前記飛行制御システムは、前記通信経路を利用して、生成された前記飛行情報および前記目標経路情報を前記エンジン制御システムに送信するように構成された統合航空機飛行制御システム。
2. 前記エンジン制御システムは、ＦＡＤＥＣ（full authority digital engine control）を備えた請求項１記載の統合航空機飛行制御システム。
3. 前記通信経路は、双方向通信経路、第１の片方向通信経路、および第２の片方向通信経路のうちの少なくとも１つを含む請求項１記載の統合航空機飛行制御システム。
4. 前記エンジン制御システムおよび前記飛行制御システムの間の通信は、前記統合航空機飛行制御システム外部の命令から自立して生じる請求項１記載の統合航空機飛行制御システム。
5. 前記エンジン制御システムは、前記飛行制御システムによって生成された前記飛行情報および前記目標経路情報を利用して前記エンジンの運転を変更するように構成された請求項１記載の統合航空機飛行制御システム。
6. 前記飛行制御システムは、前記エンジン制御システムによって生成された前記エンジン作動状態情報を用いて前記航空機の運転を変更するように構成された請求項１記載の統合航空機飛行制御システム。
7. 前記統合航空機飛行制御システムは、前記航空機外部に配置されて前記飛行制御システムに通信可能に繋げられた別の飛行制御センタ（１３０）を有し、前記飛行制御センタは、前記エンジン制御システムによって生成された前記エンジン作動状態情報、ならびに、前記飛行制御システムによって生成された前記飛行情報および前記目標経路情報のうちの少なくとも一方を受信するように構成された請求項１記載の統合航空機飛行制御システム。
8. 前記飛行制御センタは、
   前記エンジン制御システムによって生成された前記エンジン作動状態情報、ならびに、前記飛行制御システムによって生成された前記飛行情報および前記目標経路情報のうちの受信した少なくとも一方を処理し、
   前記処理した情報を利用して生成される命令およびデータのうちの少なくとも一方を前記飛行制御システムに送信する
   ように構成された請求項７記載の統合航空機飛行制御システム。

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