JP2013107635A - ピッチを制限するための航空機のブレーキ管理方法 - Google Patents

ピッチを制限するための航空機のブレーキ管理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】航空機の乗客の快適さを改善するために機能する航空機のブレーキ管理方法を提供する。
【解決手段】航空機１が地上にあるときに、ブレーキ設定ポイントＣに応じて航空機にブレーキをかけるための少なくとも１つの制御可能なブレーキ９を有する航空機のブレーキ管理方法であって、ブレーキ中に、航空機のピッチ角θに応じてブレーキ設定ポイントを補正することを含むブレーキ管理方法において、補正が、ブレーキ設定ポイントから補正値を減算することによって実行され、補正値は、航空機が速度閾値Ｖthより小さな対地速度Ｖで走行している場合にピッチ角に応じて算出されると共に、対地速度が速度閾値以上の場合にゼロに設定される。
【選択図】図２

Description

本発明はピッチを制限するための航空機のブレーキ管理方法に関する。
多くの航空機は、第１に、着陸における航空機の速度の垂直成分による運動エネルギーの大部分を吸収する不可欠な機能と、第２に、特に本発明に関するブレーキ段階の間の地上における航空機の移動を可能とする不可欠な機能と、を有した複数の機体支持部を備える着陸装置を有する。
特徴部は、概して航空機の重量の大部分を支持するいわゆる「メイン」着陸装置と、地上において航空機のバランスを保つと共により操作容易とするために機能するいわゆる「補助的」着陸装置と、の間にある。多くの最近の航空機においては、補助的着陸装置が航空機の機首の下に配置されている一方で、メイン着陸装置は翼の下又は機体の下の航空機の重心近傍に配置されている。
概して着陸装置は、少なくとも１つの車輪及びブレーキ要素を概して単独で「メイン」着陸装置に取り付けたブレーキ要素と共に、航空機が着陸したときのエネルギーを吸収するため且つ地上を走行中の乗客の快適性を確実とするためのショックアブソーバーを有する。
航空機ブレーキシステムは、減速させようとする航空機の車輪にブレーキトルクを付与するために制御される（ハイドロリック式又は電気機械式の）ブレーキアクチュエーターを有する。
航空分野において公知の多くのブレーキ制御は、概してトルク、力又は位置のための設定ポイントを使用し、その設定ポイントは、ハイドロリックブレーキのための圧力、付与される力、又は、電気機械式アクチュエーターを有するブレーキのためのプッシャーの運動へと変換される。
ブレーキの初めにおいて、ブレーキによる減速は、車輪に、航空機を航空機の「ピッチ」軸線中心に前方へ傾斜させる慣性力を生じさせる。この傾斜は、補助的着陸装置のショックアブソーバーを圧縮させる。
ブレーキの終わりにおいて航空機が完全に静止するとき、補助的着陸装置のショックアブソーバーは緩み、それによって航空機を再度、この場合はピッチ軸線中心に後方へと傾斜させる。
これらの傾斜運動は、航空機の乗客にとって特に不快な現象である。
本発明の目的は、航空機の乗客の快適さを改善するために機能する航空機のブレーキ管理方法を提供することにある。
この目的を達成するため、本発明は、航空機が地上にあるときに、ブレーキ設定ポイントに応じて航空機にブレーキをかけるための少なくとも１つの制御可能なブレーキを有する航空機のブレーキ管理方法を提供する。本発明によれば、本ブレーキ管理方法は、ブレーキ中に航空機のピッチ角に応じてブレーキ設定ポイントを補正することを含む。
従って、航空機がピッチとして検知されたときにブレーキ設定ポイントを減少させることによって、前から後ろへの又は後ろから前への航空機の任意の傾斜が制限され、それにより乗客の快適さが改善される。
本発明は添付された図面を用いた以下の説明を参照してより理解され得る。
着陸後のブレーキ中の航空機の側面図であり、実線形状はブレーキをかけていない航空機に相当し、破線形状はブレーキの初め及びブレーキの終わりの航空機に相当する。 ブレーキ管理のための本発明に係る方法の１つの特定の実施形態を示すブロック図である。 本発明に係るブレーキ管理方法を適用することによって得られるピッチ減少性能を示すグラフである。 本発明に係るブレーキ管理方法を適用することによって得られるピッチ減少性能を示すグラフである。 本発明に係るブレーキ管理方法を適用することによって得られるピッチ減少性能を示すグラフである。
図１を参照すると、航空機１は、一組の車輪３及びショックアブソーバー４を有するメイン着陸装置２と、更に一組の車輪６及びショックアブソーバー７を有する補助的着陸装置５と、を有する。メイン着陸装置２の車輪３のみがブレーキを有する。
軸線Ｘは、概して航空機の長手方向基準と呼ばれて定義される。航空機１が地面に静止しているとき、長手方向基準Ｘは、地面に対して略平行となる。
ブレーキの初めにおいて、航空機１は、まず航空機の機首を角度θ1だけ下げて傾斜させる。
ブレーキの終わりにおいて、航空機１は、次いで航空機の機首を角度θ2だけ反対方向に傾斜させる。
図２で図式的に示された本発明に係るブレーキ管理方法は、ここで戻り傾斜（return tilting）と呼ばれる角度θ2の航空機の第２傾斜運動を処理するために特に構成されている。
上述したように、この戻り傾斜θ2は、航空機１の対地速度Ｖが比較的小さいときにブレーキの終わりにおいて生じる。本発明に係るブレーキ管理方法は、航空機１の対地速度Ｖが速度閾値Ｖthより小さいときにブレーキ補正機能を単独で起動するように構成される。
ブレーキ補正機能は、例えば航空機のブレーキコンピューターにおいて実行される。そのブレーキコンピューターは、戻り角度θ2を減ずるため且つそのθ2が変化する速度（以下で「戻りピッチ速度」と呼ぶ）を減ずるために、ピッチ角θに応じてブレーキトルク設定ポイントＣのための補正トルクΔＣを推定することによって、ブレーキ設定ポイント、この例示においてはトルク設定ポイントＣの補正のために機能する。
これについては以下で図２を参照しつつより詳細に説明される。
メイン着陸装置２の車輪３のブレーキ９は、航空機１の減速のためにブレーキ設定ポイントを適用した制御器８によって、その対地速度Ｖがブレーキの終わりにおいて略ゼロとなるように制御される。トルク設定ポイントＣが算出される方法は、公知であり、本発明の一部を構成しない。例示によれば、制御器８は、ブレーキが電気機械式の場合は電気機械式アクチュエーター制御器（ＥＭＡＣ）であり、ブレーキがハイドロリック式の場合はサーボバルブを有するハイドロリックユニットである。航空機１の状態を示す様々なパラメーターの値は、センサー１０によって計測され、収集手段１１によって収集され、そのセンサー１０及び収集手段１１は、特に慣性ユニットを含むシステムに統合され得る。これらのパラメーターは、概して航空機の対地速度Ｖと、航空機のロール、ヨー及びピッチθの加速度及び角度と、を含む。
この例示においてブレーキ補正機能は、速度比較器１２と、２つの入力Ｅ１、Ｅ２と１つの出力Ｓとを備える第１切替スイッチ１３及び２つの入力Ｅ’１、Ｅ’２と１つの出力Ｓ’とを備える第２切替スイッチ１４と、傾斜制限器１５と、減算器１６と、補正器１７と、を有する複数の機能ブロックによって示される。
これら全ての機能ブロックは、以下で「ブレーキ補正ブロック」１８と呼ばれる機能ブロックに組み込まれる。
ブレーキ補正ブロック１８は、入力として航空機１の対地速度Ｖ及びその航空機１のピッチ角θの計測値を有する。
ブレーキ補正ブロック１８内において、速度比較器１２は、航空機１の対地速度Ｖを収集し、定値Ｖthに対するこの対地速度Ｖの値に応じて切替スイッチ１３及び１４を制御する。
ここで説明したブレーキ管理方法を実行するべく、Ｖthのために選択された値は、３メートル毎秒（ｍ／ｓ）である。
ブロック１２、１３、１４、１５、１７及び減算器１６は、ブレーキ補正ブロック１８内で以下のように構成され、第１切替スイッチ１３の入力Ｅ１は、角度０°で示される値を有し、第１切替スイッチ１３の入力Ｅ２は、ピッチ角θで示される値を有し、第１切替スイッチの出力Ｓは速度ＶがＶthより小さい場合には入力Ｅ１に接続されると共に速度ＶがＶth以上の場合には入力Ｅ２に接続され、傾斜制限器１５の入力は第１切替スイッチ１３の出力Ｓに接続され、傾斜制限器の出力は、第２切替スイッチ１４の入力Ｅ’１に接続され、第２切替スイッチ１４の入力Ｅ’２における値は、ピッチ角θを示し、第２切替スイッチ１４の出力Ｓ’における値は、対地速度ＶがＶthより小さい場合には第２切替スイッチ１７の入力Ｅ’１に接続されると共に対地速度ＶがＶth以上の場合には第２切替スイッチ１７の入力Ｅ’２に接続され、減算器１６が第２切替スイッチ１４の出力Ｓ’における値からのピッチ角θの値を減算すると共にその得られた値を補正器１７へと進め、次いで補正器１７がブレーキトルク設定ポイントＣから減算される補正トルク値ΔＣを生成する。
従って、航空機の対地速度ＶがＶth以上のとき、減算器１６は、一定の角度θ自体から一定の角度θの値を減算し、こうして補正器１７は角度０°で示される値を受信し、それによってゼロの補正トルク値ΔＣを生成する。
速度Ｖが閾値Ｖthより小さくなったとき、第１切替スイッチ１３からの出力Ｓにおける値は０°と等しくなり、第２切替スイッチ１４の出力Ｓ’が傾斜制限器１５からの出力における値となり、従って制御器は、ピッチ角θ及び速度Ｖに応じてゼロではない補正トルク値ΔＣを生成する。
次いで補正トルクΔＣは、航空機が完全に静止するまでブレーキの強さが少しずつ且つ漸次的に低減されるように、ブレーキトルク設定ポイントＣから減算器２０によって減算される。
傾斜制限器１５は、補正器１７がピッチ角θをそのときの値から０°へと急に変化させようとする補正トルク値ΔＣを生成するのを防ぎ、速すぎるブレーキ設定ポイントＣに変化を生じさせ得る。従って、速度ＶがＶthと等しくなったときのピッチ角θの値から開始し、傾斜制限器１５は、適切な時間の長さでピッチ角θから０°への変化を可能とする傾斜を生じさせ、それによってピッチ角θを漸次的に減ずるためにブレーキが漸次的に低減されることを可能とする。
図３及び図４の曲線は、シミュレーションによるブレーキの結果を示すと共に、本発明に係るブレーキ管理方法の性能の評価を可能とする。シミュレーションの航空機は、単通路型民間航空機である。まず、速度１５ｍ／ｓでブレーキをかけずに地上を走る航空機で、最初の５秒間シミュレーションが実行された。その後、一定の減速を生じさせるために航空機が静止するまで約２メートル毎秒毎秒（ｍ／ｓ2）のブレーキ指令が、与えられた。
図３は、（横軸線が秒で目盛り付けされた）時間に対する（縦軸線が度で目盛り付けされた）ピッチ角θの値の変化を示す。
図３において、曲線Ｃ１は第１切替スイッチ１３の出力における値を示し、曲線Ｃ２は、傾斜制限器１５からの出力を示し、曲線Ｃ３は、本発明に係るブレーキ管理方法が適用されない航空機１のピッチ角の値を示し、曲線Ｃ４は、本発明に係るブレーキ管理方法が適用された航空機１のピッチ角の値を示す。
従って曲線Ｃ２は、ブレーキ管理方法が実現しようとするピッチ角θの変化を示し、この傾斜は、ピッチ角を約０．２５°から約０°へと約２秒で変化させると共に、曲線Ｃ１によって示された変化よりも緩やかな変化を示す。シミュレーションによる航空機１のピッチθがブレーキ管理方法の適用に応じて変化する様子は、曲線Ｃ４によって示される。この曲線Ｃ４の変化は、曲線Ｃ２の変化と酷似しており、第一に、曲線Ｃ３によって示されたピッチ角θの変化よりも緩やかであり、第二に、戻り傾斜θ2の振幅が、曲線Ｃ３の振幅よりもかなり小さい（約０．２５°が約０．０２５°となる）。
図４は、（横軸線が秒で目盛り付けされた）時間に対する（縦軸線が度毎秒で目盛り付けされた）ピッチ速度の変化を示す。ピッチ速度は、例えば傾斜速度のようなピッチ角θの変化の速度を示し、この値が大きいほど、乗客はより不快となる。曲線Ｃ６が、本発明に係るブレーキ管理方法が適用されないときにピッチ速度がどのように変化するかを示す一方で、曲線Ｃ５は、本発明に係るブレーキ管理方法が適用されたときにピッチ速度がどのように変化するかを示す。ブレーキ管理方法が適用されないとき、ブレーキの終わりにおいて、ピッチ速度が約５倍大きくなることがわかる。
図５は、（横軸線が秒で目盛り付けされた）時間に対して変化する（縦軸線がメートル毎秒毎秒で目盛り付けされた）軸線Ｘに沿った航空機の長手方向加速度を示す。曲線Ｃ８が、本発明に係るブレーキ管理方法が適用されないときに航空機の加速度がどのように変化するかを示す一方で、曲線Ｃ７は、本発明に係るブレーキ管理方法が適用されるときに航空機の加速度がどのように変化するかを示す。本ブレーキ管理方法が適用されないとき、ブレーキの終わりにおいて加速度はわずかに正となるが、これは、前から後ろへの航空機の傾斜に関連している。本方法が適用されるとき、航空機が停止するまで加速度は負のままであり、傾斜は生じない。
興味深いことに、本発明に係るブレーキ管理方法を使用することによって、ブレーキ距離の増分が、比較的短くなる（このシミュレーションにおいて１メートルより小さい）ことが観測される。
本発明は、上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、特許請求の範囲によって定義されたような本発明に係る範囲内の任意の変形例を含む。
ピッチ角及びピッチ速度は、ブレーキの初めにおいて変化しないことが図３及び図４から確認できる。ここで説明された本発明に係る実施形態において、ピッチ角は、低速（Ｖ＜Ｖth）においてのみ処理され、その低速においては、ブレーキの初めにおいて感じられる前から後ろへの傾斜を減じない。航空機の対地速度にかかわらずピッチ角の処理を適用することも当然ながら可能である。
明細書の本文中又は図中に提供された全ての数値は例示にすぎず、本発明は、特にＶthの数値及び傾斜制限器によって提供された傾斜の数値に関しては、他の数値でも実現され得る。
ピッチ角傾斜制限器の別の手段として、又はそれに加えて、ブレーキ設定ポイントから減算されるためのトルク補正の制限器を使用することも可能であり、その目的は、設定ポイントの補正における任意の変化を制限することにある。
当然ながら、本発明はブレーキのアクチュエーターがトルクではなく力又は位置で制御されるブレーキ管理方法及び任意の他の物理パラメーターの用途に適用される。
１ 航空機
２ メイン着陸装置
３ 車輪
４ ショックアブソーバー
５ 補助的着陸装置
６ 車輪
７ ショックアブソーバー
８ 制御器
９ ブレーキ
１０ センサー
１１ 収集手段
１２ 速度比較器
１３ 第１切替スイッチ
１４ 第２切替スイッチ
１５ 傾斜制御器
１６ 減算器
１７ 補正器
１８ ブレーキ補正ブロック
２０ 減算器
Ｃ ブレーキ設定ポイント
ΔＣ 補正トルク値
Ｃ１ 第１切替スイッチの出力を示す曲線
Ｃ２ 傾斜制限器からの出力を示す曲線
Ｃ３ 本ブレーキ管理方法が適用されない航空機のピッチ角を示す曲線
Ｃ４ 本ブレーキ管理方法が適用された航空機のピッチ角を示す曲線
Ｃ５ 本ブレーキ管理方法が適用された航空機のピッチ速度を示す曲線
Ｃ６ 本ブレーキ管理方法が適用されない航空機のピッチ速度を示す曲線
Ｃ７ 本ブレーキ管理方法が適用された航空機の加速度を示す曲線
Ｃ８ 本ブレーキ管理方法が適用されない航空機の加速度を示す曲線
Ｅ１ 第１切替スイッチの入力
Ｅ２ 第１切替スイッチの入力
Ｅ’１ 第２切替スイッチの入力
Ｅ’２ 第２切替スイッチの入力
Ｓ 第１切替スイッチの出力
Ｓ’ 第２切替スイッチの出力
Ｖ 航空機の対地速度
Ｖth 速度閾値
Ｘ 航空機の長手方向基準
θ ピッチ角
θ1 最初の機首の傾斜
θ2 戻り傾斜

Claims (2)

  1. 航空機（１）が地上にあるときに、ブレーキ設定ポイント（Ｃ）に応じて前記航空機（１）にブレーキをかけるための少なくとも１つの制御可能なブレーキ（９）を有する前記航空機（１）のブレーキ管理方法であって、ブレーキ中に、前記航空機（１）のピッチ角（θ）に応じて前記ブレーキ設定ポイントを補正することを含むブレーキ管理方法において、
    前記補正が、前記ブレーキ設定ポイントから補正値を減算することによって実行され、 該補正値は、
    前記航空機（１）が速度閾値（Ｖth）より小さな対地速度（Ｖ）で走行している場合に前記ピッチ角（θ）に応じて算出されると共に、
    前記対地速度（Ｖ）が前記速度閾値（Ｖth）以上の場合にゼロに設定されることを特徴とするブレーキ管理方法。
  2. 前記ブレーキ設定ポイントの前記補正が、前記ブレーキ設定ポイントの前記補正における任意の変化を制限する工程（１５）を含むことを特徴とする請求項１に記載のブレーキ管理方法。
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