JP2013177130A - 工場内飛行 - Google Patents

Abstract

【課題】飛行することなく、飛行荷重下にある航空機がどのように動作するかを調べる方法を提供する。
【解決手段】飛行中の測定あるいはコンピュータモデルによって求められた模擬飛行荷重を非飛行中の航空機１８に印加し、その間に航空機の１つ以上の部分の位置を測定する。測定は、ターゲット５８、６０と、レーザ追跡機５４、５６と、写真測量カメラと、光プロジェクタとを使用して行なう。航空機は、航空機にかかる抗力を低減するために、測定値に基づいて再調整および／または再設計されてもよい。
【選択図】図４

Description

発明の背景
航空機にかかる抗力を低減できるかを調べるためには、航空機が飛行状態でどのように動作するのかを調べることが重要である。先行技術の多くの方法は、翼の撓みなどの、飛行中の航空機の予想動作を、航空機を飛行中に試験することによって測定する。

先行技術の方法は、他の種類の問題もあるが、空中で航空機を測定することの困難、長時間にわたる航空機試験の飛行中の実施、および飛行中に遭遇する困難などの１つ以上の問題に遭遇することがある。

非飛行中に模擬飛行荷重下にある航空機を、測定する方法が必要とされている。これにより、１つ以上の先行技術の飛行中測定方法に関連する１つ以上の問題を、解決または軽減することができる。

発明の概要
この発明の１つの局面において、非飛行中に模擬飛行荷重下にある航空機を測定する方法が提供される。１つのステップにおいて、航空機に飛行中にかかる荷重を実質的にシミュレートするために、非飛行中の航空機に模擬飛行荷重を印加する。別のステップにおいて、航空機の１つ以上の部分の位置を、模擬飛行荷重下にある間に測定する。

この発明の別の局面において、非飛行中に模擬飛行荷重下にある航空機を測定する別の方法が提供される。１つのステップにおいて、航空機が飛行中に受ける荷重を見積もるために、航空機にかかる予想飛行荷重を求める。別のステップにおいて、飛行をシミュレートするために、非飛行中の航空機に予想飛行荷重を印加する。さらに別のステップにおいて、航空機を、予想飛行荷重下にある間に測定する。

この発明のもう１つの局面において、航空機が提供される。この航空機が飛行中でなかったときに、航空機に模擬飛行荷重を印加し、この航空機に飛行中にかかる荷重を実質的にシミュレートした。この航空機は、模擬飛行荷重下にある間に測定された。

この発明のこれらのおよび他の特徴、局面、ならびに利点は、以下の図面、説明、および特許請求の範囲を参照しながらよりよく理解されるであろう。

この発明の１つの実施例に従う航空機の測定方法のフローチャートである。 この発明の１つの実施例に従う架台装置によって支持されている航空機の側面図である。 この発明の別の実施例に従う１つの架台装置の表面の部分斜視図である。 この発明のさらに別の実施例に従って測定されている航空機の上面図である。

発明の詳細な説明
以下の詳細な説明は、この発明を実施するための現在企図される最良の形態である。この発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって最もよく規定されるので、この説明は、限定する意味に取られるべきではなく、単にこの発明の一般原理を例示する目的でなされる。

図１に示すように、この発明の１つの実施例において、航空機が非飛行中で模擬飛行荷重下にある間に航空機を測定する方法１０が提供される。１つのステップ１２において、非飛行中の航空機に模擬飛行荷重を印加してもよい。模擬飛行荷重は、飛行中に航空機にかかる荷重を実質的にシミュレートしてもよく、１ｇまたは他の量であってもよい。模擬飛行荷重は、実際の飛行荷重を検出および／または記録する圧力検出器を有する第２の航空機を飛行させることによって求めてあっても、または求めてもよい。圧力センサは、航空機のさまざまな部分にわたりさまざまなときに加わる圧力量を求めるために、航空機の翼および／または航空機の他の部分上にあってもよい。この飛行荷重データは、航空機のさまざまな部分の飛行荷重データを格納した１つ以上のコンピュータに送ってあってもよい。試験中の航空機の予想飛行荷重と呼んでもよい、第２の航空機について求めた飛行荷重データを、次に、試験中の航空機に実質的に同一の模擬飛行荷重を印加するために用いてもよい。たとえば、第２の航空機に飛行中に生じたのと同一の圧力荷重分布を、同一の分布および時間間隔で、試験中の航空機にかけてもよい。このようにして、航空機を、現実の飛行荷重で試験してもよい。

別の実施例において、試験中の航空機に印加される模擬飛行荷重は、航空機の予想飛行荷重とも呼ばれてもよい、コンピュータモデルによって求められた荷重を含んでもよい。たとえば、コンピュータを用いて、試験中の航空機にかかる予想飛行荷重を求めてもよい。コンピュータで求められた予想飛行荷重を、次に、予想荷重条件下の航空機を試験するために、試験中の航空機に模擬飛行荷重として印加してもよい。試験中の航空機の予想飛行荷重は、飛行中の航空機の予想飛行荷重を含んでもよく、前述のように、別の航空機の実際の飛行測定値を通じて求めてもよく、または航空機の飛行荷重を予測するためのコンピュータモデルを通じて求めてもよいことが留意されるべきである。１つの実施例において、航空機に印加される模擬飛行荷重は、航空機について求めた予想飛行荷重を含んでもよい。

図２に示すように、航空機に模擬飛行荷重を印加するために、１つ以上の架台装置１４が使用されてもよい。航空機１８が、航空機自身の着陸装置に支持され、工場または格納庫の地表上にあり、模擬乗客、乗務員、貨物重量を備えるときに、１つ以上の架台装置１４を、航空機１８の翼１６各々の下に、さまざまな構成、位置、および場所で配置してもよい。１つの実施例において、航空機１８の翼１６各々は、翼１６に分布される架台装置１４の４つの領域を有してもよい。架台装置１４各々は、車輪２０と、ジャッキ２２と、支持部材２４と、支持面２３とを含んでもよい。車輪２０を用いて、架台装置１４を、航空機翼１６下の所定の位置に移動させてもよい。支持部材２４によって支持される支持面２３を、航空機１８の翼１６の下に配置してもよい。ジャッキ２２を用いて、支持面２３の高さを上昇させ、翼１６を上向きの方向２６に押してもよい。このようにして、航空機１８を、地表２５上にある架台装置１４によって航空機１８が完全に支持されるように、引上げ地面から離してもよい。ジャッキ２２は、モータ駆動のボールねじジャッキまたは他の種類であってもよい。ジャッキ２２各々に、位置および力フィードバック装置を装備してもよい。ジャッキ２２各々の動きを、コンピュータ化された制御システムによって制御し、過渡的な離陸荷重などの飛行状態をシミュレートするのに必要な荷重を印加することを可能にしてもよい。架台装置１４によって支持されている間、航空機１８の重量は、最大設計着陸重量と同様に、乗客、乗務員、および貨物を含んでもよい。他の実施例において、航空機１８の重量を変えてもよい。

加えて、１つ以上の架台装置１４を、航空機１８の翼１６に押し当てるのと同時に、１つ以上の他の架台装置２８を、航空機１８の水平安定板３０にさまざまな配置、位置、および場所で押し当ててもよい。１つの実施例において、１つの架台装置２８を、左右の水平安定板３０の各々に押し付ける。飛行中に航空機１８にかかる荷重を実質的にシミュレートするために、架台装置２８は、水平安定板３０を下向きの方向３２に押してもよく、架台装置１４は、翼１６を上向きの方向２６に押してもよい。架台装置２８によって水平安定板３０に印加される下向きの力は、架台装置１４によって翼１６に印加される上向きの力を相殺するカウンタバランスとして作用してもよい。

架台装置１４および２８の支持面２３は、図２および図３に示すような空気室３６を含んでもよい。図３に示すように、リブ付き面３８は、圧力センサ４０および空気孔４２を含んでもよい空気室３６を取囲んでもよい。支持面２３は、架台装置１４および２８が所定の位置に置かれるとき、航空機１８と当接してもよい。航空機１８の翼１６は、架台装置１４のリブ付き面３８にもたれてもよく、このリブ付き面は、テフロン（登録商標）、ゴム、または他の材料で作られてもよい。航空機１８の翼１６を上向きに押して支持する薄い緩衝空気壁を形成し、これにより航空機１８を持上げ地面から離すために、空気圧を、架台装置１４の空気孔４２を通して空気室３６へかけてもよい。航空機１８に模擬飛行荷重を印加するために、航空機１８の翼１６上の空気圧分布を、各架台装置領域において調整してもよい。圧力センサ４０は、航空機１８上の空気圧分布を調節するために、空気室内に印加された圧力を測定してもよい。１平方インチ当たり３ポンドの圧力を、印加してもよい。他の実施例において、印加する圧力を変えてもよい。たとえば、別の実施例において、圧力は、１平方インチ当たり１から１０ポンドの範囲で印加されてもよい。さらに他の実施例において、印加する圧力範囲を変えてもよい。水平安定板３０に押し付けられる架台装置２８の空気室３６は、空気圧を使用して水平安定板３０を下向きの方向に押すために、同様に機能してもよい。このようにして、模擬飛行荷重を、架台装置１４および２８を使用して航空機１８に印加してもよい。

架台装置１４および２８を、１つ以上のコンピュータに接続してもよい。コンピュータは、架台装置１４および２８によって航空機１８に印加される動き、位置、および荷重を制御してもよい。この結果、航空機１８を飛ばさずに航空機１８にかかる飛行荷重を実質的にシミュレートするために、正確な模擬荷重を、適切な場所、時間、持続時間、および量で、航空機１８上に印加してもよい。

図１に示すように、方法１０の別のステップ４４において、翼１６などの航空機１８のさまざまな部分の撓みなどの航空機１８の１つ以上の位置を、航空機１８が非飛行中で、模擬飛行荷重下にある間に測定してもよく、この模擬飛行荷重は、航空機１８の予想飛行荷重を含んでもよい。このステップ中、図２および図４に示すように、レーザ追跡装置４６を、航空機１８の機首の前に配置してもよく、レーザ追跡装置５０および５２を、航空機１８の左右に配置してもよく、レーザ追跡装置５４および５６を、航空機１８の開いたドアの内側に配置してもよい。レーザ追跡装置（すなわちレーザ追跡器）を、一体にネットワーク化してもよく、コンピュータおよび／またはNew River Kinematics社製ソフトウェアSpatial Analyzerなどのソフトウェアによって制御してもよい。

２つのターゲット５８および６０を、航空機１８の機首に取付けてもよい。２つのターゲット６２および６４を、航空機１８の右翼の翼先端寄りの補助翼に取付けてもよく、他の２つのターゲット６６および６８を、航空機１８の左翼の翼先端寄りの補助翼に取付けてもよい。同様に、２つのターゲット７０および７２を、航空機１８の右手側方向舵ヒンジ線に取付けてもよく、他の２つのターゲット７４および７６を、航空機１８の左手側の方向舵ヒンジ線に取付けてもよい。ターゲット５８、６０、６２、６４、６６、６８、７０、７２、７４、および７６各々は、「レーザおよび写真測量組合せターゲット（Combination Laser And Photogrammetry Target）」と題され、２００６年５月１９日に出願された、米国特許出願連続番号第１１／４３７，２０１号に記載されるレーザおよび写真測量組合せターゲットを含んでもよい。各ターゲットは、レーザビームをレーザ追跡器に反射するよう構成される第１の部分と、光ビームを写真測量カメラに反射するよう構成される第２の部分とを含んでもよい。

中央制御器（図示せず）は、架台装置１４および２８によって航空機１８を持上げ地面から離すことにより、航空機１８への模擬飛行荷重の印加を開始し、これにより飛行をシミュレートしてもよい。この時点で、レーザ追跡装置４６、５０、５２、５４、および５６は、レーザビームをターゲットから反射させ、ターゲットの追跡装置に関するＸ、Ｙ、およびＺ空間座標を求めることにより、ターゲット５８、６０、６２、６４、６６、６８、７０、７２、７４、および７６の位置を得てもよい。

図４に示すように、２つの移動測定システム７８および８０を、航空機１８の後方の各側に配置してもよい。移動測定システム７８および８０各々は、２つの写真測量カメラと、１つのpro-spotプロジェクタと、１つの自動搬送車と、１つの自動ロボットと、１２個のターゲットとを含んでもよい。自動搬送車は、この車を所定のパターン７７および７９で航空機１８の側面の周囲を案内してもよい１つ以上のコンピュータに接続されてもよい。自動ロボットは、各々２つの写真測量カメラと１つのpro-spotプロジェクタを保持するロボットアームを有するモータ付き鋏型リフトを含んでもよい。他の実施例において、従来のまたはスチールカメラ、レーザスキャナ、超音波スキャナ、Ｘ線装置、および他の種類の装置などの他の装備を、自動走査ロボットに追加してもよい。常時、移動測定システム７８および８０各々の少なくとも１つの側面は、ネットワーク化されたレーザ追跡装置４６、５０，５２，５４、および５６のうち少なくとも１つで見え、それと通信する。このようにして、レーザ追跡装置４６、５０、５２、５４、および５６は、航空機１８の周囲をレーザ追跡装置の所定のパターンで回りながら移動システム７８および８０各々のＸ、Ｙ、およびＺ空間座標を求めるために、移動システム７８および８０各々に取付けられた１２個のターゲットのうち１つ以上からレーザビームを反射させることによって、移動測定システム７８および８０各々の位置を常時追跡してもよい。

移動システム７８および８０は、航空機１８の左右の側面の周囲を取巻く約７５箇所の走査／写真撮影場所に移動してもよい。７５箇所の場所の各々において、各々２つの写真測量カメラおよび１つのpro-spotプロジェクタを保持するロボットアームを有する鋏型リフトは、写真測量を用いて航空機１８の測定値を取るために、「レーザおよび写真測量合成方法（Laser And Photogrammetry Merged Process）」と題され、２００６年５月１０日に出願された、米国特許出願連続番号第１１／４３２，０６１号に詳細に説明される方法を使用して、航空機１８の左右の側面を走査し写真撮影してもよい。移動システム７８および８０各々上のpro-spotプロジェクタは、写真測量カメラのためのターゲットである投影された点のアレイを提供してもよい。７５箇所の場所の各々で、ロボットは、投影された点ターゲットの測量写真を航空機の十分な部分を覆って撮影するために、カメラおよびpro-spotプロジェクタを、いくつかの異なる姿勢に位置決めし、航空機の外側表面の十分な被写域を実現する。これは、高揚力装置、ドア、および操縦翼面などの関心のある表面の測定を考慮に入れておいてもよい。ソフトウェアSpatial Analyzerは、自動化された鋏型リフトの移動と測定シーケンスとを制御してもよい。

カメラ画像を、無線で合成してもよく、ＧＳＩ社製写真測量ソフトウェアV-Starsを使
用して制御してもよい。ターゲットのデジタルデータ位置を、レーザ追跡器によって得てもよい。このデータは、V-Starsに送られ、カメラ画像／位置データと合成されてもよい
ターゲット場所データの変換を支援してもよい。このようにして、７５箇所の場所で得られた写真測量データを、航空機に分布される１０個のターゲットの場所に関して参照してもよい。次に、最終航空機形状定義データを求めるために、この組合されたデータを、Spatial AnalyzerおよびV-Starsに最終構築のために送ってもよい。次に、１つ以上のコン
ピュータが、模擬飛行荷重がどのように航空機に影響を及ぼしているのかを求めるために、航空機のさまざまな部分の場所／位置／測定値を求めてもよい。このようにして、翼の撓みなどの航空機の撓みを、模擬飛行中に求めてもよい。

測定プロセスを完了した後に、中央制御器は、航空機を降ろし、航空機の着陸装置の上に戻してもよい。測定データは、コンピュータにより処理され、ＣＡＤモデルまたは風洞測定値などの参照資料と比較される。模擬飛行中の航空機の測定位置データに基づき、抗力測定値を求めてもよい。測定された航空機を、理論上の完全航空機の数値流体力学モデルと比較してもよい。航空機の設計および／または構造を、再調整および／または変更し、航空機にかかる抗力を低減するために、測定された航空機の形状エラーを、求めてもよい。航空機にかかる抗力の減少により、燃料費を節約し、航空機の摩耗、裂け目、および疲労を減少させることができ、移動時間を減少させることができる。

他の実施例において、任意の数、種類、大きさ、場所、および構成のレーザ追跡装置、ターゲット、移動測定システム、写真測量カメラ、pro-spotプロジェクタ、自動搬送車、自動ロボット、ソフトウェア、および／またはコンピュータを用いて、模擬飛行荷重下にある間に航空機の１つ以上の部分を測定してもよい。

この発明のさらに別の実施例において、航空機が提供される。航空機が飛行中でなかったときに、航空機に模擬飛行荷重が印加され、飛行中の航空機にかかる荷重が実質的にシミュレートされていてもよい。航空機は、模擬飛行荷重下にある間に測定されていてもよい。別の実施例において、航空機は、模擬飛行荷重下にある間に測定されたデータに基づいて、抗力を低減するよう再調整されていてもよい。

前述のことは、この発明の例示的な実施例に関するものであり、以下の特許請求の範囲に記載される発明の趣旨および範囲を逸脱することなしに変形が行なわれてもよいことが、当然理解されるであろう。

Claims (29)

1. 非飛行中に模擬飛行荷重下にある航空機を測定する方法であって、
   前記航空機に飛行中にかかる荷重を実質的にシミュレートするために、非飛行中の前記航空機に模擬飛行荷重を印加するステップと、
   前記航空機の１つ以上の部分の位置を、前記模擬飛行荷重下にある間に測定するステップとを備える、方法。
2. 前記模擬飛行荷重を、第２の航空機の実際の飛行荷重を飛行中に測定することによって求める、請求項１に記載の方法。
3. 前記実際の飛行荷重を、前記第２の航空機上の圧力検出装置を飛行中に使用して求める、請求項２に記載の方法。
4. 前記圧力検出装置は、データを１つ以上のコンピュータに配信する、請求項３に記載の方法。
5. 前記模擬飛行荷重は、コンピュータモデルによって求められた荷重を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記模擬飛行荷重を印加するステップは、１つ以上の架台装置を使用して、前記航空機を持上げ地面から離すステップと、前記１つ以上の架台装置を使用して、前記航空機に前記模擬飛行荷重を印加するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記１つ以上の架台装置は、１つ以上のジャッキを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記１つ以上の架台装置は、空気を前記航空機に押し付ける１つ以上の空気室を使用して、前記航空機に前記模擬飛行荷重を印加する、請求項６に記載の方法。
9. 前記１つ以上の架台装置を、前記航空機の翼に当て、前記１つ以上の架台装置は、前記翼を上向きの方向に押す、請求項６に記載の方法。
10. 別の架台装置を、前記航空機の水平安定板に当て、前記別の架台装置は、前記水平安定板を下向きの方向に押す、請求項６に記載の方法。
11. 前記測定するステップは、少なくとも１つのターゲットと、少なくとも１つのレーザ追跡機と、少なくとも１つの写真測量カメラと、少なくとも１つの光プロジェクタとを使用する、請求項１に記載の方法。
12. 前記少なくとも１つのターゲットは、レーザビームを前記レーザ追跡機に向かって反射するよう構成される第１の部分と、光ビームを前記写真測量カメラに向かって反射するよう構成される第２の部分とを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 複数の前記ターゲットは、前記航空機上に分布される、請求項１２に記載の方法。
14. 複数の前記レーザ追跡機は、前記航空機の周囲に分布される、請求項１２に記載の方法。
15. 少なくとも１つの移動測定システムをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
16. 前記少なくとも１つの移動測定システムは、自動搬送車と、ロボットと、前記写真測量カメラと、前記光プロジェクタと、前記ターゲットとを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記少なくとも１つの自動搬送車は、前記航空機の周りを進む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記航空機が前記模擬飛行荷重下にある間の前記航空機の翼の撓みを、多数のターゲットを使用して測定する、請求項１２に記載の方法。
19. 前記測定するステップは、１つ以上のコンピュータを使用する、請求項１に記載の方法。
20. 前記航空機を再調整し、抗力を低減するために、前記測定するステップ中に得られた位置データを使用するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
21. 非飛行中に模擬飛行荷重下にある航空機を測定する方法であって、
    前記航空機が飛行中に受ける荷重を見積もるために、前記航空機にかかる予想飛行荷重を求めるステップと、
    飛行をシミュレートするために、非飛行中の前記航空機に前記予想飛行荷重を印加するステップと、
    前記航空機を、前記予想飛行荷重下にある間に測定するステップとを備える、方法。
22. 前記航空機にかかる予想飛行荷重を求めるステップは、第２の航空機の実際の飛行荷重を飛行中に測定するステップと、コンピュータモデルを使用するステップとのうち少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記予想飛行荷重を印加するステップは、複数の架台装置を使用して、前記航空機を持上げ地表から離すステップと、前記架台装置を使用して、前記予想飛行荷重の量および場所で前記航空機に空気圧を印加するステップとを含む、請求項２１に記載の方法。
24. 前記航空機を測定するステップは、ターゲットと、レーザ追跡機と、写真測量カメラと、光プロジェクタとを用いることを含む、請求項２１に記載の方法。
25. 前記ターゲットは、レーザビームを前記レーザ追跡機に向かって反射するよう構成される第１の部分と、光ビームを前記写真測量カメラに向かって反射するよう構成される第２の部分とを含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記測定するステップは、１つ以上のコンピュータを使用する、請求項２１に記載の方法。
27. 前記航空機を再調整し、抗力を低減するために、前記測定ステップ中に得られた位置データを使用するステップをさらに備える、請求項２１に記載の方法。
28. 航空機であって、前記航空機が飛行中でなかったときに、前記航空機に模擬飛行荷重が印加され、前記航空機に飛行中にかかる荷重が実質的にシミュレートされ、前記航空機は、前記模擬飛行荷重下にある間に測定された、航空機。
29. 前記模擬飛行荷重下にある間に測定されたデータに基づいて再調整され、抗力を低減された、請求項２８に記載の航空機。

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