JP2014159268A - 水平安定板の障害を予測する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】飛行中に航空機によって生成されるデータを利用して、水平安定板の障害を予測する方法を提供する。
【解決手段】飛行中の航空機のピッチ特性に関連するデータを受信するステップ１０２と、受信したデータを基準ピッチ特性と比較するステップ１０４と、比較に基づいて水平安定板システムの障害を予測するステップ１０６と、予測した障害に関する表示を提供するステップ１０８と、を含む。
【選択図】図２

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１３年２月８日出願の英国特許出願第１３０２２８０１号に対し米国特許法１１９条に基づく優先権を主張し、本開示事項は、引用により全体が本明細書に組み込まれる。

現行の航空機は、航空機の機首の上下又はピッチング運動を制御する水平安定板を含む。水平安定板上の昇降舵が移動し、尾翼面によって発生する力の量を変化させる。昇降舵は、航空機のピッチング運動を発生及び制御するのに使用される。現在のところ、航空会社及び保守要員は、システムに障害又は問題が発生するまで待機し、次いで、その原因の識別に努め、定期的な保守又はより可能性の高い非定期的な保守の間にその原因を処置している。また、障害発生は、パイロットの裁量に基づいて手作業で記録される。

欧州特許第１７５９９８８号公報

１つの実施形態において、本発明は、航空機における水平安定板システムの障害を予測する方法に関し、本方法は、飛行中の航空機のピッチ特性に関連するデータを受信するステップと、受信したデータを基準ピッチ特性と比較するステップと、比較に基づいて水平安定板システムの障害を予測するステップと、予測した障害に関する表示を提供するステップと、を含む。

本発明の実施形態を実施することができる航空機及び地上局の斜視図。 本発明の実施形態による、航空機における水平安定板システムの障害を予測する方法を示すフローチャート。

図１は、本発明の実施形態を実行し、胴体１４に結合された１つ又はそれ以上の推進エンジン１２、胴体１４内に位置付けられたコックピット１６、及び胴体１４から外向きに延びた翼組立体１８を含むことができる航空機１０の一部を概略的に描いている。水平安定板システム２０が航空機１０に含まれており、胴体の後方部分から延びた固定翼セクションである水平安定板２１を含む。水平安定板２１の各々には昇降舵２２があり、水平安定板２１の後方に可動セクションを含むことができる。昇降舵２２は、ヒンジ又は他の機構により固定水平安定板２１に動作可能に結合することができる。

トリムレバーなどの制御機構２４は、コックピット１６に含めることができ、パイロットが操作して、昇降舵２２の位置を設定することができる。制御機構２４は、駆動部２５に対する入力を提供することができ、該駆動部を用いて、制御機構２２により設定された位置に昇降舵２２を移動させることができる。本明細書で使用される用語「トリムレバー」は、物理的なレバーに限定されず、昇降舵２２の位置を設定するのに使用される制御装置に関連する。航空機の初期の間、この制御装置はレバーであったが、現在では、制御装置が実際のレバー又はタッチスクリーンのユーザインタフェース上のボタンであるかどうかに関係なく、用語「フラップハンドル」が昇降舵位置を設定するのに使用される制御装置に一般的となった。フラップハンドルを含む他の制御機構も含まれる場合があるが、簡潔にするために図示されていない。更に、制御機構２４の位置を決定するために、制御機構センサ２６などのセンサ又は他の好適な機構を用いることができる。更に、１つ又はそれ以上のセンサ２８を水平安定板システム２０に含めることができ、各々が、飛行中の航空機１０のピッチ特性に関連するデータを出力することができる。例えば、センサ２８のうちの１つは、航空機１０のピッチを決定するためにチルトセンサを含むことができる。

また、航空機１０の適正な運転を可能にする複数の追加の航空機システム２９、並びにコントローラ３０、及び無線通信リンク３２を有する通信システムも航空機１０に含めることができる。コントローラ３０は、水平安定板システム２０を含む複数の航空機システム２９に動作可能に結合することができる。例えば、水平安定板駆動部、制御機構２４、制御機構センサ２６、及び１つ又はそれ以上のセンサ２８は、コントローラ３０に動作可能に結合することができる。

コントローラ３０はまた、航空機１０の他のコントローラに接続することができる。コントローラ３０は、メモリ３４を含むことができ、該メモリ３４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又はディスク、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、その他などの携帯電子メモリの１つ又はそれ以上の異なるタイプ、或いは、これらのタイプのメモリの何らかの好適な組み合わせを含むことができる。コントローラ３０は、何らかの好適なプログラムを実行することができる１つ又はそれ以上のプロセッサを含むことができる。コントローラ３０は、ＦＭＳの一部とすることができ、又は、ＦＭＳに動作可能に結合することができる。

コンピュータ検索可能な情報データベースをメモリ３４内に格納し、プロセッサ３６によりアクセスすることができる。プロセッサ３６は、データベースの表示又はデータベースへのアクセスを行う実行可能命令セットを実行することができる。或いは、コントローラ３０は、情報データベースに動作可能に結合することができる。例えば、このようなデータベースは、代替のコンピュータ又はコントローラに格納することができる。データベースは、複数のデータセットを有する単一のデータベース、互いにリンクされた複数の離散的データベース、又は簡単なデータテーブルを含む、何らかの好適なデータベースとすることができる点は理解されるであろう。データベースは、複数のデータベースを組み込むことができ、或いは、データベースは、実際には複数の別個のデータベースとすることができることは企図される。

データベースは、基準ピッチ特性に関連する履歴データ、並びに航空機１０及び保有航空機に関連する水平安定板の履歴データを含むことができるデータを格納することができる。データベースはまた、航空のトリムレート及びこれらトリムレートのピッチの予想変化を含む基準値を含むことができる。

或いは、データベースは、コントローラ３０とは別個にすることができるが、コントローラ３０がアクセスできるようにコントローラ３０と通信できることは企図される。例えば、データベースは、携帯メモリデバイスに入れることができ、この場合、航空機１０は、携帯メモリデバイスを受け入れるポートを含むことができ、このようなポートは、コントローラ３０が携帯メモリデバイスの内容を読み込むことができるように、コントローラ３０と電気的に通信状態にあることは企図される。また、データベースは、無線通信リンク３２を通じて更新することができ、このようにして、保有規模の履歴データに関する情報のようなリアルタイム情報をデータベース内に含めることができ、該情報はコントローラ３０によってアクセスすることができることは企図される。

更に、このようなデータベースは、航空会社オペレーションセンター、航空管制部門制御部、又は別の場所など、航空機１０から離れたある場所に配置することができる。コントローラ３０は、データベース情報をコントローラ３０に提供できる無線ネットワークに動作可能に結合することができる。

商用航空機を例示してきたが、本発明の実施形態の一部は、地上システム４２のコンピュータ４０を含む、どこにおいても実施することができることは企図される。更に、或いは、データベースは、代替の地上の場所に配置することができる。地上システム４２は、無線通信リンク４４を介してコンピュータ４０から離れて位置するコントローラ３０及びデータベースを含む他のデバイスと通信することができる。地上システム４２は、航空会社の制御部又は航空管制部門などの何れかのタイプの通信地上システム４２とすることができる。

コントローラ３０及びコンピュータ４０の一方は、航空機１０の水平安定板の障害を予測する実行可能命令セットを有するコンピュータプログラムの全て又は一部を含むことができる。このような障害は、構成要素の不適切な動作並びに構成要素の故障を含むことができる。コントローラ３０又はコンピュータ４０が障害を予測するプログラムを実行するかどうかに関係なく、プログラムは、機械実行可能命令又はデータ構造を保持又は記憶させた機械可読媒体を含むことができるコンピュータプログラム製品を含むことができる。このような機械可読媒体は、あらゆる利用可能な媒体とすることができ、汎用又は特定用途コンピュータもしくはプロセッサを有する他の機械によってアクセスすることができる。一般に、このようなコンピュータプログラムは、特定のタスクを実施する技術的効果があり、又は特定の抽象データ型を実装する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、アルゴリズム、その他を含むことができる。機械実行可能命令、関連のデータ構造、及びプログラムは、本明細書で開示される情報交換を実行するプログラムコードの実施例を表す。機械実行可能命令は、例えば、汎用コンピュータ、特定用途コンピュータ、又は特定用途処理機械が特定の機能又は機能のグループを実行するようになる命令及びデータを含むことができる。

航空機１０及びコンピュータ４０は、単に、本発明の実施形態又は実施形態の一部を実施するよう構成することができる２つの例示的な実施形態を表していることは理解されるであろう。作動中、航空機１０及び／又はコンピュータ４０の何れかは、水平安定板の障害を予測することができる。非限定的な例として、航空機１０が運転中の間、制御機構２４を利用して、昇降舵２２の位置をトリムアップ又はトリムダウンすることによって昇降舵２２の位置をセットすることができる。制御機構センサ２６は、制御機構２４の位置及び航空機をトリムアップ又はトリムダウンするよう指示しているかどうかを示す信号を出力することができる。更に、センサ２８は、飛行中の航空機１０のピッチ特性に関連するデータを出力することができる。

コントローラ３０及び／又はコンピュータ４０は、制御機構センサ２６、センサ２８、データベース及び／又は航空会社制御部又は航空管制部門からの情報からの入力を利用して、水平安定板の障害を予測することができる。とりわけ、コントローラ３０及び／又はコンピュータ４０は、制御機構センサ２６及び１つ又はそれ以上のセンサ２８によって経時的に出力されたデータを分析し、水平安定板システム２０の作動におけるドリフト、トレンド、ステップ、又はスパイクを決定することができる。このようなデータの異常は、日々の比較に対して微細過ぎて、障害予測を行うことができない場合がある。コントローラ３０及び／又はコンピュータ４０はまた、水平安定板データを分析し、予想されるピッチの変化と実際のピッチの変化の間の差違を求めることができる。水平安定板の障害の予測が完了すると、航空機１０及び／又は地上システム４２に表示を提供することができる。水平安定板の障害の予測は、飛行中に行うことができ、飛行後に行うことができ、或いは、複数回の飛行後に行ってもよいことは企図される。無線通信リンク３２及び無線通信リンク４４の両方を利用してデータを送信し、コントローラ３０及び／又はコンピュータ４０の何れかによって障害を予測することができるようになる。

本発明の１つの実施形態によれば、図２は、故障を含む水平安定板の障害を予測するのに用いることができる方法１００を示す。方法１００は、ステップ１０２において、飛行中の航空機１０のピッチ特性に関連するデータを受信するステップで始まる。これは、センサ２８の１つ又はそれ以上からのデータを受信するステップを含むことができる。また、受信したデータは、生の航空機データとすることができ、このデータから様々な他の情報を導き出し、又は抽出することができることも企図される。例えば、受け取られる生データは、日時、高度、フラップハンドル位置、ピッチトリム位置、地上／空中情報、手動トリムコマンド及び自動操縦トリムコマンドからなることができる。このデータから、ピッチ変化率などの情報を求めることができる。データが直接受信したか又は受信したデータから導き出されたかどうかに関係なく、データは受信されたデータとみなすことができることは理解されるであろう。受信したデータは、航空機のピッチの変化率、航空機の中央ピッチ、航空機の中央ピッチトリムレート、航空機の中央ピッチトリム位置、及びピッチトリム異常値の数を含むことができる。データは、複数の異なる形態の間に受信することができる。例えば、データは、飛行全体の間、最長巡航期間の間、全巡航期間にわたって、離陸時，着陸時、その他の間に受信することができる。例えば、航空機の様々な飛行フェーズで受信したデータから中央値を決定することができる。

ステップ１０４において、受信したデータは、基準ピッチ特性と比較することができる。基準ピッチ特性は、水平安定板システム２０及び航空機１０に関するあらゆる数の基準ピッチ特性を含むことができる。例えば、基準ピッチ特性は、最小許容可能変化率、パイロット／自動操縦によるトリムアップコマンドに応答した航空機のピッチの所定の変化率、パイロット／自動操縦によるトリムダウンコマンドに応答した航空機のピッチの所定の変化率、その他に関する値を含むことができる。基準ピッチ特性はまた、例えば、航空機の水平安定板システムに関連する履歴データ又は他の複数の航空機の履歴データを含む、履歴基準ピッチ特性を含むことができる。従って、受信したデータは、同じ航空機及び所有航空機全体に対する前回の飛行から得られた結果と比較することができる。更に、基準ピッチ特性は、センサ２８のうちの１つの出力を受け取るなどによる飛行中に求められた値を含むことができる。このようにして、基準ピッチ特性を作動中に定義することができることは理解されるであろう。或いは、基準位置の値は、上述したデータベースの１つに格納してもよい。

このようにして、センサ２８から受信した位置信号は、基準値と比較して位置比較を定義することができる。例えば、比較は、自動操縦トリムアップコマンド及びトリムダウンコマンドの数の差違を求めることを含むことができる。航空機がトリムアップ又はトリムダウンした回数は、昇降舵２２がどのように実施されているかの間接的表示とすることができる。このような場合、受信したデータは、自動操縦トリムアップコマンドの数とみなすことができ、基準ピッチ特性は、運転中に定義することができるトリムダウンコマンドの数とすることができる。

或いは、位置パラメータを含めて、昇降舵２２がどのように実施されているかに関するより直接的な表示を用いてもよい。例えば、比較は、基準ピッチ特性に対するトリムアップ又はトリムダウンコマンドに応答して航空機１０のピッチ変化率を比較することを含むことができる。比較は、自動操縦からのトリムコマンドに応答してピッチが変化する割合を比較することを含むことができる。比較は、自動操縦トリムアップコマンド及びトリムダウンコマンドの数の差違を求めることを含むことができる。比較は、手動及び自動操縦トリムコマンド及び既知のトリムレートの数から計算できる予想ピッチ変化と、巡航期間にわたる実際のピッチ変化との間の差違を求めることを含むことができる。例えば、基準トリムレートは、以下の表１に示す割合を含むことができる。

ステップ１０６において、ステップ１０４での比較に基づいて、水平安定板システムの障害を予測することができる。例えば、受信したデータが最小許容可能変化率よりも小さいことを上記比較が示したときに、水平安定板システム２０の障害を予測することができる。このようにして、コントローラ３０及び／又はコンピュータ４０は、比較の結果が許容可能であるかどうかを判定することができる。受信したデータが所定の閾値を満たすことを上記比較が示したときに、障害を判定することができる。用語「閾値を満たす」とは、本明細書では、閾値と等しい、閾値より小さい、又は閾値よりも大きいなど、比較変動が所定閾値を満たすことを意味するのに使用される。このような判定は、正／負の比較又は真／偽比較によって満たされるよう容易に変えることができる点は理解されるであろう。例えば、閾値未満の値は、データが数値的に反転したときに試験値より大きい値を適用することにより容易に満たすことができる。

フライトレコーダ障害、安定性センサ障害、自動操縦ピッチトリムレートが低すぎる、自動操縦ピッチトリムレートが高すぎる、ピッチトリム位置が低すぎる、ピッチトリム位置が高すぎる、及び安定性トリムが動作可能ではないことを含む、水平安定板システム２０のあらゆる数の障害を判定することができる。例えば、フライトレコーダ又は安定性センサの問題は、ピッチトリム異常値の数、中央ピッチトリム位置、中央ピッチトリムレート、及び最小ピッチトリムレートにより判定することができる。自動操縦ピッチトリムレートが低すぎる、又は高すぎることは、中央ピッチトリムレートにより判定することができる。ピッチトリム位置が低すぎる、又は高すぎることは、中央ピッチトリム位置により判定することができる。安定性トリムが動作可能ではないことは、最小ピッチトリムレート、最長巡航及び全巡航の両方における自動操縦トリムコマンドの数の差違、及び最長巡航における予想ピッチ変化と実際のピッチ変化の差違によって判定することができる。

非限定的な実施例により、航空機１０の中央ピッチトリム位置は、センサ２８から受信することができ、中央ピッチトリム位置は、所定の基準中央ピッチトリム位置と比較することができる。受信したデータが基準中央ピッチトリム位置よりも大きい場合には、ピッチトリム位置が高すぎると予測することができ、このことに関する表示を提供することができる。

第２の非限定的な実施例として、手動及び自動操縦トリムアップ及びトリムダウンコマンドの数、並びに所定基準ピッチトリムレートを用いて、所与の飛行時間フレーム内の予想されるピッチ変化を算出することができる。この時間フレーム内での実際のピッチ変化と予想ピッチ変化の差違が所定の閾値よりも大きい場合には、これは、水平安定板が動作不能である兆候とすることができ、このことに関する表示を提供することができる。

実施構成において、基準ピッチ特性及び比較は、水平安定板システム２０の障害を予測するアルゴリズムに変換することができる。このようなアルゴリズムは、コントローラ３０及び／又はコンピュータ４０によって実行することができる実行可能命令セットを含むコンピュータプログラムに変換することができる。コンピュータプログラムに対する追加入力は、高度、フラップハンドル位置、ピッチトリム位置、航空機が空中か又は地上にあるか、自動操縦トリムダウンコマンド、自動操縦トリムアップコマンド、手動トリムダウンコマンド、及び手動トリムアップコマンドを含むことができる。

ステップ１０８において、コントローラ３０及び／又はコンピュータ４０は、ステップ１０６で予測された水平安定板システム２０の障害の表示を提供することができる。表示は、コックピット１６及び地上局４２を含むあらゆる好適な場所で何らかの好適な方法で提供することができる。例えば、コントローラ３０がプログラムを実行した場合には、好適な表示を航空機１０に提供でき、及び／又は地上システム４２にアップロードすることができる。或いは、コンピュータ４０がプログラムを実行した場合には、表示を航空機１０にアップロードするか、又は他の方法で航空機１０に中継することができる。或いは、表示は、航空会社制御部又は航空管制部門などの別の場所にて提供できるように中継することができる。

水平安定板の障害を予測する方法は、柔軟性があり、例示の方法は単に説明の目的のものに過ぎないことは理解されるであろう。例えば、図示のステップの順序は説明の目的のものに過ぎず、本方法１００をどのようにも限定するものではなく、各ステップは、本発明の実施形態から逸脱することなく、異なる論理的順序で実施することができ、又は追加のステップ又は仲介のステップを含めることができることは理解される。非限定的な実施例として、本方法１００はまた、飛行中の航空機１０のピッチ特性を制御する水平安定板システム２０に対する入力を決定するステップを含むことができる。例えば、水平安定板システムに対する入力は、フラップハンドル位置及び／又はトリム入力を含むことができる。更に、本方法は、複数回の飛行中の航空機の中央ピッチ特性に関連するデータを受け取るステップを含むことができる。複数回の飛行に対する比較の結果を用いて異なる障害を検出できることは企図される。使用される飛行回数及び種々の閾値セットは全て構成変更可能であることは理解されるであろう。

上述の実施形態の技術的効果は、飛行中に航空機によって生成されるデータを利用して、水平安定板の障害を予測できることを含む。これにより、このような予測された障害が生じる前に是正することが可能となる。現在のところ、障害発生の記録は、任意裁量のものであり、障害をデータベースに手動で入力する必要があり、これはコストがかかり、全ての関連情報を得ることはできない。更に、現在のところ、水平安定板の障害を予測する方法が存在しない。上述の実施形態によって、障害の自動予測、記録、診断、及びユーザへの警報が可能となる。上述の実施形態によって、水平安定板の障害に関して正確な予測を行うことが可能となる。このような問題を予測することにより、こうした障害の起こる前に十分な時間で補修できるようになる。これにより、保守コスト、スケジュール変更コストを低減することによって、及び航空機が地上にいる時間を最短にすることを含めた運航上の影響を最小限にすることによって、コスト節減が可能になる。更に、このような障害の記録を自動化することにより、ヒューマンエラーが低減され、所与の航空機履歴がより正確なものとなり、将来の保守に役立てることができる。

本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

１０ 航空機
１２ 推進エンジン
１４ 胴体
１６ コックピット
１８ 翼組立体
２０ 水平安定板システム
２１ 水平安定板
２２ 昇降舵
２４ 制御機構
２５ 駆動部
２６ 制御機構センサ
２８ センサ
２９ 航空機システム
３０ コントローラ
３２ 無線通信リンク
３４ メモリ
３６ プロセッサ
４０ コンピュータ
４２ 地上システム
４４ 無線通信リンク
１００ 方法
１０２ データを受け取る
１０４ 比較
１０６ 障害を予測する
１０８ 表示を提供する

Claims (20)

1. 航空機における水平安定板システムの障害を予測する方法であって、
   飛行中の航空機のピッチ特性に関連するデータを受信するステップと、
   前記受信したデータを基準ピッチ特性と比較するステップと、
   前記比較に基づいて前記水平安定板システムの障害を予測するステップと、
   前記予測した障害に関する表示を提供するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記受信したデータが、航空機のピッチの変化率に関連する、請求項１に記載の方法。
3. 前記データが、飛行巡航フェーズ中に受信される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記基準ピッチ特性が、最小許容変化率である、請求項２に記載の方法。
5. 前記障害は、前記受信したデータが前記最小許容変化率よりも小さい場合に予測される、請求項４に記載の方法。
6. 飛行中の航空機の前記ピッチ特性を制御する前記水平安定板システムに対する入力を決定するステップを更に含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. 前記水平安定板システムに対する入力が、フラップハンドル位置を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記水平安定板システムに対する入力が、トリム入力を含む、請求項６または７に記載の方法。
9. 前記比較が、自動操縦トリムアップコマンドとトリムダウンコマンドの数の差違に関連する、請求項６から８のいずれかに記載の方法。
10. 前記基準ピッチ特性が、自動操縦からのトリムアップコマンドに応答した航空機の前記ピッチの所定の変化率である、請求項６から９のいずれかに記載の方法。
11. 前記受信したデータが、航空機の中央ピッチトリム位置である、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記中央値が、飛行の異なるフェーズから受信したデータから決定される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記受信したデータが、航空機の中央ピッチトリムレートである、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
14. 前記受信したデータが、ピッチトリム異常値の数である、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
15. 前記基準ピッチ特性が履歴データを含む、請求項１から１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記履歴データが、航空機の水平安定板システムに関連する履歴データを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記履歴データが、他の複数の航空機についての履歴データを含む、請求項１５または１６に記載の方法。
18. 航空機の水平安定板システムの障害を監視する方法であって、
    複数回の飛行中の航空機の中央ピッチ特性に関するデータを受信するステップと、
    前記受信したデータを履歴基準ピッチ特性と比較するステップと、
    前記比較に基づいて前記水平安定板システムの障害を予測するステップと、
    前記予測した障害に関する表示を提供するステップと、
    を含む、方法。
19. 決定された前記障害が、フライトレコーダ障害、安定性センサ障害、自動操縦ピッチトリムレートが低すぎる、自動操縦ピッチトリムレートが高すぎる、ピッチトリム位置が低すぎる、ピッチトリム位置が高すぎる、及び安定性トリムが動作可能ではないことのうちの少なくとも１つである、請求項１８に記載の方法。
20. 前記履歴データが、他の複数の航空機に関する履歴データを含む、請求項１８または１９に記載の方法。