JP2015129687A - 操縦支援装置及び操縦支援プログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】航空機のパイロットによる飛行予定経路に沿った自機の飛行を容易化する。
【解決手段】航空機10では、記憶部15が航空機10の飛行予定経路FRを記憶し、センサ部17が航空機10の自機位置CPを検出し、制御部18が、飛行予定経路FR及び自機位置CPに基づいて、航空機10が飛行予定経路FRに沿って飛行するための移動方向を算出して、算出された移動方向を表示部14のディスプレイ140に表示させる。
【選択図】図5

Description

本発明は、航空機に適用される操縦支援装置及び操縦支援プログラムに関する。
航空機(例えば攻撃ヘリコプター)は、その任務内容や訓練内容に基づいて、予め計画された所定の飛行予定経路に沿って飛行する必要がある。
そこで、例えば特許文献1では、航空機が飛行予定経路から逸脱した場合に、コックピット内に警報を発することによってパイロットの注意を喚起する技術が提案されている。また、この技術では、コックピット内に警報を発すると同時に地上設備に通報し、さらにコックピット内の音声や画像を地上設備に送信するようになっている。
特開2004−212238号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、パイロットは、警報によって自機の飛行予定経路からの逸脱を認識できるものの、地上設備からの指示を仰がない限り、自機を速やかに飛行予定経路に復帰させることができない。航空機においては、地上設備との通信が限定され得るため、パイロットが自ら自機を飛行予定経路に復帰させて、飛行予定経路に沿った飛行を実行できることが望ましい。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、航空機のパイロットが飛行予定経路に沿った自機の飛行をより容易に行うことができる操縦支援装置及び操縦支援プログラムの提供を目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、
航空機に搭載され、パイロットによる当該航空機の操縦を支援する操縦支援装置であって、
表示手段と、
前記航空機の飛行予定経路を記憶する記憶手段と、
前記航空機の自機位置を検出する検出手段と、
前記記憶手段に記憶された飛行予定経路、及び、前記検出手段により検出された自機位置に基づいて、前記航空機が飛行予定経路に沿って飛行するための移動方向を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記移動方向を前記表示手段に表示させる表示制御手段と、
を備えることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の操縦支援装置において、
前記算出手段は、前記検出手段により検出された自機位置が、飛行予定経路から所定距離の範囲内であって、地表,地上設備及び飛行危険範囲からそれぞれ所定距離以上離れていた場合に、自機位置から飛行予定経路上における次の経由点までの距離及びその方向を算出し、
前記表示制御手段は、前記算出手段による算出結果に基づいて、前記航空機の向きに沿った視線方向における自機位置から前記次の経由点までを結ぶ矢印を、自機位置を中心として所定距離を表す大きさの円内に表示させることを特徴とする。
ここで、「飛行危険範囲」とは、敵勢力の攻撃範囲や、悪天候空域、飛行禁止空域などである。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の操縦支援装置において、
前記算出手段は、自機位置から飛行予定経路上における次の次の経由点までの距離及びその方向を算出し、
前記表示制御手段は、前記算出手段による算出結果に基づいて、自機位置から前記次の次の経由点までを結ぶ他の矢印を、前記次の経由点を指す矢印が表示された円内に当該矢印とは異なる線種で表示させることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の操縦支援装置において、
前記算出手段は、前記検出手段により検出された自機位置が、飛行予定経路から所定距離の範囲外であるか、或いは、地表,地上設備及び飛行危険範囲の少なくとも1つから所定距離の範囲内であった場合に、自機位置から最短距離となる飛行予定経路上の最短距離点までの距離及びその方向を算出し、
前記表示制御手段は、前記算出手段による算出結果に基づいて、自機位置から飛行予定経路に下ろした垂線と直交する視線方向における、自機位置から前記最短距離点までを結ぶものと同じ方向及び長さを有する矢印を、前記最短距離点を中心として所定距離を表す大きさの円内に表示させることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、
航空機に搭載されたコンピュータに、パイロットによる当該航空機の操縦を支援させる操縦支援プログラムであって、
前記航空機は、当該航空機の自機位置を検出する検出手段を備えており、
表示手段と、前記航空機の飛行予定経路を記憶する記憶手段とを備える前記コンピュータに、
前記記憶手段に記憶された飛行予定経路、及び、前記検出手段により検出された自機位置に基づいて、前記航空機が飛行予定経路に沿って飛行するための移動方向を算出する算出機能と、
前記算出機能により算出された前記移動方向を前記表示手段に表示させる表示制御機能と、
を実現させることを特徴とする。
本発明によれば、飛行予定経路と航空機の自機位置とに基づいて、航空機が飛行予定経路に沿って飛行するための移動方向が算出され、この移動方向が表示手段に表示される。これにより、航空機が飛行予定経路から逸脱した場合であっても、パイロットは、表示手段の表示内容を見ることによって、航空機を飛行予定経路に沿って飛行させるための移動方向を容易に認識することができる。したがって、パイロットは、飛行予定経路に沿った自機の飛行をより容易に行うことができる。
実施形態における航空機の外観構成を示す斜視図である。 実施形態における航空機の機能構成を示すブロック図である。 操縦支援処理の流れを示すフローチャートである。 安全空域,注意空域及び危険空域を説明するための図である。 操縦支援処理でのディスプレイの表示例を示す図である。 自機位置と飛行予定経路との位置関係を説明するための図である。 ディスプレイに表示される飛行ガイドを説明するための図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
[構成]
図1は、本発明に係る操縦支援装置を適用した航空機10の外観構成を示す斜視図であり、図2は、航空機10の機能構成を示すブロック図である。
図1に示すように、航空機10は、本実施形態においては、回転翼機(例えば攻撃ヘリコプター)であり、所定の飛行予定経路FR(図5参照)に沿って飛行した後に、例えば攻撃目標物への攻撃を行うなどの任務を担うものである。
具体的には、航空機10は、図2に示すように、飛行機構11と、砲弾発射機構等12と、操作部13と、表示部14と、記憶部15と、通信部16と、センサ部17と、制御部18等とを備えている。
飛行機構11は、航空機10を飛行させるための機構であり、主に、飛行に必要な揚力を発生させる回転翼(メインローター)と、推進力を発生させる内燃機関(例えばジェットエンジン)とで構成されている。
砲弾発射機構等12は、航空機10に装備されたロケット弾やミサイル等を発射するためなどの機構である。
操作部13は、操縦桿や各種操作キー等を備えており、これら操縦桿や各種操作キー等の操作状態に対応する信号を制御部18に出力する。
表示部14は、ディスプレイ140を備えており、制御部18から入力される表示信号に基づいて各種情報をディスプレイ140に表示する。
記憶部15は、航空機10の各種機能を実現するためのプログラムやデータを記憶するとともに、作業領域としても機能するメモリである。本実施形態においては、記憶部15は、操縦支援プログラム150と、地図データ155等とを記憶している。
操縦支援プログラム150は、後述の操縦支援処理(図3参照)を制御部18に実行させるためのプログラムである。
地図データ155は、山や河川などの地形情報に加え、道路や鉄道,建造物,田畑などの土地の利用状態に関する情報も含めた総合的な地理情報を有するものである。
通信部16は、放送型自動従属監視(ADS−B)等のデータリンク手法を用い、地上設備との通信を行う。
センサ部17は、各種センサを備えており、当該各種センサにより、航空機10の飛行位置(経度、緯度、高度を含む)、機体速度・姿勢、機体が受ける風力、風向き、天候、機体周囲の気圧・温度・湿度等を検出する。
制御部18は、航空機10の各部を中央制御する。具体的には、制御部18は、操作部13に対するパイロットの操作に基づいて、飛行機構11や砲弾発射機構12等の動作を制御したり、記憶部15に記憶されているプログラムのなかから指定されたプログラムを展開し、展開されたプログラムと協働して各種処理を実行したりする。
[動作]
続いて、航空機10が操縦支援処理を実行する際の動作について、図3〜図7を参照して説明する。
図3は、操縦支援処理の流れを示すフローチャートであり、図4は、後述の安全空域A1,注意空域A2及び危険空域A3を説明するための図であり、図5は、操縦支援処理でのディスプレイ140の表示例を示す図であり、図6は、自機位置CPと飛行予定経路FRとの位置関係を説明するための図であり、図7は、ディスプレイ140に表示される飛行ガイドGを説明するための図である。
操縦支援処理は、パイロットが自機(航空機10)を飛行予定経路FRに沿って飛行させやすいように、その操縦を支援する処理である。この操縦支援処理は、パイロットの操作により当該操縦支援処理の実行指示が入力されたときに、制御部18が記憶部15から操縦支援プログラム150を読み出して展開することで実行される。
図3に示すように、操縦支援処理が実行されると、まず制御部18は、パイロットの操作による各種情報の入力を受け付けて、記憶部15に記憶させる(ステップS1)。ここで、各種情報とは、飛行予定経路FR、出発予定時刻及び到着要求時刻、燃料量、巡航速度等のほか、飛行危険範囲の情報を含むものである。このうち、飛行予定経路FRは、飛行開始位置PS及び到達目標位置PEと、その間の複数の経由点P,…との座標を含むものである(図5参照)。また、飛行危険範囲とは、安全な飛行が脅かされうる領域であり、例えば敵勢力の攻撃範囲や、悪天候空域、飛行禁止空域などである。制御部18は、これらの各種情報を記憶部15に記憶させるとともに、飛行予定経路FRを記憶部15から読み出した地図データ155上に示した状態で、表示部14のディスプレイ140に表示させる。
次に、制御部18は、パイロットの操作に基づいて飛行機構11の動作を制御し、航空機10の飛行を開始させる(ステップS2)。パイロットは、航空機10を飛行開始位置PSから飛行させて、飛行予定経路FRに沿うように移動させる。
飛行が開始されると、制御部18は、センサ部17の動作を制御して、現在の航空機10の飛行位置(自機位置CP;図5参照)を検出する(ステップS3)。
次に、制御部18は、ステップS3で検出した自機位置CPが、安全空域A1及び注意空域A2の何れかの範囲内にあるか否かを判定する(ステップS4)。
ここで、安全空域A1とは、図4に示すように、飛行予定経路FRから所定の距離d1の範囲内であって、且つ、地表及び地上設備との接触や飛行危険範囲への進入を回避できる領域である。また、注意空域A2とは、安全空域A1の範囲外であって、飛行予定経路FRから所定の距離d2(>距離d1)の範囲内であり、且つ、地表及び地上設備との接触や飛行危険範囲への進入を回避できる領域である。なお、地表及び地上設備との接触や飛行危険範囲への進入を回避できる領域とは、地表及び地上設備から所定距離以上離れており、且つ、敵勢力の攻撃範囲などの飛行危険範囲からも所定距離以上離れている領域である。
図3に示すように、ステップS4において、自機位置CPが安全空域A1及び注意空域A2の何れかの範囲内にあると判定した場合(ステップS4;Yes)、制御部18は、図5に示すように、パイロットに飛行予定経路FRに沿った飛行をさせるための飛行ガイドGとして、後述の第一飛行ガイドG1を、表示部14のディスプレイ140に表示させる(ステップS5)。
飛行ガイドGは、航空機10を飛行予定経路FRに沿って飛行させるための移動方向を示すものである。つまり、制御部18は、飛行予定経路FRと自機位置CPとの情報に基づいて当該移動方向を算出したうえで、この移動方向を飛行ガイドGとしてディスプレイ140に表示させる。なお、この飛行ガイドGは、ディスプレイ140内において他の表示情報を遮らない位置(図5では下端部)に表示される。
ステップS5では、制御部18は、自機位置CPが安全空域A1及び注意空域A2の何れかの範囲内にある場合の飛行ガイドGとして、飛行予定経路FRへの比較的に早急な(緊急ではない)復帰をパイロットに促すための第一飛行ガイドG1を表示させる。
具体的には、図6及び図7(a)に示すように、このステップS5では、まず制御部18は、自機位置CPから飛行予定経路FR上における次の経由点Pn及び次の次の経由点Pn+1までの各距離及びその方向を算出する。そして、制御部18は、この算出結果に基づいて、航空機10の向きに沿った視線方向における自機位置CPから次の経由点Pn及び次の次の経由点Pn+1までを結ぶ2つの矢印を、自機位置CPを中心として所定距離を表す大きさの円内に互いに異なる線種で示し、これを第一飛行ガイドG1としてディスプレイ140に表示させる。
言い換えれば、第一飛行ガイドG1は、自機位置CPから次の経由点Pn及び次の次の経由点Pn+1までを結ぶ2つの矢印を、航空機10の向きと直交するX−X断面に投影させたものである。
なお、次の経由点Pnを指す矢印と、次の次の経由点Pn+1を指す矢印とは、互いに線種が異なっていれば、それぞれの線種自体は特に限定されない。但し、次の経由点Pnを指す矢印の方が、次の次の経由点Pn+1を指すものよりも明瞭な線種であることが好ましい。また、次の経由点Pn(又は次の次の経由点Pn+1)が自機位置CPから遠いために矢印の全長を円内に表示できない場合には、円内に表示できるように当該円の縮尺を変更させてもよいし、先端が見切れた矢印を表示させてもよい。
このような第一飛行ガイドG1がディスプレイ140に表示されることにより、パイロットは、自機位置CPが飛行予定経路FRから逸脱していた場合であっても、次の経由点Pnや次の次の経由点Pn+1の位置及び方向を念頭に置いて、滑らかに自機を飛行予定経路FR上に復帰させることができる。つまり、パイロットに対し、飛行予定経路FRへの比較的に早急な(緊急ではない)復帰を促すことができる。
また、図3に示すように、ステップS4において、自機位置CPが安全空域A1及び注意空域A2の何れの範囲内にもないと判定した場合(ステップS4;No)、制御部18は、パイロットに飛行予定経路FRに沿った飛行をさせるための飛行ガイドGとして、上述の第一飛行ガイドG1とは異なる第二飛行ガイドG2を表示部14のディスプレイ140に表示させる(ステップS6)。
このステップS6では、制御部18は、自機位置CPが危険空域A3にあると判断し、飛行予定経路FRへの緊急復帰をパイロットに促すための第二飛行ガイドG2を表示させる。ここで、危険空域A3とは、図4に示すように、安全空域A1及び注意空域A2の何れの範囲からも外れた領域であり、すなわち、飛行予定経路FRから距離d2の範囲外であるか、或いは、地表及び地上設備や飛行危険範囲の少なくとも1つから所定距離の範囲内の領域である。
具体的には、図6及び図7(b)に示すように、このステップS6では、まず制御部18は、自機位置CPから最短距離となる飛行予定経路FR上の最短距離点PLまでの、当該自機位置CPからの距離及びその方向を算出する。そして、制御部18は、この算出結果に基づいて、自機位置CPから飛行予定経路FRに下ろした垂線と直交する視線方向における自機位置CPから最短距離点PLまでの距離及び方向を示す矢印を、所定距離を表す大きさの円内に示し、これを第二飛行ガイドG2としてディスプレイ140に表示させる。より詳しくは、制御部18は、自機位置CPから最短距離点PLまでを結ぶものと同じ方向及び長さを有する矢印を、最短距離点PLを中心とする円内に表示させる。
言い換えれば、第二飛行ガイドG2は、自機位置CPから飛行予定経路FRに下ろした垂線に沿ったY−Y断面で、自機位置CPから最短距離点PL(つまり上記垂線の足)までの距離及び方向を示す矢印を表示したものである。
なお、最短距離点PLが自機位置CPから遠いために矢印の全長を円内に表示できない場合には、円内に表示できるように当該円の縮尺を変更させてもよいし、先端が見切れた矢印を表示させてもよい。
このような第二飛行ガイドG2がディスプレイ140に表示されることにより、パイロットは、自機位置CPが飛行予定経路FRから大きく逸脱していた場合であっても、飛行予定経路FRまでの最短の距離及びその方向を即座に認識して、速やかに自機を飛行予定経路FR上に復帰させることができる。つまり、パイロットに対し、飛行予定経路FRへの緊急復帰を促すことができる。
次に、図3に示すように、制御部18は、航空機10が到達目標位置PEに到着したか否かを判定する(ステップS7)。そして、航空機10が到達目標位置PEに到着していないと判定した場合には(ステップS7;No)、制御部18は、上述のステップS3に移行し、自機位置CPの検出と飛行ガイドGの更新表示を逐次行う(ステップS3〜S6)。
また、ステップS7において、航空機10が到達目標位置PEに到着したと判定した場合には(ステップS7;Yes)、制御部18は、操縦支援処理を終了させ、パイロットの操作に基づいて、航空機10を着陸させたり攻撃目標物への攻撃を実行したりする。
以上のように、本実施形態によれば、飛行予定経路FRと航空機10の自機位置CPとに基づいて、航空機10が飛行予定経路FRに沿って飛行するための移動方向が算出され、この移動方向が表示部14のディスプレイ140に表示される。これにより、航空機10が飛行予定経路FRから逸脱した場合であっても、パイロットは、ディスプレイ140の表示内容を見ることによって、航空機10を飛行予定経路FRに沿って飛行させるための移動方向を容易に認識することができる。したがって、パイロットは、飛行予定経路FRに沿った自機の飛行をより容易に行うことができる。
また、自機位置CPが安全空域A1及び注意空域A2の何れかの範囲内であった場合には、第一飛行ガイドG1として、航空機10の向きに沿った視線方向(つまりパイロット視点)で、飛行予定経路FR上における次の経由点Pn及び次の次の経由点Pn+1を指す矢印が表示される。これにより、パイロットは、自機位置CPが飛行予定経路FRから逸脱していた場合であっても、次の経由点Pnや次の次の経由点Pn+1の位置及び方向を念頭に置いて、滑らかに自機を飛行予定経路FR上に復帰させることができる。
また、自機位置CPが危険空域A3の範囲内であった場合には、第二飛行ガイドG2として、自機位置CPから飛行予定経路FRに下ろした垂線と直交する視線方向で、飛行予定経路FR上の最短距離点PLを指す矢印が表示される。これにより、パイロットは、自機位置CPが飛行予定経路FRから大きく逸脱していた場合であっても、飛行予定経路FRまでの最短の距離及びその方向を即座に認識して、速やかに自機を飛行予定経路FR上に復帰させることができる。
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、操縦支援処理が飛行開始前にパイロットの操作によって実行されることとしたが、当該操縦支援処理は、飛行中に実行されるものであればよく、例えば、飛行開始と同時に自動的に実行されることとしてもよい。
また、自機位置CPが安全空域A1及び注意空域A2の何れかの範囲内であった場合に、第一飛行ガイドG1として表示される矢印は、少なくとも次の経由点Pnを指すものを含んでいればよい。
また、自機位置CPが安全空域A1の範囲外であった場合には、パイロットの注意を喚起させるための文字等を、飛行ガイドGと併せてディスプレイ140に表示させてもよい。例えば、自機位置CPが注意空域A2又は危険空域A3の範囲内であった場合に、「Caution」又は「Warning」などの文字を表示させてもよい。
また、飛行ガイドGは、ディスプレイ140に表示される他の表示情報を遮らないものであれば、その表示態様は特に限定されない。
10 航空機
14 表示部(表示手段)
140 ディスプレイ
15 記憶部(記憶手段)
150 操縦支援プログラム
17 センサ部(検出手段)
18 制御部(算出手段、表示制御手段)
A1 安全空域
A2 注意空域
A3 危険空域
CP 自機位置
FR 飛行予定経路
P 経由点
L 最短距離点
G 飛行ガイド
G1 第一飛行ガイド
G2 第二飛行ガイド

Claims (5)

  1. 航空機に搭載され、パイロットによる当該航空機の操縦を支援する操縦支援装置であって、
    表示手段と、
    前記航空機の飛行予定経路を記憶する記憶手段と、
    前記航空機の自機位置を検出する検出手段と、
    前記記憶手段に記憶された飛行予定経路、及び、前記検出手段により検出された自機位置に基づいて、前記航空機が飛行予定経路に沿って飛行するための移動方向を算出する算出手段と、
    前記算出手段により算出された前記移動方向を前記表示手段に表示させる表示制御手段と、
    を備えることを特徴とする操縦支援装置。
  2. 前記算出手段は、前記検出手段により検出された自機位置が、飛行予定経路から所定距離の範囲内であって、地表,地上設備及び飛行危険範囲からそれぞれ所定距離以上離れていた場合に、自機位置から飛行予定経路上における次の経由点までの距離及びその方向を算出し、
    前記表示制御手段は、前記算出手段による算出結果に基づいて、前記航空機の向きに沿った視線方向における自機位置から前記次の経由点までを結ぶ矢印を、自機位置を中心として所定距離を表す大きさの円内に表示させることを特徴とする請求項1に記載の操縦支援装置。
  3. 前記算出手段は、自機位置から飛行予定経路上における次の次の経由点までの距離及びその方向を算出し、
    前記表示制御手段は、前記算出手段による算出結果に基づいて、自機位置から前記次の次の経由点までを結ぶ他の矢印を、前記次の経由点を指す矢印が表示された円内に当該矢印とは異なる線種で表示させることを特徴とする請求項2に記載の操縦支援装置。
  4. 前記算出手段は、前記検出手段により検出された自機位置が、飛行予定経路から所定距離の範囲外であるか、或いは、地表,地上設備及び飛行危険範囲の少なくとも1つから所定距離の範囲内であった場合に、自機位置から最短距離となる飛行予定経路上の最短距離点までの距離及びその方向を算出し、
    前記表示制御手段は、前記算出手段による算出結果に基づいて、自機位置から飛行予定経路に下ろした垂線と直交する視線方向における、自機位置から前記最短距離点までを結ぶものと同じ方向及び長さを有する矢印を、前記最短距離点を中心として所定距離を表す大きさの円内に表示させることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の操縦支援装置。
  5. 航空機に搭載されたコンピュータに、パイロットによる当該航空機の操縦を支援させる操縦支援プログラムであって、
    前記航空機は、当該航空機の自機位置を検出する検出手段を備えており、
    表示手段と、前記航空機の飛行予定経路を記憶する記憶手段とを備える前記コンピュータに、
    前記記憶手段に記憶された飛行予定経路、及び、前記検出手段により検出された自機位置に基づいて、前記航空機が飛行予定経路に沿って飛行するための移動方向を算出する算出機能と、
    前記算出機能により算出された前記移動方向を前記表示手段に表示させる表示制御機能と、
    を実現させることを特徴とする操縦支援プログラム。
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