JP2018531825A - 航空機のオートスロットル又は自動操縦装置用精密オペレーター - Google Patents

Abstract

【課題】航空機の自動操縦システム、特に航空機のオートスロットルシステムを提供することを目的とする。【解決手段】航空機のオートスロットルシステムは、モータ、アクチエータアセンブリー、およびモータとアクチエータアセンブリーの移動部分との間に作動的に連結された位置センサーを含む。電子コントローラが、スロットルレバーをレバー位置に移動させるため、アクチエータアセンブリーを少なくとも、位置センサーからの位置情報に基づくアクチエータ位置に移動させるようにモータを制御するように構成される。アクチエータアセンブリーは、軸受けアセンブリーを含み、該軸受けアセンブリーは、シャフトの回転運動をシャフトに沿う軸受けアセンブリーの直線運動に変換するための、シャフトの表面に接触するように構成された複数の軸受けを有する。アクチエータアセンブリーは、シャトルアームを更に含み、シャトルアームは、一端に、軸受けアセンブリーに取り付ける取付面を有し、他端に、レバーの取付端に作動的に連結されたリンクアームを有する。【選択図】図３

Description

開示した実施形態は、航空機の自動操縦システムに関する。特に、開示した実施形態は、航空機自動操縦システムの精密オペレーターに、そしてもっとはっきり言えば、航空機スロットル制御装置および又は航空機操縦翼面の自動機械的調整の選択的制御を、航空機パイロット、さもなければ、他のオペレーターの命令で必要と思われるときに、自動オペレーターの迅速な手動オーバーライドを適応させながら、行なうことができる装置に関する。

航空機操縦室は、益々精巧になってきた、そしてパイロットの仕事量を著しく減じ、システムの信頼性および効率、並びに乗客の安全性を高めた技術および自動操縦装置に大部分依存する。加えて、例えば、状況および操作状態の認識を大きく改善するのに寄与するＧＰＳおよびグラフ表示器によって与えられる進歩した航空能力に加えて、自動操縦システムの進歩は、航空機の操縦と、このような能力を備えたそれらの航空機の円滑かつ効率的な操作との両方を保持する上で、パイロットへの素晴らしい補助を証明した。

自動操縦システムは、能力範囲の最低側で、翼の簡単な水平化から、もっと進んだシステムでは、選択された進路を保持しかつ追跡する航空機方向およびコース制御、高度の保持および調整制御並びに、航空機速度の所望な変更を保持しかつ行なう航空機スロットルの調整にわたる機能を提供する。

航空機スロットルの自動制御は、特に、過去には、このような能力を、大型商業定期航空路線乗客ジェット、改良型地方および汎用航空ジェット、および高級タービンプロペラ飛行機のような最も大型の又は少なくとも、最も技術的に複雑で進歩した航空機だけに限定した特別の問題を提示する。この様なオートスロットルは、航空機の真に手を触れない自動操縦を実現する能力を提供し、かくして、航空機の操作効率を増大させ、例えば燃料消費のコストを減じ、パイロットの仕事量を非常に減少させ、それによって、飛行の安全性を著しく増大させる。しかし、航空機にオートスロットル能力を与えることは、現在使用中の技術では、この機能性を殆どの場合、オートスロットルを含みこれを機能的に利用するように設計されかつ構成されなければならない、最も大型のおよび又は最も技術的に進んだ航空機のみに制限する物理的、空間的および機械的な収容設備を必要とする。

殆どの航空機では、エンジンが航空機を所望速度で推進させる所定量のパワー又は推力を発生させるように選択的に調整できるスロットルは、航空機操縦室又はフライトデッキ内のスロットル象限儀の一定円弧の間で回転できるように枢着されたレバーの１つ又はそれ以上の握り可能なハンドルのパイロット操縦手動オーバーライド移動によって調整される。それらのレバーは、典型的には、スロットルレバーの位置が回動に調節されるとき長手方向に移動される制御ケーブルによってエンジン又はエンジンコントローラーに連結される。
殆どどんな航空機でも、レバーの回動位置を変え又は調整するために、パイロットによって手動であろうと、オートスロットルシステムの作動モータによろうと、スロットルレバーに不十分でない力を加えなければならない。したがって、システムのモータは、（スロットルレバーに加えられる十分なトルクおよび操作力を提供するために）寸法と重量の両方が可なり大きくなければならず、（何万回の作動および操作を通じて継続した信頼性を保証するために）構造が可なりしっかりしていなければならない。その結果、それらのモータおよび関連した要素を操縦室のスロットル象限儀のそばに収容するのに十分な、そしてそれらのシステムおよびそれらの構成部品と関連した追加の重量を受け入れることのできる隙間および空間をもつように特に設計かつ構成された航空機は、このようなオートスロットルをそれらの操縦装置に組み込むことができる。その上、オートスロットルシステムの関連した作動構成部品を収容するように既に、特に設計かつ構成されていなかった既存の航空機を改装してそれにオートスロットル能力を加える能力は実際にはない。

加えて、非常時又はパイロットがスロットルの即座の物理的制御を適当と思う情況におけるように、パイロットがスロットルの即座の物理的制御を引き受けることを突然要求する場合に、操縦又はオートパイロットシステムをまず手動で作動させない必要なしに、パイロットが、作動したオートスロットルシステムを急速かつ容易にオーバーライドすることができ、さもなければ、作動したオートスロットルシステムからスロットルの手動制御を引き受けることができることが、パイロットによる継続制御の下に航空機の安全操作を保証するために、重要である。

開示した実施形態は、自動操縦装置／オートスロットルの能力を加えるための又は提供するための特別の収容部が航空機に設計されておらず又は航空機に設けられていない航空機でも、コンパクトで、軽量であり、信頼でき、かつ航空機に容易に設置でき、かつ自動操縦装置・オートスロットルシステムの制御下のとき、スロットルの手動制御を迅速に引き受けたいパイロットによって安全かつ容易に自動制御をオーバーライドすることができる自動操縦／オートスロットルオペレーター装置に向けられている。開示した実施形態は、航空機の操縦翼面の移動を制御する航空機の自動操縦システムの一部として又はそれと関連して、同じ有利な機能性を持って、適用することができ、操縦翼面の可変位置が、例えば、航空機の縦揺れ、横揺れ、偏揺れを制御するように調整可能である、かかるオペレーター装置を提供する。

開示した実施形態は、現在広く使用中のものに比して多数の顕著な利点を示す航空機自動操縦／オートスロットルオペレーターを提供する。第1に、発明の装置は、特に、現在の自動操縦・オートスロットル作動装置および構成部品と比較して、比較的軽量である。第2に、発明の装置は、現在の自動操縦／オートスロットル操作装置と比較して、著しく簡単化され、物理的な操作信頼性の顕著な増大をもたらすことができる。第３に、発明の装置は、現在の自動操縦／オートスロットル操作装置よりも著しくよりコンパクトであり、したがって、広く変化するサイズの広範囲の航空機に設置可能である。第４に、発明の装置は、スロットルハンドル枢着部から離れた位置から作動される直線オペレーターの使用に基づかれ、かくして、比較的コンパクトなスロットル象限儀を有し、又はそうではなく、スロットルハンドルの枢着点に又はその近くに装着される在来の自動操縦装置／オートスロットルおよびその過酷な使用に耐えるモータおよびクラッチを収容するように特別に設計されていない航空機において、初期建造時にも、付加物又は既存の構造の改装としても、直線オペレーターの設置を可能にする。第５に、発明の装置に利用されるアクは、別体の又は一体のクラッチ又はクラッチ構成部品を要求せず、その代わり、固有のオーバーライド能力を提供し、作動するモータとモータのスロットルハンドルとの取付部との間に一連のギアをも必要としない、それによって、複雑さ、重量および物理的な空間要求を大きく減じ、そして作動信頼性を増す。

１つの側面では、開示した実施形態は、モータを含み、モータが、回転運動をモータから延びるシャフトに伝えるように構成され、かつ支持体に装着される、自動操縦システムを提供する。アクチエータアセンブリーがシャフトにおよびスロットルレバーの取付端に作動的に連結され、スロットルレバーは、手の力の付与のための制御端を、取付端と反対側に有する。位置センサーが、モータとアクチエータアセンブリーの移動する部分の間に作動的に連結される。システムは、モータがアクチエータアセンブリーを、スロットルレバーのレバー位置への移動を引き起こすために、少なくとも一部が、位置センサーから受けた位置情報に基づいてアクチエータ位置に移動させるようにモータを制御するように構成された電子コントローラを更に含む。アクチエータアセンブリーは、軸受けアセンブリーを含み、該軸受けアセンブリーは、シャフトの回転運動をシャフトに沿う軸受けアセンブリーの直線運動に変換するための、シャフトの表面に接触するように構成された複数の軸受けを有する。アクチエータアセンブリーは、シャトルアームを更に含み、シャトルアームは、第１端に、軸受けアセンブリーに取り付けるように構成された取付面を有し、シャトルアームの第２の端に、レバーの取付端に作動的に連結された少なくとも１つのリンクアームを有する。

開示した実施形態は、次ぎの特徴の１つ又はそれ以上を含むのがよい。アクチエータアセンブリーは、スロットルレバーの制御端の手動移動が軸受けアセンブリーに対してシャフトの遠位端にスラスト力を付与するように構成され、スラスト力が閾値を超えるとき、軸受けアセンブリーは、モータによってシャフトに同時に伝達される回転に関係なくシャフトに沿って滑るように構成される。

軸受けアセンブリーは、その貫通穴にシャフトを受け入れるように構成され、そして少なくとも１組の軸受けを含み、軸受けの各々は、シャフトが軸受けアセンブリーの中を移動するとき、シャフトの表面の螺旋パターンを追跡するようにシャフトの長手方向軸線に対して所定角度で、シャフトの表面に接触するように軸受けアセンブリーで支持される。

シャトルアームの第２端での少なくとも１つのリンクアームは、スロットルレバーの取付端に回転自在に連結され、少なくとも１つのリンクアームは、軸受けアセンブリーがシャフトに沿って移動するとき、シャフトの遠位端の自由な移動を可能にするためにシャフトと平行に配置される。

システムは、２つのエンジンを有する航空機に設置され、各エンジンのスロットルレバーは、別々に制御される。エンジンの喪失の場合、残っているエンジンのパワー設定は、失速速度以上にとどまるように制御され、そしてエンジンパワー閾値を超えないように更に制御される。エンジンパワー閾値は、少なくとも一部が、航空機の好ましくない回転を防止する航空機のラダーの作用で補償することができる最大パワー不均衡に基づかれる。
上記のおよび又は他の側面および利点は、添付図面に関してなされる、開示した実施形態の以下の詳細な説明からもっと明らかになるであろう、そしてもっと容易に認識されることになる。

開示した発明の実施形態にしたがって構成された航空機のオートスロットルオペレーターの立面斜視図である。 図１に示すオートスロットルオペレーターの実施形態の側面図である。 ハウジングカバーを取り除いた航空機オートスロットルオペレーターの第２の実施形態の斜視図である。 図３に示すオートスロットルの実施形態の軸受けアセンブリーおよびシャフトの拡大図である。 図３に示すオートスロットルオペレーターの実施形態の側面図である。

［詳細な説明］
図１および２は、航空機の精密オートスロットルオペレーターの実施形態の２つの図を示す。一般的な参照番号１０によって図面の図に特定されたオートスロットルオペレーターシステム又は装置は、使用のために、航空機の在来のスロットルハンドル又はレバー１２に取り付けられている。構成および構造が在来のものであるスロットルレバー１２は、シャフト又は他のピボット若しくは支点１４を中心に回転運動可能に装着され、レバー１２は、航空機のスロットル象限儀（図示せず）でしかるべき所に固着される。スロットルレバー１２の遠位端１６は、関連した航空機エンジンのパワー出力、それによる対気速度又は航空機の速度を手動制御するパイロットによってレバー１２を、その円弧の移動範囲にわたって前進および後退させるように、握り易く、操作し易く、構成される。スロットルレバー１２の反対側の近位端１８は、取付ピン又はシャフト若しくは点２０でケーブル２２の一端に連結し、ケーブル自体は、一般的に、その遠い方の端が、レバー１２と関連したエンジン又はエンジンコントローラーに連結する。かくして、操縦操作、すなわち、ピボット点１４を中心とするレバー遠位端１６の反時計回り（図において）の前進又は時計回りの後退は、取付点２０の反対向きの運動を引き起こし、かくして、ケーブル２２の直線移動を行なわせ、関連したエンジンのパワー出力の変化を行なわせる。その代わりに、ケーブル２２の運動伝達機能が、他の要素又はシステムによってなされる航空機の手段は当該技術で知られているが、航空機エンジンによって発生されるパワー又は推力の変化は、少なくとも、一般的には、対応するスロットルレバーの近位延長部の感知した移動にしたがって制御される。

図１および２に示す実施形態のオートスロットルオペレーターは、アクチュエータアセンブリー２４、モータ２６、および位置センサー２８によって形成される。特別な手段では、アクチュエータアセンブリー２４は、軸受けアセンブリー３０（また、ここでは、シャトル本体３０と称する）、細長いシャフト３２および直線フォーク３４で形成された装置を含む。

軸受けアセンブリー３０とシャフト３２の組み合わせは、回転運動を直線移動に変換するように機能する。図に示す実施形態では、この機能性は、ローリックス リニア アクチュエーターとして、ポリマウス、ミネソタの製造業、ゼロ−マックス社によって特定された市販のアセンブリーを使用して実行される。３個一組で６個の転がり要素軸受け３６がブロック３８に形成された貫通穴４０を中心とする所定角度で、ベースブロック３８で支持されており、シャフト３２は、それにそってブロック３８の長手方向に移動可能に延びる、（プロック３８およびシャフト３２のもっと詳細図は図４で知ることができ、これは第２の実施形態と関連して以下に述べる）。軸受け３６の各々は、シャフトが回転されるとき、軸受け３６がシャフトに沿って螺旋パターンを追跡し、それによってブロック３８をシャフトに沿って長手方向に移動させるように、ある角度でシャフト３２の表面に接触する。他の方法にすれば、シャフト３２が、モータ２６の選択的操作によって回転されるとき、軸受け３６は、想像上のねじ山を追跡し、ブロック３８を、シャフト３２上をそれに沿って長手方向に移動させる。ベースブロック３８は、２つの半部として構成され、これら半部は、ばね４２と関連したねじ４４の組み合わせによって結合され、ねじ４４は、軸受け３６がシャフト３２に加える推力力、これに対応して、推力力に打ち勝つて、軸受け３６をシャフトの表面に沿って長手方向に滑らせるために、ブロック３８に手で加えられなければならない直線力の量を選択的に設定するように調整される。かくして、ねじ４４の所定の調整によって設定され又は与えられたスラスト力が限度を超えるとき、ブロック３８は、例えばモータ２６によってシャフト３２に同時に伝達される回転に関係なく、シャフト３２上をそれに沿って滑る。

図１および２を続けて参照すると、モータ２６の作動回転シャフトは、ブロック３８から離れたシャフト３２の端に結合される。モータ２６は、例えば、概略的に示すコントローラ４８から、約１．８度離隔した２００の連続相対位置を通してパルス又は他の電気信号の入力に応答してステップする精密なステッピングモータである。モータ２６は、コントローラ４８からの操作信号に基づいて、双方向に、すなわち選択的に、時計方向および又は半時計方向の両方／いずれかに、増分的に（すなわち徐々に）回転するように作動する。必要ならば、又は望むならば、特別な実行および又は航空機に適すると思われるシャフト３２の回転速度を得る必要があれば又は望むならば、モータシャフトとシャフト３２の間に、１つ又はそれ以上のギアが任意に設けられる。モータ２６は、シャフト３２および又はモータシャフトの妨害のない通過を可能にする開口４７を有するモータブラケット４６に装着される。ブラケット４６は、それ自体、モータがシャフト３２を作動的に回転させるときモータ２６を移動しないように固定する、航空機の操縦室内の固定構造物に固着可能である。

コントローラ４８は、例示として、モータ２６の操作に、また発明のオートスロットルシステムの関連した要素および機能性に専用のプロセッサーおよび記憶装置を有する電子制御器を含む。その機能性は、自動操縦システムの、又はフライト管理システムの、若しくは航空機の他のアビオニックスおよび又は自動化システムの、制御システム又は要素の一部に又は一部として組み込まれる。

直線フォーク３４は、シャトルブロック３８をシャトルレバー取付点２０に連結し、単一要素（第２実施形態に関して以下に説明するように）として実行されるフォーク３４は、図示した実施形態では、ブロック３８が固着されるシェル又はトレー５０と、一端がスロットルレバーの取付点２０に回転可能に連結される一対の向かい合ったリンクアーム５２と、トレー５０をアーム５２に接合するウエブ５４とを含む。モータ２６との連結と反対側であるシャフト３２の自由端部５６は、シャトルブロック３８がシャフト３２に沿って作動的に移動され又は「シャトルする」とき、シャフトの端５６を収容するように、ウエブ５４に構成された穴、通路、および空所などの中をそれらに対して自由に移動できる。

シャフト３２の長さに沿うシャトルブロック又は本体３８の現在の相対移動又は位置は、例示として、位置的に固定したモータ２６と移動可能なシャトル本体３８との間の距離又は間隔の変化をモニターすることによって決定される。この機能性を提供するために、図示した実施形態では、位置センサー２８は、カリフォルニア州、チャトスワース社セレスコ トランスデューサ プロダクツによって製造されたＭＬＰ小型リニア電位差計のようなリニア電位差計５８によって実行される。このリニア電位差計は、モータブラケット４６（モータが固着される）とトレー５０（シャトル本体が装着される）との間に位置センサーとして連結される。電位差計センサー５８は、コントローラ４８に電気的に接続され、それによってコントローラは、シャフト３２上のそしてそれに沿うシャトル本体３８の直線位置（かくして、それに対応し、スロットルレバーの近位端での取付点２０の）変化をモニターする。スロットル位置は、システムが航空機に設置されるとき、電位差計センサー５８を使用して正確にマップされそして記録される。直線アクチェーターがステッピングモータで制御されるので、個々のステップのスロットル位置のマップは、スロットルレバーの支障により、命令されない移動又は移動の滑りを検出するための手段として決定されかつ使用される。特別な実施形態では、このような決定は、ついには、オートスロットルを作動しないシステムにすることがある。

図３−５は航空機のオートスロットルオペレーターの第２の実施形態を示す。この実施形態では、シャトルブロック３８は、上述したように、二又フォーク３４ではなく、単一要素として実行されるシャトルアーム３４によってスロットルレバー取付点２０に連結される（コントローラ４８は、これらの図には示されていない）。シャトルアーム３４’は、その一端に、ブロック３８が固着されるシェル又はトレー５０’を有する。トレー５０’は、軸受けアセンブリー３０の取付面が垂直平面に向けられるように向けられ、これに対して、第１の実施形態では、取付面は、水平平面に向けられる。モータ２６は、航空機の内部構造に取り付けることができるブラケット４１の枢着ジョイントで適所に保持される。ブロック３８およびシャフト３２の詳細図は図４で知ることができる。図３では、ブロック３８を収容するハウジング３９のカバーは、ブロック３８を図で知ることができるように示されていない。図５は、カバーが適所に置かれたハウジング３９を示す。シャトルアーム３４’の遠位端には、リンクアーム５２’があり、該リンクアームは、スロットルレバーの取付点２０に回転可能に連結される。モータ２６との連結部と反対側であるシャフト３２の遠位、すなわち自由端部５６は、リンクアーム５２’と平行であり、したがって、シャトルブロック３８がシャフト３２に沿って作動的に移動され又はシャフトに沿って「シャトルする」とき、自由に移動することができる。

（例えば、自動操縦システムの制御のもとに）自動操作モードで航空機のスロットルを選択的に制御する、発明のオートスロットルオペレーター１０の基本的な操作方法を今説明する。コントローラ４８からの電気信号に応答して、ステッピングモータ２６は、これに連結されたシャフト３２を（エンジン推力をそれぞれ増大させ又は減少させる）、所望方向に選択的に回転させるように操作される。シャフト３２が回転するとき、シャトル本体３８は、軸受け３６が、回転するシャフト３２の表面に沿って螺旋路を追跡するので、シャフトにそっておよびシャフトに対して直線的に移動される。シャットル本体３８のこの直線移動は、リンクフォーク３４を介して取付点２０でスロットルレバー１２に伝達され、あたかもスロットルレバー１２が遠位端１６を握るパイロットによって支点１４を中心に手動で移動されたように、スロットルレバー１２をその支点１４を中心に回動させる。その結果、スロットルレバー１２の近位端１８での取付点２０の移動は、同様に、エンジンコントロールケーブル２２の直線移動を引き起し、かくして、エンジンは、そのスロットルレバーと関連した航空機エンジンのパワー出力又は推力を変化させる。かくして、シャトル本体３８がシャフト３２に沿ってモータ２６に向かって移動されるとき、スロットルレバー１２は反時計回りに回転され（図において）、エンジン出力を減じ、シャトル本体３８がモータ２６から離れる方向にシャフト３２に沿って移動されるとき、再び、あたかも、スロットルレバー１２が遠位端１６でスロットルレバーを握るパイロットによって手動で調節されたように、スロットルレバー１２は、時計回りに回転されてエンジンパワーを増大させる。

モータ２６に対するシャトル本体３８の直線位置の、それに対応してスロットルレバー１２の回転位置の変化は、シャトル本体の現在位置であるように、電位差計位置センサー５８の出力をモニターリングすることによってコントローラ４８によって決定される。しかしながら、それは、例えば所定の対気速度を得るおよび又は保持するためにエンジン出力パワーを変えるオートスロットルの機能であるから、エンジンパワーを増大又は減少させるモータ２６のコントローラ操作、シャトルブロック３８とモータ２６の絶対位置又は相対間隔に全く依存しないが、むしろエンジンパワーの増減（かくしてモータ２６の操作）が所望な対気速度を提供する必要があるかどうかに依存し、したがって、位置センサーの出力のモニターリングは、とりわけ、オートスロットルシステムの適切な操作を確認する際に使用するためコントローラ４８にフィードバックを提供する。

在来の商業的なオートスロットル装置と比較して、本発明のオートスロットルシステム１０の重要かつ極めて有利な特徴は、クラッチおよびそれらと関連した装置および連結の使用なしに、オーバーライド能力を備えることである。システムが作動される時およびシステムがそのままである間でも、スロットルの手動操縦制御のため容易にオーバーライドさせるべき発明のシステム１０の能力は、システム１０およびその構成の重要かつ固有の特徴である。スロットルレバー１２をその遠位端１６で物理的に握ってスロットルを前進させ又は後退させるのに十分な力を付与することによって、シャトル本体３８を（レバー１２の近位端１８との連結によって）シャフト３２に沿って長手方向に滑らせ又は摺動させ、かくしてコントローラ４８が、モータおよびシャフト３２の回転を行なわせるために操作的に作動されたままであったとしても、スロットルの手動操縦制御を提供する。勿論、スロットルレバー１２の手動操作が開始されるとき、オートスロットルコントローラー４８は、通常、モータ２６の連続操作から自動的に作動されないが、例えば、オートスロットル機能性を容易にかつ直ちにオーバーライドするシステム又は構成部品の故障の場合に、スロットルの手動制御を容易に引き受ける能力は、航空機のフェイルセーフ操作を補償する上で特に顕著な改良をもたらす。

前に記載したように、オートスロットル装置のパイロットによって行なわれる手動オーバーライドは、パイロットが、最小でも、軸受け３６がシャフト３２の表面に付与する推力力を超える力でスロットルレバー１２を前進又は後退することを必要とする。その推力力はシャトル本体３８の調整ねじ４４の選択的な回転によって調整できるから、発明の装置の特定の実行では、推力力は、パイロットによる手動オーバーライドが、特定の適用におよび航空機の連続安全操作を保証するために適当と思われるパイロットによる付与力の合理的な大きさを使用して容易に利用できることを保証するように予め設定される。シャフト３２の回転に応答してシャフトに沿うシャトル本体３８の直線移動を保証するのに十分な大きさに軸受けの推力力を設定することは、スロットルの信頼できる自動かオートスロットル制御とスロットルレバーに加えられる合理的なパイロットによる付与力を使用する手動オーバーライド制御との両方を提供するであろう。

例えば、発明のオートスロットルアセンブリーに使用されるステッピングモータは、例えば、エンジンスロットル制御ケーブル２２に（すなわちスロットルレバー１２の近位端１８に）加える約１２ポンドのトルクを、又スロットルレバー１２の遠位端１６に約４乃至６ポンドの力を生じさせるようにシャフト３２を回転させる相当高いトルクを作動的に発生する。これは、システム１０の代表的な意図した実行では、航空機のパイロットが、モータ２６が作動されそしてシャフト３２を作動的に回転させるとしても、および又は、アセンブリー全体の動きが止められるとしても、スロットルレバーの遠位端１６に加えられる少なくとも同じ４乃至６ポンドの力で、単に、押したり引き戻したりすることによってオートスロットルを容易にオーバーライドすることができることを意味する。この力は、作動したオートスロットルなしに、スロットレバーを手動で調整するのに要求される力よりも相当大きくない比較的小さい量である、例えば、約４乃至６ポンド又は４乃至６ポンドを超える力をスロットルレバーに手で加えることによって、シャトル本体３８は、シャフトがモータ２６によって回転されていようとなかろうとシャフト３２上をシャフトに沿って長手方向に滑り、それによって、パイロットは、スロットルの自由かつ無条件の完全手動制御を直ちに得るであろう。かくして、オートスロットル装置は、いつでも、パイロットに、航空機のスロットルの手動制御を容易に引き受ける能力を保証する本質的に安全なシステムをもたらす。航空機の自動操縦システムの要素と組み合わせ又は形成する時、オートスロットル装置１０は、オートスロットルコントローラーおよび自動操縦−指示操作によって付与される力を迅速且つ容易にオーバーライドする本質的に安全な能力を提供する。

発明のオートスロットル装置は、また航空機が、例えば、その現在の作動状態又は操作にはあまりにも高い対気速度で又はあまりにも低い対気速度で作動していると決定される場合にパイロットに警告を出すように実行することができる。周知のように、システム１０に包含されると一般的に考えられるモータ２６のようなステッピングモータは、（例えば）３つのコイルを有し、該コイルは、普通の使用では、モータがシャフトを一歩一歩回転させるように選択的に作動される。この実施形態にしたがってコントローラ４８が 対気速度が所定範囲の値の限度に近づいていることを、少なくとも航空機の対気速度をモニタリングすることによって決定するとき、すなわち「ステックシェーカー」機能性の性質で、触覚に基づくフードバックをスロットルレバーに付与することができる。

かくして、コントローラ４８が、航空機の増大する対気速度が所定の安全限界値（例えば、航空機の構造上の最大巡航速度）に近づいていることを決定するならば、或いはその減少する対気速度が所定の最小限界値（航空機の最小コントロール可能な対気速度又は失速速度のような）に近づいていることを決定するならば、モータ２６は、スロットルレバーを振動させ又は振るわせ、それによってパイロットに切迫している危険な過速度状態又は不足速度状態を警報するように作動することができる。同様に、エンジントルクをモニタリングすることによって、コントローラ４８も、エンジンが危険な作動状態、例えば過剰トルクにある又は近づいていることが決定されれば、スロットルハンドル１２を通して同様の触覚フィードバックを付与することによってパイロットに警告を出すことができる。

この機能性は、例えば、３つのコイルの内の２つだけを作動することによって、又はモータコイルの選択された１つ又はそれ以上に電気信号を急速にサイクルさせることによって、モータの多作動コイルの個々のコイル又は組み合わせに電気信号を選択的に付与することによって実行され、このような触覚警告時に、オートスロットルが、スロットル、それによってエンジンパワーを自動制御するように作動されなければならず又は作動させていなければならない。かくして、このパイロット警告機能性の目的のために、発明のオートスロットルシステム１０は、「常時オン」感知および触覚警報能力を提供する。とにかく、コントローラ４８が、スロットルレバー１２の位置の手動入力変化が触覚警告に応答して付与されたことを感知するならば、システム１０は、シャフト３２の適当なモータ駆動回転によって、その結果として、上で説明したようにシャトル本体３８の直線移動によって対気速度又は過剰トルク状態を作動的に調整するように構成することができる。

したがって、この機能性を実行することによって、システム１０は、常に作動されているように、見ることができ、コントローラ４８は、限界を超えた状態を修正し又は改善するためにスロットルハンドル１２を振らせ又は振動させることによって伝えられる触覚フードバックでおよび又はモータ２６の作動によってスロットルレバーの自動制御移動の開始で伝えられる警告を正当化し、又は必要とするかもしれない、航空機の関連特性および作動状態を絶えずモニターリングする。

発明のオートスロットル装置の他の有利な特徴は、各々対応するエンジンのパワー出力を制御する例えば２つの（又はそれ以上の）スロットルレバーを有する航空機に実現される。この様な多エンジン航空機では、スロットルレバーの操作による対気速度の手動制御は、２つ（又はそれ以上）のスロットルレバーを同時に前進させることによって（又は後退させることによって）行なわれる。このような多エンジン航空機のスロットルの手動操縦制御で持ち上がる問題は、すなわち各レバーが同じ量だけ前進又は後退されるように、多スロットルレバーが一緒に調整されなければ、エンジンは、異なるレベルのパワー又はトルクを生じさせ、その結果、航空機の推進力は、一方のエンジンが他方のエンジンよりも小さい（又は大きい）推力を生じて、不均衡になる。同様に、航空機の他方のエンジンに関して一方のエンジンの作動特性により、それぞれのスロットルハンドルが対応して位置決め又は調整されるとしても、各エンジンが異なる量の推力又はトルクを発生することになる。

発明のオートスロットルシステム１０がエンジンの各々について設けられている多エンジン航空機では、２つ（又はそれ以上）のエンジンによって発生される推力又はトルクの不均衡は、コントローラ４８によって感知され又は使用されて上記の手順を使用して、パイロットに、スロットルレバーの一方又は両方／全部を触覚的に振らせ又は振動させて不均衡を警告し又は警報することができる。前に記したように、この機能性は、作動的使用では、オートスロットルシステム１０スロットルレバーの位置を自動制御し、対応してエンジンの推力又はパワー出力を自動的に変え又は調整することにある。加えて、上記のように、システムは、多エンジンが同期していない又は同じレベルの推力又はトルクを発生していないことの検出により、エンジンの一方又はそれ以上のオートスロットルシステム１０が対応するスロットルレバー１２を自動的に調整し、それによって多エンジンの関連作動特性を均衡させる。

多エンジン航空機における発明のオートスロットル装置の他の有利な適用は、一方のエンジンが故障するとき、さもなければ、意図した又は予期したより小さい推力を発生しているものと決定されるとき例えば２つのエンジンのうちの一方に大き過ぎる推力の適用を警告し又は防止することである。（例示の）２エンジン航空機では、製造業者は、航空機が浮揚するとき、単一のエンジンの最小の制御可能な対気速度として、対気速度、ＶＭＣＡ、すなわち、２つのエンジンのうちの一方だけが作動しているとき、パイロットは、航空機を事実上、横揺れさせ、かつ地上へ急降下させる程度に航空機を偏揺れするのを防止するのに十分なラダー支配を有する最小対気速度を確立しているであろう。かくして、飛行中１つのエンジンの故障又は性能低下は、非対称の推力状態を生じ、この状態は、多エンジン航空機のパイロットが直ちに水平飛行に移り、重要なラダーを適用し、残っているエンジンのパワーを増大させて対気速度をＶＭＣＡに、又はそれ以上に保持することを要求する。航空機の対気速度が、１つのエンジンが故障したとき、エンジンパワーが一般的に、フルパワー又は推力の一部に戻されるとき飛行の着陸段階におけるような、ＶＭＣＡ以下である場合、作動中のままでるエンジンへのあまりにも大きいパワーの適用は、推力に危険な非対称およびラダーの適用が安全の回復を可能にしない不利な偏揺れを引き起こす。

したがって、発明のオートスロットル装置のこの更なる使用では、コントローラ４８は、多エンジン航空機の（少なくとも）現在の対気速度（そして好ましくは加速）をモニターし、単一エンジン操作のために、現在の飛行および作動状態のもとに、残っているエンジンを信頼すべき又は信頼することができる最大の安全又は許容できる推力を絶えず計算する。他の方法を与えると、コントローラ４８は、ＶＭＣＡ以下の現在の対気速度のために、その対気速度が残っているエンジンの許容パワー限度（すなわち、最大の安全および発生した許される推力）を絶えず計算する。スロットルレバー１２の位置にしたがって、その残っているエンジンによって生じさせているパワー又は推力が、エンジンが今の対気速度で生じさせるように許されるべきである計算された最大推力を増してそれに近づいている（又は計算された最大推力に又はそれを超えている）ならば、警報又は警告が（上記したように）エンジンのスロットルレバー１２を振動させることによって発明の装置によって発生され、パイロットに切迫した又は現在の過度のスロットル状態を警告する。

スロットルレバー１２の位置が警告に応答してパイロットによって手動で調整されなければ、発明のオートスロットル装置１０のモータ１２は、適切な状態のもとに、パイロットの入力なしに、そしてオートスロットルシステム１０が航空機のスロットルを作動的に制御していたか否かに関係なく、システム１０の制御によりスロットルレバーの位置を調整するように（かくしてスロットを後退させるように）操作され、それによって、作動しているエンジンの過度のスロットル状態を回避し又は終わらせる。

この機能性はまた、エンジンに許容できる推力限度に近づくと、（スロットルレバー１２を振動させることによって）触覚フィードバックを提供することによって、残っているエンジンの過度のスロットル状態を回避するのに適切なその量だけ、他のエンジンの故障に応答してパイロットが推力を手動で前進するのを助けるように適用することができ、パイロットは、スロットルレバーが振動し始めるまで、スロットルレバーを手動で前進させ始めることができ、航空機の対気速度が増大し始めると、再び、オートスロットルシステム１０が、スロットルレバーの振動を再び開始するまでスロットルレバーを手動で前進させ続けることができる。コントローラ４８は、対気速度が増大するとき、増大する最大の許容エンジン推力を絶えず計算して決定するから、パイロットは、オートスロットルシステム１０によってスロットルレバーに付与される振動又はその不足にしたがって、スロットルレバー１２を手動で調整し続けることができる。この方法で、パイロットは、スロットルを手動で調整する上で絶えず案内されるから、エンジンは、常に、現在の対気速度および他の関係する飛行およびコントローラ４８がモニターできる環境要因に基づいて最大の安全推力を発生するように作動している。

発明のオートスロットルシステムのこのおよび他の実行および適用のために、システムは、それ自体、パイロット作用の必要の緊急性の相関関係としてスロットルレバーの触覚振動の大きさを調整し又は変更し若しくは測定することができる。そのため、例えば、対気速度又は推力などの限界値にまず近づくと、システムは、大きさの比較的小さい振動をスロットルレバーに付与し、限界値に近づき続け、限界値に達し、そして限界値を超えるとき、スロットルレバーに大きさの増す振動をスロットルレバーに付与する。

したがって、この機能性を実行することによって、システム１０を、常に作動されてるとき、調べることができ、コントローラ４８は、航空機の関連特性および作動状態を絶えずモニターする。例えば、このようなモニターによって、発明の自動操縦システムは、以下に述べるように、同じレベルの推力又はトルクを追加の有利な操作モードを提供するように付加的に構成される。

例えば、システム１０は、速度保持モードを提供するように構成されてもよい。この速度保持モードでは、システム１０は、エンジン推力を調整して選択された対気速度を達成しかつ保持する。

システム１０はまた、トルク制御モードを提供するように構成されてもよく、トルク制御モードでは、システム１０は、エンジン推力を調整して選択されたエンジントルクを達成しかつ保持するように構成される。

システム１０はまた、温度限界制御モードを提供するように構成されてもよい。このモードでは、エンジン推力は、選択されたエンジンタービンイリグチ温度を達成しかつ保持するように構成されてもよい。

システム１０はまた、エンジン保護モードを提供するように構成され、このモードでは、システム１０は、エンジン推力を調整してエンジントルク、速度および温度をあらゆる操作モードで予め定めた目標を超えないようにする。特定の実施形態では、オートスロットルは、エンジンを、トルク、シャフト馬力、エンジンおよびプロペラ速度、エンジン温度、エンジン圧力比の内の１つ又はそれ以上についての限度を超えないように保護するように構成されてもよい。

システム１０は、また、速度保護モードを提供するように構成されてもよい。このモードでは、いつでも、自動操縦システムは、航空機をエンジン推力の調整によって過剰速度又は不足速度から保護する。

システム１０はまた、スロットルの手動操作中、もしも、スロットルがパイロットによってあまりにも急速に移動され、その結果、エンジンパワーサージをもたらすならば、自動操縦機構が、スロットルハンドルを振動させることによってパイロットに警告を出す、モードを提供するように構成されてもよい。

システム１０はまた、パイロットによって作動されるとき、パワーを自動的に調整して、航空機の総重量および空力特性に基づいて計算された乱流進入速度を達成する乱流進入モードを提供するように構成されてもよい。

システム１０はまた、アプローチ速度および離陸速度を計算してオートスロットルの速度制御モードに入れるモードを提供するように構成されてもよい。着陸進入速度は、典型的には、総重量および失速限界の関数として計算され、そして例えば、風速およびフラップ形態のような要因をも含む。システム１０はまた、例えば、航空機の迎え角センサーから迎え角（ＡＯＡ）を使用することによって最適な揚力対抗力（Ｌ／Ｄ）を保持する対気速度を計算死活しかつ制御する。

システム１０はまた、例えば、自動対気速度制御および迎え角制御のようなスロットルモードを提供するように構成されてもよい。自動モードでは、オートスロットルは、温度が限界になるまで初期離陸および上昇中トルク限界に制御することによって最適な速度で飛行機を操縦する。温度が限界になる時点では、オートスロットルは、エンジンを最大許容温度に制御する。特定の実施形態では、オートスロットルは、最小対気速度、最大迎え角、通常の乱流状態下での最大対気速度のうちの１つ又はそれ以上のために限界外状態から航空機を保護するように構成されてもよい。

システム１０はまた、それがFADEC（ファデック、または、フェデック）とは、デジタルコンピュータを用いて、航空機用エンジンの全ての制御を行う制御装置である）のような保護機構を有しないエンジンに設置されるとき、自動操縦は、例えば、温度、速度圧力比、トルク、馬力などの様な重要なエンジンパラメータをモニターし、これらのパラメータが最大値を超えないように作用するように構成されてもよい。

システム１０はまた、２エンジン航空機においてエンジン喪失の場合に、自動操縦が、残っているエンジンのパワー設定を、失速速度以上にとどまるように、そして同時に、失速又はスピンをもたらすかもしれない好ましくない回転の危険な操縦状態を回避する航空機ラダー支配によって補償することができるそのエンジンによって発生されるパワーを超えないように管理する。

発明のシステムのここに説明した実施形態および少しの又は比較的少しの変形はまたエンジンスロットルコントロール以外の航空機の操縦制御システムおよび要素の自動制御に適用することができる。例えば、装置１０は、スロットルレバーに連結する代わりに、エルロン、トリムタブ、水平スタビライザーおよびラダーのような航空機の操縦面要素に連結されて航空機の自動操縦システムの一部として又はかかる制御の下にこれらの操縦面の位置を自動調整することができる。

例示の実施形態をこの明細書および図で示しかつ説明したけれども、図示しおよび又は説明した例示の実施形態に、その原理および精神から逸脱することなく変更をしてもよいことは、当業者によって理解されるものと考えられる。

Claims (18)

1. モータを含み、モータが、回転運動をモータから延びるシャフトに伝えるように構成され、かつ支持体に装着され、
   アクチエータアセンブリーがシャフトにおよびスロットルレバーの取付端に作動的に連結され、スロットルレバーは、手動力の付与のために、取付端と反対側に制御端を有し、
   位置センサーが、モータとアクチエータアセンブリーの移動部分の間に作動的に連結され、
   モータが、アクチエータアセンブリーを、少なくとも一部が、位置センサーから受けた位置情報に基づいて、決定されたアクチエータアセンブリー位置に移動させてスロットルレバーの移動を引き起こすように、モータを制御するように構成された電子コントローラを更に含み、
   アクチエータアセンブリーは、軸受けアセンブリーを含み、該軸受けアセンブリーは、シャフトの回転運動をシャフトに沿う軸受けアセンブリーの直線運動に変換するための、シャフトの表面に接触するように構成された複数の軸受けを有し、
   アクチエータアセンブリーは、シャトルアームを更に含み、シャトルアームは、第１の端に、軸受けアセンブリーに取り付けるように構成された取付面を有し、シャトルアームの第２の端に、レバーの取付端に作動的に連結された少なくとも１つのリンクアームを有する、航空機のオートスロットルシステム。
2. アクチエータアセンブリーは、スロットルレバーの制御端の手動移動が推力力を軸受けアセンブリーに対してシャフトの遠位端に付与するように構成され、推力力が閾値を超えるとき、軸受けアセンブリーは、モータによってシャフトに同時に伝達される回転に関係なくシャフトに沿って滑るように構成される、請求項１のオートスロットルシステム。
3. 軸受けアセンブリーは、２つの半部として形成され、２つの半部は、推力力の閾値を選択的に設定する用に調整されるテンション要素の組み合わせによって連結される、請求項２のオートスロットルシステム。
4. 軸受けアセンブリーは、その貫通穴にシャフトを受け入れるように構成され、そして少なくとも１組の軸受けを含み、軸受けの各々は、シャフトの表面に、シャフトの長手方向軸線に対して決定された角度で接触するように軸受けアセンブリーで支持される、請求項１のオートスロットルシステム。
5. シャトルアームは、その第２端に２つのリンクアームを含み、リンクアームは、スロットルレバーの取付端に回転可能に連結され、シャトルアームは、軸受けアセンブリーがシャフトに沿って移動するとき、シャフトの遠位端を収容する開口を含む、請求項１のオートスロットルシステム。
6. シャトルアームの第２端の少なくとも１つのリンクアームは、スロットルレバーの取付端に回転可能に連結され、少なくとも１つのリンクアームは、軸受けアセンブリーがシャフトに沿って移動するとき、シャフトの遠位端の自由な移動を可能にするためにシャフトと平行に配置される、請求項１のオートスロットルシステム。
7. モータは、ニ方向ステッピングモータである、請求項１のオートスロットルシステム。
8. コントローラは、触覚フィードバックを定められた状態下で使用者に提供するためにスロットルレバーを振らせるように構成されている、請求項１のオートスロットルシステム。
9. 定められた状態は、対気速度が対気速度値の定められた範囲の限界に近づいていることをコントローラによる決定を含む、請求項８のオートスロットルシステム。
10. コントローラは、モータの多作動コイルのすべてよりも少ないコイルに電気信号を選択的に付与することによって、又はモータコイルの選択された１つ又はそれ以上に電気信号を急速に循環させることによってスロットルレバーを振らせるように構成される、請求項８のオートスロットルシステム。
11. コントローラは、オートスロットルシステムがスロットルレバーの位置を制御するように作動された腕かに関係なく定められた状態下でスロットルレバーを振らせるように構成される、請求項８のオートスロットルシステム。
12. コントローラがスロットルレバーの制御端に手動力が加えられていなかったことを決定するとき、コントローラは、定められた状態を打ち消すようにスロットルレバーを移動させるように構成される、請求項８のオートスロットルシステム。
13. システムは、複数のエンジンを有する航空機に設置され、各エンジンのスロットルレバーは、別々に制御され、
    定められた状態は、エンジンによって生じさせた推力又はトルクの、互いに対する不均衡からなる、請求項８のオートスロットルシステム。
14. システムは、複数のエンジンを有する航空機に設置され、各エンジンのスロットルレバーは、別々に制御され、
    エンジン喪失の場合、残っているエンジンのパワー設定は、失速速度以上にとどまるように制御され、かつエンジンパワー閾値を超えないように制御され、エンジンパワー閾値は、少なくとも一部が、航空機の好ましくない回転を防止する航空機のラダーの作用によって補償することができる最大パワー不均衡に基づかれる、請求項１のオートスロットルシステム。
15. システムは、下記のエンジンパラメータの少なくとも１つをモニターするように、かつモニターされた少なくとも１つのエンジンパラメータが定められた最大値を超えないように構成され、エンジンパラメータは、温度、速度、圧力比、トルク、および馬力を含む、請求項１のオートスロットルシステム。
16. システムは、下記のエンジンパラメータの少なくとも１つをモニターするように、かつモニターされた少なくとも１つのエンジンパラメータについて限界条件の外側を防止するように構成され、パラメータは、最小対気速度、最大迎え角、正常および乱流状態下での最大対気速度を含む、請求項１のオートスロットルシステム。
17. システムは、作動されるとき、少なくとも一部が、航空機の総重量に基づいて計算された乱流侵入速度を達成するようにエンジンパワーを自動的に調整する乱流侵入モードを提供するように構成される、請求項１のオートスロットルシステム。
18. モータは直流モータである、請求項１のオートスロットルシステム。

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