JP2019023067A - 抗力モデルに基づいて航空機の対気速度を推定するためのシステム - Google Patents
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Abstract
Description
、等価対気速度
、衝撃圧
、較正済み対気速度
、及び真対気速度
を含む。対気速度パラメータは、航空機18の対気速度を絶えず計算するために使用される。
を推定する抗力サブモジュール50である。抗力ベースの動圧
は、航空機18が低速条件で運行するのでない限り、動圧
を決定するために使用される。対気速度システム10は、航空機18のフラップ28(図2)が引き込まれているとの決定に応じて、且つ対気速度パラメータ推定モジュール24から約0.4を上回る値を有する推定マッハ数MMDLを受け取ることに応じて、航空機18が高速条件で運行していると決定する。対気速度システム10は、航空機18のフラップが引き込まれていないとの決定に応じて、又は代替的に、対気速度パラメータ推定モジュール24から約0.4以下の値を有する推定マッハ数MMDLを受け取ることに応じて、航空機18が低速条件で運行していると決定する。
を決定する揚力サブモジュール52である。論理サブモジュール54は速度論理スイッチである。以下に説明し、図10に示すように、論理サブモジュール54は、入力として、抗力サブモジュール50によって決定される高速動圧
と、揚力サブモジュール52によって決定される動圧
とを受け取り、航空機18(図1)の運行条件に基づいて推定動圧Qbarを決定する。対気速度システム10が高速条件と低速条件との間で移行するとき、対気速度システム10の論理サブモジュール54は、ヒステリシスロジック及び移行平滑化アルゴリズム94を用いて推定動圧Qbarを決定する。ヒステリシスロジック及び移行平滑化アルゴリズム94については、以下に更に詳細に記載する。
、等価対気速度
、衝撃圧
、較正済み対気速度
、及び航空機の真対気速度
を決定する。図4に示すように、推定マッハ数
は、フィードバック入力として、動圧モジュール22のサブモジュール50、52に戻される。
の計算について説明する。図2は、高速運行条件の間に生成される、航空機18の安定軸抗力Dを示している。図2に示すように、前進安定軸XSは、航空機18の飛行方向をXBZB面上へ投射した方向に向かっている。換言すれば、前進安定軸XSは、航空機18の固定方向に関連付いていない。図2には、点線又は細線で安定軸抗力Dも示されており、これは前進安定軸XSとは反対方向に向かっている。
を決定する力計算ブロック64を含んでいる。図6は、抗力サブモジュール50の抗力モデル60の詳細なブロック図である。図5及び6の両方に示すように、抗力モデル60は、入力として、各々が航空機18の一運行条件を表す運行パラメータ20を受け取り、運行パラメータ20に基づいて、安定軸抗力係数CDを決定する。具体的には、抗力モデル60は、入力として、迎え角α、横滑り角β、操縦翼面位置、安定板面位置、フラップ位置、着陸装置位置、及び推定マッハ数
を(図4に示す対気速度パラメータ推定モジュール24から)受け取る。以下で更に詳細に説明するように、抗力モデル60は、入力に基づく安定軸抗力係数CDと、複数の成分CD1〜CD6とを決定する。安定軸抗力係数CDは、図2に示される航空機18の安定軸抗力Dを定量化し、この安定軸抗力係数CDが小さい程、抗力が小さいことが示される。
)である。図6に示すように、安定軸抗力係数CDは、方程式1:
(式中、Flapは、航空機18の翼16の後縁フラップ28(図2)の位置を示すフラップ位置を表し、Gearは、航空機18の着陸装置位置を表し、Spoilerは、航空機18のスポイラー8(図2)の様々な位置を表し、stabilizerは、航空機18の安定板面位置を表し、rudderは、航空機18の方向舵6(図2)の位置を表す)によって決定される。成分CD1〜CD6の各々は、対気速度システム10のメモリ34(図3)に保存されたそれぞれのルックアップテーブルに基づいて決定される。例えば、成分CD1は、迎え角α及び推定されたマッハ数
の特定の値を取ること、これら値をルックアップテーブルの一つに見つけること、次いで迎え角α及び推定されたマッハ数
の特定の値に基づいて成分CD1を決定することにより決定される。更に、成分CD4〜CD6の各々は、三次元ルックアップテーブルに基づいて決定される。代替的な一実施例では、成分CD1〜CD6は、多項式などの数学関数に基づいて決定される。
、迎え角α、及び横滑り角βを受け取る。加えて、推力モデル62は、入力として、機体軸XB(図2)に対するエンジン取り付け角の係数xFCT、及び軸ZB(図2)に対するエンジン取り付け角の係数zFCTも受け取る。エンジン取り付け角の両係数xFCT、zFCTは、幾何学的定数であり、航空機18のターボジェットエンジン(図示しない)の特定の設置法に基づく固定値である。
(式中、T1は、エンジン回転速度N1、静圧p、推定されたマッハ数
、及び総空気温度TTOTの表関数である)。
(式中、T2は、エンジン回転速度N1、静圧ps、推定されたマッハ数
、及び総空気温度TTOTの表関数である)によって決定される。
によって決定される。
を決定する。動圧
は、安定軸に沿った力NXSに基づいている。航空機18の安定軸に沿った力に基づいている。方程式6は、安定軸に沿った力NXSを決定し、方程式7は、高速条件で生成される動圧
を決定する。
の計算について説明する。図8は、航空機18が低速条件で運行するときの機体軸揚力モデルを示している。図8に示すように、航空機18の機体軸揚力Lは、軸ZBとは実質的に反対方向に生成される。機体軸揚力Lは、水平飛行の間の航空機18の重量に概ね対向する力を表す。軸ZBに沿った力は、航空機18の機体12に対して固定であることを理解されたい。従来、航空機の揚力ベクトルは、飛行の方向に直交する方向に沿って表現される。
に基づいて、機体軸揚力係数CLを決定する。安定軸抗力係数CDと同様に、機体軸揚力係数CLは、複数の成分CL1〜CL6に基づいて決定される。成分CL1〜CL6は、入力(迎え角α、横滑り角β、操縦翼面位置、安定板面位置、フラップ位置、着陸装置位置、及び推定されたマッハ数
)の表関数であり、機体軸揚力係数CLは、方程式8:
に基づいて決定される。
を決定する。動圧
は、機体軸ZBに沿った力に基づいている。方程式10は動圧
を:
のように決定する。
及び揚力サブモジュール52からの動圧
は、共に論理サブモジュール54によって受け取られる。以下に説明するように、論理サブモジュール54は、動圧
又は動圧
に基づいて動圧
を推定する。換言すれば、動圧
は、安定軸抗力係数CD又は機体軸揚力係数CLに基づいている。図10は、論理サブモジュール54を示している。図10に示すように、論理サブモジュール54は選択スイッチ90を含み、このスイッチは、動圧
又は動圧
を選択するために使用される。図10は論理サブモジュール54の一実施例を示しているにすぎないことを理解されたい。実際、論理サブモジュール54は、動圧
の供給源を選択するための様々な手法によって実装されてよい。例えば、別の実施形態では、マッハ数
及びフラップ位置の特定の移行範囲にわたる二つの供給源の値の加重平均に基づくブレンディング関数を使用してもよい。
、推定マッハ数
、翼16の後縁フラップ28(図2)の位置を示す信号、及び動圧
を受け取る。入力は選択ブロック92に送られる。選択ブロック92は、推定マッハ数
が約0.4より大きい値を有し、且つフラップ28が引き込み位置にあることに応じて真を示す論理信号を生成する。真の信号は、航空機18が高速条件で運行していることを示す。航空機18(図1)が高速条件で運行していることを示す論理信号に応じて、スイッチ90は、抗力サブモジュール50からの動圧
を推定動圧
として選択する。
が約0.4以下の値を有することに応じて、又はフラップ28が引き込まれていない(即ち、伸長されている)ことに応じて、偽を示す論理信号を生成する。偽の信号は、航空機18が低速条件で運行していることを示す。航空機18が低速条件で運行していることを示す論理信号に応じて、スイッチ90は、揚力力サブモジュール52からの動圧
を推定動圧
として選択する。
が0.4の閾値に近い場合に二つの供給源の間でトグリングが継続することを実質的に防止することができる。具体的には、推定マッハ数
が約0.02のマージンで約0.4未満の値から約0.4を上回る値へと上昇することに応じて、及びフラップ28(図2)が引き込まれていることに応じて、ヒステリシスロジックは、選択ブロック92によって生成される論理信号を偽から真へと変化させる。これに応じて、ヒステリシスロジックは、航空機18が低速条件から高速条件へと切り替わっていると判断する。ヒステリシスロジックは、マッハ数の値が約0.4未満の値から実質的に0.4を上回る値へと変化することを決定するために使用され、これによりトグリングが継続することが実質的に防止される。同様に、推定マッハ数
が約0.02のマージンで約0.4以下の値へと実質的に低下することに応じて、ヒステリシスロジックは、選択ブロック92によって生成される論理信号を真から偽へと変化させる。これに応じて、ヒステリシスロジックは、航空機18が高速条件から低速条件へと切り替わっていると判断する。
が一方の供給源から他方に切り替わる際にスムーズな移行を提供する。具体的には、推定動圧
の値は、移行平滑化アルゴリズム94に基づいて動圧
と動圧
との間で切り替わり、ここで移行平滑化アルゴリズム94は、一定の時間をかけて推定動圧
の値を徐々に変化させる。動圧の値
、
間の移行にかかる一定の時間は約七秒である。移行平滑化アルゴリズム94は、トランジェントフリースイッチを含むがこれに限定されない任意の数の異なる手法に基づいていてよい。
は、次いで対気速度パラメータ推定モジュール24に送られる。次いで、対気速度パラメータ推定モジュール24は、航空機18の推定マッハ数
、等価対気速度
、衝撃圧
、較正済み対気速度
、及び真対気速度
を含む対気速度パラメータを決定する。対気速度パラメータは、航空機18の対気速度を絶えず計算するために使用される。真対気速度
は、自由気流に対する航空機18の速度を表し、等価対気速度
は、局所空気密度によって補正された真対気速度である。較正済み対気速度
は、衝撃圧
に基づいて算出される。推定マッハ数
は方程式11に、等価対気速度
は方程式12に、衝撃圧
は方程式13にそれぞれ基づいて決定され、較正済み対気速度
は方程式14に基づいており、真対気速度
は方程式15に基づいている。
(上式中、等価対気速度
、較正済み対気速度
及び真対気速度
はすべてノットで測定され、動圧
及び衝撃圧
は、共に1平方フット当たりポンドであり、p0は海面高度における基準日気圧を表し、総空気温度TTOTはケルビンで表現される)。
条項1.
航空機(18)の対気速度を絶えず計算するための複数の対気速度パラメータを推定するためのシステム(10)であって、
一又は複数のプロセッサ(32)、及び
一又は複数のプロセッサ(32)に連結されたメモリ(34)であって、データベース(44)と、一又は複数のプロセッサ(32)によって実行されると、システム(10)に:
各々が航空機(18)の一運行条件を表す複数の運行パラメータ(20)を受け取らせ、
複数の運行パラメータ(20)に基づいて、高速条件の間に生成される航空機(18)の安定軸抗力を定量化する安定軸抗力係数(CD)を決定させ、
複数の運行パラメータ(20)に基づいて、低速条件の間に垂直機体軸に沿って生成される航空機(18)の揚力に対応する機体軸揚力係数(CL)を決定させ、
安定軸抗力係数(CD)及び機体軸揚力係数(CL)の一方に基づいて動圧(Qbar)を推定させ、
動圧(Qbar)に基づいて複数の対気速度パラメータを推定させる
プログラムコードとを含むデータを記憶するメモリ(34)
を備えるシステム(10)。
条項2.
航空機(18)の複数のフラップ(28)が引き込まれているとの決定に基づいて、且つ約0.4を上回る値を有する推定マッハ数
を受け取ることに応じて、航空機(18)が高速条件で運行していると決定する、条項1のシステム(10)。
条項3.
航空機(18)の複数のフラップ(28)が引き込まれていないとの決定に基づいて、又は約0.4以下の値を有する推定マッハ数
を受け取ることに応じて、航空機(18)が低速条件で運行していると決定する、条項1のシステム(10)。
条項4.
更に、
推定マッハ数
が約0.02のマージンで約0.4未満の値から約0.4を上回る値へと上昇することに応じて、且つ複数のフラップ(28)が引き込まれていることに応じて、ヒステリシスロジックが、航空機(18)が低速条件から高速条件へと切り替わっていると決定し、
推定マッハ数
が約0.02のマージンで約0.4以下の値へと低下していることに応じて、ヒステリシスロジックが、航空機(18)が高速条件から低速条件へと切り替わっていると決定する、
条項1のシステム(10)。
条項5.
推定動圧
の値を、移行平滑化アルゴリズム(94)に基づいて動圧
と動圧
との間で切り替える、条項1のシステムであって、移行平滑化アルゴリズム(94)が、一定の時間をかけて推定動圧
の値を徐々に変化させる、システム(10)。
条項6.
対気速度パラメータが、航空機(18)の、推定マッハ数
、等価対気速度
、衝撃圧
、較正済み対気速度
、及び真対気速度
を含む、条項1のシステム(10)。
条項7.
複数の運行パラメータ(20)が、迎え角(α)、横滑り角(β)、複数のスポイラー位置及び一つの方向舵位置を含む複数の操縦翼面位置、安定板面位置、フラップ位置、着陸装置位置、並びに推定マッハ数
を含む、条項1のシステム(10)。
条項8.
安定軸抗力係数(CD)が:
(式中、Flapは、翼(16)の後縁フラップ(28)の位置を示すフラップ位置を表し、Gearは着陸装置位置を表し、Spoilerは複数のスポイラー位置を表し、stabilizerは安定板面位置を表し、rudderは方向舵位置を表し、成分CD1〜CD6の各々は、メモリ(34)に保存されたそれぞれのルックアップテーブルに基づいて決定される)のように決定される、条項7のシステム(10)。
条項9.
航空機(18)の抗力モデルに基づいて高速動圧
を推定する条項1のシステム(10)であって、航空機(18)が低速条件で運行しているのでない限り、動圧
を決定するために高速動圧
が使用される、システム(10)。
条項10.
高速動圧
が前進安定軸推力成分TXSに基づいて決定され、前進安定軸推力成分(TXS)が、ターボジェットエンジンの総エンジン推力からターボジェットエンジンのラム抗力を減算することにより決定される、条項9のシステム(10)。
条項11.
航空機(18)の対気速度を絶えず計算するための複数の対気速度パラメータを推定する方法であって、
コンピュータ(30)により、各々が前記航空機(18)の一運行条件を表す複数の運行パラメータ(20)を受け取ること、
コンピュータ(30)により、高速条件の間に生成される航空機(18)の安定軸抗力を定量化する安定軸抗力係数(CD)を、複数の運行パラメータ(20)に基づいて決定すること、
低速条件の間に垂直機体軸に沿って生成される航空機(18)の揚力に対応する機体軸揚力係数(CL)を、複数の運行パラメータ(20)に基づいて決定すること、
安定軸抗力係数(CD)及び機体軸揚力係数(CL)の一方に基づいて動圧
を推定すること、並びに
動圧
に基づいて複数の対気速度パラメータを推定すること
を含む方法。
条項12.
航空機(18)の複数のフラップ(28)が引き込まれているとの決定に基づいて、且つ約0.4を上回る値を有する推定マッハ数
を受け取ることに応じて、航空機(18)が高速条件で運行していると決定することを含む、条項11の方法。
条項13.
航空機(18)の複数のフラップ(18)が引き込まれているとの決定に基づいて、又は約0.4以下の値を有する推定マッハ数
を受け取ることに応じて、航空機(18)が低速条件で運行していると決定することを含む、条項11の方法。
条項14.
推定マッハ数
が約0.02のマージンで約0.4未満の値から約0.4を上回る値へと上昇することに応じて、且つ複数のフラップ(28)が引き込まれていることに応じて、ヒステリシスロジックにより、航空機(18)が低速条件から高速条件へと切り替わっていると決定すること、及び
推定マッハ数
が約0.02のマージンで約0.4以下の値へと低下していることに応じて、ヒステリシスロジックにより、航空機(18)が高速条件から低速条件へと切り替わっていると決定すること
を含む、条項11の方法。
条項15.
推定動圧
の値を、移行平滑化アルゴリズム(94)に基づいて動圧
と動圧
との間で切り替えることを含み、移行平滑化アルゴリズム(94)が、一定の時間をかけて推定動圧
の値を徐々に変化させる、条項11の方法。
条項16.
対気速度パラメータが、航空機(18)の、推定マッハ数
、等価対気速度
、衝撃圧
、較正済み対気速度
、及び真対気速度
を含む、条項11の方法。
条項17.
複数の運行パラメータ(20)が、迎え角(α)、横滑り角(β)、スポイラー位置及び方向舵位置を含む複数の操縦翼面位置、安定板面位置、複数のフラップ位置、着陸装置位置、並びに推定マッハ数
を含む、条項11の方法。
条項18.
安定軸抗力係数(CD)を、
(式中、Flapは、翼(16)の後縁フラップ(28)の位置を示すフラップ位置を表し、Gearは着陸装置位置を表し、Spoilerは複数のスポイラー位置を表し、stabilizerは安定板面位置を表し、rudderは方向舵位置を表し、成分CD1〜CD6の各々は、コンピュータ(30)のメモリ(34)に保存されたそれぞれのルックアップテーブルに基づいて決定される)により決定することを含む、条項17の方法。
条項19.
航空機(18)の抗力モデルに基づいて高速動圧
を推定することを含み、航空機(18)が低速条件で運行しているのでない限り、動圧
を決定するために高速動圧
が使用される、条項11の方法。
条項20.
前進安定軸推力成分(TXS)に基づいて高速動圧
を決定することを含み、前進安定軸推力成分(TXS)が、航空機(18)のターボジェットエンジンの総エンジン推力からラム抗力を減算することにより決定される、条項19の方法。
Claims (15)
- 航空機(18)の対気速度を絶えず計算するための複数の対気速度パラメータを推定するためのシステム(10)であって、
一又は複数のプロセッサ(32)と、
前記一又は複数のプロセッサ(32)に連結されたメモリ(34)であって、データベース(44)と、前記一又は複数のプロセッサ(32)によって実行されると、前記システム(10)に:
各々が前記航空機(18)の一運行条件を表す複数の運行パラメータ(20)を受け取らせ、
高速条件の間に生成される前記航空機(18)の安定軸抗力を定量化する安定軸抗力係数(CD)を、前記複数の運行パラメータ(20)に基づいて決定させ、
低速条件の間に垂直機体軸に沿って生成される前記航空機(18)の揚力に対応する機体軸揚力係数(CL)を、前記複数の運行パラメータ(20)に基づいて決定させ、
前記安定軸抗力係数(CD)及び前記機体軸揚力係数(CL)の一方に基づいて動圧
を推定させ、且つ
前記動圧
に基づいて前記複数の対気速度パラメータを推定させる、
プログラムコードとを含むデータを記憶する前記メモリ(34)
を備えるシステム(10)。 - 航空機(18)の対気速度を絶えず計算するための複数の対気速度パラメータを推定する方法であって、
コンピュータ(30)により、各々が前記航空機(18)の一運行条件を表す複数の運行パラメータ(20)を受け取ること、
コンピュータ(30)により、高速条件の間に生成される前記航空機(18)の安定軸抗力を定量化する安定軸抗力係数(CD)を、前記複数の運行パラメータ(20)に基づいて決定すること、
低速条件の間に垂直機体軸に沿って生成される前記航空機(18)の揚力に対応する機体軸揚力係数(CL)を、前記複数の運行パラメータ(20)に基づいて決定すること、
前記安定軸抗力係数(CD)及び前記機体軸揚力係数(CL)の一方に基づいて動圧
を推定すること、並びに
前記動圧
に基づいて前記複数の対気速度パラメータを推定すること
を含む方法。 - 前記複数の運行パラメータ(20)が、迎え角(α)、横滑り角(β)、スポイラー位置及び方向舵位置を含む複数の操縦翼面位置、安定板面位置、複数のフラップ位置、着陸装置位置、並びに推定マッハ数
を含み、
前記方法は、前記安定軸抗力係数(CD)を、
(式中、Flapは、翼(16)の後縁フラップ(28)の位置を示す前記フラップ位置を表し、Gearは前記着陸装置位置を表し、Spoilerは前記複数のスポイラー位置を表し、Stabilizerは前記安定板面位置を表し、rudderは前記方向舵位置を表し、成分CD1〜CD6の各々は、コンピュータ(30)のメモリ(34)に保存されたそれぞれのルックアップテーブルに基づいて決定される)により決定することを含む、請求項11から14のいずれか一項に記載の方法。
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