JP2022099063A - 航空機用推進システム - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率を向上させることができる。【解決手段】航空機用推進システムは、航空機の飛行状態が複数のエンジンが稼働して航空機が離陸した後の第１状態である場合、複数のエンジンのうち少なくとも１つのエンジンを停止させ、停止させていない他のエンジンを他のエンジンが効率的に稼働することができる稼働範囲で稼働させて他のエンジンに対応する発電機に電力を出力させる。【選択図】図１

Description

本発明は、航空機用推進システムに関する。

従来、航空機本体に複数のエンジンが取り付けられ、エンジンに発電機が接続された航空機用推進システムが知られている（例えば引用文献１、２参照）。この航空機用推進システムは、発電機に供給される電力および／または蓄電池に供給される電力を電動機に供給し、電動機が複数のロータを駆動させる。更に、航空機用推進システムは、飛行状況に応じて発電機が供給する電力と蓄電池が供給する電力との分担を規定する。

米国特許第８７２７２７１号明細書 米国特許第９４９３２４５号明細書

しかしながら、上記の航空機用推進システムにおいて、発電効率の向上については十分に検討されていなかった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、発電効率を向上させることができる航空機用推進システムを提供することを目的の一つとする。

この発明に係る航空機用推進システムは、以下の構成を採用した。
（１）：航空機用推進システムは、航空機の機体に取り付けられる複数のエンジンと、
前記エンジンのエンジン軸に接続された発電機と、前記発電機により発電された電力を蓄電する蓄電池と、前記発電機または前記蓄電池により供給される電力により駆動される複数の電動機と、前記航空機の機体に取り付けられ、且つ前記電動機により出力される駆動力により駆動される複数のロータと、前記複数のエンジンの稼働状態を制御する制御部と、を備える航空機用推進システムであって、前記制御部は、前記航空機の飛行状態が前記複数のエンジンが稼働して前記航空機が離陸した後の第１状態である場合、前記複数のエンジンのうち少なくとも１つのエンジンを停止させ、停止させていない他のエンジンを前記他のエンジンが効率的に稼働することができる稼働範囲で稼働させて前記他のエンジンに対応する前記発電機に電力を出力させる。

（２）：上記（１）の態様において、前記第１状態とは、前記航空機が所定の高度に到達した後に水平方向を含む方向に移動している状態である。

（３）：上記（１）または（２）の態様において、前記制御部は、前記航空機の飛行状態が第１状態とは異なる第２状態である場合、前記複数のエンジンを稼働させて、前記航空機を制御する。

（４）：上記（１）から（３）のいずれかの態様において、前記第１状態で要求される要求電力は、前記他のエンジンが前記稼働範囲で稼働して前記他のエンジンに対応する前記発電機が出力可能な電力以下の電力である。

（５）：上記（１）から（３）のいずれかの態様において、前記他のエンジンに対応する前記発電機が出力する電力が前記第１状態で要求される要求電力を超える場合、前記要求電力を超えた電力は前記蓄電池が蓄電することで、前記蓄電池の電力量は上昇し、前記他のエンジンに対応する前記発電機が出力する電力が前記要求電力未満である場合、前記蓄電池が前記要求電力と前記発電機が出力する電力との差分の電力を、予め蓄電していた電力で補って、前記電動機に前記要求電力を供給することで、前記蓄電池の電力量が下降する。

（６）：上記（５）の態様において、前記蓄電池に蓄電された電力量を検出する検出部を更に備え、前記制御部は、前記他のエンジンに対応する前記発電機が出力する電力が前記要求電力未満である場合に、前記発電機が発電した電力と前記蓄電池に蓄電された電力とに基づいて前記電動機を稼働させ、その後、前記検出部の結果に基づいて、前記蓄電池に蓄電された電力量が第１閾値以下であると判定した場合、停止させた前記エンジンを再始動させて、予め設定された前記エンジンが効率的に稼働することができる稼働範囲で、前記エンジンを稼働させて、前記エンジンに対応する前記発電機により生成された電力を前記蓄電池に供給する。

（７）：上記（５）の態様において、前記蓄電池に蓄電された電力量を検出する検出部を更に備え、前記制御部は、前記他のエンジンに対応する前記発電機が出力する電力が前記要求電力を超える場合、前記要求電力を超える電力を前記蓄電池に蓄電させ、その後、前記検出部の結果に基づいて、前記蓄電池に蓄電された電力量が第２閾値を超えると判定した場合、前記他のエンジンの稼働を停止させる。

（８）：航空機用推進システムは、航空機の機体に取り付けられるエンジンと、前記エンジンのエンジン軸に接続された発電機と、前記発電機により発電された電力を蓄電する蓄電池と、前記発電機または前記蓄電池により供給される電力により駆動される複数の電動機と、前記航空機の機体に取り付けられ、且つ前記電動機により出力される駆動力により駆動される複数のロータと、前記エンジンの稼働状態を制御する制御部と、を備える航空機用推進システムであって、前記制御部は、前記航空機の飛行状態が、前記エンジンが稼働して前記航空機が離陸した後の第１状態である場合、予め設定された前記エンジンが効率的に稼働することができる稼働範囲で前記エンジンを稼働させて前記エンジンの稼働によって生成される電力で前記電動機を稼働させ、前記電力のうち前記電動機の稼働に用いられない余剰電力を前記蓄電池に蓄電させ、その後、前記蓄電池に蓄電された電力が第３閾値に到達した場合、稼働している前記エンジンを停止させる。

（９）：上記（８）の態様において、前記制御部は、前記蓄電池に蓄電された電力が第３閾値に到達した場合、稼働している前記エンジンを停止させた後、前記蓄電池に蓄電された電力が第４閾値以下に到達した場合、前記エンジンを再始動させ、前記蓄電池の電力が第５閾値に到達するまで前記稼働範囲で前記エンジンを稼働させる。第５閾値は、第３閾値と同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。

（１）～（５）によれば、航空機推進システムは、航空機の飛行状態が複数のエンジンが稼働して航空機が離陸した後の第１状態である場合、複数のエンジンのうち少なくとも１つのエンジンを停止させ、停止させていない他のエンジンを他のエンジンが効率的に稼働することができる稼働範囲で稼働させて他のエンジンに対応する発電機に電力を出力させることにより、発電効率を向上させることができる。

（６）または（７）によれば、航空機推進システムは、蓄電池に蓄電された電力量に応じて、エンジンの稼働を制御することにより、蓄電池に蓄電される電力の状態をより適切な状態にすることができる。

（８）または（９）によれば、航空機推進システムは、エンジンの稼働によって生成される電力で電動機を稼働させ、電力のうち電動機の稼働に用いられない余剰電力を蓄電池に蓄電させ、その後、蓄電池に蓄電された電力が第３閾値に到達した場合、稼働しているエンジンを停止させることにより、発電効率を向上させることができる。

航空機用推進システムが搭載された飛行体１を概略的に示す図である。 飛行体１の機能構成の一例を示す図である。 ＧＴ６０の効率稼働範囲について説明するための図である。 飛行体１の飛行状態について説明するための図である。 制御装置１００により実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。 制御装置１００により実行される処理の流れの他の一例を示すフローチャートである。 飛行体１が離陸後かつ着陸前に実行される処理の流れの一例を示すフローチャート（その１）である。 飛行体１が離陸後かつ着陸前に実行される処理の流れの一例を示すフローチャート（その２）である。 飛行体１が離陸してから着陸するまでのＧＴ６０の稼働状態と要求される出力の変化との一例を示す図である。 固定翼を有する飛行体の飛行状態で必要なパワーと、回転翼を有する飛行体の飛行状態のパワーとを比較するための図である。 第２実施形態の制御装置１００により実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第２実施形態の制御装置１００により実行される処理の流れの他の一例を示すフローチャートである。 飛行体１が離陸してから着陸するまでのＧＴ６０の稼働状態と電力の変化との一例を示す図である。

以下、図面を参照し、本発明の航空機用推進システムの実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
［全体構成］
図１は、航空機用推進システムが搭載された飛行体１を概略的に示す図である。飛行体１は、例えば、機体１０と、複数のロータ１２Ａ～１２Ｄと、複数の電動機１４Ａ～１４Ｄと、アーム１６Ａ～１６Ｄとを備える。以下、複数のロータ１２Ａ～１２Ｄを互いに区別しない場合は、ロータ１２と称し、複数の電動機１４Ａ～１４Ｄを互いに区別しない場合は、電動機１４と称する。飛行体１は、有人飛行体であってもよいし、無人飛行体であってもよい。飛行体１は、図示するマルチコプターに限らず、ヘリコプターや、回転翼と固定翼の両方を備えたコンパウンド型飛行体であってもよい。

ロータ１２Ａは、アーム１６Ａを介して機体１０に取り付けられている。ロータ１２Ａの基部（回転軸）には、電動機１４Ａが取り付けられている。電動機１４Ａは、ロータ１２Ａを駆動させる。電動機１４Ａは、例えばブラシレスＤＣモータである。ロータ１２Ａは、飛行体１が水平姿勢である場合に、重力方向と平行な軸線周りに回転するブレードの固定翼である。ロータ１２Ｂ～１２Ｄ、アーム１６Ｂ～１６Ｄ、および電動機１４Ｂ～１４Ｄについても、上記と同様の機能構成を有するため説明を省略する。

制御信号に応じてロータ１２が回転することで、飛行体１は、所望の飛行状態で飛行する。制御信号は、操作者の操作または自動操縦における指示に基づく飛行体１を制御するための信号である。例えば、ロータ１２Ａとロータ１２Ｄとが第１方向（例えば時計方向）に回転し、ロータ１２Ｂとロータ１２Ｃとが第２方向（例えば反時計方向）に回転することで飛行体１が飛行する。また、上記のロータ１２の他に、不図示の姿勢保持用あるいは水平推進用の補助ロータ等が設けられてもよい。

図２は、飛行体１の機能構成の一例を示す図である。飛行体１は、例えば、図１に示す構成に加え、例えば、第１制御回路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄと、蓄電池ユニット３０と、第２制御回路４０－１、４０－２と、発電機５０－１、５０－２と、ガスタービンエンジン（以下「ＧＴ」と称する）６０－１、６０－２とを備える。符号およびハイフンの後の数字「１」が付与された構成は、ロータ１２Ａ、ロータ１２Ｄ、電動機１４Ａ、電動機１４Ｄ、第１制御回路２０Ａ、および第１制御回路２０Ｄに対応する第１構成であり、符号およびハイフンの後の数字「２」が付与された構成は、ロータ１２Ｂ、ロータ１２Ｃ、電動機１４Ｂ、電動機１４Ｃ、第１制御回路２０Ｂ、および第１制御回路２０Ｃに対応する第２構成である。以下、代表して、第１構成について説明し、第２構成は第１構成と同様の構成であるため、説明を省略する。

第１制御回路２０Ａは、インバータなどの駆動回路を含むＰＤＵ（Power Drive Unit）である。第１制御回路２０Ａは、蓄電池ユニット３０により供給された電力をスイッチング等により変換した電力を、電動機１４Ａに供給する。第１制御回路２０Ｄは、第１制御回路２０Ａと同様にＰＤＵであり、蓄電池ユニット３０により供給された電力を電動機１４Ｄに供給する。電動機１４Ａはロータ１２Ａを駆動させ、電動機１４Ｄはロータ１２Ｄを駆動させる。

蓄電池ユニット３０は、例えば、蓄電池３２と、ＢＭＵ（Battery Management Unit）３４と、検出部３６とを備える。蓄電池３２は、例えば、複数の電池セルを直列、並列、または直並列に接続した組電池である。蓄電池３２を構成する電池セルは、例えば、リチウムイオン電池（Lithium-Ion Battery：ＬＩＢ）や、ニッケル水素電池など充電と放電とを繰り返すことができる二次電池である。

ＢＭＵ３４は、セルバランシング、蓄電池３２の異常検出、蓄電池３２のセル温度の導出、蓄電池３２の充放電電流の導出、蓄電池３２のＳＯＣの推定などを行う。検出部３６は、蓄電池３２の充電状態を測定するための電圧センサ、電流センサ、温度センサなどである。検出部３６は、測定された電圧、電流、温度などの測定結果をＢＭＵ３４に出力する。

飛行体１は、複数の蓄電池ユニット３０を備えてもよい。例えば、第１構成および第２構成のそれぞれに対応する蓄電池ユニット３０が設けられてもよい。なお、本実施形態では、発電機５０により生成された電力は蓄電池３２に供給されるものとしたが、蓄電池３２を介さずに（または蓄電池３２を介すか選択的に）第１制御回路２０および電動機１４に供給されてもよい。

第２制御回路４０－１は、コンバータなどを含むＰＣＵ（Power Conditioning Unit）である。第２制御回路４０－１は、発電機５０－１により発電された交流電力を直流電力に変換し、変換した電力を蓄電池３２および／または第１制御回路２０に供給する。

発電機５０－１は、ＧＴ６０－１の出力軸に接続されている。発電機５０－１は、ＧＴ６０－１が稼働することで駆動され、この駆動によって交流電力を生成する。発電機５０－１は、減速機構を介してＧＴ６０－１の出力軸に接続されていてもよい。発電機５０－１は、モータとして機能し、ＧＴ６０－１へ燃料の供給が停止されているとき、ＧＴ６０－１を回転（空転）させて、稼働可能な状態にする。その際、第２制御回路４０－１が蓄電池３２側から電力を持ち出して発電機５０－１をモータリングする。上記の機能構成に代えて、ＧＴ６０－１の出力軸には、スタータモータが接続され、スタータモータが、ＧＴ６０－１を稼働可能な状態にしてもよい。

ＧＴ６０－１は、例えば、ターボシャフト・エンジンである。ＧＴ６０－１は、例えば、不図示の吸気口や、圧縮機、燃焼室、タービンなどを備える。圧縮機は、吸気口から吸入される吸入空気を圧縮する。燃焼室は、圧縮機の下流に配置され、圧縮された空気と燃料とを混合した気体を燃焼させ、燃焼ガスを生成する。タービンは、圧縮機に接続され、燃焼ガスの力で圧縮機と一体回転する。タービンの出力軸が、上記の回転により回転することで、タービンの出力軸に接続された発電機５０が稼働する。

制御装置１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。制御装置１００の機能のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予め制御装置１００のＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体（非一過性の記憶媒体）がドライブ装置に装着されることで制御装置１００のＨＤＤやフラッシュメモリにインストールされてもよい。

各種センサ１２０は、例えば、回転数センサや、複数の温度センサ、複数の圧力センサ、潤滑油センサ、高度センサ、ジャイロセンサなどを含む。回転数センサは、タービンの回転数を検出する。温度センサは、ＧＴ６０の吸気口付近の温度や、燃焼室の下流付近の温度を検出する。潤滑油センサは、ＧＴ６０の軸受などに供給される潤滑油の温度を検出する。圧力センサは、制御装置１００を収容する容器の内部の圧力や、ＧＴ６０の吸気口付近の圧力を検出する。高度センサは、飛行体１の高度を検出する。ジャイロセンサは、機体１０の姿勢を検知する。

制御装置１００は、上述した電動機１４や、第１制御回路２０、蓄電池ユニット３０、第２制御回路４０、発電機５０、ＧＴ６０などを、これらの稼働状態または各種センサ１２０から取得した情報に基づいて制御する。例えば、制御装置１００は、上述した各機能構成を制御して、飛行体１を離陸または着陸させたり、所定の飛行状態で飛行体１を飛行させたりする。

制御装置１００は、飛行情報に基づいて飛行体１を制御する。飛行情報とは、例えば、各種センサ１２０の検出結果から得られた情報や、制御信号に応じた飛行体１の飛行状態である。制御装置１００は、飛行体１の飛行状態が複数のＧＴ６０が稼働して飛行体１が離陸した後の第１状態である場合、複数のＧＴ６０のうち少なくとも１つのＧＴ６０を停止させ、停止させていない他のＧＴ６０を他のＧＴ６０が効率的に稼働することができる効率稼働範囲（詳細は後述する）で稼働させて他のＧＴ６０に対応する発電機５０に電力を出力させる。制御装置１００は、飛行体１の飛行状態が第１状態とは異なる第２状態である場合、複数のＧＴ６０を稼働させて、飛行体１を制御する。

［効率稼働範囲に関する説明］
図３は、ＧＴ６０の効率稼働範囲について説明するための図である。図３は、第１推移線と第２推移線とを示している。図３の横軸はＧＴ６０の出力（運転パワー）［％］を示している。第１推移線は出力ごとの燃料消費量を示している。第１推移線について、縦軸（図中の左側の第１縦軸）は１時間連続運転した時に消費される燃料消費［ｋｇ／ｈ］である。第１推移線は、燃料消費の点(例えば、図中の任意の△印の点)と原点を結ぶ直線の傾きが大きいほど効率が低いことを示し、燃料消費の点(例えば、図中の任意の△印の点)と原点を結ぶ直線の傾きが小さいほど効率が高いことを示している。なお、図示は省略するが、第１推移線の出力がゼロのとき、効率はオフセットされゼロ以上の値となる。

第２推移線は、出力ごとのＳＦＣ（Specific Fuel Consumption）を示している。第２推移線について、縦軸（図中の右側の第２縦軸）は燃料消費率［ｋｇ／ｋｗｈ］を示している。ＳＦＣは、ＧＴ６０が１時間連続運転したときに消費される燃料消費を出力で除算した値を示し、値が小さいほど効率が高いことを示している。ＧＴ６０の定格最大電力を１００％として図示している。

第１推移線および第２推移線が示すように、ＧＴ６０の出力が低下するほど、ＧＴ６０の稼働効率が低下する。最も効率が高い最高効率点は、例えば、ＧＴ６０の出力が９５％から１００％の間である。制御装置１００は、最高効率点に基づいて設定された効率稼働範囲内でＧＴ６０を稼働させることにより、発電効率を向上させることができる。図３に示す範囲Ｒは、効率稼働範囲の一例である。効率稼働範囲は、例えば、出力が６０％前後を始点として、９５％から１００％程度の値を終点とした範囲である。

最高効率点または効率稼働範囲は、飛行体１の高度とＧＴ６０の温度ごとに設定される。この情報は、制御装置１００の記憶装置に記憶されている。制御装置１００は、記憶装置に記憶された情報を参照して、高度と温度とに応じた効率稼働範囲を特定する。

図４は、飛行体１の飛行状態について説明するための図である。図４に示すように、飛行体１は、（１）タキシングを行い、（２）離陸、ホバー（ホバリング）し、（３）上昇および加速して、（４）巡航する。そして、飛行体１は、（５）下降および減速して、（６）ホバー、着陸して、（７）タキシング、給油、駐機する。飛行体１が所定の高度に到達した後に水平方向を含む方向に移動している状態は、第１状態である。第１状態とは、例えば、図４に示す飛行体１が巡航している状態、或いは図４に示す飛行体１が、上昇および加速、巡航、および下降および減速している状態（３）－（５）である。以下の説明では、第１状態とは、飛行体１が、上昇および加速、巡航、および下降および減速している状態であるものとする。例えば、飛行体１が離陸する動作または着陸する動作を行っている状態、およびタキシング、給油、駐機している状態（１）、（２）、（６）、（７）は、第２状態である。

上記の飛行状態のうち、例えば、飛行体１が、離陸、ホバー、着陸している状態している場合、制御装置１００は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２を効率稼働範囲内で稼働させる。ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２が効率稼働範囲内で稼働することで出力する電力は、飛行体１が、離陸、ホバー、または着陸している状態の要求電力以上または要求電力に近い電力である。

上記の飛行状態のうち、例えば、飛行体１が、上昇および加速、巡航、または下降および減速している場合（第１状態である場合）、制御装置１００は、ＧＴ６０－１を効率稼働範囲内で稼働させて、ＧＴ６０－２の稼働を停止させる。ＧＴ６０－１が効率稼働範囲内で稼働することで出力する電力は、飛行体１が、上昇および加速、巡航、または下降および減速している状態の要求電力以上の電力またはこれに近い電力である。ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２は、例えば、上記の条件を満たすような仕様である。

要求電力とは、飛行体１が制御信号に応じた飛行状態に移行するため、または飛行状態を維持するために必要な電力である。制御装置１００は、要求電力を電動機１４に提供し、電動機１４が要求電力に基づいてロータ１２を駆動させることで、制御信号に応じた飛行状態に飛行体１を制御する。第１状態で要求される要求電力は、例えば、停止していない他のＧＴ６０が効率稼働範囲で稼働して他のＧＴ６０に対応する発電機５０が出力可能な電力以下の電力である。また、第１状態で要求される要求電力は、上記の他のＧＴ６０が出力可能な電力を超える電力であるが、蓄電池３２が供給可能な電力以下の電力であってもよい。換言すると、リアルタイムで発電される電力では不足するが蓄電池３２に予め蓄電された電力から電力が補填されることで要求電力以上の電力が電動機１４に供給される。また、第１状態で要求される要求電力は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２の稼働が停止し、蓄電池３２に電力が供給されていない場合、蓄電池３２から供給可能である。

［フローチャート（離陸時の処理）］
図５は、制御装置１００により実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。図４は、離陸時に実行される処理の流れの一例である。まず、制御装置１００が、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２を稼働させる（ステップＳ１００）。次に、制御装置１００は、飛行体１が離陸したか否か（離陸した状態であるか否か）を判定する（ステップＳ１０２）。飛行体１が離陸していない場合、ステップＳ１００に戻り、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２を稼働させた状態を維持する。

飛行体１が離陸した場合、制御装置１００は、飛行体１が第１状態であるか否を判定する（ステップＳ１０４）。第１状態は、例えば、ＧＴ６０－１が効率稼働範囲内で稼働することで、離陸後の飛行体１の要求電力以上の電力を供給することができる状態であってもよい。

飛行体１が第１状態である場合、制御装置１００は、ＧＴ６０－１の出力の調整を行うか否かを決定する（ステップＳ１０６）。調整とは、制御装置１００がＧＴ６０－１を効率稼働範囲内で稼働させることである。例えば、制御装置１００は、ＧＴ６０－１が効率稼働範囲内で稼働している場合、ＧＴ６０－１の出力の調整が必要ないと判定し、ＧＴ６０－１が効率稼働範囲内で稼働していない場合、ＧＴ６０－１の出力の調整が必要であると判定する。

ＧＴ６０－１の調整を行わないと決定した場合、制御装置１００は、ＧＴ６０－２を停止させる（ステップＳ１０８）。ＧＴ６０－１の調整を行うと決定した場合、制御装置１００は、ＧＴ６０－１の出力を調整し（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０６の処理に戻る。これにより、本フローチャートの処理が終了する。なお、Ｓ１０８の処理は、ステップＳ１０６の処理の前に実行されてもよい。

上記のように、制御装置１００は、飛行体１が離陸後に、第１状態である場合、ＧＴ６０－２を停止させ、更にＧＴ６０－１を効率稼働範囲内で稼働させることにより、効率的な発電を行うことができるため、発電効率を向上させることができる。

［フローチャート（着陸時の処理）］
図６は、制御装置１００により実行される処理の流れの他の一例を示すフローチャートである。図６は、着陸時に実行される処理の流れの一例である。まず、制御装置１００は、飛行体１が第１状態であるか否かを判定する（ステップＳ２００）。飛行体１が第１状態である場合、制御装置１００が、飛行体１が着陸する予定であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。例えば、制御装置１００は、着陸予定であることを示す制御信号を取得した場合、飛行体１が着陸する予定であると判定する。

飛行体１が着陸する予定である場合、制御装置１００は、ＧＴ６０－２が稼働しているか否かを判定する（ステップＳ２０４）。ＧＴ６０－２が稼働していない場合、制御装置１００は、ＧＴ６０－２を稼働させる（ステップＳ２０６）。

ＧＴ６０－２が稼働している場合、またはステップＳ２０６の処理後、制御装置１００は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２の出力の調整を行うか否かを決定する（ステップＳ２０８）。例えば、制御装置１００は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２が効率稼働範囲内で稼働している場合、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２の出力の調整が必要ないと判定し、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２が効率稼働範囲内で稼働していない場合、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２の出力の調整が必要であると判定する。

ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２の調整を行うと決定した場合、制御装置１００は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２の調整を行う（ステップＳ２１０）。調整とは、制御装置１００が、ＧＴ６０－１またはＧＴ６０－２を効率稼働範囲内で稼働させることである。この調整によって、飛行に必要な要求電力と、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２が生成する電力に差異が生じた場合、蓄電池３２が差異に係る電力を吸収してもよい。その後、飛行体１は着陸を行う。これにより本フローチャートの処理が終了する。

上記のように、制御装置１００は、飛行体１が着陸する場合、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２を効率稼働範囲内で稼働させて、飛行体１を着陸させることにより、発電効率を向上させると共に、安定した飛行を実現することができる。

上記のように、制御装置１００は、飛行体１が上昇および加速、巡航、または下降および減速している場合、ＧＴ６０－１を効率稼働範囲内で稼働させ、ＧＴ６０－２を停止させて、飛行体１を飛行させることにより、発電効率を向上させることができる。

［フローチャート（離陸後かつ着陸前の処理／その１）］
図７は、飛行体１が離陸後かつ着陸前に実行される処理の流れの一例を示すフローチャート（その１）である。まず、制御装置１００が、第１状態であるか否を判定する（ステップＳ３００）。第１状態では、ＧＴ６０－２は稼働していないものとする。

第１状態である場合、制御装置１００は、ＧＴ６０－１が稼働して生成する電力Ｐが、要求電力Ｒｐ未満であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。電力Ｐが、要求電力Ｒｐ未満でない場合、制御装置１００は、蓄電池３２を介してＧＴ６０－１が生成する電力を電動機１４に供給する。これにより、飛行体１は、ＧＴ６０－１が生成する電力で飛行する（ステップＳ３０４）。電力Ｐから要求電力Ｒｐが減算された余剰電力が存在する場合、余剰電力は、蓄電池３２に蓄電され、蓄電池３２に蓄電された電力量は上昇傾向となる。

電力Ｐが、要求電力Ｒｐ未満である場合、制御装置１００は、実質的にＧＴ６０－１が生成する電力および蓄電池３２に予め蓄電されていた電力を電動機１４に供給する。これにより、飛行体１は、ＧＴ６０－１が生成する電力および蓄電池３２に蓄電された電力で飛行する（ステップＳ３０６）。この場合、蓄電池３２に蓄電された電力量は低下傾向となる。すなわち、蓄電池３２が、要求電力と発電機５０が出力する電力との差分の電力を、予め蓄電していた電力で補って、電動機１４に要求電力を供給することで、蓄電池３２の電力量が下降する。

次に、制御装置１００は、蓄電池３２に蓄電された電力Ｂｐが、閾値Ｂｔｈ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ３０８）。閾値Ｂｔｈ１は、蓄電池３２に蓄電すべき電力の下限値である。閾値Ｂｔｈ１は、例えば、ＳＯＣ（State Of Charge）の下限値である。この場合、ステップＳ３０８で、蓄電池３２のＳＯＣが、ＳＯＣの所定の下限値であるか否かが判定される。閾値Ｂｔｈ１は、特許請求の範囲の「第１閾値」の一例である。電力Ｂｐが、閾値Ｂｔｈ１以下でない場合、ステップＳ１００の処理に戻る。電力Ｂｐが、閾値Ｂｔｈ１以下である場合、制御装置１００は、停止しているＧＴ６０－２を効率稼働範囲内で稼働させる（ステップＳ３１０）。ステップＳ３１０の処理により、電力Ｂｐは、閾値Ｂｔｈ１を下回らないように制御される。これにより、本フローチャートの１ルーチンの処理が終了する。

上記のように、制御装置１００は、第１状態において要求電力を満たすように電力を供給し、更に、蓄電池３２の電力が閾値Ｂｔｈ１以下にならないようにＧＴ６０を制御することにより、発電効率を向上させると共に、十分な電力を蓄電池３２に蓄積した状態を維持することができる。

［フローチャート（離陸後かつ着陸前の処理／その２）］
図８は、飛行体１が離陸後かつ着陸前に実行される処理の流れの一例を示すフローチャート（その２）である。

まず、制御装置１００が、第１状態であるか否を判定する（ステップＳ４００）。第１状態である場合、制御装置１００は、電力Ｂｐが、閾値Ｂｔｈ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０２）。閾値Ｂｔｈ２は、蓄電池３２に蓄電すべき電力の上限値である。閾値Ｂｔｈ２は、例えば、ＳＯＣの上限値である。閾値Ｂｔｈ２は、特許請求の範囲の「第２閾値」の一例である。電力Ｂｐが、閾値Ｂｔｈ２以上でない場合、本フローチャートの１ルーチンの処理が終了する。電力Ｂｐが、閾値Ｂｔｈ２以上である場合、制御装置１００は、稼働しているＧＴ６０を停止させる（ステップＳ４０４）。制御装置１００は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２が稼働している場合、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２の稼働を停止し、ＧＴ６０－１が稼働している場合、ＧＴ６０－１の稼働を停止させる。ステップＳ４０４の処理により、電力Ｂｐは、閾値Ｂｔｈ２を超えないように制御される。これにより、本フローチャートの１ルーチンの処理が終了する。

上記のように、制御装置１００は、第１状態においてＧＴ６０の稼働によって、蓄電池３２の電力が閾値Ｂｔｈ２を超えないようにＧＴ６０を制御することにより、発電効率を向上させると共に、蓄電池３２に過度に電力を供給することを抑制することができる。

［タイミングチャート］
図９は、飛行体１が離陸してから着陸するまでのＧＴ６０の稼働状態と要求される出力（例えば要求電力）の変化との一例を示す図である。図９の縦軸は出力（電力）を示し、図９の横軸は時間を示している。図９の蓄電池３２のハッチングは、蓄電池３２に蓄電された電力を示している。離陸時、制御装置１００は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２を稼働させる。離陸時に要求される出力Ｐ１は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２の出力（ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２の電力）と、蓄電池３２に供給される出力（電力）とを合わせた出力（電力）によって賄われる。離陸後、制御装置１００は、ＧＴ６０－１の稼働を維持し、ＧＴ６０－２の稼働を停止させる。離陸後に要求される出力Ｐ２は、ＧＴ６０－１の稼働による出力（不足する場合は蓄電池３２の出力）により賄われる。

例えば、飛行体１が備える補機等が利用され蓄電池３２の電力が消費されたり、ＧＴ６０－１の稼働に依っても電力が不足したりして、蓄電池３２に蓄電された電力Ｂｐが閾値Ｂｔｈ１未満となった場合、制御装置１００は、ＧＴ６０－２を稼働させて生成された電力を蓄電池３２に蓄電させる。図９の蓄電池３２の出力が横軸より下方でありマイナスになっている状態は蓄電（充電）が行われている状態である。蓄電池３２に蓄電された電力Ｂｐが閾値Ｂｔｈ２に到達した場合、制御装置１００は、ＧＴ６０－２（またはＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２）の稼働を停止する。

着陸時、制御装置１００は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２を稼働させる。着陸時に要求される要求電力Ｐ１は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２により生成された電力と、蓄電池３２により供給される電力とを合わせた電力によって賄われる。

上記のように、制御装置１００は、要求電力および蓄電池に蓄電された電力量に応じて、ＧＴ６０を制御することにより、所望の飛行状態を維持しつつ、発電効率を向上させることができる。

［固定翼を有する飛行体と、回転翼を有する飛行体との比較］
図１０は、固定翼を有する飛行体の飛行状態で必要なパワーと、回転翼を有する飛行体の飛行状態のパワーとを比較するための図である。図１０の縦軸は飛行に必要なパワーの指標を示し、図１０の横軸は時間を示している。図１０の例では、離陸時に飛行に必要な力を１００としている。例えば、飛行体１が２つのＧＴ６０を有する場合、２つのＧＴ６０が１００％近くで出力するパワーを１００とする。

固定翼の飛行体は、離陸時に飛行に必要な力と、巡航時に飛行に必要な力との差異は小さく、更に巡航時に飛行に必要な力は、１００よりもやや小さい程度である。これに対して、回転翼の飛行体は、離陸時または着陸時には、飛行に必要な力は１００近くであるが、巡航時では飛行に必要な力は５０程度である。

このように、回転翼の飛行体１は、離陸時と着陸時の短い時間、１００近くの飛行に必要な力を要するが、比較的、長い巡航時の時間では、例えば、飛行に必要な力は５０程度となる。このため、巡航時において高効率運転するためには、ＧＴ６０の稼働について、より適切な電力マネジメントを行う必要がある。

本実施形態では、上述したように、制御装置１００は、巡航時にＧＴ６０を適切に制御することにより、発電効率を向上させることができる。例えば、本実施形態の航空機推進システムは、固定翼の飛行体にも適用可能だが、回転翼の飛行体１に適用するとより好適である。

なお、第１実施形態では、航空機推進システムは、２つのＧＴ６０を有するものとして説明したが、これに代えて、航空機推進システムは、３つの以上のＧＴ６０を有するシステムであってもよい。この場合、航空機推進システムは、飛行体１の飛行状態が複数のＧＴ６０が稼働して飛行体１が離陸した後の第１状態である場合、要求電力を満たすように所定数のＧＴ６０を稼働させ、他のＧＴ６０の稼働を停止させる。

以上説明した第１実施形態によれば、飛行体１は複数のＧＴ６０を有することを前提とし、制御装置１００は、飛行体１の飛行状態が複数のＧＴ６０が稼働して航空機が離陸した後の第１状態である場合、複数のＧＴ６０のうち少なくとも１つのＧＴ６０を停止させ、停止させていない他のＧＴ６０が効率的に稼働することができる稼働範囲で稼働させて他のＧＴ６０に対応する発電機５０に電力を出力させることにより、発電効率を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について説明する。第２実施形態の制御装置１００は、飛行体１の飛行状態が複数のＧＴ６０が稼働して飛行体１が離陸した後の第１状態である場合、予め設定されたＧＴ６０が効率的に稼働することができる稼働範囲でＧＴ６０を稼働させてＧＴ６０の稼働によって生成される電力で電動機１４を稼働させ、上記の電力のうち電動機１４の稼働に用いられない余剰電力を蓄電池３２に蓄電させ、その後、蓄電池３２に蓄電された電力が予め決められた上限に到達した場合、稼働しているＧＴ６０を停止させる。第２実施形態の処理は、第１実施形態の処理または処理の一部と組み合わされて実施されてもよい。

［フローチャート］
図１１は、第２実施形態の制御装置１００により実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、制御装置１００が、第１状態であるか否を判定する（ステップＳ５００）。第１状態である場合、制御装置１００は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２が効率稼働範囲内で稼働しているか否かを判定する（ステップＳ５０２）。ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２が効率稼働範囲内で稼働していない場合、制御装置１００は、効率稼働範囲内でＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２を稼働させる（ステップＳ５０４）。

ＧＴ６０－１が効率稼働範囲内で稼働している場合またはステップＳ５０４の処理後、制御装置１００は、充電または放電の制御（充放電制御）を実行する（ステップＳ５０６）。充放電制御の詳細については、後述する図１２を参照して説明する。次に、制御装置１００は、充放電制御の終了タイミングであるか否を判定する（ステップＳ５０８）。終了タイミングは、例えば、制御装置１００が、飛行体１が着陸する予定である制御信号を取得したことである。充放電制御の終了タイミングでない場合、ステップＳ５０６の処理に戻る。充放電制御の終了タイミングである場合、本フローチャートの１ルーチンの処理が終了する。

［フローチャート］
図１２は、第２実施形態の制御装置１００により実行される処理の流れの他の一例を示すフローチャートである。本フローチャートは、前述した図１１のステップＳ５０６の充放電制御の処理を示している。まず。制御装置１００は、充電を行う状態、または行っている状態であるか否を判定する（ステップＳ６００）。充電を行う状態とは、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２により生成される電力が要求電力よりも大きく、余剰電力が蓄電池３２に蓄電される状態である。

充電を行う状態、または行っている状態である場合、制御装置１００は、蓄電池３２に蓄電された電力Ｂｐが閾値Ｂｔｈａ以上であるか否かを判定する（ステップＳ６０２）。電力Ｂｐが閾値Ｂｔｈａ以上である場合、制御装置１００は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２の稼働を停止させる（ステップＳ６０４）。閾値Ｂｔｈａは、蓄電池３２に蓄電すべき電力の上限値（例えばＳＯＣの上限値）である。閾値Ｂｔｈａは、特許請求の範囲の「第３閾値」または「第５閾値」の一例である。

充電を行う状態、または行っている状態でない場合（放電を行う、または放電を行っている状態である場合）、制御装置１００は、電力Ｂｐが閾値Ｂｔｈｂ以下であるか否かを判定する（ステップＳ６０６）。閾値Ｂｔｈｂは、特許請求の範囲の「第４閾値」の一例である。閾値Ｂｔｈｂは、蓄電池３２に蓄電すべき電力の下限値（例えばＳＯＣの下限値）である。電力Ｂｐが閾値Ｂｔｈｂ以下である場合、制御装置１００は、効率稼働範囲内でＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２を稼働させる（ステップＳ６０８）。ステップＳ６０８において効率稼働範囲内でＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２が稼働している状態である場合、制御装置１００は、この状態を維持する。これにより、本フローチャートの１ルーチンの処理が終了する。

上記のように、第２実施形態の制御装置１００は、第１状態において充放電制御を行うことにより、発電効率を向上させることができる。

［タイミングチャート］
図１３は、飛行体１が離陸してから着陸するまでのＧＴ６０の稼働状態と要求される出力（例えば要求電力）の変化との一例を示す図である。図１３の縦軸は出力（電力）を示し、図１３の横軸は時間を示している。離陸時、制御装置１００は、効率稼働範囲内においてＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２を稼働させる。離陸時に要求される出力Ｐ１は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２の出力と、蓄電池３２の出力とを合わせた出力によって賄われる。離陸後、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２の出力に応じた電力のうち、余剰電力は蓄電池に充電される。余剰電力とは、ＧＴ６０－１またはＧＴ６０－２が生成した電力のうち、要求電力を超える電力である。

電力Ｂｐが閾値Ｂｔｈａ以上になった場合、制御装置１００は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２の稼働を停止する。その後、制御装置１００は、蓄電池３２の電力を電動機１４に供給してロータ１２を回転させる。電力Ｂｐが閾値Ｂｔｈｂ以下になった場合、制御装置１００は、効率稼働範囲内においてＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２を稼働させ、余剰電力を蓄電池３２に蓄電させる。

着陸時、制御装置１００は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２を稼働させる。着陸時に要求される要求電力は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２の出力と、蓄電池３２により供給される出力とを合わせた出力に応じた電力よって賄われる。

上記のように、制御装置１００は、効率稼働範囲内においてＧＴ６０を稼働させ、更に蓄電池３２に蓄電された電力をより適切に利用することにより、発電効率を向上させつつ、より電力を効率的に利用することができる。

なお、第２実施形態では、航空機推進システムは、２つのＧＴ６０を有するものとして説明したが、これに代えて、航空機推進システムは、１つのＧＴ６０を有するシステムであってもよい。この場合も同様に、航空機推進システムは、電力Ｂｐと閾値との関係に基づいてＧＴ６０を稼働させたり、稼働を停止させたりする。すなわち、第２実施形態の処理は、複数のＧＴ６０を有する飛行体に適用されてもよいし、１つのＧＴ６０を有する飛行体に適用されてもよい。

以上説明した第２実施形態によれば、制御装置１００は、飛行体１の飛行状態が複数のＧＴ６０が稼働して飛行体１が離陸した後の第１状態である場合、予め設定されたＧＴ６０が効率的に稼働することができる稼働範囲でＧＴ６０を稼働させてＧＴ６０の稼働によって生成される電力で電動機１４を稼働させ、上記の電力のうち電動機１４の稼働に用いられない余剰電力を蓄電池３２に蓄電させ、その後、蓄電池３２に蓄電された電力が予め決められた上限に到達した場合、稼働しているＧＴ６０を停止させることにより、発電効率を向上させることができる。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

１‥飛行体、１０‥機体、１２‥ロータ、１４‥電動機、１６‥アーム、２０‥第１制御回路、３０‥蓄電池ユニット、３２‥蓄電池、３４‥ＢＭＵ（Battery Management Unit）、３６‥検出部、４０‥第２制御回路、５０‥発電機、６０‥ガスタービンエンジン（ＧＴ）、１００‥制御装置、１２０‥各種センサ

Claims (9)

1. 航空機の機体に取り付けられる複数のエンジンと、
   前記エンジンのエンジン軸に接続された発電機と、
   前記発電機により発電された電力を蓄電する蓄電池と、
   前記発電機または前記蓄電池により供給される電力により駆動される複数の電動機と、
   前記航空機の機体に取り付けられ、且つ前記電動機により出力される駆動力により駆動される複数のロータと、
   前記複数のエンジンの稼働状態を制御する制御部と、を備える航空機用推進システムであって、
   前記制御部は、前記航空機の飛行状態が前記複数のエンジンが稼働して前記航空機が離陸した後の第１状態である場合、前記複数のエンジンのうち少なくとも１つのエンジンを停止させ、停止させていない他のエンジンを前記他のエンジンが効率的に稼働することができる稼働範囲で稼働させて前記他のエンジンに対応する前記発電機に電力を出力させる、
   航空機用推進システム。
2. 前記第１状態とは、前記航空機が所定の高度に到達した後に水平方向を含む方向に移動している状態である、
   請求項１に記載の航空機用推進システム。
3. 前記制御部は、前記航空機の飛行状態が第１状態とは異なる第２状態である場合、前記複数のエンジンを稼働させて、前記航空機を制御する、
   請求項１または２に記載の航空機用推進システム。
4. 前記第１状態で要求される要求電力は、前記他のエンジンが前記稼働範囲で稼働して前記他のエンジンに対応する前記発電機が出力可能な電力以下の電力である、
   請求項１から３のうちいずれか１項に記載の航空機用推進システム。
5. 前記他のエンジンに対応する前記発電機が出力する電力が前記第１状態で要求される要求電力を超える場合、前記要求電力を超えた電力は前記蓄電池が蓄電することで、前記蓄電池の電力量は上昇し、
   前記他のエンジンに対応する前記発電機が出力する電力が前記要求電力未満である場合、前記蓄電池が前記要求電力と前記発電機が出力する電力との差分の電力を、予め蓄電していた電力で補って、前記電動機に前記要求電力を供給することで、前記蓄電池の電力量が下降する、
   請求項１から３のうちいずれか１項に記載の航空機用推進システム。
6. 前記蓄電池に蓄電された電力量を検出する検出部を更に備え、
   前記制御部は、
   前記他のエンジンに対応する前記発電機が出力する電力が前記要求電力未満である場合に、前記発電機が発電した電力と前記蓄電池に蓄電された電力とに基づいて前記電動機を稼働させ、
   その後、前記検出部の結果に基づいて、前記蓄電池に蓄電された電力量が第１閾値以下であると判定した場合、停止させた前記エンジンを再始動させて、予め設定された前記エンジンが効率的に稼働することができる稼働範囲で、前記エンジンを稼働させて、前記エンジンに対応する前記発電機により生成された電力を前記蓄電池に供給する、
   請求項５に記載の航空機用推進システム。
7. 前記蓄電池に蓄電された電力量を検出する検出部を更に備え、
   前記制御部は、
   前記他のエンジンに対応する前記発電機が出力する電力が前記要求電力を超える場合、前記要求電力を超える電力を前記蓄電池に蓄電させ、
   その後、前記検出部の結果に基づいて、前記蓄電池に蓄電された電力量が第２閾値を超えると判定した場合、前記他のエンジンの稼働を停止させる、
   請求項５に記載の航空機用推進システム。
8. 航空機の機体に取り付けられるエンジンと、
   前記エンジンのエンジン軸に接続された発電機と、
   前記発電機により発電された電力を蓄電する蓄電池と、
   前記発電機または前記蓄電池により供給される電力により駆動される複数の電動機と、
   前記航空機の機体に取り付けられ、且つ前記電動機により出力される駆動力により駆動される複数のロータと、
   前記エンジンの稼働状態を制御する制御部と、を備える航空機用推進システムであって、
   前記制御部は、前記航空機の飛行状態が、前記エンジンが稼働して前記航空機が離陸した後の第１状態である場合、予め設定された前記エンジンが効率的に稼働することができる稼働範囲で前記エンジンを稼働させて前記エンジンの稼働によって生成される電力で前記電動機を稼働させ、前記電力のうち前記電動機の稼働に用いられない余剰電力を前記蓄電池に蓄電させ、その後、前記蓄電池に蓄電された電力が第３閾値に到達した場合、稼働している前記エンジンを停止させる、
   航空機用推進システム。
9. 前記制御部は、
   前記蓄電池に蓄電された電力が第３閾値に到達した場合、稼働している前記エンジンを停止させた後、前記蓄電池に蓄電された電力が第４閾値以下に到達した場合、前記エンジンを再始動させ、前記蓄電池の電力が第５閾値に到達するまで前記稼働範囲で前記エンジンを稼働させる、
   請求項８に記載の航空機用推進システム。

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