JP2022152518A - 単発プロペラ機におけるジェット機操縦特性模擬システム及び単発プロペラ機 - Google Patents

単発プロペラ機におけるジェット機操縦特性模擬システム及び単発プロペラ機 Download PDF

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Abstract

【課題】単発プロペラ機でパワー操作時に生じる旋回傾向を抑制し、かつ、パワー操作時の速度の立ち上がりをジェット機における速度の立ち上がり方にあわせて緩やかに立ち上がらせることが可能な単発プロペラ機におけるジェット機操縦特性模擬システム及び単発プロペラ機を提供する。【解決手段】単発プロペラ機におけるジェット機の操縦特性模擬システム1は、パワーレバー20が単発プロペラ機10の推力を上昇させるように操作されると、左右のスピードブレーキ6r、6lをともに展開させて速度Vpの上昇を緩やかにするとともに、左右のスピードブレーキ6r、6lの展開量Dr、Dlを互いに異ならしめて単発プロペラ機10の旋回傾向に対抗するようにヨー方向及びロール方向の力を発生させるようにスピードブレーキ6r、6lを制御する制御装置32を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、単発プロペラ機におけるジェット機操縦特性模擬システム及び単発プロペラ機に関する。
例えば、ジェット機の操縦士を養成する場合、訓練生の操縦レベルが上達した段階では、訓練生を例えば特許文献1に記載されたジェット機に搭乗させ、飛行モードの練習機モードから戦闘機モードへとレベルを上げながら訓練を行うことができる。
しかし、訓練生の多くは、最初は比較的低速の単発プロペラ機で訓練を開始し、その後、双発機やジェット機へとステップアップする。
特開2000-318692号公報
ところで、単発プロペラ機の特有の操縦特性として左旋回傾向(あるいは右旋回傾向)がある。
これは、操縦士(訓練生)がパワーレバー(スロットルレバーともいう。)を操作して推力を上昇させた際に機体が左に旋回しようとする傾向のことであり、プロペラ後流やPファクター、ジャイロ効果、トルク反作用などの複合的な効果によるものとされている。
そして、単発プロペラ機の左旋回傾向に対抗するために、操縦士(訓練生)は右ラダーを踏むことが必要になる。
しかし、このパワー操作に応じて右ラダーを踏む技術は、ジェット機の操縦では不要な技術であり、訓練生が将来的にジェット機を操縦する際には役に立たなくなってしまう。
また、単発プロペラ機は、パワーレバーの操作に対する推力のレスポンスがジェット機よりも良いという特徴がある。
すなわち、図5に示すように、操縦士がパワーレバーLを推力が上昇するように操作すると、単発プロペラ機の速度Vpは比較的速やかに上昇するのに対し、ジェット機の速度Vjは緩やかに上昇する。その結果、単発プロペラ機はジェット機よりも速やかに速度が上昇する。
そのため、訓練生がこのような単発プロペラ機の推力特性(すなわち速やかな速度上昇)に慣れてしまうと、ジェット機に移行した際に違和感を覚えてしまい、ジェット機の操縦技量の進捗に遅れが生じてしまう可能性がある。
そして、以上の各問題、すなわち単発プロペラ機の左旋回傾向や速やかな速度の上昇に訓練生が慣れてしまうことの弊害は、機体規模に対して大出力エンジンを搭載する軍用練習機などで顕著に現れる傾向がある。
本発明は、上記の点を鑑みてなされたものであり、単発プロペラ機でパワー操作時に生じる左旋回傾向(又は右旋回傾向)を抑制し、かつ、パワー操作時の速度の立ち上がりをジェット機における速度の立ち上がり方にあわせて緩やかに立ち上がらせることが可能な単発プロペラ機におけるジェット機操縦特性模擬システム及び単発プロペラ機を提供することを目的とする。
前記の問題を解決するために、本発明の一実施の形態は、単発プロペラ機におけるジェット機の操縦特性模擬システムにおいて、
単発プロペラ機の推力を変化させるためのパワーレバーと、
前記単発プロペラ機の左右の部分に備えられたスピードブレーキと、
前記パワーレバーが前記単発プロペラ機の推力を上昇させるように操作されると、左右の前記スピードブレーキをともに展開させて速度の上昇を緩やかにするとともに、左右の前記スピードブレーキの展開量を互いに異ならしめて前記単発プロペラ機の旋回傾向に対抗するようにヨー方向及びロール方向の力を発生させるように前記スピードブレーキを制御する制御装置と、
を備える。
また、前記制御装置は、前記単発プロペラ機が左旋回傾向を有する場合は、右側の前記スピードブレーキの展開量が左側の前記スピードブレーキの展開量より大きくなり、前記単発プロペラ機が右旋回傾向を有する場合は、左側の前記スピードブレーキの展開量が右側の前記スピードブレーキの展開量より大きくなるよう前記スピードブレーキを制御することが好ましい。
また、前記単発プロペラ機は、左右の主翼に前記スピードブレーキをそれぞれ備えていることが好ましい。
また、前記単発プロペラ機の電源ユニットが前記制御装置として機能するように構成されていることが好ましい。
また、単発プロペラ機は、上記の単発プロペラ機におけるジェット機の操縦特性模擬システムを備えていることが好ましい。
本発明によれば、単発プロペラ機でのパワー操作時に生じる左旋回傾向(又は右旋回傾向)を抑制し、かつ、パワー操作時の速度の立ち上がりをジェット機における速度の立ち上がりの遅さにあわせて遅延させることが可能となる。
本実施形態に係るジェット機操縦特性模擬システムを備える単発プロペラ機の構成例を示す図である。 単発プロペラ機の制御系を表すブロック図である。 パワーレバーの操作とスピードブレーキの展開と単発プロペラ機の速度の変化の本実施形態における関係を表す図である。 機体に働くヨー方向やロール方向の力や左右のスピードブレーキで生じる空気抵抗や押し下げる力を説明する図である。 パワーレバーの操作と単発プロペラ機の速度の変化とジェット機の速度の変化の関係を表す図である。
以下、本発明に係る単発プロペラ機におけるジェット機操縦特性模擬システム及び単発プロペラ機の実施の形態について、図面を参照して説明する。
なお、以下、単発プロペラ機におけるジェット機操縦特性模擬システムを、単にジェット機操縦特性模擬システムといい、単発プロペラ機を単にプロペラ機という場合がある。
また、以下では、前後及び上下についてはプロペラ機における前後及び上下に従い、左右についてはプロペラ機の進行方向に対する左右に従って説明する。
さらに、以下では、プロペラ機が左旋回傾向を有する場合について説明するが、右旋回傾向を有する場合は、左右を逆にして以下と同様に説明される。
図1は、本実施形態に係る単発プロペラ機の構成例を示す図である。
プロペラ機10は、回転により機体に推力を与えるためのプロペラ2や補助翼3、昇降舵4、方向舵5を備えるほか、左右の主翼11の上面に、上向きに回動可能なスピードブレーキ6を備えている。
なお、プロペラ機10が補助翼3や昇降舵4、方向舵5以外の動翼を備えるように構成することも可能である。また、図1では、スピードブレーキ6が上向きに展開した状態が示されている。また、スピードブレーキ6を左右の主翼11の下面に設けることも可能であり、左右の主翼11の上面と下面の両方に設けることも可能である。
また、本実施形態のようにスピードブレーキ6をフラップのように根元を軸に回動させて展開する方式以外にも、例えば、垂直に配置した板状の部材を主翼11の上面若しくは下面又は上面と下面の両方から突出させて展開する方式などもある。なお、本実施形態の方式では、スピードブレーキ6を一軸の回動のみで展開させることができる。そのため、機構上、簡単に構成することができる。
さらに、スピードブレーキ6を、例えばプロペラ機10の胴体12等に設けることも可能であるが、その場合でも胴体12等の左右の部分にそれぞれ設けられる。
本実施形態のようにスピードブレーキ6を左右の主翼11にそれぞれ設けるように構成すると、スピードブレーキ6を胴体12の左右に設ける場合に比べて、後述するように左右のスピードブレーキ6によりプロペラ機10にヨー方向の力やロール方向の力を生じさせやすくなる。
図2は、プロペラ機の制御系を表すブロック図である。
なお、補助翼3や昇降舵4、ラダーペダル31等は、通常、機体にそれぞれ2つ以上設けられているが、便宜上、図2では1つずつ示す。
プロペラ機10は、推力系として、パワーレバー20や電子制御装置21、プロペラ2を回転駆動するためのエンジン22等を備えている。
パワーレバー20は、コックピット13(図1参照)内に設けられている。パワーレバー20には、操縦士によるパワーレバー20の操作量を測定するためのセンサ20aが取り付けられている。
電子制御装置21は、エンジンPCU(Power Control Unit)やFADEC(Full Authority Digital Engine Control)等で構成されている。
エンジン22は、本実施形態ではターボプロップエンジンが用いられているが、レシプロエンジン等であってもよい。
そして、操縦士によりパワーレバー20が操作されるとその操作量がセンサ20aから電子制御装置21に送信される。そして、電子制御装置21は、送信されてきた操作量に基づいて必要な演算等を行い、算出したスロットルコマンドをエンジン22に送信する。
また、電子制御装置21は、プロペラ2にピッチを指示するピッチコマンドを送信する。
そして、エンジン22は、電子制御装置21から送信されてきたスロットルコマンドに応じてスロットルバルブの開度を調整して燃料供給量を調整してエンジン22の出力を変化させて、プロペラ2の回転数等を調整する。また、プロペラ2は、電子制御装置21から送信されてきたピッチコマンドに応じてピッチを調整する。
このようにして、プロペラ機10では、操縦士がパワーレバー20を操作することによって、エンジン22の出力やプロペラ2のピッチを変化させて、プロペラ機10の推力を変化させることができるようになっている。
また、プロペラ機10は、操縦系として、操縦桿30やラダーペダル31、電源ユニット(Power Supply Unit)32、補助翼3や昇降舵4、方向舵5の各アクチュエータ33~35等を備えている。
操縦桿30やラダーペダル31は、コックピット13内に設けられている。操縦桿30やラダーペダル31には、操縦士による操縦桿30の操舵量やラダーペダル31の踏み込み量を測定するためのセンサ30a、31aがそれぞれ取り付けられている。
電源ユニット32には、前述したパワーレバー20のセンサ20aや電子制御装置21のほか、ADC(Air Data Computer)40や姿勢方位基準装置41等が接続されている。
そして、操縦桿30が操舵されたりラダーペダル31が踏み込まれると、操縦桿30の操舵量やラダーペダル31の踏み込み量が各センサ30a、31aから電源ユニット32に送信される。
また、電源ユニット32には、前述した推力系のパワーレバー20のセンサ20aや電子制御装置21からもパワーレバー20の操作量やプロペラ2のピッチや回転数等の情報が入力される。また、電源ユニット32には、ADC40から大気圧や対気速度等の情報が入力され、姿勢方位基準装置41から自機の進行方向加速度やロールレート、ヨーレート等の情報が入力される。
そして、電源ユニット32は、それらの情報に基づいて必要な演算等を行い、図示しない蓄電池等から補助翼3や昇降舵4、方向舵5の各アクチュエータ33、34、35にそれぞれ必要な電力を供給して各アクチュエータ33~35の作動量を調整する。
このようにして、プロペラ機10では、操縦士が操縦桿30やラダーペダル31を操作することによって、補助翼3や昇降舵4、方向舵5を適宜傾動させて、機体の姿勢を変化させたり機体の進行方向を変化(昇降、旋回)させることができるようになっている。
なお、ラダーペダル31の踏み込みによる方向舵5の作動については、電源ユニット32とは別に方向舵用の制御ユニットを備えているプロペラ機10もある。
一方、本実施形態では、プロペラ機10は、コックピット13内にスピードブレーキレバー42を備えている。
スピードブレーキレバー42には、操縦士によるスピードブレーキレバー42の操作量を測定するためのセンサ42aが取り付けられている。そして、センサ42aは電源ユニット32に接続されている。
そして、操縦士によりスピードブレーキレバー42が操作されるとその操作量がセンサ42aから電源ユニット32に送信される。そして、電源ユニット32は、その操作量の情報に基づいて必要な演算等を行い、蓄電池等から機体の左右のスピードブレーキ6r、6lの各アクチュエータ36r、36lにそれぞれ必要な電力を供給して各アクチュエータ36r、36lの作動量を調整する。
そして、各アクチュエータ36r、36lの作動によりスピードブレーキ6r、6lが上向きに展開する。
このようにして、本実施形態では、操縦士がスピードブレーキレバー42を操作することによって、スピードブレーキ6r、6lの展開量を変化させて機体にかかる空気抵抗が変化させる。
そして、プロペラ機10の機体にかかる空気抵抗を変化させることで、プロペラ機10の減速率や降下率を調整するようになっている。
なお、本実施形態では、上記のように、機体の左右のスピードブレーキ6r、6lにはそれぞれアクチュエータ36r、36lが設けられており、左右のスピードブレーキ6r、6lがそれぞれ独立に作動するように構成されている。
そして、上記のように操縦士がスピードブレーキレバー42を操作してスピードブレーキ6r、6lを作動させる場合には、左右のスピードブレーキ6r、6lは各展開量が同時に同じ量だけ変化する。
次に、本実施形態に係る単発プロペラ機におけるジェット機操縦特性模擬システム1について説明する。
プロペラ機10は、ジェット機操縦特性模擬システム1を備えている。
以下で説明するようにジェット機操縦特性模擬システム1は、スピードブレーキ6r、6lを制御する制御装置を備えるが、本実施形態では、前述したプロペラ機10の電源ユニット32がこの制御装置として機能するように構成されている。
以下、制御装置32と記載して説明する。
本実施形態では、制御装置32は、操縦士によりパワーレバー20がプロペラ機10の推力を上昇させるように操作されると、機体の左右のスピードブレーキ6r、6lをともに展開させて速度Vpの上昇を緩やかにする。
また、制御装置32は、それとともに、左右のスピードブレーキ6r、6lの展開量を互いに異ならしめてプロペラ機10の旋回傾向に対抗するようにヨー方向及びロール方向の力を発生させるようにスピードブレーキ6r、6lを制御するように構成されている。
以下、本実施形態に係るジェット機操縦特性模擬システム1の制御装置32における処理について具体的に説明する。
また、本実施形態に係るジェット機操縦特性模擬システム1の作用についてもあわせて説明する。
プロペラ機10の離陸時などに、操縦士が、プロペラ機10の推力を上昇させるようにパワーレバー20を操作する(図3参照)。
すると、前述したようにその情報がパワーレバー20のセンサ20aや電子制御装置21から制御装置32(電源ユニット32)に送信される。
制御装置32は、パワーレバー20が上記のように操作されると、左右のスピードブレーキ6r、6lのアクチュエータ36r、36lにそれぞれ必要な電力を供給して、左右のスピードブレーキ6r、6lをそれぞれ上向きに展開させる。
すなわち、図3に示すように、制御装置32は、パワーレバー20がプロペラ機10の推力を上昇させるように操作されると、機体の右側のスピードブレーキ6rの展開量Drと左側のスピードブレーキ6lの展開量Dlをそれぞれ大きくする。
すると、スピードブレーキ6r、6lの展開量Dr、Dlに応じてプロペラ機10の機体にかかる空気抵抗が大きくなる。
そのため、プロペラ機10の速度Vpが、スピードブレーキ6r、6lを展開させない場合(図3の速度Vpにおける破線参照)に比べて小さくなる(図3の速度Vpにおける実線参照)。
続いて、制御装置32は、一旦展開させたスピードブレーキ6r、6lの展開量Dr、Dlをそれぞれ小さくして左右のスピードブレーキ6r、6lを閉じる。
このように、左右のスピードブレーキ6r、6lの展開量Dr、Dlを小さくすることで、プロペラ機10の機体にかかる空気抵抗が小さくなり、プロペラ機10の速度Vpが大きくなる(図3の速度Vpにおける実線参照)。
このように、パワーレバー20がプロペラ機10の推力を上昇させるように操作された際に、制御装置32がスピードブレーキ6r、6lを一旦展開させた後で閉じることで、プロペラ機10の速度Vpの上昇を緩やかにすることができる。
すなわち、図3に示すように、プロペラ機10の速度Vpの上昇を、スピードブレーキ6r、6lを展開させない場合(速度Vpにおける破線参照)に比べて遅らせることが可能となる(速度Vpにおける実線参照)。
本実施形態では、スピードブレーキ6r、6lをこのように制御することで、パワー操作時(パワーレバー20がプロペラ機10の推力を上昇させるように操作された際)に、プロペラ機10の速度Vpの立ち上がりを遅延させることが可能となる。そのため、プロペラ機10のパワー操作時の速度Vpの立ち上がりをジェット機における速度Vjの立ち上がり方(図5参照)にあわせて緩やかに立ち上がらせることが可能となる。
本実施形態では、このようにして、プロペラ機10において、パワー操作時におけるジェット機の速度Vjのゆっくりした立ち上がりの特性を模擬するようになっている。
一方、本実施形態では、制御装置32は、上記のようにパワー操作時に左右のスピードブレーキ6r、6lを展開させる際に、左右のスピードブレーキ6r、6lの展開量Dr、Dlを互いに異ならしめるようになっている(図3参照)。
すなわち、単発プロペラ機10では、パワー操作時の操縦特性として左旋回傾向(又は右旋回傾向)がある。前述したように、以下、左旋回傾向を有する場合について説明する。
単発プロペラ機10の左旋回傾向は、前述したプロペラ後流やPファクター、ジャイロ効果、トルク反作用などの複合的な効果により、機体にヨー方向の力やロール方向の力が働くことによって発生する。
この場合、図4に示すように、ヨー方向の力は機体が左旋回する方向に働き、ロール方向の力は機体の左側を押し下げる方向に働く(図中の白抜き矢印参照)。
そこで、本実施形態では(すなわち左旋回傾向の場合は)、制御装置32は、右側のスピードブレーキ6rの上向きの展開量Drが左側のスピードブレーキ6lの展開量Dlより大きくなるようにスピードブレーキ6r、6lを制御するようになっている。
このように構成すると、右側のスピードブレーキ6rで生じる空気抵抗Rrが左側のスピードブレーキ6lで生じる空気抵抗Rlよりも大きくなる。
そのため、プロペラ機10の左旋回傾向に対抗するヨー方向の力(すなわち右旋回をさせようとする力)を発生させることができる。
また、上記のように構成すると、右側のスピードブレーキ6rで生じる機体(主翼11)を押し下げる力Frが左側のスピードブレーキ6lで生じる機体を押し下げる力Flよりも大きくなる。
そのため、プロペラ機10の左旋回傾向に対抗するロール方向の力(すなわち機体の右側を押し下げる力)を発生させることができる。
このように、パワー操作時に左右のスピードブレーキ6r、6lの展開量Dr、Dlを互いに異ならしめることで、プロペラ機10の左旋回傾向に対抗するヨー方向及びロール方向の力を発生させることが可能となる。
なお、プロペラ機10が右旋回傾向を有する場合は、制御装置32は、左側のスピードブレーキ6lの展開量Dlが右側のスピードブレーキ6rの展開量Drより大きくなるようスピードブレーキ6r、6lを制御するように構成される。
本実施形態では、スピードブレーキ6r、6lをこのように制御することで、プロペラ機10の旋回傾向に対抗するヨー方向及びロール方向の力を発生させて、プロペラ機10でパワー操作時に生じる旋回傾向を抑制することが可能となる。
本実施形態では、このようにして、プロペラ機10において、パワー操作時に旋回傾向が生じないジェット機の操縦特性を模擬するようになっている。
以上のように、本実施形態に係る単発プロペラ機におけるジェット機の操縦特性模擬システム1及び単発プロペラ機10によれば、パワー操作時に制御装置32により左右のスピードブレーキ6r、6lが制御される。
そして、上記のように、単発プロペラ機10において、パワー操作時におけるジェット機の速度Vjのゆっくりした立ち上がりの特性や、パワー操作時に旋回傾向が生じないジェット機の操縦特性が模擬される。
そのため、このような単発プロペラ機10ではパワー操作時に旋回傾向が生じにくいため、操縦士(訓練生)は右ラダーを踏むなどの不要な技術を習得する必要がなくなる。
また、このような単発プロペラ機10ではパワー操作時に速度Vpがジェット機のようにゆっくりと立ち上がるため、ジェット機に移行した際に、違和感を覚えることなく、ジェット機の操縦を練習することが可能となる。
なお、上記の実施形態では、プロペラ機10の電源ユニット32が制御装置として機能するように構成されている場合について説明した。
このように構成すると、電源ユニット32が、上記の通常の処理(すなわち操縦桿30等の操作に応じた各アクチュエータへの電力の供給)と、上記で説明した本発明に特有の処理とを、整合性を保ちながら行うことが可能となる。
しかし、制御装置を電源ユニット32とは別体の装置として構成することも可能である。
また、制御装置32(電源ユニット32)が上記のように左右のスピードブレーキ6r、6lに対してプロペラ機10の旋回傾向を抑制する制御等を行う際に、それにあわせて補助翼3や昇降舵4、方向舵5等も作動させるように構成することも可能である。
さらに、プロペラ機10に前述したFADEC等が設けられていない場合は、エンジン22等から図示しない計器盤に送られてくるプロペラ2の回転数等の信号を制御装置32にも送信するように構成することが可能である。
なお、本発明が上記の実施形態等に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜変更可能であることは言うまでもない。
例えば、上記の実施形態では、単発プロペラ機10が練習機であることを前提として説明したが、単発プロペラ機10は必ずしも練習機でなくてもよい。
1 単発プロペラ機におけるジェット機の操縦特性模擬システム
6r、6l スピードブレーキ
10 プロペラ機(単発プロペラ機)
11 主翼
20 パワーレバー
32 制御装置
32 電源ユニット
Dr、Dl 展開量
Vp 単発プロペラ機の速度

Claims (5)

  1. 単発プロペラ機の推力を変化させるためのパワーレバーと、
    前記単発プロペラ機の左右の部分に備えられたスピードブレーキと、
    前記パワーレバーが前記単発プロペラ機の推力を上昇させるように操作されると、左右の前記スピードブレーキをともに展開させて速度の上昇を緩やかにするとともに、左右の前記スピードブレーキの展開量を互いに異ならしめて前記単発プロペラ機の旋回傾向に対抗するようにヨー方向及びロール方向の力を発生させるように前記スピードブレーキを制御する制御装置と、
    を備えることを特徴とする単発プロペラ機におけるジェット機の操縦特性模擬システム。
  2. 前記制御装置は、前記単発プロペラ機が左旋回傾向を有する場合は、右側の前記スピードブレーキの展開量が左側の前記スピードブレーキの展開量より大きくなり、前記単発プロペラ機が右旋回傾向を有する場合は、左側の前記スピードブレーキの展開量が右側の前記スピードブレーキの展開量より大きくなるよう前記スピードブレーキを制御することを特徴とする請求項1に記載の単発プロペラ機におけるジェット機の操縦特性模擬システム。
  3. 前記単発プロペラ機は、左右の主翼に前記スピードブレーキをそれぞれ備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の単発プロペラ機におけるジェット機の操縦特性模擬システム。
  4. 前記単発プロペラ機の電源ユニットが前記制御装置として機能するように構成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の単発プロペラ機におけるジェット機の操縦特性模擬システム。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の単発プロペラ機におけるジェット機の操縦特性模擬システムを備えることを特徴とする単発プロペラ機。
JP2021055319A 2021-03-29 2021-03-29 単発プロペラ機におけるジェット機操縦特性模擬システム及び単発プロペラ機 Pending JP2022152518A (ja)

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