JP2023109249A - 航空機用制御システム、航空機用制御方法、および航空機用制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】騒音をより適切に抑制すること。【解決手段】航空機用制御システムは、航空機の機体に取り付けられる複数のエンジンと、前記複数のエンジンのエンジン軸に接続される複数の発電機と、前記複数の発電機から供給される電力により駆動される電動機と、前記電動機から出力される駆動力により駆動されるロータと、前記エンジンの騒音を推定するための情報に基づいて騒音過大条件を満たすか否かを推定する推定部と、前記騒音過大条件を満たすと推定された場合に、前記騒音過大条件を満たす前よりも騒音を低減するように、前記エンジンの回転数とトルクの大きさとのうち一方または双方を変更するエンジン制御部とを備えるである。【選択図】図１

Description

本発明は、航空機用制御システム、航空機用制御方法、および航空機用制御プログラムに関する。

従来、複数のガスタービン発電機のうち、少なくも１台をアイドル運転状態にすることで、騒音を抑制することが開示されている（例えば引用文献１参照）。

特開平４－３５８７２５号公報

しかしながら、上記の技術では、状況によっては騒音を抑制することができない場合があった。例えば、引用文献１ではアイドル運転させることでエンジンの出力が大きく低下するため、要求電力が大きい場合に対応することができない場合がある。

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、騒音をより適切に抑制することができる航空機用制御システム、航空機用制御方法、および航空機用制御プログラムを提供することを目的の一つとする。具体的には、本発明は、例えば、エンジンの出力を大きく低下させずに騒音をより適切に抑制することができる航空機用制御システム、航空機用制御方法、および航空機用制御プログラ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制御システム、航空機用制御方法、および航空機用制御プログラムは、以下の構成を採用した。
（１）：この発明の一態様に係る航空機用制御システムは、航空機の機体に取り付けられる複数のエンジンと、前記複数のエンジンのエンジン軸に接続される複数の発電機と、前記複数の発電機から供給される電力により駆動される電動機と、前記電動機から出力される駆動力により駆動されるロータと、前記エンジンの騒音を推定するための情報に基づいて騒音過大条件を満たすか否かを推定する推定部と、前記騒音過大条件を満たすと推定された場合に、前記騒音過大条件を満たす前よりも騒音を低減するように、前記エンジンの回転数とトルクの大きさとのうち一方または双方を変更するエンジン制御部と備える。

（２）：上記（１）の態様において、前記エンジン制御部は、前記騒音過大条件が満たされた場合、前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさと前記エンジンの騒音の大きさとの関係に基づいて、前記エンジンの騒音の大きさが騒音基準以内に収まるように前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとのうち一方または双方を制御する。

（３）：上記（２）の態様において、前記エンジン制御部は、更に、前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさと前記エンジンの燃費との関係に基づいて、前記燃費が燃費基準以内に収まるように前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとのうち一方または双方を制御する。

（４）：上記（３）の態様において、前記エンジン制御部は、前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとに応じた燃費の分布を表す第１の運転マップと、エンジンの回転数とトルクの大きさとに応じた騒音の分布を表す第２の運転マップとを参照し、前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとのうち一方または双方を制御する。

（５）：上記（３）または（４）の態様において、前記エンジン制御部は、前記燃費が最適な前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとの組み合わせである運転ラインで前記エンジンを制御し、且つ前記騒音過大条件を満たすと推定されていない場合、前記運転ラインで前記エンジンを制御し、前記運転ラインで前記エンジンを制御し、且つ前記騒音過大条件を満たすと推定された場合、前記燃費が前記運転ラインから外れた前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとの組み合わせである運転ポイントで前記エンジンを制御する。

（６）：上記（５）の態様において、前記運転ポイントは、前記エンジンの騒音の大きさが騒音基準以内に収まり、前記燃費が燃費基準以内に収まり、且つ前記運転ポイントに基づいて制御された前記エンジンの第１出力が出力基準を満たすポイントであり、前記出力基準は、前記第１出力が、前記運転ラインに基づいて制御された前記エンジンの出力に対して予め設定された範囲に収まることである。

（７）：上記（１）から（６）のいずれかの態様において、前記エンジン制御部は、前記騒音を低減するために前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとのうち一方または双方を制御し、制御の後の出力が前記制御の前の出力よりも所定度合以上小さくなる場合、小さくなった分の出力を補うために別のエンジンの出力を増加させる。

（８）：上記（１）から（７）のいずれかの態様において、前記発電機により発電された電力を蓄電する蓄電池を更に備え、前記電動機は、前記蓄電池から出力される電力を用いて駆動される。

（９）：この発明の一態様に係る航空機用制御方法は、航空機の機体に取り付けられる複数のエンジンと、前記複数のエンジンのエンジン軸に接続される複数の発電機と、前記複数の発電機から供給される電力により駆動される電動機と、前記電動機から出力される駆動力により駆動されるロータと、を備えた航空機の制御装置が、前記エンジンの騒音を推定するための情報に基づいて騒音過大条件を満たすか否かを推定し、前記騒音過大条件を満たすと推定された場合に、前記騒音過大条件を満たす前よりも騒音を低減するように、前記エンジンの回転数とトルクの大きさとのうち一方または双方を変更する。

（１０）：この発明の一態様に係る航空機用制御プログラムは、航空機の機体に取り付けられる複数のエンジンと、前記複数のエンジンのエンジン軸に接続される複数の発電機と、前記複数の発電機から供給される電力により駆動される電動機と、前記電動機から出力される駆動力により駆動されるロータと、を備えた航空機の制御装置に、前記エンジンの騒音を推定するための情報に基づいて騒音過大条件を満たすか否かを推定させ、前記騒音過大条件を満たすと推定された場合に、前記騒音過大条件を満たす前よりも騒音を低減するように、前記エンジンの回転数とトルクの大きさとのうち一方または双方を変更させる。

（１）～（１０）の態様によれば、航空機用制御システムは、騒音過大条件を満たすと推定された場合に、騒音過大条件を満たす前よりも騒音を低減するように、ＧＴ６０の回転数とトルクの大きさとのうち一方または双方を変更することにより、騒音をより適切に抑制することができる。

（３）の態様によれば、航空機用制御システムは、燃費が燃費基準以内に収まるように前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとのうち一方または双方を制御することにより、騒音を低減した際の燃費への影響を抑制することができる。

（６）の態様によれば、航空機用制御システムは、更に、エンジンの出力が予め設定された範囲に収まるようにエンジンを制御することにより、騒音を低減した際のエンジンの出力への影響を抑制することができる。

（７）の態様によれば、航空機用制御システムは、前記騒音を低減するための制御によって、エンジンの出力が小さくなった場合、小さくなった分の出力を補うために別のエンジンの出力を増加させることにより、騒音を低減した際の航空機全体において求められる電力への影響を抑制することができる。

（８）の態様によれば、エンジンの運転によって発電機が発電した電力が蓄電池に蓄電され、蓄電池の電力によって、航空機が推進するため、騒音過大条件を満たす前よりも騒音を低減するように、エンジンが制御可能となり、騒音を抑制した航空機の制御が実現される。

航空機用制御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。 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により実行される流れの一例を示すフローチャートである。 第１マップ１３２の一例を示す図である。 第２マップ１３４の一例を示す図である。 図４等の処理を時間の経過を基準に示した図である。 ＧＴ６０－２が、出力を補填する処理の流れについて説明するための図である。

以下、図面を参照し、本発明の航空機用制御システム、航空機用制御方法、およびプログラムの実施形態について説明する。

図１は、航空機用制御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。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、各種センサ８０と、制御装置１００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。ＢＭＵ３４は、検出部３６の検出結果に基づいて、上記のように蓄電池３２の状態を取得する。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。

各種センサ８０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、ＧＴ６０の筐体の内部の圧力や、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。各種センサ８０は、例えば、ＧＴ６０－１、ＧＴ６０－２のそれぞれに対して設けられている。各種センサ８０には、飛行体１の外部の音、内部の音、またはＧＴ６０が発する音を検出する音センサが含まれていてもよい。

制御装置１００は、例えば、推定部１１０と、エンジン制御部１２０と、記憶部１３０とを備える。推定部１１０と、エンジン制御部１２０とは、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。これらの機能部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。

記憶部１３０は、例えば、ＨＤＤ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、またはＲＡＭ（Random Access Memory）等により実現される。記憶部１３０には、例えば、第１マップ１３２と、第２マップ１３４とが記憶されている（詳細は後述する）。

推定部１１０は、例えば、第１推定部１１２と、第２推定部１１４とを備える。第１推定部１１２は、各種センサ８０のうち一以上のセンサの検出結果（エンジンの騒音を推定するための情報の一例）に基づいて、ＧＴ６０－１が発する音の大きさを推定（または取得）する。第１推定部１１２は、例えば、温度センサの検出結果、潤滑油センサの検出結果、または圧力センサの検出結果、或いはこれらをパラメータとした所定の関数の演算結果に基づいて得られた指標に基づいて、音の大きさを推定する。例えば、音の大きさと、各種センサ８０の検出結果との相関は、予め求められている。第１推定部１１２は、求められた相関に基づいて音の大きさを推定する。例えば、第１推定部１１２は、ＧＴ６０－１の温度または潤滑油の温度が高くなるほど、音は大きいと推定し、圧力が高いほど音は大きいと推定する。例えば、第１推定部１１２は、上記のパラメータのそれぞれが、それぞれに対応する閾値を超えた場合、基準以上の音が発生している（騒音過大条件を満たす）と推定してもよい。また、第１推定部１１２は、回転数センサの検出結果を用いて騒音（圧縮機や、タービンの翼騒音、タービンの軸振動などに起因する騒音）を推定してもよいし、吸排気流量（推定値）に起因する騒音（例えば吸排気ダクトで発生する気流音）を推定してもよい。第１推定部１１２が推定する騒音は、上記の騒音の一部または全部の騒音である。第２推定部１１４は、第１推定部１１２と同様にＧＴ６０－２が発する音の大きさを推定（または取得）する。

エンジン制御部１２０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、推定部１１０の推定結果、または各種センサ８０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。エンジン制御部１２０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８０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。エンジン制御部１２０の第１エンジン制御部１２２は、第１構成を制御し、エンジン制御部１２０の第２エンジン制御部１２４は、第２構成を制御する。エンジン制御部１２０は、図３に示すように、飛行体１の飛行状態に応じた要求電力および／または蓄電池３２の蓄電量に基づいてＧＴ６０を制御する。

［飛行状態に関する説明］
図３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３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。

上記の飛行状態のうち、例えば、飛行体１が、（２）離陸、ホバー、または（６）ホバー、着陸する状態における飛行状態の要求電力は、他の飛行状態における要求電力よりも大きい傾向である。飛行状態の要求電力とは、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（各電動機１４に供給する必要のある電力の合計）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。

例えば、エンジン制御部１２０は、予め定められた条件を満たした場合に、ＧＴ６０－１および／またはＧＴ６０－２を稼働させる。予め定められた条件は、例えば、飛行状態が（２）または（６）であることや、蓄電池のＳＯＣが所定値未満になったこと（または所定時間以内に所定値未満に到達すると予測されること）である。予め定められた条件は、任意の条件であってもよい。

［フローチャート］
図４は、制御装置１００により実行される流れ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、一例であり、処理の一部は省略されてもよいし、他の処理が追加されてもよい。また、処理の順序は変更されてもよい。本フローチャートで説明するように、エンジン制御部１２０は、ＧＴ６０が騒音過大条件を満たす場合、騒音過大条件を満たす前よりも騒音を低減させるように、騒音過大条件を満たすＧＴ６０の回転数とトルクの大きさとのうち一方または双方を変更する。この際、燃費および出力も考慮する。

まず、制御装置１００のエンジン制御部１２０は、飛行体１の全体のシステムからの発電要求を取得する（ステップＳ１００）。全体のシステムからの発電要求には、飛行状態の要求電力の量に加え、飛行体１に含まれる補機などで利用される電力の量が含まれる。

次に、エンジン制御部１２０は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２の出力を決定する（ステップＳ１０１）。例えば、エンジン制御部１２０は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２を稼働させると決定してもよいし、利用頻度の低いＧＴ６０を稼働させると決定してもよい。また、エンジン制御部１２０は、全体のシステムからの発電要求が所定度合以上である場合、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２を稼働させると決定し、全体のシステムからの発電要求が所定度合未満である場合、ＧＴ６０－１またはＧＴ６０－２の一方を稼働させると決定してもよい。以下の説明では、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２が稼働するものとする。

次に、エンジン制御部１２０は、第１マップ１３２を参照して、燃費が最小となる運転点（或いは最小に近い運転点）を決定する（ステップＳ１０２）。決定されたた運転点に基づいてＧＴ６０は稼働する。第１マップ１３２については後述する。

次に、エンジン制御部１２０は、推定部１１０の推定結果に基づいて、ＧＴ６０－１またはＧＴ６０－２が騒音過大条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ１０３）。騒音過大条件を満たさない場合、エンジン制御部１２０は、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２を燃費が最小となる運転点に基づいて運転させる。

騒音過大条件を満たす場合（例えばＧＴ６０－１が騒音過大条件を満たす場合）、エンジン制御部１２０は、燃費を考慮しつつ騒音過大条件を満たさなくなるような運転点を探索すると共に（ステップＳ１０５）、全体のシステムからの発電要求の出力（ＧＴ６０－１に期待される出力）と、騒音過大条件を満たさないように制御されるＧＴ６０－１が発電可能な出力との差が最も小さい運転点を決定する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６の処理において、差が最も小さい運転点に代えて、差が所定の範囲に収まる運転点が決定されてもよい。

次に、エンジン制御部１２０は、ＧＴ６０－２で、ＧＴ６０－１の出力不足分を補う（ステップＳ１０８）。エンジン制御部１２０は、例えば、第１マップ１３２および第２マップ１３４を参照して運転点を決定する。ステップＳ１０５およびステップＳ１０６の処理の詳細については後述する。

以下、第１マップ１３２および第２マップ１３４を用いたステップＳ１０５およびステップＳ１０６の処理について説明する。

［第１マップ］
図５は、第１マップ１３２の一例を示す図である。図５の縦軸はエンジントルク（ＧＴ６０のトルク）［Ｎｍ］の大きさを示し、図５の横軸はエンジン回転数（ＧＴ６０の回転数）［ｎｐｍ］を示している。第１マップ１３２において、エンジントルクとエンジン回転数との組み合わせごとに第１領域を示すラベルまたは第２領域を示すラベルが対応付けられている。第１領域は、燃費が燃費基準以上である領域（燃費が良好である領域）であり、第２領域は、燃費が燃費基準未満である領域（燃費が良好でない領域）である。第１マップ１３２には、運転ラインＬ１が規定されている。運転ラインＬ１は、燃費が最適となるエンジントルクとエンジン回転数との組み合わせである。

［第２マップ］
図６は、第２マップ１３４の一例を示す図である。図６の縦軸はエンジントルク（ＧＴ６０のトルク）［Ｎｍ］の大きさを示し、図６の横軸はエンジン回転数（ＧＴ６０の回転数）［ｎｐｍ］を示している。第２マップ１３４において、エンジントルクとエンジン回転数との組み合わせごとに第３領域を示すラベルまたは第４領域を示すラベルが対応付けられている。第３領域は、騒音が騒音基準以上である領域（高騒音の領域）であり、第４領域は、騒音が騒音基準未満である領域（低騒音の領域）である。第２マップ１３４においても、例えば、運転ラインＬ１が規定されている。

以下の説明では、一例として、図４－６を参照して、ＧＴ６０－１が制御される場合について説明する。第１エンジン制御部１２２は、第１マップ１３２を参照し、燃費が最小（または最適、適切）となる運転点Ｐ１（運転ラインＬ１に沿った運転点）に対応するエンジントルクとエンジン回転数とで稼働するようにＧＴ６０－１を制御する。

例えば、エンジン制御部１２０は、騒音過大条件が満たされた場合、ＧＴ６０の回転数とトルクの大きさとＧＴ６０の騒音の大きさとの関係に基づいて（例えば第２マップ１３４を参照して）、ＧＴ６０の騒音の大きさが騒音基準以内に収まるようにエンジンの回転数とトルクの大きさとのうち一方または双方を制御する。エンジン制御部１２０は、更に、ＧＴ６０の回転数とトルクの大きさとＧＴ６０の燃費との関係に基づいて（例えば第１マップ１３２を参照して）、燃費が燃費基準以内に収まるようにＧＴ６０の回転数とトルクの大きさとのうち一方または双方を制御する。騒音基準は、予め実験的に求められた音が閾値以下であることを規定する基準である。燃費基準は、運転ラインに基づく制御における燃費に対して、燃費の悪化度合いがＸパーセントの範囲内であることである。「Ｘ」は、例えば予め設定された任意の値である。

具体的には、ＧＴ６０－１が騒音過大条件を満たす場合、第１エンジン制御部１２２は、第１マップ１３２および第２マップ１３４を参照して、燃費が燃費基準以上となる領域と騒音が騒音基準未満となる領域とに含まれる運転点を探索する。そして、第１エンジン制御部１２２は、探索した複数の運転点のうち、発電要求の出力と、探索した運転点に対応する発電可能な出力との差が最も小さい運転点Ｐ２を決定する。例えば、エンジン制御部１２０は、探索した運転点ごとの発電可能な出力を求め、求めた出力と、発電要求の出力とを比較して運転点Ｐ２を決定する。

運用点Ｐ２は、「燃費が前記運転ラインから外れた前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとの組み合わせである運転ポイント」の一例である。運用点Ｐ２は、「前記エンジンの騒音の大きさが騒音基準以内に収まり、前記燃費が燃費基準以内に収まり、且つ前記運転ポイントに基づいて制御された前記エンジンの第１出力が出力基準を満たすポイント」の一例である。出力基準は、前記第１出力が、前記運転ラインに基づいて制御された前記エンジンの出力に対して予め設定された範囲に収まることである。更に、エンジン制御部１２０は、後述する図８で説明するように、運転点Ｐ２で運転した場合に不足する出力はＧＴ６０－２に補填させる。

図７は、図４等の処理を時間の経過を基準に示した図である。図７の上図、中図、下図の横軸は時間を示している。図７の上図の縦軸は推定部１１０により推定された騒音の大きさを示し、図７の中図の縦軸はＧＴ６０－１の燃料消費率［ｇ／ｋＷｈ］（燃費）を示し、図７の下図の縦軸はＧＴ６０－１の出力を示している。

時刻Ｔにおいて、推定される騒音が閾値以上となった場合（騒音過大条件を満たした場合）、燃費を考慮しつつ騒音過大条件を満たさなくなるような運転点Ｐ２に基づいて、ＧＴ６０－１が制御される。図７の中図に示すように、運転点Ｐ２でＧＴ６０－１が運転した場合の燃費（探索後の燃費）は、運転点Ｐ１でＧＴ６０－１が運転した場合の燃費（基準燃費）を基準とした所定範囲内の燃費である。図７に示すように、基準燃費に対する探索後の燃費の悪化度合は、Ｘ％以内である。また、図７の中図に示すように、探索後の燃費は燃費基準の範囲内である。

図７の下図に示すように、ＧＴ６０－１の出力は、出力ＯＰ１からＯＰ２に低下する。出力の低下がなるべく抑制されるようにＧＴ６０－１の運転ポイントは決定される。この場合、エンジン制御部１２０は、低下した分（ＯＰ１－ＯＰ２）を補填するために、ＧＴ６０－２の出力を増加させる。低下した分の出力は、ＧＴ６０－２（別のＧＴ）の出力によって補填される。

図８は、ＧＴ６０－２が、出力を補填する処理の流れについて説明するための図である。例えば、ＧＴ６０－１およびＧＴ６０－２が５０［ｋＷ］出力している状態において、ＧＴ６０－１の騒音過大条件が満たされたものとする。この場合、第１エンジン制御部１２２は、ＧＴ６０－１の出力を４０［ｋＷ］に制御するための制御指令をＧＴ６０－１に送信する。ＧＴ６０－１は、制御指令に基づいて出力を低下させる。第２エンジン制御部１２４は、ＧＴ６０－２の出力を６０［ｋＷ］に制御するための制御指令をＧＴ６０－２に送信する。ＧＴ６０－２は、制御指令に基づいて出力を増加させる。

上記のように、エンジン制御部１２０は、ＧＴ６０－１の出力を低下させる場合、ＧＴ６０－２を利用して出力を補填する。これにより、燃費を考慮しつつ騒音を抑制し、ＧＴ６０の出力を維持される。なお、ＧＴ６０－１が出力を増加させて、騒音を抑制する場合は、ＧＴ６０－２の出力が抑制されるように制御される。

ここで、ＧＴ６０からの騒音の抑制について説明する。例えば、推力を発生させる航空機用エンジンの騒音について考える。航空機の左右両エンジンの回転数が異なることでファンからの騒音が耳障りになることがある。このような騒音を低減するには、回転数を揃えるようなエンジン制御を導入することが考えられる。航空機用エンジンが推力を発生させ、且つ騒音過大条件が満たされた場合であってもエンジン回転数を変化させにくく、エンジン運転点の大きな変更はできないことがある。

本実施形態の飛行体１は、ＧＴ６０を発電用途として使用するものであり、ＧＴ６０の運転点を柔軟に変化させることができる。本実施形態の飛行体１は、騒音過大条件が満たされた場合、第１マップ１３２および第２マップ１３４を参照し、燃費悪化が少なく、かつ、騒音が下がる運転点でＧＴ６０を制御する。これにより、燃費を考慮しつつ騒音を抑制することができる。なお、本実施形態における騒音とは、飛行体１の外部の人物が感じる音であってもよいし、飛行体１の内部の人物が感じる音であってもよい。

以上説明した実施形態によれば、航空機用制御システムは、騒音過大条件を満たすと推定された場合に、騒音過大条件を満たす前よりも騒音を低減するように、ＧＴ６０の回転数とトルクの大きさとのうち一方または双方を変更することにより、騒音をより適切に抑制することができる。例えば、飛行体１の周辺の人物や内部の人物の快適性が向上することが期待される。

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、１４‥電動機、３０‥蓄電池ユニット、３２‥蓄電池、５０‥発電機、６０‥ガスタービンエンジン（ＧＴ）、８０‥各種センサ、１００‥制御装置、１１０‥推定部、１１２‥第１推定部、１１４‥第２推定部、１２０‥エンジン制御部、１２２‥第１エンジン制御部、１２４‥第２エンジン制御部

Claims (10)

1. 航空機の機体に取り付けられる複数のエンジンと、
   前記複数のエンジンのエンジン軸に接続される複数の発電機と、
   前記複数の発電機から供給される電力により駆動される電動機と、
   前記電動機から出力される駆動力により駆動されるロータと、
   前記エンジンの騒音を推定するための情報に基づいて騒音過大条件を満たすか否かを推定する推定部と、
   前記騒音過大条件を満たすと推定された場合に、前記騒音過大条件を満たす前よりも騒音を低減するように、前記エンジンの回転数とトルクの大きさとのうち一方または双方を変更するエンジン制御部と、
   を備える航空機用制御システム。
2. 前記エンジン制御部は、前記騒音過大条件が満たされた場合、前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさと前記エンジンの騒音の大きさとの関係に基づいて、前記エンジンの騒音の大きさが騒音基準以内に収まるように前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとのうち一方または双方を制御する、
   請求項１記載の航空機用制御システム。
3. 前記エンジン制御部は、更に、前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさと前記エンジンの燃費との関係に基づいて、前記燃費が燃費基準以内に収まるように前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとのうち一方または双方を制御する、
   請求項２に記載の航空機用制御システム。
4. 前記エンジン制御部は、前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとに応じた燃費の分布を表す第１の運転マップと、エンジンの回転数とトルクの大きさとに応じた騒音の分布を表す第２の運転マップとを参照し、前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとのうち一方または双方を制御する、
   請求項３記載の航空機用制御システム。
5. 前記エンジン制御部は、
   前記燃費が最適な前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとの組み合わせである運転ラインで前記エンジンを制御し、且つ前記騒音過大条件を満たすと推定されていない場合、前記運転ラインで前記エンジンを制御し、
   前記運転ラインで前記エンジンを制御し、且つ前記騒音過大条件を満たすと推定された場合、前記燃費が前記運転ラインから外れた前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとの組み合わせである運転ポイントで前記エンジンを制御する、
   請求項３または４に記載の航空機用制御システム。
6. 前記運転ポイントは、前記エンジンの騒音の大きさが騒音基準以内に収まり、前記燃費が燃費基準以内に収まり、且つ前記運転ポイントに基づいて制御された前記エンジンの第１出力が出力基準を満たすポイントであり、
   前記出力基準は、前記第１出力が、前記運転ラインに基づいて制御された前記エンジンの出力に対して予め設定された範囲に収まることである、
   請求項５に記載の航空機用制御システム。
7. 前記エンジン制御部は、前記騒音を低減するために前記エンジンの回転数と前記トルクの大きさとのうち一方または双方を制御し、制御の後の出力が前記制御の前の出力よりも所定度合以上小さくなる場合、小さくなった分の出力を補うために別のエンジンの出力を増加させる、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の航空機用制御システム。
8. 前記発電機により発電された電力を蓄電する蓄電池を更に備え、
   前記電動機は、前記蓄電池から出力される電力を用いて駆動される、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の航空機用制御システム。
9. 航空機の機体に取り付けられる複数のエンジンと、
   前記複数のエンジンのエンジン軸に接続される複数の発電機と、
   前記複数の発電機から供給される電力により駆動される電動機と、
   前記電動機から出力される駆動力により駆動されるロータと、を備えた航空機の制御装置が、
   前記エンジンの騒音を推定するための情報に基づいて騒音過大条件を満たすか否かを推定し、
   前記騒音過大条件を満たすと推定された場合に、前記騒音過大条件を満たす前よりも騒音を低減するように、前記エンジンの回転数とトルクの大きさとのうち一方または双方を変更する、
   航空機用制御方法。
10. 航空機の機体に取り付けられる複数のエンジンと、
    前記複数のエンジンのエンジン軸に接続される複数の発電機と、
    前記複数の発電機から供給される電力により駆動される電動機と、
    前記電動機から出力される駆動力により駆動されるロータと、を備えた航空機の制御装置に、
    前記エンジンの騒音を推定するための情報に基づいて騒音過大条件を満たすか否かを推定させ、
    前記騒音過大条件を満たすと推定された場合に、前記騒音過大条件を満たす前よりも騒音を低減するように、前記エンジンの回転数とトルクの大きさとのうち一方または双方を変更させる、
    航空機用プログラム。

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