JP2023147342A - 航空機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】機体の重量の増加を抑制する。【解決手段】第1発電機46aが停止した場合、電動モータ制御部は、第1発電機46aから供給される電力により動作していたVTOL電動モータ20V及びクルーズ電動モータ24Cの出力パワーを減少させ、第2発電機46bから供給される電力により動作するVTOL電動モータ20V及びクルーズ電動モータ24Cの出力パワーを増加させる。【選択図】図2
Description
本発明は、航空機の制御装置に関する。
下記特許文献1には、マルチロータ航空機が開示されている。当該マルチロータ航空機は、複数のロータを有し、各ロータに対応して電動モータが設けられる。一部の電動モータには2つの発電機のうち一方の発電機から電力が供給され、他の一部の電動モータには他方の発電機から電力が供給される。
上記特許文献1に開示された技術では、一方の発電機から一部の電動モータに電力を供給できなくなった場合、その一部の電動モータは、バッテリから電力が供給される。発電機から電力を供給できなくなった後のマルチロータ航空機の飛行継続時間を長くするために、バッテリの容量を大きくする必要がある。しかし、バッテリの容量を大きくすると、バッテリの重量が増加し、機体の重量も増加する課題がある。
本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。
本発明の態様は、電力を発生する1以上の第1発電機と、電力を蓄電する1以上の第1バッテリと、前記第1発電機及び前記第1バッテリから供給される電力により動作する1以上の第1電動モータと、電力を発生する1以上の第2発電機と、電力を蓄電する1以上の第2バッテリと、前記第2発電機及び前記第2バッテリから供給される電力により動作する1以上の第2電動モータと、機体に推力を発生させる複数のロータと、を有する航空機の制御装置であって、前記第1電動モータ及び前記第2電動モータのそれぞれを制御する電動モータ制御部を有し、前記ロータのぞれぞれは、前記第1電動モータ及び前記第2電動モータの一方、又は、前記第1電動モータ及び前記第2電動モータの両方により駆動され、前記電動モータ制御部は、前記第1発電機から前記第1電動モータに電力を供給できない状態であって、前記第2発電機から前記第2電動モータに電力を供給できる状態である場合、前記第1発電機から前記第1電動モータに電力を供給できる状態であって、前記第2発電機から前記第2電動モータに電力を供給できる状態である場合に比べて、前記第1電動モータが前記ロータを駆動することにより発生する推力を減少させて、前記第1電動モータにおける消費電力を減少させるとともに、前記第2電動モータが前記ロータを駆動することにより発生する推力を増加させる。
本発明により、機体の重量の増加を抑制できる。
〔第1実施形態〕
[航空機の構成]
図1は、航空機10の模式図である。本実施形態の航空機10は、電動垂直離着陸機(eVTOL機)である。航空機10は、電動モータによりロータが駆動される。航空機10は、ロータにより垂直方向の推力と水平方向の推力を発生させる。また、航空機10は、ハイブリッド航空機である。航空機10は、電動モータの電源として、発電機とバッテリとを有する。航空機10は、発電機により発電された電力が電動モータに供給される。発電機により発電された電力が要求される電力に対して不足する場合、バッテリに蓄電された電力が電動モータに供給される。
[航空機の構成]
図1は、航空機10の模式図である。本実施形態の航空機10は、電動垂直離着陸機(eVTOL機)である。航空機10は、電動モータによりロータが駆動される。航空機10は、ロータにより垂直方向の推力と水平方向の推力を発生させる。また、航空機10は、ハイブリッド航空機である。航空機10は、電動モータの電源として、発電機とバッテリとを有する。航空機10は、発電機により発電された電力が電動モータに供給される。発電機により発電された電力が要求される電力に対して不足する場合、バッテリに蓄電された電力が電動モータに供給される。
航空機10は、機体12を有する。機体12には、コックピット、キャビン等が設けられる。コックピットには、パイロットが搭乗し、航空機10の操縦をする。キャビンには、搭乗者等が搭乗する。航空機10は、自動で操縦されてもよい。
航空機10は、前翼14及び後翼16を有する。航空機10が前方に移動する場合に、前翼14及び後翼16のそれぞれにおいて揚力が発生する。
航空機10は、8つのVTOLロータ18Vを有する。8つのVTOLロータ18Vとは、ロータ18V1、ロータ18V2、ロータ18V3、ロータ18V4、ロータ18V5、ロータ18V6、ロータ18V7及びロータ18V8である。
ロータ18V1、ロータ18V3、ロータ18V5及びロータ18V7は、機体12の左右方向の中心線Aに対して左方に配置される。ロータ18V2、ロータ18V4、ロータ18V6及びロータ18V8は、中心線Aに対して右方に配置される。すなわち、中心線Aに対して左方に4つのVTOLロータ18Vが配置され、中心線Aに対して右方に4つのVTOLロータ18Vが配置される。
機体12の中心線A上に、航空機10の重心Gが位置する。航空機10を上方から見た状態で、重心Gは、機体12の前後方向においてロータ18V4とロータ18V6との間に位置する。また、重心Gは、機体12の前後方向においてロータ18V3とロータ18V5との間に位置する。
航空機10を上方から見た状態で、ロータ18V8は、重心Gに対してロータ18V1と点対称な位置に設けられる。ロータ18V7は、重心Gに対してロータ18V2と点対称な位置に設けられる。ロータ18V6は、重心Gに対してロータ18V3と点対称な位置に設けられる。ロータ18V5は、重心Gに対してロータ18V4と点対称な位置に設けられる。
各VTOLロータ18Vに対して、1つのVTOL電動モータ20Vが設けられる。すなわち、ロータ18V1に対して、電動モータ20V1_1が設けられる。ロータ18V2に対して、電動モータ20V2_2が設けられる。ロータ18V3に対して、電動モータ20V3_2が設けられる。ロータ18V4に対して、電動モータ20V4_1が設けられる。ロータ18V5に対して、電動モータ20V5_1が設けられる。ロータ18V6に対して、電動モータ20V6_2が設けられる。ロータ18V7に対して、電動モータ20V7_2が設けられる。ロータ18V8に対して、電動モータ20V8_1が設けられる。各VTOL電動モータ20Vにより、各VTOLロータ18Vが駆動される。
各VTOLロータ18Vは、主に機体12の上方に向けて推力を発生する。各VTOLロータ18Vは、ロータの回転数、及び、ブレードのピッチ角度が調整されることにより、推力が制御される。ブレードのピッチ角度等の他の条件が一定であれば、VTOL電動モータ20Vの出力パワーが大きくなるほど、VTOLロータ18Vにより発生する推力は大きくなる。各VTOLロータ18Vは、主に、垂直離陸時、垂直離陸から巡航への移行時、巡航から垂直着陸への移行時、垂直着陸時、空中停止時等において使用される。また、各VTOLロータ18Vは、姿勢制御時に使用される。
各VTOLロータ18Vにおける推力が制御されることにより、機体12に対して主に上方に推進力を作用させる。各VTOLロータ18Vにおける推力が制御されることにより、機体12に対してロールモーメント、ピッチモーメント、及び、ヨーモーメントを作用させる。VTOLロータ18Vは、本発明の垂直ロータに相当する。
航空機10は、2つのクルーズロータ22Cを有する。2つのクルーズロータ22Cとは、ロータ22C1及びロータ22C2である。ロータ22C1及びロータ22C2は、機体12の後部に取り付けられる。ロータ22C1は、中心線Aに対して左方に配置される。ロータ22C2は、中心線Aに対して右方に配置される。すなわち、中心線Aに対して左方に1つのクルーズロータ22Cが配置され、中心線Aに対して右方に1つのクルーズロータ22Cが配置される。
各クルーズロータ22Cに対して、2つのクルーズ電動モータ24Cが設けられる。すなわち、ロータ22C1に対して、電動モータ24C1_1及び電動モータ24C2_2が設けられる。ロータ22C2に対して、電動モータ24C3_1及び電動モータ24C4_2が設けられる。2つのクルーズ電動モータ24Cにより、1つのクルーズロータ22Cが駆動される。
各クルーズロータ22Cは、主に機体12の前方に向けて推力を発生する。各クルーズロータ22Cは、ロータの回転数、及び、ブレードのピッチ角度が調整されることにより、推力が制御される。ブレードのピッチ角度等の他の条件が一定であれば、クルーズ電動モータ24Cの出力パワーが大きくなるほど、クルーズロータ22Cにより発生する推力は大きくなる。各クルーズロータ22Cは、主に、垂直離陸から巡航への移行時、巡航時、巡航から垂直着陸への移行時等において使用される。各クルーズロータ22Cにおける推力が制御されることにより、機体12に対して主に前方に推進力を作用させる。クルーズロータ22Cは、本発明の水平ロータに相当する。
[電力供給システムの構成]
図2は、電力供給システム26の構成を示す模式図である。
図2は、電力供給システム26の構成を示す模式図である。
航空機10は、第1駆動系統28の駆動源として、電動モータ20V1_1、電動モータ20V4_1、電動モータ20V5_1、電動モータ20V8_1、電動モータ24C1_1及び電動モータ24C3_1を有する。以下では、電動モータ20V1_1、電動モータ20V4_1、電動モータ20V5_1及び電動モータ20V8_1を、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20Vと記載することがある。また、電動モータ24C1_1及び電動モータ24C3_1を、第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cと記載することがある。第1駆動系統28のVTOL電動モータ20V、及び、第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cは、本発明の第1電動モータに相当する。
航空機10は、第2駆動系統30の駆動源として、電動モータ20V2_2、電動モータ20V3_2、電動モータ20V6_2、電動モータ20V7_2、電動モータ24C2_2及び電動モータ24C4_2を有する。以下では、電動モータ20V2_2、電動モータ20V3_2、電動モータ20V6_2及び電動モータ20V7_2を、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20Vと記載することがある。電動モータ24C2_2及び電動モータ24C4_2を、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cと記載することがある。第2駆動系統30のVTOL電動モータ20V、及び、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cは、本発明の第2電動モータに相当する。
電力供給システム26は、2つの主電源装置32、及び、4つの補助電源装置34を有する。電力供給システム26は、4つの負荷モジュール36に電力を供給する。
2つの主電源装置32とは、第1主電源装置32a及び第2主電源装置32bを示す。4つの補助電源装置34とは、第1補助電源装置34a、第2補助電源装置34b、第3補助電源装置34c及び第4補助電源装置34dを示す。4つの負荷モジュール36とは、第1負荷モジュール36a、第2負荷モジュール36b、第3負荷モジュール36c及び第4負荷モジュール36dを示す。
電力供給システム26は、2つの電力供給回路38を有する。2つの電力供給回路38とは、第1電力供給回路38a及び第2電力供給回路38bを示す。第1電力供給回路38aと第2電力供給回路38bとは、互いに接続されておらず、独立して設けられる。
各電力供給回路38は、主電源回路40、及び、補助電源回路42を有する。主電源回路40は、主電源装置32毎に設けられる。補助電源回路42は、補助電源装置34毎に設けられる。
各主電源装置32は、ガスタービン44、発電機46及びパワーコントロールユニット(以下、PCUと記載する)48を有する。ガスタービン44は、発電機46を駆動する。これにより、発電機46は発電を行う。PCU48は、発電機46により発電された交流電力を直流電力に変換して主電源回路40に出力する。ガスタービン44を始動させる場合、PCU48は、主電源回路40により供給された直流電力を交流電力に変換して発電機46に出力する。PCU48から入力された交流電力により発電機46が動作し、発電機46はガスタービン44を駆動する。
以下では、第1主電源装置32aにおける発電機46を、第1発電機46aと記載することがある。また、第2主電源装置32bにおける発電機46を、第2発電機46bと記載することがある。
各補助電源装置34は、バッテリ50を有する。バッテリ50は、主電源装置32から供給された直流電力により充電される。以下では、第1補助電源装置34aにおけるバッテリ50を、第1バッテリ50aと記載することがある。また、第2補助電源装置34bにおけるバッテリ50を、第2バッテリ50bと記載することがある。また、第3補助電源装置34cにおけるバッテリ50を、第3バッテリ50cと記載することがある。また、第4補助電源装置34dにおけるバッテリ50を、第4バッテリ50dと記載することがある。
第1バッテリ50a及び第2バッテリ50bは、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20V及び第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cに電力を供給する。すなわち、第1バッテリ50a及び第2バッテリ50bは、第1駆動系統28の蓄電装置として機能する。以下では、第1バッテリ50a及び第2バッテリ50bのそれぞれを、第1駆動系統28のバッテリ50と記載することがある。第3バッテリ50c及び第4バッテリ50dは、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20V及び第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cに電力を供給する。すなわち、第3バッテリ50c及び第4バッテリ50dは、第2駆動系統30の蓄電装置として機能する。以下では、第3バッテリ50c及び第4バッテリ50dのそれぞれを、第2駆動系統30のバッテリ50と記載することがある。第1駆動系統28のバッテリ50は、本発明の第1バッテリに相当する。第2駆動系統30のバッテリ50は、本発明の第2バッテリに相当する。
各負荷モジュール36は、2つのVTOL駆動ユニット52、及び、1つのクルーズ駆動ユニット54を有する。
各VTOL駆動ユニット52は、インバータ56及びVTOL電動モータ20Vを有する。インバータ56は、主電源回路40により供給された直流電力を三相の交流電力に変換して、VTOL電動モータ20Vに出力する。
クルーズ駆動ユニット54は、インバータ58及びクルーズ電動モータ24Cを有する。インバータ58は、主電源回路40により供給された直流電力を三相の交流電力に変換して、クルーズ電動モータ24Cに出力する。
第1負荷モジュール36a及び第3負荷モジュール36cのそれぞれは、コンバータ60を有する。コンバータ60は、主電源装置32から供給された直流電力の電圧を降圧させて、直流電力により動作する機器に出力する。直流電力により動作する機器とは、例えば、PCU48、インバータ56、インバータ58等を冷却する冷却装置である。
各主電源回路40は、1つの共有バス62、1つの遮断装置64、2つの遮断装置66、1つの電流センサ68及び2つの電流センサ70を有する。
共有バス62は、1つの主電源装置32と、2つの負荷モジュール36とを接続する。共有バス62により、2つの負荷モジュール36が、主電源装置32に対して並列に接続される。
遮断装置64は、主電源装置32と共有バス62との間に設けられる。遮断装置64は、主電源装置32と共有バス62との間を電流が流れる導通状態と、主電源装置32と共有バス62との間の電流の流れが遮断される遮断状態とを切り換える。遮断装置64は、コンタクタ64a及びコンタクタ64bを有する。コンタクタ64aは、主電源回路40の正極の配線に設けられる。コンタクタ64bは、主電源回路40の負極の配線に設けられる。遮断装置64は、コンタクタ64a及びコンタクタ64bの一方のみを有してもよい。
各遮断装置66は、各負荷モジュール36と共有バス62との間に設けられる。遮断装置66は、各負荷モジュール36と共有バス62との間を電流が流れる導通状態と、各負荷モジュール36と共有バス62との間の電流の流れが遮断される遮断状態とを切り換える。遮断装置66は、コンタクタ66a及びコンタクタ66bを有する。コンタクタ66aは、主電源回路40の正極の配線に設けられる。コンタクタ66bは、主電源回路40の負極の配線に設けられる。遮断装置66は、コンタクタ66a及びコンタクタ66bの一方のみを有してもよい。遮断装置64がコンタクタ64aのみを有する場合、遮断装置66はコンタクタ66bのみを有することが好ましい。遮断装置64がコンタクタ64bのみを有する場合、遮断装置66はコンタクタ66aのみを有することが好ましい。
電流センサ68は、遮断装置64と共有バス62との間に設けられる。電流センサ68は、主電源回路40の正極の配線に設けられる。各電流センサ70は、各遮断装置66と共有バス62との間に設けられる。各電流センサ70は、主電源回路40の正極の配線に設けられる。
各補助電源回路42は、主電源回路40及び各負荷モジュール36の両者に接続される。補助電源回路42は、補助電源装置34から負荷モジュール36に電力を供給する。補助電源回路42は、遮断装置72及び電流センサ74を有する。
遮断装置72は、補助電源装置34と負荷モジュール36との間に設けられる。遮断装置72は、補助電源装置34と負荷モジュール36との間を電流が流れる導通状態と、補助電源装置34と負荷モジュール36との間の電流の流れが遮断される遮断状態とを切り換える。遮断装置72は、コンタクタ72a、コンタクタ72b及びプリチャージ回路72cを有する。コンタクタ72aは、補助電源回路42の正極の配線に設けられる。コンタクタ72bは、補助電源回路42の負極の配線に設けられる。プリチャージ回路72cは、コンタクタ72bに対して並列に設けられる。プリチャージ回路72cは、コンタクタ72d及び抵抗72eを有する。電流センサ74は、補助電源回路42の負極の配線に設けられる。
遮断装置72は、コンタクタ72bとプリチャージ回路72cのみを有してもよい。プリチャージ回路72cは、コンタクタ72aと並列に設けられてもよい。この場合、遮断装置72は、コンタクタ72aとプリチャージ回路72cのみを有してもよい。
主電源回路40と各補助電源回路42との間にダイオード76が設けられる。ダイオード76のアノードが主電源回路40に接続され、ダイオード76のカソードが補助電源回路42に接続される。ダイオード76により、主電源回路40から補助電源回路42への電力の供給が許容される。ダイオード76により、補助電源回路42から主電源回路40への電力の供給が妨げられる。主電源回路40が短絡した場合、補助電源装置34から主電源回路40に電気が流れることを防止する。その結果、主電源回路40が短絡した場合であっても、補助電源装置34から負荷モジュール36に電力を供給できる。
ダイオード76に対して並列にトランジスタ78が設けられる。トランジスタ78がオンである場合、ダイオード76を迂回して補助電源装置34から主電源回路40に電力が供給される。補助電源装置34から供給される電力により、発電機46が動作し、ガスタービン44を始動させることができる。
機体12の中心線Aに対して左方に配置されるVTOLロータ18Vのうち(図1)、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20Vにより駆動されるVTOLロータ18Vは、ロータ18V1及びロータ18V5の2つである(図2)。機体12の中心線Aに対して左方に配置されるVTOLロータ18Vのうち(図1)、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20Vにより駆動されるVTOLロータ18Vは、ロータ18V3及びロータ18V7の2つである(図2)。すなわち、機体12の中心線Aに対して左方に配置されるVTOLロータ18Vのうち、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20Vにより駆動されるVTOLロータ18Vの数と、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20Vにより駆動されるVTOLロータ18Vの数とは同数である。
機体12の中心線Aに対して右方に配置されるVTOLロータ18Vのうち(図1)、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20Vにより駆動されるVTOLロータ18Vは、ロータ18V4及びロータ18V8の2つである(図2)。機体12の中心線Aに対して右方に配置されるVTOLロータ18Vのうち(図1)、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20Vにより駆動されるVTOLロータ18Vは、ロータ18V2及びロータ18V6の2つである(図2)。すなわち、機体12の中心線Aに対して右方に配置されるVTOLロータ18Vのうち、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20Vにより駆動されるVTOLロータ18Vの数と、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20Vにより駆動されるVTOLロータ18Vの数とは同数である。
機体12の中心線Aに対して左方に配置されるロータ22C1は、第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cにより駆動されるとともに、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cにより駆動される(図2)。すなわち、機体12の中心線Aに対して左方に配置されるクルーズロータ22Cのうち、第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cにより駆動されるクルーズロータ22Cの数と、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cにより駆動されるクルーズロータ22Cの数とは同数である。
機体12の中心線Aに対して右方に配置されるロータ22C2は、第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cにより駆動されるとともに、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cにより駆動される(図2)。すなわち、機体12の中心線Aに対して左方に配置されるクルーズロータ22Cのうち、第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cにより駆動されるクルーズロータ22Cの数と、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cにより駆動されるクルーズロータ22Cの数とは同数である。
[フライトコントローラの構成]
電力供給システム26は、フライトコントローラ80を有する。フライトコントローラ80は、各VTOLロータ18V及び各クルーズロータ22Cから出力される推力を制御する。図3は、フライトコントローラ80の制御ブロック図である。
電力供給システム26は、フライトコントローラ80を有する。フライトコントローラ80は、各VTOLロータ18V及び各クルーズロータ22Cから出力される推力を制御する。図3は、フライトコントローラ80の制御ブロック図である。
フライトコントローラ80は、演算部82及び記憶部84を有する。演算部82は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサである。演算部82は、出力パワー指令値算出部86、主電源装置監視部88及び電動モータ制御部90を有する。出力パワー指令値算出部86、主電源装置監視部88及び電動モータ制御部90は、記憶部84に記憶されるプログラムが演算部82によって実行されることによって実現される。出力パワー指令値算出部86、主電源装置監視部88及び電動モータ制御部90の少なくとも一部が、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等の集積回路によって実現されてもよい。出力パワー指令値算出部86、主電源装置監視部88及び電動モータ制御部90の少なくとも一部が、ディスクリートデバイスを含む電子回路によって実現されてもよい。
記憶部84は、コンピュータ可読記憶媒体である、不図示の揮発性メモリ及び不図示の不揮発性メモリにより構成される。揮発性メモリは、例えば、RAM(Random Access Memory)等である。不揮発性メモリは、例えば、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等である。データ等が、例えば、揮発性メモリに記憶される。プログラム、テーブル、マップ等が、例えば、不揮発性メモリに記憶される。記憶部84の少なくとも一部が、上述したプロセッサ、集積回路等に備えられていてもよい。
出力パワー指令値算出部86は、各VTOL電動モータ20Vに対する出力パワー指令値、及び、各クルーズ電動モータ24Cに対する出力パワー指令値を算出する。出力パワー指令値は、パイロットによる操作入力部の操作量に応じて決定される。操作入力部とは、例えば、操縦桿、ペダル、レバー等である。操作入力部の操作量と、出力パワー指令値とは一対一で対応しなくてもよい。操作入力部の操作範囲、操作入力部の操作速度、機体12の姿勢等に応じて、操作入力部の操作量に対して、出力パワー指令値を可変にしてもよい。
パイロットによる操作入力部に対する操作の入力がない場合、操作入力部の操作量に関係なく、出力パワー指令値が自動的に決定され、ホバリングをしてもよい。また、航空機10が自動で制御される場合、予め設定された飛行経路に応じて、操作入力部の操作量に関係なく、出力パワー指令値が自動的に決定されてもよい。
主電源装置監視部88は、各主電源装置32の状態を監視する。例えば、主電源装置監視部88は、主電源装置32の状態として、発電機46が動作しているか否かを監視する。発電機46が停止している場合、発電機46から各VTOL電動モータ20V及び各クルーズ電動モータ24Cに電力を供給できない。
電動モータ制御部90は、各VTOL電動モータ20Vを制御して、各VTOL電動モータ20Vの出力パワーを出力パワー指令値とする。電動モータ制御部90は、各クルーズ電動モータ24Cを制御して、各クルーズ電動モータ24Cの出力パワーを出力パワー指令値とする。電動モータ制御部90は、所定の条件が整った場合、各VTOL電動モータ20V及び各クルーズ電動モータ24Cにおける出力パワー配分の変更を行う。
[出力パワー制御]
図4は、出力パワー制御の処理を示すフローチャートである。出力パワー制御は、電動モータ制御部90において行われる。この出力パワー制御は、航空機10が起動されている間、所定の周期で繰り返し実行される。
図4は、出力パワー制御の処理を示すフローチャートである。出力パワー制御は、電動モータ制御部90において行われる。この出力パワー制御は、航空機10が起動されている間、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップS1において、電動モータ制御部90は、第1発電機46a及び第2発電機46bの両方が動作しているか否かを判定する。第1発電機46a及び第2発電機46bの両方が動作している場合、ステップS2へ移行する。第1発電機46a及び第2発電機46bの一方が停止している場合、ステップS3へ移行する。
ステップS2において、電動モータ制御部90は、出力パワー指令値に基づいて、各VTOL電動モータ20V及び各クルーズ電動モータ24Cを制御する。その後、出力パワー制御を終了する。ステップS2の処理により、各VTOL電動モータ20V及び各クルーズ電動モータ24Cの出力パワーは、出力パワー指令値と略等しくなる。
ステップS3において、電動モータ制御部90は、停止している発電機が、第1発電機46a及び第2発電機46bのいずれであるかを判定する。第1発電機46aが停止している場合は、ステップS4へ移行する。第2発電機46bが停止している場合は、ステップS8へ移行する。
第1発電機46aが停止している場合、電動モータ制御部90は、以下のステップS4~ステップS7において、出力パワー配分の変更を行う。
ステップS4において、電動モータ制御部90は、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20Vの出力パワーを出力パワー指令値よりも小さくする。その後、ステップS5へ移行する。ステップS4の処理により、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20Vにおける消費電力は減少する。また、他の条件が一定であれば、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力は減少する。
ステップS5において、電動モータ制御部90は、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20Vの出力パワーを出力パワー指令値よりも大きくする。その後、ステップS6へ移行する。ステップS5の処理により、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20Vにおける消費電力は増加する。また、他の条件が一定であれば、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力は増加する。
ステップS4において、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力が減少した分だけ、ステップS5において、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力を増加させる。これにより、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力と、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力との合計は、出力パワー配分の変更前後で維持される。
ステップS6において、電動モータ制御部90は、第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cの出力パワーを0にする。その後、ステップS7へ移行する。ステップS6の処理により、第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cにおける消費電力は減少する。第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cがクルーズロータ22Cを駆動することにより発生する推力は0となる。
ステップS7において、電動モータ制御部90は、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cの出力パワーを出力パワー指令値よりも大きくする。その後、出力パワー制御を終了する。ステップS7の処理により、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cにおける消費電力は増加する。また、他の条件が一定であれば、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cがクルーズロータ22Cを駆動することにより発生する推力は増加する。第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cがクルーズロータ22Cを駆動することにより発生する推力と、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cがクルーズロータ22Cを駆動することにより発生する推力との合計は、出力パワー配分の変更前と比べて減少させる。
第2発電機46bが停止している場合、電動モータ制御部90は、以下のステップS8~ステップS11において、出力パワー配分の変更を行う。
ステップS8において、電動モータ制御部90は、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20Vの出力パワーを出力パワー指令値よりも小さくする。その後、ステップS9へ移行する。ステップS8の処理により、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20Vにおける消費電力は減少する。また、他の条件が一定であれば、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力は減少する。
ステップS9において、電動モータ制御部90は、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20Vの出力パワーを出力パワー指令値よりも大きくする。その後、ステップS10へ移行する。ステップS9の処理により、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20Vにおける消費電力は増加する。また、他の条件が一定であれば、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力は増加する。
ステップS8において、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力が減少した分だけ、ステップS9において、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力を増加させる。これにより、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力と、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力との合計は、出力パワー配分の変更前後で維持される。
ステップS10において、電動モータ制御部90は、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cの出力パワーを0にする。その後、ステップS11へ移行する。ステップS10の処理により、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cにおける消費電力は減少する。第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cがクルーズロータ22Cを駆動することにより発生する推力は0となる。
ステップS11において、電動モータ制御部90は、第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cの出力パワーを出力パワー指令値よりも大きくする。その後、出力パワー制御を終了する。ステップS11の処理により、第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cにおける消費電力は増加する。また、他の条件が一定であれば、第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cがクルーズロータ22Cを駆動することにより発生する推力は増加する。第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cがクルーズロータ22Cを駆動することにより発生する推力と、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cがクルーズロータ22Cを駆動することにより発生する推力との合計は、出力パワー配分の変更前と比べて減少させる。
図5及び図6は、各VTOL電動モータ20V及び各クルーズ電動モータ22Vにおける出力パワー配分のイメージ図である。図5及び図6に示すパーセンテージの数値は、各VTOL電動モータ20V及び各クルーズ電動モータ24Vにおいて、出力パワー指令値に対する出力パワーの割合を示す。
図5は、第1発電機46a及び第2発電機46bの両方が動作している場合における出力パワー配分の例を示す。この場合、電動モータ制御部90は、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20V及び第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cを制御して、出力パワーを出力パワー指令値と等しくする。また、電動モータ制御部90は、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20V及び第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cを制御して、出力パワーを出力パワー指令値と等しくする。
図6は、第1発電機46aが停止し、第2発電機46bが動作している場合における出力パワー配分の例を示す。電動モータ制御部90は、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20Vを制御して、出力パワーを出力パワー指令値よりも小さくする。また、電動モータ制御部90は、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20Vを制御して、出力パワーを出力パワー指令値よりも大きくする。これにより、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力が減少した分だけ、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力を増加させる。これにより、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力と、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力との合計は、出力パワー配分の変更前後で維持される。
また、電動モータ制御部90は、第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cを制御して、出力パワーを0にする。電動モータ制御部90は、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cを制御して、出力パワーを出力パワー指令値よりも大きくする。しかし、第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cがクルーズロータ22Cを駆動することにより発生する推力と、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cがクルーズロータ22Cを駆動することにより発生する推力との合計は、出力パワー配分の変更前と比べて減少する。これにより、航空機10全体としてクルーズロータ22Cによる推力が減少する。その結果、航空機10の対気速度が低下し、機体12に作用するドラッグを低減できるため、電力消費率を向上できる。そのため、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20V及びクルーズ電動モータ24Cの動作継続時間を長くできる。
[作用効果]
例えば、第1主電源装置32aのガスタービン44が停止した場合、第1発電機46aは発電できなくなる。この場合であっても、第1駆動系統28のバッテリ50により、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20V及びクルーズ電動モータ24は動作を継続できる。一方の主電源装置32の発電機46が発電できなくなった場合に、航空機10の飛行継続時間を長くするために、バッテリ50の容量を大きくすることが考えられる。しかし、バッテリ50の重量が大きくなり、機体12の重量が大きくなる。また、航空機10の製造費用が増加する。
例えば、第1主電源装置32aのガスタービン44が停止した場合、第1発電機46aは発電できなくなる。この場合であっても、第1駆動系統28のバッテリ50により、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20V及びクルーズ電動モータ24は動作を継続できる。一方の主電源装置32の発電機46が発電できなくなった場合に、航空機10の飛行継続時間を長くするために、バッテリ50の容量を大きくすることが考えられる。しかし、バッテリ50の重量が大きくなり、機体12の重量が大きくなる。また、航空機10の製造費用が増加する。
本実施形態のフライトコントローラ80では、次の場合、電動モータ制御部90は、出力パワー配分の変更を行う。次の場合とは、第1発電機46aから第1駆動系統28のVTOL電動モータ20V及びクルーズ電動モータ24Cに電力を供給できない状態であって、第2発電機46bから第2駆動系統30のVTOL電動モータ20V及びクルーズ電動モータ24Cに電力を供給できる状態である場合である。この場合、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20V及びクルーズ電動モータ24Cは、第1駆動系統28のバッテリ50の電力により駆動される。
出力パワー配分の変更は次のように行われる。すなわち、電動モータ制御部90は、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20Vの出力パワーを出力パワー指令値よりも小さくし、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20Vの出力パワーを出力パワー指令値よりも大きくする。さらに、電動モータ制御部90は、第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Vの出力パワーを出力パワー指令値よりも小さくし、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Vの出力パワーを出力パワー指令値よりも大きくする。
これにより、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20V及びクルーズ電動モータ24Cにおける消費電力が減少する。そのため、第1駆動系統28のバッテリ50の電力による、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20V及びクルーズ電動モータ24Cの動作継続時間を長くできるため、航空機10の飛行継続時間を長くできる。
本実施形態のフライトコントローラ80では、電動モータ制御部90は、第1駆動系統28のクルーズ電動モータ24Cがクルーズロータ22Cを駆動することにより発生する推力と、第2駆動系統30のクルーズ電動モータ24Cがクルーズロータ22Cを駆動することにより発生する推力との合計を、出力パワー配分の変更前よりも減少させる。これにより、航空機10全体としてクルーズロータ22Cによる推力が減少する。その結果、航空機10の対気速度が低下し、機体12に作用するドラッグを低減できるため、電力消費率を向上できる。そのため、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20V及びクルーズ電動モータ24Cの動作継続時間を長くでき、航空機10の飛行継続時間を長くできる。
本実施形態の航空機10では、機体12の中心線Aに対して左方に配置されるVTOLロータ18Vのうち、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20Vにより駆動されるVTOLロータ18Vの数と、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20Vにより駆動されるVTOLロータ18Vの数とは同数である。また、機体12の中心線Aに対して右方に配置されるVTOLロータ18Vのうち、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20Vにより駆動されるVTOLロータ18Vの数と、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20Vにより駆動されるVTOLロータ18Vの数とは同数である。これにより、第1駆動系統28のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力を減少させ、第2駆動系統30のVTOL電動モータ20VがVTOLロータ18Vを駆動することにより発生する推力を増加させた場合、機体12の姿勢を安定させることができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を取り得る。
第1実施形態では、第1電力供給回路38aと第2電力供給回路38bとは、互いに接続されておらず独立して設けられる。これに対して、第1電力供給回路38aと第2電力供給回路38bとの間は、スイッチを介して接続されてもよい。
第1実施形態及び第2実施形態では、機体12の中心線Aに対して、左方に1つのクルーズロータ22Cが設けられ、右方に1つのクルーズロータ22Cが設けられる。これに対して、機体12の左方に2つのクルーズロータ22Cが設けられ、右方に2つのクルーズロータ22Cが設けられてもよい。この場合、1つのクルーズ電動モータ24Cにより、1つのクルーズロータ22Cが駆動される。また、機体12の左右方向の中心に1つのクルーズロータ22Cが設けられてもよい。この場合、2つのクルーズ電動モータ24Cにより、1つのクルーズロータ22Cが駆動される。
第1実施形態及び第2実施形態のVTOLロータ18V及びクルーズロータ22Cを、二重反転ロータとしてもよい。この場合、二重反転ロータの2つのロータのうち、一方のロータを第1駆動系統28の電動モータにより駆動し、他方のロータを第2駆動系統30の電動モータにより駆動してもよい。
〔実施形態から得られる発明〕
上記実施形態から把握しうる発明について、以下に記載する。
上記実施形態から把握しうる発明について、以下に記載する。
電力を発生する1以上の第1発電機(46a)と、電力を蓄電する1以上の第1バッテリ(50a、50b)と、前記第1発電機及び前記第1バッテリから供給される電力により動作する1以上の第1電動モータ(20V1_1、20V4_1、20V5_1、20V8_1、24C1_1、24C3_1)と、電力を発生する1以上の第2発電機(46b)と、電力を蓄電する1以上の第2バッテリ(50c、50d)と、前記第2発電機及び前記第2バッテリから供給される電力により動作する1以上の第2電動モータ(20V2_2、20V3_2、20V6_2、20V7_2、24C2_2、24C4_2)と、機体(12)に推力を発生させる複数のロータ(18V、22C)と、を有する航空機(10)の制御装置(80)であって、当該制御装置は、前記第1電動モータ及び前記第2電動モータのそれぞれを制御する電動モータ制御部(90)を有し、前記ロータのぞれぞれは、前記第1電動モータ及び前記第2電動モータの一方、又は、前記第1電動モータ及び前記第2電動モータの両方により駆動され、前記電動モータ制御部は、前記第1発電機から前記第1電動モータに電力を供給できない状態であって、前記第2発電機から前記第2電動モータに電力を供給できる状態である場合、前記第1発電機から前記第1電動モータに電力を供給できる状態であって、前記第2発電機から前記第2電動モータに電力を供給できる状態である場合に比べて、前記第1電動モータが前記ロータを駆動することにより発生する推力を減少させて、前記第1電動モータにおける消費電力を減少させるとともに、前記第2電動モータが前記ロータを駆動することにより発生する推力を増加させる。これにより、第1電動モータの動作継続時間を長くでき、航空機の飛行継続時間を長くできる。
上記の航空機の制御装置において、前記第1電動モータ及び前記第2電動モータのそれぞれは、水平方向に推力を発生させる水平ロータ(22C)を駆動し、前記電動モータ制御部は、前記第1発電機から前記第1電動モータに電力を供給できない状態であって、前記第2発電機から前記第2電動モータに電力を供給できる状態である場合、前記第1発電機から前記第1電動モータに電力を供給できる状態であって、前記第2発電機から前記第2電動モータに電力を供給できる状態である場合に比べて、前記第1電動モータが前記水平ロータを駆動することにより発生する推力と、前記第2電動モータが前記水平ロータを駆動することにより発生する推力との合計を減少させてもよい。これにより、第1電動モータの動作継続時間を長くでき、航空機の飛行継続時間を長くできる。
上記の航空機の制御装置において、前記機体の左右方向における中心に対して、一方に配置される前記ロータの数と、他方に配置される前記ロータの数とは同数であって、前記一方に配置される前記ロータのうち、前記第1電動モータにより駆動される前記ロータの数と、前記第2電動モータにより駆動される前記ロータの数とは同数であって、前記他方に配置される前記ロータのうち、前記第1電動モータにより駆動される前記ロータの数と、前記第2電動モータにより駆動される前記ロータの数とは同数であってもよい。これにより、機体の姿勢を安定させることができる。
上記の航空機の制御装置において、前記ロータのそれぞれは、垂直方向に推力を発生させる垂直ロータ(18V)、又は、水平方向に推力を発生させる水平ロータであってもよい。これにより、垂直ロータ又は水平ロータを長く駆動させることができ、航空機の飛行継続時間を長くできる。
10…航空機 12…機体
18V…VTOLロータ(ロータ、垂直ロータ)
20V…VTOL電動モータ(第1電動モータ、第2電動モータ)
22C…クルーズロータ(ロータ、水平ロータ)
24C…クルーズ電動モータ(第1電動モータ、第2電動モータ)
46…発電機
50…バッテリ(第1バッテリ、第2バッテリ)
80…フライトコントローラ(制御装置) 90…電動モータ制御部
18V…VTOLロータ(ロータ、垂直ロータ)
20V…VTOL電動モータ(第1電動モータ、第2電動モータ)
22C…クルーズロータ(ロータ、水平ロータ)
24C…クルーズ電動モータ(第1電動モータ、第2電動モータ)
46…発電機
50…バッテリ(第1バッテリ、第2バッテリ)
80…フライトコントローラ(制御装置) 90…電動モータ制御部
Claims (4)
- 電力を発生する1以上の第1発電機と、
電力を蓄電する1以上の第1バッテリと、
前記第1発電機及び前記第1バッテリから供給される電力により動作する1以上の第1電動モータと、
電力を発生する1以上の第2発電機と、
電力を蓄電する1以上の第2バッテリと、
前記第2発電機及び前記第2バッテリから供給される電力により動作する1以上の第2電動モータと、
機体に推力を発生させる複数のロータと、
を有する航空機の制御装置であって、
前記第1電動モータ及び前記第2電動モータのそれぞれを制御する電動モータ制御部を有し、
前記ロータのぞれぞれは、前記第1電動モータ及び前記第2電動モータの一方、又は、前記第1電動モータ及び前記第2電動モータの両方により駆動され、
前記電動モータ制御部は、
前記第1発電機から前記第1電動モータに電力を供給できない状態であって、前記第2発電機から前記第2電動モータに電力を供給できる状態である場合、
前記第1発電機から前記第1電動モータに電力を供給できる状態であって、前記第2発電機から前記第2電動モータに電力を供給できる状態である場合に比べて、
前記第1電動モータが前記ロータを駆動することにより発生する推力を減少させて、前記第1電動モータにおける消費電力を減少させるとともに、前記第2電動モータが前記ロータを駆動することにより発生する推力を増加させる、航空機の制御装置。 - 請求項1に記載の航空機の制御装置において、
前記第1電動モータ及び前記第2電動モータのそれぞれは、水平方向に推力を発生させる水平ロータを駆動し、
前記電動モータ制御部は、
前記第1発電機から前記第1電動モータに電力を供給できない状態であって、前記第2発電機から前記第2電動モータに電力を供給できる状態である場合、
前記第1発電機から前記第1電動モータに電力を供給できる状態であって、前記第2発電機から前記第2電動モータに電力を供給できる状態である場合に比べて、
前記第1電動モータが前記水平ロータを駆動することにより発生する推力と、前記第2電動モータが前記水平ロータを駆動することにより発生する推力との合計を減少させる、航空機の制御装置。 - 請求項1又は2に記載の航空機の制御装置において、
前記機体の左右方向における中心に対して、一方に配置される前記ロータの数と、他方に配置される前記ロータの数とは同数であって、
前記一方に配置される前記ロータのうち、前記第1電動モータにより駆動される前記ロータの数と、前記第2電動モータにより駆動される前記ロータの数とは同数であって、
前記他方に配置される前記ロータのうち、前記第1電動モータにより駆動される前記ロータの数と、前記第2電動モータにより駆動される前記ロータの数とは同数である、航空機の制御装置。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の航空機の制御装置において、
前記ロータのそれぞれは、垂直方向に推力を発生させる垂直ロータ、又は、水平方向に推力を発生させる水平ロータである、航空機の制御装置。
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