JP3407404B2 - 耐加速度用訓練装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、航空機パイロットや宇
宙飛行装置の搭乗者の耐加速度用訓練に適した装置に関
する。 【０００２】 【従来の技術】訓練者の搭乗容器と、その搭乗容器に遠
心力を印加する機構と、その搭乗容器内に設けられる操
作桿と、その操作棹の操作に応じ搭乗容器の姿勢が変化
可能とされている航空機パイロット等用の耐加速度訓練
装置が従来より用いられている。その搭乗容器の内部は
航空機のコックピットを模した構造とされ、その操作棹
の操作による搭乗容器の姿勢変化は航空機の舵面変化に
よる姿勢変化に対応するものとされ、航空機が昇降や旋
回等の運動を行なった時にパイロット等に加速度が作用
するのと同様に訓練者に加速度を作用させることが可能
とされている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】従来の耐加速度訓練装
置においては、操作棹の中立位置への復帰は手動で行な
うか又はバネの弾性力により行なわれていた。しかし、
実際の航空機においては操作棹に舵面反力に応じた負荷
が作用するため、操作棹にバネの弾性力のみが作用する
従来の構造では実機の操作感覚を再現できないという問
題がある。 【０００４】また、航空機において急上昇や急降下等の
急激な運動方向変化を行なう場合、大きな加速度の作用
により脳への血流不足が生じて意識喪失に陥ることがあ
る。そのような場合、実機では高加速度時には舵面反力
が大きくなるので、パイロットが操作棹に作用させる力
が意識喪失により小さくなると、その舵面反力に対応す
る大きな負荷により操作棹は素早く中立位置に復帰し、
加速度を迅速に低下させてパイロットの意識回復を図る
ことができる。しかし、操作棹が手動又はバネの弾性力
により中立位置へ復帰する従来の構造では、訓練者が意
識喪失に陥った時に操作棹を素早く中立位置に復帰させ
ることができず、加速度を迅速に低下させることができ
ないため、訓練者の意識回復を図ることができないとい
う問題がある。 【０００５】本発明は、上記課題を解決することのでき
る耐加速度用訓練装置を提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明の耐加速度用訓練
装置は、訓練者が搭乗可能な搭乗容器と、その搭乗容器
に遠心力を印加する機構と、その搭乗容器内に設けられ
る操作桿とを備え、その操作棹の操作に応じ搭乗容器の
姿勢が変化可能とされている耐加速度訓練装置におい
て、その操作棹の操作に応じた負荷を操作棹に作用させ
る手段が設けられている。 【０００７】 【発明の作用および効果】本発明の耐加速度用訓練装置
によれば、操作棹の操作により得られる舵面反力に相当
する負荷を操作棹に作用させることができるので、操作
棹の操作による搭乗容器の姿勢変化を航空機の姿勢変化
に対応させることで、実機の操作感覚を再現することが
できる。さらに、航空機における急上昇や急降下等の急
激な運動方向変化に対応する操作棹の操作により搭乗容
器に大きな加速度を作用させる場合、操作棹を中立位置
へ復帰させる大きな負荷を作用させることができる。こ
れにより、訓練者が脳への血流不足により意識喪失に陥
って操作棹に作用させる力が小さくなった場合に、操作
棹を素早く中立位置に復帰させ、加速度を迅速に低下さ
せて訓練者の意識回復を図ることができる。 【０００８】 【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。 【０００９】図１に示す耐加速度用訓練装置１は、回転
アーム２と、そのアーム２を上下方向軸心のシャフト３
を介し支持する駆動装置４と、そのアーム２の一端にジ
ンバル機構５を介し取り付けられるカプセル（搭乗容
器）６と、そのアーム２の他端に取り付けられるカウン
タウエイト７とを備える。その駆動装置４にインバータ
モータと、そのモータの回転をアーム２に伝達するギヤ
機構とが内蔵され、そのモータによりアーム２が図中矢
印Ｎ方向に回転駆動されることで、カプセル６に遠心力
が印加される。そのカプセル６の内部は航空機のコック
ピットを模した構造とされ、訓練者８が搭乗可能とされ
ている。そのジンバル機構５は、アーム２の先端に溶接
されたヨーク９と、このヨーク９に水平方向軸心の第１
シャフト１０を介し回転可能に支持されるフレーム１１
とを有し、そのフレーム１１に第１シャフト１０の軸心
に直交する軸心を有する第２シャフト１２を介し回転可
能にカプセル６が支持される。 【００１０】図２に示すように、そのカプセル６の内部
に操作盤１４から突出する操作棹１５が設けられてい
る。その操作棹１５は任意方向に揺動操作することが可
能なジョイステッィクタイプとされている。その操作棹
１５はカプセル６の姿勢制御装置（図示省略）に接続さ
れ、操作棹１５の操作方向と操作量とに応じフレーム１
１は第１シャフト１０中心に回転駆動され、カプセル６
は第２シャフト１２中心に回転駆動される。これによ
り、操作棹１５の操作に応じカプセル６の姿勢が変化す
る。その操作棹１５の操作方向を航空機の舵面の変化方
向に対応するものとし、その操作棹１５の操作量を航空
機の舵面角度の変化量に対応するものとすることで、カ
プセル６の姿勢変化を航空機の姿勢変化に対応させ、航
空機が昇降や旋回等の運動を行なった時にパイロットに
加速度が作用するのと同様に訓練者８に加速度を作用さ
せることが可能とされている。 【００１１】図３、図４に示すように、その操作盤１４
の内部において操作棹１５に球状部１５ａが形成され、
その球状部１５ａがホルダー１６を介し操作盤１４に支
持されることで、操作棹１５は任意方向に揺動可能とさ
れている。その操作棹１５の揺動に連動する一対の湾曲
プレート３６、３７が設けられている。各湾曲プレート
３６、３７は操作棹１５の揺動中心と同心の円弧に沿っ
て湾曲し、一方の湾曲プレート３６の下方に他方の湾曲
プレート３７が配置されている。図５に示すように、一
方の湾曲プレート３６は訓練者８に対し左右方向に長寸
の長孔３６ａを有すると共に両端に左右方向に沿う支軸
３６ｂ、３６ｃを有し、他方の湾曲プレート３７は訓練
者８に対し前後方向に長寸の長孔３７ａを有すると共に
両端に前後方向に沿う支軸３７ｂ、３７ｃを有する。各
長孔３６ａ、３７ａに操作棹１５の下部が長手方向に相
対移動可能に挿入されることで、各湾曲プレート３６、
３７は操作棹１５の揺動に連動する。 【００１２】一方の湾曲プレート３６の各支軸３６ｂ、
３６ｃは操作盤１４に支持部材４０を介し回転可能に支
持され、一方の支軸３６ｂに第１ブラケット４１が同行
回転するよう固定されると共に第１ロータリーエンコー
ダ４２が接続されている。その第１エンコーダ４２は絶
対位置を検出可能なアブソリュート形で、操作棹１５の
前後方向への操作量に応じた信号を出力可能であり、そ
の出力（Ｐ）は操作棹１５が中立位置より訓練者８に対
し後方に位置する場合は正値とされ、前方に位置する場
合は負値とされる。他方の湾曲プレート３７の各支軸３
７ｂ、３７ｃは操作盤１４に支持部材４３を介し回転可
能に支持され、一方の支軸３７ｂに第２ブラケット４４
が同行回転するよう固定されると共に第２ロータリーエ
ンコーダ４５が接続されている。その第２エンコーダ４
５は絶対位置を検出可能なアブソリュート形で、操作棹
１５の左右方向への操作量に応じた信号を出力可能であ
り、その出力（Ｐ）は操作棹１５が訓練者８に対し中立
位置より右方に位置する場合は正値とされ、左方に位置
する場合は負値とされる。 【００１３】一方のブラケット４１に、操作棹１５の前
後方向への操作に応じた負荷を操作棹１５に作用させる
第１負荷発生機構４７が接続され、他方のブラケット４
４に、操作棹１５の左右方向への操作に応じた負荷を操
作棹１５に作用させる第２負荷発生機構４８が接続され
ている。なお、両負荷発生機構４７、４８は負荷の発生
方向以外は同様の構成なので、以下に第１負荷発生機構
４７の構成について説明し、第２負荷発生機構４８の構
成については相違点のみ説明して重複説明は省略する。 【００１４】図６に示すように、第１負荷発生機構４７
にあっては第１ブラケット４１（第２負荷発生機構４８
にあっては第２ブラケット４４）に球継ぎ手を介し複動
油圧シリンダー５０の伸縮ロッドが連結され、その油圧
シリンダー５０のシリンダー本体は球継ぎ手を介し操作
盤１４に取り付けられたロードセル８０に連結される。
そのロードセル８０の出力（Ｑ）は、操作棹１５を操作
した位置に保持するために訓練者８が作用させる実負荷
に対応する。その油圧シリンダー５０の一方の油室５０
ａはサーボバルブ５１の第１シリンダポート５２に配管
を介し接続され、他方の油室５０ｂはサーボバルブ５１
の第２シリンダポート５３に配管を介し接続される。 【００１５】そのサーボバルブ５１は、圧油供給用ポン
プ５４に接続される第１ポンプポート５５、第２ポンプ
ポート５６、第３ポンプポート５７と、タンク６０に接
続される第１タンクポート６１、第２タンクポート６
２、第３タンクポート６３とを有し、第１ポンプポート
５５は第１シリンダポート５２に通じ、第２ポンプポー
ト５６は第２シリンダポート５３に通じる。そのサーボ
バルブ５１をポンプ５４とタンク６０に接続する配管の
一部６４、６５は、アーム２とカプセル６との間におい
て可撓性とされる。 【００１６】そのサーボバルブ５１の内部に第３タンク
ポート６３に通じる調圧室６６が設けられ、その調圧室
６６の内部に第１ソレノイド６７と、第２ソレノイド６
８と、第１ポンプポート５５に通じる第１ノズル７０
と、第２ポンプポート５６に通じる第２ノズル７１と、
両ソレノイド６７、６８の間と両ノズル７０、７１の吹
き出し口の間とに配置される磁性体製のフラップ６９と
が設けられる。両ソレノイド６７、６８は制御装置７３
に接続され、その制御装置７３に前記第１エンコーダ４
２（第２負荷発生機構４８にあっては第２エンコーダ４
５）とロードセル８０とが接続される。 【００１７】さらに、サーボバルブ５１の内部にスライ
ドスリーブ７２が配置され、そのスライドスリーブ７２
の一端面は第１ポンプポート５５と第１ノズル７０との
間の油路に面し、他端面は第２ポンプポート５６と第２
ノズル７１との間の油路に面する。そのスライドスリー
ブ７２は図６の状態で中立位置であり、その中立位置に
おいては第１シリンダポート５２と第３ポンプポート５
７との間の油路と、第１シリンダポート５２と第１タン
クポート６１との間の油路と、第２シリンダポート５３
と第３ポンプポート５７との間の油路と、第２シリンダ
ポート５３と第２タンクポート６２との間の油路とを閉
鎖する。 【００１８】第１ソレノイド６７が励磁されると、フラ
ップ６９は図中左方に変位して第１ノズル７０の吹き出
し口からの圧油の吹き出しを規制するので、第１ポンプ
ポート５５と第１ノズル７０との間の油路の油圧が上昇
し、スライドスリーブ７２は中立位置から図中右方に変
位する。そうすると、第１シリンダポート５２と第３ポ
ンプポート５７との間の油路は閉鎖され、第１シリンダ
ポート５２と第１タンクポート６１との間の油路は開か
れ、第２シリンダポート５３と第３ポンプポート５７と
の間の油路は開かれ、第２シリンダポート５３と第２タ
ンクポート６２との間の油路は閉鎖される。これによ
り、油圧シリンダー５０は一方の油室５０ａよりも他方
の油室５０ｂにおいてピストンに作用する油圧が大きく
なるので伸長しようとし、第１ブラケット４１（第２負
荷発生機構４８にあっては第２ブラケット４４）を介し
操作棹１５を前方（第２負荷発生機構４８にあっては左
方）に変位させようとする負荷が生じる。その負荷の大
きさは第１ソレノイド６７に印加される励磁電流に比例
する。 【００１９】第２ソレノイド６８が励磁されると、フラ
ップ６９は図中右方に変位して第２ノズル７１の吹き出
し口からの圧油の吹き出しを規制するので、第２ポンプ
ポート５６と第２ノズル７１との間の油路の油圧が上昇
し、スライドスリーブ７２は中立位置から図中左方に変
位する。そうすると、第１シリンダポート５２と第３ポ
ンプポート５７との間の油路は開かれ、第１シリンダポ
ート５２と第１タンクポート６１との間の油路は閉鎖さ
れ、第２シリンダポート５３と第３ポンプポート５７と
の間の油路は閉鎖され、第２シリンダポート５３と第２
タンクポート６２との間の油路は開かれる。これによ
り、油圧シリンダー５０は他方の油室５０ｂよりも一方
の油室５０ａおいてピストンに作用する油圧が大きくな
るので縮小しようとし、第１ブラケット４１（第２負荷
発生機構４８にあっては第２ブラケット４４）を介し操
作棹１５を後方（第２負荷発生機構４８にあっては右
方）に変位させようとする負荷が生じる。その負荷の大
きさは第２ソレノイド６８に印加される励磁電流に比例
する。 【００２０】図７のフローチャートを参照して制御装置
７３に記憶されたプログラムによる制御手順を説明す
る。まず、初期設定を行なう（ステップ１）。この初期
設定においては、後述のようにシミュレーションしよう
とする航空機における舵面角度を操作棹１５の第１エン
コーダ４２（第２負荷発生機構４８にあっては第２エン
コーダ４５）の出力（Ｐ）に基づき求める演算式と、そ
の舵面角度に基づき航空機の操作棹に作用する舵面反力
に応じた目標負荷値（Ｂ）を求める演算式とにおいて、
その航空機の特性に応じ定まる定数と、アーム２の設定
回転速度とを入力する。次に、操作棹１５の操作量に対
応する第１エンコーダ４２（第２負荷発生機構４８にあ
っては第２エンコーダ４５）の出力（Ｐ）を読み込み
（ステップ２）、その出力（Ｐ）から舵面角度を演算し
（ステップ３）、その舵面角度から目標負荷値（Ｂ）を
演算する（ステップ４）。また、ロードセル８０の出力
（Ｑ）を読み込み（ステップ５）、その出力（Ｑ）に基
づき、操作棹１５を操作した位置に保持するために必要
とされる実負荷値（Ａ）を演算する（ステップ６）。次
に、その実負荷値（Ａ）と目標負荷値（Ｂ）とを比較す
る（ステップ７）。 【００２１】ステップ７において実負荷値（Ａ）が目標
負荷値（Ｂ）以上であれば、第１エンコーダ４２（第２
負荷発生機構４８にあっては第２エンコーダ４５）の出
力（Ｐ）が正または零であるか否か、すなわち操作棹１
５が中立位置から訓練者８に対し後方（第２負荷発生機
構４８にあっては右方）に変位しているか否かを判断す
る（ステップ８）。その出力（Ｐ）が正または零であれ
ば、すなわち操作棹１５が中立位置から訓練者８に対し
後方に変位していれば、その実負荷値（Ａ）と目標負荷
値（Ｂ）との差に比例した電流ｉを第２ソレノイド６８
に印加する（ステップ９）。これにより、第２ソレノイ
ド６８が励磁され、操作棹１５を後方（第２負荷発生機
構４８にあっては右方）に変位させようとする負荷が生
じるので、操作棹１５の位置を操作した位置に保持する
ために必要とされる実負荷値（Ａ）が低減され、実負荷
値（Ａ）と目標負荷値（Ｂ）との差が小さくなる。 【００２２】ステップ７において実負荷値（Ａ）が目標
負荷値（Ｂ）より大きく、ステップ８において第１エン
コーダ４２（第２負荷発生機構４８にあっては第２エン
コーダ４５）の出力（Ｐ）が負であれば、すなわち操作
棹１５が中立位置から訓練者８に対し前方（第２負荷発
生機構４８にあっては左方）に変位していれば、その実
負荷値（Ａ）と目標負荷値（Ｂ）との差に比例した電流
ｉを第１ソレノイド６７に印加する（ステップ１０）。
これにより、第１ソレノイド６７が励磁され、操作棹１
５を前方（第２負荷発生機構４８にあっては左方）に変
位させようとする負荷が生じるので、操作棹１５の位置
を操作した位置に保持するために必要とされる実負荷値
（Ａ）が低減され、実負荷値（Ａ）と目標負荷値（Ｂ）
との差が小さくなる。 【００２３】ステップ７において実負荷値（Ａ）が目標
負荷値（Ｂ）より小さければ、第１エンコーダ４２（第
２負荷発生機構４８にあっては第２エンコーダ４５）の
出力（Ｐ）が正または零であるか否か、すなわち操作棹
１５が中立位置から訓練者８に対し後方（第２負荷発生
機構４８にあっては右方）に変位しているか否かを判断
する（ステップ１１）。その出力（Ｐ）が正または零で
あれば、すなわち操作棹１５が中立位置から訓練者８に
対し後方に変位していれば、その目標負荷値（Ｂ）と実
負荷値（Ａ）との差に比例した電流ｉを第１ソレノイド
６７に印加する（ステップ１２）。これによって、第１
ソレノイド６７が励磁され、操作棹１５を前方（第２負
荷発生機構４８にあっては左方）に変位させようとする
負荷が生じるので、操作棹１５の位置を操作した位置に
保持するために必要とされる実負荷値（Ａ）が増大さ
れ、実負荷値（Ａ）と目標負荷値（Ｂ）との差が小さく
なる。 【００２４】ステップ７において実負荷値（Ａ）が目標
負荷値（Ｂ）より小さく、ステップ１１において第１エ
ンコーダ４２（第２負荷発生機構４８にあっては第２エ
ンコーダ４５）の出力（Ｐ）が負であれば、すなわち操
作棹１５が中立位置から訓練者８に対し前方（第２負荷
発生機構４８にあっては左方）に変位していれば、その
目標負荷値（Ｂ）と実負荷値（Ａ）との差に比例した電
流ｉを第２ソレノイド６８に印加する（ステップ１
３）。これにより、第２ソレノイド６８が励磁され、操
作棹１５を後方（第２負荷発生機構４８にあっては右
方）に変位させようとする負荷が生じるので、操作棹１
５の位置を操作した位置に保持するために必要とされる
実負荷値（Ａ）が増大され、実負荷値（Ａ）と目標負荷
値（Ｂ）との差が小さくなる。 【００２５】上記耐加速度用訓練装置１によれば、操作
棹１５に舵面反力に応じた負荷を作用させることで、実
機の操作感覚を再現することができる。さらに、航空機
における急上昇や急降下等の急激な運動方向変化に対応
する操作棹１５の操作によりカプセル６に大きな加速度
を作用させる場合、操作棹１５を中立位置へ復帰させる
大きな負荷を作用させることができる。これにより、実
機の操作感を得られるのみならず訓練者８が脳への血流
不足により意識喪失に陥って操作棹１５に作用させる力
が小さくなった場合に、操作棹１５を素早く中立位置に
復帰させ、加速度を迅速に低下させて訓練者８の意識回
復を図ることができる。 【００２６】なお、本発明は上記実施例に限定されな
い。例えば、上記実施例では操作棹１５を前後方向に操
作する場合と左右方向に操作する場合の双方において舵
面反力に応じた負荷を操作棹１５に作用させたが、航空
機においては左右旋回する場合よりも上昇や降下する場
合の方が加速度の急変が問題になるので、操作棹１５を
前後方向に操作する場合においてのみ第１負荷発生機構
４７から舵面反力に応じた負荷を操作棹１５に作用させ
るようにし、左右方向への操作に関しては第２負荷発生
機構４８に代えて操作棹１５を中立位置に復帰させるバ
ネを設けてもよい。また、第１負荷発生機構４７のみ備
える場合、カプセル６をアーム２に対し水平方向軸中心
にのみ回転可能に設けてもよい。また、上記実施例では
油圧シリンダー５０は直動タイプであるがロータリータ
イプであってもよく、さらに、油圧シリンダー５０とサ
ーボバルブ５１との組み合わせに代え、ソレノイドバル
ブとエアシリンダーとの組み合わせや、サーボモータを
介し操作棹に負荷を作用させてもよい。 【００２７】 【本発明の実施態様】本発明の耐加速度用訓練装置は、
上下方向軸中心に回転駆動されるアームに搭乗容器を取
り付けることでアームに遠心力を作用させ、そのアーム
に搭乗容器を少なくとも水平軸中心に回転可能に取り付
け、操作棹は訓練者に対し少なくとも前後方向に揺動可
能とされ、その操作棹の操作方向が航空機の舵面の変化
方向に対応され、その操作棹の操作量が航空機の舵面角
度の変化量に対応されるのが好ましい。これにより、操
作棹をパイロットに対し前後揺動させることで上昇と降
下を行なう実機の操作感覚を再現することができる。そ
の場合、その操作棹の位置検知手段と、その位置検知信
号に応じ実機の舵面反力に応じた操作棹に作用させるべ
き目標負荷値を演算する手段と、訓練者に作用する実負
荷値の検知手段と、その目標負荷値と実負荷値との差を
低減するように操作棹に作用する負荷を発生する機構と
を備えるのが好ましい。これにより、操作棹の操作感覚
を忠実に実機における操作棹の操作感覚に合致させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施例の耐加速度用訓練装置の斜視図 【図２】その実施例の操作棹の斜視図 【図３】その実施例の操作棹の支持機構の正断面図 【図４】その実施例の操作棹の支持機構の側断面図 【図５】その実施例の操作棹の支持機構の部分平断面図 【図６】その実施例の負荷発生機構の構成説明図 【図７】その実施例の負荷発生機構の制御手順を示すフ
ローチャート 【符号の説明】 ６ カプセル（搭乗容器） １５ 操作棹 ４７ 第１負荷発生機構 ４８ 第２負荷発生機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 英文 京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会社島津製作所三条工場内 (56)参考文献 特開 昭63−280288（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−115166（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−93869（ＪＰ，Ｕ) 特公 平５−34669（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G09B 9/00 - 9/52

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 訓練者が搭乗可能な搭乗容器と、その搭
   乗容器に遠心力を印加する機構と、その搭乗容器内に設
   けられる操作桿とを備え、その操作棹の操作に応じ搭乗
   容器の姿勢が変化可能とされている耐加速度訓練装置に
   おいて、その操作棹の操作に応じた負荷を操作棹に作用
   させる手段が設けられている耐加速度用訓練装置。