JP3671216B2 - 迎角・横滑り角探知システム - Google Patents
迎角・横滑り角探知システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は迎角・横滑り角探知システムに関し、大迎角においても正確に迎角と横滑り角を算出し、測定することができるシステムである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の風洞試験や航空機の実機で空力特性の試験においては、航空機のノーズ部から前に突出させたピトーブームの先端に５孔の圧力孔を配置し、それらの孔の圧力差から迎角及び横滑り角を推定していた。図９は航空機の外観を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。図において、５０は航空機、５１は航空機のノーズ、５３はノーズ先端のピトーブームである。αは機体の重心を中心とした上下方向の角度、即ち迎角であり、βは機体の左右方向の角度、即ち横滑り角である。これら迎角α、横滑り角βは飛行試験や風洞試験においては、前述のようにピトーブーム５３先端に設けられた５孔の圧力孔の圧力から各孔の圧力差を求め、それら圧力差から推定している。
【０００３】
図１０はピトーブーム５３を示す拡大図で、（ａ）はその外観図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。実際のピトーブームの径は１７mm程度のものであり、その先端５３ａには、中心の圧力孔から均等に四角形状となるように５孔の圧力孔５４が設けられ、各圧力孔５４には圧力配管５６が接続され、これら圧力配管５６はピトーブーム５３内を通り、航空機５０の機体内に配置された圧力センサ５５へ接続され、各圧力センサ５５の信号は図示省略の測定部へ導かれ、測定部において各圧力孔５４の圧力差を演算し、迎角α、横滑り角βを推定している。
【０００４】
上記構成のピトーブームにおいて、５孔の圧力孔からの圧力値を利用して迎角α、横滑り角βを推定する場合、中心の圧力孔の圧力Ｐ2 の上下、左右の圧力差とα，βとの関係を次に示す多項式（１），（２）で近似する。この多項式は予め行う校正試験で得られる圧力差と迎角（α）と横滑り角（β）との関係より係数を求めておき、α，βを算出するときは、その多項式を繰り返し計算法で逆算してα，βを算出する。
【０００５】
（Ｐ1 −Ｐ3 ）／Ｐ2 ＝Ａ0 ＋Ａ1 α＋Ａ2 α2 ＋Ａ3 α3 ＋…………（１）
ここで、Ａ0 ，Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 ，・・・は予め設定しておく係数である。
【０００６】
（Ｐ4 −Ｐ5 ）／Ｐ2 ＝Ｂ0 ＋Ｂ1 β＋Ｂ2 β2 ＋Ｂ3 β3 ＋…………（２）
ここで、Ｂ0 ，Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 ，・・・は予め設定しておく係数である。
【０００７】
従来の迎角、横滑り角の測定は上記のように５孔の圧力変化により測定しているので、その測定範囲は、図７（ｂ）に示す圧力穴Ｐ１とＰ３のなす角度の狭い範囲（Ａ）の迎角範囲に限られており、それ以上の迎角は誤差が大きくて正確な迎角、横滑り角を測定することは困難であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように航空機の風洞試験や実機での試験における迎角と横滑り角の測定は、（１）式と（２）式により繰り返し計算法（Newton-Rapson 法等）により逆算して求めているが、収束条件によっては解が得られない場合がある。また、繰り返し計算法は計算時間が長く、リアルタイム処理には不向きであり、従来の計算法による迎角と横滑り角の推定を迅速かつ正確に行う何らかの改良や対策が望まれていた。
【０００９】
また、前述のように従来のピトーブームによる迎角、横滑り角の推定はピトーブーム先端に５孔の圧力孔を均等に配置し、それらの圧力差により推定しているが、ピトーブームは１７mm程度の細管であり、各圧力孔からは圧力配管を接続して圧力を取り出すので圧力配管に接続する圧力センサは機体側に搭載していた。そのために、圧力配管は長くなって圧力応答遅れがあり、迎角、横滑り角の応答遅れが生じ、精度が悪く、また、特に大迎角の時には圧力差の変動幅が小さくなり、推定精度が悪かった。
【００１０】
また、前述のように従来の航空機の迎角、横滑り角の測定は５孔の圧力孔の圧力変化により測定しているので、圧力変化が正しく測定できる範囲に限られており、５孔の圧力値による測定（以下、５孔ヨーメータによる測定と呼ぶ）で誤差なく計測可能な狭い範囲の迎角範囲においてのみ可能であり、広い迎角範囲では測定ができなかった。
【００１２】
そこで本発明では、ピトーブーム先端の圧力孔を増加し、８孔の圧力孔の配置とし、これら圧力孔の圧力差を組み合わせることにより大迎角においても高精度に迎角、横滑り角をリアルタイムで測定し、推定できる迎角・横滑り角探知システムを提供することを課題としている。
【００１３】
更に、本発明では、ピトーブーム先端の圧力孔を８孔に増加し、８孔を上側の５孔と下側の５孔の組に分けて、それぞれの組において５孔の圧力値から迎角、横滑り角を測定し、２組の出力のうち迎角に応じて上側の５孔で測定する場合と下側の５孔で測定する場合を切り換えて測定可能とし、切り換え使用により従来よりも適用可能迎角範囲を拡大することができる迎角・横滑り角探知システムを提供することを課題としてなされたものである。
【００１４】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために、次の手段を提供する。
【００１７】
（１）航空機ノーズ先端から前方へ突出し先端部に複数の圧力孔を有するピトーブームと、同ピトーブーム内で前記複数の圧力孔に接続する複数本の圧力配管と、前記ピトーブーム内に埋設され前記圧力配管にそれぞれ接続する複数の圧力センサとを備え、前記圧力孔は前記ピトーブームの中心、左右、上下の５孔に加え、更に３孔を前記５孔の配置の下側又は上側のいずれかに配置したことを特徴とする迎角・横滑り角探知システム。
【００１８】
（２）航空機ノーズ先端から前方へ突出し先端部に複数の圧力孔を有するピトーブームと、同ピトーブーム内で前記複数の圧力孔に接続する複数本の圧力配管と、前記ピトーブーム内に埋設され前記圧力配管にそれぞれ接続する複数の圧力センサとを備え、前記圧力孔は前記ピトーブームの中心、左右、上下の５孔に加え、更に３孔を前記５孔の配置の左側又は右側のいずれかに配置したことを特徴とする迎角・横滑り角探知システム。
【００１９】
（３）航空機のピトーブーム先端に複数の孔を設け、これら孔間の圧力差を測定し迎角及び横滑り角を検知するシステムであって、前記複数の孔は、ピトーブーム先端の中心、同中心の上下、左右の上側５孔と、同上側５孔の最下端の孔の下及び左右へそれぞれ配置した３孔とで８孔からなり、前記上側５孔と同上側５孔の最下端の孔を中心とした上下、左右の下側５孔との圧力信号を取込み迎角及び横滑り角を算出し出力する演算装置とを備えた構成とし、前記演算装置は、前記上側５孔の圧力信号を取込み迎角（α（上））、横滑り角（β（上））を算出する上側角度計算部と、前記下側５孔の圧力信号を取込み迎角（α（下））、横滑り角（β（下））を算出する下側角度計算部と、前記迎角（α（上）），（α（下））、横滑り角（β（上）），（β（下））の値を取込み、これらを含む計算式により迎角（α）、横滑り角（β）を算出する上側下側出力切り換え算出部と、前記迎角（α（上）），（α（下））、横滑り角（β（上）），（β（下））の値及び前記迎角（α）、横滑り角（β）の値を取込み所定の下限値α１及び上限値α２と比較し、α＜α１であれば前記上側角度計算部からのα（上），β（上）を、α＞α２であれば前記下側角度計算部からのα（下），β（下）を、これら条件以外では前記上側下側出力切り換え算出部からのα，βを、迎角及び横滑り角として出力する出力判定部とを備えたことを特徴とする迎角・横滑り角探知システム。
【００２１】
本発明の（１）においては、ピトーブーム先端には中心部の５孔と中心の下側又は上側へ更に３孔が追加され８孔の圧力孔を有している。追加された３孔の圧力孔は中心部の圧力孔配置のうち、中心と下側又は上側の圧力孔を共用することにより中心部の５孔と同様に５孔の配置を形成できる。従って８孔の圧力孔で中心部正面の５孔の圧力孔配置と、下側又は上側の５孔の圧力孔の配置の組み合わせに分けることができる。このような圧力孔の配置において、迎角が小さい場合には、ピトーブーム正面の中心部の５孔の圧力孔配置により圧力を検出し、その検出信号を圧力配管より圧力センサへ導いて各圧力孔からの圧力を測定し、各圧力孔間の圧力差から、それらの大小に応じて迎角及び横滑り角を推定する。迎角が大きい場合になると、下側の５孔の圧力孔配置からの圧力を測定して圧力センサからの圧力値を取込み、上記と同様に各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定するようにする。従って、大きな迎角となっても、下側に配置した５孔の圧力孔配置が迎角に応じて圧力差の応答を高感度で求めることができ高精度の推定を可能とするものである。
【００２２】
本発明の（２）では、８孔の圧力孔から正面中心部の５孔の圧力孔配置と左、又は右側に５孔の圧力孔配置を形成し、これを組み合わせた配置とすることができる。従って、上記（１）の発明と同じく、横滑り角の小さい時には、正面中心部の５孔の圧力孔配置からの各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定し、横滑り角が大きくなると、左又は右側の５孔の圧力孔配置での各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定する。これにより、上記（１）の発明と同じく、高精度で迎角と横滑り角を推定することができる。
【００２３】
本発明の（３）においては、８孔を上側５孔と下側５孔の配置に分けて、それぞれ演算装置に圧力値を取込み、演算装置では、これら上側、下側５孔においてそれぞれ迎角、横滑り角を算出する。即ち、上側５孔からの圧力値により、上側角度計算部において従来と同じ手法により迎角、横滑り角を求め、下側５孔からの圧力値により、同様に迎角、横滑り角を求める。また、上側下側出力切り換え算出部では、これら上側、下側角度計算部で求めた迎角、横滑り角を含んだ計算式により迎角、横滑り角を計算する。一方、出力判定部では、これら上側角度計算部、下側角度計算部、上側下側出力切り換え算出部からの各計算値を入力し、所定の下限値α１、上限値α２と比較し、上側角度計算部からの値がα１より小さい場合には、この値を出力し、下側角度計算部からの値がα２よりも大きい場合には、この値を出力し、これら条件以外では上側下側出力切り換え算出部からの値を出力する。
【００２４】
上記構成の本発明の（３）によれば、迎角が小さい場合には、上側５孔からの計算値により迎角、横滑り角が検知され、迎角が大きくなると下側５孔からの計算値により迎角、横滑り角が切り換えて検知されるので、従来の上側５孔のみの構成よりも計測適用可能な迎角範囲が拡大され、これに伴う横滑り角も検知することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムの構成図である。図において、ピトーブーム５３先端には従来例で説明したように圧力孔５４が５孔設けられている。圧力孔５４は５孔からなり四角形状となるように均等に配置されており、それぞれ圧力Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 ，Ｐ5 を測定し、それら圧力値を圧力センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅへ送る。
【００２６】
圧力センサ１ａ〜１ｅの圧力信号は、Ａ／Ｄ変換器２へ送られ、ここでディジタル信号へ変換され、コンピュータ３へ入力される。コンピュータ３では後述するように（３）式〜（８）式で定められる演算を行い、迎角αと横滑り角βを算出し、出力装置５へ出力する。また、４は記憶装置であり、予め定められた校正係数やコンピュータ３での演算に必要なデータが記憶され、また、必要に応じてコンピュータ３で演算した結果や、演算途中のデータ等を記憶させる。６は入力装置であり、演算に必要なデータの入力、出力指令等を行う。
【００２７】
上記構成のシステムにおいて、コンピュータ３で実施される演算について次に説明する。まず、迎角α及び横滑り角βとピトーブーム５３の５孔の圧力孔５４における圧力差との関係は次の（３）式で表される。
【００２８】
【数１】
ここで、行列Ａ（圧力差行列）は次の（４）式より求められ、（４）式中のΔＣＰα，ΔＣＰβは（５）式のように圧力孔５４の中心の圧力孔の圧力値Ｐ2 の上下、左右の圧力差より求められる。
【００２９】
【数２】
迎角係数行列における校正係数ｋα１〜ｋα１５、横滑り角係数行列における校正係数ｋβ１〜ｋβ１５は、校正試験で得られるα’，β’と校正試験で得られる圧力差に関するピトーブーム圧力孔の物理量に上記（３）式を適用すると次の（６）式となる。なお、（６）式は迎角α’に関する式であるが、β’も同様に求められる。
【００３０】
【数３】
上記（６）式より、最小２乗法により校正係数を次の（７）式，（８）式のように求めることができる。
【００３１】
【数４】
コンピュータ３では、上記のように、ピトーブーム５３の各圧力孔５４から取り込んだ圧力値より（５）式により、ΔＣＰα，ΔＣＰβを求め、この値より（４）式から行列Ａ（圧力差行列）を求め、校正試験で得られるα’，β’とピトーブームの物理量から（６）〜（８）式により予め求めておいた校正係数ｋα１〜ｋα１５，ｋβ１〜ｋβ１５を用いて、換言すれば迎角係数行列及び横滑り角係数行列を用いて（３）式にて迎角α、横滑り角βを算出するものである。
【００３２】
以上説明の本発明の第１の実施の形態における迎角・横滑り角探知システムによれば、ピトーブーム５３先端の５孔の圧力孔５４の圧力値を圧力センサ１ａ〜１ｅを介してコンピュータ３へ取込み、コンピュータ３において中心の圧力孔の上下、左右の圧力差より行列Ａを算出し、予め校正試験で得られた係数行列を乗算することにより、迎角と横滑り角を簡単に算出して推定し、出力装置５に出力することができる。
【００３３】
このようなシステムによりコンピュータ３では従来のような繰り返し演算が不要となり、また、収束しないで解が得られない等の不具合もなくなり、迎角と横滑り角を迅速、かつ正確にリアルタイムで処理することができる。
【００３４】
図２は本発明の第２の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムのピトーブーム先端の圧力孔配置図であり、（ａ）は圧力孔を中心の５孔と、下側の５孔を組み合わせた例、（ｂ）は中心の５孔と上側の５孔を組み合わせた例である。（ａ）における下側の５孔は中心の５孔と等ピッチで配置され、（ｂ）における上側の５孔は中心の５孔と等ピッチで配置されていることが好ましい。
【００３５】
図において、（ａ）の例ではピトーブーム５３の先端５３ａには中心に四角形状に圧力孔１０を５孔配置して圧力Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 ，Ｐ5 をそれぞれ測定できるような配置（ＰＡ）を設ける。その中心部の５孔の配置の下側には、それぞれＰ2 ，Ｐ3 ，Ｐ3'，Ｐ4'，Ｐ5'の圧力を測定する５孔の配置（ＰＢ）を設ける。これら圧力孔のうち、中心の圧力Ｐ2 、その下側の圧力Ｐ3 は上側の５孔と下側の５孔とに共通に用いられる圧力孔であり、結果として圧力孔は８孔となっている。
【００３６】
（ｂ）の例では、中心に四角形状に５孔を配置し、圧力Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 ，Ｐ5 をそれぞれ測定できる配置（ＰＡ）を設ける。その中心部の５孔の配置（ＰＡ）の上側には、それぞれＰ1'，Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ4'，Ｐ5'圧力を測定する５孔の配置（ＰＣ）を設ける。これら圧力孔のうち、中心の圧力Ｐ2 、その上側の圧力Ｐ1 は配置（ＰＡ）と配置（ＰＣ）とで共通に用いられる圧力孔であり、結果としてこの例でも圧力孔は８孔となる。
【００３７】
図３はピトーブーム先端部５３ａの断面図であり、（ａ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。図示のように、各圧力孔１０には圧力配管１１が接続され、圧力センサ１２，１３に接続されている。圧力センサ１２，１３は圧力配管１１をできるだけ短くするために小型非定常圧力センサを用い、８本の圧力センサをすべてピトーブーム５３の先端部へ埋め込む構成としている。また、ピトーブーム先端は、従来は角錐形状であったが、半球形状とし圧力センサ１２，１３を埋め込みやすくすると共に、気流の影響を小さくしている。また、圧力センサ１２，１３の応答遅れを８個とも合わせるために、圧力配管１１は８本とも同じ容積としている。
【００３８】
上記のような８孔の圧力孔を有するピトーブームにおいて、後述するように、迎角が大きくない場合には、ピトーブーム正面の配置（ＰＡ）の５孔の圧力差から、迎角が大きくなると下側の配置（ＰＢ）又は上側の配置（ＰＣ）の５孔の圧力差から、迎角及び横滑り角を推定する。
【００３９】
図４は本発明の第２の実施の形態に係るシステムの全体の系統図である。図において、ピトーブーム５３の先端５３ａには５孔からなる圧力孔の配置（ＰＡ），（ＰＢ）が設けられ、配置（ＰＡ）では、圧力Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 ，Ｐ5 がそれぞれ圧力センサ１２ｂ，１３ｃ，１２ｃ，１２ａ，１２ｄで測定され、Ａ／Ｄ変換器１４でディジタル信号に変換されてコンピュータ１６へ入力される。
【００４０】
また、同様に配置（ＰＢ）では、圧力Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ3'，Ｐ4'，Ｐ5'がそれぞれ圧力センサ１３ｃ，１２ｃ，１３ｂ，１３ｄ，１３ａで測定され、Ａ／Ｄ変換器１５でディジタル信号に変換されてコンピュータ１６へ入力される。コンピュータ１６では、迎角が大きいか、小さいかを入力する各信号の大きさより判断して、迎角が小さい場合には、配置（ＰＡ）の５孔の圧力孔の信号から、各信号の差を演算し、それぞれ迎角と横滑り角を推定する。
【００４１】
また、迎角が大きい場合には、配置（ＰＢ）の５孔の圧力孔の信号から、各信号の差を求め、同様に演算を行い、それぞれ迎角と横滑り角を推定する。１７は出力装置であり、コンピュータ１６の演算結果を出力するもの、１８は入力装置であり、演算に必要なデータの入力を行い、１９は記憶装置であり、演算結果を記憶したり、必要なデータを予め設定し記憶させておく。
【００４２】
上記に説明の第２の実施の形態の迎角・横滑り角探知システムによれば、大迎角の時でも大迎角の時の圧力変化を効果的に検出できる５孔の圧力孔の配置（ＰＢ）又は（ＰＣ）を中心の５孔の圧力孔の配置（ＰＡ）と組み合わせて配置したので、大迎角と、その時の横滑り角が精度良く測定でき、良好な応答性が得られるものである。
【００４３】
図５は本発明の第３の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムのピトーブーム先端５３ａの圧力孔の配置図であり、（ａ）は中心部の５孔の圧力孔１０の配置に加え、右側に５孔の圧力孔１０の配置を、（ｂ）は左側に５孔の圧力孔１０の配置を、それぞれ配設したものであり、その他の構成は図２〜図４に示す第２の実施の形態と同じ構成である。
【００４４】
即ち、（ａ）は、中心部の５孔の圧力孔１０の配置（ＰＡ）の右側に５孔の圧力孔の配置（ＰＤ）を配設（前記中心部の５孔と等ピッチ）した例であり、（ｂ）は、その逆の左側に５孔の圧力孔の配置（ＰＥ）を配設（前記中心部の５孔と等ピッチ）した例である。従って、（ａ）の例では、配置（ＰＡ）の中心の圧力孔と右側の圧力孔は配置（ＰＤ）の圧力孔と共用し、また、（ｂ）の例では、中心の配置（ＰＡ）の中心の圧力孔と左側の圧力孔は配置（ＰＥ）と共用し、結果として８孔の圧力孔からなっている。
【００４５】
上記構成の圧力孔の配置を有する第３の実施の形態においても第２の実施の形態と同様の作用、効果が得られ、特に第３の実施の形態においては大横滑り角の場合に有効であり高精度で応答の良い測定が可能となるものである。
【００４６】
図６は本発明の第４の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムの全体構成図である。図において、４０は８孔ヨーメータであり、後述するようにピトーブーム先端に設けられた８孔の圧力孔からなり、８孔の圧力値が検出される。４１はＡ／Ｄ変換器であり、各８孔の圧力信号をディジタル値に変換し、演算装置、即ちコンピュータ４２へ入力する。コンピュータ４２では後述するように、これら８孔からの圧力データに基づいて演算を行い、迎角の大小に応じて算出値を切り換え、正確な迎角と横滑り角の計測値を出力する。４３は出力装置であり、コンピュータ４２で算出された結果を表示したり、プリントし出力するものである。
【００４７】
図７は上記に説明の８孔ヨーメータのピトーブーム先端を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はその作用の説明図である。図（ａ），（ｂ）において、ピトーブーム２０の先端には、Ｐ１〜Ｐ８の８孔が設けられている。これら８孔は中心のＰ２、上下のＰ１，Ｐ３、左右のＰ５，Ｐ７の５孔からなる上側５孔３０と、Ｐ３を中心に、上下のＰ２，Ｐ４、左右のＰ６，Ｐ８の５孔からなる下側５孔３１とに区分されて、後述するように圧力値が測定されてコンピュータ４２へ入力される。
【００４８】
図７（ｂ）に示すように、本第４の実施の形態での測定可能な迎角の範囲は、上側５孔３０により（Ａ）の範囲の測定が可能であり、また、下側５孔３１では（Ｂ）の範囲の測定が可能である。従って、全体としての計測可能範囲は従来の（Ａ）のみの場合に比べて下側５孔による（Ｂ）の範囲が含まれ、迎角の測定範囲が拡大される。
【００４９】
図７（ｃ）は迎角（α）とその出力の関係を示し、図中左側が上側５孔３０により計算された迎角α（上）、横滑り角β（上）の出力であり、図中右側が下側５孔３１により計算された迎角α（下）、横滑り角β（下）の出力である。α１，α２は切り換え迎角の範囲を示し、上側５孔３０による計算値と、下側５孔３１による計算値とで、それぞれ後述するように迎角α、横滑り角βを求め、αの値がα１よりも小さければ（図中α１よりも左側）、上側５孔３０による計算値を正確な測定値とし、αの値がα２よりも大きければ（図中α２よりも右側）、下側５孔３１の計算値を正確な測定値とするものである。
【００５０】
図８は上記に説明した８孔ヨーメータを用いた迎角・横滑り角探知システムの機能ブロック図であり、コンピュータ４２で実施され、その実施結果として迎角αと横滑り角βが正確な測定値として出力されるものである。
【００５１】
図において、８孔ヨーメータ４０からの信号は、上側５孔３０のＰ１，Ｐ５，Ｐ７，Ｐ２，Ｐ３が上側５孔α，β計算部４０−１へ入力される。また、下側５孔３１のＰ３，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，Ｐ８が下側５孔α，β計算部４０−２へ入力される。
【００５２】
上側５孔α，β計算部４０−１と下側５孔α，β計算部４０−２とでは、それぞれ従来と同様の計算方法による各５孔間の圧力値の変化によりα，βの計算を行う。ここでα（上），β（上）は上側５孔３０によって従来と同じように計算によって求めた迎角と横滑り角であり、α（下），β（下）は下側５孔３１によって従来と同じように計算によって求めた迎角と横滑り角である。
【００５３】
上記計算されたα（上），β（上），α（下），β（下）のデータは上側下側出力切り換え算出部４０−３へ入力され、ここで次に示す（９）式の演算が行われ、Ｋ１，Ｋ２が求められ、（１０）式によりα，βが演算され、その結果は出力判定部４へ入力される。
【００５４】
【数５】
また、上側５孔α，β計算部４０−１と下側５孔α，β計算部４０−２の出力α（上），β（上），α（下），β（下）のデータは更に出力判定部４０−４へも直接入力される。出力判定部４０−４では、入力されたα（上），β（上），α（下），β（下）及び上側下側出力切り換え算出部４０−３の出力α，βを調べ、α（上）が切り換え迎角範囲のα１よりも小さいと、その出力α（上）を検知結果として出力し、また、α（下）がα２よりも大きいと、その出力α（下）を検知結果として出力し、上記の条件以外では上側下側出力切り換え算出部４０−３のα，β出力を検知結果として出力する。
【００５５】
以上説明の第４の実施の形態によれば、８孔ヨーメータ４０からの圧力信号を使用することにより、上側５孔３０により算出したα（上），β（上）と、下側５孔３１により算出したα（下），β（下）とをオーバラップする迎角範囲において、上側下側出力切り換え算出部４０−３で演算することにより上側５孔３０のα（上），β（上）か、下側５孔３１のα（下），β（下）かをスムーズに切り換えることにより、広範囲の迎角範囲において迎角α、横滑り角βを算出することができる。
【００５６】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の迎角・横滑り角探知システムは、（１）航空機ノーズ先端から前方へ突出し先端部に複数の圧力孔を有するピトーブームと、同ピトーブーム内で前記複数の圧力孔に接続する複数本の圧力配管と、前記ピトーブーム内に埋設され前記圧力配管にそれぞれ接続する複数の圧力センサとを備え、前記圧力孔は前記ピトーブームの中心、左右、上下の５孔に加え、更に３孔を前記５孔の配置の下側又は上側のいずれかに配置したことを特徴としている。
【００６０】
上記構成により、迎角が小さい場合には、ピトーブーム正面の中心部の５孔の圧力孔配置により圧力を検出し、圧力配管より圧力センサへ導いて各圧力孔からの圧力を測定し、各圧力孔間の圧力差から、それらの大小に応じて迎角及び横滑り角を推定する。迎角が大きい場合になると、下側の５孔の圧力孔配置からの圧力を測定して圧力センサからの圧力値を取込み、上記と同様に各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定する。従って、大きな迎角となっても、下側に配置した５孔の圧力孔配置が迎角に応じて圧力差の応答を高感度で求めることができ高精度の推定を可能とするものである。
【００６１】
本発明の（２）は、上記と同様に複数の圧力孔を有するピトーブームと、圧力配管と、圧力センサとを備え、前記圧力孔は前記ピトーブームの中心、左右、上下の５孔に加え、更に３孔を前記５孔の配置の左側又は右側のいずれかに配置したことを特徴としている。
【００６２】
上記構成においても、上記（１）の発明と同じく、横滑り角の小さい時には、正面中心部の５孔の圧力孔配置からの各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定し、横滑り角が大きくなると、左又は右側の５孔の圧力孔配置での各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定する。これにより、上記（１）の発明と同じく、高精度で迎角と横滑り角を推定することができる。
【００６３】
本発明の（３）は、航空機のピトーブーム先端に複数の孔を設け、これら孔間の圧力差を測定し迎角及び横滑り角を検知するシステムであって、前記複数の孔は、ピトーブーム先端の中心、同中心の上下、左右の上側５孔と、同上側５孔の最下端の孔の下及び左右へそれぞれ等ピッチで配置した３孔とで８孔からなり、前記上側５孔と同上側５孔の最下端の孔を中心とした上下、左右の下側５孔との圧力信号を取込み迎角及び横滑り角を算出し出力する演算装置とを備えた構成とし、前記演算装置は、前記上側５孔の圧力信号を取込み迎角（α（上））、横滑り角（β（上））を算出する上側角度計算部と、前記下側５孔の圧力信号を取込み迎角（α（下））、横滑り角（β（下））を算出する下側角度計算部と、前記迎角（α（上）），（α（下））、横滑り角（β（上）），（β（下））の値を取込み、これらを含む計算式により迎角（α）、横滑り角（β）を算出する上側下側出力切り換え算出部と、前記迎角（α（上）），（α（下））、横滑り角（β（上）），（β（下））の値及び前記迎角（α）、横滑り角（β）の値を取込み所定の下限値α１及び上限値α２と比較し、α＜α１であれば前記上側角度計算部からのα（上），β（上）を、α＞α２であれば前記下側角度計算部からのα（下），β（下）を、これら条件以外では前記上側下側出力切り換え算出部からのα，βを、迎角及び横滑り角として出力する出力判定部とを備えたことを特徴としている。
【００６４】
上記構成により、迎角が小さい場合には、上側５孔からの計算値により迎角、横滑り角が検知され、迎角が大きくなると下側５孔からの計算値により迎角、横滑り角が切り換えて検知されるので、従来の上側５孔のみの構成よりも計測適用可能な迎角範囲が拡大され、これに伴う横滑り角も検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムの構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムの圧力孔の配置図であり、（ａ）は５孔の圧力孔を中心及びその下側に、（ｂ）は中心及びその上側へ、それぞれ配置した図である。
【図３】図２における断面図であり、（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムを用いた全体システムの系統図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムの配置図であり、（ａ）は５孔の圧力孔を中心及び右側へ、（ｂ）は左側へそれぞれ配置した図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムの全体構成図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る探知システムのピトーブーム先端を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は８孔による迎角の検知の原理説明図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る探知システムの詳細な機能ブロック図である。
【図９】航空機の一般的な図で、（ａ）は上面図で横滑り角を、（ｂ）は側面図で迎角を、それぞれ示す図である。
【図１０】航空機のピトーブームを示し、（ａ）は一般的な構成図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ矢視図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｅ，１２，１３，５５ 圧力センサ
２，１４，１５，４１ Ａ／Ｄ変換器
３，１６，４２ コンピュータ
４，１９ 記憶装置
５，１７，４３ 出力装置
６，１８ 入力装置
１０，５４ 圧力孔
１１，５６ 圧力配管
２０，５３ ピトーブーム
３０ 上側５孔
３１ 下側５孔
４０ ８孔ヨーメータ
４０−１ 上側５孔α，β計算部
４０−２ 下側５孔α，β計算部
４０−３ 上側下側出力切り換え算出部
４０−４ 出力判定部
５０ 航空機
５１ 航空機ノーズ
５３ａ ピトーブーム先端
【発明の属する技術分野】
本発明は迎角・横滑り角探知システムに関し、大迎角においても正確に迎角と横滑り角を算出し、測定することができるシステムである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の風洞試験や航空機の実機で空力特性の試験においては、航空機のノーズ部から前に突出させたピトーブームの先端に５孔の圧力孔を配置し、それらの孔の圧力差から迎角及び横滑り角を推定していた。図９は航空機の外観を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。図において、５０は航空機、５１は航空機のノーズ、５３はノーズ先端のピトーブームである。αは機体の重心を中心とした上下方向の角度、即ち迎角であり、βは機体の左右方向の角度、即ち横滑り角である。これら迎角α、横滑り角βは飛行試験や風洞試験においては、前述のようにピトーブーム５３先端に設けられた５孔の圧力孔の圧力から各孔の圧力差を求め、それら圧力差から推定している。
【０００３】
図１０はピトーブーム５３を示す拡大図で、（ａ）はその外観図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。実際のピトーブームの径は１７mm程度のものであり、その先端５３ａには、中心の圧力孔から均等に四角形状となるように５孔の圧力孔５４が設けられ、各圧力孔５４には圧力配管５６が接続され、これら圧力配管５６はピトーブーム５３内を通り、航空機５０の機体内に配置された圧力センサ５５へ接続され、各圧力センサ５５の信号は図示省略の測定部へ導かれ、測定部において各圧力孔５４の圧力差を演算し、迎角α、横滑り角βを推定している。
【０００４】
上記構成のピトーブームにおいて、５孔の圧力孔からの圧力値を利用して迎角α、横滑り角βを推定する場合、中心の圧力孔の圧力Ｐ2 の上下、左右の圧力差とα，βとの関係を次に示す多項式（１），（２）で近似する。この多項式は予め行う校正試験で得られる圧力差と迎角（α）と横滑り角（β）との関係より係数を求めておき、α，βを算出するときは、その多項式を繰り返し計算法で逆算してα，βを算出する。
【０００５】
（Ｐ1 −Ｐ3 ）／Ｐ2 ＝Ａ0 ＋Ａ1 α＋Ａ2 α2 ＋Ａ3 α3 ＋…………（１）
ここで、Ａ0 ，Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 ，・・・は予め設定しておく係数である。
【０００６】
（Ｐ4 −Ｐ5 ）／Ｐ2 ＝Ｂ0 ＋Ｂ1 β＋Ｂ2 β2 ＋Ｂ3 β3 ＋…………（２）
ここで、Ｂ0 ，Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 ，・・・は予め設定しておく係数である。
【０００７】
従来の迎角、横滑り角の測定は上記のように５孔の圧力変化により測定しているので、その測定範囲は、図７（ｂ）に示す圧力穴Ｐ１とＰ３のなす角度の狭い範囲（Ａ）の迎角範囲に限られており、それ以上の迎角は誤差が大きくて正確な迎角、横滑り角を測定することは困難であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように航空機の風洞試験や実機での試験における迎角と横滑り角の測定は、（１）式と（２）式により繰り返し計算法（Newton-Rapson 法等）により逆算して求めているが、収束条件によっては解が得られない場合がある。また、繰り返し計算法は計算時間が長く、リアルタイム処理には不向きであり、従来の計算法による迎角と横滑り角の推定を迅速かつ正確に行う何らかの改良や対策が望まれていた。
【０００９】
また、前述のように従来のピトーブームによる迎角、横滑り角の推定はピトーブーム先端に５孔の圧力孔を均等に配置し、それらの圧力差により推定しているが、ピトーブームは１７mm程度の細管であり、各圧力孔からは圧力配管を接続して圧力を取り出すので圧力配管に接続する圧力センサは機体側に搭載していた。そのために、圧力配管は長くなって圧力応答遅れがあり、迎角、横滑り角の応答遅れが生じ、精度が悪く、また、特に大迎角の時には圧力差の変動幅が小さくなり、推定精度が悪かった。
【００１０】
また、前述のように従来の航空機の迎角、横滑り角の測定は５孔の圧力孔の圧力変化により測定しているので、圧力変化が正しく測定できる範囲に限られており、５孔の圧力値による測定（以下、５孔ヨーメータによる測定と呼ぶ）で誤差なく計測可能な狭い範囲の迎角範囲においてのみ可能であり、広い迎角範囲では測定ができなかった。
【００１２】
そこで本発明では、ピトーブーム先端の圧力孔を増加し、８孔の圧力孔の配置とし、これら圧力孔の圧力差を組み合わせることにより大迎角においても高精度に迎角、横滑り角をリアルタイムで測定し、推定できる迎角・横滑り角探知システムを提供することを課題としている。
【００１３】
更に、本発明では、ピトーブーム先端の圧力孔を８孔に増加し、８孔を上側の５孔と下側の５孔の組に分けて、それぞれの組において５孔の圧力値から迎角、横滑り角を測定し、２組の出力のうち迎角に応じて上側の５孔で測定する場合と下側の５孔で測定する場合を切り換えて測定可能とし、切り換え使用により従来よりも適用可能迎角範囲を拡大することができる迎角・横滑り角探知システムを提供することを課題としてなされたものである。
【００１４】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために、次の手段を提供する。
【００１７】
（１）航空機ノーズ先端から前方へ突出し先端部に複数の圧力孔を有するピトーブームと、同ピトーブーム内で前記複数の圧力孔に接続する複数本の圧力配管と、前記ピトーブーム内に埋設され前記圧力配管にそれぞれ接続する複数の圧力センサとを備え、前記圧力孔は前記ピトーブームの中心、左右、上下の５孔に加え、更に３孔を前記５孔の配置の下側又は上側のいずれかに配置したことを特徴とする迎角・横滑り角探知システム。
【００１８】
（２）航空機ノーズ先端から前方へ突出し先端部に複数の圧力孔を有するピトーブームと、同ピトーブーム内で前記複数の圧力孔に接続する複数本の圧力配管と、前記ピトーブーム内に埋設され前記圧力配管にそれぞれ接続する複数の圧力センサとを備え、前記圧力孔は前記ピトーブームの中心、左右、上下の５孔に加え、更に３孔を前記５孔の配置の左側又は右側のいずれかに配置したことを特徴とする迎角・横滑り角探知システム。
【００１９】
（３）航空機のピトーブーム先端に複数の孔を設け、これら孔間の圧力差を測定し迎角及び横滑り角を検知するシステムであって、前記複数の孔は、ピトーブーム先端の中心、同中心の上下、左右の上側５孔と、同上側５孔の最下端の孔の下及び左右へそれぞれ配置した３孔とで８孔からなり、前記上側５孔と同上側５孔の最下端の孔を中心とした上下、左右の下側５孔との圧力信号を取込み迎角及び横滑り角を算出し出力する演算装置とを備えた構成とし、前記演算装置は、前記上側５孔の圧力信号を取込み迎角（α（上））、横滑り角（β（上））を算出する上側角度計算部と、前記下側５孔の圧力信号を取込み迎角（α（下））、横滑り角（β（下））を算出する下側角度計算部と、前記迎角（α（上）），（α（下））、横滑り角（β（上）），（β（下））の値を取込み、これらを含む計算式により迎角（α）、横滑り角（β）を算出する上側下側出力切り換え算出部と、前記迎角（α（上）），（α（下））、横滑り角（β（上）），（β（下））の値及び前記迎角（α）、横滑り角（β）の値を取込み所定の下限値α１及び上限値α２と比較し、α＜α１であれば前記上側角度計算部からのα（上），β（上）を、α＞α２であれば前記下側角度計算部からのα（下），β（下）を、これら条件以外では前記上側下側出力切り換え算出部からのα，βを、迎角及び横滑り角として出力する出力判定部とを備えたことを特徴とする迎角・横滑り角探知システム。
【００２１】
本発明の（１）においては、ピトーブーム先端には中心部の５孔と中心の下側又は上側へ更に３孔が追加され８孔の圧力孔を有している。追加された３孔の圧力孔は中心部の圧力孔配置のうち、中心と下側又は上側の圧力孔を共用することにより中心部の５孔と同様に５孔の配置を形成できる。従って８孔の圧力孔で中心部正面の５孔の圧力孔配置と、下側又は上側の５孔の圧力孔の配置の組み合わせに分けることができる。このような圧力孔の配置において、迎角が小さい場合には、ピトーブーム正面の中心部の５孔の圧力孔配置により圧力を検出し、その検出信号を圧力配管より圧力センサへ導いて各圧力孔からの圧力を測定し、各圧力孔間の圧力差から、それらの大小に応じて迎角及び横滑り角を推定する。迎角が大きい場合になると、下側の５孔の圧力孔配置からの圧力を測定して圧力センサからの圧力値を取込み、上記と同様に各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定するようにする。従って、大きな迎角となっても、下側に配置した５孔の圧力孔配置が迎角に応じて圧力差の応答を高感度で求めることができ高精度の推定を可能とするものである。
【００２２】
本発明の（２）では、８孔の圧力孔から正面中心部の５孔の圧力孔配置と左、又は右側に５孔の圧力孔配置を形成し、これを組み合わせた配置とすることができる。従って、上記（１）の発明と同じく、横滑り角の小さい時には、正面中心部の５孔の圧力孔配置からの各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定し、横滑り角が大きくなると、左又は右側の５孔の圧力孔配置での各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定する。これにより、上記（１）の発明と同じく、高精度で迎角と横滑り角を推定することができる。
【００２３】
本発明の（３）においては、８孔を上側５孔と下側５孔の配置に分けて、それぞれ演算装置に圧力値を取込み、演算装置では、これら上側、下側５孔においてそれぞれ迎角、横滑り角を算出する。即ち、上側５孔からの圧力値により、上側角度計算部において従来と同じ手法により迎角、横滑り角を求め、下側５孔からの圧力値により、同様に迎角、横滑り角を求める。また、上側下側出力切り換え算出部では、これら上側、下側角度計算部で求めた迎角、横滑り角を含んだ計算式により迎角、横滑り角を計算する。一方、出力判定部では、これら上側角度計算部、下側角度計算部、上側下側出力切り換え算出部からの各計算値を入力し、所定の下限値α１、上限値α２と比較し、上側角度計算部からの値がα１より小さい場合には、この値を出力し、下側角度計算部からの値がα２よりも大きい場合には、この値を出力し、これら条件以外では上側下側出力切り換え算出部からの値を出力する。
【００２４】
上記構成の本発明の（３）によれば、迎角が小さい場合には、上側５孔からの計算値により迎角、横滑り角が検知され、迎角が大きくなると下側５孔からの計算値により迎角、横滑り角が切り換えて検知されるので、従来の上側５孔のみの構成よりも計測適用可能な迎角範囲が拡大され、これに伴う横滑り角も検知することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムの構成図である。図において、ピトーブーム５３先端には従来例で説明したように圧力孔５４が５孔設けられている。圧力孔５４は５孔からなり四角形状となるように均等に配置されており、それぞれ圧力Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 ，Ｐ5 を測定し、それら圧力値を圧力センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅへ送る。
【００２６】
圧力センサ１ａ〜１ｅの圧力信号は、Ａ／Ｄ変換器２へ送られ、ここでディジタル信号へ変換され、コンピュータ３へ入力される。コンピュータ３では後述するように（３）式〜（８）式で定められる演算を行い、迎角αと横滑り角βを算出し、出力装置５へ出力する。また、４は記憶装置であり、予め定められた校正係数やコンピュータ３での演算に必要なデータが記憶され、また、必要に応じてコンピュータ３で演算した結果や、演算途中のデータ等を記憶させる。６は入力装置であり、演算に必要なデータの入力、出力指令等を行う。
【００２７】
上記構成のシステムにおいて、コンピュータ３で実施される演算について次に説明する。まず、迎角α及び横滑り角βとピトーブーム５３の５孔の圧力孔５４における圧力差との関係は次の（３）式で表される。
【００２８】
【数１】
【００２９】
【数２】
【００３０】
【数３】
【００３１】
【数４】
【００３２】
以上説明の本発明の第１の実施の形態における迎角・横滑り角探知システムによれば、ピトーブーム５３先端の５孔の圧力孔５４の圧力値を圧力センサ１ａ〜１ｅを介してコンピュータ３へ取込み、コンピュータ３において中心の圧力孔の上下、左右の圧力差より行列Ａを算出し、予め校正試験で得られた係数行列を乗算することにより、迎角と横滑り角を簡単に算出して推定し、出力装置５に出力することができる。
【００３３】
このようなシステムによりコンピュータ３では従来のような繰り返し演算が不要となり、また、収束しないで解が得られない等の不具合もなくなり、迎角と横滑り角を迅速、かつ正確にリアルタイムで処理することができる。
【００３４】
図２は本発明の第２の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムのピトーブーム先端の圧力孔配置図であり、（ａ）は圧力孔を中心の５孔と、下側の５孔を組み合わせた例、（ｂ）は中心の５孔と上側の５孔を組み合わせた例である。（ａ）における下側の５孔は中心の５孔と等ピッチで配置され、（ｂ）における上側の５孔は中心の５孔と等ピッチで配置されていることが好ましい。
【００３５】
図において、（ａ）の例ではピトーブーム５３の先端５３ａには中心に四角形状に圧力孔１０を５孔配置して圧力Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 ，Ｐ5 をそれぞれ測定できるような配置（ＰＡ）を設ける。その中心部の５孔の配置の下側には、それぞれＰ2 ，Ｐ3 ，Ｐ3'，Ｐ4'，Ｐ5'の圧力を測定する５孔の配置（ＰＢ）を設ける。これら圧力孔のうち、中心の圧力Ｐ2 、その下側の圧力Ｐ3 は上側の５孔と下側の５孔とに共通に用いられる圧力孔であり、結果として圧力孔は８孔となっている。
【００３６】
（ｂ）の例では、中心に四角形状に５孔を配置し、圧力Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 ，Ｐ5 をそれぞれ測定できる配置（ＰＡ）を設ける。その中心部の５孔の配置（ＰＡ）の上側には、それぞれＰ1'，Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ4'，Ｐ5'圧力を測定する５孔の配置（ＰＣ）を設ける。これら圧力孔のうち、中心の圧力Ｐ2 、その上側の圧力Ｐ1 は配置（ＰＡ）と配置（ＰＣ）とで共通に用いられる圧力孔であり、結果としてこの例でも圧力孔は８孔となる。
【００３７】
図３はピトーブーム先端部５３ａの断面図であり、（ａ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。図示のように、各圧力孔１０には圧力配管１１が接続され、圧力センサ１２，１３に接続されている。圧力センサ１２，１３は圧力配管１１をできるだけ短くするために小型非定常圧力センサを用い、８本の圧力センサをすべてピトーブーム５３の先端部へ埋め込む構成としている。また、ピトーブーム先端は、従来は角錐形状であったが、半球形状とし圧力センサ１２，１３を埋め込みやすくすると共に、気流の影響を小さくしている。また、圧力センサ１２，１３の応答遅れを８個とも合わせるために、圧力配管１１は８本とも同じ容積としている。
【００３８】
上記のような８孔の圧力孔を有するピトーブームにおいて、後述するように、迎角が大きくない場合には、ピトーブーム正面の配置（ＰＡ）の５孔の圧力差から、迎角が大きくなると下側の配置（ＰＢ）又は上側の配置（ＰＣ）の５孔の圧力差から、迎角及び横滑り角を推定する。
【００３９】
図４は本発明の第２の実施の形態に係るシステムの全体の系統図である。図において、ピトーブーム５３の先端５３ａには５孔からなる圧力孔の配置（ＰＡ），（ＰＢ）が設けられ、配置（ＰＡ）では、圧力Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 ，Ｐ5 がそれぞれ圧力センサ１２ｂ，１３ｃ，１２ｃ，１２ａ，１２ｄで測定され、Ａ／Ｄ変換器１４でディジタル信号に変換されてコンピュータ１６へ入力される。
【００４０】
また、同様に配置（ＰＢ）では、圧力Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ3'，Ｐ4'，Ｐ5'がそれぞれ圧力センサ１３ｃ，１２ｃ，１３ｂ，１３ｄ，１３ａで測定され、Ａ／Ｄ変換器１５でディジタル信号に変換されてコンピュータ１６へ入力される。コンピュータ１６では、迎角が大きいか、小さいかを入力する各信号の大きさより判断して、迎角が小さい場合には、配置（ＰＡ）の５孔の圧力孔の信号から、各信号の差を演算し、それぞれ迎角と横滑り角を推定する。
【００４１】
また、迎角が大きい場合には、配置（ＰＢ）の５孔の圧力孔の信号から、各信号の差を求め、同様に演算を行い、それぞれ迎角と横滑り角を推定する。１７は出力装置であり、コンピュータ１６の演算結果を出力するもの、１８は入力装置であり、演算に必要なデータの入力を行い、１９は記憶装置であり、演算結果を記憶したり、必要なデータを予め設定し記憶させておく。
【００４２】
上記に説明の第２の実施の形態の迎角・横滑り角探知システムによれば、大迎角の時でも大迎角の時の圧力変化を効果的に検出できる５孔の圧力孔の配置（ＰＢ）又は（ＰＣ）を中心の５孔の圧力孔の配置（ＰＡ）と組み合わせて配置したので、大迎角と、その時の横滑り角が精度良く測定でき、良好な応答性が得られるものである。
【００４３】
図５は本発明の第３の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムのピトーブーム先端５３ａの圧力孔の配置図であり、（ａ）は中心部の５孔の圧力孔１０の配置に加え、右側に５孔の圧力孔１０の配置を、（ｂ）は左側に５孔の圧力孔１０の配置を、それぞれ配設したものであり、その他の構成は図２〜図４に示す第２の実施の形態と同じ構成である。
【００４４】
即ち、（ａ）は、中心部の５孔の圧力孔１０の配置（ＰＡ）の右側に５孔の圧力孔の配置（ＰＤ）を配設（前記中心部の５孔と等ピッチ）した例であり、（ｂ）は、その逆の左側に５孔の圧力孔の配置（ＰＥ）を配設（前記中心部の５孔と等ピッチ）した例である。従って、（ａ）の例では、配置（ＰＡ）の中心の圧力孔と右側の圧力孔は配置（ＰＤ）の圧力孔と共用し、また、（ｂ）の例では、中心の配置（ＰＡ）の中心の圧力孔と左側の圧力孔は配置（ＰＥ）と共用し、結果として８孔の圧力孔からなっている。
【００４５】
上記構成の圧力孔の配置を有する第３の実施の形態においても第２の実施の形態と同様の作用、効果が得られ、特に第３の実施の形態においては大横滑り角の場合に有効であり高精度で応答の良い測定が可能となるものである。
【００４６】
図６は本発明の第４の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムの全体構成図である。図において、４０は８孔ヨーメータであり、後述するようにピトーブーム先端に設けられた８孔の圧力孔からなり、８孔の圧力値が検出される。４１はＡ／Ｄ変換器であり、各８孔の圧力信号をディジタル値に変換し、演算装置、即ちコンピュータ４２へ入力する。コンピュータ４２では後述するように、これら８孔からの圧力データに基づいて演算を行い、迎角の大小に応じて算出値を切り換え、正確な迎角と横滑り角の計測値を出力する。４３は出力装置であり、コンピュータ４２で算出された結果を表示したり、プリントし出力するものである。
【００４７】
図７は上記に説明の８孔ヨーメータのピトーブーム先端を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はその作用の説明図である。図（ａ），（ｂ）において、ピトーブーム２０の先端には、Ｐ１〜Ｐ８の８孔が設けられている。これら８孔は中心のＰ２、上下のＰ１，Ｐ３、左右のＰ５，Ｐ７の５孔からなる上側５孔３０と、Ｐ３を中心に、上下のＰ２，Ｐ４、左右のＰ６，Ｐ８の５孔からなる下側５孔３１とに区分されて、後述するように圧力値が測定されてコンピュータ４２へ入力される。
【００４８】
図７（ｂ）に示すように、本第４の実施の形態での測定可能な迎角の範囲は、上側５孔３０により（Ａ）の範囲の測定が可能であり、また、下側５孔３１では（Ｂ）の範囲の測定が可能である。従って、全体としての計測可能範囲は従来の（Ａ）のみの場合に比べて下側５孔による（Ｂ）の範囲が含まれ、迎角の測定範囲が拡大される。
【００４９】
図７（ｃ）は迎角（α）とその出力の関係を示し、図中左側が上側５孔３０により計算された迎角α（上）、横滑り角β（上）の出力であり、図中右側が下側５孔３１により計算された迎角α（下）、横滑り角β（下）の出力である。α１，α２は切り換え迎角の範囲を示し、上側５孔３０による計算値と、下側５孔３１による計算値とで、それぞれ後述するように迎角α、横滑り角βを求め、αの値がα１よりも小さければ（図中α１よりも左側）、上側５孔３０による計算値を正確な測定値とし、αの値がα２よりも大きければ（図中α２よりも右側）、下側５孔３１の計算値を正確な測定値とするものである。
【００５０】
図８は上記に説明した８孔ヨーメータを用いた迎角・横滑り角探知システムの機能ブロック図であり、コンピュータ４２で実施され、その実施結果として迎角αと横滑り角βが正確な測定値として出力されるものである。
【００５１】
図において、８孔ヨーメータ４０からの信号は、上側５孔３０のＰ１，Ｐ５，Ｐ７，Ｐ２，Ｐ３が上側５孔α，β計算部４０−１へ入力される。また、下側５孔３１のＰ３，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，Ｐ８が下側５孔α，β計算部４０−２へ入力される。
【００５２】
上側５孔α，β計算部４０−１と下側５孔α，β計算部４０−２とでは、それぞれ従来と同様の計算方法による各５孔間の圧力値の変化によりα，βの計算を行う。ここでα（上），β（上）は上側５孔３０によって従来と同じように計算によって求めた迎角と横滑り角であり、α（下），β（下）は下側５孔３１によって従来と同じように計算によって求めた迎角と横滑り角である。
【００５３】
上記計算されたα（上），β（上），α（下），β（下）のデータは上側下側出力切り換え算出部４０−３へ入力され、ここで次に示す（９）式の演算が行われ、Ｋ１，Ｋ２が求められ、（１０）式によりα，βが演算され、その結果は出力判定部４へ入力される。
【００５４】
【数５】
【００５５】
以上説明の第４の実施の形態によれば、８孔ヨーメータ４０からの圧力信号を使用することにより、上側５孔３０により算出したα（上），β（上）と、下側５孔３１により算出したα（下），β（下）とをオーバラップする迎角範囲において、上側下側出力切り換え算出部４０−３で演算することにより上側５孔３０のα（上），β（上）か、下側５孔３１のα（下），β（下）かをスムーズに切り換えることにより、広範囲の迎角範囲において迎角α、横滑り角βを算出することができる。
【００５６】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の迎角・横滑り角探知システムは、（１）航空機ノーズ先端から前方へ突出し先端部に複数の圧力孔を有するピトーブームと、同ピトーブーム内で前記複数の圧力孔に接続する複数本の圧力配管と、前記ピトーブーム内に埋設され前記圧力配管にそれぞれ接続する複数の圧力センサとを備え、前記圧力孔は前記ピトーブームの中心、左右、上下の５孔に加え、更に３孔を前記５孔の配置の下側又は上側のいずれかに配置したことを特徴としている。
【００６０】
上記構成により、迎角が小さい場合には、ピトーブーム正面の中心部の５孔の圧力孔配置により圧力を検出し、圧力配管より圧力センサへ導いて各圧力孔からの圧力を測定し、各圧力孔間の圧力差から、それらの大小に応じて迎角及び横滑り角を推定する。迎角が大きい場合になると、下側の５孔の圧力孔配置からの圧力を測定して圧力センサからの圧力値を取込み、上記と同様に各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定する。従って、大きな迎角となっても、下側に配置した５孔の圧力孔配置が迎角に応じて圧力差の応答を高感度で求めることができ高精度の推定を可能とするものである。
【００６１】
本発明の（２）は、上記と同様に複数の圧力孔を有するピトーブームと、圧力配管と、圧力センサとを備え、前記圧力孔は前記ピトーブームの中心、左右、上下の５孔に加え、更に３孔を前記５孔の配置の左側又は右側のいずれかに配置したことを特徴としている。
【００６２】
上記構成においても、上記（１）の発明と同じく、横滑り角の小さい時には、正面中心部の５孔の圧力孔配置からの各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定し、横滑り角が大きくなると、左又は右側の５孔の圧力孔配置での各孔の圧力差から迎角と横滑り角を推定する。これにより、上記（１）の発明と同じく、高精度で迎角と横滑り角を推定することができる。
【００６３】
本発明の（３）は、航空機のピトーブーム先端に複数の孔を設け、これら孔間の圧力差を測定し迎角及び横滑り角を検知するシステムであって、前記複数の孔は、ピトーブーム先端の中心、同中心の上下、左右の上側５孔と、同上側５孔の最下端の孔の下及び左右へそれぞれ等ピッチで配置した３孔とで８孔からなり、前記上側５孔と同上側５孔の最下端の孔を中心とした上下、左右の下側５孔との圧力信号を取込み迎角及び横滑り角を算出し出力する演算装置とを備えた構成とし、前記演算装置は、前記上側５孔の圧力信号を取込み迎角（α（上））、横滑り角（β（上））を算出する上側角度計算部と、前記下側５孔の圧力信号を取込み迎角（α（下））、横滑り角（β（下））を算出する下側角度計算部と、前記迎角（α（上）），（α（下））、横滑り角（β（上）），（β（下））の値を取込み、これらを含む計算式により迎角（α）、横滑り角（β）を算出する上側下側出力切り換え算出部と、前記迎角（α（上）），（α（下））、横滑り角（β（上）），（β（下））の値及び前記迎角（α）、横滑り角（β）の値を取込み所定の下限値α１及び上限値α２と比較し、α＜α１であれば前記上側角度計算部からのα（上），β（上）を、α＞α２であれば前記下側角度計算部からのα（下），β（下）を、これら条件以外では前記上側下側出力切り換え算出部からのα，βを、迎角及び横滑り角として出力する出力判定部とを備えたことを特徴としている。
【００６４】
上記構成により、迎角が小さい場合には、上側５孔からの計算値により迎角、横滑り角が検知され、迎角が大きくなると下側５孔からの計算値により迎角、横滑り角が切り換えて検知されるので、従来の上側５孔のみの構成よりも計測適用可能な迎角範囲が拡大され、これに伴う横滑り角も検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムの構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムの圧力孔の配置図であり、（ａ）は５孔の圧力孔を中心及びその下側に、（ｂ）は中心及びその上側へ、それぞれ配置した図である。
【図３】図２における断面図であり、（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムを用いた全体システムの系統図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムの配置図であり、（ａ）は５孔の圧力孔を中心及び右側へ、（ｂ）は左側へそれぞれ配置した図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る迎角・横滑り角探知システムの全体構成図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る探知システムのピトーブーム先端を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は８孔による迎角の検知の原理説明図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る探知システムの詳細な機能ブロック図である。
【図９】航空機の一般的な図で、（ａ）は上面図で横滑り角を、（ｂ）は側面図で迎角を、それぞれ示す図である。
【図１０】航空機のピトーブームを示し、（ａ）は一般的な構成図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ矢視図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｅ，１２，１３，５５ 圧力センサ
２，１４，１５，４１ Ａ／Ｄ変換器
３，１６，４２ コンピュータ
４，１９ 記憶装置
５，１７，４３ 出力装置
６，１８ 入力装置
１０，５４ 圧力孔
１１，５６ 圧力配管
２０，５３ ピトーブーム
３０ 上側５孔
３１ 下側５孔
４０ ８孔ヨーメータ
４０−１ 上側５孔α，β計算部
４０−２ 下側５孔α，β計算部
４０−３ 上側下側出力切り換え算出部
４０−４ 出力判定部
５０ 航空機
５１ 航空機ノーズ
５３ａ ピトーブーム先端
Claims (3)
- 航空機ノーズ先端から前方へ突出し先端部に複数の圧力孔を有するピトーブームと、同ピトーブーム内で前記複数の圧力孔に接続する複数本の圧力配管と、前記ピトーブーム内に埋設され前記圧力配管にそれぞれ接続する複数の圧力センサとを備え、前記圧力孔は前記ピトーブームの中心、左右、上下の５孔に加え、更に３孔を前記５孔の配置の下側又は上側のいずれかに配置したことを特徴とする迎角・横滑り角探知システム。
- 航空機ノーズ先端から前方へ突出し先端部に複数の圧力孔を有するピトーブームと、同ピトーブーム内で前記複数の圧力孔に接続する複数本の圧力配管と、前記ピトーブーム内に埋設され前記圧力配管にそれぞれ接続する複数の圧力センサとを備え、前記圧力孔は前記ピトーブームの中心、左右、上下の５孔に加え、更に３孔を前記５孔の配置の左側又は右側のいずれかに配置したことを特徴とする迎角・横滑り角探知システム。
- 航空機のピトーブーム先端に複数の孔を設け、これら孔間の圧力差を測定し迎角及び横滑り角を検知するシステムであって、前記複数の孔は、ピトーブーム先端の中心、同中心の上下、左右の上側５孔と、同上側５孔の最下端の孔の下及び左右へそれぞれ配置した３孔とで８孔からなり、前記上側５孔と同上側５孔の最下端の孔を中心とした上下、左右の下側５孔の圧力信号を取込み迎角及び横滑り角を算出し出力する演算装置とを備えた構成とし、前記演算装置は、前記上側５孔の圧力信号を取込み迎角（α（上））、横滑り角（β（上））を算出する上側角度計算部と、前記下側５孔の圧力信号を取込み迎角（α（下））、横滑り角（β（下））を算出する下側角度計算部と、前記迎角（α（上）），（α（下））、横滑り角（β（上）），（β（下））の値を取込み、これらを含む計算式により迎角（α）、横滑り角（β）を算出する上側下側出力切り換え算出部と、前記迎角（α（上）），（α（下））、横滑り角（β（上）），（β（下））の値及び前記迎角（α）、横滑り角（β）の値を取込み所定の下限値α１及び上限値α２と比較し、α＜α１であれば前記上側角度計算部からのα（上），β（上）を、α＞α２であれば前記下側角度計算部からのα（下），β（下）を、これら条件以外では前記上側下側出力切り換え算出部からのα，βを、迎角及び横滑り角として出力する出力判定部とを備えたことを特徴とする迎角・横滑り角探知システム。
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