JP4335709B2 - 回転翼航空機とその安定増強方法 - Google Patents
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Description
この第2従来例では、確かに連続的に距離を測定することはできる。しかしながら、ハブプレートの弾性変形による変位を計測し、ビーム理論から逆算してロータブレードの変位を求める方法は、ロータブレードの変位計測方法としては非常に精度が悪いという問題がある。
また、この第2従来例では、1つのハブプレートの1対の個所における距離の測定から変位は求められている。1箇所の測定から制御を行うことは出来ない。
本発明の他の課題は、ロータブレートの回転軌跡を慣性系としてロータブレードの揺動を抑制できる回転翼航空機を提供することにある。
本発明の他の課題は、複数のロータブレードの個別の位置を検出することによりロータブレードの揺動を抑制できる回転翼航空機を提供することにある。
本発明の他の課題は、複数のロータブレードの個別の位置と過去の回転軌跡からロータブレードの揺動を抑制できる回転翼航空機を提供することにある。
本発明の第2の観点では、回転翼航空機は、機体と、機体に設けられた回転軸に回転自在に支持される複数のロータブレードと、アクチュエータと、前記複数のロータブレードのうちの特定ロータブレードの特定部位の前記回転軸方向の現在の位置と関連するデータに基づいて前記特定回転翼のフラッピング角度を制御するように前記アクチュエータを駆動する制御部とを具備する。
前記回転面についてのデータは、前記現在の直前の前記特定ロータブレードの回転に伴って得られる前記特定部位の前記位置に関連する時系列データであってもよいし、前記現在の前の前記特定ロータブレードの複数の回転に伴って得られる前記特定部位の前記位置に関連する時系列データの平均値であってもよい。
また、回転翼航空機は、前記回転軸に結合されたロータヘッドと、前記複数のロータブレードは、前記ロータヘッドに回転自在に支持され、前記ロータヘッドの外部に設けられ、前記特定ロータブレードの前記特定部位の前記現在の位置を検出するための特定センサとを更に具備してもよい。
あるいは、回転翼航空機は、前記回転軸に結合されたロータヘッドと、前記複数のロータブレードは、前記ロータヘッドに回転自在に支持され、前記回転軸に3次元回転自在に結合され、ジャイロとして機能する慣性回転体と、前記慣性回転体に設けられ、前記特定ロータブレードの前記特定部位の前記現在の位置を検出するための特定センサとを更に具備してもよい。
加えて、回転翼航空機は、前記回転軸に結合されたロータヘッドと、前記複数のロータブレードは、前記ロータヘッドに回転自在に支持され、前記回転軸に3次元回転自在に結合され、前記特定ロータブレードの前記特定部位の前記現在の位置に従って変位し、前記特定ロータブレードの前記特定部位の前記現在の位置に関連するデータを検出するため回転体とを更に具備してもよい。
上記において、前記特定ロータブレードは、前記複数のロータブレードのうちの1つ又は複数のロータブレードであることができる。これにより、ロータブレードの1本についてのみ制御を行ってもよいし、複数のロータブレードを対象に制御を行ってもよい。
図1は、本発明の第1実施形態による回転翼航空機、例えばヘリコプタの構成の一部を示す図である。図1を参照して、ヘリコプタのブレード変位計測機構50は、回転軸7に固定された十字のロータヘッド9を有している。回転軸7は、機体8に支持されており、ロータヘッド9は、回転軸7に固定されている。4本のロータブレード2,3,4,5の各々は、ロータヘッド9の外周領域の等角度間隔位置で3次元回転軸受10を介して3次元回転自在に連結されている。
突風のような外力が働かない限り、4本のロータブレード2,3,4,5の回転面Sは、定常状態では略平面であり、慣性系である。このような状態では、回転軸7は地表に対して略鉛直線であり、回転面Sは略水平面を形成する。ヘリコプタが前進する場合のように、機体8が傾斜している定常状態では、回転面Sは特定の傾斜平面を形成する。このような略水平面又は傾斜平面は、適正な物理的慣性系とみなすことができる。従って、本発明では、この慣性回転面を慣性系の基準として制御を行う。第2引用例においても、センサが回転系に取り付けられて制御が行われているが、上述のように、制御の速度と精度の点において問題がある。
回転面制御機構36は、ロータブレード変位計測器50と、機体慣性諸量計測機構51と、ロータブレード変位演算器52と、安定増強制御演算器53とを備えている。ロータブレード変位計測器50は、既述の変位センサ27,28,29,31,32を含んでおり、変位センサは、ロータブレードのフラッピング角度βを時系列変位データとして計測している。この例では、センサは変位を直接計測しているが、例えば、測距方式で変位を検出してもよいし、画像処理により変位を検出してもよい。本発明では、時系列変位データが得られることが大切である。機体慣性諸量計測機構51は、慣性回転面を決定するために必要な慣性決定データを計測する。機体慣性諸量計測機構51は、機体姿勢角センサ42と機体角速度センサ44とを含んでおり、ロータヘッド9の3次元姿勢を同一点上で連続的に計測する。これらの計測値に基づいて、慣性回転面が決定される。ロータブレード慣性変位演算器52は、突風のようなロータブレードへの外力による変位を検出する。この例では、4本のロータブレードの変位が検出されているが、1本のロータブレードについてのみ変位が検出されてもよい。ロータブレード慣性変位演算器52は、ブレード変位計測器50から出力される変位データと機体慣性諸量計測機構51から出力される慣性決定データとから外力による変化(加速度的変化)を検出する。安定増強制御演算器53は、以下に説明する処理を通して、制御量と駆動量Δβを決定する。制御量は飛行制御演算器35に出力され、駆動量Δβはアクチュエータ46に直接出力される。アクチュエータ46は、駆動量Δβに基づいて操舵47を駆動する。こうして、ヘリコプタのフラピング制御が行われる。
(1)計測されている以外の方位には、又は、計測されているロータブレード以外のロータブレードでは、その回転面上では運動していない。従って、どのような手法によっても、式(2)に基づく第1従来例では、十分に満足できる尤もらしい回転面も与えられていない。これは、回転面が限られた計測データに基づく不十分な定義による回転面として与えられているためである。
(2)そのような回転面の定義は、4分の1回転ごとに得られるデータにより与えられているに過ぎず、定義は更に不十分である。
(3)第1従来例では、ロータブレード変位計測を4分の1回転ごとにしか行なっていない為、擾乱/突風によりロータブレード変位が発生した時に、瞬時にそれを検知することが出来ない。このため、最大、4分の1回転分(=概ね0.05秒)の遅れが発生する場合がある。ロータロータブレードの変位を直接にフィードバック信号として用いるのは、機体が揺れる前のロータロータブレードの揺れに基づいて機体を制御しようとする意図を有しているものと思われるが、このような検出遅れがあれば、制御を十分に有効なものとすることが出来ない。
時系列的処理として、周波数分析(例示:フーリエ変換)を実行してその係数を一定にする周波数分析手法、又は、時系列点上の過去数回分の重み平均から偏差を零にする時間的平均手法が考えられる。周波数分析手法では、ロータブレード変位が時系列的に計測される。4本をまとめて処理する場合には、フラッピング角度βは次式で表される。
IBC化は、スワッシュプレートを介さずに個々のロータブレードのピッチ制御を直接に実行する方式である。ロータブレードフラッピング角を直接に制御する場合には、個々のロータブレードに対して時系列処理が行われて、既述の周波数分析で得られる上記係数が一定に制御される。個々のロータブレードのフラッピング角βは、次式(6)で表される。
Z1=−β・r
準慣性系にある準慣性航行状態において、突風のような外力が機体とロータブレードに作用する場合に、ロータヘッド9は瞬時的には慣性を保持するが、4本のロータブレードはロータヘッド9に対して短時間に容易に変位する。慣性系のロータブレードの合計変位量(絶対空間で定義される3位置座標)と外力を受けた直後の非慣性系のロータブレード合計変位量との差は、慣性変位量偏差と呼ばれ、ΔZで表される。
ΔZ=Z[TOTAL]−Z[TOTAL−target]・・・(8)
b1s:ロータ回転面ロール姿勢(シャフト軸基準)
N:ロータの1回転分のデータ数(1回転中の時系列変位データ数)
3−1…ロータブレード付根部
3−2…ロータブレード翼部
6…回転翼
7…回転軸
8…機体
9…ロータヘッド
11…リンク
12…固定側回転系
13…揺動側回転系
36…慣性回転面制御機構
46…アクチュエータ
50,50’,50”…変位計測機構
53…安定増強制御演算器
54…回転慣性体
56…光学的距離変化計測器
57…ジャイロセンサ
71…回転リンク
72…軸受
S…慣性系回転面
β…フラッピング角度
Claims (10)
- 機体と、
機体に設けられた回転軸に回転自在に支持される複数のロータブレードと、
アクチュエータと、
前記複数のロータブレードのうちの特定ロータブレードの特定部位の前記回転軸方向の現在の位置と前記特定ロータブレードの回転面についてのデータとに基づいて前記特定ロータブレードのフラッピング角度を制御するように前記アクチュエータを駆動する制御部と
を具備し、
前記回転面についてのデータは、前記現在より以前の前記特定ロータブレードの回転に伴って得られる前記特定部位の前記位置に関連する時系列データである回転翼航空機。 - 請求項1に記載の回転翼航空機において、
前記回転面についてのデータは、前記回転翼航空機の慣性系基準を示すデータである回転翼航空機。 - 機体と、
機体に設けられた回転軸に回転自在に支持される複数のロータブレードと、
アクチュエータと、
前記複数のロータブレードのうちの特定ロータブレードの特定部位の前記回転軸方向の現在の位置と関連するデータと前記現在より以前の前記特定ロータブレードの回転に伴って得られる前記特定部位の前記位置に関連する時系列データとに基づいて前記特定ロータブレードのフラッピング角度を制御するように前記アクチュエータを駆動する制御部と
を具備する回転翼航空機。 - 請求項3に記載の回転翼航空機において、
前記時系列データは、前記回転翼航空機の慣性系データである回転翼航空機。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の回転翼航空機において、
前記時系列データは、前記現在の直前の前記特定ロータブレードの回転に伴って得られる前記特定部位の前記位置に関連する回転翼航空機。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の回転翼航空機において、
前記時系列データは、前記現在の前の前記特定ロータブレードの複数の回転に伴って得られる前記特定部位の前記位置に関連する時系列データの平均値である回転翼航空機。 - 請求項3又は4に記載の回転翼航空機において、
前記回転軸に結合されたロータヘッドと、前記複数のロータブレードは、前記ロータヘッドに回転自在に支持され、
前記ロータヘッドの外部に設けられ、前記特定ロータブレードの前記特定部位の前記現在の位置を検出するための特定センサと
を更に具備する回転翼航空機。 - 請求項1又は2に記載の回転翼航空機において、
前記回転軸に結合されたロータヘッドと、前記複数のロータブレードは、前記ロータヘッドに回転自在に支持され、
前記回転軸に3次元回転自在に結合され、ジャイロとして機能する慣性回転体と、
前記慣性回転体に設けられ、前記特定ロータブレードの前記特定部位の前記現在の位置を検出するための特定センサと
を更に具備する回転翼航空機。 - 請求項1又は2に記載の回転翼航空機において、
前記回転軸に結合されたロータヘッドと、前記複数のロータブレードは、前記ロータヘッドに回転自在に支持され、
前記回転軸に3次元回転自在に結合され、前記特定ロータブレードの前記特定部位の前記現在の位置に従って変位し、前記特定ロータブレードの前記特定部位の前記現在の位置と関連するデータを検出するための回転体と
を更に具備する回転翼航空機。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載の回転翼航空機において、
前記特定ロータブレードは、前記複数のロータブレードのうちの1つ又は複数のロータブレードである回転翼航空機。
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