JP4386049B2 - 飛翔体評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、飛翔体の機体運動をシミュレートする飛翔体評価装置に関する。

飛翔体評価装置（フライトシミュレータ）としては、模擬コックピット及び模擬視界表示装置が設けられた床を揺動可能に支持する揺動装置を備え、操縦者の操縦に応じて飛翔体の機体運動（位置、速度、加速度）を計算機によって計算し、その計算結果に基づいて揺動装置を駆動するとともに模擬外界情景を模擬視界表示装置に表示するものが知られている（例えば特許文献１を参照）。
実開平３−１２７３７１号公報

従来の飛翔体評価装置における飛翔体の機体運動の計算モデルでは、操縦者や荷物等の飛翔体に搭載される物体は、飛翔体の所定の位置（例えば、コックピットの座席等）に固定されたものとして扱われていた。すなわち、従来の飛翔体評価装置では、搭載物体の情報は予め定数として計算モデルに組み込まれており、操縦者の体重や姿勢の変化、或いは荷物の形状や搭載位置の変化等に起因する機体の重心位置や慣性モーメントの変化が機体運動の計算に反映されていなかった。

大型の飛翔体の場合、このような搭載物体の重量、姿勢、形状、搭載位置等の変化による機体の重心位置の変化や慣性モーメントの変化は無視できるほど小さい場合もある。しかし、例えば一人乗りの垂直離着陸機等の小型の飛翔機においては、搭載物体の姿勢や搭載位置による機体の重心位置や慣性モーメントの変化は、機体の運動に大きな影響を及ぼす可能性がある。そのため、搭載物体の重量や搭載位置の変化に起因する機体の重心位置や慣性モーメントの変化による機体運動への影響を考慮していない計算モデルを採用した従来の飛翔体評価装置では、飛翔体の機体運動を精度良く模擬できない虞があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、飛翔体の機体姿勢や機体運動を精度良くシミュレートする技術を提供することを主たる目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の飛翔体評価装置は、
飛翔体の操縦をシミュレートする操縦装置の操作量を検出する操作量検出手段と、
飛翔体からの視界をシミュレートする視界表示装置と、
前記飛翔体に搭載される搭載物を揺動させる揺動装置と、
前記揺動装置にかかる荷重の変化を検知する荷重検知手段と、
前記操作量検出手段によって検出される操作量及び前記荷重検知手段によって検知される前記荷重の変化に起因する機体の重心位置及び慣性モーメントの変化に基づいて飛翔体の機体姿勢及び機体運動を計算する計算手段と、
前記計算手段による前記姿勢及び運動の計算結果に基づいて前記揺動装置を制御する揺動制御手段と、
前記計算手段による前記姿勢及び運動の計算結果に基づいて前記視界表示装置に表示する画像を制御する視界表示制御手段と、
を備えることを特徴とする。

上記の構成を有する飛翔体評価装置によれば、操縦装置の操作量が検出され、操縦装置による飛翔体に対する操舵信号が計算手段に入力され、この操舵信号に基づいて飛翔体の
機体姿勢の変化及び機体運動が計算される。機体姿勢とは例えば機体のロール軸、ピッチ軸、ヨー軸の周りの回転角度として計算される。また、機体運動は、例えば機体の位置、速度、加速度として計算される。

この計算結果に基づいて、飛翔体の実機が操縦された場合の機体姿勢をシミュレートするような傾きで床が支持されるとともに、飛翔体の実機を操縦した場合の機体運動をシミュレートするように揺動装置が駆動される。

また、前記計算結果に基づいて、飛翔体の実機が操縦された場合の飛翔体からの視界の変化をシミュレートするように画像が形成され、視界表示装置に該画像が表示される。

これにより、飛翔体評価装置に搭乗して操縦装置を操縦する操縦者は、あたかも実機を操縦しているかのような機体姿勢、機体運動、及び視界を経験することが可能になる。

さらに、本発明では、飛翔体に搭載される搭載物によって揺動装置にかかる荷重が検知され、この検知される荷重に基づいて機体姿勢及び機体運動が計算される。具体的には、揺動装置にかかる荷重の変化に起因する機体の重心位置や慣性モーメントの変化に応じて、飛翔体の機体姿勢及び機体運動を計算する計算モデル（計算式）が随時変更される。

例えば、揺動装置の上で操縦者が移動したり姿勢を変更したりした場合、或いは、揺動装置の上に置かれた荷物の位置や大きさが変化した場合、機体の重心位置や慣性モーメントが変化する。これに伴い、飛翔体の機体姿勢及び機体運動の変化の仕方も変化する。特に小型の飛翔体においてこの影響が大きい。

しかし、従来の飛翔体評価装置では、評価対象の機体の重心位置及び慣性モーメントは定数として計算手段に組み込まれており、揺動装置にかかる荷重が変化した場合においても、機体の重心位置及び慣性モーメントは変更されず、従って同一の計算モデルが用いられた。

それに対し、本発明では、揺動装置にかかる荷重の変化を反映して計算モデルが変更されるため、飛翔体に搭載される搭載物の重量や搭載位置の変化に起因する機体の重心位置や慣性モーメントの変化を反映した機体姿勢及び機体運動の計算をすることができる。

本発明の飛翔体評価装置により、精度良く飛翔体の機体姿勢や機体運動をシミュレートすることが可能になる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は本実施例にかかる飛翔体評価装置の概略構成を示す概念図である。

図１の飛翔体評価装置１０には、揺動装置７によって揺動される床１１が備えられ、床１１には操縦者１が着席する座席２、荷物３、飛翔体の実機のコックピットからの風景をシミュレートする画像が表示される視界表示装置６、飛翔体の操縦装置と同等に操作可能な操縦装置５が設置されている。

座席２を床１１に設置する箇所と、荷物３を床１１に設置する箇所には、荷重センサ４が設けられている。荷重センサ４は、操縦者１の体重、体格、姿勢等の変化に起因する床１１にかかる荷重の変化や、荷物３の重量、大きさ等の変化に起因する床１１にかかる荷重の変化を検出する。荷重センサ４はＩ／Ｏ９に接続され、床１１にかかる荷重の変化の検出信号がＩ／Ｏ９に送られる。

操縦装置５はＩ／Ｏ９に接続され、操縦者１による操縦装置５の操作量や操作情報が、操舵信号としてＩ／Ｏ９に送られる。操縦装置５は、ペダル、ジョイスティック、ハンドル、ボタン、レバー等、実機のコックピットに設置される操縦装置と同等の操作体験を操縦者１が得ることができるように構成されている。

荷重センサ４及び操縦装置５とＩ／Ｏ９とは、電気配線等の有線接続や無線接続等によって接続され、荷重センサ４及び操縦装置５からの信号がＩ／Ｏ９に伝達される。Ｉ／Ｏ９に伝達された信号はＩ／Ｏ９において電気信号や光信号等に変換され、計算機８に入力される。

計算機８は、Ｉ／Ｏ９から入力された操舵信号及び荷重変化検出信号に基づいて飛翔機の機体姿勢及び機体運動を計算し、その計算結果に応じて飛翔機の実機から見える風景をシミュレートし、画像として視界表示装置６に表示する。また、操縦者１の操縦に応じた飛翔機の加速度運動や振動等をリアルタイムに操縦者１が擬似体験できるように、揺動装置７を駆動して床１１を揺動させる。

計算機８には、飛翔体の運動を記述する運動方程式を解くことによって機体姿勢及び機体運動を計算する機体運動モデルが組み込まれている。例えば、本実施例の計算機８には、６自由度の連立運動方程式を解くことによって機体の重心の周りの並進運動及び回転運動を計算可能な機体運動モデルが組み込まれている。

従来の機体運動モデルにおいては、機体の重心位置及び慣性モーメントは予め定められた定数とされていた。すなわち、操縦者１や荷物３による床１１へかかる荷重の変化に起因する機体の重心位置や慣性モーメントの変化が機体運動モデルに反映されていなかった。そのため、操縦者１の姿勢や体格が変化した場合や、荷物３の重量や搭載位置が変化した場合における機体姿勢及び機体運動を正確に計算することができなかった。特に、一人乗りの垂直離着陸機や小型ヘリなどの小型の飛翔体の場合、操縦者１や荷物３による床１１へかかる荷重の変化に起因して飛翔体の機体姿勢や機体運動の仕方は大きな影響を受けるため、床１１へかかる荷重の変化を考慮しない従来の機体運動モデルでは精度良く飛翔体の機体運動や機体姿勢をシミュレートすることが難しかった。

それに対し、本実施例にかかる飛翔体評価装置では、操縦者１や荷物３による床１１にかかる荷重の変化に応じて随時機体運動モデルが変更される。具体的には、荷重センサ４によって検出された床１１への荷重の変化に基づいて機体の重心位置及び慣性モーメントの変化が計算され、機体運動モデルにおける重心位置と慣性モーメントに随時反映されるようになっている。

図２は、本実施例における計算機８に組み込まれた機体運動モデルのブロック図である。

図２に示すように、操縦装置５及び荷重センサ４から出力された信号はＩ／Ｏ９を介して計算機８に入力される。計算機８には、操縦装置５から入力された操舵信号に基づいて機体を操作する力を計算する機体操作力計算部１２と、荷重センサ４から入力された床１
１へかかる荷重の変化の検知信号に基づいて機体の重心位置及び慣性モーメントを計算する重心慣性計算部１３と、が組み込まれている。そして、機体操作力計算部１２及び重心慣性計算部１３による計算結果が、機体姿勢及び機体運動を記述する６自由度の連立運動方程式を計算する機体運動モデル１５に入力されるようになっている。これにより、機体運動モデル１５における重心位置及び慣性モーメントの数値がリアルタイムに更新され、床１１へかかる荷重の変化を反映した機体姿勢及び機体運動が計算される。機体運動モデル１５には外乱計算部１４の計算結果も入力されるようになっており、例えば編隊飛行における僚機の存在による気流の乱れ等の外乱の影響も機体運動の計算に反映させることができる。

機体運動モデル１５による機体姿勢及び機体運動の計算結果は、揺動装置７及び視界表示装置６に入力される。揺動装置７は、操縦者１が操縦装置５に対する操縦による飛翔体の加速度運動を体感できるように床１１を揺動させる。また、視界表示装置６は、操縦者１が操縦装置５に対する操縦による飛翔体から風景の変化を体験できるように風景画像を表示する。

以上説明したように、本実施例に係る飛翔体評価装置によれば、飛翔体の機体運動モデルに対して、飛翔体に搭載される荷物の搭載位置や重量の変化或いは操縦者の姿勢や体格の変化に起因する機体の重心位置や慣性モーメントの変化を反映させることができ、より精度良く飛翔体の機体姿勢や機体運動をシミュレートすることができる。

なお、以上述べた実施の形態は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施形態には種々の変更を加え得る。例えば、荷重センサ４は、操縦者１の体重や荷物３の重量を直接検出するものであっても良い。また、荷物３として床１１に搭載する物が予めわかっている場合は、荷物の重量毎に、荷物を搭載した場合の慣性モーメント及び重心位置を決定するマップを予め実験などにより求めておき、荷重センサ４としては荷物が搭載されたか否かを検知するセンサを採用するようにしても良い。また、荷物３の搭載位置が一定であることが予めわかっている場合は、図３に示すように、荷物の重量に応じてＸ軸周り、Ｙ軸周り、及びＺ軸周りの慣性モーメントを決定するマップを予め求めておき、このマップに基づいて機体運動モデルに反映させる慣性モーメントを求めても良い。この場合、図４に示すように、荷物の重量に応じて重心位置（図４の場合、重心点のＺ座標及びＸ座標）を決定するマップを予め求めておき、このマップに基づいて機体運動モデルに反映させる機体の重心位置を求めても良い。また、荷重センサ４としては、座席２に感圧センサを備え、操縦者１の姿勢を検知しても良い。また、操縦者１の体格に応じて、座席２の位置を操縦装置５に対して近付けたり遠ざけたりすることが可能な座席移動レールが備えられている場合、該レールにおける座席の位置を検知するポジションセンサを設けて、該ポジションセンサの位置に応じて慣性モーメントを定めるマップを求めておいても良い。その他、操縦者１や荷物３の重量、搭載位置、姿勢等の変化を検知できる物であれば荷重センサ４はどのような物であっても良い。

本発明の実施例における飛翔体評価装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例における機体運動モデルのブロック図を示す図である。 本発明の実施例において荷物の重量から機体の慣性モーメントを求めるマップである。 本発明の実施例において荷物の重量から機体の重心位置を求めるマップである。

符号の説明

１ 操縦者
２ 座席
３ 荷物
４ 荷重センサ
５ 操縦装置
６ 視界表示装置
７ 揺動装置
８ 計算機
９ Ｉ／Ｏ
１０ 飛翔体評価装置
１１ 床

Claims (1)

1. 飛翔体の操縦をシミュレートする操縦装置の操作量を検出する操作量検出手段と、
   飛翔体からの視界をシミュレートする視界表示装置と、
   前記飛翔体に搭載される搭載物を揺動させる揺動装置と、
   前記揺動装置にかかる荷重の変化を検知する荷重検知手段と、
   前記操作量検出手段によって検出される操作量及び前記荷重検知手段によって検知される前記荷重の変化に起因する機体の重心位置及び慣性モーメントの変化に基づいて飛翔体の機体姿勢及び機体運動を計算する計算手段と、
   前記計算手段による前記姿勢及び運動の計算結果に基づいて前記揺動装置を制御する揺動制御手段と、
   前記計算手段による前記姿勢及び運動の計算結果に基づいて前記視界表示装置に表示する画像を制御する視界表示制御手段と、
   を備えることを特徴とする飛翔体評価装置。

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