JP4473899B2 - 航法支援装置、この航法支援装置を搭載する航空機、および航法支援方法 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、航空機に搭載して使用される航法支援装置と、この航法支援装置を搭載する航空機、およびこの航空機の運航に際して利用される航法支援方法に関する。

今日では地球環境保全への関心が高まっており、航空輸送においても環境との調和が大きな課題となってきている。ＩＣＡＯ（International Civil Aviation Organization）などの国際機関からも環境面への配慮が要請され、航空機の運用者は環境への意識をますます高めることが求められている。

航空機が環境に及ぼす影響には、主として騒音とエミッション（排出ガス）とが有る。近年の動向ではエミッションへの規制が強化されつつあり、将来的には規制の範囲が拡大されようとしている。例えば現時点では、空港周辺におけるＮＯｘの排出量の制限がある。これをさらに推し進め、離陸から着陸までのエミッションの総排出量の規制、およびＣＯ２を規制品目に含めることなどが計画されている。

ところで、現状の航空輸送は、環境基準を満足するエンジンを使用し、推奨される飛行形態を守ること（巡航時に急激なスロットル操作を行なわないなど）により、いわば間接的にエミッション量を把握するものとなっている。すなわち現時点では、エミッション量を管理するのに希望的観測に頼っていると言わざるを得ない面が有る。

今後、新ＣＮＳ／ＡＴＭ（Communication Navigation Surveillance / Air-traffic Management）が整備され、フリーフライトの導入が本格化するにつれ、航空機の飛行方法（経路、速度など）の自由度が高まる。よって、従来の、想像に頼ったエミッション量の管理手法ではフレキシブルな運用への対応が困難になることが予想される。

なお、本発明に関連する技術が開示された文献として、下記の特許文献１および非特許文献１がある。特許文献１には、エンジン推力定格を航空機のアビオニクスシステムに自動的に与えられるようにし、推力定格データの変更を単純化できるようにした装置および方法が記述されている。
非特許文献１には、航空機から排出されるエミッションに係わる評価の仕方、ＮＯｘの発生原理および低減の手法などが記述されている。
特開平１０−０５９２９６号公報（段落番号［００１１］など） 日本航空宇宙学会誌 VOL.48 NO.552 2000.1, p.25〜p.30 中村 良也 著（ｐ．２５〜ｐ．２６、ｐ．２８〜ｐ．３０など）

このように従来の航空輸送においては、エミッション量を定量的に把握することが困難である。また、環境保全に対する要求の高まりから、エミッション量をより正確かつ厳密に管理できるようにすることが求められてきている。

本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、エミッション量を定量的に把握できるようにし、これにより航空機の運航に際して環境への負荷を確実に軽減し得る航法支援装置、この航法支援装置を搭載する航空機、および航法支援方法を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、エンジンにより燃料を燃焼してエミッションを排出しつつ飛行する航空機に搭載して使用される航法支援装置において、前記航空機の予定飛行経路における前記燃料の量と、前記エンジンの状態を示すエンジンデータとを、前記航空機のフライトプランに基づき予測する予測手段（例えば飛行管理計算部４）と、この予測手段で予測される前記燃料の量とエンジンデータとから、前記予定飛行経路における前記エミッション量を推定する推定手段（例えばエミッションレベル推定部５４）と、エミッション規制値を空域ごとに対応付けてデータベース化したエミッション規制データベースを記憶する記憶手段と、前記航空機の予定飛行経路におけるエミッション規制値を前記エミッション規制データベースから取得する取得手段と、前記推定手段で推定されるエミッション量と、前記取得手段で取得されるエミッション規制値とを比較する比較手段と、この比較手段による比較の結果を通知する通知手段とを具備することを特徴とする航法支援装置が提供される。

このような手段を講じることにより、航空機の予定飛行経路における燃料の量と、エンジンの状態を示すエンジンデータとが、航空機のフライトプランに基づき予測手段により予測され、予測される燃料の量とエンジンデータとから、予定飛行経路におけるエミッション量が算出手段により算出される。また、航空機の予定飛行経路に応じたエミッション規制値が取得され、この規制値とエミッション量とが比較される。そしてその結果が通知手段により例えば航空機のパイロットに通知される。

従って航空機の予定飛行経路におけるエミッション量が予測され、パイロットに通知される。つまりＮＯｘやＣＯ２などの排出量をフライトプランから予め算出することができる。これによりパイロットはエミッションの規制値を満足する飛行経路を設定することができ、環境に配慮した航空機輸送を実現することが可能になる。また、飛行行程におけるエミッションに関する環境アセスメントを支援することが可能になる。

この発明によれば、エミッション量を定量的に把握できるようになり、これにより航空機の運航に際して環境への負荷を確実に軽減し得る航法支援装置、この航法支援装置を搭載する航空機、および航法支援方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係わる航法支援装置を搭載する航空機１０の例を示す図である。この航空機１０は、慣性航法装置（ＩＮＳ）、ＧＰＳ（Global Positioning System）、ＤＭＥ（Distance Measuring Equipment）などの種々の航法センサを搭載する。航空機１０は搭載燃料をエンジン２０で燃焼し、ＮＯｘやＣＯ２などのガスからなるエミッションを排出しつつ飛行する。またエミッションは地上のタクシーバック中などにおいても生じる。要するにエミッションは、エンジンが稼動している限り量の多少によらず発生する。

図２は、航空機１０における操縦席の外観の一例を示す図である。操縦席は、種々の情報を視覚的に表示する表示部６、パイロットによる情報入力を受け付ける操作卓、およびＦＭＣ（Flight Management Computer）などを備える。ＦＭＣは種々の既知の機能を有し、例えば天候、風速、エンジンの性能や燃料の搭載量などから、与えられた条件のもとで最適な飛行プロファイルをリアルタイムに算出することができる。

図３は、本実施形態に係わる航法支援装置の構成を示す機能ブロック図である。この装置は航空機１０に搭載して使用され、燃料計測部１と、推力管理計算部２と、航法センサ部３と、飛行管理計算部４と、環境診断部５と、表示部６と、警報部７と、入力部８とを備える。本実施形態では、飛行管理計算部４および環境診断部５をＦＭＣの一部機能として実装する。

燃料計測部１は燃料流量あるいは燃料残量を航空機１０の運航に伴って計測する。推力管理計算部２は、エンジン回転数や排気温度など、エンジン２０の状態を示すエンジンデータを航空機１０の運航に伴って計測し、管理する。航法センサ部３は、例えばＩＮＳ、ＧＰＳ、ＤＭＥなどを備え、航空機１０の位置を計算するための情報を飛行管理計算部４に与える。

飛行管理計算部４は、燃料計測部１、推力管理計算部２、および航法センサ部３から種々の情報を取得し、管理する。飛行管理計算部４は、航法センサ部３から取得した情報をもとに航空機１０の現在位置データを算出する。飛行管理計算部４は、燃料流量（または燃料残量）、エンジンデータ、および位置データを環境診断部５に与える。

環境診断部５は、エンジン２０から排出されるエミッションによる環境への影響を診断し、表示部６に診断の結果を表示する。また環境診断部５は、診断の結果に応じて必要となる場合に警報部７にアラート（警報）を発生させる。

表示部６は液晶表示器などとして実現され、航空機１０のパイロットに種々の情報を視覚的に提供する。警報部７は、必要に応じて警報メッセージを発生させ、パイロットに注意を促す。入力部８は、操作卓やキーボード（図示せず）などを備え、ウェイポイント座標や飛行経路データなどの種々の情報を入力するために使用される。なお表示部６、警報部７、および入力部８をＭＣＤＵの一部機能として実装しても良い。

図４は、図３の航法支援装置の構成をより詳しく示す機能ブロック図である。また図４には、図３の航法支援装置における処理の流れが模式的に示される。

同図において環境診断部５は、エミッションレベル算出部５１と、エミッションレベル判定部５２と、エミッション規制データベース５３とを備える。

エミッションレベル算出部５１は、飛行管理計算部４から与えられる燃料流量（または燃料残量）、およびエンジンデータからエミッション量を算出する。エミッション規制データベース５３は、半導体メモリやハードディスクなどの媒体に保持され、空域ごとのエミッション規制値を、各空域ごとに対応付けたデータベースである。

エミッションレベル判定部５２は、航空機１０の位置に対応するエミッション規制値をエミッション規制データベース５３から取得し、この取得した値と、エミッションレベル算出部５１で算出されるエミッション量とを比較する。そして、その結果を表示部６に表示させてパイロットに通知する。その際、エミッションレベルが規制値を超えているか、或いは超えることが予想される場合には警報部７に警報を発生させる。

警報部７は、エミッションレベル判定部５２による比較の結果に応じて警報を発生させる。また警報部７は、エミッションレベル算出部５１で算出されるエミッション量と、エミッション規制データベース５３から取得したエミッション規制値との差に応じて、警報レベルを可変する。

なお、エミッションレベル算出部５１、エミッションレベル判定部５２は、例えばＦＭＣに備わるＣＰＵ（Central Processing Unit）によるソフトウェア処理などとして実現される。

図５は、図４の環境診断部５における処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは航空機１０の飛行全般に渡り継続的に実施される。図５において環境診断部５は、飛行管理計算部４が取りまとめたエンジンデータＥ、位置データＰ、および燃料流量（あるいは燃料残量）Ｆを取得する（ステップＳ１〜ステップＳ３）。次に環境診断部５は、ＮＯｘおよびＣＯ２のエミッション量をＥあるいはＦの関数として算出する（ステップＳ４）。
Ｖ（ＮＯｘ） ＝ ｆ（Ｅ）
Ｖ（ＣＯ２） ＝ ｇ（Ｆ）
Ｖ（ＮＯｘ）、Ｖ（ＣＯ２）はそれぞれ算出されるＮＯｘ量およびＣＯ２量を示す。Ｅとしては排気温度、排気圧力、Ｎ１エンジン回転数などの項目がある。またＦとしては燃料流量あるいは燃料残量などの項目がある。エミッションレベル算出部５１は、エミッションを算出すべき複数のガス種別ごとに、対応するエンジンデータＥの項目を選択的に取得してエミッション量を算出する。

Ｖ（ＮＯｘ）、Ｖ（ＣＯ２）が算出されると、環境診断部５は各数値（Status）を表示部６に表示する（ステップＳ５）。これにより航空機１０のパイロットはエンジン２０から排出されるエミッション量をリアルタイムで把握することが可能になる。なお時々刻々のエミッション量を積分して総排出量を算出し、これを表示するようにしても良い。

次に環境診断部５は、取得した位置データＰに対応するエミッション規制値（ＬＭ（ＮＯｘ）、ＬＭ（ＣＯ２））をエミッション規制データベース５３から取得し（ステップＳ６）、ステップＳ４で算出された値と比較して、エミッションレベルが正常値であるか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７では、エミッションレベル判定部５２が、ＮＯｘおよびＣＯ２のエミッションレベル算出量（Ｖ（ＮＯｘ）、Ｖ（ＣＯ２））およびエミッション規制値（ＬＭ（ＮＯｘ）、ＬＭ（ＣＯ２））に基づき、以下のようにエミッションレベルを判定する。
Ｖ（ＮＯｘ） ＞ ＬＭ（ＮＯｘ） ならば、ＮＯｘレベルが異常と判定
Ｖ（ＣＯ２） ＞ ＬＭ（ＣＯ２） ならば、ＣＯ２レベルが異常と判定
このステップでいずれかのエミッションレベルが異常であると判定されたならば、環境診断部５は警報部７に警報を発生させる（ステップＳ８）。

このように本実施形態では、エンジンデータＥおよび燃料データＦから航空機１０が排出するエミッション量を算出し、その値を表示部６にリアルタイムに表示する。また、空域ごとのエミッション規制値を、各空域ごとに対応付けてデータベース化したエミッション規制データベースを予め用意し、ＧＰＳなどから求めた航空機１０の位置データＰに対応するエミッション規制値を取得する。そして、算出されたエミッション量とエミッション規制値とを比較し、その結果に応じて警報を発生させるようにしている。

このようにしたので、航空機１０のエミッション量が定量的に算出され、パイロットにその結果をレポートすることができる。これによりパイロットはエミッション量をリアルタイムに把握しつつ飛行することができ、環境に配慮した航空機輸送を実現することが可能になる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態につき説明する。
図６は、図３の航法支援装置の構成を第２の実施形態に則してより詳しく示す機能ブロック図である。なお図６において図３と共通する部分には同一の符号を付し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。

図６において、入力部８を介して航空機１０のフライトプランが飛行管理計算部４に入力される。飛行管理計算部４は、航空機１０の予定飛行経路における燃料データＦと、エンジン２０の状態を示すエンジンデータＥとを、フライトプランに基づいて予定飛行経路上の複数のポイントごとに予測する。各ポイントの位置を（Ｐ）、当該ポイントにおけるエンジンデータおよび燃料データをそれぞれ（Ｅ）、（Ｆ）と表記する。

環境診断部５は、ＦＭＣの一部機能としてエミッションレベル推定部５４を備える。エミッションレベル推定部５４は、飛行管理計算部４で予測された航空機の予測位置（Ｐ）、エンジンデータ（Ｅ）、および燃料データ（Ｆ）から、予定飛行経路におけるエミッション量を推定する。推定されたエミッション量は表示部６に表示される。

図７は、図６の環境診断部５における処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは航空機１０の飛行前段階、あるいは飛行中にパイロットの要求に応じて実施される。

図７において、まずフライトプランが入力され、装置に記憶される（ステップＳ１１）。その上でパイロットからの処理指示が与えられると、環境診断部５は、航空機１０のフライトプラン上の予定飛行経路における位置データ（Ｐ）、エンジンデータ（Ｅ）、および燃料データ（Ｆ）を予測する（ステップＳ１２〜ステップＳ１４）。次に環境診断部５は、各予想位置（Ｐ）におけるＮＯｘおよびＣＯ２のエミッション量の推定値を、第１の実施形態と同様にＥあるいはＦの関数として算出する（ステップＳ１５）。

これらの推定量が算出されると、環境診断部５は各数値（Status）を表示部６に表示する（ステップＳ１６）。これにより航空機１０のパイロットは、エンジン２０から排出されるエミッション量の推定値を把握することが可能になる。

次に環境診断部５は、予測した位置データ（Ｐ）に対応するエミッション規制値（ＬＭ（ＮＯｘ）、ＬＭ（ＣＯ２））をエミッション規制データベース５３から取得し（ステップＳ６）、各予測位置（Ｐ）ごとに、ステップＳ１５で推定された値と比較して、第１の実施形態と同様の式に基づきエミッションレベルが正常値であるか否かを判定する（ステップＳ１８）。

このステップで正常レベルにあると判定された予測位置（Ｐ）は、表示部６の航路帯表示画面において緑色で表示される（ステップＳ１９）。一方ステップＳ１８で異常レベルにあると判定されると、その予測位置（Ｐ）につき、エミッション規制値と推定エミッション量との差が、予め定められた閾値を超えているか否かが判定される（ステップＳ２０）。ここで、エミッション規制値と推定エミッション量との差が閾値以下であれば、その予測位置（Ｐ）は、表示部６の航路帯表示画面において黄色で表示される（ステップＳ２１）。これに対し閾値以上であれば、予測位置（Ｐ）は赤色で表示される（ステップＳ２２）。

このように本実施形態では、航空機１０のフライトプランから通過経路に相当する位置データ（Ｐ）、およびこれらの位置におけるエンジンデータ（Ｅ）および燃料データ（Ｆ）を予測する。これらの予測値から各位置における航空機１０のエミッション量を推定し、その値を表示部６に表示する。また、空域ごとのエミッション規制値を、各空域ごとに対応付けてデータベース化したエミッション規制データベースを予め用意し、予測位置データ（Ｐ）に対応するエミッション規制値を取得する。そして、算出されたエミッション量とエミッション規制値とを比較し、その結果に応じて、航路帯の表示色を緑、黄、赤の三段階にわたり変化させるようにしている。

このようにしたので、特に排出量規制への社会的要求の強いＮＯｘおよびＣＯ２の排出量を予めフライトプランから予測でき、飛行行程におけるエミッションに関する環境アセスメントを支援することができる。また、エミッションの規制値を満足する飛行経路をパイロットが予め設定することが可能となり、パイロットの裁量を最大限に発揮できるようにしつつも環境に配慮したフライトを実施することが可能になる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば第２の実施形態ではフライトプラン上の通過地点ごとにエミッション量の推定値を算出し、規制値との差に応じて表示色を変えるようにした。これをさらに推し進め、エミッション量の推定値が規制値を超えないようにフライトプランを修正し、環境への影響を最低限に抑えることのできる飛行プロファイルをＦＭＣにおいて自動的に算出するようにしても良い。このようにすることで更なる利便性の向上を図れる。このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施を行うことができる。

本発明の実施の形態に係わる航法支援装置を搭載する航空機１０の例を示す図。 図１の航空機１０における操縦席の外観の一例を示す図。 本発明に係わる航法支援装置の実施の形態を示す機能ブロック図。 図３の航法支援装置の構成をより詳しく示す機能ブロック図。 図４の環境診断部５における処理手順を示すフローチャート。 図３の航法支援装置の構成を第２の実施形態に則してより詳しく示す機能ブロック図。 図６の環境診断部５における処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

Ｅ…エンジンデータ、Ｐ…位置データ、Ｆ…燃料流量（燃料残量）、１…燃料計測部、２…推力管理計算部、３…航法センサ部、４…飛行管理計算部、５…環境診断部、６…表示部、７…警報部、８…入力部、１０…航空機、２０…エンジン、５１…エミッションレベル算出部、５２…エミッションレベル判定部、５３…エミッション規制データベース、５４…エミッションレベル推定部

Claims (9)

1. エンジンにより燃料を燃焼してエミッションを排出しつつ飛行する航空機に搭載して使用される航法支援装置において、
   前記航空機の予定飛行経路における前記燃料の量と、前記エンジンの状態を示すエンジンデータとを、前記航空機のフライトプランに基づき予測する予測手段と、
   この予測手段で予測される前記燃料の量とエンジンデータとから、前記予定飛行経路における前記エミッション量を推定する推定手段と、
   エミッション規制値を空域ごとに対応付けてデータベース化したエミッション規制データベースを記憶する記憶手段と、
   前記航空機の予定飛行経路におけるエミッション規制値を前記エミッション規制データベースから取得する取得手段と、
   前記推定手段で推定されるエミッション量と、前記取得手段で取得されるエミッション規制値とを比較する比較手段と、
   この比較手段による比較の結果を通知する通知手段とを具備することを特徴とする航法支援装置。
2. 前記通知手段は、前記推定手段で推定されるエミッション量も通知することを特徴とする請求項１に記載の航法支援装置。
3. 前記通知手段は、前記比較手段による比較の結果を視覚的に表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の航法支援装置。
4. 前記表示手段は、前記推定手段で推定されるエミッション量と、前記取得手段で取得されるエミッション規制値との差に応じて、前記航空機の予定飛行経路の表示色を可変することを特徴とする請求項３に記載の航法支援装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の航法支援装置を搭載することを特徴とする航空機。
6. エンジンにより燃料を燃焼してエミッションを排出しつつ飛行する航空機に利用される航法支援方法であって、
   前記航空機の予定飛行経路における前記燃料の量と、前記エンジンの状態を示すエンジンデータとを、前記航空機のフライトプランに基づき予測する予測ステップと、
   この予測ステップで予測される前記燃料の量とエンジンデータとから、前記予定飛行経路における前記エミッション量を推定する推定ステップと、
   前記航空機の予定飛行経路におけるエミッション規制値を、エミッション規制値を空域ごとに対応付けてデータベース化したエミッション規制データベースから取得する取得ステップと、
   前記推定ステップで推定されるエミッション量と前記取得ステップで取得されるエミッション規制値とを比較する比較ステップと、
   この比較ステップによる比較の結果を通知する通知ステップとを具備することを特徴とする航法支援方法。
7. 前記通知ステップでは、前記推定ステップで推定されるエミッション量も通知することを特徴とする請求項６に記載の航法支援方法。
8. 前記通知ステップは、前記比較ステップによる比較の結果を視覚的に表示する表示ステップを備えることを特徴とする請求項６に記載の航法支援方法。
9. 前記表示ステップでは、前記推定ステップで推定されるエミッション量と前記取得ステップで取得されるエミッション規制値との差に応じて、前記航空機の予定飛行経路の表示色を可変することを特徴とする請求項８に記載の航法支援方法。

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