JP4475956B2 - 垂直離着陸（ｖｔｏｌ）機用操縦システム - Google Patents

Description

本発明は航空学に関し、より具体的には垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機用の操縦システムに関する。パイロットは当該操縦システムを使用して垂直飛行及び前進飛行装置を操作することができる。

本願発明者に付与された米国特許第4,482,109号公報に記載された１つの形式のＶＴＯＬ機では、飛行機の前方部分にジェットエンジンが搭載されている。垂直飛行の間、推力は翼列推力そらせ板（cascade thrust deflector）によって下方に向けられている。前進飛行の間には、前記翼列推力そらせ板は推力の気流外となる胴体内に引込まれる。

発明の概要

１つの態様において、本発明は上述した形式の飛行機などに使用される統合パイロット操縦システムを提供する。ここでは、パイロットは垂直および前進の両飛行時に飛行機を操縦するために当該操縦システムを使用することができる。

１つの態様では、本発明はジェット機に関するもので、当該ジェット機は、飛行機の前方部分に搭載されたジェットエンジンと；前記ジェットエンジンの後方に設けられた推力そらせ板アセンブリ（thrust deflection assembly）と；前進飛行の間に飛行機のロールを制御する補助翼と；前進飛行の間に飛行機のヨーを制御する方向舵と；前進飛行の間に飛行機のピッチを制御する昇降舵と；パイロットが所望する飛行機のロール、ヨー、ピッチに関する入力を受けるパイロット操縦入力装置と；飛行機の所望のロール、ヨー、ピッチに従って前記制御ボックス、補助翼、方向舵、昇降舵を操作するため前記パイロット操縦入力装置に操作可能につながれた制御ミキサとを備え、パイロットは、垂直及び前進飛行のために前記操縦入力装置を使用する。前記推力そらせ板アセンブリは、飛行機の垂直飛行の間に推力の向きを変えるための翼列と制御ボックスを含み、前記翼列は、引込み位置と展開位置との間に移動可能とされ、これによって当該翼列と制御ボックスの操作をすることで垂直飛行時の飛行機のロール、ヨー、ピッチを制御する。

他の態様では、前記推力そらせ板アセンブリは、少なくとも２つの制御ボックスを含むことができる。

他の態様では、前記制御ボックスは、飛行機のロールを制御するために複数の羽根（vane）を含んでも良い。

他の態様では、前記推力そらせ板アセンブリは、前記翼列と協働して推力を制御ボックスの方へ向ける複数のドアを含んでも良い。

他の態様では、前記推力そらせ板アセンブリは、ジェットエンジンの推力内又は外に選択的に移動可能なよう移動式に搭載することができる。

他の態様では、前記制御ミキサは、前記パイロット操縦入力装置と機械的又は電子的につなぐことができる。

他の態様では、前記制御ミキサは、ワイヤレス式リンク又はワイヤ式リンクのいずれかにより前記パイロット操縦入力装置と電子的に接続されても良い。

他の態様では、前記制御ミキサは、前記制御ボックスと機械的又は電子的に接続されても良い。

他の態様では、前記制御ミキサは、ワイヤレス式リンク又はワイヤ式リンクのいずれかにより前記制御ボックスと電子的に接続されても良い。

他の態様では、前記制御ミキサは、（ｉ）制御ボックス、（ii）方向舵、（iii）昇降舵、（iv）補助翼の少なくとも１つを直接制御することができる。

他の態様では、前記制御ミキサは、サーボモータを介して（ｉ）制御ボックス、（ii）方向舵、（iii）昇降舵、（iv）補助翼の少なくとも１つを間接的に制御することができる。

他の態様では、垂直飛行の間、飛行機の長手軸に直交する軸の回りに前記制御ボックスを回転させることによってピッチを制御することができる。

他の態様では、前記推力そらせ板アセンブリは少なくとも２つの制御ボックスを含むことができ、垂直飛行の間、前記２つの制御ボックスを個別に異なる移動をさせることでヨーを制御することができる。

他の態様では、前記制御ミキサは、機械式コンバータ・アセンブリを更に含むことができ、これはパイロット操縦入力装置からの入力を２つに分け、前記制御ボックス、及び（ｉ）方向舵、（ii）昇降舵、（iii）補助翼の少なくとも１つと機械的につながれる。さらに、（ｉ）制御ボックスと（ii）前記方向舵、昇降舵、補助翼の少なくとも１つとの間の移動の相対比は、前記機械式コンバータ・アセンブリを変化させることによって調整可能である。

本明細書において、「垂直飛行」の用語は、前記翼列が引込まれておらず、展開された位置にあるときの飛行と定義される。

本明細書において、「前進飛行」の用語は、前記翼列が引込み位置にあるときの飛行と定義される。

他の態様、目的及び利点は、図及び請求項を含む以下の詳細により明らかとなろう。

図１に示すように、本発明の１つの実施の形態にかかる飛行機１００は、前方部分に少なくとも１つのジェットエンジン１０を搭載している。前記ジェットエンジン１０は、飛行機１００の先端に形成された吸気口１２から空気を吸引する。以降、推力と呼ぶジェットエンジン１０から出る気流は、以下に詳述する推力そらせ板アセンブリ２００に向けられる。前進飛行では、前記推力そらせ板アセンブリ２００は推力をほぼ飛行機の長手軸と平行な向きにする。しかしながら垂直飛行では、推力そらせ板アセンブリ２００が推力を飛行機の長手軸から下方向に向ける。

図２は、前進飛行のために引込み状態にある推力そらせ板アセンブリ２００の詳細を示す。１つの実施の形態において、推力そらせ板アセンブリ２００は、一対の可動式ドア２０２、２０４と、翼列２０６と、制御ボックス２０８とを含む。ジェットエンジン１０（図示せず）から出る推力３００は、図においては推力そらせ板アセンブリ２００をバイパスするように向けられている。翼列２０６及び／又は制御ボックス２０８は、引込み位置と展開位置との間で移動可能である（例えば、図３〜６参照）。これを実行するために機械式レバーや油圧式アクチュエータなどの適切な装置が使用可能である。

図３〜６に示すように、ある飛行状態において、推力３００の少なくとも一部が推力そらせ板アセンブリ２００によって向きを変えられる。例えば、図３では推力が飛行機の長手軸に対して約３５度の角度で向きを変えられている。これを実行するため、ドア２００、２０４は推力３００の一部３００”を翼列２０６に向けるように移動し、これにより制御ボックス２０８を通過する推力３００”の向きをそらせる。以下により詳細を示すように、制御ボックス２０８は、垂直飛行の間に飛行機のピッチ、ヨー、ロールを制御するために操作される。図４〜６は、推力そらせ板アセンブリ２００の配置位置を示しており、推力３００は長手軸に対してそれぞれ約４５度、９０度、１０５度の方向に向けられている。これらの図からも明らかなように、そらせ角度が９０度に近付くにつれて推力３００の部分３００”は推力の全体、又はほぼ全体となって推力そらせ板アセンブリ２００を通過するようになる。ホバリング飛行時、飛行機１００は図５に示す配置を使用する。

図７は、翼列２０６と制御ボックス２０８のより詳細を示す。本図からも明らかなように、翼列２０６は、そこを通過する推力３００”の向きを変えるために複数のルーバ２０６ａを備えている。加えて、翼列２０６に取り付けられる制御ボックス２０８は、複数の羽根２０８ａを備えている。図８に示すように、羽根２０８ａはピボット２０８ｂを中心に回転可能なようにヒンジ結合されている。図９は、本発明の１つの実施の形態にかかる推力そらせ板アセンブリ２００の斜視図を示す。

前進飛行の間、パイロットは主に従来の操縦要素（例えば、方向舵、昇降舵、補助翼）を使用して飛行機のピッチ、ロール、ヨーを制御することができる。しかしながら、以下により詳細に示すように、垂直飛行の間ではパイロットは主に推力そらせ板アセンブリ２００を使用して飛行機のピッチ、ロール、ヨーを制御することができる。

具体的に、前記飛行機の操縦システムは図１０に見ることができる。まず、本発明の好ましい実施の形態では、２つの翼列２０６と２つの制御ボックス２０８が設けられることを理解しなければならない。好ましいのは、夫々のセットが個別のジェットエンジンにつながっていることである。

図１０に示すように、パイロット操縦入力装置１０２は、操縦桿１０４や方向舵ペダル１０６などのような従来のパイロット入力装置を含む。パイロット操縦入力装置１０２は、制御ミキサ１０８（詳細を図１１に示す）と操作可能につながっている。例えば、パイロット操縦入力装置１０２は、制御ミキサ１０８と機械的につなぐことができる。代替としては、電子リンク（ワイヤ式又はワイヤレス式）が使用されても良い。制御ミキサ１０８は、方向舵１１０、昇降舵１１２、補助翼１１４、制御ボックス１０８とそれぞれ操作可能につながっている。ここでのつながりも、機械的又は電子的のいずれかとすることもできる。図示の実施の形態では機械的結合が用いられている。さらには、制御ミキサ１０８は、方向舵１１０、昇降舵１１２、補助翼１１４、制御ボックス２０８を直接制御することもでき、あるいはこれらの要素のいずれか１つ又は全てを直接制御するサーボモータや他の装置を制御するようにしてもよい。

図１１は、制御ミキサ１０８の１つの実施の形態の詳細を示す。図示のように、前記入力装置１０２からの入力を２つに分けて前進飛行用装置（１１０、１１２、１１４）と垂直飛行用装置（２０８）のための制御が提供できるよう、機械式コンバータ・アセンブリ１１６が使用される。前進飛行装置と垂直飛行装置の間の移動の相対比は、前記アセンブリ１１６のリンクのピン位置の設定によって制御可能である。

飛行機のピッチ、ヨー、ロールの制御について以下に説明する。
図１２は、本発明の１つの実施の形態にかかるピッチを制御するための機構を示す。前進飛行の間、ピッチは主に昇降舵１１２によって制御される。垂直飛行では、ピッチは飛行機の長手軸と直交する軸の回りに制御ボックス２０８を回転することによって制御される。図１２に示すように、制御ボックス２０８が２０８’に示す位置に回転すると飛行機は上向にピッチし、制御ボックス２０８が２０８”に示す位置に回転すると飛行機は下向にピッチする。

図１３は、本発明の１つの実施の形態にかかるロールを制御するための機構を示す。本図は下面図であるため右・左が逆になっている。前進飛行の間、ロールは主に補助翼１１４によって制御される。垂直飛行では、ロールは制御ボックス２０８の羽根２０８ａを回転することによって制御される。

図１４は、本発明の１つの実施の形態にかかるヨーを制御するための機構を示す。前進飛行の間、ヨーは主に方向舵１１６によって制御される。垂直飛行では、ヨーは左右の制御ボックス２０８を個別に差を設けて回転させることにより制御される。すなわち、制御ボックス２０８はピッチに関連して上で説明したように回転されるが、所望のヨーが得られるようこれらの回転は逆方向となる。

以上の説明は、本発明の特定の実施の形態に対するものであることは理解されよう。この記述は本発明の目的を完全に達成することができるものであるが、これらは単に本発明が想定する広範な範囲を単に代表するものであるに過ぎず、当該技術分野の通常の知識を有する者には、上記の実施の形態に対して多くの変更が知られており、又は知り得ることになり、又は明らかであり、又は明らかにされ得るものである。これらの変更の全ては、本発明の広範な範囲内に完全に含まれるものであるあることは理解されるべきである。したがって本発明の領域は、請求の範囲に記載された内容及びこれらと均等なものによってのみ制限されるものである。請求の範囲において、特記されている場合を除いて単数の要素の表示は「１つ、かつ唯一」であることを意図しない。そうではなく、この表示は「１つ又はそれ以上」をも意図している。上述した好ましい実施の形態の要素に対して当該技術分野の通常の知識を有するものが知っている、又は後に知られる構造的及び機能的に同等のものはここに参照として明確に含まれるものであり、本願請求の範囲に含まれることが意図されている。加えて、本発明によって解決されるいかなる又は全ての問題につき、本願請求の範囲に包含される装置又は方法が言及することは不要である。

加えて、本発明のどの要素、部品、方法のステップも、これらが請求の範囲に明示されているか否かに拘らず公共の用に供することを意図とするものではない。

本発明の１つの実施の形態を備えた飛行機の前方部分を示す部分断面である。 前進飛行のために引込み状態にある、本発明の１つの実施の形態にかかる推力そらせ板アセンブリの詳細図である。 飛行機の長手軸に対して約３５度の角度で推力をそらすよう配置された、本発明の１つの実施の形態にかかる推力そらせ板アセンブリの詳細図である。 飛行機の長手軸に対して約４５度の角度で推力をそらすよう配置された、本発明の１つの実施の形態にかかる推力そらせ板アセンブリの詳細図である。 飛行機の長手軸に対して約９０度の角度で推力をそらすよう配置された、本発明の１つの実施の形態にかかる推力そらせ板アセンブリの詳細図である。 飛行機の長手軸に対して約１０５度の角度で推力をそらすよう配置された、本発明の１つの実施の形態にかかる推力そらせ板アセンブリの詳細図である。 本発明の１つの実施の形態にかかる翼列と制御ボックスの斜視図である。 本発明の１つの実施の形態にかかる制御ボックスの斜視図である。 本発明の１つの実施の形態にかかる推力そらせ板アセンブリの斜視図である。 本発明の１つの実施の形態にかかるピッチ、ヨー、ロールを制御するための操縦システムを示す。 本発明の１つの実施の形態にかかる制御ミキサの詳細図である。 本発明の１つの実施の形態にかかるピッチを制御するための機構を示す。 本発明の１つの実施の形態にかかるロールを制御するための機構を示す。 本発明の１つの実施の形態にかかるヨーを制御するための機構を示す。

符号の説明

１０．ジェットエンジン、 １２．吸気口、 １００．飛行機、 １０２．パイロット操縦入力装置、 １０４．操縦桿、 １０６．方向舵ペダル、 １０８．制御ミキサ、 １１０．方向舵、 １１２．昇降舵、 １１４．補助翼、 １１６．機械式コンバータ・アセンブリ、 ２００．推力そらせ板アセンブリ、 ２０２、２０４．可動式ドア、 ２０６．翼列、 ２０６ａ．ルーバ、 ２０８．制御ボックス、 ２０８ａ．羽根、 ２０８ｂ．ピボット、 ３００．推力。

Claims (15)

1. 飛行機の前方部分に搭載されたジェットエンジンと；
   飛行機の垂直飛行の間に推力の方向を変えるための前記ジェットエンジンの後方に配置される推力そらせ板アセンブリであって、翼列と複数の制御ボックスとを含み、前記翼列は引込み位置と展開位置との間で移動可能であり、各制御ボックスはピボット回転可能に搭載された複数の羽根を含んで飛行機の長手軸に垂直な軸の回りに独立して回転可能であり、
   これにより前記翼列の操作と前記複数の制御ボックスの羽根のピボット回転により垂直飛行時の飛行機のロールを制御し、前記翼列の操作と前記複数の制御ボックスの差を設けた回転により垂直飛行時の飛行機のヨーを制御し、前記翼列の操作と前記複数の制御ボックスの回転により垂直飛行時の飛行機のピッチを制御する推力そらせ板アセンブリと；
   前進飛行の間に飛行機のロールを制御する補助翼と；
   前進飛行の間に飛行機のヨーを制御する方向舵と；
   前進飛行の間に飛行機のピッチを制御する昇降舵と；
   パイロットが所望する飛行機のロール、ヨー、ピッチに関する入力を受け入れるパイロット操縦入力装置と；
   前記パイロット操縦入力装置と操作可能につながれ、飛行機の所望のロール、ヨー、ピッチに従って前記翼列、制御ボックス、補助翼、方向舵、昇降舵を制御するための制御ミキサとを備え、
   パイロットが、垂直と前進の両飛行のために同一の前記操縦入力装置を使用するジェット機。
2. 前記推力そらせ板アセンブリが、前記翼列と協働して推力を前記制御ボックスへ向ける複数のドアを含む、請求項１に記載のジェット機。
3. 前記推力そらせ板アセンブリが、ジェットエンジンからの推力内又は外に選択的に移動可能なよう移動式に搭載されている、請求項１に記載のジェット機。
4. 前記制御ミキサが、前記パイロット操縦入力装置と機械的につながれている、請求項１に記載のジェット機。
5. 前記制御ミキサが、前記パイロット操縦入力装置と電子的につながれている、請求項１に記載のジェット機。
6. 前記制御ミキサが、ワイヤレス式リンクにより前記パイロット操縦入力装置と電子的につながれている、請求項５に記載のジェット機。
7. 前記制御ミキサが、ワイヤ式リンクにより前記パイロット操縦入力装置と電子的につながれている、請求項５に記載のジェット機。
8. 前記制御ミキサが、前記制御ボックスと機械的につながれている、請求項１に記載のジェット機。
9. 前記制御ミキサが、前記制御ボックスと電子的につながれている、請求項１に記載のジェット機。
10. 前記制御ミキサが、ワイヤレス式リンクにより前記制御ボックスと電子的につながれている、請求項９に記載のジェット機。
11. 前記制御ミキサが、ワイヤ式リンクにより前記制御ボックスと電子的につながれている、請求項９に記載のジェット機。
12. 前記制御ミキサが、（ｉ）制御ボックス、（ii）方向舵、（iii）昇降舵、（iv）補助翼の少なくとも１つを直接制御する、請求項１に記載のジェット機。
13. 前記制御ミキサが、サーボモータを介して（ｉ）制御ボックス、（ii）方向舵、（iii）昇降舵、（iv）補助翼の少なくとも１つを間接的に制御する、請求項１に記載のジェット機。
14. 前記制御ミキサが、機械式コンバータ・アセンブリを更に含み、前記機械式コンバータ・アセンブリが、パイロット操縦入力装置からの入力を２つに分け、前記制御ボックスと、（ｉ）方向舵（ii）昇降舵（iii）補助翼の少なくとも１つとに機械的につながっている、請求項１に記載のジェット機。
15. （ｉ）前記制御ボックスと、（ii）前記方向舵、昇降舵、補助翼の少なくとも１つとの間の移動の相対比が、前記機械式コンバータ・アセンブリを変化させることによって調整することができる、請求項１４に記載のジェット機。

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