JP4780870B2 - 可変飛行データ収集方法及びシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、航空機の飛行データ収集に関し、特に高いサンプリングレートで飛行データを収集することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
民間航空会社で現在就航している最新の航空機は、通常、デジタル飛行データを収集するために機上搭載型データ収集システムを採用している。そのようなシステムにおいては、航空機全体に分散された多数のセンサが航空機及びそのエンジンの性能を表すデータ信号を供給する。この飛行データは航空機に付随する物理的に頑丈な飛行データ記録装置（一般に「ブラックボックス」と呼ばれる）に格納され、飛行中に万一の事故が起こった場合には、この飛行データ記録装置を取り外して、格納されている飛行性能データを解析し、事故の原因を判定することができる。格納されている飛行データを飛行中の異常事態の診断保守に防護目的で使用することも可能である。
【０００３】
飛行データ記録装置は飛行中を通して一定のサンプリングレートで事前に定義された一連のデータパラメータを収集する。しかし、航空機又はエンジンに異常が起こったとき、その問題を理解し且つ診断するために、より高いサンプリングレートで収集されたデータが必要になる場合が多い。サンプリングレートと、収集できるデータパラメータの数は記録装置の記憶媒体の容量及び飛行の予測持続時間によって制限され、記憶容量は物理的制約条件によって制限される。言い換えれば、所定のデータパラメータセットに対して、飛行が完了する前に記録装置の記憶媒体を消費しないようにサンプリングレートを十分に低速度に設定しておかなければならないということになる。
【０００４】
最新のデジタル航空機では、デジタル飛行データ収集装置（DFDAU）又はデータ管理装置（DMU）の使用により、更に高いサンプリングレートを通常利用できるようになっている。より高いサンプリングレートで収集されるデータを利用できるが、特に多数回にわたる飛行について大量のデータを格納することが問題の１つになっている。このように、クイックアクセスレコーダ（QAR）などの多くのデータ記憶装置は一定の、相対的に低いレートでデータを記録する構成に限られている。周知の別の記憶装置は無線データリンクにおけるデータ記憶装置である。無線データリンクは、本質的には、飛行中に収集される飛行データをデータ記憶装置に格納するシステムである。航空機が着陸すると、飛行データは無線リンクを介して空港に配置された飛行制御センターのコンピュータにダウンロードされる。それらの装置は、通常、データ記憶媒体の容量により制限される一定のサンプリングレートでデータを収集する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、飛行が終了する前に利用可能であるデータ記憶容量を消費することなく高いサンプリングレートで収集されるデータパラメータの数が増加可能な飛行データ収集方法及びシステムが必要とされている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の要求は、飛行段階などの航空機の動作条件を判定して、航空機から飛行データを収集する方法及びシステムを提供する本発明により満たされる。従って、飛行段階が第１の組の飛行段階の中の１つであるとき、データは第１のサンプリングレートで収集され、飛行段階が第２の組の飛行段階の中の１つであるときには、データは第２のサンプリングレートで収集される。第２のサンプリングレートは第１のサンプリングレートより高い。
【０００７】
本発明及び従来の技術と比較したときの本発明の利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を読むことにより明白になるであろう。
【０００８】
発明であるとみなされる対象を特定して指摘し、且つ明細書の冒頭部分に明確に特許請求してある。しかし、本発明は添付の図面と関連させて以下の説明を参照することにより最も良く理解されるであろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図面を参照すると、様々な図を通して同じ図中符号は同じ要素を指示する。図１は、少なくとも１台のエンジン１４が搭載されている航空機１２から飛行データを収集するシステム１０のブロック線図を示す。なお、図１にはエンジン１４は１台しか示されていないが、航空機１２にその他にもエンジンが搭載されていて良い。以下の説明から明白になるであろうが、そのような他のエンジンに関するデータの収集もエンジン１４の場合と全く同様に実行されると考えられる。従って、ここではエンジン１４及びその関連機器についてのみ説明する。
【００１０】
システム１０は電子エンジン制御装置（EEC）１６と、航空機搭載コンピュータ１７と、データ記録装置１８と、１組の従来通りのエンジンフィードバックセンサ２０とを含む。EEC１６はフルオーソリティデジタルエンジン制御装置（FADEC）であるのが好ましいが、その他の制御装置を使用することも可能であろう。更に、１組の従来通りの航空機センサ２１（航空機の対気速度及び高度などのパラメータを感知する）も設けられている。航空機搭載コンピュータ１７は飛行データ収集装置（FDAU）、デジタル飛行データ収集装置（DFDAU）又はデータ管理装置（DMU）などの従来のいずれかの装置であれば良く、エンジンセンサ及び航空機センサ２１から信号を受信する。データ記録装置１８は航空機搭載コンピュータ１７の出力を受信する。ここで使用する用語「データ記録装置」は、従来の飛行データ記録装置、クイックアクセス記録装置、無線データリンクのデータ記憶装置、又は他のあらゆる種類の飛行中データ記憶装置を包含する。 エンジンフィードバックセンサ２０は、関心あるエンジンパラメータを監視する何らかのセンサ群から構成されていれば良い。ガスタービンエンジンの場合、それらのパラメータは、通常、排気ガス温度、エンジン燃料の流量、コア速度、圧縮機吐出し圧力、タービン排気圧力、ファン速度などであろう。
【００１１】
EEC１６はエンジンフィードバックセンサ２０並びに当該技術において知られている航空機１２の他の様々な構成要素及びセンサからの信号を受信する。EEC１６は、航空機のパイロットにより制御されるスロットル２２からのスラスト要求信号を更に受信する。これらの入力に応答して、EEC１６は、エンジン１４へ流れる燃料の流量を計測する油圧力学装置（HMU）２４などのエンジン作動装置を動作させるための指令信号を発生する。HMU２４は、当業者には良く知られている装置である。更に、EEC１６は航空機搭載コンピュータ１７へのデータ信号を出力する。一部のEEC、特にFADECはHMU２４に指令信号の複製出力を供給すると共に、航空機搭載コンピュータ１７にデータ信号の複製出力を供給することができる複数の通信チャネルを有する。それらのデータ信号及び指令信号は同一ではないが、関連する情報を含む。図示の便宜上、EEC１６は２つの通信チャネル、すなわち、アクティブチャネル２６と、インアクティブチャネル２８とを有するものとして示されている。しかし、本発明は異なる数のチャネルを有するEECにも適用可能であることに注意すべきである。EEC１６はデータを供給する２つのチャネル２６及び２８を有しているが、アクティブチャネル２６のみがエンジン１４を制御する。２つのチャネルを設けた目的は冗長機能を持たせるためである。すなわち、アクティブチャネル２６が動作しない状態になるなどの誤動作があった場合に、インアクティブチャネル２８が活動状態となり、エンジン１４を制御するためのデータを提供する。EECの出力は、どちらのチャネルが活動状態であるかを定義する情報を含む。
【００１２】
データ記録装置１８は、航空機搭載コンピュータ１７の２つのチャネルから飛行データをサンプリングするアルゴリズムを含む。このアルゴリズムはEEC１６にロードされていても良く、その場合にはEEC１６がデータ記録装置１８にサンプリング指令を供給することになるであろう。アルゴリズムは、航空機１２の動作条件の関数として変化するサンプリングレートで飛行データがサンプリングされるように設計されている。サンプリングレートを規定するために採用できる航空機の動作条件の種類の１つは航空機の飛行段階である。離陸などの過渡的飛行段階は、通常、診断という観点から最も重要な条件であり、エンジンの異常が最も頻繁に起こりやすいところである。従って、このような飛行段階ではサンプリングレートを高くすることが最も有利となる。定常巡航などの定常状態飛行段階の間には、条件の変化は一般にゆっくり起こっているために高いサンプリングレートは不必要である。本発明のアルゴリズムは航空機の飛行段階を識別することによりこのような飛行段階の相違を利用し、それに従って低いサンプリングレート又は高いサンプリングレートを使用する。診断目的で高速サンプルデータが必要とされる条件の間に限って高いサンプリングレートを使用し（且つ他の全ての時点ではそれよりはるかに低いサンプリングレートを使用する）ことにより、データ記憶容量をはるかに効率良く使用できる。すなわち、飛行が終了する前に利用可能なデータ記憶容量を消費してしまうという危険をおかすことなく、サンプリングレート及び収集されるデータパラメータの数を必要に応じて増加させることができるのである。
【００１３】
サンプリングレートを規定するために採用できるもう１つの種類の航空機動作条件は航空機のアウト、オフ、オン、イン（OOOI）段階である。OOOIシステムは航空機を追跡するために採用されており、「アウト」は航空機がゲートから出ていることを表し、「オフ」は航空機が離陸していることを表し、「オン」は航空機が着陸していることを表し、「イン」は航空機がゲートに入っていることを表す。この場合、アルゴリズムは航空機のOOOI段階を識別し、それに従って低いサンプリングレート又は高いサンプリングレートを使用する。通常、オフ段階の場合に高いサンプリングレートが使用され、他の全ての段階に対しては低いサンプリングレートが使用されるであろう。
【００１４】
次に図２を参照すると、このアルゴリズムが更に詳細に示されている。飛行に先立って、ブロック１００に示すようにシステムパラメータを定義する。ここで、システムユーザは飛行の様々な段階で収集されるデータパラメータ、特に、高いサンプリングレートでどのデータパラメータを収集し、低いサンプリングレートでどのデータパラメータを収集するかを定義することができる。アクティブチャネル２６と、インアクティブチャネル２８からどのデータパラメータを収集するかも定義される。また、ユーザは低いサンプリングレート及び高いサンプリングレートを設定すると共に、高いサンプリングレートでどの飛行段階のデータを収集するかも設定することができる。
【００１５】
アルゴリズムは飛行が開始されたときに始動する。ブロック１０２として示される第１のステップでは、航空機１２の動作条件を判定する。他の手法も使用できるであろうが、航空機の飛行段階は監視すべき動作条件の好ましい型の１つである。そこで、以下の説明においてはサンプリングレートを規定するために飛行段階を使用することに焦点を合わせて話を進めるが、その代わりに他の動作条件を使用しても良いことに注意すべきである。当該技術分野では良く知られている通り、航空機は正規飛行中にいくつかの異なる段階を経過する。それらの飛行段階は、通常、エンジン始動、誘導路離脱、離陸、上昇、巡航、降下、着陸、逆スラスト、誘導路侵入及びエンジン遮断として認識される。多くの場合、巡航が飛行中の最長の段階である。アルゴリズムは航空機センサ２１からの入力、特に対気速度入力及び高度入力を使用して、飛行段階を判定する。
【００１６】
次に、ブロック１０４では、アルゴリズムは現在飛行段階がトリガ段階であるか否かに関して問い合わせる。ここで使用する用語「トリガ段階」は、高いサンプリングレートが望まれる飛行段階を表す。先に述べた通り、過渡段階は、一般に、エンジンの異常が最も起こりやすい段階であるために診断を目的として高いサンプリングレートを使用することが最も有利であるような飛行段階である。エンジン始動、離陸及び逆スラストは主要な過渡飛行段階であり、高いサンプリングレートのデータが関心を持たれるので、通常はこれらがトリガ段階であるとして選択される。飛行の予測持続時間に対するデータ記録装置１８のデータ記憶容量に応じて、上昇、降下及び着陸などの他の過渡段階をトリガ段階として選択することも可能であろう。すなわち、高いサンプリングレートで更にデータを収集しても、飛行終了前に記憶容量を消費しないほど、飛行の持続時間が短ければ、更に別のトリガ段階を選択しても良いであろう。一般に、定常状態巡航段階はトリガ段階としては選択されない。通常は飛行の中で最長の段階である巡航中は低いサンプリングレートを使用することにより、データ格納スペースを最大限に利用できる。アルゴリズムは、トリガ事象を選択又は変更できるように構成されている。すなわち、どの飛行段階が低いサンプリングレートをトリガし、どの飛行段階が高いサンプリングレートをトリガするかを変更するようにアルゴリズムを再プログラミングすることが可能なのである。これはブロック１００のセットアップステップで実行される。
【００１７】
ブロック１０２で判定された現在飛行段階がトリガ段階であれば、ブロック１０６に指示するように、アルゴリズムはデータ記録装置１８に高いサンプリングレートでデータを収集させる。これに対し、ブロック１０２で判定された現在飛行段階がトリガ段階ではない場合には、ブロック１０８に指示するように、アルゴリズムはデータ記録装置１８に低いサンプリングレートでデータを収集させる。サンプリングレートはハードウェアの制限条件、すなわち、ハードウェアがどれほどの速度でデータをサンプリングできるかによって決まる。高いサンプリングレートはEEC１６及び／又は航空機搭載コンピュータ１７の最高出力速度と同等であるのが好ましい。低いサンプリングレートはこれよりかなり遅くなる。高いサンプリングレートは一般に低いサンプリングレートの少なくとも５倍から１０倍の速さである。また、ブロック１００のセットアップステップでサンプリングレートを変更又は再プログラミングすることも可能である。
【００１８】
アルゴリズムは、データ記録装置１８が低いサンプリングレートでデータを収集しているか又は高いサンプリングレートでデータを収集しているかに従って、どのデータパラメータを記録すべきかを判定する。これはブロック１００で定義される一対のデータパラメータリストに基づいている。すなわち、低いサンプリングレートと高いサンプリングレートについてそれぞれ別個のデータパラメータリストが存在する。データ記録装置１８が高いサンプリングレートで収集しているとき、ブロック１１０でアルゴリズムは高いサンプリングレートリストからのデータパラメータを記録させ、データ記録装置１８が低いサンプリングレートで収集しているときには、ブロック１１２でアルゴリズムは低いサンプリングレートリストからのデータパラメータを記録させる。EEC１６は多数のデータパラメータを出力する。それらのデータパラメータのうちいくつかはエンジン１４の制御に使用されるが、使用されないデータパラメータもある。エンジン制御に使用されるデータパラメータは、例えば、エンジン速度、温度及び圧力などである。エンジン制御に使用されないデータパラメータには、例えば、エンジンの調子を監視するために使用される状態監視センサからの信号などがある。低いサンプリングレートリストは一般に制御と診断の２つの目的に使用されるデータパラメータを含むが、高いサンプリングレートリストは一般にエンジン制御に使用されるデータパラメータのみを含む。それらは、エンジンの異常を理解し且つ診断する上で最も有用なデータパラメータである。
【００１９】
更に、低速サンプリング及び高速サンプリングに際して、アルゴリズムはブロック１１２とブロック１１０で、アクティブチャネル２６から収集されるデータパラメータと、インアクティブチャネル２８から収集されるデータパラメータとをそれぞれ判定する。２つのチャネル２６及び２８はエンジン１４を制御するために必要な全てのデータを出力する。しかし、EEC１６により出力されたが、エンジン制御には使用されないデータの大半はチャネル２６及び２８のいずれか一方のみを介して出力される。アクティブチャネル２６がエンジン１４を制御しているので、このチャネルにより出力されるデータパラメータは最も有用である。インアクティブチャネル２８も同様に有用な情報を含んではいるが、多くのデータパラメータは冗長データであり、記録する必要はない。そこで、低いサンプリングレートデータパラメータリスト及び高いサンプリングレートデータパラメータリストの各々は２つのサブリストに分割されている。その一方はアクティブチャネル２６から収集されるデータパラメータを含み、他方はインアクティブチャネル２８から収集されるデータパラメータを含む。それらのサブリストはブロック１００で定義される。先に述べた通り、EEC出力はどのチャネルが活動状態であるかを定義する情報を含む。従って、アルゴリズムはアクティブチャネルを識別し、アクティブチャネル２６に対してはアクティブチャネルサブリストを選択し、インアクティブチャネル２８に対してはインアクティブチャネルサブリストを選択する。これは高いサンプリングレートデータ収集に関してはブロック１１０で、低いサンプリングレートデータ収集に関してはブロック１１２でそれぞれ実行される。
【００２０】
低いサンプリングレートでのデータ収集中、アルゴリズムは異常事象に応答して高いサンプリングレートに切り替える能力を更に含む。これは、ブロック１１４において、エンジン及び／又は航空機の異常事態フィードバックデータを監視することにより実行される。異常事象が検出されると、アルゴリズムはデータ記録装置１８にブロック１１６及び１１８に指示するように高いサンプリングレートでデータを収集させる。この変更を誘発すると考えられる典型的な異常事象はエンジン故障の検出、異常レベルの動作パラメータ、又は異常なエンジン動作である。サンプリングレートを高くすることにより、後に異常事態を診断するのに十分な詳細な情報が記録される。ブロック１１６及び１１８の高いサンプリングレートでのデータ収集は先にブロック１０６及び１１０に関して説明したデータ収集とほぼ同じであり、異常事態が起こっている間は継続して実行される。トリガ段階と異常事象検出に同じ高いサンプリングレートを使用することができ、高いサンプリングレートを適応させることも可能である。すなわち、異常事象の検出に当たり、トリガ段階とは異なる、より高いサンプリングレートを使用することも可能であろう。
【００２１】
ブロック１１４で異常事象が検出されなければ、その後、飛行段階がトリガ段階に変化した場合にプロセスを高いサンプリングレートに切り替えることができるように、アルゴリズムはブロック１０２で飛行段階を監視し続ける。同様に、ブロック１０６及び１１０の高いサンプリングレートのデータ収集中も、飛行段階が非トリガ段階に変化した場合にプロセスを低いサンプリングレートに切り替えることができるように、アルゴリズムはブロック１０２で飛行段階を監視し続ける。このプロセスループは飛行が持続している限り続く。
【００２２】
以上、利用可能なデータ記憶容量を効率良く使用するように高いサンプリングレートで飛行データを収集するシステム及び方法を説明した。本発明の特定の実施例を説明したが、特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨から逸脱せずに上記の実施例について様々な変形を実施できることは当業者には明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 飛行データ収集システムの概略ブロック線図。
【図２】 航空機飛行データを収集する方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…飛行データ収集システム、１２…航空機、１４…エンジン、１６…エンジン制御装置、１７…航空機搭載コンピュータ、１８…データ記録装置、２０…エンジンフィードバックセンサ、２１…航空機センサ、２６…アクティブチャネル、２８…インアクティブチャネル

Claims (5)

1. 異なる複数の動作条件で飛行可能な航空機（１２）から飛行データを収集する方法において、
   前記航空機（１２）の動作条件を判定する過程と、
   前記動作条件が第１の組の動作条件の中の１つであるとき、第１のサンプリングレートで収集されたデータを格納する過程と、
   前記動作条件が第２の組の動作条件の中の１つであるとき、前記第１のサンプリングレートより高い第２のサンプリングレートで収集された格納データに変更する過程と
   から成り、
   前記異なる複数の動作条件は前記航空機（１２）の飛行段階であり、
   前記第１の組の動作条件は非過渡飛行段階であり、且つ前記第２の組の動作条件は過渡飛行段階であることを特徴とする、方法。
2. 前記非過渡飛行段階は巡航段階であり、且つ前記過渡飛行段階はエンジン始動段階、離陸段階及び逆スラスト段階である請求項１記載の方法。
3. 前記第２のサンプリングレートは前記第１のサンプリングレートの５倍から１０倍の速さである請求項１又は２に記載の方法。
4. 複数の異なる飛行段階で飛行可能であり、少なくとも１台のエンジン（１４）と、対応するエンジン制御装置（１６）とを有する航空機（１２）から飛行データを収集するシステムにおいて、
   前記航空機（１２）の飛行段階を判定する手段（１８）と、
   前記エンジン制御装置（１６）からデータを格納する手段（１８）と
   を具備し、
   前記データを格納する手段（１８）は、
   前記飛行段階が第１の組の飛行段階の中の１つであるとき、第１のサンプリングレートで収集されたデータを格納する手段と、
   前記飛行段階が第２の組の飛行段階の中の１つであるとき、前記第１のサンプリングレートより高い第２のサンプリングレートで収集された格納データを変更する手段と
   を有し、
   前記第１の組の飛行段階は非過渡飛行段階であり、且つ前記第２の組の飛行段階は過渡飛行段階である
   ことを特徴とする、システム。
5. 前記第１の組の飛行段階は上昇段階であり、且つ前記第２の組の飛行段階はエンジン始動段階、離陸段階及び逆スラスト段階である請求項４記載のシステム。

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