JP4927878B2 - 高信頼性フライ・バイ・ワイヤペダルシステム - Google Patents

Description

本発明は、反トルクテールロータシステムに関し、特に、高信頼性フライ・バイ・ワイヤ（ＦＢＷ）飛行制御システム用の小変位ペダルシステムに関する。

多くのヘリコプタは、１つのメインロータアッセンブリおよび反トルクテールロータアッセンブリを使用している。テールロータアッセンブリは、メインロータアッセンブリによって生成されるトルクを打ち消すとともに、ホバリング、過渡時、低速および高速の飛行体勢でのヘリコプタのヨー方向における制御をもたらす横方向の推力を与えるのに効率的で信頼性があることが証明されてきた。

反トルクテールロータアッセンブリの制御は、変位が比較的大きなペダルシステムを用いて通常は実施され、ペダルの変位に比例した制御がなされる。したがって、一般的に、パイロットは、出力、バンク角または速度の変化を釣り合わせるために、ペダルを常に操作しなければならない。これにより、パイロットの作業負荷は著しく増加してしまう。

自動操縦装置を備えている場合には、ペダルの位置が自動操縦装置に同期し、ペダルが度々動く。パイロットを安定させる足掛け台としてペダルが使用されることが多いので、自動操縦装置によるペダルの移動は、不快、またはそうでなくとも悩ましいものとなり得る。

フライ・バイ・ワイヤ（ＦＢＷ）飛行制御システムが、回転翼航空機の制御における最先端技術として見出された。フライ・バイ・ワイヤによって、パイロットの作業負荷軽減に寄与する広範囲の改良が実現できる。これまでは、フライ・バイ・ワイヤペダルシステムは、ペダルの比較的大きな変位をヨー方向の制御を行うデジタル指令に変換するだけであった。フライ・バイ・ワイヤ飛行制御システムを用いることで多くの恩恵が得られるが、変位が比較的大きい従来のフライ・バイ・ワイヤペダルシステムは、ペダルシステムが実質的に従来のままであるので、フライ・バイ・ワイヤ飛行制御システムを最大限に利用できていない。

したがって、パイロットの作業負荷を軽減し、より能力のある航空機をもたらす高信頼性フライ・バイ・ワイヤ飛行制御システムを組み込んだ反トルクテールロータシステム用のフライ・バイ・ワイヤ（ＦＢＷ）ペダルシステムを提供することが望まれている。

特に、本発明のフライ・バイ・ワイヤ（ＦＢＷ）飛行制御システム用に調整されたペダルシステムは、二重勾配リンケージアッセンブリを備える。二重勾配リンケージアッセンブリは、ペダルのペダル動作に対する二重勾配の反力感覚をもたらすばねシステムおよびダンパシステムを備える。

ヨー軸の状態の変更が要求されたときに制御が必要とされるだけなので、パイロットの作業負荷を大いに減少させることによって、二重勾配の反力感覚が、航空機におけるヨー軸（アジマス）の制御を向上させる。この他のときには、パイロットはペダルによる入力を緩め、フライ・バイ・ワイヤ飛行制御システムによって、要求される安定性および調整の全てをもたらす。

このようなペダルシステムには最小の変位入力のみが必要とされるので、ペダル移動量が、好ましくは約±１．２５インチ（±３１．７５ｍｍ）のコンパクトなペダル移動量より狭くなり得る。したがって、航空機の制御入力の回数および大きさの両方を減少でき、パイロットの作業負荷が大いに軽減される。出願人は、このような最小移動量を完全に利用するには、センタリング力を与え、航空機／パイロットの一体化を容易にする二重勾配の反力感覚を備えたペダルシステムが必要であると判断してきた。特に、二重勾配の反力感覚は、ペダル移動量の１．２５インチのうちの最初の０．２インチ（５．０８ｍｍ）では約４０ポンド／インチ（１８．１ｋｇ／２５．４ｍｍ）であって、その後、約２０ポンド／インチ（９．０７ｋｇ／２５．４ｍｍ）へと減少されることが好ましい。

パイロットと制御サーボ機構との間のリンケージメカニズムおよびパイロットステーションの間の機械的な相互接続がなくなるので、ペダルシステムの重量は軽くなる。また、ペダルシステムは、機械設計を簡素化して部品数を減らすとともに信頼性を向上させることができる。さらに、比例制御の飛行フィードバックシステムによるペダルを通常位置決めするトリムモジュールが必要なくなるので、飛行制御システムの複雑さは軽減される。

したがって、本発明は、パイロットの作業負荷を軽減し、より能力のある航空機をもたらす高信頼性フライ・バイ・ワイヤ飛行制御システムを組み込んだ反トルクテールロータシステム用のフライ・バイ・ワイヤ（ＦＢＷ）ペダルシステムを提供する。

図１には、メインロータアッセンブリ１２を備えた回転翼航空機１０が概略的に示されている。航空機１０は、延長テール１６を有する機体１４を備えており、該延長テール１６には、反トルクテールロータシステム１８が取り付けられている。メインロータアッセンブリ１２および反トルクテールロータシステム１８は、（符号２２によって概略的に示される）１つまたは複数のエンジンによって、（符号２０によって概略的に示される）トランスミッションを介して駆動される。開示された実施例において、特定のヘリコプタ構成を示してきたが、ダクテッドファンおよび推進機のような他の反トルクシステムも本発明から利益を受ける。

図２を参照すると、反トルクテールロータシステム１８は、航空機飛行制御システム２４を介して駆動される。航空機飛行制御システム２４は、パイロットの意志を飛行制御サーボ機構に送信する信号を使用した高信頼性フライ・バイ・ワイヤ（ＦＢＷ）飛行制御システムであることが好ましい。フライ・バイ・ワイヤ飛行制御システム２４では、パイロットは、フライ・バイ・ワイヤヨー飛行制御ロジック２８を介して入力を与え、ここから反トルクテールロータシステム１８へ送られる。フライ・バイ・ワイヤ制御システム２４は、ヨー軸の状態の変更が要求されるときにだけ、制御入力を要することが好ましい。即ち、フライ・バイ・ワイヤ制御システム２４は、「指令応答保持システム」として説明される。

パイロットからの入力は、ペダルシステム２６のようなインタフェースを介してフライ・バイ・ワイヤ飛行制御システム２４へ入力される。反トルクテールロータシステム１８は、フライ・バイ・ワイヤ飛行制御システム２４を介して制御されるので、ペダルシステム２６は、反トルクテールロータシステム１８に機械的に接続される必要がない。パイロットからの入力は、フライ・バイ・ワイヤヨー飛行制御ロジック２８を介して伝達され、例えば、反トルクテールロータシステム１８のピッチを制御するテールロータ駆動部サーボ機構３０のみを駆動する。フライ・バイ・ワイヤヨー飛行制御ロジック２８は、一般的に、航空機の速度および姿勢における応答フィードバックを直接使用して、指令された速度で航空機１０を左右に振るとともに航空機からの応答を能動的に制御するように、パイロットからの入力を修正する。一般的に理解されているように、フライ・バイ・ワイヤ飛行制御システムは、比例、積分、微分（ＰＩＤ）経路のような直線的な制御システムロジックを利用したフィードバックメカニズムを設けてもよく、これにより、望ましい応答を達成するとともに航空機における特定の軸に作用する望ましくない不安定な力を補正する。フライ・バイ・ワイヤ制御ロジック理論が、複数の飛行制御システムを介して組み込まれてもよいことを理解されたい。

図３を参照すると、ペダルシステム２６は、特に、フライ・バイ・ワイヤ飛行制御システム２４用に調整される。ペダルシステム２６は、クランクアッセンブリ３６を介して支持構造体３４に接続された比較的短いトラベルポートペダル３２Ａおよびスターボードペダル３２Ｂを一般的に備える。ポートペダル３２Ａにかかる圧力が、クランクアッセンブリ３６を支持軸Ａを中心に回転させ、パイロットに向かう方向およびこれと反対方向にスターボードペダル３２Ｂを運ぶ。

アクチュエータアーム３８が、共に軸Ａを中心に回転するクランクアッセンブリ３６に取り付けられている。アクチュエータアーム３８は、二重勾配リンケージアッセンブリ４２を介してペダル３２Ａ，３２Ｂの運動を回転型可変差動変圧器（ＲＶＤＴ）のようなフライ・バイ・ワイヤ入力部４０に機械的に接続する。

二重勾配リンケージアッセンブリ４２は、軸Ｂを中心に回動するメインピボットクランク４４を備えており、該メインピボットクランク４４は、固定構造体６６に回動可能に取り付けられている。メインプッシュロッド４８が、軸Ｃにおける１つの端部セグメント４４ａに隣接したメインピボットクランク４４にアクチュエータアーム３８を接続する。プッシュロッド５０が、端部セグメント４４ａの反対側に位置する軸Ｄにおける端部セグメント４４ｂに隣接したフライ・バイ・ワイヤ入力部４０にアクチュエータアーム３８を接続する。したがって、ペダル３２Ａ，３２Ｂからの入力が、フライ・バイ・ワイヤ入力部４０を駆動するようにメインピボットクランク４４を回動し、（図２にも見られる）フライ・バイ・ワイヤ制御システム２４との接続をもたらす。

二重勾配リンケージアッセンブリ４２は、ペダル３２Ａ，３２Ｂのペダル動作に対する二重勾配の反力感覚をもたらすように、ばねシステム５２およびダンパシステム５４を備えることが好ましい（図４）。様々な大きさのばね-ダンパシステムが、本発明において使用可能であることを理解されたい。

ばねシステム５２は、軸Ｃに沿って画定されるピボットにおいてメインピボットクランク４４に取り付けられたばねカプセル５６を備えることが好ましい。ばねカプセル５６は、固定構造体６６に取り付けられる。

ダンパシステム５４は、ダンパプッシュロッド６０を介してメインピボットクランク４４に取り付けられた粘性ダンパ５８を備えることが望ましい。粘性ダンパ５８は、固定構造体６６に取り付けられており、ダンパプッシュロッド６０は、軸Ｅによって画定されるピボットにおいてメインピボットクランク４４に回動可能に取り付けられる。軸Ｅは、軸Ｂと軸Ｃとの間のメインピボットクランク４４上に長手方向に配置されることが好ましい。

二重勾配リンケージアッセンブリ４２は、ペダル３２Ａ，３２Ｂのペダル動作に対する二重勾配の反力感覚（図４）を与える。ヨー軸の状態の変更が要求されたときに制御が必要とされるだけなので、パイロットの作業負荷を大いに減少させることによって、二重勾配の反力感覚が、航空機におけるヨー軸（アジマス）の制御を向上させる。この他のときには、パイロットはペダルによる入力を緩め、フライ・バイ・ワイヤ飛行制御システム２４によって、要求される安定性および調整の全てをもたらす。したがって、パイロットは、通常の制御を実施する際に必要とされる飛行状態を変更するために、ペダルの位置を継続的に調節する必要がない。これにより、操作しない限りペダルが常に同じ位置にあるのでパイロットの作業負荷は軽減される。これは、垂直なテール面によって消費される反トルク要求に応じて、空気速度がペダル位置に影響を及ぼすことにより空気速度および／または出力を変更することによってペダルが様々な位置へ移動し得る従来の制御システムと対照的である。

このようなフライ・バイ・ワイヤ飛行制御システム２４に最小の変位入力のみが必要とされるので、ペダル３２Ａ，３２Ｂの移動量が、好ましくは約±１．２５インチ（±３１．７５ｍｍ）（図５Ａ，５Ｂ）の小さなペダル移動量より狭くなり得る。したがって、変位の大きな従来のペダルと比べて航空機の制御入力の回数および大きさの両方を減少でき、パイロットの作業負荷が大いに軽減される。出願人は、このような最小移動量の能力を完全に利用するには、センタリング力を与え、航空機／パイロットの一体化を容易にする二重勾配の反力感覚が必要であると判断してきた。即ち、二重勾配の反力感覚によって、ペダル３２Ａ，３２Ｂが、実質的に中央へ「移動する」。特に、二重勾配の反力感覚は、ペダル移動量の１．２５インチのうちの最初の０．２インチ（５．０８ｍｍ）では約４０ポンド／インチ（１８．１ｋｇ／２５．４ｍｍ）であって、その後、約２０ポンド／インチ（９．０７ｋｇ／２５．４ｍｍ）へと減少されることが好ましい。

パイロットと制御サーボ機構との間における従来のリンケージメカニズムおよびパイロットステーションの間の機械的な相互接続がなくなるので、ペダルシステム２６の重量は軽くなる。また、ペダルシステム２６は、機械設計を簡素化して部品数を減らすとともに信頼性を向上させることができる。さらに、比例制御の飛行フィードバックシステムによるペダルを通常位置決めするトリムモジュールが必要なくなるので、飛行制御システムの複雑さは軽減される。

「前方」、「後方」、「上部」、「下部」、「上方」、「下方」などの相対的な位置を表す用語は、航空機における通常の運転姿勢に関するものであり、他に限定されるべきではないことを理解されたい。

特定の構成要素の配置が、図示された実施例において説明されてきたが、他の構成も本発明から利益を受けることを理解されたい。

特定のステップの順序が示され、説明され、請求されてきたが、これらのステップは、他に指示がない限り、いかなる順序で実施されてもよく、または分割もしくは結合されてもよく、引き続き本発明から利益を受けることを理解されたい。

上述の説明は、例示的なものであって限定的なものではない。多くの修正および変更が上述の教示を参照することにより可能である。本発明の好ましい実施例が説明されてきたが、当業者であれば、特定の修正が本発明の範囲内に含まれることを理解するであろう。したがって、特許請求の範囲内であれば、本発明は他の形態で実施されてもよいことを理解されたい。この理由によって、添付の請求項が本発明における真の範囲および内容を画定するために検討されるべきである。

本発明で使用される例示的な回転翼航空機の実施例における斜視図である。 反トルクテールロータシステムのブロック図である。 本発明のペダルシステムの斜視図である。 本発明のペダルによってもたらされるペダル動作に対する二重勾配の反力を示す概略的なグラフである。 ペダルシステムが第１の位置にあるときの図である。 ペダルシステムが第２の位置にあるときの図である。

Claims (14)

1. 反トルクテールロータシステムと、
   前記反トルクテールロータシステムに接続されたフライ・バイ・ワイヤ飛行制御システムと、
   前記反トルクテールロータシステムを制御するように前記フライ・バイ・ワイヤ飛行制御システムに接続されるとともに、二重勾配力フィードバックペダル動作を与える二重勾配リンケージアッセンブリを備えたペダルシステムと、
   を備えた回転翼航空機。
2. 前記二重勾配リンケージアッセンブリは、前記ペダルシステムの第１の移動量にわたる第１の抵抗力と、前記ペダルシステムの第２の移動量にわたる第２の抵抗力と、を与え、前記第１の抵抗力は前記第２の抵抗力よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の回転翼航空機。
3. 前記第１の抵抗力は、前記ペダルシステムの第１の移動量において直線的に増加し、前記第２の抵抗力は、前記第１の抵抗力の後に直線的に増加し、前記第２の抵抗力は、前記第１の抵抗力によって画定される傾斜よりも小さい傾斜を画定することを特徴とする請求項２に記載の回転翼航空機。
4. 前記ペダルシステムは、回転型可変差動変圧器を介して前記フライ・バイ・ワイヤ飛行制御システムに接続されることを特徴とする請求項１に記載の回転翼航空機。
5. 前記ペダルシステムは、クランクアッセンブリを介して支持構造体に接続されたポートペダルおよびスターボードペダルを備え、前記クランクアッセンブリは、前記支持構造体に対して支持軸を中心に回動可能であることを特徴とする請求項１に記載の回転翼航空機。
6. 前記クランクアッセンブリと、前記支持軸に平行でないピボット軸を中心に回動可能な前記二重勾配リンケージアッセンブリのメインピボットクランクと、の間に取り付けられたプッシュロッドをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の回転翼航空機。
7. 前記プッシュロッドは、前記メインピボットクランクの端部セグメントに隣接してプッシュロッド軸を中心に前記メインピボットクランクに回動可能に取り付けられることを特徴とする請求項６に記載の回転翼航空機。
8. 前記メインピボットクランクと固定構造体との間に接続されるとともに、前記プッシュロッド軸に沿って前記メインピボットクランクに回動可能に取り付けられたばねシステムをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の回転翼航空機。
9. 前記メインピボットクランクと前記固定構造体との間に接続されるとともに、前記ピボット軸と前記プッシュロッド軸との間に長手方向に配置されたダンパピボット軸において前記メインピボットクランクに回動可能に取り付けられたダンパシステムをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の回転翼航空機。
10. 前記フライ・バイ・ワイヤ飛行制御システムへのフライ・バイ・ワイヤ入力部をさらに備え、前記フライ・バイ・ワイヤ入力部は、前記プッシュロッド軸の反対側の入力軸において、前記メインピボットクランクの端部セグメントに回動可能に接続されることを特徴とする請求項６に記載の回転翼航空機。
11. 前記二重勾配リンケージアッセンブリは、前記ペダルシステムの移動量の最初の０．２インチ（５．０８ｍｍ）において約４０ポンド／インチ（１８．１ｋｇ／２５．４ｍｍ）である第１の抵抗力を与え、前記ペダルシステムの移動量の残部において約２０ポンド／インチ（９．０７ｋｇ／２５．４ｍｍ）である第２の抵抗力を与えることを特徴とする請求項１に記載の回転翼航空機。
12. 前記ペダルシステムの移動量の全体が、±約１．２５インチ（±３１．７５ｍｍ）であることを特徴とする請求項１１に記載の回転翼航空機。
13. 前記ペダルシステムは、前記二重勾配力フィードバックペダル動作を与えるばねシステムおよびダンパシステムを備えることを特徴とする請求項１に記載の回転翼航空機。
14. 前記二重勾配リンケージアッセンブリは、前記ペダルシステムにセンタリング力を与えることを特徴とする請求項１に記載の回転翼航空機。

Images