JP5049971B2 - 少なくとも１つの飛行線に従って航空機を操縦する方法と装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの操縦軸(即ち、ロール軸、ヨー軸および／またはピッチ軸)に従って、航空機、例えば、輸送機を操縦する方法と装置に関する。

飛行機の手動操縦中、パイロットが、飛行機の通常モードの周波数で、無意識に飛行機と連携することは良く知られている。この連携は不安定になり、パイロットの緩衝されない振動指示を生じる。そのような状況は、飛行機の慣性とその色々な作動器の性能に関連する、飛行機の能力に対し、パイロットのゲインが特に不安定であれば(高すぎれば)、生じ得る。飛行機がパイロットに対し遅れて応答すると、パイロットはそのゲインを一般には増加し、これによりシステムは不安定に接近し、パイロットの指令を示す指示と、実際飛行機に与えられる指示との間に誤った局面(misphase)を更に増加させる。

パイロットの制御操作と飛行機の応答との間のそのような危険な誤った局面から生じる飛行機の抑制されていない振動は“Pilot Induced Oscillation (パイロット誘導振動)”と称される。

本発明の目的は上記の短所を解消することであり、航空機の少なくとも１つの操縦軸に従う、航空機、特に飛行機の操縦方法に関し、この方法によれば、上記の操縦軸により上記の不安定な連携の出現を防止し、よって、特に、安定した操縦を保つことができる。

このため、本発明による方法は、
Ａ／ 上記の操縦軸に関連する操縦指示の値に対応する制御値が決定され、この制御値は、航空機のパイロットによる、航空機の少なくとも１つの制御部材の作動を示し、
Ｂ／ 実際航空機に与えられた、操縦指示の値に対応する実際の制御値が決定され、
Ｃ／ 航空機に、上記の制御値と実際の制御値との差を、適宜、“０”にすることができる指示を与えることにより、上記の制御値と上記の実際の制御値とにより、上記の操縦指示に関連する航空機のスレービング(追従)がなされ、
− 上記の制御値より、上記の実際の制御値により近い補助制御値が、上記の制御値と上記の実際の制御値とに基づき計算され、
− パイロット誘導振動を検知させ得る上記の制御値の監視がなされ、
− パイロット誘導振動が検知されると、工程Ｃ／でのスレービングが、上記の実際の制御値と上記の補助制御値とによりなされ、補助制御値でのスレービングが第１の所定時間に亘って作用し、第２の所定時間後完全に停止することを特徴とする。

よって、本発明によれば、パイロット誘導振動が出現すると直ぐに修正操作が為され、これにより上記のタイプの不安定な連携の導入を阻止し、よって、特に安定した操縦を保つことができる。

パイロット誘導振動が検知されると、補助制御値を計算し、この補助制御値をスレービングに利用することにより、上記の計算された補助制御値が(定義では)、上記の制御値(パイロットの直接の指示)より、上記の実際の制御値により近いので、使用された制御値と実際の制御値との間の誤った局面は最小化する。

よって、この誤った局面の最小化により上記の不安定の出現を阻止する。

更に、上記の補助制御値は特に上記の制御値に基づいて決定され、よって、パイロットにより制御された指示を考慮するので、本発明による操縦方法により導入された修正は航空機の操縦を(少なくとも過剰には)乱さない。

好ましい実施例では、上記の操縦軸はロール操縦軸に対応し、上記の操縦指示はロール率を示す。

この場合、上記の補助制御値を計算するため、
− ロール率を示す制御値Ｐに依存する値ΔＰが決定され、
− この値ΔＰと、実際の制御ロール率を示す実際の制御値ｐとの積が計算され、
− この計算に基づき、
・ この積が０より大きければ、補助ロール率を示す補助制御値Ｐauxは以下の式

式中
＊ Ｋは所定のゲイン値を示し、
＊ Ｔは所定の時定数を示し、
＊ ｓはラプラス変換の特性変数を示す
により計算され、
・ 上記の積が０未満であれば、補助ロール率を示す補助制御値Ｐauxは以下の式

により計算されるのが望ましい。この場合、上記の値ΔＰは以下の式

により決定されるのが好ましい。

よって、本発明による方法は、パイロット誘導振動がない時には操縦を妨げず、この場合航空機の操縦可能性を大きくは減少しない。

従って、本発明は、補助制御値の生成と応用とにより、上記の制御値に対する非直線系作用で、制御値(例えば、制御ロール率)と実際の制御値(例えば、実際の制御ロール率)との間での誤った局面を最小化する。

パイロット誘導振動は、以下の２つの条件、
− ロール率を示す制御値Pが、２つの所定周波数間に在る周波数で＋ＮＩＶＰＩＯ、−ＮＩＶＰＩＯと＋ＮＩＶＰＩＯを連続して越え、ＮＩＶＰＩＯが所定値を示し、
− ロール率を示す制御値Pが、２つの所定周波数間に在る周波数で−ＮＩＶＰＩＯ、＋ＮＩＶＰＩＯおよび−ＮＩＶＰＩＯを連続して越える
の一方が満足されると、検知されるのが望ましい。

加えて、もう１つの実施例では、上記の操縦軸は、又、上記の航空機のピッチ操縦軸あるいはヨー操縦軸に対応する。

本発明は、少なくとも１つの操縦軸(ロール、ヨーおよびピッチ)により、航空機、特に輸送機による操縦装置にも関する。

本発明による上記のタイプの装置は
− 上記の操縦軸に関する操縦指示の値に対応する制御値を決定する第１手段であって、この制御値は上記の航空機のパイロットによる、少なくとも１つの制御部材の作動を示し、
− 実際、航空機に与えられる、上記の操縦指示の値に対応する実際の制御値を決定する第２手段と、
− 上記の制御値と実際の制御値との差を、適宜、“０”にすることができる指示を航空機に与えることにより、上記の制御値と上記の実際の制御値とにより、上記の操縦指示に関連する航空機の追従(Slaving)をなす第３手段とからなり、

− 更に、
・ 上記の制御値より、上記の実際の制御値により近い補助制御値を、上記の制御値と上記の実際の制御値とに基づき計算する第４手段と、
・ パイロット誘導振動を検知させ得る上記の制御値を監視する第５手段と、
− 上記の第５手段がパイロット誘導振動を検知すると、上記の実際の制御値と上記の補助制御値とにより上記のスレービングをなすように上記の第３手段が形成されていることを特徴とする。

本発明による図１に略示されている装置１は航空機、特に民間輸送機(図示略)の(電気制御器を備えた)操縦装置である。

上記の装置１は、
− 航空機の少なくとも１つの特定の操縦軸、例えば、ロール、ピッチおよび／またはヨー軸に関する操縦指示の値に対応する制御値を決定する手段２であって、この操縦指示の値は、上記の航空機のパイロットによる、航空機の少なくとも１つの標準制御部材３の作動を示し、図１中一点鎖線４により示されている、上記の制御部材３、例えばミニ操縦杆の作動の振幅を測定できるように形成されており、
− 実際、航空機に与えられる、(上記の選択された操縦軸に従う)上記の操縦指示の値に対応する実際の制御値を決定する手段５と、
− 上記の制御値と実際の制御値との差を、適宜、“０”にすることができる指示を航空機に与えることにより、上記の手段2から受け取った上記の制御値と、上記の手段５から受け取った上記の実際の制御値とにより、上記の操縦指示に関連する航空機のスレービング(追従)をなすスレービング・システム６とからなるタイプのものである。

従って、更に、上記のスレービング・システム６は、標準の方法で、
− 航空機の選択された操縦軸に作用でき、少なくとも１つの作動器８により制御される少なくとも１つの方向舵７と、
− 制御値と実際の制御値との間の差を０にすることができる指示を決定し、この指示をリンク１０を介して上記の方向舵７に送る手段９とを備える。

本発明によれば、装置１は、更に、リンク１２、１３および１４を介して上記の手段２、５および６に連結されている修正ユニット１１を備える、この修正ユニット１１は、図２に示されているように、
− 一方では、(上記のリンク１２に連結されているリンク１２Ａにより)上記の手段２から受け取った制御値と、他方では、(リンク１３を介して)上記の手段５から受け取った実際の制御値とに基づき、定義では、上記の制御値より、上記の実際の制御値により近い補助制御値を計算する手段１５と、
− リンク１２Ｂを介して上記のリンク１２に連結されている上記の手段２から受け取った制御値を監視する、以下に特記する手段１６であって、どのようなパイロット誘導振動、即ち、パイロットの制御部材３に対する操作とこの操作に対する航空機の応答との間の危険な誤った局面から生じる航空機の抑制されていない振動を検知することが可能になるようにこの監視がなされる。

更に、本発明によれば、上記のスレービング・ユニット６の上記手段９は、パイロット誘導振動が上記手段１６により検知されると、(上記の手段５により決定された)実際の制御値と(上記の手段１５により計算された)補助制御値とによりスレービングを行なうように形成されている。

よって、本発明による装置１はパイロット誘導振動が現れると直ぐ修正作動を行い、これにより上記のタイプの不安定な連携を防止し、よって特に安定な操縦を保つ。

補助制御値を計算し、この補助制御値をパイロット誘導振動の検知中スレービングに与えることにより、修正ユニット１１とスレービングユニット６とは、上記の計算された補助制御値が(定義では)、上記の制御値(パイロットの直接の指示)より、上記の実際の制御値により近いので、用いられた制御値と実際の制御値との間の誤った局面を最小化する。

よって、この誤った局面の最小化により上記の不安定の出現を阻止する。

更に、上記の補助制御値が、特に、上記の制御値に基づき(上記の手段１５により)決定され、よって(制御要素３を作動することにより)パイロットにより制御されている指示を考慮するので、本発明による装置１によって導入された修正は航空機の操縦を(少なくとも過剰には)乱さない。

本発明の枠内では、上記の操縦軸はロール軸、ピッチ軸あるいはヨー軸である。更に、本発明による装置１は、これらの操縦軸の幾つかにより同時に上記の修正を行なうことができることが考えられる。

(非制限的)図示のため、ロール操縦軸による操縦に関する本発明の特定の実施例が以下に提供されている。この場合、上記の操縦指示は毎秒あたりの度数で表されたロール率を示す。

更に、この場合、上記の補助制御値を計算するため、上記の手段１５は
− ロール率を示す上記の制御値に依存する値ΔＰを決定し、
− この値ΔＰと実際の制御ロール率を示す実際の制御値ｐとの積を計算し、
− この計算に基づき、
・ この積が０より大きければ、補助ロール率を示す補助制御値Ｐauxを以下の式

式中
＊ Ｋは所定のゲイン値を示し、
＊ Ｔは所定の時定数を示し、
＊ ｓはラプラス変換の特性変数を示す
により計算し、
・ 上記の積が０未満であれば、補助ロール率を示す補助制御値Ｐauxを以下の式

により計算する。この場合、上記の手段15は上記の値ΔPを以下の式

により決定するのが好ましい。

よって、本発明による装置1は、パイロット誘導振動がない時には操縦を妨げず、この場合航空機の操縦可能性を大きくは減少しない。

従って、本発明は、上記の補助制御値(例えば、補助ロール率Ｐaux)の生成と応用により、上記の制御値に対する非直線系作用で制御値(例えば制御ロール率Ｐ)と実際の制御値(例えば、実際の制御ロール率ｐ)との間での誤った局面を最小化する。

更に、本発明によれば、上記の手段１６は上記の手段２から生じる制御値Ｐの監視に基づきパイロット誘導振動を検知する。より正確に言えば、手段１６はパイロット誘導振動を、以下の２つの条件、
− ロール率を示す制御値Ｐが、２つの所定周波数ｆ1(例えば、ｆ1＝０.１２５Hz)とｆ2(例えば、ｆ2＝０.５Hz)間に在る周波数で＋ＮＩＶＰＩＯ、−ＮＩＶＰＩＯと＋ＮＩＶＰＩＯを連続して越え、制御部材３がＮＩＶＰＩＯより大きい値分、偏向する場合のみ法則を作用させるように制御部材３の目盛りの所定値をＮＩＶＰＩＯが示し、
− ロール率を示す制御値Ｐが、２つの所定周波数ｆ１とｆ２との間にある周波数で−ＮＩＶＰＩＯ、＋ＮＩＶＰＩＯと−ＮＩＶＰＩＯを連続して越える。

勿論、制御値Ｐが＋ＮＩＶＰＩＯから−ＮＩＶＰＩＯへトグル続ける限り、パイロット誘導振動は検知される。

図２に示されている、特定の実施例では、修正ユニット１１は更に、
− リンク１９を介して手段１６から受け取ったパラメータＫで(リンク１８により手段１５から受け取った)補助制御値Ｐauxを掛ける倍率器１７と、
− リンク２１を介して手段１６から受け取った係数(１−Ｋ)で(上記のリンク１２に連結されたリンク１２Ｃにより手段２から受け取った)制御値Ｐを掛ける倍率器２０と、
− リンク２３と２４とにより、それぞれ、上記の倍率器１７と２０に連結されており、これらの倍率器１７と２０とによりなされた掛算の合計を計算し、この合計をリンク１４を介して送る加算器２２とを備える。

この場合、上記の手段１６は、
− 上記の手段１６がそのパイロット誘導振動を検知せず、リンク１４によって送られ、スレービングを行なうため手段９により用いられる値が、パイロットによる制御部材３の作動を示す制御値Ｐに対応すると０であるＫ値を、
− 上記の手段１６がそのパイロット誘導振動を検知し、リンク１４によって送られ、補助制御値Ｐauxに対応すると１に等しいＫ値を送るように形成されている。この場合、手段9は、よって、この補助制御値Pauxに基づいてスレービングを行い、ついで、本発明による修正法則が作用する。

本発明による修正法則が所定時間Ｔ1(０から１までＫをトグル時間)の間作用しており、所定時間Ｔ２(０から１までＫをトグル時間)後完全に停止する。時間Ｔ１とＴ２とは修正法則の作用中および非作用中操縦を乱さないように固定されている。

本発明に係る装置の線図である。 本発明に係る装置の手段の特定の実施例の線図である。

符号の説明

１…航空機を操縦する装置、２…制御値を決定する第１手段、３…制御部材、５…実際の制御値を決定する第２手段、６…スレービングをなす第３手段、１５…補助制御値を計算する第４手段、１６…制御値を監視する第５手段。

Claims (10)

1. 航空機の少なくとも１つの操縦軸に従い航空機を操縦する方法であって、
   Ａ／ 上記の操縦軸に関連する操縦指示の値に対応する制御値が決定され、この制御値は、航空機のパイロットによる、航空機の少なくとも１つの制御部材(３)の作動を示し、
   Ｂ／ 航空機に実際に与えられた、上記の操縦指示の値に対応する実際の制御値が決定され、
   Ｃ／ 航空機に、上記の制御値と実際の制御値との差を、適宜、“０”にすることができる指示を与えることにより、上記の制御値と上記の実際の制御値とにより、上記の操縦指示に関連する航空機のスレービング(追従)がなされ、
   − 上記の制御値より、上記の実際の制御値により近い補助制御値が、上記の制御値と上記の実際の制御値とに基づき計算され、
   − パイロット誘導振動を検知させ得る上記の制御値の監視がなされ、
   − パイロット誘導振動が検知されると、工程Ｃ／でのスレービングが、上記の実際の制御値と上記の補助制御値とによりなされ、補助制御値に対するスレービングが第１の所定時間作用し、第２の所定時間後完全に停止することを特徴とする方法。
2. 上記の操縦軸がロール操縦軸に対応し、上記の操縦指示がロール率を示すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 上記の補助制御値を計算するため、
   − ロール率を示す制御値Ｐに依存する値ΔＰが決定され、
   − この値ΔＰと、実際の制御ロール率を示す実際の制御値ｐとの積が計算され、
   − この計算に基づき、
   ・ この積が０より大きければ、補助ロール率を示す補助制御値Ｐauxは以下の式
   

   

   式中
   ＊ Ｋは所定のゲイン値を示し、
   ＊ Ｔは所定の時定数を示し、
   ＊ ｓはラプラス変換の特性変数を示す
   により計算され、
   ・ 上記の積が０未満であれば、補助ロール率を示す補助制御値Ｐauxは以下の式
   

   

   により計算されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 上記の値ΔＰは以下の式
   

   

   により決定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. パイロット誘導振動は手段(１６)が以下の２つの条件、
   − ロール率を示す制御値Ｐが、２つの所定周波数間にある周波数で＋ＮＩＶＰＩＯ、−ＮＩＶＰＩＯと＋ＮＩＶＰＩＯを連続して越え、ＮＩＶＰＩＯが所定値を示し、
   − 上記の制御値Ｐが、上記の２つの所定周波数の間に在る周波数で−ＮＩＶＰＩＯ、＋ＮＩＶＰＩＯと−ＮＩＶＰＩＯを連続して越える
   の１つを満足すると検知されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 上記の操縦軸がピッチ操縦軸に対応することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 上記の操縦軸がヨー操縦軸に対応することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 少なくとも１つの操縦軸に従って航空機を操縦する装置であって、この装置(１)は、
   − 上記の操縦軸に関する上記操縦指示の値に対応する制御値を決定する第１手段(２)であって、この制御値は上記の航空機のパイロットによる、航空機の少なくとも１つの制御部材(３)の作動を示し、
   − 実際、航空機に与えられる、上記の操縦指示の値に対応する実際の制御値を決定する第２手段(５)と、
   − 上記の制御値と実際の制御値との差を、適宜、“０”にすることができる指示を航空機に与えることにより、上記の制御値と上記の実際の制御値とにより、上記の操縦指示に関連する航空機のスレービングをなす第３手段(６)とからなり、
   − 上記の装置(１)が、更に、
   ・ 上記の制御値より、上記の実際の制御値により近い補助制御値を、上記の制御値と上記の実際の制御値とに基づき計算する第４手段(１５)と、
   ・ パイロット誘導振動を検知させ得る上記の制御値を監視する第５手段(１６)と、
   − 上記の第５手段(１６)がパイロット誘導振動を検知すると、上記の実際の制御値と上記の補助制御値とにより上記のスレービングが第１の所定時間作用し、第２の所定時間後完全に停止するように、上記の第３手段(６)が形成されていることを特徴とする装置。
9. 請求項８に特記された装置(１)を備えることを特徴とする航空機。
10. 請求項１から７のいずれか１項に記載の方法を実施できる装置(１)を備えることを特徴とする航空機。

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