JP5256218B2 - 航空機を誘導する方法、航空機を管理する方法、及び、航空機管理システム - Google Patents
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Description
この態様は、本発明の第1態様にしたがって計算することができる連続降下進入飛行計画の実施に関するものである。連続降下進入を飛行中に、航空機の高度が一般条件(風速及び方向等の)により変動しようとするときに、空気力学的飛行経路角が維持される。
この方法は、すなわち、空気力学的飛行経路角の変更を可能にすることを含み得る航空機の高度を調節することによって、現在好まれている一定の対気速度を維持する制御法則と対照されるべきである。
上記システムを位置させることができる場所については、いくらか融通が利く。本発明の第3態様による航空機管理システムは空港に位置すると考えられる。例えばこのシステムは空港の航空交通管制施設に付随のものとすることができる。したがって、空港は共通対地速度を決定することと、この情報を到着する航空機に対して入手可能にする責任がある。
連続降下進入の飛行を実行する第2態様による航空機ナビゲーションシステムが、航空機内に位置するべきであることは明らかに理にかなったことである。
及び
WTODが降下開始点におけるその航空機のタイプの通常の重量であり、ρTODが降下開始点における空気密度、Sがその航空機のタイプの翼面積、そしてCL(MP)がその航空機のタイプの最大予測可能性が得られる最適揚力係数である下記式、
にしたがって、各航空機のタイプに対して対地速度VGを計算するように構成可能である。
が成り立ち、Mが速度(マッハ数)、Tが推力、Wが航空機の重量、CL*が航空機のタイプに対する最も効率的な揚力係数である下記式、
から、最大予測可能性CL(MP)が得られる最適揚力係数を計算することによって、各航空機のタイプの最大予測可能性が得られる最適揚力係数を決定するように構成することができる。CL*は、CD0とCD2が放物線揚抗特性の通常の係数である下記式、
から計算することができる。空気力学極性のより細かいモデルの同等公式は直接的に導出される。
本発明はまた、上述した航空機ナビゲーションシステム全てを備える航空機にも拡大適用される。
上述した方法の他の任意の特徴は添付の請求項に規定されている。
本発明をさらに明示するために、添付の図面を参照しながら例示目的のみの好適な実施形態をここで説明する。
式(1)
が成り立ち、ここでAは変数であり、CL*は考察対象の特定の航空機の最も効率的な揚力係数である。
揚抗特性が準定常、非圧縮性及び放物型であり、係数CD0とCD2が通常の方法で定義されると仮定すると、CL*は
式(2)
から求められる。
この式は航空機の抵抗の他のモデルへの使用に簡単に汎用化できる。
式(3)
ここでMはマッハ数、Tは推力、そしてWは重量を表し、全ての値は航空機に関連する。所定のアイドリング状態での、又はアイドリングに近い状態での降下を実施している最中は、変数Aはほぼ一定に保たれるため、特定の飛行機全てに対して得た最適揚力係数CL(MP)は降下中一定に保たれる。この係数CL(MP)を維持するために積極的に航空機を制御することはしないが、それにも関わらず、揚力係数CLはこの最適値CL(MP)付近に保たれることになるため、制御法則にしたがって連続降下進入を行うことは有利であることが分かった。この事実により、一定の降下率を使用する連続降下進入は有望な候補からはずされる。これは、一定の揚力係数を維持するための一定の降下率には、推力がアイドリング状態に設定されている場合、ほぼ一定の真対気速度VTASが要求されるため、揚力係数が必然的に漸進的に変化するという矛盾する結果につながるためである。
したがって、既定の空気力学的飛行経路角γTASに従うように航空機を制御しながら連続降下進入を行うことで、最も一貫した飛行時間が得られる。その結果、航空機同士の間隔をさらに均一化することができる。これは、航空機同士の間隔をより狭くすることができることを意味し、有利である。
(特定の航空機全ての)最適な空気力学的飛行経路角γTASは、風、風勾配、航空機の重量及び気温と気圧等の大気状態等の他の飛行パラメータによっても変化する。これらの変数のうち幾つかは、連続降下進入ごとに変化するため、各連続降下進入に対する最適角γTASを決定する必要がある。この最適角γTASは、空港において特定の航空機全てに対して計算された後に、降下開始点において飛行すべき対地速度とともに到着する航空機に供給することができる。あるいは、機内で供給された対地速度VG TODに基づいて最適角γTASを計算することもできる。いずれの場合においても、最適角γTASを自動的に決定することができる、又は(例えばパイロットがデータ表を調べる等)手動で決定することができる。空気力学的飛行経路角γTASと上述した飛行パラメータの関係を示す関数も入手可能である。あるいは、空気力学的飛行経路角γTASの表を供給して、航空機のタイプ、航空機の重量、風、風勾配、及び大気状態の特有の組み合わせに対して調べることができるようにすることが可能である。これらの関数又は表は、機内のコンピュータ、パイロット、空港内のコンピュータ又は空港職員が使用するために入手可能にすることができる。
式(4)
から計算することができる。
この対気速度VTAS TODは、降下開始点における風速VWIND TOD、すなわち
式(5)
を使用して対地速度VG TODに簡単に変換することができる。
このようにしてその航空機のタイプの対地速度VG TODが求められ、これにより最適揚力係数CL(MP)が得られる。このプロセスは、その空港の使用が周知である全ての航空機のタイプに対して繰り返される。異なる対地速度は、一つの航空機のタイプの異なる改良型に対して(例えば、ボーイング777−200及び777−300、又は777−200、777−200ER及び777−200LRに対しても)、求めることができる。したがって、各特定の航空機のタイプに対して、対地速度VG TODを含む一連の対地速度が求められる。
10では、航空機は目的地から、通常空港に付随する航空交通管制官から降下開始位置を受信する。降下開始位置は位置と、例えば1万フィート等の高度を特定する。あるいは、航空機のパイロットはこの情報をすでに知っている。例えば、このパイロットにはどの滑走路に着陸するかが知らされており、パイロットが例えばフライトバッグからその滑走路に付随する降下開始位置を参照することができる。
この実施形態では、指定される対地速度VG TODは全ての航空機に対して同じであり、降下中は同様の速度履歴を確実に得ることができるため、航空機同士の間隔を最小限に保つことができる。対地速度VG TODは上述したように計算することができる。
16では図3に示すように、降下開始位置5に到達し、連続降下進入を開始する。航空機のエンジンは、航空機が巡航形態にあるときに、アイドリング状態又はアイドリングに近い状態に設定される。航空機4は計算された空気力学的飛行経路角γTASに合わせて、機首を下げる。この区域では、航空機周辺の変化する風に対して一定の飛行経路角γTASを維持するのに航空機の制御面を使用する航空機のオートパイロットの制御下で飛行する可能性が最も高い。オートパイロットを用いて航空機を制御する能力は周知であり、
本明細書ではこれ以上説明しない。あるいは、この区域では、空気力学的飛行経路角γTASを維持することができるように航空機からパイロットに指示が送られることが考えられるが、手動で飛行することが可能である。
20では水平飛行を、22でグライドパスを遮るまで継続する。航空機はこの時点で、目的地に着陸するためにILSを利用して最終進入を行う。
燃料の消費を最小限にする連続降下進入は、一万フィートと二千フィートの間に揚力係数CLが最大効率の揚力係数CLとほぼ等しく維持される速度232KCAS及び幾何学的飛行経路角γ=−3.32度で行われる。この進入においても、降下後に飛行機が180KCASまで減速するアイドリング状態で水平飛行する短い区間がある。
加えて、シミュレーションを同じ条件だが15ノットの向かい風を設定して行い、風がある場合とない場合(△t)の飛行時間の差を、各連続降下進入の予測可能性の度合いの測定値として表1に示す。このデータによると、最大予測可能性をもたらす連続降下進入の性能は、騒音削減及び燃料節約の観点において最適値に近いまま保たれ、飛行時間への悪影響はわずかである。航空会社の利益に関連する飛行時間は、予測可能性の利点によって大幅に補正されるはずである。
また、本発明は以下に記載する態様を含む。
(態様1)
揚力係数の変動が最小限となる連続降下進入中は空気力学的飛行経路角(γ TAS )を維持するように航空機(4)を誘導するステップを含む、航空機のエンジンをほぼアイドリング状態に設定して連続降下進入を実行する航空機の飛行計画の一部を飛行するように航空機(4)を誘導する方法。
(態様2)
規定の降下開始高度を規定の対地速度(14)で飛行するように航空機を誘導し;規定の降下開始位置において、航空機のエンジンがほぼアイドリング状態に設定されるように調整し、トリムを調節して空気力学的飛行経路角(16)を導入するように航空機を誘導し;そして、連続降下進入中に、航空機が空気力学的飛行経路角を確実に維持するように航空機を誘導するステップを含む、態様1に記載の方法。
(態様3)
航空機が規定の降下終了高度又は規定の降下終了位置に到達したときに、航空機が確実に水平飛行に入り、これを維持するように航空機を誘導するステップを含む、態様2に記載の方法。
(態様4)
エンジンがアイドリング状態に維持されるように調整して、航空機を規定の対気速度(18)まで減速させるステップを含む、態様3に記載の方法。
(態様5)
目的地までのグライドパスを遮る(20)まで、航空機が水平飛行を維持するように誘導するステップを含む、態様3に記載の方法。
(態様6)
航空機のエンジンがほぼアイドリング状態に設定されているときに、連続降下進入を行う航空機の飛行計画の一部を計算する方法であって、飛行計画の降下部分を飛行中に維持されるべき空気力学的飛行経路角(γ TAS )を決定して、飛行計画の降下部分を飛行中にこの角度を維持することによって、揚力係数の変動を最小限にするステップを含む方法。
(態様7)
空気力学的飛行経路角を決定するシミュレーションを実行するステップを含む、態様6に記載の方法。
(態様8)
降下開始高度、降下開始点において飛行すべき目標対地速度、航空機のタイプ、航空機の重量、風速、風勾配、大気圧及び大気温度のうちの一以上の入力値を使用してシミュレーションを実行するステップを含む、態様7に記載の方法。
(態様9)
空気力学的飛行経路角と飛行パラメータの関係を示すデータ表を参照して空気力学的飛行経路角を決定するステップを含む、態様8に記載の方法。
(態様10)
飛行パラメータが、降下開始高度、降下開始点において飛行すべき目標対地速度、航空機のタイプ、航空機の重量、風速、風勾配、大気圧及び大気温度のうちの一以上を含む、態様9に記載の方法。
(態様11)
シミュレーションを実行して空気力学的飛行経路角を決定することによって表を作製する、態様9に記載の方法。
(態様12)
降下開始高度、降下開始点において飛行すべき目標対地速度、航空機のタイプ、航空機の重量、風速、風勾配、大気圧及び大気温度のうちの一以上の入力値を使用してシミュレーションを実行するステップを含む、態様11に記載の方法。
(態様13)
降下開始の位置を受信し、この位置を飛行計画の降下部分の開始点として使用するステップを含む、態様6に記載の方法。
(態様14)
降下終了の位置を受信し、この位置において飛行計画の降下部分を終了するステップを含む、態様13に記載の方法。
(態様15)
コンピュータ上で実行した時にコンピュータに態様6の方法を実施させるコンピュータプログラムが入ったコンピュータ可読媒体。
(態様16)
空港へ飛行すると予想される航空機のタイプを決定し(1);各航空機のタイプに対して、連続降下進入の飛行時間の最大予測可能性が得られる最適揚力係数と、連続降下進入中に航空機によって維持されるべき結果的な空気力学的飛行経路角(γ TAS )を決定し(2);そして、連続降下進入の降下開始点において、航空機が飛行すべき共通対地速度を計算する(3)ステップを含み、共通対地速度が航空機のタイプに応じて決定された最適揚力係数を使用して計算される、空港への連続降下進入を行う航空機を管理する方法。
(態様17)
共通対地速度を計算するステップが、各航空機のタイプの対地速度をそれぞれ特有のタイプに関連する最適揚力係数を使用して決定し、各航空機のタイプに対して決定した対地速度の平均値に基づいて共通対地速度を計算するステップを含む、態様16に記載の方法。
(態様18)
共通対地速度を計算するステップが、各航空機のタイプに対して決定した対地速度の加重平均を、その航空機のタイプが飛行すべき連続降下進入の予想される比率に基づいて計算するステップを含む、態様17に記載の方法。
(態様19)
V wind が降下開始点の風速である下記式、
及び
W TOD が降下開始点におけるその航空機のタイプの通常の重量であり、ρ TOD が降下開始点における空気密度、Sがその航空機のタイプの翼面積、そしてC L (MP)がその航空機のタイプの最適揚力係数である下記式、
にしたがって、各航空機のタイプの対地速度V G を計算するステップを含む、態様17に記載の方法。
(態様20)
共通対地速度を計算するステップが、異なる航空機のタイプに対して計算される最適揚力係数から最適揚力係数の平均値を決定し、この最適揚力係数の平均値を使用して共通対地速度を決定するステップを含む、態様16に記載の方法。
(態様21)
各航空機のタイプの最適揚力係数を決定するステップが下記式
が成り立ち、Mが速度(マッハ数)、Tが推力、Wが航空機の重量、C L* がその航空機のタイプの最も効率的な揚力係数であり、C D0 とC D2 が空気力学的放物線揚抗特性の通常の係数である下記式
から、最適揚力係数C L (MP)を計算するステップを含む、態様16に記載の方法。
(態様22)
C D0 とC D2 が空気力学的放物線揚抗特性の通常の係数である下記式
からC L* を計算するステップを含む、態様21に記載の方法。
(態様23)
連続降下進入を開始する前に、空港へ進入する航空機に共通対地速度を送るステップを含む、態様16に記載の方法。
(態様24)
空港へ飛行すると予想される航空機のタイプを決定し(1);各航空機のタイプに対して、連続降下進入の飛行時間の最大予測可能性をもたらす最適揚力係数と、連続降下進入中に航空機によって維持されるべき結果的な空気力学的飛行経路角(γ TAS )を決定し(2);そして、連続降下進入の降下開始点において航空機が飛行すべき、全ての航空機のタイプに適用可能な共通対地速度を計算する(3)ように構成され、共通対地速度が航空機のタイプに応じて決定された最適揚力係数を使用して計算される、空港への連続降下進入を行う航空機を管理するのに使用される航空機管理システム。
(態様25)
航空機のエンジンがほぼアイドリング状態に設定されている連続降下進入を行う航空機の飛行計画の一部を計算する航空機ナビゲーションシステムであって、飛行計画の降下部分を飛行中に維持すべき空気力学的飛行経路角(γ TAS )を決定して、飛行計画の降下部分を飛行中にこの角度を維持することによって、揚力係数の変動を最小限にするシステム。
(態様26)
連続降下進入に沿って航空機を誘導するよう更に構成された態様25に記載の航空機ナビゲーションシステムであって、連続降下進入中に空気力学的飛行経路角(γ TAS )を維持するように航空機(4)を誘導するシステム。
Claims (5)
- 航空機のエンジンをほぼアイドリング状態に設定して連続降下進入飛行するように航空機を誘導する方法であって、
航空機の速度(マッハ数)M、推力T、航空機の重量W、及び、抗力係数に基づいて、揚力係数C L (MP)を決定するステップと、
降下開始点における風速V wind 、降下開始点における空気密度ρ TOD 、航空機の重量W TOD 、航空機の翼面積S、及び、前記揚力係数C L (MP)に基づいて、降下開始点における航空機の対地速度を決定するステップと、
降下開始点における前記対地速度に基づいて、前記航空機の飛行経路と制御面との間の角度である空気力学的飛行経路角(γTAS)を決定するステップと、
連続降下進入の間、空気力学的飛行経路角(γTAS)を維持するステップと、
航空機が規定の降下終了高度又は規定の降下終了位置に到達したときに、水平飛行を維持するように航空機を誘導するステップと、
を含む、方法。 - 空港への連続降下進入を行う航空機を管理する方法であって、
空港へ飛行すると予想される航空機のタイプを決定するステップと、
各航空機のタイプごとに、航空機の速度(マッハ数)M、推力T、航空機の重量W、及び、抗力係数に基づいて、揚力係数C L (MP)をそれぞれ決定するステップと、
降下開始点における風速V wind 、降下開始点における空気密度ρ TOD 、各航空機のタイプごとの航空機の重量W TOD 、各航空機のタイプごとの航空機の翼面積S、及び、各航空機のタイプごとの前記揚力係数C L (MP)に基づいて、降下開始点における、空港へ飛行すると予想される航空機に共通の対地速度を計算するステップと、
降下開始点における前記共通の対地速度に基づいて、前記航空機の飛行経路と制御面との間の角度である空気力学的飛行経路角(γ TAS )を決定するステップと、を含む、方法。 - 前記共通の対地速度を計算するステップが、各航空機のタイプごとに、対地速度をそれぞれ揚力係数を使用して決定し、各航空機のタイプごとの対地速度の平均値に基づいて、前記共通の対地速度を計算するステップを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記共通の対地速度を計算するステップが、各航空機のタイプごとの揚力係数の平均値を決定し、前記揚力係数の平均値を使用して前記共通の対地速度を決定するステップを含む、請求項2に記載の方法。
- 空港へ飛行すると予想される航空機のタイプを決定し、
各航空機のタイプごとに、航空機の速度(マッハ数)M、推力T、航空機の重量W、及び、抗力係数に基づいて、揚力係数C L (MP)をそれぞれ決定し、
降下開始点における風速V wind 、降下開始点における空気密度ρ TOD 、各航空機のタイプごとの航空機の重量W TOD 、各航空機のタイプごとの航空機の翼面積S、及び、各航空機のタイプごとの前記揚力係数C L (MP)に基づいて、降下開始点における、空港へ飛行すると予想される航空機に共通の対地速度を計算し、
降下開始点における前記共通の対地速度に基づいて、前記航空機の飛行経路と制御面との間の角度である空気力学的飛行経路角(γ TAS )を決定する、
空港への連続降下進入を行う航空機を管理するのに使用される航空機管理システム。
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