JP5259928B2

JP5259928B2 - 航空機の重量および／または重心位置を求める装置および方法

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Publication number: JP5259928B2
Application number: JP2006101327A
Authority: JP
Inventors: プラディエジャン−クレル
Original assignee: メシエ−ブガッティ−ドウティ
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2026-04-03
Also published as: FR2883967A1; EP1710547A1; BRPI0601260A; US20060243855A1; JP2006300932A; CA2540255A1; CA2540255C; US7484424B2; FR2883967B1; EP1710547B1

Description

本発明は、地上に駐機している時の航空機の重量や重心位置といった各種値の大きさを求める方法に関するものである。
本発明は特に、複数の着陸装置を介して地表に支持された航空機の重量および／または重心特性値を求める方法であって、少なくとも一つの構造要素を有する各着陸装置がそれを介して地表に伝えられる航空機の重量成分を関数として変化するストレスレベルを表す方法に関し、さらに下記段階を有している：
（ａ）各着陸装置毎に上記構造要素のストレスレベルを表す少なくとも一つのパラメータを測定する段階、
（ｂ）段階（ａ）で得た測定パラメータに従って固有値および／または重量を評価する段階。

従来公知の測定方法は、構造要素に加わる機械的ストレスを部材の材料のストレスを表す微量変位を弾性法則に従って測定して求めるものである。しかし、この方法は実施が難しいという欠点がある。すなわち、使用する測定手段は重く、および／または、既存の航空機の着陸装置に取付けるのは難しい。

本発明の目的は、航空機を重くせず、しかも、取付けが簡単な方法および手段を提供することにある。

本発明の方法の基本的特徴は上記段階（ａ）で測定される少なくとも一つのパラメータが着陸装置の構造要素の磁気特性または電気特性である点にする。

本発明の一実施例では、測定される磁気特性または電気特性が、構造要素を構成する材料の透磁率、導電率および誘電率から成る群の中から選択される特性である。
上記の磁気特性または電気特性はフーコー電流センサで測定するのが有利である。
段階（ｂ）は例えば段階（ａ）で測定したパラメータを関数として各着陸装置を介して地表に伝えられる航空機の重量成分を評価するサブ段階（ｂ１）とこのサブ段階（ｂ１）で評価された航空機の重量成分を関数として航空機の重心位置を求めるサブ段階（ｂ２）とで構成される。
この場合、各着陸装置を介して伝えられた航空機の重量成分は、段階（ａ）で測定した磁気特性または電気特性を関数とし、伝達関数を用いて評価する。

上記磁気特性または電気特性は単一方向に沿って測定するのが有利である。構造要素内のストレスレベルは、着陸装置を介して地表に伝えられる航空機の重量成分を関数として、上記単一方向に沿って変化する。
この場合、段階（ａ）で、所定の少なくとも一つの別の方向に沿って構造要素の磁気特性または電気特性を測定し、および／または、構造要素に加わる捻り力または剪断力に起因する磁気特性または電気特性の変化を測定し、これらの測定値を用いて段階（ｂ）で行う代表値の評価の精度を向上させることができる。

本発明の第２の観点から、本発明は複数の着陸装置を介して地表に支持された航空機の重量および／または重心位置の特性値を求める装置を提供する。本発明装置では各着陸装置が少なくとも一つの構造要素を有し、この構造要素は着陸装置を介して地表に伝えられる航空機の重量成分を関数として変化するストレスレベルを表す。各着陸装置は上記構造要素のストレスレベルを表すパラメータを測定するための少なくとも一つのセンサと、測定したパラメータを関数として上記特性値を決定するための手段とを有している。本発明装置の特徴は上記センサが代表パラメータとして着陸装置の構造要素の磁気特性または電気特性を測定する点にある。

本発明の有利な観点に従って、上記センサは構造要素を構成する材料の透磁率、導電率および誘電率から成る群の中から選択される磁気特性または電気特性を測定する。この磁気特性または電気特性を測定するセンサはフーコー電流センサであるのが好ましい。

本発明装置は、例えば各着陸装置を介して地表に伝えられる航空機の重量成分を、測定されたパラメータを関数として、評価する手段と、評価された航空機の重量成分を関数として航空機の重心位置を評価する手段とを有する。この場合、各着陸装置を介して伝えられる航空機の重量成分を求める手段は少なくとも一つの伝達関数を含む。

第３の観点に従って提供される航空機は、航空機の重量を支持し且つ地表に支持された複数の着陸装置と、上記特徴を有する航空機の重量および／または重心位置の特性値を求める装置とを有し、各着陸装置は少なくとも一つの構造要素を有し、この構造要素は上記着陸装置を介して地表に伝えられる航空機の重量成分を関数として変化するストレスレベルを表す。
本発明の上記以外の特徴および利点は添付図面を参照した以下の説明からより良く理解できよう。しかし、本発明が下記の実施例に限定されるものではない。

［図１］は地上に駐機している航空機の重量および重心位置を求めるための測定装置を備えた航空機を示している。航空機は一般には飛行機である。この測定装置は航空機を支持する各着陸装置間の重量分布も求めることができるようになっている。

飛行機の場合、上記測定装置は飛行機が地上に駐機している時またはゆっくりと移動している時に測定を行なう。飛行機は一般に操縦室と客室とを区画する縦方向に長い胴体Ｃと、この胴体Ｃの両側に取付けられた２つの主翼（Ａ）と、飛行機の下側に配置された３つの着陸装置１とを有している。前方着陸装置は飛行機の胴体Ｃの前方部分の下側に配置され、２つの後方着陸装置は２つの主翼（Ａ）の下側にそれぞれ配置されている。飛行機は３つの着陸装置１で地表に支持され、各着陸装置は飛行機の重量の一成分を支持し、その重量を地表に伝える。

［図２］［図３］［図５］から分かるように、各着陸装置１は上端４が胴体に枢着された垂直支柱２と、この垂直支柱２の胴体とは反対側下端に剛体固定された縦方向ビーム６と、この縦方向ビーム６に横方向から取付けられた３つの車軸８とを有している。各着陸装置はさらに、車軸８の両端に取付けられた合計で６つの車輪１０を有し、着陸装置はこれらの車輪１０を介して地表に支持されている。

上記縦方向ビーム６、車軸８または支柱２のような着陸装置の構造要素は着陸装置１が支持した飛行機の重量成分の関数で変化する機械的ストレスレベルを示す。特に、所定の横方向ストレスレベルは着陸装置１が支持した飛行機の重量成分の関数である。

各着陸装置で航空機の重量および／または重心位置を求める装置は、着陸装置の構造要素（この場合には車軸８）中での横方向所定方向に沿ったストレスレベルを表すパラメータの測定装置１１と、測定パラメータを関数として重量および重心位置を求める計算手段１３とを有している。

上記の測定パラメータは構造要素を構成する材料の透磁率、導電率または誘電率の中から選択される着陸装置の構造要素の磁気特性または電気特性である。
本発明の特に有利な方法（図４参照）では、測定装置１１は電流発生器１４と、この電流発生器１４から給電される一次回路１６と少なくとも一つの二次回路１８とを備えたフーコー電流センサ（以下、センサ）１５と、上記二次回路１８の端子の電圧を測定する手段２２とを有している。

上記センサ１５は測定すべき構造要素の表面に貼り付けられて配置される。電流発生器１４は所定周波数の電流Ｉで上記センサ１５の一次回路１６を励起する。電流発生器１４によって一次回路１６が励起されると電流Ｉの分布（従って一次回路の幾何形状）に依存する所定の空間分布を有する磁界が発生する。この一次磁界によって構造要素内に誘導電流が生じ、この誘導電流すなわちフーコー電流が二次磁界を発生させる。この二次磁界は時間とともに変化する分布を有し、二次磁界を発生させた一次磁界の変化に逆らうように分布する。

構造要素に生じる誘導電流の強度と浸透深さは下記パラメータに依存する：
（１）材料の物理的特性（導電率σおよび透磁率μ）、
（２）センサの動作周波数、
（３）材料内部の欠陥の存在、
（４）材料の幾何形状、
（５）材料と誘導電流との間のカップリングの品質。

浸透深さδは下記式によって数学的に表すことができる：

センサ１５の二次回路１８は磁界の変化に感応し、この変化は構造要素に加わる機械的ストレスの変化に起因する。材料の欠陥およびその幾何形状に起因する磁界の変化はセンサ１５の較正で補償される。すなわち、本発明装置では下記の３つの較正を行う：
（１）ゼロ（最小ストレス）およびフルスケール（最大ストレス）での着陸装置および航空機の初期較正、
（２）各飛行前に行うゼロ較正、
（３）５年毎のゼロおよびフルスケールでの航空機の計量。

磁界の変化によって生じる誘導電流がセンサ１５の二次回路を流れるようにする。この二次回路の端子の電圧変化が磁界の変化の関数である。
計算手段１３は着陸装置毎に第１モジュール１３１と、第１メモリ１３２と、第２モジュール１３３とを有している。第１モジュール１３１は、対応するセンサ１５の一次回路１６を流れる電流強度Ｉと同じセンサ１５の二次回路１８の端子で得られる電圧Ｖとを関数として、インピーダンスＺ＝Ｖ／Ｉを評価する。第１メモリ１３２は電気インピーダンスＺのモードおよび位相を関数とした構造要素の磁気特性または電気特性を記憶している。第２モジュール１３３は第１モジュール１３１およびメモリ１３２の内容によって決まるインピーダンスＺを関数とした着陸装置の構造要素の磁気特性または電気特性を決定する。

計算手段１３は第３モジュール１３４と第４モジュール１３５とをさらに有している。第３モジュール１３４は第２モジュール１３３が決定した磁気特性または電気特性μｉを関数として各着陸装置に支持された飛行機の重量の一成分Ｐｉを決定する。第４モジュール１３５は第３モジュール１３４が計算した上記一成分Ｐｉを関数として飛行機の重心位置と飛行機の全重量とを決定する。
計算手段１３は航空機の重量および重心位置を求める装置用の特定コンピュータで構成するか、航空機の別のコンピュータと一体化することができる。

一般に、各着陸装置は所定方向に沿った構造要素の磁気特性または電気特性を測定するために２つのセンサ１５を備えているということは理解できよう。
［図５］に示すように、２つのセンサ１５は縦方向ビーム６または車軸８に沿った方向で種々の位置に配置できる。

変形例では、各着陸装置には所定方向に沿った磁気特性または電気特性を測定するセンサ以外の他の複数のセンサを設けることができる。これらのセンサは他の方向に沿った磁気特性または電気特性を測定するか、および／または、捻り力や剪断力に起因する上記磁気特性または電気特性の変化を測定する。こうした力は飛行機の重量によって構造要素に与えられる。これらから得られた測定値は所定の横方向に沿った磁気特性または電気特性の測定値を修正するために用いられる。この修正は、所定方向に沿った磁気特性または電気特性を測定するセンサ１５が上記所定方向だけでなくその他の方向に沿ってもストレスを受ける領域に配置する場合には特に有用である。

以下［図６］を参照して飛行機の重心位置を決定する方法を説明する。
先ず最初に、第１段階（ａ）で、飛行機の各着陸装置毎に測定装置１１を用いてその着陸装置の構造要素の磁気特性または電気特性μｉを所定方向に沿って測定する。そのためにはセンサ１５の一次回路１６を励起してそのセンサ１５の二次回路１８の端子の電圧を測定する。

次に、インピーダンスＺ＝Ｖ／Ｉを評価する。このインピーダンスはその位相ＡｒｇＺとその係数（モジュール）｜Ｚ｜とによって特徴付けられる。計算手段１３が計算する電気インピーダンスの係数および位相を関数として求める構造要素の磁気特性または電気特性μｉを決定する。

必要に応じて、段階（ａ’）で他の方向に沿った磁気特性または電気特性を測定するか、捻り力または剪断力に起因する磁気特性または電気特性の変化を測定するセンサで測定した他の測定値に従って上記特性値μｉを修正する。
次の第２段階（ｂ）では、段階（ａ）で測定した飛行機の各着陸装置の構造要素の磁気特性または電気特性（μ₁、μ₂、…、μ_n）を関数として、飛行機の重心位置を評価する。この段階（ｂ）は２つのサブ段階に分けられる。その第１のサブ段階（ｂ１）では段階（ａ）で測定した磁気特性または電気特性を関数として各着陸装置を介して地表に支持された飛行機の重量成分Ｐｉを評価し、その第２のサブ段階（ｂ２）では第１のサブ段階（ｂ１）で評価された飛行機の重量成分を関数として飛行機の重心位置Ｃｇを決定する。

各着陸装置によって伝えられた航空機の重量成分Ｐｉは、段階（ａ）で測定した磁気特性または電気特性μ_iを関数として、一つまたは複数の伝達関数を用いて評価する。この伝達関数は所定のものであり、計算手段１３の第２メモリ１３６に記憶しておく（図４）。この伝達関数では、着陸装置上の飛行機重量分布の評価の最終精度が向上するように、一定数のパラメータ、例えば気象パラメータ、滑走路の傾斜または飛行機の予測軌道を考慮する。

変形例では伝達関数の代わりにテーブルまたはマッピングを用いる。
飛行機の各着陸装置が支持している重量が分れば、各着陸装置が支持している重量を加算するだけで極めて簡単に飛行機の全重量Ｐを求めることができる。
次に、飛行機の重心位置を決定する。実際には各着陸装置が支持している飛行機の全重量の一成分に対応する重量を３つの着陸装置に割り当てすることで簡単な式で重心位置が計算できる。飛行機の重心の縦方向位置Ｃｇｌは下記式で表される：

（ここで、ｌｉは各着陸装置ｉの縦方向位置、Ｐｉは着陸装置ｉが支持している飛行機の全重量の一成分である）

飛行機の重心の横方向位置は下記式で表される：

（ここで、ｔｉは各着陸装置ｉの横方向位置を表す）

上記方法および装置は多くの利点があることがわかる。
上記装置は飛行機の重心位置を極めて簡単かつ連続的に決定できる。これは大容量輸送機、特に貨物輸送機の場合に特に有利である。事実、飛行機のオーバーローディングまたはパレット位置決め不良によって飛行中または離陸時の飛行機の空気力学的挙動が変わることがある。上記装置を用いることで搭載重量およびそのセンタリングを最適化でき、これらを飛行機の運転制限値内に維持することができる。

輸送される質量の分布が均一でない場合、本発明装置を用いることで質量分布をリアルタイムで検出し、その分布を機上で修正することができる。さらに、本発明装置にを用いることで航空機の重量を連続的に知ることができ、それを航空機の認可された運行制限値内に維持することができる。
本発明は３つ以上の着陸装置、例えば５つの着陸装置を有する飛行機にも適用できるということは理解できよう。
同様に、各着陸装置は３本以外の車軸、例えば１本または２本の車軸を有することができ、従って６つ以外の車輪、例えば２つまたは４つの車輪を有することもできる。

飛行機の重量および／または釣合い特性値を求めるための本発明装置を備えた飛行機の斜視図。本発明装置のセンサを示す、図１の飛行機の着陸装置の一部分の縦方向に沿った簡略図。横垂直平面内での図２の着陸装置の断面図。本発明装置のブロック図。センサの各種取付け可能性を示す図２、図３に示す着陸装置の平面図。図４の装置を用いて航空機の重量と重心位置を求める方法の各段階を示す論理図。

Claims

複数の着陸装置（１）を介して地表に支持された航空機の重量および／または重心の特性値を求める方法であって、
各着陸装置（１）は、それを介して地表に伝えられる航空機の重量の一成分（Ｐｉ）を関数として変化するストレスレベルを示す少なくとも一つの構造要素（６、８、２）を有し、
各着陸装置（１）毎に上記構造要素のストレスレベルを表す少なくとも一つのパラメータを測定する段階（ａ）と、段階（ａ）で得た測定パラメータに従って固有値および／または重量を評価する段階（ｂ）とを有し、
上記段階（ａ）で測定される少なくとも一つのパラメータは着陸装置（１）の構造要素（６、８、２）の磁気特性または電気特性であり、
上記段階（ａ）で、構造要素（６、８、２）の磁気特性または電気特性を、構造要素（６、８、２）のストレスレベルが着陸装置（１）を介して地表に伝えられる航空機の重量の一成分（Ｐｉ）を関数として変化する方向で測定し、
上記段階（ａ）で、上記方向とは異なる他の方向に沿った構造要素（６、８、２）の磁気特性または電気特性を測定し、および／または、構造要素（６、８、２）に加わる捻り力または剪断力に起因する磁気特性または電気特性の変化を測定し、
上記で得られた測定値を用いて上記段階（ｂ）で行う評価の精度を向上させる、
ことを特徴とする方法。
測定する磁気特性または電気特性が、構造要素（６、８、２）を構成する材料の透磁率（μ）、導電率（σ）および誘電率から成る群の中から選択される一つの特性である請求項１に記載の方法。
磁気特性または電気特性をフーコー電流センサ（１５）によって測定する請求項１または２に記載の方法。
各着陸装置（１）を介して地表に伝えられる航空機の重量の一成分（Ｐｉ）を評価するサブ段階（ｂ１）と、このサブ段階（ｂ１）で評価された航空機の重量の一成分（Ｐｉ）を関数として航空機の重心位置を求めるサブ段階（ｂ２）とを有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
各着陸装置（１）を介して伝えられる航空機の重量の一成分（Ｐｉ）を、段階（ａ）で測定された磁気特性または電気特性を関数として、伝達関数を用いて評価する請求項４に記載の方法。
各着陸装置（１）がそれを介して地表に伝えられる航空機の重量の一成分（Ｐｉ）を関数として変化するストレスレベルを示す少なくとも一つの構造要素（６、８、２）を有し、各着陸装置（１）が上記構造要素のストレスレベルを表すパラメータを測定するための少なくとも一つのセンサ（１５）と、測定したパラメータを関数として固有値を決定する手段とを備えている、複数の着陸装置（１）によって地表上に支持された航空機の重量および／または重心特性値を求める装置において、
上記センサは着陸装置（１）の構造要素（６、８、２）の磁気特性または電気特性を代表パラメータとして測定し、上記の航空機の重量および／または重心特性値を下記の（Ａ）〜（Ｃ）に従って求めることを特徴とする装置：
（Ａ）上記構造要素（６、８、２）の上記磁気特性または電気特性を、構造要素（６、８、２）のストレスレベルが着陸装置（１）を介して地表に伝えられる航空機の重量の一成分（Ｐｉ）を関数として変化する方向で測定し、
（Ｂ）さらに、上記方向とは異なる他の方向に沿った構造要素（６、８、２）の磁気特性または電気特性を測定し、および／または、構造要素（６、８、２）に加わる捻り力または剪断力に起因する磁気特性または電気特性の変化を測定し、
（Ｃ）上記（Ｂ）で得られた測定値を用いて上記（Ａ）で行う評価の精度を向上させる。
上記センサが構造要素（６、８、２）を構成する材料の透磁率（μ）、導電率（σ）および誘電率から成る群の中から選択される磁気特性または電気特性を測定する請求項６に記載の装置。
磁気特性または電気特性を測定する上記センサ（１５）がフーコー電流センサである請求項６または７に記載の装置。
測定されたパラメータを関数として各着陸装置（１）を介して地表に伝えられる航空機の重量の一成分（Ｐｉ）を評価する手段と、評価された航空機の重量の一成分を関数として航空機の重心位置を評価する手段とを有する請求項６〜８のいずれか一項に記載の装置。
各着陸装置によって伝えられる航空機の重量の一成分（Ｐｉ）を決定する手段が少なくとも一つの伝達関数を含む請求項９に記載の装置。
地表上に航空機の重量を支持する複数の着陸装置（１）と、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の航空機の重量および／または重心特性値を求める装置とを有し、各着陸装置（１）がそれを介して地表に伝えられる航空機の重量の一成分（Ｐｉ）を関数として変化するストレスレベルを表す少なくとも一つの構造要素（６、８、２）を有することを特徴とする航空機。