JP5543478B2 - 航空機への乱流の影響を減衰させる方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、航空機への乱流の影響を減衰させる方法および装置に関する。

本明細書では、従来技術または本発明に関するいくつかの要素は、航空機座標系という航空機に関する空間座標系の中で記載される。本明細書において、この航空機座標系は、通常通り、航空機の縦方向と、航空機の横方向と、第３方向、すなわち、少なくとも飛行中は重力によって規定される地球座標系の「鉛直方向」と一致するとは限らないが、従来の鉛直方向という他の２つの方向に垂直な方向と、によって規定される。対象となる座標系に関して不確かな場合、地球座標系の「鉛直方向」は、重力方向を意味する。

さらに、「風」という用語は、所定の地点における空気の平均の動き（層流）と乱流とを重ね合わせた結果であるその地点の空気の動きの総計を示す。乱流は、複雑で不規則な動きを有する撹拌で、絶えず変化する。

乱流は、航空機に有害な影響を及ぼす。特に、乱流によって、例えば、キャビン中の物体や乗客を移動させることがある航空機の鉛直方向の加速、特に他の航空機と衝突するリスクを引き起こすことがある高度レベルの変動、翼群への過剰な荷重、大回転の瞬間、キャビンの中での不安な感覚などが誘発される。

特に、以下の３つのタイプの乱流によって、航空機に関する問題が引き起こされる。
−ウィンドシアから生じる晴天乱気流。この対流でない乱流は、ほとんどの場合、山地の上空で、より多くの場合、冬に、ジェット気流に近い高い高度で出現する。
−雲の中、または、雲の近くに出現する対流の乱流。非常に激しい乱流は、嵐雲中で発生することがあり、１０ｍ／ｓの数倍に達することがある逆方向の鉛直方向の気流が同時に起きる。これらの現象は、局所的であり、一般に（雲の存在によって）目に見える。
−航空機の航路で生じる、後方乱気流。重い航空機によって生成された渦は、より軽い航空機上で大回転の瞬間を誘発することがある。

これらの乱流によって、翼群への荷重が増大するので、航空機構造体の補強が必要となる。この結果、これらは航空機の重量に影響する。また、乱流によって航空機構造体を疲弊させるので、この事実によって、耐用年数が制限されたり、あるいは、航空機の構造体および設備機器の点検を頻繁に行う必要があるため、少なくとも運用上の利益率が減少したりする。また、何よりも、乱流は、致命的事故以外で乗客が負傷する主な原因である。

したがって、乱流を検出および測定し、対応する救済措置を実現することは、高額の賭事である。

補助翼、フラップ、スポイラ、スラット、昇降舵、方向舵、エレボンなどを制御する航空機の操縦翼面（surface mobile de contro^le）を駆動することによって、航空機が受ける負荷変動を制限して航空機への乱流の影響を減衰することができることは周知である。

仏国特許発明第２，８９１，８０２号明細書には、一方では、航空機の現時点の位置における風速の鉛直成分に基づき、他方では、航空機の現時点の位置で発生した鉛直方向の乱流の強度のレベルに基づいて、操縦翼面に対する制御命令を算出することによって、鉛直方向の乱流の影響を減衰できることが教示されている。なお、強度のレベルは、上記風の鉛直成分に基づいて算出される。実際には、航空機が飛行機の場合、風の鉛直成分は、飛行機の機首に配置された風力測定センサによって測定することによって、短いリードタイムで飛行機の翼が受ける風を知ることができる。しかしながら、最大級の飛行機でさえ、リードタイムは１００ｍｓより短いままである。したがって、周知のアクチュエータの出力スピードを考慮すると、翼の上に位置する操縦翼面を最大限に偏向するよう回転することは不可能である。

また、この欠点を救済するため、ライダ（ｌｉｄａｒ：Light Detection and Ranging（光検出と測距）の頭文字で、光波による検出および遠隔測定を意味する）を使用することによって、飛行機から所定の距離において、発生する乱流を検出するのに航空機の前方の風速を測定することができることは周知である。ライダは、配向された照射光線を放射するレーザと、この照射光線と衝突した粒子によって後方拡散した光波を収集するテレスコープと、処理手段と、を有する能動変換器である。照射光線を放射した後の瞬間ｔ＝２ｄ／ｃ（ただし、「ｃ」は光速を示す）に収集された後方拡散した光波は、ライダから見通し距離という距離「ｄ」に位置する大気層によって後方拡散された光波に対応する。ドップラー効果に従って、ライダの見通し方向における上記の大気層の移動スピードは、照射光線の周波数と後方拡散した光波の周波数との差から推定される。航空機の前方の所定の距離において風を測定することによって、１００ｍｓより長いリードタイムで航空機に影響する現象を評価することができ、したがって、必要であれば操縦翼面を最大限に偏向するよう回転することができる。

しかしながら、乱流の影響を減衰させるのに実現される周知の装置および方法は、完全に満足できるものではない。

本発明の目的は、周知の従来技術による方法および装置より航空機への乱流の影響を効果的に減衰させることができる方法および装置を提案することである。

したがって、本発明の目的は、航空機が受ける負荷変動をさらに制限することによって、安全性を高め、万一の場合、乗客の快適さを改善できるようにすることである。

この目的を達成するため、本発明は、航空機への乱流の影響を減衰させる方法に関する。この方法は、以下のステップを有することを特徴とする。
−所定の瞬間における航空機座標系中の、航空機の前方の航空機の縦方向の距離「ｘ」における風速の加振方向（direction d'excitation）という方向の成分を表す、該加振方向の風のプロファイル信号という少なくとも１つの信号を用いるステップ。
−周波数決定ステップというステップを実行するステップであって、風のプロファイル信号を処理することによって風のプロファイル信号の周波数成分を決定するステップ。
−前に決定した周波数成分に従って使用する制御ストラテジを選択するステップであって、該ストラテジによって、１つまたは複数の適用可能な制御ルールを特定することができるステップ。

航空機の操縦翼面を制御するのに適用する制御ルールは、特に、前に選択された制御ストラテジに従って選ばれることが有利である。

したがって、最初に、本発明によって、一方では、航空機の動きに関して航空機が加振される傾向がある周波数を推定し、他方では、実現する救済措置をこれらの周波数に適応させる、または、言い換えると、駆動する操縦翼面を対象とすることができるようにする制御ストラテジと対応する駆動パラメータとを選ぶことができる。

実際に、本発明によれば、風のプロファイル信号の所定の距離ｘにおける周波数は、航空機がこの所定の距離ｘに対応する大気中の位置に到達したとき（上記プロファイルの）加振方向に加振される周波数を表す。したがって、この風のプロファイル信号によって、例えば、航空機が構造体の固有モード（mode propre）で加振されやすいか否かを知ることができる。したがって、実際には、本発明に係る周波数決定ステップでは、検出を所望する周波数に従う（または、言い換えると、航空機の１つまたは複数の固有モードに従う）ように適合することが好ましい。

本発明によって用いられる風のプロファイル信号は、以下のように構築されてもよい。
−ライダによって、航空機の機首から異なる測定距離という距離に位置する複数の組の測定地点における風速を繰り返し測定する。上記において説明したように、ライダによって、所定の測定地点におけるライダの見通し方向の風速を測定することができる。（１組の測定地点を形成する）２つの測定地点に関して取得される速度ベクトル間のベクトル差は、これらの２つの測定地点間に位置する（測定の瞬間における）大気中の一定の地点での風速の該測定地点を接続する方向の成分と同等に扱うことができる。したがって、上記で規定されたライダによって、航空機からの異なる距離における風速の成分を算出することができる。
−加振方向に整列する少なくとも１組の測定地点についてそれぞれの測定距離における最後またはおそらく最後から２番目の測定を含む複数の測定から加振方向の風のプロファイル信号を構築する。この信号は、例えば、補間によって構築することができる。

風のプロファイル信号を構築するのに考慮に入れる測定地点の組の数は、おそらく（以下で説明するように）信号によって変わることがあることに留意されたい。

少なくとも１つの風のプロファイル信号は、航空機の正中鉛直方向の縦断面（対称面）における鉛直方向で構築されることが好ましい。この信号は、所定の瞬間における航空機の前方の上記正中面における風速の鉛直成分を表す。これは、それぞれの測定距離における上記正中面に属する１組の測定地点での風速の測定に基づいて確立される。この１組の測定地点は、それぞれの距離に対して得られる。

それぞれの測定距離は、例えば、メートルまたはフィートなどの長さの単位だけでなく、好ましくは秒などの時間の単位でも事前に規定できることが好ましい。この目的のため、時間で表現された測定距離と航空機の処理装置によってリアルタイムに提供される航空機の対気速度を表すデータとに基づいて、ライダとそれぞれの測定地点との間の（長さの単位で表現された）距離を算出できる計算手段を提供する。これらの計算手段は、上記の航空機の処理装置またはライダ特有の処理装置の中に統合されてもよい。

風速は、４秒もしくは８００メートルに、５秒もしくは１０００メートルにさえ、または、おそらく７秒もしくは１４００メートルにさえ達する測定距離まで測定することが有利である。実際には、最大測定距離は、検出を所望する最低周波数に従って選ぶ。

風速を測定するステップは、さらに、以下の特徴のうちの１つまたは複数を有することがあることが有利である。
−風速は、それぞれの測定距離において、鉛直方向に整列した測定地点の鉛直方向の組という３組を（それぞれの測定距離で）形成する少なくとも６箇所の測定地点で測定される。また、これらの測定地点は、横方向に整列した測定地点の横方向の組という少なくとも１組を形成することが有利である。風速は、それぞれの測定距離に関して、または、これらのうちのいくつかのみに関して、鉛直方向の５組の測定地点を形成する少なくとも１０箇所の測定地点で測定されることが好ましい。
−風速は、航空機の近く、例えば２５０ｍｓもしくは５０ｍ未満、および好ましくは１５０ｍｓもしくは３０ｍ未満の少なくとも１つの測定距離で測定することによって、航空機の風力計の代替装置を提供することができる。
−風速は、航空機の方向に漸次互いにより近く位置付けられた測定距離で測定される。言い換えると、「ｘ」が測定距離を示し、「Δｘ」が２つの連続する測定距離間の距離を示す場合、Δｘはｘと共に増加することが有利である。

本発明に係る周波数決定ステップにおいて、風のプロファイル信号を処理することによって、風のプロファイル信号または風のプロファイル信号の一部が少なくとも１つの予め規定された周波数範囲に含まれる少なくとも１つの周波数を有するか否かを決定することが有利である。好ましくは、以下の通りである。
−風のプロファイル信号を処理することによって、風のプロファイル信号または風のプロファイル信号の一部が航空機の硬性固有モード（mode propre rigide）に近い少なくとも１つの周波数を含むか否かを決定する。例えば、鉛直方向の風のプロファイル信号の場合、信号を処理することによって、信号または信号の一部が照射発振周波数という用語で知られる航空機の固有モードに近い少なくとも１つの周波数を含むか否かを決定することが有利である。したがって、風のプロファイル信号を処理することによって、０．５Ｈｚより低い（一般に、航空機の照射発振周波数は、０．２Ｈｚ〜０．４Ｈｚのオーダである）少なくとも１つの周波数を含むか否かを決定することが有利である。
−代替方法として、または、好ましくは組合せて、風のプロファイル信号を処理することによって、風のプロファイル信号または風のプロファイル信号の一部が航空機ならびに特に航空機の（翼だけでなく鉛直方向および水平方向の安定装置も含む）翼群もしくは胴体の軟性固有モード（mode propre souple）に近い少なくとも１つの周波数を含むか否かを決定する。例えば、鉛直方向の風のプロファイル信号の場合、航空機の翼が晒されるリスクを評価するため、この信号を処理することによって、距離範囲［０；４００ｍ］もしくは［０；２ｓ］に対応する信号の一部が０．５Ｈｚより高い少なくとも１つの周波数を有するか否か、または（航空機に応じて）距離範囲［０；２００ｍ］もしくは［０；１ｓ］（または代替方法として距離範囲［２００ｍ；４００ｍ］もしくは［１ｓ；２ｓ］）に対応する信号の一部が１Ｈｚ以上の少なくとも１つの周波数を有するか否か、を決定する。同様に、胴体が晒されるリスクを評価するため、風のプロファイル信号を鉛直方向で処理することによって、距離範囲［０；２００ｍ］もしくは［０；１ｓ］（または［０；１００ｍ］もしくは［０；０．５ｓ］さえ、または好ましくは［１００ｍ；２００ｍ］もしくは［０．５ｓ；１ｓ］）に対応する信号の一部が２．５Ｈｚ以上（または、航空機に応じて３．０Ｈｚ以上さえ）の少なくとも１つの周波数を有するか否かを決定することができる。
−場合によって、風のプロファイル信号を処理することによって、風のプロファイル信号または風のプロファイル信号の一部が０．５Ｈｚと１Ｈｚとの間の少なくとも１つの周波数を含むか否かをさらに決定することができる。

本発明に係る周波数決定ステップは、多様な方法で達成することができる。

第１の実施形態によれば、風のプロファイル信号は、少なくとも１つのローパスフィルタおよび少なくとも１つのハイパスフィルタによって処理される。ローパスフィルタによって、高周波を減衰したり排除さえしたりするので、低周波数を検出することができる。逆に、ハイパスフィルタによって、高周波を検出することができる。これらのフィルタは、探し求める周波数領域に従って選ばれる。例えば、一方では、遮断する周波数（これより高い周波数を減衰または排除する周波数）が０．５Ｈｚに略等しいローパスフィルタを用い、他方では、遮断周波数（これより低い周波数を減衰または排除する周波数）が０．５Ｈｚまたは１Ｈｚに略等しいハイパスフィルタを用いることが有利である。また、場合によって、遮断周波数が２．５Ｈｚに略等しいハイパスフィルタを用いる。

第２の実施形態によれば、風のプロファイル信号の平均周期は、信号の処理する部分（言い換えると、探し求める周波数領域に応じて、区間［０；４００ｍ］もしくは［０；２ｓ］、区間［０；２００ｍ］もしくは［０；１ｓ］、他の上記の区間、または、信号全体）について、この部分で値ゼロを通過する数に従って評価される。したがって、この評価された平均周期の逆数は、処理した部分の信号の平均周波数となる。

第３の実施形態によれば、風のプロファイル信号の平均標準偏差は、信号の処理する部分について、この部分における信号の最大振幅と実験的かつ統計的に予め定められた一定係数とに基づいて評価される。この一定係数は、風のプロファイル信号の標準偏差と最大振幅との間の平均比率を表す。このように予測された標準偏差は、探し求める周波数領域に対応する標準偏差の範囲と比較される。この標準偏差の範囲は、実験的かつ統計的に予め設定された、空間周波数に従ってエネルギ密度を表すボンカルマンスペクトルもしくはコルモゴロフスペクトルの一部を統合して事前に決定される。

制御ストラテジを選択するステップにおいて、以下が有利である。
−決定した周波数成分が、主に、照射発振周波数、または言い換えると例えば０．５Ｈｚ以下の周波数などの航空機の硬性固有モードに近い周波数を有する場合、快適ストラテジという制御ストラテジを選択することによって、航空機における人々の快適さを改善するよう意図すること。
−決定した周波数成分が、主に、航空機の軟性固有モードに近い周波数、または言い換えると例えば０．５Ｈｚ、１Ｈｚまたは２．５Ｈｚより高い周波数を有する場合、構造体保全ストラテジという制御ストラテジを選択することによって、航空機の構造体を保全するよう意図すること。
−決定した周波数成分が、航空機の硬性固有モードに近い周波数と航空機の軟性固有モードに近い周波数との両方を略同等な割合で有する場合、混合ストラテジという制御ストラテジを選択することによって、人々の快適さを改善すると同時に、航空機の構造体を保全するよう意図すること。

快適ストラテジを選択することによって、昇降舵、方向舵、エレボン、ならびに、おそらくフラッペロン、スポイラおよび補助翼の中から選ばれた操縦翼面を駆動するよう制御する制御ルールが適用されることが有利である。

構造体保全ストラテジを選択することによって、補助翼、スポイラ、フラップ、スラット、ならびに、おそらく昇降舵および方向舵さえの中から選ばれた操縦翼面を駆動するよう制御する制御ルールが適用されることが好ましい。

混合ストラテジを選択することによって、航空機のすべての操縦翼面の中から選ばれた操縦翼面を駆動するよう制御する制御ルールが適用されることが好ましい。

また、本発明によって、操縦翼面として、変形可能に設計された航空機の翼群（主翼および／または尾翼）の表面、または言い換えると変形によって（かつ単なる接合によってではなく）幾何形状を変更できる面を用いることができる。

したがって、制御ストラテジを選択することによって、１つまたは複数の適用可能な制御ルールを特定することができる。本発明の１つの変形例では、適用する制御ルールは、選択された制御ストラテジおよびおそらく風のプロファイル信号の周波数成分から直接導出される。

好ましい変形例では、適用する制御ルールは、風のプロファイル信号によって表される１つまたは複数の最大振幅に従って、（選択した制御ストラテジから導出される）適用可能な制御ルールから選ばれる。上記の信号の周波数成分が主に「高い」周波数を有する場合（航空機の軟性固有モード、構造体保全ストラテジ）、適用可能な制御ルールは、距離範囲［０；２００ｍ］もしくは［０；１ｓ］、または、距離範囲［０；４００ｍ］もしくは［０；２ｓ］（または、言い換えると上記の高い周波数を検出するため処理される信号の一部）について記録された１つの最大振幅（または、必要であれば複数の最大振幅）に従って選ばれる。信号の周波数成分が主に「低い」周波数を有する場合（航空機の硬性固有モード、快適ストラテジ）、適用可能な制御ルールは、例えば、風のプロファイル信号全体について記録された１つの最大振幅（または、必要であれば複数の最大振幅）に従って選ばれる。

それぞれの制御ルールによって、通常の方法において、一方では、駆動する少なくとも１つの操縦翼面、他方では、上記操縦翼面の偏向角（または、場合によって変形の幅）、偏向速度および偏向開始の瞬間などの対応する駆動パラメータを規定する。これらの駆動パラメータは、特に、操縦翼面の駆動と対応する航空機のレスポンスとの間に存在することがある位相差を考慮に入れて算出することによって、風の影響と操縦翼面の操作に対する航空機のレスポンスとが同調するようすることが有利である。したがって、操縦翼面の駆動パラメータは、現時点の風のプロファイル信号（その瞬間ｔに確立したかまたはまだ有効な信号）に基づいて、操縦翼面に応じて予め規定された距離ｘ_rもしくは予め規定された瞬間ｔ_rに対応する信号の現時点の振幅に従って、リアルタイム（瞬間ｔ）に算出することが有利である。この距離ｘ_rもしくは瞬間ｔ_rは、上記操縦翼面の駆動と航空機のレスポンスとの間に存在することがある位相差に対応する。

また、本発明は、本発明に係る方法を実現可能な装置に関する。特に、本発明は、航空機への乱流の影響を減衰させる装置に関する。この装置は、以下を有することを特徴とする。
−上記で規定された風のプロファイル信号などの信号を処理することによって該信号の周波数成分を決定するよう適応した周波数決定手段。
−前に決定した周波数成分に従って使用する制御ストラテジを選択する手段であって、該ストラテジによって、１つまたは複数の適用可能な制御ルールを特定することができる手段。

本発明に係る装置は、前に選択された制御ストラテジとおそらく１つまたは複数の振幅最大値とに従って、航空機の操縦翼面を制御するのに適用する制御ルールを決定する手段をさらに有することが有利である。この決定する手段は、上記制御ルールによって作用されるそれぞれの操縦翼面の駆動と対応する航空機のレスポンスとの間に存在することがある位相差を考慮に入れて、全体として制御ルールを決定する（または、言い換えると対応する操作パラメータを算出する）ことができることが有利である。

本発明は、乱流の影響を減衰させる本発明に係る装置を有する航空機に拡張される。

航空機と航空機の前方の周囲の概略斜視図である。ここでは、本発明によって使用される風のプロファイル信号を構築することができるライダが対象とする測定地点が示されている。 風のプロファイル信号を表す図である。 本発明に係る減衰法を表すフローチャートである。

本発明の他の詳細事項および利点は、添付の概略図を参照しながら、非限定的な例示によって提供された好ましい実施例に基づく本明細書の以下の記載を読むことによってより明白になるであろう。

図１に例示する航空機は、本発明に係る乱流の影響を減衰させる装置を有する。

この減衰装置は、航空機の機首から測定距離という異なる距離に位置する複数の組の測定地点における風速を測定するよう適応したライダに接続される。代替方法として、本発明に係る減衰装置は、このライダを組み込む。単一かつ一意のライダをこれらの測定に使用することによって、航空機の重さおよび積載容積を制限することが有利である。通常の方法では、このライダは、個別でまたはパケットにグループ化されて配向照射光パルスを放射できるレーザと、照射光パルスと衝突した粒子によって後方拡散された波長を収集するテレスコープと、を有する。

また、本発明に係る減衰装置は、以下で規定される、周波数決定手段、使用する制御ストラテジを選択する手段および適用する制御ルールを決定する手段として動作可能な１つまたは複数のマイクロプロセッサを有する情報処理手段（ソフトウェアおよびハードウェア）を有する。これらの処理手段は、ライダの処理装置に接続される。代替方法として、これらの処理手段は、前に規定された風速の測定を実行するのに有用な情報技術手段のすべてまたは一部を組み込む。さらに、これらの処理手段は、航空機の単一の場所（例えば、ライダが組み込まれたボックス）にインストールされてもよいし、複数の場所（および／または１つもしくは複数のマイクロプロセッサを有する複数の装置）に分けられてもよい。

ライダは、レーザによって放射された照射光パルスごと、または、グループ化されたパルスパケットごとに、照射光パルスの放射から計った異なる時間ｔ_nにおいて、後方拡散した光波を収集するよう適応することが有利である。それぞれの時間ｔ_nは、ｔ_n＝２ｘ_n／ｃ（ただし、ｃは光速を示す）という関係に従って測定距離ｘ_nに対応する。２つの連続する測定距離の間の距離ｘは、例えば指数関数的に、ｘと共に増加することが好ましい。ライダのレーザは、紫外線に位置する波長、したがって、高分解能を有することが好ましい。さらに、ライダの電力は、例えば１０００ｍもしくは５秒のオーダで、最大測定距離５００ｍと１５００ｍとの間で、風速を測定できるように適応する。しかしながら、ライダの電力は、パケットにグループ化された照射光パルスを提供することによって（長い測定距離に関して）演繹的に不足する電力を補う場合、より小さくてもよい。

ライダは、見通し方向を調整する手段をさらに有することによって、２つの放射された照射光パルス（または２つのパケット）間で見通し方向を変更することができる。例示した実施例において、ライダは、１２の見通し方向に照射光パルスを放射するようにプログラムされる。言い換えると、ライダは、少なくとも一定の測定距離ｘ_nについて、１２の測定地点１〜１２における風速を測定することができる。

同じ測定距離に位置する測定地点は、すべて、航空機座標系のライダを中心とする同じ球に属する。図１に表されるように、これらの測定地点は、ほぼ、航空機の縦方向Ｌに直交し航空機の機首から測定距離と等しい距離に位置する測定平面という同じ平面に属する。分かりやすくするため、図１には、測定距離ｘ_p-2、ｘ_p-1、およびｘ_pに位置する３つの測定平面のみを表す。また、より見やすくするため、これらの測定平面は意図的に間隔を空けている。

例示した測定平面において測定距離ｘ_pに位置する測定地点は、以下の通りである。
−測定地点１および１１は、鉛直方向の測定地点の組を形成する。この組において、これらの地点で測定された速度のベクトル差によって、航空機の右舷翼の中央または遠称的（すなわち、端に近い）部分の（縦方向の）正面に位置する大気の一定の位置における風速の鉛直成分Ｗ_z ^Aが評価される。
−測定地点２および１０は、鉛直方向の測定地点の組を形成する。この組において、ベクトル差によって、航空機の右舷翼の近称的（すなわち、接合線に近い）または中央部分の（縦方向の）正面に位置する大気の一定の位置における風速の鉛直成分Ｗ_z ^Bが評価される。
−測定地点３および９は、鉛直方向の測定地点の組を形成する。この組において、ベクトル差によって、航空機の中央縦軸上、すなわち、航空機の機首および胴体の（縦方向の）正面に位置する大気の一定の位置における風速の鉛直成分Ｗ_z ^Cが評価される。
−測定地点４および８は、鉛直方向の測定地点の組を形成する。この組において、ベクトル差によって、航空機の左舷翼の近称的（すなわち、接合線に近い）または中央部分の（縦方向の）正面に位置する大気の一定の位置における風速の鉛直成分Ｗ_z ^Dが評価される。
−測定地点５および７は、鉛直方向の測定地点の組を形成する。この組において、ベクトル差によって、航空機の左舷翼の中央または遠称的（すなわち、端に近い）部分の（縦方向の）正面に位置する大気の一定の位置における風速の鉛直成分Ｗ_z ^Eが評価される。
−測定地点１および５または測定地点２および４は、横方向の測定地点の組を形成する。この組において、ベクトル差によって、航空機の正中鉛直方向の縦断面（対称面）における航空機の中央縦軸の上方に位置する大気の一定の位置における風速の横成分Ｗ_t ^Aが評価される。
−測定地点６および１２は、横方向の測定地点の組を形成する。この組において、ベクトル差によって、航空機の中央縦軸上、すなわち、航空機の機首および胴体の正面に位置する大気の一定の位置における風速の横成分Ｗ_t ^Bが評価される。
−測定地点１１および７または測定地点１０および８は、横方向の測定地点の組を形成する。この組において、ベクトル差によって、航空機の正中鉛直方向の縦断面（対称面）における航空機の中央縦軸の下方に位置する大気の一定の位置における風速の横成分Ｗ_t ^Cが評価される。

異なる測定平面の測定地点１は、ライダの第１の見通し方向に整列して第１列の測定地点を形成する。同様に、異なる測定平面の測定地点２は、ライダの第２の見通し方向に整列して第２列の測定地点を形成する、など。それぞれの列の測定地点は、距離範囲［０；２００ｍ］もしくは［０；５ｓ］にわたって配分される少なくとも４つの測定地点と、距離範囲［２００ｍ；１０００ｍ］もしくは［１ｓ；５ｓ］にわたって配分される少なくとも３つの他の測定地点と、を有することが好ましい。１列あたりの測定地点の数とこれらの配分は、列によって変わってもよい。例えば、航空機の胴体の正面の風速の鉛直成分Ｗ_z ^Cを評価する測定地点３および９の列は、比較的多数の測定地点を有することが好ましい。これらの測定地点のうち、少なくとも８つ（好ましくは、少なくとも１６）の測定地点が距離範囲［０；２００ｍ］もしくは［０；１ｓ］にわたって配分され、少なくとも６つ（好ましくは、少なくとも１２）の他の測定地点が距離範囲［２００ｍ；１０００ｍ］もしくは［１ｓ；５ｓ］にわたって配分されることが有利である。一方、例えば、測定地点２、１０、４および８の列は、特に距離範囲［２００ｍ；１０００ｍ］もしくは［１ｓ；５ｓ］においてより少ない数の測定地点でもよい。

ライダは、次のように動作することが好ましい。最初のステップ１００は、風速測定値を取得することを含む。最初の光パルスは、測定地点１を通過する第１の見通し方向に放射される。このパルスによって、（その列の）それぞれの測定距離に関する測定地点１で後方拡散された光波の周波数を取得し、したがって、それぞれの測定地点１において第１の見通し方向の風速を測定することができる。そして、調整手段を駆動することによって、ライダの見通し方向を変更して測定地点２の方へ向けるようにする。次に、第２の光パルスは、（測定地点２を通過する）第２の見通し方向に放射される。このパルスによって、測定地点２の列に関して後方拡散された光波の周波数を取得し、したがって、上記の測定地点２のそれぞれについて第２の見通し方向で風速を測定することができる。そして、調整手段を駆動することによって、ライダの見通し方向を変更して測定地点３の方へ向けるようにする。次に、第３の光パルスは、この新たな（第３の）見通し方向に放射される、など、すべての見通し方向について行われる。

１２の列の測定地点に関する測定値の取得は、１つの測定サイクルを構成する。このサイクルは、繰り返しによって無期限に反復される。一例として、ライダは、６０ｍｓ未満で全測定サイクルを実行するよう適応することが有利である。

それぞれの測定サイクル中に、ライダの処理装置（または、必要であれば減衰装置の処理手段）は、ステップ１０２において、ベクトル差によって、それぞれの測定平面の測定地点１および１１に関して測定された速度に基づいて、この測定平面中の風速の鉛直成分Ｗ_z ^Aを算出する。同様に、それぞれの測定平面中の風速の鉛直成分Ｗ_z ^Bは、この測定平面の測定地点２および１０に関して測定された速度に基づいて算出される、など、鉛直成分Ｗ_z ^C〜Ｗ_z ^Eのすべてについて行われる。また、ライダの処理装置（または、必要であれば減衰装置の処理手段）は、ベクトル差によって、それぞれの測定平面の測定地点１および５（または、測定地点２および４）に関して測定された速度に基づいて、この測定平面中の風速の横成分Ｗ_t ^Aを算出する。同様に、それぞれの測定平面中の風速の横成分Ｗ_t ^Bと横成分Ｗ_t ^Cとは、それぞれ、この測定平面の測定地点１２および６と測定地点１１および７（または、測定地点１０および８）とにおいて測定された風速に基づいて算出される。

代替方法または組合せとして、ライダの処理装置または減衰装置の手段は、必要であれば、（連続するまたは連続しない）異なる測定サイクル、および／または、（連続するまたは連続しない）異なる測定距離に位置する測定地点に関して測定された速度に基づいて、風速の成分を計算してもよい。これによって、特に、航空機が１つの測定サイクルの過程において地球座標系内で飛行した距離を考慮に入れることができる。例えば、ライダの処理装置または減衰装置の処理手段は、一方では、サイクルｊ−１において距離ｘ_iの測定地点１１に関して測定された速度、他方では、サイクルｊにおいて距離ｘ_iの測定地点１に関して測定された速度に基づいて、サイクルｊにおける距離ｘ_iでの風速の鉛直成分Ｗ_z ^Aを計算するようにプログラムされてもよい（ただし、測定サイクルの「ローテーション」の順序は上記の通りであるという条件に従う）。他の例によれば、特に、航空機の速度が、例えば予め定めた閾値より大きいなど、高速である場合、ライダの処理装置または減衰装置の処理手段は、一方では、サイクルｊ−１において距離ｘ_i+1の測定地点３で測定された速度、他方では、サイクルｊにおいて距離ｘ_iの測定地点９で測定された速度に基づいて、サイクルｊにおける距離ｘ_iでの風速の鉛直成分Ｗ_z ^Cを計算するようにプログラムされてもよい。

このように算出した鉛直成分Ｗ_z ^A〜Ｗ_z ^Eおよび横成分Ｗ_t ^A〜Ｗ_t ^Cの一部または全部を用いて、ライダの処理装置または減衰装置の処理手段は、１つまたは複数の風のプロファイル信号を構築する。それぞれの風のプロファイル信号は、所定の瞬間における、航空機の前方の距離ｘでの風速の加振方向（direction d'excitation）（鉛直方向または横方向）の成分を表す。

例えば、ステップ１０４では、異なる測定距離において所定の測定サイクルで算出された成分Ｗ_z ^Cのセットを用いて、航空機の正中面における鉛直方向の風のプロファイル信号が構築される。図２は、この信号を例示する。本実施例において、この信号は、算出した成分Ｗ_z ^Cに基づく補間によって取得された連続信号（しかしながら、各ステージにおける信号でもよい）である。この信号によって、航空機の縦揺れの加振を予測することができる。

同様に、所定の測定サイクルおいて異なる測定距離で算出された成分Ｗ_z ^Bのセットを用いて、航空機の右舷面における鉛直方向の風のプロファイル信号を構築してもよい。また、所定の測定サイクルにおいて異なる測定距離で算出された成分Ｗ_z ^Dのセットを用いて、航空機の左舷面における鉛直方向の風のプロファイル信号を構築してもよい。これらの２つの信号は、航空機が受ける回転の瞬間を決定するのに有用である。

最後に、所定の測定サイクルにおいて異なる測定距離で算出された成分Ｗ_t ^Bのセットを用いて、航空機の胴体を横断する水平面における横方向の風のプロファイル信号を構築することができる。この信号によって、航空機の横滑りのリスクを評価することできる。

同様に、他の算出した速度成分を用いて、必要であれば他の風のプロファイル信号を確立したり、特定の状況において先行の信号を洗練したりすることができる。

上記のステップ１００〜１０４によって、本発明によって用いられる１つまたは複数の風のプロファイル信号を構築する例が提供される。他の構築方法も可能である。

本発明によれば、減衰装置の処理手段は、例えば、風のプロファイル信号Ｗ_z ^Cなどの少なくとも１つの風のプロファイル信号を処理するよう適応することによって、その周波数成分を決定することができる。言い換えると、本発明に係る減衰装置は、風のプロファイル信号Ｗ_z ^Cを処理することによって、その周波数成分を決定することができる周波数決定手段を有する。

この周波数成分を決定するよう適用される処理ステップは、探し求める周波数、したがって対象の加振方向の周波数に依存する。言い換えると、これらのステップは、分析される風の信号プロファイルに依存することに留意されたい。以下の記載は、信号Ｗ_z ^C（航空機の正中面における風の鉛直加振方向）に関する。

特に、風のプロファイル信号Ｗ_z ^Cによって、（人々に大きな不安をもたらす）航空機の縦揺れ現象が起きる可能性があるか否かを検出することができる。この目的のため、減衰装置の処理手段は、風のプロファイル信号Ｗ_z ^Cが航空機の照射発振周波数の近くに少なくとも１つの周波数を含むか否かを検出するよう適応する。この照射発振周波数は、一般に０．３Ｈｚのオーダである。この周波数を観測できるように、例えば４秒のオーダで少なくとも３．４秒間をカバーする信号を利用可能にすると有用である。この理由により、一方では、最大の見通し距離が約５秒もしくは１０００ｍであるライダを用いるのが好ましく、他方では、距離範囲［０；５ｓ］もしくは［０；１０００ｍ］にわたって少なくとも４つ（好ましくは少なくとも８つ）の測定地点を規定することが好ましい。あるいは、以下に説明する理由により、距離範囲は［１ｓ；５ｓ］もしくは［２００ｍ；１０００ｍ］にわたることが好ましい。航空機の尾翼の１つまたは複数の操縦翼面（surface mobile de contro^le）によって、縦揺れ現象に対抗することは有利である。これらの操縦翼面は、航空機の胴体および翼が受ける荷重に間接的な影響を与える。したがって、できるだけ早く、または言い換えると航空機の機首から遠い距離で、対応する乱流を検出することが好ましい。この結果、距離範囲［１ｓ；５ｓ］もしくは［２００ｍ；１０００ｍ］に対応する風のプロファイル信号の一部を分析することが好ましい。代替方法として、信号全体を分析する。

実際には、ステップ１０６において、処理手段は、信号Ｗ_z ^C全体またはこの信号の一部を処理することによって、この信号またはこの信号の一部が０．５Ｈｚ未満の周波数を含むか否かを決定することができる。このため、これらの処理手段は、例えば、遮断周波数が０．５Ｈｚに略等しいローパスフィルタを有する。

また、処理手段によって、航空機の構造体、および、特にその翼を危険にさらすことがある乱流の存在を検出することができるよう意図する。この目的のため、これらの処理手段は、風のプロファイル信号Ｗ_z ^Cが飛行機の翼の屈曲振動の（軟性（souple））固有モード（mode propre）に近い少なくとも１つの周波数を含むか否かを検出するよう適応することが有利である。一般に、飛行機の翼の最初の（縦方向の周囲における）屈曲固有モードは、１．１Ｈｚと１．５Ｈｚとの間に位置する。この周波数を観測するには、０．６７秒〜１秒の期間にわたって風のプロファイル信号を分析すれば十分である。さらに、これらの乱流の影響には、主翼の１つまたは複数の操縦翼面によって対抗することが有利である。これらの操縦翼面は、偏向速度が比較的高いので、何よりも、翼が受ける荷重に直接かつ即時に影響する。したがって、取得された信号がより正確になる領域である航空機の機首の近接における風のプロファイル信号を分析してもよい。

実際には、ステップ１０６において、処理手段は、距離範囲［０；１ｓ］もしくは［０；２００ｍ］に対応する風の信号プロファイルＷ_z ^Cの一部を処理することによって、これが１Ｈｚより高い周波数を含むか否かを決定することが好ましい。このため、これらの処理手段は、例えば遮断周波数が１Ｈｚに略等しいハイパスフィルタをする。

一定の航空機の翼は、０．６Ｈｚと０．７Ｈｚとの間の屈曲固有モードを有することに留意されたい。これらの航空機に関して、処理手段は、距離範囲［０；２ｓ］もしくは［０；４００ｍ］に対応する風のプロファイル信号の一部を処理するよう適応することによって、これが０．５Ｈｚより高い周波数を含むか否かを決定することができる。この目的のため、これらの処理手段は、例えば遮断周波数が０．５Ｈｚに略等しいハイパスフィルタを有する。

これらの処理ステップの全てにおいて、ステップ１０８で処理手段が使用する制御ストラテジを選択するのに用いることができる風のプロファイル信号Ｗ_z ^Cの周波数成分を確立することができる。主に０．５Ｈｚより低いまたは等しい周波数を有する周波数成分によって、必然的に、航空機の縦揺れを低減し、したがって人々の快適さを改善するよう意図する快適ストラテジが選択される。主に０．５Ｈｚまたは１Ｈｚより高い周波数を有する周波数成分によって、必然的に、航空機の構造体（特に翼群）を保全するよう意図する構造体保全ストラテジが選択される。０．５Ｈｚより低い周波数と０．５Ｈｚまたは１Ｈｚより高い周波数とを（略同等な割合で）有する周波数成分によって、必然的に、人々の快適さを改善すると同時に航空機の翼群を保全するよう意図する混合ストラテジが選択される。

ステップ１１０において、処理手段は、前に選択された制御ストラテジに従って、１つまたは１セットの適用可能な制御ルールを特定する。上述したように、快適ストラテジでは、航空機の尾翼の操縦翼面（昇降舵、方向舵、エレボン）、または、おそらく主翼のスポイラおよび／もしくはフラッペロンを用いることが好ましい。構造体保全ストラテジでは、飛行機の主翼の操縦翼面（補助翼、スポイラ、フラップ、スラット）を用いることが好ましい。しかしながら、航空機の尾翼の面を駆動することを排除しない。混合ストラテジでは、航空機の尾翼および主翼上に位置する操縦翼面に頼らなければならないことがある。

ステップ１１２において、（適用する制御ルールを決定する手段として動作する）処理手段は、適用する制御ルールをすべて決定する。適用する制御ルールは、ステップ１１０において特定された一意の適用可能な制御ルールであるか、または、このステップ１１０において特定された適用可能な制御ルールのセットから選ばれる。後者の場合、適用する制御ルールは、風のプロファイル信号の周波数成分および／またはこの信号の１つまたは複数の最大振幅に従って選ばれてもよい。また、この目的のため、信号処理ステップ１０６は、このステップで前に処理された信号の一部のそれぞれについて風のプロファイル信号の最大振幅を決定することができるよう処理することを含むことが好ましい。制御ルールが快適ストラテジに対応する場合、用いられる最大振幅は、風のプロファイル信号全体、または、距離範囲［１ｓ；５ｓ］もしくは［２００ｍ；１０００ｍ］にわたって観測した最大振幅である。制御ルールが構造体保全ストラテジに対応する場合、用いられる最大振幅は、（航空機に応じて）距離範囲［０ｓ；１ｓ］もしくは［０ｍ；２００ｍ］または距離範囲［０；２ｓ］もしくは［０；４００ｍ］にわたって観測した最大振幅である。制御ルールが混合ストラテジに対応する場合、距離範囲［０ｓ；１ｓ］もしくは［０ｍ；２００ｍ］または距離範囲［０；２ｓ］もしくは［０；４００ｍ］にわたって観測した最大振幅と、風のプロファイル信号全体または距離範囲［１ｓ；５ｓ］もしくは［２００ｍ；１０００ｍ］にわたって観測した最大振幅との両方が、制御ルールを選ぶのに必要であることが好ましい。

本発明に係るそれぞれの制御ルールは、それぞれの操縦翼面の偏向の最高速度と、それぞれの操縦翼面が偏向してから偏向の影響（操縦翼面の駆動に追従する航空機のレスポンス）までの間に経過するであろう時間と、おそらくそれぞれのタイプの乱流に衝突してからこの乱流の影響（乱流との衝突に追従する航空機のレスポンス）までの間に経過するであろう時間と、を考慮に入れて予め設定される。駆動する操縦翼面と発生しようとしている乱流のタイプ（周波数、最大振幅など）とに応じて、乱流と衝突する瞬間に対して操縦翼面の駆動を早めたり遅らせたりすることによって、航空機のレスポンスが衝突した乱流の影響と同調するようにできることが有利になることがある。したがって、それぞれの制御ルールによって、駆動する１つまたは複数の操縦翼面と、これらの偏向および反偏向の速度と、（乱流と衝突する瞬間に同調しないことがある）偏向および反偏向を開始する瞬間と、を規定する。これは、操縦翼面に応じて、予め規定された距離ｘ_rもしくは予め規定された瞬間ｔ_rに対応する風のプロファイル信号の現時点の振幅に従う。

ステップ１１４において、処理手段は、対応する制御命令を対象となる操縦翼面に送信することによって、先行のステップで決定した制御ルールを実行する。

当然、本発明に係る方法のすべてのステップは、リアルタイムで実行される。風のプロファイル信号は、所定の瞬間における航空機の周囲の大気の特徴を表し、少なくとも６０ｍｓ（測定サイクルの所要時間）ごとに、常に更新される。使用する制御ストラテジと適用する制御ルールとは、同じ頻度で更新される。

本発明は、例示した実施形態について、特許請求の範囲によって規定された範囲内で多数の変形の対象となりうる。

例えば、上記のローパスおよびハイパスフィルタを、処理する信号の一部にわたって信号が値ゼロを通過する数をカウントすることによって、この数からこの一部にわたる信号の平均周期としたがって平均周波数とを推定するよう適応した周波数決定手段に入れ替えてもよい。代替方法として、この決定手段は、一方では、風のプロファイル信号の最大振幅と標準偏差との間、他方では、標準偏差と周波数との間の、経験的かつ統計的に予め設定された関係を用いることによって、風のプロファイル信号の周波数成分を決定してもよい。

さらに、処理手段は、航空機の胴体を危険にさらす可能性がある乱流の存在を検出するよう意図してもよい。一般に、航空機の胴体の（横方向の周囲の）主な屈曲固有モードは、２．５Ｈｚと３Ｈｚとの間に位置する。例えば、遮断周波数が２．５Ｈｚに略等しいハイパスフィルタを、距離範囲［０；１ｓ］もしくは［０；２００ｍ］、［０．５ｓ；１ｓ］もしくは［１００ｍ；２００ｍ］さえ、または、代替として［０；０．５ｓ］もしくは［０；１００ｍ］に対応する信号の一部に適用することによって、目的は達成される。

Claims (12)

1. 航空機への乱流の影響を減衰させる方法であって、
   −所定の瞬間における航空機座標系中の、前記航空機の前方の前記航空機の縦方向の距離「ｘ」における風速の加振方向という方向の成分を表す、該加振方向の風のプロファイル信号という少なくとも１つの信号を用いるステップと、
   −周波数決定ステップというステップを実行するステップであって、前記風のプロファイル信号を処理することによって前記風のプロファイル信号の周波数成分を決定するステップと、
   −前記前に決定した周波数成分に従って使用する制御ストラテジを選択するステップであって、該ストラテジによって、１つまたは複数の適用可能な制御ルールを特定することができるステップと、を有し、
   前記風のプロファイル信号を処理することによって、前記風のプロファイル信号または前記風のプロファイル信号の一部が、前記航空機の硬性固有モードまたは軟性固有モードに近い少なくとも１つの周波数を有するか否か、を決定することを特徴とする方法。
2. 前記航空機の操縦翼面を制御するのに適用する制御ルールは、前記前に選択された制御ストラテジと前記風のプロファイル信号を表す１つまたは複数の最大振幅値とに従って選ばれる、請求項１に記載の方法。
3. 前記適用する制御ルールは、前記制御ルールに関連するそれぞれの操縦翼面の駆動と前記航空機の対応するレスポンスとの間に存在することがある位相差を考慮に入れて、全体として決定される、請求項２に記載の方法。
4. 前記周波数決定ステップにおいて、前記風のプロファイル信号を処理することによって、前記風のプロファイル信号または前記風のプロファイル信号の一部が少なくとも１つの予め規定された周波数範囲に含まれる少なくとも１つの周波数を有するか否かを決定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記処理される信号は、鉛直方向の風のプロファイル信号であり、
   前記信号を処理することによって、前記信号または前記信号の一部が前記航空機の照射発振周波数に近い少なくとも１つの周波数を含むか否かを決定する、請求項４に記載の方法。
6. 前記風のプロファイル信号を処理することによって、前記風のプロファイル信号が０．５Ｈｚより低い少なくとも１つの周波数を含むか否かを決定する、請求項５に記載の方法。
7. 前記処理される信号は、鉛直方向における風のプロファイル信号であり、
   前記信号を処理することによって、距離範囲［０；４００ｍ］もしくは［０；２ｓ］に対応する前記信号の一部が０．５Ｈｚより高い少なくとも１つの周波数を有するか否か、または、距離範囲［０；２００ｍ］もしくは［０；１ｓ］に対応する前記信号の一部が１Ｈｚ以上の少なくとも１つの周波数を有するか否か、を決定する、請求項６に記載の方法。
8. 前記制御ストラテジを選択するステップにおいて、
   −前記決定した周波数成分が主に前記航空機の硬性固有モードに近い周波数を有する場合、快適ストラテジという制御ストラテジを選択することによって、航空機における人々の快適さを改善するよう意図し、
   −前記決定した周波数成分が主に前記航空機の軟性固有モードに近い周波数を有する場合、構造体保全ストラテジという制御ストラテジを選択することによって、前記航空機の構造体を保全するよう意図し、
   −前記決定した周波数成分が前記航空機の硬性固有モードに近い周波数と前記航空機の軟性固有モードに近い周波数との両方を同等な割合で有する場合、混合ストラテジという制御ストラテジを選択することによって、人々の快適さを改善すると同時に、前記航空機の構造体を保全するよう意図する、請求項４〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. −前記快適ストラテジを選択することによって、昇降舵、方向舵、エレボン、フラッペロン、スポイラ、補助翼の中から選ばれた操縦翼面を駆動するよう制御する制御ルールが適用され、
   −前記構造体保全ストラテジを選択することによって、補助翼、スポイラ、フラップ、スラット、昇降舵、方向舵の中から選ばれた操縦翼面を駆動するよう制御する制御ルールが適用されることが好ましい、請求項８に記載の方法。
10. 航空機への乱流の影響を減衰させる装置であって、
    −加振方向という方向の風のプロファイル信号という１つの信号を処理することによって該信号の周波数成分を決定することができる周波数決定手段であって、該信号は、所定の瞬間における航空機座標系中の、前記航空機の前方の前記航空機の縦方向の距離「ｘ」における風速の前記加振方向の成分を表す、周波数決定手段と、
    −前記前に決定した周波数成分に従って使用する制御ストラテジを選択する手段であって、該ストラテジによって、１つまたは複数の適用可能な制御ルールを特定することができる手段と、を有し、
    前記風のプロファイル信号を処理することによって、前記風のプロファイル信号または前記風のプロファイル信号の一部が、前記航空機の硬性固有モードまたは軟性固有モードに近い少なくとも１つの周波数を有するか否か、を決定することを特徴とする装置。
11. 前記航空機の操縦翼面を制御するのに適用する制御ルールを決定する手段であって、対象となるそれぞれの操縦翼面の駆動と対応する前記航空機のレスポンスとの間に存在することがある位相差を考慮に入れて、前記制御ルールを全体として決定することができる手段を有する、請求項１０に記載の装置。
12. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法を実現することができる、航空機への乱流の影響を減衰させる装置を有する、航空機。

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