JP6097596B2 - グランドスポイラの駆動システム、及び、航空機 - Google Patents
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Description
グランドスポイラは、主翼に取り付けられる動翼であり、航空機の揚力を減少させるための装置の一つである。グランドスポイラを航空機が着陸してから展開させると、グランドスポイラの背後が失速状態となり、主翼の揚力が減少する。ターボジェットエンジンを搭載した航空機の場合、グランドスポイラは逆推力発生装置(特許文献1)とともに、着陸後の航空機の滑走距離を短縮させる手段として機能する。ただし、グランドスポイラは揚力を低減することを主眼に置き、逆推力発生装置は抗力を増加させることを主眼に置いている点で両者の作用は相違する。
そこで本発明は、車輪がロックしてもグランドスポイラを自動で展開できる駆動システムを提供することを目的とする。
航空機の車輪速度を検知する車輪速度検知手段と、
航空機のエア速度を検知するエア速度検知手段と、
グランドスポイラを駆動制御する制御部とを備え、
制御部は、航空機の主脚が接地した状態で、車輪速度が所定の第1車輪基準速度を超えている場合、又は、エア速度が所定の第1エア基準速度を超えている場合に、グランドスポイラを展開するように制御すること、
を特徴とする。
本発明のグランドスポイラの駆動システムによれば、以下の効果を奏する。何らかの原因で主脚に対して車輪がロックしてしまい、接地しても車輪が正常に回転しない場合、エア速度が予め定められた第1エア基準速度を超えると、グランドスポイラを展開する。したがって、本発明は車輪がロックしてもグランドスポイラを確実に自動で展開できる。
全てのスポイラを同時に展開すると、航空機の機種を下げる向きのピッチングモーメントが過大となり、前脚に大きな負荷がかかるためである。
車輪がロックしても、エア速度を考慮することで、自動でグランドスポイラを確実に閉じることができる。
なお、本発明において、このグランドスポイラを自動で閉じる制御は、自動でグランドスポイラを展開する制御とは独立して単独で実施することができる。
また、制御部は、車輪速度が第2車輪基準速度より小さい状態を所定時間継続する場合、又は、エア速度が第2エア基準速度より小さい状態を所定時間継続する場合に、展開していたグランドスポイラを閉じるように制御することができる。
当該条件が成立したことをより確実に判断するためである。
図1に示すように、本実施形態に係るグランドスポイラ駆動システム10は、航空機1の主翼3の後縁に設けられるグランドスポイラ4A〜4Dを、操縦士が操作しなくても自動で展開し(以下、「自動展開」ともいう)、かつ、展開した後に自動で閉じる動作(以下、「自動閉」ともいう)を行うものである。
航空機1は、主翼3の下面に主脚6を、及び、主脚6よりも飛行方向の前方の胴体2の下面に前脚7を備えている。
グランドスポイラ(以下、「GS」と略記することがある)4A,4B,4C,4Dは、各々、油圧源により駆動するアクチュエータ5に連結され、各アクチュエータ5を駆動することにより、グランドスポイラ4A〜4Dは展開又は閉じる。また、主翼3の後縁には、マルチファンクションスポイラ(以下、「MFS」と略記することがある)4a,4b,4c,4d,4e,4fが、グランドスポイラ4A〜4Dよりも翼端側に設けられている。MFS4a〜4fは、飛行中に高度を下げるためのフライトスポイラとして機能するとともに、着陸後にはグランドスポイラとしても機能する。本実施形態は、MFS4a〜4fもグランドスポイラとして自動展開又は自動閉の対象とする。
なお、以後、グランドスポイラ(GS)4A〜4Dとマルチファンクションスポイラ(MFS)4a〜4fについて、各々を区別する必要がない場合には、単にスポイラ4と記す。また、GS4A,4B,4C,4Dのなかで、胴体2を基準にして対称の位置にあるGS4AとGS4Dが組をなし、同様に、GS4BとGS4Cが組をなす。MFS4a〜4fについても同様である。
航空機コントロールシステム30は、航空機1の各種の状態情報F1〜F8を取得、保持する。航空機コントロールシステム30は、状態情報F1〜F8を取得するために、航空機1に設けられた各種センサ(図示せず)と繋がっている。
制御部20は、航空機コントロールシステム30から航空機1の状態情報F1〜F8を取得するとともに、取得した状態情報F1〜F8に基づいてGS4A〜4Dの開閉判断を行い、判断結果に基づいてアクチュエータ5に動作指令を出す。
なお、以下の説明では、制御部20が航空機コントロールシステム30を介して航空機1の状態情報を取得する例を説明するが、制御部20が航空機1に設けられた各種センサから直接状態情報を取得することもできる。
[操縦モード情報F1]
制御部20は、操縦モード情報F1を取得する。
航空機1は、操縦士が航空機コントロールシステム30に操縦を委ねる自動操縦モードと、操縦士が操縦に介入できるダイレクトモードと、のいずれかが選択される。制御部20は、航空機コントロールシステム30から、自動操縦モードとダイレクトモードのいずれの操縦モードが選択されているかを特定する操縦モード情報F1を取得する。
制御部20は、スピードブレーキが機能しているか否かを特定するスピードブレーキ情報F2を取得する。このスピードブレーキ情報F2も、航空機コントロールシステム30から取得する。なお、スピードブレーキは、センターペデスタルに設けられており、操縦士の操作によって使用可の要否が定められる。
制御部20は、主脚6が接地しているか否かを特定する接地情報F3を取得する。
主脚6は、図1に示すように、左右の主翼3の下面に各々設けられている。また、各主脚6は、その車輪6aが滑走路に接している、つまり接地しているか否かを検知するセンサ(図示省略)を備えている。
主脚6の接地を検知する機構は任意であり、例えば、荷重が主脚6(車輪6a)に負荷されると縮み、荷重が負荷されていないと伸びるように主脚6を構成しておき、この主脚6の伸縮状態をセンサにより検出することで、滑走路への接地を検知することができる。
制御部20は、上述の検知結果を、左右の主脚の接地情報F3として、航空機コントロールシステム30を介して取得する。
制御部20は、車輪速度情報F4を取得する。
車輪速度情報F4は、車輪6aの回転速度から演算により求められる車輪6aの走行速度である。車輪6aの回転速度を検知する機構(車輪速度検知手段)は任意であり、機械式、光学式等の公知の機構を用いることができる。車輪速度情報F4は、航空機コントロールシステム30に送られている。
制御部20は、主脚6が接地している間、航空機コントロールシステム30を介して、車輪速度情報F4を取得する。
本実施形態の制御部20は、車輪6aが正常に回転しない場合でも、自動でGS4を展開し又は閉じるために、次のエア速度情報F5を取得する。
制御部20は、エア速度情報F5を取得する。
エア速度情報F5とは、航空機1の周囲の大気に対する相対速度(機体速度)であり、本実施形態では、ピトー管(pitot tube)9(エア速度検知手段)を利用して計測される。計測されたエア速度情報F5は、航空機コントロールシステム30に送られる。
制御部20は、航空機1の飛行中及び路面を滑走中に、エア速度情報F5を、航空機コントロールシステム30を介して取得する。
制御部20は、スロットルレバー情報F6を取得する。
スロットルレバーは、操縦士が航空機1のエンジン8の出力を調整するために、操縦席に設けられている。操縦士は、スロットルレバーをその回転軸を中心に前後に進退させることでエンジン8の出力を調整する。スロットルレバー情報F6は、現時点におけるスロットルレバーの位置を特定する情報であり、航空機コントロールシステム30に送られている。
制御部20は、航空機コントロールシステム30を介してスロットルレバー情報F6を取得し、スロットルレバーが、アイドリング位置(エンジン8をアイドリング状態にするスロットルレバーの位置:「idle」とも表記する)にあるか否かを判断する。
なお、航空機1は、左右の主翼3の各々に設けられるエンジン8に対応して、左右一対のスロットルレバーを備えており、スロットルレバー情報F6は左右両方のスロットルレバーについて特定される。
制御部20は、脚展開情報F7を取得する。
脚展開情報F7は、格納されていた主脚6及び前脚7の各々が主翼3及び胴体2から引き出され展開されていること、並びに、展開された主脚6及び前脚7の各々が展開の状態を維持するように固定されていることを特定する情報である。脚展開情報F7は、航空機コントロールシステム30に送られ、制御部20は、航空機コントロールシステム30を介して脚展開情報F7を取得する。
なお、主脚6は、左右の主翼3の各々に設けられているので、脚展開情報F7は左右両方の主脚6と前脚7についての情報を含んでいる。
制御部20は、スラストリバーサ情報F8を取得する。
航空機1は、エンジン8に逆推力発生装置(図示を省略)を備えており、逆推力発生装置は、操縦士により、スロットルレバーが逆推力の位置(「reverse」とも表記する)に操作されることにより作動する。逆推力発生装置が作動していることを特定するスラストリバーサ情報F8は、航空機コントロールシステム30に送られ、制御部20は、航空機コントロールシステム30を介してスラストリバーサ情報F8を取得する。
[自動展開/自動閉の実施判断]
制御部20は、以上で説明した航空機1の状態情報を取得して、まず、図2に示す手順で、グランドスポイラ4A〜4D、マルチファンクションスポイラ4a〜4fの自動展開・自動閉を実施するか否かについて判断する。
図2に示すように、制御部20は、取得した操縦モード情報F1がダイレクトモードであるか否か判断し(図2,S101)、ダイレクトモードであればGS4,MFS4の自動展開及び自動閉を禁止する(図2,S103)。この場合、操縦士が手動でGS4,MFS4の開閉を操作する。
また、制御部20は、スピードブレーキが機能していることを特定するスピードブレーキ情報F2を取得していた場合、操縦士が手動でGS4,MFS4を開閉操作することを許容する(図2,S107)。一方、スピードブレーキが機能していなければ、操縦士が手動でGS4,MFS4を開閉操作することが禁止される(図2,S109)。これらの場合、GS4A〜4D、MFS4a〜4fを自動で展開しまたは閉じることもできる。
以上の通り、操縦モード情報F1が自動操縦モードである限り、以下の手順で、スポイラ4の自動展開及び自動閉が行なわれる。
なお、図2は、ダイレクトモードか否かの判断、スピードブレーキの使用有無の判断をこの順に記載しているが、これは説明の便宜上のためであり、各判断を同時並行で行ったり、判断順序を逆に行ってもよい。後述する図3及び図4についても同様である。
[GS4,MFS4の自動展開]
制御部20は、接地情報F3,スロットルレバー情報F6及び脚展開情報F7を取得し、図3に示すように、
1)接地情報F3が、主脚6が接地していることを特定する情報であること(図3,S201)、
2)スロットルレバー情報F6が、スロットルレバーがアイドリング位置にあることを特定する情報であること(図3,S203)、
3)脚展開情報F7が、主脚6及び前脚7の全てが展開され、かつ固定されていることを特定する情報であること(図3,S205)、
を判断する。
次に、各状態情報F3,F6,F7がすべて上記1)〜3)の条件を満たす特定情報であった場合、車輪速度情報F4,エア速度情報F5を更に取得する。そして、車輪速度情報F4により特定される車輪速度VWが予め設定している車輪基準速度VW1を超えているか、または、エア速度情報F5により特定されるエア速度VBが予め設定しているエア基準速度VB1を超えている場合、制御部20は、GS4,MFS4をそれぞれ展開するようにアクチュエータ5に指示する。
はじめに、GS4,MFS4は航空機1が着陸した後に展開するものであるから、制御部20は、接地情報F3を取得し、主脚6の車輪6aが接地したことを自動展開の条件にする。
上述のように、主脚6は左右の主翼3の各々に設けられており、ここでいう主脚6(車輪6a)の接地とは、両方の主脚6の車輪6aが接地することを意味する。片方の主脚6のみが接地した状態で、GS4,MFS4を展開すると、航空機1が左右にバランスを崩すおそれがあるためである。
なお、接地情報F3を所定時間だけ継続して取得することを、自動展開の条件に加えることもできる。航空機1が確実に着陸したことを確認するためである。ただし、GS4,MFS4の自動展開が遅れないように適切に時間設定させるべきである。
スロットルレバーは左右の一対設けられているが、スロットルレバー情報F6がアイドリング位置であるとは、両方のことをスロットルレバー情報F6がアイドリング位置であることを意味する。左右のエンジン8の出力が相違する状態でGS4を展開すると、航空機1が左右にバランスを崩すおそれがあるためである。
なお、スロットルレバー情報F6を所定時間だけ継続して取得することを自動展開の条件とすること、及び、所定時間の設定条件については、接地情報F3と同様である。
なお、脚展開情報F7を所定時間だけ継続して取得することを自動展開の条件とすること、及び、所定時間の設定条件については、接地情報F3と同様である。
この条件は、スポイラ4(GS4,MFS4)を展開させて、滑走路上で急減速させる必要があるほど航空機1の速度が高いことを判断するものであるが、主脚6の車輪速度VW及びエア速度VBの2つの速度を判断対象とすることで、何らかの原因で車輪6aがロックしても、GS4,MFS4を自動展開できるようにしている。つまり、車輪速度VWのみを判断対象としている場合、車輪6aがロックしてしまうと車輪速度VWが低速(ゼロを含む)となるため、航空機1の機体速度が滑走路上で高速であるにもかかわらず、スポイラ4を自動展開し、減速させることができない。一方、エア速度VBのみをスポイラ4の自動展開のための判断対象とすることもできるが、路面に接しながら回転する車輪6aの車輪速度VWは絶対的な速度であるため、その正確性では車輪速度VWのほうが優位である。また、速度検出の冗長性を確保することが望ましいことから、車輪速度VWとエア速度VBの2つの速度を自動展開の判断要素としている。
また、車輪速度VWが車輪基準速度VW1を所定時間だけ継続して超えるか、または、エア速度VBがエア基準速度VB1を所定時間だけ継続して超えることを自動展開の条件とすること、及び、所定時間の設定条件については、接地情報F3と同様であり、航空機1が確実に着陸したことを確認するために自動展開の条件とすれば好適であり、特にエア速度VBについては、地上駐機中の風の影響を考慮したものである。ただし、この場合も、誤って自動展開の条件が成立しないように、車輪速度VWの継続時間よりもエア速度VBの継続時間を長くすることが好ましい。
[GS4,MFS4の自動閉]
制御部20は、接地情報F3,スロットルレバー情報F6及び脚展開情報F7を取得し、図4に示すように、
1)接地情報F3が、主脚6が接地していることを特定する情報であるか否か(図4,S301)、
2)スロットルレバー情報F6が、スロットルレバーがアイドリング位置にあることを特定する情報であるか否か(図4,S303)、
3)脚展開情報F7が、主脚6及び前脚7の全てが展開され、かつロックされていることを特定する情報であるか否か(図4,S305)、
を判断する。
次に、各状態情報F3,F6,F7がすべて上記の特定情報であった場合、車輪速度情報F4,エア速度情報F5を更に取得する。そして、車輪速度情報F4により特定される車輪速度VWが予め設定している車輪基準速度VW2未満であるか、または、エア速度情報F5により特定されるエア速度VBが予め設定しているエア基準速度VB2未満である場合、制御部20は、GS4,MFS4をそれぞれ閉じるようにアクチュエータ5に指示する。
また、車輪基準速度VW2とエア基準速度VB2は同じ速度値又は異なる速度値のいずれであってもよいこと、及び、車輪速度VWとエア速度VBが各々車輪基準速度VW2とエア基準速度VB2を所定時間だけ継続して超えていることを自動閉の条件としてもよいこと、も自動展開の場合と同様である。
航空機1が着陸に向けて下降中は、主脚6が滑走路に接地していないので、車輪速度Vwはゼロである。なお、操縦モードは自動操縦モードが選択されているものとする。
さらに航空機1が下降して主脚6が滑走路に接地すると、接地情報F3が制御部20に送られるが、主脚6(車輪6a)がロックされているため車輪速度情報F4はゼロのままである。ところが、取得したエア速度情報F5(エア速度VB)はエア基準速度VB1よりも速いため、それまで閉じていたGS4A,GS4D及び全てのMFS4a〜4fが即座に自動で展開する。さらに、この自動展開から所定時間経過した後に、残りのGS4B,GS4Cが自動展開する。その間に、車輪6aのロックが解除される。
スロットルレバーは、下降中からのアイドリングの位置(idle)が継続されており、制御部20はそのことをスロットルレバー情報F6として取得している。また、スピードブレーキは、以降も含め使用されていない。
図6に示すように、離陸を開始する場合、スロットルレバーを「idle」から「Take-Off」の位置に操作する。しかし、何らかの理由により離陸を中止する場合、スロットルレバーを「reverse」の位置に操作する。つまり、図6に示すように、主脚6、前脚7が展開して接地していること、スロットルレバーが「reverse」の位置にあること、車輪速度Vw及びエア速度VBが所定値より大きいこと、の3つの条件を満たすと、GS4A等を自動展開する。一方、主脚6、前脚7が展開して接地していること、スロットルレバーが「Idle」の位置にあること、車輪速度Vw及びエア速度VBが所定値より小さいこと、の3つの条件を満たすと、GS4A等を自動閉する。
航空機1はあくまで例示であり、特に、図1に示したグランドスポイラ(GS4A〜4D、MFS4a〜4f)の位置、数は本発明を限定する要素ではない。また、本実施形態は、GS4B,GS4Cの自動展開を遅延させているが、これも本発明を限定する要素ではなく、グランドスポイラの位置、数によっては全てのスポイラを同時に展開することができるし、遅延させるグランドスポイラは適宜選択できる。
2 胴体
3 主翼
4A〜4D グランドスポイラ
4a〜4f マルチファンクションスポイラ
5 アクチュエータ
6 主脚
6a 車輪
7 前脚
8 エンジン
9 ピトー管
10 グランドスポイラ駆動システム
20 制御部
30 航空機コントロールシステム
F1 操縦モード情報
F2 スピードブレーキ情報
F3 接地情報
F4 車輪速度情報
F5 エア速度情報
F6 スロットルレバー情報
F7 脚展開情報
F8 スラストリバーサ情報
VB エア速度
VB1,VB2 エア基準速度
VW 車輪速度
VW1,VW2 車輪基準速度
Claims (9)
- 航空機用のグランドスポイラの駆動システムであって、
前記航空機の車輪速度を検知する車輪速度検知手段と、
前記航空機のエア速度を検知するエア速度検知手段と、
前記グランドスポイラを駆動制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記航空機の主脚が接地した状態で、前記車輪速度が所定の第1車輪基準速度を超えている場合、又は、前記エア速度が所定の第1エア基準速度を超えている場合に、前記グランドスポイラを展開するように制御すること、
を特徴とするグランドスポイラの駆動システム。 - 前記グランドスポイラは複数設けられ、
前記制御部は、一部の前記グランドスポイラの展開より所定時間遅延させて、他の前記グランドスポイラを展開させること、
を特徴とする請求項1に記載のグランドスポイラの駆動システム。 - 前記制御部は、
前記グランドスポイラが展開した後に、
前記車輪速度が所定の第2車輪基準速度より小さい場合、又は、前記エア速度が所定の第2エア基準速度より小さい場合に、展開していた前記グランドスポイラを閉じるように制御すること、
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のグランドスポイラの駆動システム。 - 前記制御部は、
前記車輪速度が前記第1車輪基準速度を超える状態を所定時間継続する場合、又は、前記エア速度が前記第1エア基準速度を超える状態を所定時間継続する場合に、前記グランドスポイラを展開するように制御すること、
を特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のグランドスポイラの駆動システム。 - 前記制御部は、
前記車輪速度が前記第2車輪基準速度より小さい状態を所定時間継続する場合、又は、前記エア速度が前記第2エア基準速度より小さい状態を所定時間継続する場合に、展開していた前記グランドスポイラを閉じるように制御すること、
を特徴とする請求項3に記載のグランドスポイラの駆動システム。 - 前記第1車輪基準速度と前記第1エア基準速度は値が相違すること、
を特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のグランドスポイラの駆動システム。 - 前記第2車輪基準速度と前記第2エア基準速度は値が相違すること、
を特徴とする請求項3又は請求項5に記載のグランドスポイラの駆動システム。 - 航空機用グランドスポイラの駆動システムであって、
前記航空機の車輪速度を検知する車輪速度検知手段と、
前記航空機のエア速度を検知するエア速度検知手段と、
前記グランドスポイラを駆動制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記航空機の主脚が接地し、かつ、前記グランドスポイラが展開している状態で、
前記車輪速度が所定の第2車輪基準速度より小さいか、又は、前記エア速度が所定の第2エア基準速度より小さければ、展開していたグランドスポイラを閉じるように制御すること、
を特徴とするグランドスポイラの駆動システム。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載のグランドスポイラの駆動システムを備えることを特徴とする、
航空機。
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