JP6105997B2 - トリム調整装置、航空機、およびトリム調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、航空機に搭載されるトリム調整装置に関する。

航空機には、航空機の重量、重心や機体の歪みに応じて、離陸前や航行中に舵面の操作部の中立位置を設定するトリム調整装置が搭載されている（例えば、特許文献１）。トリム調整により、舵面の操作部である操縦輪や操縦桿、操作ペダルを操舵するパイロットの負担が軽減される。
トリム調整装置は、操縦桿や操作パネルに設けられるトリム操作スイッチを有しており、トリム操作スイッチの操作に応じて、舵面操作部の中立位置を示す指示値を出力する。その指示値は、舵面の舵角や、トリム調整レンジにおける割合として、操縦室のモニタ画面に表示される。パイロットは、トリム操作スイッチを操作することで、指示値を増減させて適切な値に合わせる。

特開平６−３２１１９０号公報

トリム操作スイッチは、押されている間、単位時間あたり所定の変位量（可動レート）で指示値を変化させる。トリム調整を行うときは、例えば、トリム操作スイッチを連続して押し、所望の指示値の近傍で何回か押して値を合わせる。
ここで、トリム操作スイッチの可動レートが例えば３．０度／秒であるとする。そうすると、トリム操作スイッチを一度、１／４秒間押しただけでも０．７５度進むので、例えば、モニタ画面上に０．１度の分解能で表示された「６．０度」から「６．１度」へと指示値を０．１度だけ変化させるのが難しい。つまり、０．１度に対応する時間だけトリム操作スイッチを押すのは難しく、所望の指示値である６．１よりも行き過ぎ、戻すときには反対側に行き過ぎるといった過程を経るので、トリム調整に手間取る。
そこで、本発明は、トリム調整の作業性を向上させることを目的とする。

本発明者は、トリム調整の作業性向上を検討する中で、中立位置を示す指示値の単位がどうあるべきかを検討した。現状、指示値は、舵角やトリム調整レンジにおける割合で示される。そのとき指示値は、標準の中立位置を基準として正（＋）および負（−）の値をとる。
しかし、正負があると、指示値の正負を誤るおそれがある。
一方、負の値をとらずに、０および正の値のみをとる別の単位に指示値を換算することも行われている。その単位（ｕｎｉｔ）を採用すれば、正負の誤りを防止できる。
しかしながら、ｕｎｉｔへの換算は、１ｕｎｉｔあたり適当な変位量に定められた換算レートで行われる。そうすると、換算レートによっては、上述と同様、指示値を表示の分解能の分だけ（例えば０．１ｕｎｉｔだけ）変化させるのが難しいので、トリム調整に手間取る。

そこで、本発明者は、ｕｎｉｔへの理想的な換算について追求した結果、トリム操作スイッチを一度クリックするときの変位量を最小単位とすることを想到した。

本発明のトリム調整装置は、舵面を操作する舵面操作部の中立位置または舵面の現在位置を設定するトリム調整を行うために操作されるトリム操作部と、トリム操作部の操作により指示される位置の指示値を得る指示値取得部と、指示値を別の単位に換算する換算部と、換算部により換算された指示値を表示する表示部と、を備えている。トリム操作部は、単位時間あたり、換算前の単位の所定の変位量で指示値を変化させる可動レートで動作する。
そして、本発明は、換算部が、可動レートと、トリム操作部を一度クリックするのに要するクリック時間との積に基づく最小単位で指示値を換算することを特徴とする。

本発明における最小単位は、例えば、ｕｎｉｔに係数０．１を乗じて得られる０．１ｕｎｉｔに設定される。
トリム操作部を一度クリックするのに要するクリック時間は、トリム操作部を短時間の間、一度押して離す（クリックする）のに要する時間を測定する試験の結果に基づいて設定される。

本発明では、トリム操作部のクリック時間に対応する変位量（可動レートとクリック時間との積）に基づく最小単位で指示値が換算される。その最小単位は、トリム操作部の可動レートに基づくクリック時の変位量に対応している。
したがって、トリム操作部を一度クリックすれば、表示部に表示された換算後の指示値が最小単位分だけ変化し、トリム操作部を連続して押せば、換算後の指示値が繰り返し最小単位分だけ変化するので、表示部を見ながら所望の指示値に容易に合わせられる。これにより、トリム調整の操作性を向上させることができる。

ここで、最小単位により、負の値をとらずに正の値をとる尺度が構成されることが好ましい。これにより、指示値の正負の誤りに起因する操作ミスを防止できる。

本発明のトリム調整装置は、換算部により換算された指示値における最小単位の係数未満の桁を丸める丸め部を備え、表示部は、丸め部により丸められた指示値を表示することが好ましい。
これにより、例えば最小単位が０．１ｕｎｉｔであるとすると、表示部に表示される指示値の分解能も同じく０．１ｕｎｉｔとなる。そうすると、指示値が表示分解能のピッチで変化するので、操作し易い。

本発明の丸め部による指示値の丸めの方式は任意である。
ここで、切り捨て方式とすると、トリム操作部をトリム調整レンジの下限の少し手前まで押して、表示上の最小の目盛、すなわち最小単位の係数（例えば０．１ｕｎｉｔ）に指示値を合わせたいときに、指示値が係数未満であれば一律に０．０となってしまうので、合わせ難い。
また、切り上げ方式とすると、指示値がトリム調整レンジの上限を超えてしまうことがある。
そこで、四捨五入方式を採用すれば、トリム調整レンジを超えることなく、最小の目盛にも指示値を容易に合わせることができる。

本発明の航空機は、舵面を有する操舵部材と、上述のトリム調整装置と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、上述のトリム調整装置を備えることにより、上述と同様の効果を享受できる。

本発明のトリム調整方法は、舵面を操作する舵面操作部の中立位置または舵面の現在位置を設定するトリム調整において、その操作によりトリム調整の位置を指示するトリム操作部が単位時間あたり所定の変位量で当該位置の指示値を変化させる可動レートと、トリム操作部を一度クリックするのに要するクリック時間との積に基づく最小単位で指示値を換算し、換算された指示値を表示することを特徴とする。
本発明によれば、上述のトリム調整装置と同様の効果を享受できる。

本発明によれば、トリム調整の作業性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る航空機を示す図である。 トリム調整装置および制御装置を示すブロック図である。 指示値が表示されるモニタ画面を示す模式図である。

以下、添付図面に示す実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
〔全体構成〕
図１に示す航空機１は、トリム調整される舵面を有する操舵部材としてのスタビライザー２、ラダー３、およびエルロン４と、ラダー３およびエルロン４の各々に対応する舵面操作部である図２の操作ペダル１３および操縦輪１２と、トリム調整を行うためのトリム調整装置２０，３０，４０と、航空機１全体の動作を制御する制御装置５０とを備えている。

〔操舵部材〕
スタビライザー２は、いわゆる水平安定板（水平尾翼）であり、水平安定板全体が上下に可動するように構成されている。操縦輪１２に設けられたトリム操作スイッチ２１によりスタビライザー２を回動させることができる。
ラダー（方向舵）３は、垂直尾翼６の後部に設けられている。操作ペダル１３を踏み、機体の重心を貫く上下軸を中心にラダー３を回動させることで、機体をヨーイングさせる。左の操作ペダル１３を踏むと機体が左に旋回し、右の操作ペダル１３を踏むと機体が右に旋回する。
エルロン（補助翼）４は、主翼７の後部に設けられている。操縦輪１２を回し、機体の左右軸を中心にエルロン４を回動させることで、機体を前後軸を中心にバンク（ロール）させる。操縦輪１２を左に回すと機体が左に傾き、操縦輪１２を右に回すと機体が右に傾く。
スタビライザー２、ラダー３，およびエルロン４は、アクチュエータ（図示せず）によってそれぞれ駆動される。

〔トリム調整〕
航空機１には、図２に示すように、スタビライザー２のトリム調整のためのスタビライザートリム調整装置２０と、ラダー３のトリム調整のためのラダートリム調整装置３０と、エルロン４のトリム調整のためのエルロントリム調整装置４０とが搭載されている。
トリム調整装置２０，３０，４０の各々は、離陸時や航行時にパイロットによって操作される。
スタビライザートリム調整装置２０は、スタビライザー２の舵面の現在位置を示す指示値を制御装置５０に出力する。
一方、ラダートリム調整装置３０は、ラダー３の舵面操作部である操作ペダル１３の中立位置を示す指示値を制御装置５０に出力する。エルロントリム調整装置４０も、エルロン４の舵面操作部である操縦輪１２の中立位置を示す指示値を制御装置５０に出力する。

〔制御装置〕
制御装置５０は、トリム調整装置２０，３０，４０の各々から出力される指示値に基づいて、スタビライザー２、ラダー３、およびエルロン４の各々に設けられるアクチュエータを個別に駆動する。
また、制御装置５０は、操縦室のモニタ１４の画面Ｄに、図３に示すように、トリム調整装置２０，３０，４０の各々から単位「ｕｎｉｔ」に換算されて出力された指示値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３をｕｎｉｔで表示する。
画面Ｄには、スタビライザー２のトリム調整レンジを示すバーＢ１と、バーＢ１上におけるスタビライザー２舵面の現在位置を指示するポインタＭ１が表示されている。
また、ラダー３およびエルロン４の各々のトリム調整レンジを示すバーＢ２，Ｂ３と、バーＢ２，Ｂ３上におけるラダー３およびエルロン４の各々の中立位置を指示するポインタＭ２，Ｍ３も画面Ｄに表示されている。

〔スタビライザー、ラダー、およびエルロンの各々のトリム調整装置〕
スタビライザートリム調整装置２０は、スタビライザー２のトリム調整レンジ内でスタビライザー２の舵面の現在位置を設定する。このスタビライザートリム調整装置２０は、トリム調整を行うために操作されるトリム操作スイッチ２１（トリム操作部）と、トリム操作スイッチ２１の操作により指示される現在位置の指示値を得る指示値取得部２２と、その指示値をｕｎｉｔに換算する換算部２３と、換算された指示値を丸める丸め部２４とを備えている。

ラダートリム調整装置３０は、ラダー３のトリム調整レンジ内で操作ペダル１３の中立位置を設定する。このラダートリム調整装置３０は、トリム調整を行うために操作されるトリム操作スイッチ３１と、トリム操作スイッチ３１の操作により指示される中立位置の指示値を得る指示値取得部３２と、その指示値をｕｎｉｔに換算する換算部３３と、換算された指示値を丸める丸め部３４とを備えている。

エルロントリム調整装置４０は、エルロン４のトリム調整レンジ内で操縦輪１２の中立位置を設定する。このエルロントリム調整装置４０は、トリム調整を行うために操作されるトリム操作スイッチ４１と、トリム操作スイッチ４１の操作により指示される中立位置の指示値を得る指示値取得部４２と、その指示値をｕｎｉｔに換算する換算部４３と、換算された指示値を丸める丸め部４４とを備えている。

なお、指示値取得部２２，３２，４２、換算部２３，３３，４３、および丸め部２４，３４，４４は、制御装置５０に一体に組み込むこともできる。

〔可動レートおよびトリム調整レンジ〕
トリム操作スイッチ２１，３１，４１の各々は、所定の可動レートＲｔ１，Ｒｔ２，Ｒｔ３で動作する。
ここで、可動レートは、トリム操作スイッチ２１，３１，４１を操作した単位時間あたりに指示値が変化した割合であり、換算部２３，３３，４３により指示値がｕｎｉｔに換算される前の単位で表される。
スタビライザー２の舵面の現在位置の指示値は、舵角（度）で規定される。スタビライザー２のトリム調整レンジは、トリム調整によりシフトされていない標準位置を基準に、機首上げ方向を負、機首下げ方向を正とする所定範囲に設定されている。
ラダー３を操作する操作ペダル１３の中立位置の指示値は、操作ペダル１３の踏み込み量（インチ）で規定される。ラダー３のトリム調整レンジは、トリム調整によりシフトされていない標準の中立位置を基準に、左方向を正、右方向を負とする所定範囲に設定されている。
エルロン４を操作する操縦輪１２の中立位置の指示値は、操縦輪１２の操作角度（度）で規定される。エルロン４のトリム調整レンジは、標準の中立位置を基準に、左方向を正、右方向を負とする所定範囲に設定されている。

〔トリム操作スイッチ〕
トリム操作スイッチ２１、３１，４１は、コックピット内に設けられている。
トリム操作スイッチ２１、３１，４１の各々を指で正方向または負方向に押すと、対応する中立位置の指示値を増減することができる。
スタビライザー２用のトリム操作スイッチ２１は、押されている間、可動レートＲｔ１で指示値を変化させる。
ラダー３用のトリム操作スイッチ３１は、押されている間、可動レートＲｔ２で指示値を変化させる。
エルロン４用のトリム操作スイッチ４１は、押されている間、可動レートＲｔ３で指示値を変化させる。

〔指示値取得部〕
スタビライザー２用の指示値取得部２２は、トリム操作スイッチ２１の操作により変化した指示値を取得するとともに、その指示値（単位：度）を制御装置５０に出力する。
ラダー３用の指示値取得部３２は、トリム操作スイッチ３１の操作により変化した指示値を取得するとともに、その指示値（単位：インチ）を制御装置５０に出力する。
エルロン４用の指示値取得部４２は、トリム操作スイッチ４１の操作により変化した指示値を取得するとともに、その指示値（単位：度）を制御装置５０に出力する。
指示値取得部２２，３２，４２の各々から出力される指示値は、スタビライザー２、ラダー３、およびエルロン４の各々に設けられたアクチュエータを駆動するために用いられる。

〔換算部〕
スタビライザー２用の換算部２３は、指示値取得部２２が取得した指示値（単位：度）を単位「ｕｎｉｔ」に換算する。
ラダー３用の換算部３３は、指示値取得部３２が取得した指示値（単位：度）を単位「ｕｎｉｔ」に換算する。
エルロン４用の換算部４３は、指示値取得部４２が取得した指示値（単位：度）を単位「ｕｎｉｔ」に換算する。

〔丸め部〕
スタビライザー２用の丸め部２４は、換算部２３が換算した指示値を丸めるとともに、丸められた指示値を制御装置５０に出力する。
ラダー３用の丸め部３４は、換算部３３が換算した指示値を丸めるとともに、丸められた指示値を制御装置５０に出力する。
エルロン４用の丸め部４４は、換算部４３が換算した指示値を丸めるとともに、丸められた指示値を制御装置５０に出力する。
上記の丸め部２４，３４，４４のいずれでも四捨五入方式で指示値の端数を丸める処理方法が採用される。

〔単位「ｕｎｉｔ」〕
指示値が換算される単位である「ｕｎｉｔ」は、固有の可動レートを有するトリム調整装置２０，３０，４０の各々において、トリム操作スイッチ２１，３１，４１を一度クリックするのに要するクリック時間に対応する舵角、踏み込み量、操作角度での変位量を最小単位「０．１ｕｎｉｔ」として定められている。
ｕｎｉｔは、０および正の値をとる尺度を構成する。
最小単位は、１ｕｎｉｔに係数０．１を乗じて得られる。
上記の丸め部２４，３４，４４は、換算された指示値における最小単位の係数である０．１未満の桁を丸める。係数０．１は、画面Ｄに表示されることで可視化される指示値の表示分解能（０．１ｕｎｉｔ）の値に一致する。

〔クリック時間〕
一度クリックするのに要するクリック時間は、例えば、以下のような試験に基づいて定めることができる。
すなわち、被験者がトリム操作スイッチを一度クリックする操作を行い、スイッチに指が触れてから離れるまでの時間を記録する。この１クリックの操作は、特に急ぐことなく自然に行うように求める。同じ被験者に対してこの１クリック操作試験を複数回実施し、記録の平均をとる。このような試験を体格の異なる複数人に対して実施する。
このような試験の結果、１クリックの操作時間の平均値が約０．２秒であった場合、クリック時間Ｔｍを０．２秒と定めることができる。
なお、本実施形態のトリム操作スイッチ２１，３１，４１はいずれも同様の構造とされている。したがって、各トリム操作スイッチ２１，３１，４１に対し、一度クリックするのに要する時間として、それぞれ共通のクリック時間Ｔｍを設定している。
但し、トリム操作スイッチ２１，３１，４１の構造によっては、トリム操作スイッチ２１，３１，４１に個別にクリック時間を定めることもできる。
クリック時間Ｔｍは、上記のような試験のほか、経験値に基づいて定めることもできる。

〔ｕｎｉｔへの換算〕
以下、スタビライザー２のトリム調整の指示値の換算方法、ラダー３のトリム調整の指示値の換算方法、およびエルロン４のトリム調整の指示値の換算方法について説明する。
また、指示値の丸めについても説明する。

〔スタビライザーの換算〕
換算部２３は、トリム操作スイッチ２１のクリック時間Ｔｍに対応する変位量、すなわち可動レートＲｔ１とクリック時間Ｔｍとの積Ｐ１を最小単位０．１ｕｎｉｔとして、舵角による指示値をｕｎｉｔに換算する。すなわち、スタビライザー２の指示値の換算レートは１ｕｎｉｔあたり（Ｐ１×１０）である。
換算された指示値は、丸め部２４により、画面Ｄに表示される指示値の分解能と一致する桁（小数点以下１桁）に丸められる。その指示値が、画面Ｄ（図３）に指示値Ｖ１として表示される。また、指示値Ｖ１に連動して、バーＢ１上におけるポインタＭ１の位置も更新される。

〔ラダーの換算〕
換算部３３は、トリム操作スイッチ３１のクリック時間Ｔｍに対応する変位量、すなわち可動レートＲｔ２とクリック時間Ｔｍとの積Ｐ２を最小単位０．１ｕｎｉｔとして、操作ペダル１３の踏み込み量（インチ）による指示値をｕｎｉｔに換算する。すなわち、ラダー３の指示値の換算レートは１ｕｎｉｔあたり（Ｐ２×１０）インチである。
換算された指示値は、丸め部３４によって小数点以下１桁に丸められた後、画面Ｄ（図３）に指示値Ｖ２として表示される。また、指示値Ｖ２に連動して、バーＢ２上におけるポインタＭ２の位置も更新される。

〔エルロンの換算〕
換算部４３は、トリム操作スイッチ４１のクリック時間Ｔｍに対応する変位量、すなわち可動レートＲｔ３とクリック時間Ｔｍとの積Ｐ３を最小単位０．１ｕｎｉｔとして、操縦輪１２の操作角度による指示値を換算する。すなわち、エルロン４の指示値の換算レートは１ｕｎｉｔあたり（Ｐ３×１０）度である。
換算された指示値は、丸め部４４により、小数点以下１桁に丸められた後、画面Ｄ（図３）に指示値Ｖ３として表示される。また、指示値Ｖ３に連動して、バーＢ３上におけるポインタＭ３の位置も更新される。

スタビライザー２に用いるｕｎｉｔには、トリム調整可能レンジの一端を基準（０ｕｎｉｔ）として、正の値を与える。
ラダー３に用いるｕｎｉｔには、標準の中立位置を基準として、左方向、右方向のいずれにも正の値を与える。そして、画面Ｄ上の指示値Ｖ２に示すように、左方向の値にはLeftを意味する「Ｌ」を付し、右方向の値にはRightを意味する「Ｒ」を付して両者を区別する。
エルロン４に用いるｕｎｉｔも、標準の中立位置を基準として、左方向、右方向のいずれにも正の値を与え、画面Ｄ上の指示値Ｖ３に示すように、左方向の値には「Ｌ」を付し、右方向の値には「Ｒ」を付して両者を区別する。

〔本実施形態の作用効果〕
本実施形態では、トリム操作スイッチ２１，３１，４１の１クリックに要する操作時間であるクリック時間Ｔｍに対応する変位量を最小単位として指示値を換算し、モニタ１４の画面Ｄに表示する。
そうすると、パイロットは、離陸時や航行中、機体の重量、重心や機体の歪みに応じて適切にトリム可能な指示値をｕｎｉｔで特定し、トリム操作スイッチ２１，３１，４１を用いてトリム調整装置２０，３０，４０に指示を出す。そのとき、トリム操作スイッチ２１，３１，４１を１クリックすると最小単位（０．１ｕｎｉｔ）だけ、画面Ｄの指示値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が変化される。トリム操作スイッチ２１，３１，４１を連続して押せば、指示値が繰り返し最小単位分だけ変化される。
したがって、例えば、画面Ｄの指示値が「７．１」ｕｎｉｔであるとして、所望の指示値「７．３」ｕｎｉｔに合わせるには、２回クリックすればよい。また、所望の指示値が「１５．４」であれば、スイッチを指示値「７．１」から連続して押した後、必要な回数だけクリックすればよい。

本実施形態で換算に用いる最小単位は、操作者が自然に操作することのできる１クリックの操作時間に対応する変位量に基づいている。そのため、トリム操作スイッチ２１，３１，４１を必要回数だけクリックするか、画面Ｄに表示される指示値が必要回数だけ更新されるまでスイッチを押し続ける直感的な操作によって、操作者（パイロット）の想定よりも指示値が進み過ぎることなく、指示値を効率的に合わせることができる。

なお、上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
本発明によるトリム調整は、上記実施形態で例示したスタビライザー、ラダー、およびエルロンの他、操舵部材の種類を問わずに適用できる。例えば、昇降舵（エレベータ）のトリム調整にも本発明を適用することができる。

１ 航空機
２ スタビライザー（操舵部材）
３ ラダー（操舵部材）
４ エルロン（操舵部材）
６ 垂直尾翼
７ 主翼
１２ 操縦輪（舵面操作部）
１３ 操作ペダル（舵面操作部）
１４ モニタ（表示部）
２０ スタビライザートリム調整装置
２１ トリム操作スイッチ（トリム操作部）
２２ 指示値取得部
２３ 換算部
２４ 丸め部
３０ ラダートリム調整装置
３１ トリム操作スイッチ（トリム操作部）
３２ 指示値取得部
３３ 換算部
３４ 丸め部
４０ エルロントリム調整装置
４１ トリム操作スイッチ（トリム操作部）
４２ 指示値取得部
４３ 換算部
４４ 丸め部
５０ 制御装置
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ バー
Ｄ 画面
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ ポインタ
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ 指示値

Claims (5)

1. 舵面を操作する舵面操作部の中立位置または前記舵面の現在位置を設定するトリム調整を行うために操作されるトリム操作部と、
   前記トリム操作部の操作により指示される位置の指示値を得る指示値取得部と、
   前記指示値を別の単位に換算する換算部と、
   前記換算部により換算された前記指示値を表示する表示部と、を備え、
   前記トリム操作部は、単位時間あたり、換算前の単位の所定の変位量で前記指示値を変化させる可動レートで動作し、
   前記換算部は、前記可動レートと、前記トリム操作部を一度クリックするのに要するクリック時間との積に基づく最小単位で前記指示値を換算する、
   ことを特徴とするトリム調整装置。
2. 前記換算部により換算された前記指示値における前記最小単位の係数未満の桁を丸める丸め部を備え、
   前記表示部は、前記丸め部により丸められた前記指示値を表示する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のトリム調整装置。
3. 前記丸め部は、四捨五入によって前記指示値を丸める、
   ことを特徴とする請求項２に記載のトリム調整装置。
4. 舵面を有する操舵部材と、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のトリム調整装置と、を備える、
   ことを特徴とする航空機。
5. 舵面を操作する舵面操作部の中立位置または前記舵面の現在位置を設定するトリム調整において、
   その操作によりトリム調整の位置を指示するトリム操作部が単位時間あたり所定の変位量で当該位置の指示値を変化させる可動レートと、前記トリム操作部を一度クリックするのに要するクリック時間との積に基づく最小単位で前記指示値を換算し、
   換算された前記指示値を表示する、
   ことを特徴とするトリム調整方法。

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