JP6178587B2 - 航空機のアクチュエータ装置、及び、航空機 - Google Patents
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Description
航空機は、機体側の油圧源の機能が喪失又は低下しても、アクチュエータ装置により動翼の駆動を継続して行なうことが要求される。そこで、特許文献1は、同一の舵面を駆動する複数のアクチュエータを備える航空機アクチュエータの油圧システムにおいて、機体側油圧源の機能の喪失時又は低下したときに、アクチュエータに対して圧油を供給可能なバックアップ用油圧ポンプと、このポンプを駆動する電動モータとを備えることを提案している。
そこで本発明は、アクティブなアクチュエータとスタンバイなアクチュエータを切り換える際の、急激な舵角変化を防止できる動翼のアクチュエータ装置を提供することを目的とする。
第1アクチュエータは、第1油圧源から第1系統を通って作動油が供給されることで動翼を駆動する。また、第2アクチュエータは、第2油圧源から第1系統を通って作動油が供給されることで動翼を駆動する。
本発明のアクチュエータ装置は、コントローラが、第1油圧系統における作動油の第1油圧値及び第2油圧系統における作動油の第2油圧値を検知し、第1アクチュエータが動翼を駆動しているアクティブ、第2アクチュエータが動翼を駆動していないスタンバイとして機能している状態で、第1系統における作動油の第1油圧値が予め定められた第1閾値以下になると、第1アクチュエータをアクティブからスタンバイに、第2アクチュエータをスタンバイからアクティブに切り替えることを特徴としている。
本発明のアクチュエータ装置は、通常の運航時には、第1アクチュエータを使って動翼を駆動させる。このとき、第2アクチュエータは、動翼を積極的に駆動する動作を行なわない。したがって、本発明のアクチュエータ装置は冗長性を確保できる。また、本発明のアクチュエータ装置は、第1アクチュエータがアクティブのときに、当該作動油が所定の低油圧域に達すると、第2アクチュエータをアクティブに切り換えるので、トランジェント(transient:過渡現象)、すなわち、急激な舵角変化が生じるのを防止できる。
なお、コントローラは、第1閾値と第2閾値が、第1閾値<第2閾値の関係を有する場合に、第1アクチュエータをアクティブからスタンバイに、第2アクチュエータをスタンバイからアクティブに切り換えることが好ましい。
本実施形態は、本発明のアクチュエータ装置を図1,図2に示す航空機1の主翼2に設けられるエルロン10に適用した例について説明する。
左側油圧系統31Lは、左側の主翼2に作動油を供給する経路に左側油圧源35L及び制御弁23Aが設けられ、右側の主翼2に作動油を供給する経路にも左側油圧源35L及び制御弁23Aが設けられている。また、中央油圧系統31Cには中央油圧源35C及び制御弁23Aが設けられ、右側油圧系統31Rには左側油圧源35R及び制御弁23Bが設けられている。
航空機1には、フライトコントローラ40が設けられている。このフライトコントローラ40は、第1アクチュエータコントローラ(以下、第1コントローラ)33A及び第2アクチュエータコントローラ(以下、第2コントローラ)33Bに対して上位の制御手段として位置付けられており、第1コントローラ33A及び第2コントローラ33Bを介してエルロン10の動作を指令するように構成されている。
フライトコントローラ40は、操縦士の操作・指示に基づいてエルロン10の動作を指令する指令信号を生成し、この指令信号を2つのコントローラ33A,33Bに送る。そうすると、第1コントローラ33A、第2コントローラ33Bが当該指令信号に基づいて、各々、第1制御弁23A,第2制御弁23Bの開閉を調整するなどして第1アクチュエータ21A、第2アクチュエータ21Bの動作を制御する。
以上の構成、動作の制御は、左右の主翼2で共通する。
ノーマルモードは、操縦士の操作に対して、航空機1の飛行条件(高度、速度など)に応じて調整されたゲインを付与して、エルロン10を展開させる角度(舵角)を決定する。これに対して、ダイレクトモードは、操縦士の操作に対して、固定のゲインを付与して、エルロン10の舵角を決定する。
以下、左側の主翼2を例にして、油圧の検知及び比較を説明する。
第1コントローラ33Aは、左側油圧系統31Lの動作が正常か否かを作動油の圧力(油圧)を取得して、また、第2コントローラ33Bは、中央油圧系統31Cの作動油の圧力(油圧)を取得して監視している。ここで、左側油圧系統31Lの油圧をPA(第1油圧値)といい、中央油圧系統31C(第2油圧値)の油圧をPBという。また、第1コントローラ33A及び第2コントローラ33Bは、油圧に関する2つの閾値であるPL(第1閾値)とPH(第2閾値)を保持し、油圧PA,PBと閾値PL,PHの大小関係を判定することで、第1アクチュエータ21Aと第2アクチュエータ21Bの切り換えを行なう。なお、閾値PL,PHは、PL<PHの関係を有している。
本実施形態では、圧力の脈動なども考慮して、閾値をPL,PHと2つ設け、かつ、2つの閾値をPL<PHの関係とすることで、ヒステリシスを持たせている。つまり、閾値を単一にすると、油圧の大小判断が頻繁に切り替わるおそれがあり、それによって、第1アクチュエータ21Aと第2アクチュエータ21Bの切り替えが頻繁に起こるのを避けるためである。ただし、本発明は、閾値PLと閾値PHが一致していてもよい。
また、第1コントローラ33Aは、フライトコントローラ40からのエルロン10の動作指令に基づく目標位置と現在位置とを比較し、その差分を逐次求めている。第1コントローラ33Aは、後述するように、この差分と閾値との大小関係を判定することで、第1アクチュエータ21Aと第2アクチュエータ21Bの切り換えを行なう。
目標位置及び現在位置は、エルロン10の舵角に対応して特定される。ここで、目標位置をθT、現在位置をθNとし、閾値をθRとすると、差分Δθは|θT−θN|となり、第1コントローラ33Aは、差分Δθ(|θT−θN|)と閾値θRの大小関係を逐次判定する。
なお、ここでは、第1アクチュエータ21Aがアクティブである場合を説明しているが、第2アクチュエータ21Bがアクティブになると、第2コントローラ33Bが差分Δθ(|θT−θN|)と閾値θRの大小関係を逐次判定することになる。
なお、目標位置は、コントローラ内で計算された目標の第1アクチュエータ21A,第2アクチュエータ21Bのシリンダの位置であり、また、現在位置は、当該シリンダに付いているセンサから読み取った、現在のシリンダ位置である。いずれも、エルロン10の舵角と対応している。目標位置は、操縦士の操作によって設定される場合及び自動操縦によって設定される場合がある。
第1コントローラ33Aは、左側油圧系統31Lに属する機器の故障を検知する機能を備えている。また、第2コントローラ33Bも同様に、中央油圧系統31Cに属する機器の故障を検知する機能を備えている。そして、後述の通り、第1アクチュエータ21Aがアクティブとなっている場合、第1コントローラ33Aがいずれかの機器の故障を検知すると、第2アクチュエータ21Bをアクティブに切り換える。第2アクチュエータ21Bがアクティブとなっている場合は、この逆となる。
故障検知の対象となる機器は、少なくとも左側油圧源35L,中央油圧源35C、制御弁23A,23Bが該当するが、他に左側油圧系統31L及び中央油圧系統31Cに属する機器を包含する。
次に、図3を参照して、本実施形態のアクチュエータ装置20における第1アクチュエータ21Aと第2アクチュエータ21Bのアクティブとスタンバイの切替えの手順を説明する。なお、第1アクチュエータ21Aがアクティブ、第2アクチュエータ21Bがスタンバイの状態であることを前提にする(図3,S101)。また、ここでは左側の主翼2を例にして説明する。
切り換えの判定は、操作モード(図3,S103)、故障検知(図3,S105)及び油圧状態(図3,S107〜)の3つの条件に基づいて行なわれる。3つの条件のいずれかが成立すると、アクチュエータの状態の切り換えが行なわれる。以下、便宜上、操作モード、故障検知及び油圧状態の順番で説明するが、実際の判定を同時並行的に行なってもよい。
第1コントローラ33Aは、操作モードに関する情報をフライトコントローラ40から取得し、取得した操作モードがノーマルモードかダイレクトモードかを判定する(図3,S103)。取得した操作モードがノーマルモードであれば、第1アクチュエータ21Aがアクティブの状態、第2アクチュエータ21Bがスタンバイの状態を維持する(図3,S101)。一方、取得した操作モードがダイレクトモードであれば、第1アクチュエータ21Aをスタンバイに、また、第2アクチュエータ21Bをアクティブに切り換える(図3,S113)。
以上のように判定するのは、できるだけノーマルモードでの動作を維持するためである。例えば、左側油圧系統31Lについて故障を検出してダイレクトモードになったとしても、中央油圧系統31Cはノーマルモードで動作が可能なこともあるので、中央油圧系統31Cにエルロン10の動作を委ねる。一方、もともとスタンバイであった中央油圧系統31Cは、自身がダイレクトモードになっても、そのまま制御を継続することができる。
上述の通り、第1コントローラ33Aは、左側油圧系統31Lに属する機器の故障を検知する機能を有しており、いずれかの機器が故障しているか否かを常時判定している(図3,S105)。いずれの機器も故障していなければ、第1アクチュエータ21Aがアクティブの状態、第2アクチュエータ21Bがスタンバイの状態を維持する(図3,S101)。一方、一つでも機器が故障したことを検知すればあれば、第1アクチュエータ21Aをスタンバイに、また、第2アクチュエータ21Bをアクティブに切り換える(図3,S113)。
第1コントローラ33Aは、左側油圧系統31L(第1油圧系統)の油圧PAと閾値PLの大小関係を判定する(図3,S107)。
油圧PAが閾値(下限値)PLを上回っている場合は、第1アクチュエータ21Aがアクティブの状態、第2アクチュエータ21Bがスタンバイの状態を維持し続ける(図3,S101)。
他方、左側油圧系統31Lの油圧PAが降下し、閾値(下限値)PL以下となった場合には、中央油圧系統31Cの油圧PBと閾値PHの大小関係を判定する(図3,S109)。そして、油圧PBが閾値PH以上であれば、第1アクチュエータ21Aをスタンバイの状態に、また、第2アクチュエータ21Bをアクティブの状態に切り換える(図3,S113)。
なお、右側の主翼2については、左側油圧系統31Lと右側油圧系統31Rの間で、上記と同様の判定を行うとともに、第1アクチュエータ21Aがアクティブの状態と第2アクチュエータ21Bがスタンバイの状態とを切り替える。
以上のアクチュエータ装置20は、以下の効果を奏する。
本発明のアクチュエータ装置20は、操作モード、故障検知及び油圧状態という複数の判定条件を並行して監視し、いずれかの判定条件が成立すると、第1アクチュエータ21Aから第2アクチュエータ21Bにアクティブな状態が速やかに切り替わる。したがって、エルロン10の動作の信頼性が向上し、航空機1の飛行の安全性が一層確保される。
すなわち、第1アクチュエータ21Aを制御する左側油圧系統31Lが故障し、系統内の油圧が低下したことは、上述した差分Δθと閾値θRの大小関係に基づいて判断することもできる。ところが、差分Δθが閾値θRに達した時点で油圧低下と判断し、左側油圧系統31Lから中央油圧系統31Cに切り換えると、それまでスタンバイであった第2アクチュエータ21Bは現在位置から目標位置θTまでの差が大きい。したがって、アクティブとなった第2アクチュエータ21Bは、大きな差がある目標位置θTまで急激に動作するため、トランジェントが発生してしまう。
そこで、本実施形態では、第1アクチュエータ21Aに関して系統内の油圧PAが低下したことを検知すると、アクチュエータの切り換えを速やかに実行することにより、トランジェントの発生を抑制できる。したがって、アクチュエータ装置20によれば、油圧系統の切り替え時におけるエルロン10の急激な舵角変化を抑えることができる。
なお、本発明は、油圧PBが閾値PH未満であっても、第1アクチュエータ21Aをスタンバイに、また、第2アクチュエータ21Bをアクティブに切り換えることを許容する。この場合、以上で説明した手順で、再度、第1アクチュエータ21Aをアクティブに、また、第2アクチュエータ21Bをスタンバイに切り換えることになる。
本実施形態では、動翼としてエルロン10を例にして説明したが、例えば水平尾翼に設けられるエレベータを駆動するアクチュエータ装置、垂直尾翼に設けられるラダーを駆動するアクチュエータ装置にも適用できる。
本実施形態では、一つの動翼に第1アクチュエータ21A及び第2アクチュエータ21Bの2つのアクチュエータを設ける例を示したが、本発明は、一つの動翼に3つ以上のアクチュエータを設けることもできる。この場合、一つのアクチュエータがアクティブな状態、残りのアクチュエータがスタンバイな状態となるケースもあれば、複数、例えば二つのアクチュエータがアクティブ、残りの一つ又は複数のアクチュエータがスタンバイとなるケースもある。
2 主翼
10 エルロン
20 アクチュエータ装置
21A 第1アクチュエータ
21B 第2アクチュエータ
23A 第1制御弁
23B 第2制御弁
31L 左側油圧系統
31C 中央油圧系統
31R 右側油圧系統
33A 第1アクチュエータコントローラ
33B 第2アクチュエータコントローラ
35L 左側油圧源
35C 中央油圧源
35R 右側油圧源
40 フライトコントローラ
Claims (6)
- 航空機の動翼を駆動する第1アクチュエータと、
前記第1アクチュエータと切り換えて前記動翼を駆動する第2アクチュエータと、
前記第1アクチュエータと前記第2アクチュエータの動作を制御するコントローラと、を備え、
前記第1アクチュエータは、第1油圧源から第1油圧系統を通って作動油が供給されることで前記動翼を駆動し、
前記第2アクチュエータは、第2油圧源から第2油圧系統を通って作動油が供給されることで前記動翼を駆動し、
前記コントローラは、
第1油圧系統における前記作動油の第1油圧値及び前記第2油圧系統における前記作動油の第2油圧値を検知し、
前記第1アクチュエータが前記動翼を駆動しているアクティブ、前記第2アクチュエータが前記動翼を駆動していないスタンバイとして機能している状態で、
前記第1油圧系統における作動油の第1油圧値が予め定められた第1閾値以下になると、前記第1アクチュエータをアクティブからスタンバイに、前記第2アクチュエータをスタンバイからアクティブに切り換える、
ことを特徴とする航空機のアクチュエータ装置。 - 前記コントローラは、
前記第1油圧値が前記第1閾値以下になり、かつ、前記第2油圧値が予め定められた第2閾値以上の場合に、
前記第1アクチュエータをアクティブからスタンバイに、前記第2アクチュエータをスタンバイからアクティブに切り換える、
ことを特徴とする請求項1に記載の航空機のアクチュエータ装置。 - 前記コントローラは、
前記第1閾値と前記第2閾値が、第1閾値<第2閾値の関係を有する場合に、
前記第1アクチュエータをアクティブからスタンバイに、前記第2アクチュエータをスタンバイからアクティブに切り換える、
ことを特徴とする請求項2に記載の航空機のアクチュエータ装置。 - 前記コントローラは、
前記第2油圧系統における作動油の第2油圧値が予め定められた第2閾値未満であって、
前記第1アクチュエータの現在位置と目標位置の差分が予め定められた第3閾値以上の場合に、
前記第1アクチュエータをアクティブからスタンバイに、前記第2アクチュエータをスタンバイからアクティブに切り換える、
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の航空機のアクチュエータ装置。 - 前記コントローラは、
前記第1アクチュエータがアクティブ、前記第2アクチュエータがスタンバイとして機能している状態で、
前記第1油圧系統についての操作モードがノーマルモードからダイレクトモードになる第1条件、及び、
前記第1油圧系統に属する機器の故障を検知する第2条件、の一方又は双方の条件をさらに満たすことにより、前記第1アクチュエータをアクティブからスタンバイに、前記第2アクチュエータをスタンバイからアクティブに切り換える、
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の航空機のアクチュエータ装置。 - 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載されたアクチュエータ装置を備えることを特徴とする航空機。
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