JP7457527B2 - aircraft - Google Patents

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本発明は、航空機に関する。 The present invention relates to an aircraft.

従来、イオン放出により落雷を回避する技術が検討されている。例えば、特許文献1には、コロナ放電を起こして霧に付着させたイオンを地上から放出してイオン雲を形成し、地上への直接の落雷回避を図る落雷防止装置が記載されている。 Conventionally, techniques for avoiding lightning strikes by emitting ions have been studied. For example, Patent Document 1 describes a lightning strike prevention device that causes corona discharge and releases ions attached to fog from the ground to form an ion cloud to avoid direct lightning strikes on the ground.

特開平4-071197号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-071197

落雷は、地上の施設のみならず、航空機に対しても生じ得る。航空機は導電体であり、雷雲下の空間の電界が航空機に集中することで、航空機をトリガとした落雷が生じることが多い。そのため、航空機への落雷を抑制する技術の開発が希求される。 Lightning strikes can occur not only on ground facilities but also on aircraft. Aircraft are electrical conductors, and when the electric field in the space beneath a thundercloud concentrates on the aircraft, lightning strikes often occur when the aircraft is the trigger. Therefore, there is a need for the development of technology that suppresses lightning strikes on aircraft.

例えば、雷雲の出現位置を予測し、雷雲を回避可能な飛行経路を導出することが考えられる。しかし、航空機をトリガとした落雷を引き起こす位置を正確に予測することは困難であり、飛行経路に唐突に雷雲が出現すると、航空機が落雷の影響を受けるおそれがあった。 For example, it is possible to predict the appearance position of thunderclouds and derive a flight path that can avoid the thunderclouds. However, it is difficult to accurately predict the location of a lightning strike triggered by an aircraft, and if thunderclouds suddenly appear on the flight path, there is a risk that the aircraft will be affected by the lightning strike.

本発明は、このような課題に鑑み、落雷の影響を抑制することが可能な航空機を提供することを目的としている。 In view of these problems, the present invention aims to provide an aircraft that can suppress the effects of lightning strikes.

上記課題を解決するために、本発明の航空機は、雲の位置を取得する雲位置取得部と、取得された雲の位置と飛行経路とに基づいて、その雲の近傍を通過するときの電界方向を推定する電界方向推定部と、推定された電界方向に基づいて落雷の可能性を下げる目標機体姿勢を導出する姿勢導出部と、雲において、導出された目標機体姿勢を保持できるように、改めて飛行経路を導出する経路導出部と、雲の近傍を通過するとき、導出された目標機体姿勢となるように航空機を姿勢制御する姿勢制御部と、を備える。 In order to solve the above problems, the aircraft of the present invention includes a cloud position acquisition unit that acquires the position of a cloud, and an electric field when passing near the cloud based on the acquired cloud position and flight path. An electric field direction estimation unit that estimates the direction; an attitude derivation unit that derives a target aircraft attitude that reduces the possibility of lightning strikes based on the estimated electric field direction; The aircraft includes a route derivation unit that derives a flight path anew, and an attitude control unit that controls the attitude of the aircraft so that it assumes the derived target aircraft attitude when passing near clouds.

姿勢導出部は、航空機と雲との位置関係の変化に応じて時系列に複数の目標機体姿勢を導出し、経路導出部は、複数の目標機体姿勢を保持できるように飛行経路を導出してもよい。 The attitude derivation unit derives a plurality of target aircraft postures in time series according to changes in the positional relationship between the aircraft and clouds, and the route derivation unit derives a flight path so as to maintain a plurality of target aircraft postures. Good too.

本発明によれば、落雷の影響を抑制することが可能となる。 The present invention makes it possible to reduce the effects of lightning strikes.

図1は、航空機の概略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of an aircraft. 図2は、航空機の電荷分極の様子を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing the state of charge polarization in an aircraft. 図3は、航空機の制御系を説明するための機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram for explaining the control system of the aircraft. 図4は、落雷回避処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing the flow of lightning strike avoidance processing. 図5は、電界強度分布を説明するための説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the electric field intensity distribution. 図6は、電界強度分布と電界方向とが対応付けられたテーブルである。FIG. 6 is a table in which electric field intensity distributions and electric field directions are associated with each other. 図7は、突出平面を説明するための説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the protruding plane. 図8は、目標機体姿勢を説明するための説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the target aircraft attitude. 図9は、姿勢制御処理を説明するための説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining attitude control processing. 図10は、航空機の制御系を説明するための他の機能ブロック図である。FIG. 10 is another functional block diagram for explaining the control system of the aircraft. 図11は、落雷回避経路制御処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing the flow of lightning strike avoidance route control processing. 図12は、電界方向を説明するための説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the electric field direction. 図13は、飛行経路を説明するための説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the flight path. 図14は、飛行経路を説明するための説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining the flight path.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in these embodiments are merely illustrative to facilitate understanding of the invention, and do not limit the invention unless otherwise specified. In this specification and the drawings, elements with substantially the same functions and configurations are given the same reference numerals to omit redundant explanation, and elements not directly related to the present invention are omitted from illustration. do.

図1は、航空機1の概略斜視図である。図1に示すように、航空機1は、胴体10と、主翼12と、水平尾翼14と、垂直尾翼16と、飛行制御装置18と、姿勢センサ20と、電界センサ22と、飛行機構24とを備える。ここでは、航空機1として旅客機を例示するが、大気中を飛行する様々な機械を採用することができる。 FIG. 1 is a schematic perspective view of an aircraft 1. FIG. As shown in FIG. 1, the aircraft 1 includes a fuselage 10, a main wing 12, a horizontal stabilizer 14, a vertical stabilizer 16, a flight control device 18, an attitude sensor 20, an electric field sensor 22, and a flight mechanism 24. Be prepared. Here, a passenger plane is illustrated as the aircraft 1, but various machines that fly in the atmosphere can be employed.

胴体10は、航空機1の機首側と機尾側とを結ぶロール軸方向に延在して設けられる。主翼12、水平尾翼14、垂直尾翼16は、胴体10に固定され、航空機1の安定的な飛行に寄与する。 The fuselage 10 is provided to extend in a roll axis direction connecting the nose side and the aft side of the aircraft 1. The main wing 12, horizontal stabilizer 14, and vertical stabilizer 16 are fixed to the fuselage 10 and contribute to stable flight of the aircraft 1.

飛行制御装置18は、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含む半導体集積回路で構成される。飛行制御装置18は、航空機1を操縦するパイロットの操作入力を受け付け、飛行機構24を制御して航空機1の飛行を維持する。 The flight control device 18 is composed of a semiconductor integrated circuit including a central processing unit (CPU), a ROM in which programs and the like are stored, and a RAM as a work area. The flight control device 18 receives operational input from a pilot operating the aircraft 1 and controls the flight mechanism 24 to maintain the flight of the aircraft 1.

姿勢センサ20は、例えば、IMU(Inertial Measurement Unit)で構成され、航空機1の機体姿勢を検出する。電界センサ22は、複数(ここでは4つ)あり、それぞれ、航空機1の上側の外表面における異なる複数の位置(例えば、図1に示すように、機首、機尾、主翼12端部)に設けられる。電界センサ22は、配置箇所における電界強度を検出する。ここでは、4つの電界センサ22それぞれが、機体表面に配置され、その位置の電界強度を検出しているが、電界センサ22と電界強度を検出する位置とは必ずしも1対1でなくてもよい。 The attitude sensor 20 is composed of, for example, an IMU (Inertial Measurement Unit), and detects the attitude of the aircraft 1. There are multiple electric field sensors 22 (four in this case), which are provided at different positions on the upper outer surface of the aircraft 1 (for example, the nose, tail, and ends of the main wings 12 as shown in FIG. 1). The electric field sensors 22 detect the electric field strength at the locations where they are installed. Here, each of the four electric field sensors 22 is installed on the surface of the aircraft and detects the electric field strength at that position, but the electric field sensors 22 and the positions at which the electric field strength is detected do not necessarily have to correspond one-to-one.

飛行機構24は、主翼12、水平尾翼14、垂直尾翼16等の固定翼と、推進力を得る内燃機関(例えば、ジェットエンジンやレシプロエンジン)とで構成され、推進力により翼周りに揚力を生じさせることで、機体が大気中に浮上した状態を維持する。ただし、揚力を生じさせる機構はかかる場合に限らず、回転可能に設けられた回転翼(ローター)により揚力を得たり、推進力を得ることも可能である。飛行機構24は、昇降舵や補助翼(エルロン)を通じて機首角(ピッチ角)、バンク角(ロール角)、内燃機関の出力等を調整することで、機体姿勢、飛行方位(ヨー角)、高度、飛行速度を制御することもできる。 The flight mechanism 24 is composed of fixed wings such as the main wings 12, horizontal stabilizer 14, and vertical stabilizer 16, and an internal combustion engine (e.g., a jet engine or a reciprocating engine) that obtains propulsive force, and maintains the aircraft suspended in the atmosphere by generating lift around the wings using the propulsive force. However, the mechanism that generates lift is not limited to this, and it is also possible to obtain lift or propulsive force using rotatable rotating wings (rotors). The flight mechanism 24 can also control the aircraft attitude, flight direction (yaw angle), altitude, and flight speed by adjusting the nose angle (pitch angle), bank angle (roll angle), and internal combustion engine output through the elevators and ailerons.

図2は、航空機1の電荷分極の様子を示した図である。図2のうち「+」は正電荷を、「-」は負電荷を示す。図2において、航空機1は、負極側に帯電した雲CLの下部近傍を飛行している。雲CLの負電荷による電界の影響(静電誘導)により、航空機1の上側は正極側に分極し、下側は負極側に分極する。 FIG. 2 is a diagram showing the state of charge polarization of the aircraft 1. In FIG. 2, "+" indicates a positive charge, and "-" indicates a negative charge. In FIG. 2, the aircraft 1 is flying near the bottom of a cloud CL that is negatively charged. Due to the influence of the electric field (electrostatic induction) due to the negative charge of the cloud CL, the upper side of the aircraft 1 is polarized to the positive polarity side, and the lower side is polarized to the negative polarity side.

なお、雲CLは、正極側に帯電する場合もある。また、航空機1は、負極側に帯電した雲CLと正極側に帯電した雲CLに挟まれる場合もある。そのため、航空機1の電荷分極は、必ずしも、図2に示す状態になるとは限らない。 Note that the cloud CL may be charged to the positive electrode side. Further, the aircraft 1 may be sandwiched between a negatively charged cloud CL and a positively charged cloud CL. Therefore, the charge polarization of the aircraft 1 is not necessarily in the state shown in FIG. 2.

図2の例では、雲CLが航空機1の真上より右側に位置しているので、正電荷は、航空機1上側に分極しつつ、さらに主翼12の右側端部に偏っている。一方、負電荷は、航空機1下側に分極しつつ、さらに、主翼12の左側端部の下側に偏っている。したがって、集中した正電荷の部位に生じる強い電界が気中の絶縁破壊を起こし、ストリーマーからリーダーという形で電荷が気中に漏れ出す。また、雲CLで保持できなくなった電荷が、そのような正電荷が偏った部位に向かい、雲CLからのリーダーと機体から延びるリーダーが接続されて放電するおそれがある。こうして、航空機1に落雷が生じうる。 In the example of Figure 2, cloud CL is located to the right of directly above aircraft 1, so the positive charges are polarized toward the upper side of aircraft 1 and are biased toward the right end of the main wing 12. Meanwhile, negative charges are polarized toward the lower side of aircraft 1 and are biased toward the lower side of the left end of the main wing 12. Therefore, a strong electric field generated at the site of concentrated positive charges causes insulation breakdown in the air, and charges leak out from streamers into the air in the form of leaders. Furthermore, charges that can no longer be held by cloud CL may move toward the site where the positive charges are biased, and the leader from cloud CL may connect with the leader extending from the aircraft and discharge. In this way, lightning may strike aircraft 1.

このような落雷を回避するために、航空機1や地上設備で雲CLの出現位置を予測し、雲CL自体を回避可能な飛行経路を導出することが有効である。しかし、雲CLの出現は、季節や気温の影響を受けやすく不規則であり、さらに、航空機1をトリガとした落雷を引き起こす位置を正確に予測することは困難である。例えば、夏期に見られる積乱雲(入道雲)では落雷を引き起こす位置を予測し易いが、冬期に見られる筋状雲では落雷を引き起こす位置を予測し難い。 In order to avoid such lightning strikes, it is effective to predict the appearance position of the cloud CL using the aircraft 1 or ground equipment and to derive a flight path that can avoid the cloud CL itself. However, the appearance of the cloud CL is irregular and susceptible to the influence of the season and temperature, and furthermore, it is difficult to accurately predict the location where a lightning strike triggered by the aircraft 1 will occur. For example, it is easy to predict the location of a cumulonimbus cloud that can cause a lightning strike in the summer, but it is difficult to predict the location of a streaky cloud that can occur in the winter.

したがって、落雷を回避するための飛行経路であっても、飛行経路に唐突に雲CLが出現すると、雲CLの近傍において、航空機が落雷の影響を受けるおそれがあった。ここでは、航空機1の機体姿勢を制御することで、落雷の影響を抑制する。 Therefore, even if the flight route is intended to avoid lightning strikes, if a cloud CL suddenly appears on the flight route, there is a risk that the aircraft will be affected by the lightning strike in the vicinity of the cloud CL. Here, the influence of lightning is suppressed by controlling the attitude of the aircraft 1.

ここで、航空機1における正電荷や負電荷の偏りは、主として航空機1の周囲における電界の方向(以下、単に電界方向と言う)に依存している。すなわち、雲CLによって大気中には所定の方向を有する電界が生成され、その中を航空機1が飛行することで、図2のように正電荷および負電荷が偏る。そこで、本実施形態では、電界方向を推定し、航空機1の機体姿勢を、電界の影響を最小限に留める機体姿勢に変位させて、航空機1内での電荷(正電荷および負電荷)の偏りを抑制する。以下、その具体的な処理を説明する。 Here, the bias of positive charges and negative charges in the aircraft 1 mainly depends on the direction of the electric field around the aircraft 1 (hereinafter simply referred to as the electric field direction). That is, an electric field having a predetermined direction is generated in the atmosphere by the cloud CL, and when the aircraft 1 flies in the electric field, positive charges and negative charges are biased as shown in FIG. Therefore, in this embodiment, the direction of the electric field is estimated, and the body posture of the aircraft 1 is displaced to a body posture that minimizes the influence of the electric field. suppress. The specific process will be explained below.

(落雷回避姿勢制御処理)
図3は、航空機1の制御系を説明するための機能ブロック図である。飛行制御装置18は、プログラムと協働して、電界方向推定部50、姿勢導出部52、姿勢制御部54としても機能する。また、このような機能部は、姿勢センサ20や電界センサ22から検出結果を得て、飛行機構24を制御する。ここでは、本実施形態の目的である落雷回避に必要な構成を説明し、本実施形態に関係のない構成については説明を省略する。
(Lightning avoidance attitude control process)
FIG. 3 is a functional block diagram for explaining the control system of the aircraft 1. The flight control device 18 also functions as an electric field direction estimation section 50, an attitude derivation section 52, and an attitude control section 54 in cooperation with the program. Further, such a functional unit obtains detection results from the attitude sensor 20 and the electric field sensor 22 and controls the flight mechanism 24. Here, the configuration necessary for avoiding lightning strikes, which is the purpose of this embodiment, will be explained, and the explanation of configurations that are not related to this embodiment will be omitted.

図4は、落雷回避姿勢制御処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、所定時間経過毎の割込信号に応じて当該落雷回避姿勢制御処理が実行される。落雷回避姿勢制御処理では、電界方向推定部50が、電界センサ22の検出結果に基づいて航空機1の周囲における電界方向を推定する(S100)。次に、姿勢導出部52が、推定された電界方向に基づいて落雷の可能性を下げる目標機体姿勢を導出する(S102)。続いて、姿勢制御部54が、導出された目標機体姿勢となるように航空機1を姿勢制御する(S104)。以下、各処理を詳述する。 FIG. 4 is a flowchart showing the flow of lightning strike avoidance attitude control processing. Here, the lightning strike avoidance attitude control process is executed in response to an interrupt signal every predetermined period of time. In the lightning strike avoidance attitude control process, the electric field direction estimation unit 50 estimates the electric field direction around the aircraft 1 based on the detection result of the electric field sensor 22 (S100). Next, the attitude deriving unit 52 derives a target aircraft attitude that lowers the possibility of being struck by lightning based on the estimated electric field direction (S102). Subsequently, the attitude control unit 54 performs attitude control of the aircraft 1 so as to achieve the derived target aircraft attitude (S104). Each process will be explained in detail below.

(電界方向推定処理S100)
図5は、電界強度分布を説明するための説明図である。まず、電界方向推定部50は、複数(ここでは4つ)の電界センサ22から機体上側面の電界強度を取得する。そうすると、複数の電界センサ22それぞれの位置における電界強度が、図5の棒グラフ60のように表される。なお、図5では、機体上側の電界強度、すなわち、正電荷に対応する電界強度を表している。ここでは、雲CLに近い主翼12の右側端部の電界強度が高くなる一方で、主翼12の左側端部の電界強度は低くなる。また、主翼12の中間位置に相当する機首および機尾の電界強度は、主翼12の右側端部と左側端部の中間値となっている。
(Electric field direction estimation process S100)
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the electric field strength distribution. First, the electric field direction estimating unit 50 acquires the electric field strength on the upper side of the fuselage from a plurality of (here, four) electric field sensors 22. Then, the electric field strength at each position of the plurality of electric field sensors 22 is represented as a bar graph 60 in FIG. 5. Note that FIG. 5 shows the electric field strength above the body, that is, the electric field strength corresponding to positive charges. Here, the electric field strength at the right end of the main wing 12 near the cloud CL becomes high, while the electric field strength at the left end of the main wing 12 becomes low. Further, the electric field strength at the nose and the tail, which correspond to the intermediate position of the main wing 12, is an intermediate value between the right end portion and the left end portion of the main wing 12.

図6は、電界強度分布と電界方向とが対応付けられたテーブルである。ここでは、複数の電界方向に単位電界強度で機体に電界をかけた場合の、複数の電界センサ22それぞれの位置の電界強度分布を予め求めておき、それをテーブル化している。電界方向推定部50は、複数の電界センサ22それぞれの位置における電界強度を取得すると、上記のテーブルから、その電界強度同士の比率が等しくなる電界強度分布を特定する。例えば、複数の電界センサ22それぞれの電界強度同士の比率が、図6におけるA:B:C:Dと等しいとする。換言すれば、複数の電界センサ22の電界強度は、それぞれA、B、C、Dに所定値を乗じた値となる。電界方向推定部50は、図6におけるA、B、C、Dに対応する電界方向E、Fを抽出し、その電界方向E、Fを、図5において白抜き矢印で示した、現時点の電界方向62とする。こうして、電界方向推定部50は、航空機1の周囲における電界方向を推定することができる。 6 is a table in which the electric field strength distribution and the electric field direction are associated. Here, the electric field strength distribution at each position of the electric field sensors 22 when an electric field is applied to the aircraft with a unit electric field strength in each electric field direction is obtained in advance and tabulated. When the electric field direction estimation unit 50 acquires the electric field strength at each position of the electric field sensors 22, it identifies the electric field strength distribution in which the ratio of the electric field strengths is equal from the above table. For example, it is assumed that the ratio of the electric field strengths of the electric field sensors 22 is equal to A:B:C:D in FIG. 6. In other words, the electric field strengths of the electric field sensors 22 are A, B, C, D multiplied by a predetermined value. The electric field direction estimation unit 50 extracts the electric field directions E and F corresponding to A, B, C, and D in FIG. 6, and sets the electric field directions E and F as the current electric field directions 62 indicated by the white arrows in FIG. 5. In this way, the electric field direction estimation unit 50 can estimate the electric field direction around the aircraft 1.

なお、ここでは、電界センサ22を4つ用いる例を挙げているが、その位置を対称的とせず、3つの電界センサ22をアンバランスに配置することでも電界方向を特定できる。また、ピッチ軸またはロール軸の1軸回りの電界方向を特定すればよい場合、電界センサ22は2つあれば足りる。 Although an example is given here in which four electric field sensors 22 are used, the direction of the electric field can also be specified by arranging the three electric field sensors 22 unbalancedly instead of symmetrically. Furthermore, if it is sufficient to specify the direction of the electric field around one axis, the pitch axis or the roll axis, two electric field sensors 22 are sufficient.

(姿勢導出処理S102)
図5の例では、航空機1の主翼12の左上側から右上側にかけて正電荷に対応する電界強度が高くなっていることが理解できる。換言すると、航空機1の右上側に正電荷が偏っていると言える。この場合、航空機1が負極側に帯電した雲CLの左近傍を飛行すると、航空機1の主翼12の右側端部近傍で落雷が生じやすくなる。一方、航空機1の主翼12の右下側から左下側にかけて負電荷に対応する電界強度が高くなっており、航空機1の左下側に負電荷が偏っている。この場合、航空機1が正極側に帯電した雲CLの右近傍を飛行すると、航空機1の主翼12の左側端部近傍で落雷が生じやすくなる。
(Posture derivation process S102)
In the example of FIG. 5, it can be seen that the electric field strength corresponding to positive charges increases from the upper left side to the upper right side of the main wing 12 of the aircraft 1. In other words, it can be said that positive charges are biased towards the upper right side of the aircraft 1. In this case, when the aircraft 1 flies near the left side of the negatively charged cloud CL, lightning strikes are likely to occur near the right end of the main wing 12 of the aircraft 1. On the other hand, the electric field strength corresponding to negative charges increases from the lower right side to the lower left side of the main wing 12 of the aircraft 1, and the negative charges are biased towards the lower left side of the aircraft 1. In this case, when the aircraft 1 flies near the right side of the positively charged cloud CL, lightning strikes are likely to occur near the left end of the main wing 12 of the aircraft 1.

そこで、姿勢導出部52は、推定された電界方向に基づいて、正電荷や負電荷の偏りが少ない目標機体姿勢、すなわち、電界強度の偏りを平滑化し落雷の可能性を下げることができる目標機体姿勢を導出する。 Therefore, based on the estimated electric field direction, the attitude derivation unit 52 determines a target aircraft attitude with less bias in positive charges and negative charges, that is, a target aircraft attitude that can smooth out the bias in electric field strength and lower the possibility of being struck by lightning. Derive the posture.

まず、姿勢導出部52は、航空機1の突出部に基づいて形成される平面(以下、突出平面と言う)を導出する。 First, the attitude derivation unit 52 derives a plane formed based on the protrusion of the aircraft 1 (hereinafter referred to as the protrusion plane).

図7は、突出平面を説明するための説明図である。ここでは、航空機1の鉛直上方の突出部として、胴体10の前方に位置する操縦室の鉛直上部66a、垂直尾翼16の鉛直上部66b、主翼12の右側端部66c、主翼12の左側端部66dとを設定している。 FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the protruding plane. Here, the vertically upward protruding parts of the aircraft 1 include a vertically upper part 66a of the cockpit located in front of the fuselage 10, a vertically upper part 66b of the vertical tail 16, a right end 66c of the main wing 12, and a left end 66d of the main wing 12. and is set.

そして、姿勢導出部52は、設定された突出部66a、66b、66c、66d全てより鉛直上方に位置する平面を形成する。具体的に、姿勢導出部52は、操縦室の鉛直上部66aと垂直尾翼16の鉛直上部66bとの結線68を含み、主翼12の右側端部66cおよび主翼12の左側端部66dからの距離が等しい平面を突出平面70として設定する。 The posture deriving section 52 forms a plane located vertically above all of the set protrusions 66a, 66b, 66c, and 66d. Specifically, the attitude deriving unit 52 includes a connection 68 between the vertical upper part 66a of the cockpit and the vertical upper part 66b of the vertical tail 16, and the distance from the right end 66c of the main wing 12 and the left end 66d of the main wing 12 is An equal plane is set as the protruding plane 70.

ここでは、突出平面70として、突出部66a、66b、66c、66d全てより鉛直上方に位置する平面を挙げて説明したが、突出平面70は、航空機1の突出部66a、66b、66c、66dに基づいて形成されれば足りる。例えば、突出部66a、66b、66c、66dの近似平面を突出平面70としてもよい。 Here, the protruding plane 70 has been described as a plane located vertically above all of the protruding portions 66a, 66b, 66c, and 66d, but it is sufficient for the protruding plane 70 to be formed based on the protruding portions 66a, 66b, 66c, and 66d of the aircraft 1. For example, the approximate plane of the protruding portions 66a, 66b, 66c, and 66d may be used as the protruding plane 70.

また、ここでは、突出部66a、66b、66c、66dの形状が等しいとして突出平面70を導出しているが、突出部66a、66b、66c、66dの形状によっては、電荷の密度が異なる場合がある。例えば、突出部66a、66b、66c、66dの形状が尖鋭していたり、角が鋭角であれば、電荷が密集して(電界強度が高くなって)落雷が生じ易く、一方、形状が平面や球面、角が鈍角であれば、電荷が分散して(電界強度が低くなって)落雷が生じ難い。したがって、姿勢導出部52は、突出部66a、66b、66c、66dの位置のみならず、その形状にも基づいて、例えば、形状が尖鋭していれば、その突出部の位置を機体の外側にオフセットさせて、突出平面70を導出してもよい。 Furthermore, here, the protrusion plane 70 is derived assuming that the protrusions 66a, 66b, 66c, and 66d have the same shape, but the charge density may differ depending on the shape of the protrusions 66a, 66b, 66c, and 66d. be. For example, if the shapes of the protrusions 66a, 66b, 66c, and 66d are sharp, or if the corners are acute, charges will be concentrated (the electric field strength will be high), making it easy to cause lightning strikes.On the other hand, if the shapes are flat or If the surface is spherical and the corners are obtuse, the charges will be dispersed (the electric field strength will be lower) and lightning will be less likely to occur. Therefore, the attitude deriving unit 52 determines not only the positions of the protrusions 66a, 66b, 66c, and 66d but also their shapes. The protruding plane 70 may be derived by being offset.

また、ここでは、雲CLが航空機1の鉛直上方に位置しているので、航空機1の鉛直上方の突出部を挙げて突出平面70を形成する例を挙げて説明した。しかし、雲CLの位置に応じて対象となる突出部を変更するとしてもよい。例えば、雲CLが鉛直下方に位置している場合、航空機1の鉛直下方の突出部、例えば、胴体10の腹部を対象としてもよい。 Further, here, since the cloud CL is located vertically above the aircraft 1, an example has been described in which the vertically upward protruding portion of the aircraft 1 is raised to form the protruding plane 70. However, the target protrusion may be changed depending on the position of the cloud CL. For example, if the cloud CL is located vertically below, a vertically downward protrusion of the aircraft 1, for example, the abdomen of the fuselage 10, may be targeted.

次に、姿勢導出部52は、突出平面70が、電界方向推定部50が推定した電界方向62と垂直に交わるような目標機体姿勢を導出する。このとき、姿勢導出部52は、電界方向62を、ピッチ軸およびロール軸に分解してもよい。 Next, the attitude deriving unit 52 derives a target aircraft attitude such that the protruding plane 70 intersects perpendicularly to the electric field direction 62 estimated by the electric field direction estimating unit 50. At this time, the attitude deriving unit 52 may decompose the electric field direction 62 into a pitch axis and a roll axis.

図8は、目標機体姿勢を説明するための説明図である。例えば、図8の例において、姿勢導出部52は、電界方向62に垂直となるようにピッチ軸回りの角(ピッチ角)がα°傾いた目標機体姿勢72を導出する。また、姿勢導出部52は、電界方向62に垂直となるようにロール軸回りの角(ロール角)がβ°傾いた目標機体姿勢72を導出する。ここでは、航空機1の機体姿勢を、突出平面70と電界方向62とが垂直に交わるような目標機体姿勢72とすることで、突出部における電界強度を均等にすることを目的としている。 FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the target aircraft attitude. For example, in the example of FIG. 8, the attitude deriving unit 52 derives a target aircraft attitude 72 in which the angle around the pitch axis (pitch angle) is inclined by α° so as to be perpendicular to the electric field direction 62. The attitude deriving unit 52 also derives a target aircraft attitude 72 in which the angle around the roll axis (roll angle) is inclined by β° so as to be perpendicular to the electric field direction 62. Here, the purpose is to equalize the electric field strength at the protrusion by setting the body posture of the aircraft 1 to a target body posture 72 in which the protrusion plane 70 and the electric field direction 62 perpendicularly intersect.

ただし、かかる目標機体姿勢72は、安定した飛行を継続できる範囲(例えば、ピッチ角-30°~+30°、ロール角-30°~+30°)、かつ、飛行経路が大幅に変更されない範囲で導出される。したがって、電界方向と垂直に交わるような目標機体姿勢72が、安定した飛行を阻害したり、飛行経路を大幅に変更しなければならないと判断された場合、姿勢導出部52は、目標機体姿勢72を、安定した飛行を継続できる範囲、かつ、飛行経路が大幅に変更されない範囲に制限する。 However, such target aircraft attitude 72 is derived within a range that allows stable flight to continue (for example, pitch angle -30° to +30°, roll angle -30° to +30°) and within a range where the flight path does not change significantly. be done. Therefore, if it is determined that the target aircraft attitude 72 that intersects perpendicularly to the electric field direction impedes stable flight or requires a significant change in the flight path, the attitude derivation unit 52 limit to the range where stable flight can continue and the flight path will not change significantly.

また、ここでは、姿勢導出部52が、1時点の電界強度分布から目標機体姿勢72を導出する例を挙げて説明したが、かかる場合に限らない。例えば、時々刻々と変化する電界強度分布の時間変化を考慮し、例えば、PID制御等により、その時間変化を踏まえて目標機体姿勢72を導出してもよい。 Further, although an example has been described here in which the attitude deriving unit 52 derives the target aircraft attitude 72 from the electric field intensity distribution at one point in time, the present invention is not limited to such a case. For example, the target aircraft attitude 72 may be derived based on the time change of the electric field strength distribution, which changes from moment to moment, by, for example, PID control or the like.

(姿勢制御処理S104)
姿勢制御部54は、姿勢導出部52が導出した目標機体姿勢72となるように航空機1を姿勢制御する。具体的に、姿勢制御部54は、まず、姿勢導出部52が導出した目標機体姿勢72となることをパイロットに報知(警告)する。そして、パイロットが、その目標機体姿勢72になることを許容すると、姿勢制御部54は、操作入力として目標機体姿勢72を入力する。こうして、機体姿勢の唐突な変化によって、パイロットが困惑することがなくなる。
(Attitude control processing S104)
The attitude control unit 54 performs attitude control of the aircraft 1 so as to achieve the target aircraft attitude 72 derived by the attitude derivation unit 52. Specifically, the attitude control unit 54 first notifies (warns) the pilot that the target aircraft attitude 72 derived by the attitude derivation unit 52 will be achieved. Then, when the pilot allows the target aircraft attitude 72 to be achieved, the attitude control unit 54 inputs the target aircraft attitude 72 as an operation input. In this way, the pilot is no longer confused by sudden changes in the aircraft's attitude.

また、姿勢制御部54は、姿勢導出部52が導出した目標機体姿勢72自体を、表示装置等を通じてパイロットに報知してもよい。この場合、パイロットは、目標機体姿勢72を視認して、手動で航空機1の機体姿勢を制御する。こうして、パイロットが認識した状態で、落雷の可能性が低い機体姿勢にすることができる。 Further, the attitude control unit 54 may notify the pilot of the target aircraft attitude 72 itself derived by the attitude derivation unit 52 through a display device or the like. In this case, the pilot visually recognizes the target aircraft attitude 72 and manually controls the aircraft attitude of the aircraft 1. In this way, the aircraft can be placed in a posture that reduces the possibility of being struck by lightning, with the pilot being aware of it.

図9は、姿勢制御処理を説明するための説明図である。そして、姿勢制御部54は、入力された目標機体姿勢72に応じて、図9に示したように、機首をピッチ角α°だけ鉛直上方に傾け、バンク角をロール角β°分傾ける。このとき、姿勢制御部54は、目標機体姿勢72を目標とし、姿勢センサ20の検出結果をフィードバックさせて、機体姿勢を制御する。 FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining attitude control processing. Then, according to the input target aircraft attitude 72, the attitude control unit 54 tilts the nose vertically upward by a pitch angle α° and tilts the bank angle by a roll angle β°, as shown in FIG. At this time, the attitude control unit 54 targets the target aircraft attitude 72 and controls the aircraft attitude by feeding back the detection result of the attitude sensor 20.

また、機体姿勢が目標機体姿勢72となった後、飛行制御装置18は、複数の電界センサ22の電界強度を再度取得する。ここで、電界強度の偏差が所定の範囲を超えていたら、電界方向推定処理S100からの処理を再度実行するとしてもよい。 In addition, after the aircraft attitude reaches the target aircraft attitude 72, the flight control device 18 again acquires the electric field strengths of the multiple electric field sensors 22. If the deviation in the electric field strength exceeds a predetermined range, the process from the electric field direction estimation process S100 may be executed again.

なお、姿勢制御部54は、機体姿勢を即座に目標機体姿勢72となるように制御せず、その変化速度を調整してもよい。例えば、一次遅れフィルタによって入力された目標機体姿勢72に所定の時定数を伴って変化させる。こうすることで、雲CLの出現によって急に機体姿勢を変更する場合であっても、パイロットや搭乗者の安全を確保することができる。 The attitude control unit 54 may adjust the rate of change of the aircraft attitude rather than immediately controlling it to the target aircraft attitude 72. For example, the target aircraft attitude 72 input by a first-order lag filter may be changed with a predetermined time constant. In this way, the safety of the pilot and passengers can be ensured even if the aircraft attitude is suddenly changed due to the appearance of clouds CL.

また、ここでは、電界強度分布と電界方向とが対応付けられた図6のテーブルを用いて、電界方向を推定したが、電界方向を推定することなく、航空機1を姿勢制御してもよい。例えば、複数の電界センサ22が機体に対して対称的に配置され(例えば、主翼12の右側端部と主翼12の左側端部)、姿勢制御部54は、対称的に配置された2つの電界センサ22の検出結果(電界強度)が等しくなるように、航空機1を姿勢制御するとしてもよい。 Further, here, the electric field direction is estimated using the table of FIG. 6 in which the electric field intensity distribution and the electric field direction are associated with each other, but the attitude of the aircraft 1 may be controlled without estimating the electric field direction. For example, a plurality of electric field sensors 22 are arranged symmetrically with respect to the aircraft body (for example, at the right end of the main wing 12 and at the left end of the main wing 12), and the attitude control unit 54 controls the two symmetrically arranged electric field sensors. The attitude of the aircraft 1 may be controlled so that the detection results (electric field strengths) of the sensors 22 are equal.

以上説明した構成により、正電荷および負電荷それぞれに対応する電界強度分布を均一化し、航空機1の機体姿勢を落雷の可能性が低い機体姿勢とすることができ、落雷の影響を抑制することが可能となる。 The configuration described above makes it possible to equalize the distribution of electric field strength corresponding to each positive charge and negative charge, and to place the aircraft 1 in an attitude that reduces the possibility of a lightning strike, thereby making it possible to suppress the effects of lightning strikes.

上述した実施形態では、飛行経路において雲CLが出現した場合に、雲CL近傍の、航空機をトリガとした落雷を引き起こす可能性が高い領域において、航空機1の機体姿勢を制御することで、落雷の影響を抑制した。しかし、飛行状況によっては、所望する機体姿勢をとることができなかったり、急な機体姿勢の制御により所望する飛行経路から逸脱するおそれも考えられる。そこで、雲CLの近傍(具体的には、雲CL近傍における落雷を引き起こす可能性が高い領域)を通過するときに、航空機1の機体姿勢を落雷の可能性が低い機体姿勢に制御できるような飛行経路を導出することで、落雷の影響を抑制する。以下、その具体的な処理を説明する。 In the embodiment described above, when a cloud CL appears on the flight path, the attitude of the aircraft 1 is controlled in an area near the cloud CL where there is a high possibility of an aircraft-triggered lightning strike, thereby preventing a lightning strike. The impact was suppressed. However, depending on the flight situation, there is a possibility that the aircraft may not be able to take the desired attitude, or that the aircraft may deviate from the desired flight path due to abrupt control of the aircraft attitude. Therefore, when passing near the cloud CL (specifically, an area near the cloud CL that is likely to cause a lightning strike), it is possible to control the attitude of the aircraft 1 to a position that has a low possibility of being struck by lightning. By deriving flight paths, the effects of lightning strikes can be suppressed. The specific process will be explained below.

(落雷回避経路制御処理)
図10は、航空機1の制御系を説明するための他の機能ブロック図である。飛行制御装置18は、プログラムと協働して、上述した電界方向推定部50、姿勢導出部52、姿勢制御部54に加え、雲位置取得部56、経路導出部58としても機能する。なお、上述した実施形態において既に説明した姿勢導出部52、姿勢制御部54については実質的に機能が等しいので、詳細な説明を省略し、ここでは、機能が異なる電界方向推定部50、雲位置取得部56、経路導出部58を主として説明する。
(Lightning avoidance route control processing)
FIG. 10 is another functional block diagram for explaining the control system of the aircraft 1. In cooperation with the program, the flight control device 18 functions as a cloud position acquisition section 56 and a route derivation section 58 in addition to the electric field direction estimation section 50, attitude derivation section 52, and attitude control section 54 described above. Note that the attitude deriving unit 52 and the attitude control unit 54 already explained in the above embodiment have substantially the same functions, so a detailed explanation will be omitted, and here, the electric field direction estimating unit 50 and the cloud position The acquisition section 56 and route derivation section 58 will be mainly explained.

図11は、落雷回避経路制御処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、所定時間経過毎の割込信号に応じて当該落雷回避経路制御処理が実行される。落雷回避経路制御処理では、雲位置取得部56が、雲CLの位置を取得する(S200)。続いて、電界方向推定部50が、取得された雲CLの位置と飛行経路とに基づいて、その雲CLの近傍を通過するときの電界方向を推定する(S202)。次に、姿勢導出部52が、推定された電界方向に基づいて落雷の可能性を下げる目標機体姿勢を導出する(S204)。続いて、経路導出部58が、雲CLの近傍において、導出された目標機体姿勢を保持できるように、改めて飛行経路を導出する(S206)。次に、姿勢制御部54が、雲CLの近傍を通過するとき、導出された目標機体姿勢となるように航空機1を姿勢制御する(S208)。以下、各処理を詳述する。 FIG. 11 is a flowchart showing the flow of lightning strike avoidance route control processing. Here, the lightning strike avoidance route control process is executed in response to an interrupt signal every predetermined period of time. In the lightning strike avoidance route control process, the cloud position acquisition unit 56 acquires the position of the cloud CL (S200). Next, the electric field direction estimating unit 50 estimates the electric field direction when passing near the cloud CL, based on the acquired position and flight path of the cloud CL (S202). Next, the attitude deriving unit 52 derives a target aircraft attitude that lowers the possibility of being struck by lightning based on the estimated electric field direction (S204). Subsequently, the route deriving unit 58 derives a flight path anew so that the derived target aircraft attitude can be maintained in the vicinity of the cloud CL (S206). Next, the attitude control unit 54 controls the attitude of the aircraft 1 so that it has the derived target aircraft attitude when passing near the cloud CL (S208). Each process will be explained in detail below.

(雲位置取得処理S200)
雲位置取得部56は、雲CLの位置、特に、飛行経路近傍の雲CLの位置を取得する。雲CLの位置は、様々な手段により特定される。例えば、(1)雲CLの予測情報を外部から取得、(2)先行する航空機1から取得する等が考えられる。
(Cloud position acquisition process S200)
The cloud position acquisition unit 56 acquires the position of the cloud CL, particularly the position of the cloud CL near the flight path. The position of the cloud CL is specified by various means. For example, (1) the prediction information of the cloud CL may be acquired from outside, (2) it may be acquired from the preceding aircraft 1, etc.

(1)地上設備では、気象レーダ等を通じて予測した雲CLの出現位置を特定できる。また、雲CLの位置、その近傍の風向き、風速に基づいて、将来の所定の時刻における雲CLの位置を推定することもできる。雲位置取得部56は、雲CLの予測情報として、例えば、飛行経路それぞれを経由するときの、地上設備で推定した飛行経路近傍の雲CLの位置を取得する。また、雲位置取得部56は、雲CLの位置に加え、雲CLの大きさ、種別、帯電量を取得することができる。 (1) Ground equipment can identify the appearance position of cloud CL predicted through weather radar or the like. Furthermore, the position of the cloud CL at a predetermined time in the future can also be estimated based on the position of the cloud CL, the wind direction, and the wind speed in the vicinity thereof. The cloud position acquisition unit 56 acquires, as the prediction information of the cloud CL, the position of the cloud CL near the flight route estimated by the ground equipment when passing through each flight route, for example. Further, the cloud position acquisition unit 56 can acquire the size, type, and amount of charge of the cloud CL in addition to the position of the cloud CL.

(2)また、上述したように、航空機1では、電界方向推定部50が、電界センサ22の検出結果に基づいて航空機1の周囲における電界方向を推定することができる。そこで、先行する他の航空機1が、推定した電界方向を一時的に保持しておく。そして、雲位置取得部56は、先行して飛行する他の航空機1から、自己の航空機1の飛行経路における電界方向を取得する。こうして、雲位置取得部56は、雲CLの位置と同等の情報である電界方向を取得することができる。 (2) Furthermore, as described above, in the aircraft 1, the electric field direction estimation unit 50 can estimate the electric field direction around the aircraft 1 based on the detection result of the electric field sensor 22. Therefore, the other preceding aircraft 1 temporarily holds the estimated electric field direction. Then, the cloud position acquisition unit 56 acquires the electric field direction in the flight path of the own aircraft 1 from other aircraft 1 flying in advance. In this way, the cloud position acquisition unit 56 can acquire the electric field direction, which is information equivalent to the position of the cloud CL.

(電界方向推定処理S202)
図12は、電界方向を説明するための説明図である。ここでは、説明の便宜上、航空機1のロール軸回りの電界方向を説明するが、ピッチ軸回りも同様に導出できるのは言うまでもない。
(Electric field direction estimation process S202)
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the electric field direction. Here, for convenience of explanation, the electric field direction around the roll axis of the aircraft 1 will be explained, but it goes without saying that the electric field direction around the pitch axis can be similarly derived.

(1)雲位置取得部56が雲CLの位置を取得した場合、電界方向推定部50は、雲CLの位置、大きさ、種別、および、帯電量に基づいて、図12において実線の矢印で示したように、その雲CL近傍の電界(電気力線)を推定する。 (1) When the cloud position acquisition unit 56 acquires the position of the cloud CL, the electric field direction estimation unit 50 estimates the electric field (electric field lines) in the vicinity of the cloud CL based on the position, size, type, and charge amount of the cloud CL, as shown by the solid arrows in Figure 12.

そして、電界方向推定部50は、自己の航空機1の飛行経路に基づいて、雲CLと航空機1との位置関係を特定する。例えば、航空機1が雲CLに対し、図12に示す位置を図12の奥側に向かって飛行する予定であるとする。そうすると、航空機1は、図12のように、雲CLの右下側を通過することとなる。次に、電界方向推定部50は、航空機1近傍の電気力線の方向、ここではロール角β°を特定し、そのロール角β°を電界方向とする。 Then, the electric field direction estimating unit 50 identifies the positional relationship between the cloud CL and the aircraft 1 based on the flight path of the own aircraft 1. For example, assume that the aircraft 1 is scheduled to fly toward the back of FIG. 12 from the position shown in FIG. 12 with respect to the cloud CL. Then, the aircraft 1 will pass through the lower right side of the cloud CL, as shown in FIG. 12. Next, the electric field direction estimating unit 50 identifies the direction of the lines of electric force near the aircraft 1, here the roll angle β°, and sets the roll angle β° as the electric field direction.

また、(2)雲位置取得部56が飛行経路における電界方向を取得した場合、電界方向推定部50は、その電界方向をそのまま利用する。こうして、電界方向推定部50は、雲CLの近傍を通過するときの航空機1の周囲における電界方向を推定することができる。 (2) When the cloud position acquisition unit 56 acquires the electric field direction on the flight path, the electric field direction estimation unit 50 uses the electric field direction as is. In this way, the electric field direction estimation unit 50 can estimate the electric field direction around the aircraft 1 when passing near the cloud CL.

(姿勢導出処理S204)
姿勢導出部52は、推定された電界方向に基づいて落雷の可能性を下げる目標機体姿勢を導出する。かかる目標機体姿勢の導出手順は、上述した実施形態において図5を用い、既に説明しているので、ここでは、その説明を省略する。
(Posture derivation process S204)
The attitude deriving unit 52 derives a target aircraft attitude that reduces the possibility of lightning strikes based on the estimated electric field direction. The procedure for deriving such a target aircraft attitude has already been explained using FIG. 5 in the embodiment described above, so the explanation thereof will be omitted here.

(経路導出処理S206)
経路導出部58は、雲CLの近傍において、姿勢導出部52が導出した目標機体姿勢を保持できるように、改めて飛行経路を導出する。
(Route derivation processing S206)
The route deriving unit 58 re-derives a flight path so that the target aircraft attitude derived by the attitude deriving unit 52 can be maintained in the vicinity of the cloud CL.

図13は、飛行経路を説明するための説明図である。ここでは、航空機1が滑走路RWに着陸する場合を想定する。すなわち、航空機1の目的地は滑走路RWとなる。例えば、航空機1は、図13において破線で示した飛行経路80での飛行を予定していたとする。しかし、雲位置取得部56が取得した雲CLの位置に基づき、航空機1は、滑走路RWに着陸する前に雲CLの近傍を通過することが予測されたとする。そうすると、航空機1は、かかる雲CLの近傍を通過する際に、雲CLの電界により、正電荷や負電荷の偏りが生じ、航空機1をトリガとした落雷を引き起こすおそれがある。 FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the flight path. Here, it is assumed that the aircraft 1 lands on the runway RW. That is, the destination of the aircraft 1 is the runway RW. For example, assume that the aircraft 1 is scheduled to fly along a flight path 80 shown by a broken line in FIG. However, based on the position of the cloud CL acquired by the cloud position acquisition unit 56, it is assumed that the aircraft 1 is predicted to pass near the cloud CL before landing on the runway RW. Then, when the aircraft 1 passes near the cloud CL, the electric field of the cloud CL causes bias in positive charges and negative charges, which may cause a lightning strike triggered by the aircraft 1.

そこで、上述したように、電界方向推定部50は、取得された雲CLの位置と飛行経路とに基づいて、その雲CLの近傍を通過するときの電界方向を推定する。そして、姿勢導出部52が、推定された電界方向に基づいて落雷の可能性を下げる目標機体姿勢を導出する。ここでは、目標機体姿勢として、ロール軸を所定角度回転(機首を前に反時計回り)させた姿勢が導出されたとする。 Therefore, as described above, the electric field direction estimating unit 50 estimates the electric field direction when passing near the cloud CL, based on the acquired position of the cloud CL and the flight path. Then, the attitude deriving unit 52 derives a target aircraft attitude that reduces the possibility of being struck by lightning based on the estimated electric field direction. Here, it is assumed that an attitude in which the roll axis is rotated by a predetermined angle (counterclockwise with the nose forward) is derived as the target aircraft attitude.

経路導出部58は、雲CLの近傍において、導出された目標機体姿勢を保持できるように、改めて、図13において実線で示した飛行経路81を導出する。ここでは、目標機体姿勢(機首を前に反時計回り)によって航空機1が所定期間旋回するので、経路導出部58は、元の飛行経路80より、左側の飛行経路81を導出している。 The route derivation unit 58 again derives a flight path 81 shown by a solid line in FIG. 13 so that the derived target aircraft attitude can be maintained in the vicinity of the cloud CL. Here, since the aircraft 1 turns for a predetermined period according to the target aircraft attitude (counterclockwise with the nose forward), the route derivation unit 58 derives a flight path 81 on the left side from the original flight path 80.

なお、仮に、航空機1に、元の飛行経路80より右側の、図13において一点鎖線で示した飛行経路81Dを飛行させると、旋回時に、機体姿勢が機首を前に時計回りに所定角度回転した状態となり、雲CLによる電界方向に主翼12の左側端部が向くことになる。そうすると、元の飛行経路80より、さらに航空機1に落雷が生じる可能性が高くなる。したがって、経路導出部58は、元の飛行経路80より、左側の飛行経路81を導出するのが望ましい。 Furthermore, if the aircraft 1 were to fly along a flight path 81D shown by a dashed line in FIG. In this state, the left end of the main wing 12 faces in the direction of the electric field caused by the cloud CL. In this case, there is a higher possibility that the aircraft 1 will be struck by lightning than on the original flight path 80. Therefore, it is preferable that the route derivation unit 58 derives the flight route 81 on the left side from the original flight route 80.

ここでは、理解を容易にするために、経路導出部58が、雲CLの近傍を通過するときの電界方向に基づいて飛行経路81を導出する例を挙げて説明したが、かかる場合に限らず、経路導出部58は、電界方向に加え、電界強度も考慮して飛行経路81を導出するとしてもよい。この場合、経路導出部58は、まず、電界強度が高くなる経路を優先的に回避し、その結果、通過せざるを得ない、雲CL近傍における落雷を引き起こす可能性が高い領域において、推定された電界方向に基づいて落雷の可能性を下げることが可能な目標機体姿勢を導出する。 Here, in order to facilitate understanding, an example has been given in which the route deriving unit 58 derives the flight route 81 based on the electric field direction when passing near the cloud CL, but this is not limited to such a case. The route deriving unit 58 may derive the flight path 81 by taking into consideration not only the direction of the electric field but also the strength of the electric field. In this case, the route deriving unit 58 first preferentially avoids the route where the electric field strength is high, and as a result, the route derivation unit 58 first avoids the route where the electric field strength is high, and as a result, the route derivation unit 58 performs the estimated Based on the direction of the electric field, a target aircraft attitude that can reduce the possibility of lightning strikes is derived.

また、航空機1が滑走路RWに着陸する場合、経路導出部58は、電界方向および電界強度のみならず、滑走路RWに進入するために要する進入位置、進入角、最小旋回半径、残燃量で飛行できる飛行距離および高度を考慮して飛行経路81を導出する。かかる、滑走路RWに進入するために要するパラメータを反映する技術は、既存の技術なので、ここでは、その詳細な説明を省略する。 When the aircraft 1 lands on the runway RW, the route deriving unit 58 calculates not only the electric field direction and electric field strength, but also the approach position, approach angle, minimum turning radius, and amount of residual combustion required for approaching the runway RW. A flight path 81 is derived by taking into account the flight distance and altitude that can be flown. Since the technology that reflects the parameters required for entering the runway RW is an existing technology, detailed explanation thereof will be omitted here.

(姿勢制御処理S208)
新たに導出された飛行経路81を飛行しつつ、雲CLの近傍を通過するタイミングで、姿勢制御部54は、導出された目標機体姿勢となるように航空機1を姿勢制御する。かかる航空機1の姿勢制御は、上述した実施形態において図9を用い、既に説明しているので、ここでは、その説明を省略する。
(Attitude control processing S208)
While flying along the newly derived flight path 81, the attitude control unit 54 performs attitude control of the aircraft 1 so as to have the derived target aircraft attitude at the timing when the aircraft 1 passes near the cloud CL. Such attitude control of the aircraft 1 has already been explained using FIG. 9 in the above embodiment, so the explanation thereof will be omitted here.

こうすることで、飛行経路81に雲CLが存在する場合であっても、その雲CLの近傍を通過するときには、正電荷および負電荷それぞれに対応する電界強度分布を均一化し、航空機1の機体姿勢を落雷の可能性が低い機体姿勢とすることができるので、パイロットや搭乗者の安全を確保しつつ、落雷の影響を抑制することが可能となる。 By doing this, even if a cloud CL exists on the flight path 81, when passing near the cloud CL, the electric field strength distribution corresponding to each positive charge and negative charge is made uniform, and the airframe of the aircraft 1 is Since the attitude of the aircraft can be set to a position where the possibility of being struck by lightning is low, it is possible to suppress the effects of lightning while ensuring the safety of the pilot and passengers.

なお、飛行経路は雲CLの幅に比べて長い場合が多い。すなわち、予定された飛行経路80には、複数の雲CLが含まれる場合がある。本実施形態では、飛行経路80に複数の雲CLが含まれる場合であっても、適切に落雷の影響を抑制することができる。 Note that the flight path is often longer than the width of the cloud CL. That is, the planned flight path 80 may include a plurality of clouds CL. In this embodiment, even if the flight path 80 includes a plurality of clouds CL, the influence of lightning can be appropriately suppressed.

図14は、飛行経路を説明するための説明図である。ここでも、航空機1が滑走路RWに着陸する場合を想定する。例えば、航空機1は、図14において破線で示した飛行経路80での飛行を予定していたとする。しかし、雲位置取得部56が取得した雲CLの位置に基づき、航空機1は、滑走路RWに着陸する前に複数の雲CLの近傍を通過することが予測されたとする。 FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining the flight path. Here, it is also assumed that the aircraft 1 lands on the runway RW. For example, assume that the aircraft 1 is scheduled to fly along a flight path 80 shown by a broken line in FIG. However, based on the positions of the clouds CL acquired by the cloud position acquisition unit 56, it is assumed that the aircraft 1 is predicted to pass near a plurality of clouds CL before landing on the runway RW.

ここで、姿勢導出部52は、航空機1と複数の雲CLとの位置関係の変化に応じて時系列に複数の目標機体姿勢を導出し、経路導出部58は、複数の目標機体姿勢を保持したまま飛行できるように飛行経路を導出する。 Here, the attitude deriving unit 52 derives a plurality of target aircraft postures in time series according to changes in the positional relationship between the aircraft 1 and the plurality of clouds CL, and the route deriving unit 58 maintains a plurality of target aircraft postures. Determine the flight path so that the aircraft can fly while keeping the aircraft on course.

具体的に、姿勢導出部52は、滑走路RWに近い雲CL1に対し、推定された電界方向(または、電界方向および電界強度)に基づいて落雷の可能性を下げる目標機体姿勢を導出する。ここで、導出された目標機体姿勢が、ロール軸を所定角度回転(機首を前に左回転)させた姿勢であったとする。経路導出部58は、雲CL1の近傍において、航空機1が、導出された目標機体姿勢を保持したまま飛行できるように、図14において実線で示した飛行経路81を導出する。 Specifically, the attitude derivation unit 52 derives a target aircraft attitude that lowers the possibility of being struck by lightning, based on the estimated electric field direction (or electric field direction and electric field strength) for the cloud CL1 near the runway RW. Here, it is assumed that the derived target aircraft attitude is an attitude in which the roll axis is rotated by a predetermined angle (the nose is rotated forward and counterclockwise). The route derivation unit 58 derives a flight route 81 shown by a solid line in FIG. 14 so that the aircraft 1 can fly while maintaining the derived target aircraft attitude in the vicinity of the cloud CL1.

次に、姿勢導出部52は、飛行経路81を飛行するために経由することになる雲CL2に対し、推定された電界方向に基づいて落雷の可能性を下げる目標機体姿勢を導出する。ここで、導出された目標機体姿勢が、ロール軸を水平に保つ姿勢であったとする。経路導出部58は、雲CL2の近傍において、航空機1が、導出された目標機体姿勢を保持したまま飛行できるように、図14において一点鎖線で示した飛行経路82を導出する。 Next, the attitude deriving unit 52 derives a target attitude of the aircraft that reduces the possibility of being struck by lightning, based on the estimated electric field direction, for the cloud CL2 that the cloud CL2 will pass through in order to fly on the flight path 81. Here, it is assumed that the derived target aircraft posture is a posture that keeps the roll axis horizontal. The route derivation unit 58 derives a flight path 82 shown by a dashed line in FIG. 14 so that the aircraft 1 can fly while maintaining the derived target aircraft attitude in the vicinity of the cloud CL2.

続いて、姿勢導出部52は、飛行経路82を飛行するために経由することになる雲CL3に対し、推定された電界方向に基づいて落雷の可能性を下げる目標機体姿勢を導出する。ここで、導出された目標機体姿勢が、ロール軸を所定角度回転(機首を前に右回転)させた姿勢であったとする。経路導出部58は、雲CL3の近傍において、航空機1が、導出された目標機体姿勢を保持したまま飛行できるように、図14において二点鎖線で示した飛行経路83を導出する。 Subsequently, the attitude deriving unit 52 derives a target aircraft attitude that lowers the possibility of being struck by lightning, based on the estimated electric field direction, for the cloud CL3 that the cloud CL3 will pass through in order to fly on the flight path 82. Here, it is assumed that the derived target aircraft attitude is an attitude in which the roll axis is rotated by a predetermined angle (the nose is rotated forward and clockwise). The route derivation unit 58 derives a flight route 83 shown by a two-dot chain line in FIG. 14 so that the aircraft 1 can fly while maintaining the derived target aircraft attitude in the vicinity of the cloud CL3.

ここでは、上述したように、目標機体姿勢の導出と飛行経路の導出を、目的位置から、逆算して(時系列の逆順に)繰り返す。なお、雲CLが存在しない空域については、既存の技術に従って、例えば、飛行距離が最短となる、または、燃料消費が最低となる飛行経路を導出することができる。こうして、飛行経路に複数の雲CLが含まれる場合であっても、航空機1の機体姿勢を落雷の可能性が低い機体姿勢とすることができるので、落雷の影響を抑制することが可能となる。 Here, as described above, the derivation of the target aircraft attitude and the derivation of the flight path are repeated by calculating backwards (in reverse chronological order) from the target position. Note that for airspaces where clouds CL do not exist, it is possible to derive, for example, a flight route with the shortest flight distance or the lowest fuel consumption according to existing technology. In this way, even when a plurality of clouds CL are included in the flight path, the attitude of the aircraft 1 can be set to a body attitude with a low possibility of being struck by lightning, so it is possible to suppress the effects of lightning strikes. .

なお、ここでは、複数の雲CL毎に、航空機1近傍の電界方向を導出する例を挙げて説明したが、雲CLが大きく、飛行経路に応じて電界(電気力線)が変化するような場合、それを複数の雲CLとみなして対応することもできる。 Note that here, we have explained an example in which the direction of the electric field near the aircraft 1 is derived for each of multiple clouds CL, but when the cloud CL is large and the electric field (lines of electric force) changes depending on the flight path, In this case, it is also possible to deal with it by regarding it as a plurality of clouds CL.

ただし、落雷の可能性を下げる目標機体姿勢をとることを優先し、安全な飛行経路を厳格に導出すると、他の要素、例えば、飛行距離や燃料消費に影響を及ぼす場合がある。そこで、例えば、飛行経路が、目的地への飛行距離や燃料消費に影響を及ぼさない範囲で、目標機体姿勢を調整するとしてもよい。姿勢導出部52は、例えば、最短の飛行経路に近くなるように目標機体姿勢を補正し、経路導出部58は、補正後の目標機体姿勢を用いて、飛行経路を導出してもよい。 However, if priority is given to adopting a target aircraft attitude that reduces the possibility of lightning strikes, and a safe flight path is strictly derived, other factors, such as flight distance and fuel consumption, may be affected. Therefore, for example, the target aircraft attitude may be adjusted to the extent that the flight path does not affect the flight distance to the destination or the fuel consumption. For example, the attitude deriving unit 52 may correct the target aircraft attitude so that it becomes close to the shortest flight route, and the route deriving unit 58 may derive the flight route using the corrected target aircraft attitude.

また、上述した実施形態により雲CLの近傍を通過する際に、航空機1の姿勢を目標機体姿勢に保持することができる。しかし、雲CLの状態によって電界の状態が変化する場合がある。その場合は、上述したように、電界センサ22によってリアルタイムに電界方向を導出し、電界方向の変化に合わせて航空機1を姿勢制御するとしてもよい。 In addition, the above-described embodiment allows the attitude of the aircraft 1 to be maintained at the target aircraft attitude when passing near the cloud CL. However, the state of the electric field may change depending on the state of the cloud CL. In that case, as described above, the electric field direction may be derived in real time by the electric field sensor 22, and the attitude of the aircraft 1 may be controlled in accordance with the change in the electric field direction.

以上説明した構成により、正電荷および負電荷それぞれに対応する電界強度分布を均一化し、航空機1の機体姿勢を落雷の可能性が低い機体姿勢となるような飛行経路を導出できるので、パイロットや搭乗者の安全を確保しつつ、落雷の影響を抑制することが可能となる。 With the configuration described above, it is possible to equalize the electric field strength distribution corresponding to positive charges and negative charges, and to derive a flight path that makes the aircraft 1's attitude less likely to be struck by lightning. This makes it possible to suppress the effects of lightning strikes while ensuring the safety of people.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to these embodiments. It is clear that those skilled in the art can come up with various changes and modifications within the scope of the claims, and it is understood that these naturally fall within the technical scope of the present invention. be done.

例えば、上述した実施形態では、電界センサ22は、航空機1に4つ以上設けられ、電界方向推定部50は、電界センサ22の検出結果に基づいて航空機1の周囲における電界方向を推定する例を挙げて説明した。しかし、かかる場合に限らず、電界センサ22を、胴体10の上側と下側に1つずつ設けてもよい。この場合、電界方向推定部50は、2つの電界センサ22の検出結果に基づいて航空機1の周囲における電界方向を推定する。 For example, in the embodiment described above, four or more electric field sensors 22 are provided in the aircraft 1, and the electric field direction estimation unit 50 estimates the electric field direction around the aircraft 1 based on the detection results of the electric field sensors 22. I listed and explained. However, the present invention is not limited to this case, and one electric field sensor 22 may be provided on the upper side and the lower side of the body 10. In this case, the electric field direction estimation unit 50 estimates the electric field direction around the aircraft 1 based on the detection results of the two electric field sensors 22.

また、コンピュータを飛行制御装置18として機能させるプログラムや、当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD、DVD、BD等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。 Also provided are programs for causing a computer to function as the flight control device 18, and storage media such as computer-readable flexible disks, magneto-optical disks, ROMs, CDs, DVDs, and BDs on which the programs are recorded. Here, the program refers to data processing means written in any language or writing method.

また、上述した実施形態では、各機能部が全て航空機1に搭載されている例を挙げて説明したが、機能部の一部または全部を地上設備において機能させ、航空機1は、その結果を用いて飛行制御されるとしてもよい。 In addition, in the above-described embodiment, an example was given in which all of the functional units are mounted on the aircraft 1, but some or all of the functional units may be operated in ground equipment, and the flight of the aircraft 1 may be controlled using the results.

なお、本明細書の落雷回避姿勢制御処理および落雷回避経路制御処理の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。 Note that the steps of the lightning avoidance attitude control process and the lightning avoidance path control process in this specification do not necessarily need to be processed in chronological order according to the order described in the flowchart, and may include parallel or subroutine processing.

1 航空機
18 飛行制御装置
20 姿勢センサ
22 電界センサ
50 電界方向推定部
52 姿勢導出部
54 姿勢制御部
56 雲位置取得部
58 経路導出部
62 電界方向
REFERENCE SIGNS LIST 1 Aircraft 18 Flight control device 20 Attitude sensor 22 Electric field sensor 50 Electric field direction estimation unit 52 Attitude derivation unit 54 Attitude control unit 56 Cloud position acquisition unit 58 Route derivation unit 62 Electric field direction

Claims (2)

雲の位置を取得する雲位置取得部と、
取得された前記雲の位置と飛行経路とに基づいて、その雲の近傍を通過するときの電界方向を推定する電界方向推定部と、
推定された前記電界方向に基づいて落雷の可能性を下げる目標機体姿勢を導出する姿勢導出部と、
前記雲において、導出された前記目標機体姿勢を保持できるように、改めて飛行経路を導出する経路導出部と、
前記雲の近傍を通過するとき、導出された前記目標機体姿勢となるように航空機を姿勢制御する姿勢制御部と、
を備える航空機。
a cloud position acquisition unit that acquires the position of the cloud;
an electric field direction estimation unit that estimates an electric field direction when passing near the cloud based on the acquired cloud position and flight path;
an attitude derivation unit that derives a target aircraft attitude that reduces the possibility of lightning strikes based on the estimated electric field direction;
a route deriving unit that re-derives a flight path in the cloud so that the derived target aircraft attitude can be maintained;
an attitude control unit that controls the attitude of the aircraft so that the aircraft has the derived target aircraft attitude when passing near the cloud;
An aircraft equipped with
前記姿勢導出部は、前記航空機と前記雲との位置関係の変化に応じて時系列に複数の目標機体姿勢を導出し、
前記経路導出部は、複数の前記目標機体姿勢を保持できるように飛行経路を導出する請求項1に記載の航空機。
The attitude deriving unit derives a plurality of target aircraft postures in time series according to changes in the positional relationship between the aircraft and the clouds,
The aircraft according to claim 1, wherein the route derivation unit derives the flight route so that a plurality of the target aircraft postures can be maintained.
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