JP7580368B2 - 飛行体の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、飛行体の制御装置に関するものである。
従来、ガスタービンエンジンと、ガスタービンエンジンにより発電された電力を貯蓄するバッテリと、を備えた飛行体が知られている。これらの飛行体では、より効率的な飛行制御を実施するための技術が種々提案されている。
例えば特許文献１には、ガスタービンエンジン及びバッテリを備えた飛行体において、バッテリに貯蓄された電力量に基づいて、ガスタービンエンジンの作動と停止とを切り替える制御システムの構成が開示されている。少なくともガスタービンエンジンが停止されている間は、電気モータ（及びプロペラ）を回転させるための電力を、ガスタービンエンジンで発電される電力からバッテリにより供給される電力に切り替える。特許文献１に記載の技術によれば、ガスタービンエンジン及びバッテリの出力を切り替えることにより、ガスタービンエンジンを常に最も燃費が良好な最大出力付近で使用することができる。これにより、ガスタービンエンジンのエネルギ効率を向上できるとされている。
特開２０１９－０７７３６１号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術にあっては、バッテリの電力量が所定値まで減少する度に、バッテリの電力量が最大となるまで充電を行う。このため、バッテリが充放電される時間が増加し、バッテリの劣化が進行し易くなるおそれがあった。さらに、燃費向上のためにガスタービンエンジンを常に最大出力で動作させているので、ガスタービンエンジンの劣化も進行し易くなるおそれがあった。
そこで、本発明は、燃料消費を抑制しつつ、駆動源及びバッテリの劣化を抑制することができる飛行体の制御装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係る飛行体の制御装置（例えば、実施形態における制御装置１）は、飛行体に搭載された発電機（例えば、実施形態における発電機２）と、前記発電機を駆動させる駆動源（例えば、実施形態におけるガスタービンエンジン３）と、前記発電機で発電された電力を貯蓄するバッテリ（例えば、実施形態におけるバッテリ４）と、前記発電機及び前記バッテリの少なくとも一方から供給される電力により駆動される電気モータ（例えば、実施形態における電気モータ５）と、前記電気モータにより回転するプロペラ（例えば、実施形態におけるプロペラ６）と、前記飛行体の飛行状態に基づいて、前記発電機から前記電気モータへの電力の供給及び前記バッテリから前記電気モータへの電力の供給を切り替える切替制御部（例えば、実施形態における切替制御部７）と、前記バッテリの現在の充電量である第一充電電力量（例えば、実施形態における第一充電電力量Ｐ１）を検出するバッテリ状態検出部（例えば、実施形態におけるバッテリ状態検出部８）と、前記バッテリ状態検出部により検出された前記第一充電電力量に基づいて、前記発電機から前記バッテリへ供給する電力量を制御する充電量制御部（例えば、実施形態における充電量制御部１１）と、を備え、前記充電量制御部は、前記飛行体が巡航を開始した後、前記飛行体の飛行計画（例えば、実施形態における次回の飛行計画５３及び今回の飛行計画５４）に基づいて、次回の飛行時の離陸に必要な前記バッテリの充電量である第二充電電力量（例えば、実施形態における第二充電電力量Ｐ２）を算出し、前記第一充電電力量及び前記第二充電電力量に基づいて、前記発電機から前記バッテリへ電力を供給するタイミング（例えば、実施形態における第二充電タイミングＴ２）を予測し、前記タイミングにおいて前記発電機から前記バッテリへの電力供給を開始させ、前記飛行体は、前記発電機及び前記駆動源をそれぞれ複数有し、前記バッテリを充電する際には、複数の前記発電機及び前記駆動源を作動させ、前記バッテリから放電する際には、複数の前記発電機及び前記駆動源のうちひとつ（例えば、実施形態における第一の発電機２１及び第一のガスタービンエンジン３１）を作動させることを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明に係る飛行体の制御装置は、前記飛行体が離陸から巡航に移行したタイミング（例えば、実施形態における第一充電タイミングＴ１）と、前記充電量制御部により予測された前記タイミング（例えば、実施形態における第二充電タイミングＴ２）と、のそれぞれにおいて複数の前記発電機及び前記駆動源による前記バッテリへの充電を行うことを特徴としている。
本発明の請求項１に記載の飛行体の制御装置によれば、充電量制御部は、次回の離陸時に必要な電力量をバッテリに充電する。このため、充電量が減少する度に最大まで充電する従来技術と比較して、バッテリへの充電量及び充放電の回数を低減できる。これにより、バッテリの劣化を抑制できる。
充電量制御部は、次回の離陸時に必要な電力をバッテリに充電するために必要な充電開始タイミングを予測する。予測されたタイミングで充電を開始することで、次回の離陸時に必要な電力を確保するための発電量分だけ、駆動源を作動させる。これにより、駆動源での燃料消費を最小限に抑えることができる。また、充電量制御部は、駆動源からバッテリへ電力を供給するタイミングを制御する。これにより駆動源の作動時間を抑えることができるので、駆動源の劣化を抑制できる。
したがって、燃料消費を抑制しつつ、駆動源及びバッテリの劣化を抑制することができる飛行体の制御装置を提供できる。
さらに飛行体は、着陸時点で次回の離陸に必要な電力をバッテリに貯蓄している。このため、飛行体が連続飛行を行う場合に電力供給による時間のロスを抑制し、飛行体の飛行計画を効率的に実施することができる。
飛行体は駆動源及び発電機をそれぞれ複数備えるので、例えば駆動源及び発電機の故障等に対応することが可能となり、飛行体の安全性を向上できる。充電時には複数の駆動源及び発電機を作動させることにより、バッテリへの充電を急速に実施することができる。これにより、急な要求出力の増加等に対応することができる。よって、飛行体の安全性をより一層高めるとともに、飛行体の操作性を向上できる。
一方、バッテリの放電時には複数の駆動源及び発電機のうちひとつを作動させることにより、駆動源及び発電機の劣化を抑制できる。さらに放電時に少なくともひとつの駆動源及び発電機が作動するので、バッテリからの放電量も抑制できる。よって、バッテリが充放電される時間を低減し、バッテリの劣化を抑制できる。
また、要求出力に応じて駆動源の稼働基数を変更することで、最適なオペレーションポイントを設定できる。よって、駆動源におけるエネルギ消費量を最小限に抑えることができる。
本発明の請求項２に記載の飛行体の制御装置によれば、バッテリへの急速充電を行う回数を制限することにより、バッテリが充放電される時間を低減し、バッテリの劣化を抑制できる。ここで、飛行体は離陸時に最も電力を消費する。このため、離陸から巡航へ移行したタイミングで充電を行うことにより、バッテリの充電量が最低充電量となる前に充電を開始することができる。よって、バッテリへの負荷を低減し、バッテリの劣化を抑制できる。
実施形態に係る飛行体の制御装置の回路構成図。 実施形態に係るバッテリの充放電のタイミングを示すグラフ。 実施形態に係る制御装置による制御の流れを示すフローチャート。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（飛行体の制御装置）
図１は、実施形態に係る飛行体の制御装置１（以下、単に制御装置１という場合がある。）の回路構成図である。
制御装置１は、例えば航空機等の飛行体（不図示）の機体に搭載されている。制御装置１は、詳しくは後述する発電機２で発電される電力によって駆動される複数の電気モータ５により飛行体を推進させる、ハイブリッド推進システムを構成している。
制御装置１は、駆動源３と、発電機２と、バッテリ４と、電気モータ５と、プロペラ６と、切替制御部７と、バッテリ状態検出部８と、飛行状態検出部９と、飛行計画取得部１０と、充電量制御部１１と、を備える。
（駆動源）
駆動源３は、例えばガスタービンエンジンである。なお、本実施形態ではガスタービンエンジン３を駆動源の一例として説明するが、これに限られない。駆動源３は、発電機２を作動させて電力を生成するための動力装置であればよく、例えば燃料電池等であってもよい。
本実施形態において、ガスタービンエンジン３は複数（本実施形態では２個）設けられる。以下の説明において複数のガスタービンエンジン３を互いに区別しない場合は、単にガスタービンエンジン３という場合がある。各ガスタービンエンジン３は、圧縮機及びタービンを有する。圧縮機は、航空機の機体に設けられた不図示の通風孔から吸入される吸入空気を圧縮する。タービンは、回転軸を介して圧縮機と接続され、圧縮機と一体回転する。
（発電機）
発電機２は、各ガスタービンエンジン３と接続されている。本実施形態において、発電機２は、ガスタービンエンジン３に対応して複数（本実施形態では２個）設けられている。以下の説明において複数の発電機２を互いに区別しない場合は、単に発電機２という場合がある。発電機２とガスタービンエンジン３との間には、変速機構等が設けられていてもよい。発電機２は、タービンの駆動によって電力（交流電力）を発電する。発電機２で発電された交流電力は、パワードライブユニット（ＰＤＵ）のコンバータで直流電力に変換され、バッテリ４に貯留される。
（バッテリ）
バッテリ４には、ガスタービンエンジン３の駆動によって発電機２において発電された電力のうち、電気モータ５によって消費されなかった余剰電力が貯留される。バッテリ４に貯蓄された電力は、電気モータ５を駆動するための電力として利用可能となっている。つまりバッテリ４は、コンバータの発電電力がインバータの消費電力を上回るとき、余剰電力を吸収して充電する。一方、バッテリ４は、コンバータの発電電力がインバータの消費電力を下回るとき、不足電力を補うように放電する。
（電気モータ）
電気モータ５は、例えばロータ及びステータを有するブラシレスＤＣモータである。電気モータ５は、発電機２及びバッテリ４にそれぞれ接続される。バッテリ４からの放電電力及び発電機２からの電力のうち少なくとも一方は電気モータ５に供給される。なお、電気モータ５は、不図示の姿勢保持用あるいは水平推進用の補助モータ等を含んでもよい。
（プロペラ）
プロペラ６は、電気モータ５に接続されている。電気モータ５とプロペラ６との間には、電気モータ５とプロペラ６とを機械的に接続するプロペラシャフトが設けられる。制御信号に応じて電気モータ５のロータが回転することでプロペラ６が回転する。制御信号は、パイロットの操作または自動操縦における指示に基づく航空機を制御するための信号である。
つまり、飛行体は、主にガスタービンエンジン３で駆動する発電機２によって発電される電力によって電気モータ５を駆動させ、電気モータ５によって回転するプロペラ６によって推力を得るように構成される。また、発電機２において発電された余剰電力をバッテリ４に貯蓄し、必要に応じてバッテリ４からの電力を電気モータ５を駆動するための電力として利用することが可能である。
（切替制御部）
切替制御部７は、発電機２から電気モータ５への電力の供給と、バッテリ４から電気モータ５への電力の供給と、を切り替える。具体的に切替制御部７は、少なくとも以下の（ｉ）～（ｉｉｉ）のいずれかの状態となるように発電機２、バッテリ４、及び電気モータ５を制御する。
（ｉ）発電機２から電気モータ５へ電力を供給するとともにバッテリ４から電気モータ５への電力の供給を停止した状態。
（ｉｉ）発電機２から電気モータ５への電力の供給を停止するとともにバッテリ４から電気モータ５へ電力を供給する状態。
（ｉｉｉ）発電機２及びバッテリ４の両方から電気モータ５へ電力を供給する状態。このとき、発電機２又はバッテリ４のそれぞれからの電力の供給量の割合は必要に応じて変化させることが可能である。
切替制御部７は、飛行体の飛行状態に基づいて、上記（ｉ）～（ｉｉｉ）のいずれかの状態に切り替える制御を行う。
（バッテリ状態検出部）
バッテリ状態検出部８は、バッテリ４の充電状態を検出する。バッテリ状態検出部８は、バッテリ４の充電状態として、例えばバッテリ４の現在の充電量（第一充電電力量Ｐ１）や充電時の充電スピード、放電時の放電スピード等を検出する。
（飛行状態検出部）
飛行状態検出部９は、飛行体に搭載された各種センサからの検出結果を取得することにより、飛行体の飛行状態を検出する。具体的に、飛行状態検出部９は、例えば飛行体の現在の高度や速度、姿勢を検出し、これらの情報に基づいて飛行体の要求出力を算出する。加えて飛行状態検出部９は、電気モータ５における消費電力やガスタービンの稼働状態、パイロットからの指示、飛行経路等の情報を検出する。なお、飛行状態検出部９は、フライトコントローラを介した各種情報等、上述した以外の飛行状態に関する情報を取得してもよい。
（飛行計画取得部）
飛行計画取得部１０は、飛行体の飛行計画を取得する。飛行計画は、飛行体の離陸、上昇、巡航、下降、着陸等の情報を含む。飛行計画は、少なくとも今回の飛行計画５４と、次回の飛行計画５３と、を含む。なお、実施形態における「上昇」及び「下降」は、請求項における「巡航」に含まれる。
（充電量制御部）
充電量制御部１１には、バッテリ状態検出部８、飛行状態検出部９及び飛行計画取得部１０の結果が出力される。充電量制御部１１は、バッテリ状態検出部８、飛行状態検出部９及び飛行計画取得部１０の結果に基づいて、発電機２からバッテリ４への電力供給、発電機２から電気モータ５への電力供給、及びバッテリ４から電気モータ５への電力供給を制御する。充電量制御部１１での制御結果は、切替制御部７に出力される。切替制御部７は、充電量制御部１１からの信号に基づいて、発電機２から電気モータ５への電力の供給と、バッテリ４から電気モータ５への電力の供給と、を切り替える。
図２は、実施形態に係るバッテリ４の充放電のタイミングを示すグラフである。図２の横軸（下）は、飛行体の姿勢を表す。図２の横軸（上）は、バッテリ４の充放電の状態を表す。図２の縦軸は、バッテリ４の充電量（ＳＯＣ）を表す。
図２に示すように、充電量制御部１１は、バッテリ４の充電及び放電を制御する。
図１及び図２に示すように、飛行体が離陸するとき、発電機２及びバッテリ４の両方から電力が電気モータ５へ供給される。すなわち充電量制御部１１は、ガスタービンエンジン３の駆動によって発電機２で発電された電力を電気モータ５へ供給させるとともに、バッテリ４を放電させてバッテリ４からの電力を電気モータ５へ供給させる。
飛行体がタイミングＴ１（本実施形態では上昇を開始したタイミング）に到達すると、切替制御部７により、発電機２から電気モータ５へ電力を供給するとともにバッテリ４から電気モータ５への電力の供給を停止した状態に切り替えられる。その結果、ガスタービンエンジン３の駆動により発電機２で発電された電力のうち電気モータ５の駆動に必要な電力が電気モータ５へ供給される。発電機２で発電された電力の電気モータ５で消費されなかった残りの電力は、バッテリ４へ供給される。すなわち充電量制御部１１は、ガスタービンエンジン３の駆動により発電された電力によりバッテリ４を充電させる。上昇時にバッテリ４を充電する際には、複数の発電機２及びガスタービンエンジン３が全て作動する。
飛行体が巡航を開始すると、切替制御部７により、発電機２及びバッテリ４の両方から電気モータ５へそれぞれ電力を供給する状態に切り替えられる。その結果、ガスタービンエンジン３の駆動により発電機２で発電された電力は、全て電気モータ５へ供給される。さらにバッテリ４からの電力が電気モータ５へ供給される。すなわち充電量制御部１１は、バッテリ４を放電させる。巡航時にバッテリ４を放電する際には、複数の発電機２及びガスタービンエンジン３のうちひとつを作動させる。本実施形態では、２個の発電機２及びガスタービンエンジン３のうち、第一の発電機２１及び第一のガスタービンエンジン３１のみを作動させ、第二の発電機２２及び第二のガスタービンエンジン３２の作動を停止する。
飛行体がタイミングＴ２（本実施形態では下降を開始したタイミング）に到達すると、切替制御部７により、発電機２から電気モータ５へ電力を供給するとともにバッテリ４から電気モータ５への電力の供給を停止した状態に再び切り替えられる。その結果、ガスタービンエンジン３の駆動により発電機２で発電された電力のうち電気モータ５の駆動に必要な電力が電気モータ５へ供給される。発電機２で発電された電力の電気モータ５で消費されなかった残りの電力は、バッテリ４へ供給される。すなわち充電量制御部１１は、ガスタービンエンジン３の駆動により発電された電力によりバッテリ４を充電させる。下降時にバッテリ４を充電する際には、上昇時と同様、複数の発電機２及びガスタービンエンジン３が全て作動される。
飛行体が着陸を開始すると、切替制御部７により、発電機２及びバッテリ４の両方から電気モータ５へそれぞれ電力を供給する状態に切り替えられる。その結果、ガスタービンエンジン３及びバッテリ４の両方から電力が電気モータ５へ供給される。すなわち充電量制御部１１は、ガスタービンエンジン３の駆動によって発電機２で発電された電力を電気モータ５へ供給させるとともに、バッテリ４を放電させてバッテリ４からの電力を電気モータ５へ供給させる。
このように充電量制御部１１は、飛行体の飛行中における所定のタイミングでバッテリ４の充電を行う。本実施形態において、充電量制御部１１は、飛行体が離陸から巡航（上昇を含む）に移行したタイミング（第一充電タイミングＴ１）と、充電量制御部１１により予測されたタイミング（第二充電タイミングＴ２）と、の２つのタイミングにおいて複数の発電機２及びガスタービンエンジン３によるバッテリ４への充電を行う。
第一充電タイミングＴ１は、上述したとおり飛行体が離陸から巡航（上昇）に移行したタイミングである。離陸時は最もバッテリ４の電力消費が大きいので、離陸直後にバッテリ４の充電を開始することにより、バッテリ４の充電量の大幅な低下を抑制している。
第二充電タイミングＴ２は、飛行体が巡航を開始した後であって、本フライトの着陸まで及び次回の離陸時に必要とされる電力をバッテリ４に充電させるために必要と充電量制御部１１により予測されたタイミングである。つまり充電量制御部１１は、今回の飛行計画５４及び次回の飛行計画５３に基づいて、将来必要とされる電力量を算出し、その電力量をバッテリ４に充電させるために必要な時間から第二充電タイミングＴ２を予測する。
充電量制御部１１における予測制御について以下に詳細に説明する。
まず充電量制御部１１は、飛行体が巡航を開始した後、所定のタイミング（本実施形態では上昇から巡航に移行した直後の第三タイミングＴ３）において充電開始タイミングの予測制御を開始する。予測制御が開始されると、充電量制御部１１は、飛行体の次回の飛行計画５３に基づいて、次回の飛行時の離陸に必要なバッテリ４の充電量（第二充電電力量Ｐ２）を算出する。
次に、充電量制御部１１は、バッテリ４の現在の充電量である第一充電電力量Ｐ１と、次回の離陸に必要なバッテリ４の充電量である第二充電電力量Ｐ２と、今回の飛行計画５４における着陸までに必要なバッテリ４の充電量である第三充電電力量Ｐ３と、に基づいて発電機２からバッテリ４へ電力を供給する第二充電タイミングＴ２を予測する。第二充電電力量Ｐ２とは、少なくとも次回の飛行計画５３が開始されてから離陸が完了するまでの間に必要とされるバッテリ４電力の合計値である。第三充電電力量Ｐ３とは、充電量制御部１１が予測制御を開始した時点（現時点）から、今回の飛行計画５４における残りの巡航、下降、及び着陸が完了するまでの間に必要とされるバッテリ４の電力の合計値である。
充電量制御部１１は、本フライトが完了した時点において第一充電電力量Ｐ１から第二充電電力量Ｐ２及び第三充電電力量Ｐ３の合計値を差し引いた残留ＳＯＣ予測値が、予め設定された第一目標充電電力量ＰＮ以上となるように、第二充電タイミングＴ２を予測する（Ｐ１－（Ｐ２＋Ｐ３）≧ＰＮ）。本実施形態において、第一目標充電電力量ＰＮは、バッテリ４の充電可能な総電力量（すなわちバッテリ４の充電容量）の５０％に設定されている。なお、第一目標充電電力量ＰＮの値はこれに限定されない。
飛行体の状態が予測された第二充電タイミングＴ２に達すると、充電量制御部１１は、発電機２からバッテリ４へ電力の供給を行わせることにより、バッテリ４の充電を開始する。
つまり図２における第三タイミングＴ３で予測を開始し、予測された第二充電タイミングＴ２にて充電を開始する。なお、図２に示す例では第二充電タイミングＴ２と、巡航から下降へ移行するタイミングと、が一致しているが、これに限られない。第二充電タイミングＴ２は、例えば巡航中（実施形態における「巡航中」及び「下降中」を含む）の所定のタイミングで設定されてもよい。
（充電量制御部における制御の流れ）
図３は、実施形態に係る制御装置１による制御の流れを示すフローチャートである。以下、図３を用いて充電量制御部１１における制御の流れについてより詳細に説明する。各符号については図１を併せて参照されたい。
まず、充電量制御部１１は、バッテリ状態検出部８からの結果を取得することにより、バッテリ４の状態を検出する（ステップＳ０１）。充電量制御部１１は、少なくともバッテリ４の現在の充電量である第一充電電力量Ｐ１を取得する。次に、充電量制御部１１は、飛行計画取得部１０から、今回の飛行計画５４及び次回の飛行計画５３を取得する（ステップＳ０３）。
次に、充電量制御部１１は、フライトコントローラ等からの情報を取得することにより、機体の情報が正常であるか否かを判定する（ステップＳ０５）。正常であると判定された場合（ステップＳ０５でＹＥＳ）、充電量制御部１１は、さらに飛行体が巡航を開始しているか否かを判定する（ステップＳ０７）。
ステップＳ０５において機体情報が正常で無いと判定された場合（ステップＳ０５でＮＯ）、及びステップＳ０７で巡航を開始していないと判定された場合（ステップＳ０７でＮＯ）はいずれも、ステップＳ２５に進む。
ステップＳ２５では、バッテリ４の現在の充電量である第一充電電力量Ｐ１が、第二目標充電電力量ＰＴ以上か否かを判定する。第二目標充電電力量ＰＴは、第一目標充電量ＰＮと異なる値に設定されている。第一充電電力量Ｐ１が第二目標充電電力量ＰＴ以上である場合（ステップＳ２５でＹＥＳ）、充電量制御部１１はバッテリ４への充電を行うことなくガスタービンエンジン３に出力させる（ステップＳ１９）。そして本処理を終了する。
ステップＳ２５において第一充電電力量Ｐ１が第二目標充電電力量ＰＴより小さい場合（ステップＳ２５でＮＯ）、充電量制御部１１はバッテリ４に充電させるとともにガスタービンエンジン３に出力させる（ステップＳ２７）。その後、充電量制御部１１は、第一充電電力量Ｐ１が第二目標充電電力量ＰＴに到達したか否かを判定する（ステップＳ２９）。充電量制御部１１は、第一充電電力量Ｐ１が第二目標充電電力量ＰＴに到達するまでバッテリ４への充電及びガスタービンエンジン３での出力を継続する。第一充電電力量Ｐ１が第二目標充電電力量ＰＴに到達すると（ステップＳ２９でＹＥＳ）、ステップＳ１９に進み、バッテリ４への充電を停止してガスタービンエンジン３に出力させ、処理を終了する。
一方、ステップＳ０５及びステップＳ０７でいずれもＹＥＳの場合、ステップＳ０９に進む。ステップＳ０９では、まず充電量制御部１１は、ステップＳ０３で取得した次回の飛行計画５３に基づいて第二充電電力量Ｐ２を算出するとともに、今回の飛行計画５４に基づいて第三充電電力量Ｐ３を算出する。その後充電量制御部１１は、第一充電電力量Ｐ１から第二充電電力量Ｐ２及び第三充電電力量Ｐ３の合計値を差し引いた値である残留ＳＯＣ予測値が、第一目標充電電力量ＰＮ以上であるか否か判定する（Ｐ１－（Ｐ２＋Ｐ３）≧ＰＮ）（ステップＳ０９）。残留ＳＯＣ予測値が第一目標充電電力量ＰＮ以上である場合（ステップＳ０９でＹＥＳ）、ステップＳ１９に進み、バッテリ４への充電を行わずにガスタービンエンジン３に出力させ、処理を終了する。
ステップＳ０９において残留ＳＯＣ予測値が第一目標充電電力量ＰＮより小さい場合（ステップＳ０９でＮＯ）、充電量制御部１１は、残留ＳＯＣ予測値と第一目標充電電力量ＰＮとの差分に基づいて、必要なバッテリ４の電力量を算出する。さらに充電量制御部１１は、算出したバッテリ４の電力量をバッテリ４に充電するために必要な時間及びガスタービンエンジン３の出力等から、バッテリ４への充電を開始すべきタイミングである第二充電タイミングＴ２を予測する（ステップＳ１１）。
次に、充電量制御部１１は、現在の飛行状態が、予測した第二充電タイミングＴ２と一致するか否かを判定する（ステップＳ１３）。現在の飛行状態が予測した第二充電タイミングＴ２と一致するまでステップＳ１３の処理が繰り返し実行される。
現在の飛行状態が予測した第二充電タイミングＴ２と一致した場合（ステップＳ１３でＹＥＳ）、充電量制御部１１は、バッテリ４に充電させるとともにガスタービンエンジン３に出力させる（ステップＳ１５）。その後、充電量制御部１１は、残留ＳＯＣ予測値が第一目標充電電力量ＰＮに到達したか否かを判定する（ステップＳ１７）。充電量制御部１１は、残留ＳＯＣ予測値が第一目標充電電力量ＰＮに到達するまでバッテリ４への充電及びガスタービンエンジン３での出力を継続する。
残留ＳＯＣ予測値が第一目標充電電力量ＰＮに到達すると（ステップＳ１７でＹＥＳ）、ステップＳ１９に進み、バッテリ４への充電を停止してガスタービンエンジン３に出力させ、処理を終了する。これにより、本フローチャートの処理は終了する。
（作用、効果）
次に、上述の飛行体の制御装置１の作用、効果について説明する。
本実施形態の飛行体の制御装置１によれば、充電量制御部１１は、次回の離陸時に必要な電力量をバッテリ４に充電する。このため、充電量が減少する度に最大まで充電する従来技術と比較して、バッテリ４への充電量及び充放電の回数を低減できる。これにより、バッテリ４の劣化を抑制できる。
充電量制御部１１は、次回の離陸時に必要な電力をバッテリ４に充電するために必要な充電開始タイミングを予測する。予測されたタイミングで充電を開始することで、次回の離陸時に必要な電力を確保するための発電量分だけ、駆動源（ガスタービンエンジン３）を作動させる。これにより、ガスタービンエンジン３での燃料消費を最小限に抑えることができる。また、充電量制御部１１は、ガスタービンエンジン３からバッテリ４へ電力を供給するタイミングＴ２を制御する。これによりガスタービンエンジン３の作動時間を抑えることができるので、ガスタービンエンジン３の劣化を抑制できる。
したがって、燃料消費を抑制しつつ、ガスタービンエンジン３及びバッテリ４の劣化を抑制することができる飛行体の制御装置１を提供できる。
さらに飛行体は、着陸時点で次回の離陸に必要な電力をバッテリ４に貯蓄している。このため、飛行体が連続飛行を行う場合に電力供給による時間のロスを抑制し、飛行体の飛行計画を効率的に実施することができる。
飛行体はガスタービンエンジン３及び発電機２をそれぞれ複数備えるので、例えばガスタービンエンジン３及び発電機２の故障等に対応することが可能となり、飛行体の安全性を向上できる。充電時には複数のガスタービンエンジン３及び発電機２を作動させることにより、バッテリ４への充電を急速に実施することができる。これにより、急な要求出力の増加等に対応することができる。よって、飛行体の安全性をより一層高めるとともに、飛行体の操作性を向上できる。
一方、バッテリ４の放電時には複数のガスタービンエンジン３及び発電機２のうちひとつを作動させることにより、ガスタービンエンジン３及び発電機２の劣化を抑制できる。さらに放電時に少なくともひとつのガスタービンエンジン３及び発電機２が作動するので、バッテリ４からの放電量も抑制できる。よって、バッテリ４が充放電される時間を低減し、バッテリ４の劣化を抑制できる。
また、要求出力に応じてガスタービンエンジン３の稼働基数を変更することで、最適なオペレーションポイントを設定できる。よって、ガスタービンエンジン３におけるエネルギ消費量を最小限に抑えることができる。
バッテリ４への急速充電を行う回数を制限することにより、バッテリ４が充放電される時間を低減し、バッテリ４の劣化を抑制できる。ここで、飛行体は離陸時に最も電力を消費する。このため、離陸から巡航へ移行したタイミングＴ１で充電を行うことにより、バッテリ４の充電量が最低充電量となる前に充電を開始することができる。よって、バッテリ４への負荷を低減し、バッテリ４の劣化を抑制できる。
なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述の実施形態では、２個の発電機２及びガスタービンエンジン３を有する構成について説明したが、発電機２及びガスタービンエンジン３はそれぞれ３個以上設けられてもよい。
駆動源としてガスタービンエンジン３が用いられる例について説明したが、これに限られない。駆動源として、例えば燃料電池等が用いられてもよい。
充電量制御部１１は、飛行体の動作等を制御する飛行体の制御部と接続されてもよい。充電量制御部１１は、飛行体の制御部の一部として構成されてもよい。
第二目標充電電力量ＰＴと第一目標充電量ＰＮとが同じ値に設定されてもよい。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。
１ 飛行体の制御装置
２ 発電機
３ ガスタービンエンジン（駆動源）
４ バッテリ
５ 電気モータ
６ プロペラ
７ 切替制御部
８ バッテリ状態検出部
９ 飛行状態検出部
１０ 飛行計画取得部
１１ 充電量制御部
５３ 次回の飛行計画（飛行計画）
５４ 今回の飛行計画（飛行計画）
Ｐ１ 第一充電電力量
Ｐ２ 第二充電電力量
Ｐ３ 第三充電電力量
Ｔ１ 第一充電タイミング（離陸から巡航に移行したタイミング）
Ｔ２ 第二充電タイミング（予測されたタイミング）
ＰＮ 第一目標充電電力量
ＰＴ 第二目標充電電力量

Claims (2)

  1. 飛行体に搭載された発電機と、
    前記発電機を駆動させる駆動源と、
    前記発電機で発電された電力を貯蓄するバッテリと、
    前記発電機及び前記バッテリの少なくとも一方から供給される電力により駆動される電気モータと、
    前記電気モータにより回転するプロペラと、
    前記飛行体の飛行状態に基づいて、前記発電機から前記電気モータへの電力の供給及び前記バッテリから前記電気モータへの電力の供給を切り替える切替制御部と、
    前記バッテリの現在の充電量である第一充電電力量を検出するバッテリ状態検出部と、
    前記バッテリ状態検出部により検出された前記第一充電電力量に基づいて、前記発電機から前記バッテリへ供給する電力量を制御する充電量制御部と、
    を備え、
    前記充電量制御部は、
    前記飛行体が巡航を開始した後、前記飛行体の飛行計画に基づいて、次回の飛行時の離陸に必要な前記バッテリの充電量である第二充電電力量を算出し、
    前記第一充電電力量及び前記第二充電電力量に基づいて、前記発電機から前記バッテリへ電力を供給するタイミングを予測し、
    前記タイミングにおいて前記発電機から前記バッテリへの電力供給を開始させ、
    前記飛行体は、前記発電機及び前記駆動源をそれぞれ複数有し、
    前記バッテリを充電する際には、複数の前記発電機及び前記駆動源を作動させ、
    前記バッテリから放電する際には、複数の前記発電機及び前記駆動源のうちひとつを作動させることを特徴とする飛行体の制御装置。
  2. 前記飛行体が離陸から巡航に移行したタイミングと、前記充電量制御部により予測された前記タイミングと、のそれぞれにおいて複数の前記発電機及び前記駆動源による前記バッテリへの充電を行うことを特徴とする請求項１に記載の飛行体の制御装置。
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