JPH01262294A - 航空機等空海交通機関の姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、広くは航空機等の交通様間の姿勢制御装置に
関するものであり、特にサーボモータと流体圧ポンプと
アクチュエータを使用し、これを電子制御した航空機等
空満交通機関の姿勢制御装置に間するものである。

就中、その第１の発明は、航空機のフラップを制御する
姿勢制御装置に関するものであり、その第２の発明はヘ
リコプタ−のロータのリンク機構を制御する姿勢制御装
置に関するものであり、その第３の発明は船舶の舵を制
御する姿勢制御装置に関するものである。

［従来の技術］ 航空機の方向舵や昇降舵、補助翼等によりピッチやヨー
およびロール等の制御を行なうには、小型機はワイヤー
を用いているが、大型機は全て油圧方式となっている。

さらに、超音速機等が出現した現在は、極めて速いレス
ポンスの制御が要求される。そのために、サーボ弁によ
る油圧コントロール方式が主流を占める結果となってい
る。

［発明が解決しようとする課題］ このサーボ弁によるアクチュエータ制御方式は、極めて
エネルギー効率が悪く１５〜３０％程度が常識となって
いる。航空機にとっては、機体の軽量化やエンジンの効
率アップ等は行き着くところまで来た感があるが、この
姿勢制御については液圧方式の有する利点や優れたサー
ボ弁の応答性等を捨てきれず、その効率の悪さには目を
つぶって来た感がある。また、機体内に配管を張巡らす
ことになり、フェールセーフの思想からかけ離れた結果
となって来ている。

現在でも、第２図に示す航空機の斜視図のごとくに、そ
れぞれのフラップにアクチュエータを取り付は分散制御
をしているが、配管を極力分散してもポンプ系統がまと
まっている限り何処か１ケ所の配管が切断されるとその
系統の全ての油圧が低下してしまう。先に発生した大型
旅客機の圧力隔壁の破断を引き金にした操縦系統の配管
切断による油圧低下が原因で墜落した事実は記憶に新し
いことである。

［課題を解決するための手段］ 本発明にかかる航空機等空満交通機関の姿勢制御装置は
、以上の問題点に鑑みて、サーボモータを電子制御手段
で制御駆動させ、これで流体圧ポンプを駆動させ、これ
がアクチュエータを駆動させ、もって姿勢制御装置を制
御させ、この姿勢制御装置の角度を電気信号として上記
の電子制御手段にフィードバックさせる装置である。

以下に、本発明にかかる航空機等空満交通機関の姿勢制
御装置の具体的な構成を順に詳細に述べる。

最初に第１の発明について述べる。これは、まず、加算
器がある。この加算器は、制御信号入力と後述のフィー
ドバック信号入力を有するものである。つぎに、サーボ
増幅器がある。このサーボ増幅器は、上記の加算器の出
力を入力するものである。そして、サーボモータがある
。このサーボモータは、上記のサーボ増幅器によりその
回転が制御されるものである。ざらに、油圧ポンプのご
とき、流体圧ポンプがある。この流体圧ポンプは、上記
のサーボモータにより回転させられるものである。

そして、油圧モータのごとき、流体圧アクチュエータが
ある。この流体圧アクチュエータは、上記の流体圧ポン
プの出力で動作させられるものである。

さらに、航空機のフラップがある。この航空機のフラッ
プは、上記の流体圧アクチュエータにより動作させられ
るものである。最後に、回転角度センサがある。この回
転角度センサは、上記のフラップの回転角度を検知し、
その信号を上記の加算器にフィードバックするものであ
る。

以上の構成のものが航空機の各フラップごとに構成され
ているものである。

つぎに第２の発明について述べる。これは、まず、加算
器がある。この加算器は、制御信号入力と後述のフィー
ドバック信号入力を有するものである。つぎに、サーボ
増幅器がある。このサーボ増幅器は、上記の加算器の出
力を入力するものである。そして、サーボモータがある
。このサーボモータは、上記のサーボ増幅器によりその
回転が制御されるものである。さらに、油圧ポンプのご
とき流体圧ポンプがある。この流体圧ポンプは、上記の
サーボモータにより回転させられるものである。

そして、油圧シリンダのごとき流体圧アクチュエータが
ある。この流体圧アクチュエータは、上記の流体圧ポン
プの出力で動作させられるものである。

さらに、ヘリコプタのロータのリンク機構がある。この
ヘリコプタのロータのリンク機構は、上記の流体圧アク
チュエータにより動作させられるものである。最後に、
傾斜角度センサがある。この傾斜角度センサは、上記の
ロータのリンク機構の傾斜角度を検知し、その信号を上
記の加算器にフィードバックするものである。

以上の構成のものがヘリコプタのロータのリンク機構を
Ｘ軸方向とＸ軸方向に傾斜させるところの２組一体で構
成されているものである。

最後に第３の発明について述べる。これは、まず、加算
器がある。この加算器は、制御信号入力と後述のフィー
ドバック信号入力を有するものである。つぎに、サーボ
増幅器がある。このサーボ増幅器は、上記の加算器の出
力を入力するものである。そして、サーボモータがある
。このサーボモータは、上記のサーボ増幅器によりその
回転が制御されるものである。さらに、油圧ポンプのご
とき流体圧ポンプがある。二の流体圧ポンプは、上記の
サーボモータにより回転させられろものである。

そして、油圧シリンダのごとき流体圧アクチュエータが
ある。この流体圧アクチュエータは、上記の流体圧ポン
プの出力で動作させられるものである。

さらに、船舶の舵がある。この船舶の舵は、上記の流体
圧アクチュエータにより動作させられるものである。最
後に、回転角度センサがある。この回転角度センサは、
上記の船舶の舵または鰭の回転角度を検知して、その信
号を上記の加算器にフィードバックするものである。

［作　用コ 本発明にかかる航空機等空満交通機関の姿勢側ｍ装置は
、以上のごとき構成になしたゆえに、以下のごとき作用
が生じた。

最初に第１の発明の作用について述べる。これは、まず
、加算器が、制御信号とフィードバック信号を入力する
。つぎに、サーボ増幅器が、上記の加算器の出力を入力
する。そして、サーボモータが、上記のサーボ増幅器に
よりその回転が制御される。さらに、油圧ポンプのごと
き、流体圧ポンプが、上記のサーボモータにより回転さ
せられる。

そして、油圧モータのごとき、流体圧アクチュエータが
、上記の流体圧ポンプの出力で動作させられる。

さらに、航空機のフラップが、上記の流体圧アクチュエ
ータにより動作させられる。最後に、回転角度センサが
、上記のフラップの回転角度を検知し、その信号を上記
の加算器にフィードバックする。

以上の構成のものが航空機の各フラップごとに構成され
ていて、その姿勢が制御される。

つぎに第２の発明について述べる。これは、まず、加算
器が、制御信号とフィードバック信号を入力する。つぎ
に、サーボ増幅器が、上記の加算器の出力を入力する。

そして、サーボモータが、上記のサーボ増幅器によりそ
の回転が制御される。

さらに、油圧ポンプのごとき、流体圧ポンプが、上記の
サーボモータにより回転させられる。

そして、油圧シリンダのごとき流体圧アクチュエータが
、上記の流体圧ポンプの出力で動作させられる。

さらに、ヘリコプタのロータのリンク機構が、上記の流
体圧アクチュエータにより動作させられる。最後に、傾
斜角度センサが、上記のロータのリンク機構の傾斜角度
を検知し、その信号を上記の加算器にフィードバックす
る。

以上の構成のものがヘリコプタのロータのリンク機構を
Ｘ軸方向とＹ軸方向に傾斜させるところの２組一体で構
成されていてＹ軸方向とＸ軸方向の制御をする。

最後に第３の発明について述べる。これは、まず、加算
器が、制御信号とフィードバック信号を入力する。つぎ
に、サーボ増幅器が、上記の加算器の出力を入力する。

そして、サーボモータが、上記のサーボ増幅器によりそ
の回転が制御される。

さらに、油圧ポンプのごとき、流体圧ポンプが、上記の
サーボモータにより回転させられる。

そして、油圧シリンダのごとき流体圧アクチュエータが
、上記の流体圧ポンプの出力で動作させられる。

さらに、船舶の舵または鰭が、上記の流体圧アクチュエ
ータにより動作させられる。最後に、回転角度センサが
、上記の船舶の舵の回転角度を検知し、その信号を上記
の加算器にフィードバックする。

［実施例］ 以下に、本発明にかかる航空機等空溝交通機関の姿勢制
御装置をその一実施例を用いて添付の図面と共に詳細に
説明する。

第１図は、本発明にかかる航空機の姿勢制御装置の一実
施の構成図である。これは、第１図に示すごとくに、加
算器・サーボ増幅器・サーボモータ・油圧モータ・回転
角度センサを組み合わせて、回転角度センサの出力を加
算器にフィードバックさせ、入力に比例したパワー出力
を得るものである。

具体的には、まず、加算器１がある。この加算器１は、
航空機の姿勢を制御する制御信号入力Ｅ１と後述のフィ
ードバック信号入力Ｅｆを有するものである。つぎに、
サーボ増幅器２がある。このサーボ増幅器２は、上記の
加算器１の出力を入力のその信号を増幅するものである
。そして、サーボモータ３がある。このサーボモータ３
は、正逆回転が自在なもので、上記のサーボ増幅器２に
よりその回転の正逆やスピードおよび勤王が制御される
ものである。さらに、油圧ポンプ４がある。

この油圧ポンプ４は、上記のサーボモータ３により直結
しているゆえに、上記のサーボモータ３０回転通りに正
逆やスピードおよび回転の勤王がさせられる。

そして、油圧モータ５がある。この油圧モータ５は、上
記の油圧ポンプ４の出力で動作させられるゆえに、これ
も上記の油圧ポンプ４の回転に合わされて正逆やスピー
ドおよび回転の勤王がさせられる。

さらに、航空機のフラップ６がある。この航空機のフラ
ップ６は、上記の油圧モータ５により動作させられるも
のである。したがって、これは、油圧モータ５の回転に
合わされて正逆やスピードおよび回転の動止等が動作さ
れる。最後に、回転角度センサ７がある。この回転角度
センサ７は、上記のフラップ６の回転角度を検知し、そ
の信号を上記の加算器１にフィードバックするものであ
る。

以上の構成のものが航空機の各フラップ７ａ〜７ｊごと
に構成されているものである。

なお、別な実施例として、上記の油圧モータ５と角度セ
ンサ６に代えて、第３図に示すごとくに、リニア動作の
シリンダ５ａと変位センサ６ａを用い、回転運動に変換
してもよい。または、回転運動の支店に回転角度センサ
６を取り付け、その信号をフィードバックしてもよい。

さらに、この組み合わせ（除フラップ）を一体止すると
、これ全体が電気信号で動作する一個のアクチュエータ
と見做すことができる。したがって、以下これをパワー
サーボユニットＰＳＵと呼ぶことにする。分散された一
個のフラップに、このパワーサーボユニットＰＳＬＩを
一個または数個取り付は電気信号にてリモートコントロ
ールすれば、最もフェールセーフの思想に近づけること
ができる。

また、第４図に示すブロックダイアグラムのごとくに、
パワーサーボユニッ）　ＰＳＵの入力に光−電変換器を
付加すると、光ファイバーＦを用いて光によるリモート
コントロールが可能となる。その他、増幅器用電源とサ
ーボモータ用電源のための電気配線が必要となるが、こ
れらは別々に配線せずに共用にしてもよい。この電気配
線は電力用であるため、外部雑音に影響されることはな
い。

そして、外部雑音に敏感な信号入力は光通信にすること
により、このユニッ）　ＰＳＵの信頼性は飛躍的に増大
する。

前述の、−個のフラップ７に複数個のアクチュエータを
取り付けるということは、−個のパワーサーボユニット
が故障しても他のパワーサーボユニットが正常に動作し
ていれば操縦不能とはならないことを意味する。ただし
、この場合、故障したパワーサーボユニットがブレーキ
となってしまうため、第５図のバイパス弁８で油をバイ
パスさせるかまたは第６図のように油をタンク９，１０
に排出させるとよい。この場合は、複数のパワーサーボ
ユニッ）　ＰＳＵをパラレルに動作させず、そのうちの
一部を動作させ他をスタンバイさせておくことも可能で
ある。

航空機の場合、安全のため操縦用のコンピュータを複数
台搭載しているのが常である。この場合は、第７図に示
すブロックダイアグラムのごとくに、光または電気によ
る信号線でコンピュータとパワーサーボユニット間を接
続し、ネットワークを形成するとよい。斯様にすること
により、コンピュータやパワーサーボユニットが故障し
ても直ちに他のコンピュータまたはパワーサーボユニッ
トが動作し、全ての信号線が切断されない限り飛行を続
行させることが可能である。

さらに、このパワーサーボユニットを２台使用して、ヘ
リコプタのロータ１１をＸＹ副制御せることも可能であ
る。この場合は、第８図に示すごとくにリニア動作のシ
リンダ方式パワーサーボユニットをロータ１１のリンク
機構１２に接続して２軸制御とするか、または第９図に
示すごとくに１軸に２個のシリンダ５ａを接続し１台の
パワーサーボユニットでプッシュプル動作をさせればよ
い。斯様にして、その飛行の進行方向の制御が可能であ
る。

以上説明を容易にするために航空機に限定して説明して
来たが、この姿勢制御装置は船舶の舵取にも応用できる
。それゆえに、本明細書での航空機の用語を船舶に代え
てその説明を援用する。

しかして、船舶の姿勢制御は、その方向の姿勢のみでな
くローリングやピッチングに対するものがある（本明細
書にて「姿勢」とは「傾き」または／および「方向」を
意味する）。船舶の姿勢制御は、航空機等とはいささか
異なるところがある。

それは、波により引き起こされるローリングとピッチン
グを防止して、人間の居住空間を常に水平に保つことが
主目的である。

これは、第１０図ａとｂに示すごとくに、船舶１３の船
首付近の左右と船尾付近の左右にそれぞれ１対の鰭１４
ａ　−１４ｄを設けることである。斯様にして、第１１
図に示すごとくにそれぞれ前後の鰭１４ａと１４ｃおよ
び１４ｂと１４ｄを反対に動かすことによりピッチング
の防止が可能になる。一方、第１２図に示すごとくに、
それぞれ左右の鰭１４ａと１４ｂおよび１４ｃと１４ｄ
を反対に動かすことによりローリングの防止が可能にな
る。この鰭１４は、船舶の接岸時には邪魔となるゆえ、
第１３図に示すごとくに船首および船尾の部分をへこま
せるか、第１４図に示すごとくに船体の前後に張り出し
て取り付けるとよい。また第１５図のごとくに、船底に
取り付けてもよい。

斯様にして、舵で方向（ヨーイング）を定め、安定翼す
なわち鰭１４でローリングとピッチングを防止すること
により、乗組員や乗客の船酔を著しく軽減させることが
可能となる。この鰭１４は、翼状のものとして、それに
フラッパを取り付けた構成にしてもよい。また、第１６
図に示すごとくに、船首または船尾のどちらかの安定翼
を１枚にして、３軸による姿勢制御も可能である。

以上にして、船舶の姿勢制御は、安定制御を３軸または
４軸で行ない、方向制御を１軸の合計５軸制御となる。

この４〜５軸制御を前述の油圧方式で行なうことにより
、省エネで迅速なレスポンスの姿勢制御が可能となる。

同様にして、水中翼船の姿勢制御が可能である。

［発明の効果］ 本発明にかかる航空機等空満交通機関の姿勢制御装置は
、以上のごとき構成になしたゆえに、以下のごとき大き
な効果が生じた。

すなわち、油圧部分は、油圧ポンプとアクチュエータの
間を２本の配管で接続されているだけで、極めてシンプ
ルな構成となっている。そして、僅かに、安全のための
バイパス弁・排出弁・リリーフ弁などが付加される程度
である。さらに、油圧ポンプとアクチュエータを一体化
した構成となした場合は、この配管すらも省略すること
が可能である。

この油圧回路をみれば判る通り、サーボ弁等による効率
の低下要素は全くなく、わずかに油圧ポンプ単体の効率
とアクチュエータ単体の効率だけが問題となってくる。

ポンプおよびアクチュエータの効率は、それぞれ９０％
といわれている。それゆえ、油圧部分の効率は、従来の
油圧コンポーネントを組み合わせても配管の抵抗を無視
した場合８１％と言うことになる。したがって、機体を
安定に保つための姿勢制御用のエネルギー効率が飛躍的
に向上すると言うことは、その飛行するための燃料を余
計に積めると言うことになり、航続距離を延ばすことが
可能となってくる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる航空機の姿勢制御装置の一実
施の構成図である。 第２図は、航空機とそのフラップの斜視図を示したもの
である。 第３図は、別な実施例のアクチュエータ付近の回路図で
ある。 第４図は、パワーサーボユニットに光−電変換器を用い
、電気配線の代わりに光ファイバーを用いた実施例のブ
ロックダイアグラムである。 第５図は、１個のフラップにパワーサーボユニットを複
数並列に使用した場合の一実施例の一組の油圧ポンプと
油圧モーター付近の油回路図である。 第６図は、１個のフラップにパワーサーボユニットを複
数並列に使用した場合の別の実施例の一組の油圧ポンプ
と油圧モーター付近の油回路図である。 第７図は、複数のパワーサーボユニットに複数のコンピ
ュータを使用した場合の組み合わせ方の一実施例のブロ
ックダイアグラムを示したものである。 第８図は、ヘリコプタに応用した場合の一実施例のロー
タ付近の概略斜視図である。 第９図は、ヘリコプタに応用した場合の別な実施例のロ
ータ付近の概略斜視図である。 第１０図は、ローリングおよびピッチング防止手段を有
する船舶であって、第１０図ａはその側面図であり、第
１Ｏ図すはその背面図を示したものである。 第１１図は、第１０［ｍのものがピッチング防止の動作
をしているところの動作図を示したものである。 第１２図は、第１０図のものがローリング防止の動作を
しているところの動作図を示したものである。 第１３図は、鰭の取り付は方の別の実施例を示している
。 第１４図は、鰭の取り付は方のさらに別の実施例を示し
ている。 第１５図は、鰭の取り付は方のさらに別の実施例を示し
たものである。 第１６図は、鰭の設は方の別の実施例を示している。 １・・・加算器　　　　　　２・・・サーボ増幅器３・
・・サーボモータ　　　４・・・油圧ポンプ５・・・油
圧モータ　　　　６・・・回転角度センサ７・・・フラ
ップ　　　　１１・・・ロータ１２・・・リンク機構　
　　１３・・・船舶１４・・・鰭

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）制御信号入力とフィードバック信号入力を有する
   加算器、該加算器の出力を入力するサーボ増幅器、該サ
   ーボ増幅器によりその回転が制御されるサーボモータ、
   該サーボモータにより回転させられる流体圧ポンプ、該
   流体圧ポンプの出力で動作させられる流体圧アクチュエ
   ータ、および該流体圧アクチュエータにより動作させら
   れる航空機のフラップ、該フラップの回転角度を検知し
   その信号を上記の加算器にフィードバックする回転角度
   センサ、以上の構成のものが航空機の各フラップごとに
   構成されていることを特徴とした航空機の姿勢制御装置
   。
2. （２）制御信号入力とフィードバック信号入力を有する
   加算器、該加算器の出力を入力するサーボ増幅器、該サ
   ーボ増幅器によりその回転が制御されるサーボモータ、
   該サーボモータにより回転させられる流体圧ポンプ、該
   流体圧ポンプの出力で動作させられる流体圧アクチュエ
   ータ、および該流体圧アクチュエータにより傾斜させら
   れるヘリコプタのロータのリンク機構、該ロータのリン
   ク機構の傾斜角度を検知しその信号を上記の加算器にフ
   ィードバックする傾斜角度センサ、以上の構成のものが
   ヘリコプタのロータのリンク機構をＸ軸方向とＹ軸方向
   に傾斜させるところの２組一体で構成されていることを
   特徴としたヘリコプタの姿勢制御装置。
3. （３）制御信号入力とフィードバック信号入力を有する
   加算器、該加算器の出力を入力するサーボ増幅器、該サ
   ーボ増幅器によりその回転が制御されるサーボモータ、
   該サーボモータにより回転させられる流体圧ポンプ、該
   流体圧ポンプの出力で動作させられる流体圧アクチュエ
   ータ、および該流体圧アクチュエータにより動作させら
   れる船舶の舵または鰭、該船舶の舵または鰭の回転角度
   を検知しその信号を上記の加算器にフィードバックする
   回転角度センサ、以上の構成のものが１個または複数個
   設けられたもの、より構成されていることを特徴とした
   船舶の姿勢制御装置。