JPH01501461A - 多制御翼面航空機用の航行制御最適化系 - 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】 発明の名称：多制ｍ翼面航空機用の航行制御最適化系！ この発明は航行制御系に関し、特に基本的に不安定な多制御航空機における系の 安定化と最適な性能を与えるための多制ｍｉｘ面の使用に関するものである。

１１へ１」 現代の航空機設計ではｘ−２９航空機のように不安定な機体形状を含めることが でき、しかも上述の機能のために使用する多制御翼面を含めることができる。そ のような航空機は重心位置による本来の不安定さをコンピュータ援用航行制御系 により慎重に解消しなければならない。航行制御系でのフィードバックには、加 速度計とジャイロからくる通常の加速度とピッチ率のパラメータを有している。

このフィードバックデータはサーボ系に与えられ、サーボ系は航空機の安定化を 図る。

売尽翼を備えたｘ−２９のような多ｉｌｌ　ａｌｌ　ｍ面の高性能航空機は、本 来不安定でしかも通常の航行制御系技術に依存しており、航空機は安定化のため の余裕を得ることや航行制御系のノイズに対する感度を最少にすることについて の課題が生じている。操縦速度が速いとこれらの要因はそのような航空機の有効 性をそこなうものである。

この　の　な・ そのような航空機を安定化するための航行制御系が開示されており、航行制御系 は最少のノイズの増幅で航空機を安定化するための必要なυ」御パワーとフィー ドバック論理を提供する多制御翼面を利用している。さらに唯一の性能最適化ル ープは、最適操作性能化のために多制御！Ｉｌ翼面の姿勢をとるために、安定化 論理に組合されている。航空機の板、フラップおよび売尽翼の制御四面は、誤り 信号により駆動される。この誤り信号はパイロット保留命令信号要素とフィード バック要素からなり、フィードバック要素は航空機の測定された垂直加速度とピ ッチ率と相補形フィルタから得た第３のフィードバック要素を含む。このフィル タはバイパスフィルタ部とローパスフィルタ部を有し、バイパスフィルタ部は売 尽翼の位置データを操作し、ローパスフィルタ部はピッチ率を操作する。両フィ ルタ部を通る信号の和は、垂直加速度とピッチ率フィードバック信号と加え合さ れて、結合フィードバック信号を作る。これにより、本来不安定な航空機の安定 化のための余裕が向上し、ノイズの影響が最少に保たれる。

この発明は、主な役割として基本的に不安定な多制Ｗ坪面航空機を安定化する目 的を有する。そのような航空機の安定化がいったん達成されると、この発明の主 目的でもある性能を最大にすることが重要である。この目的は、多制御１ｍ面の 入力アクチュエータと制御１ｍ面センサの出力の間に別のフィードバックループ を追加することにより達成される。参照用テーブルは、攻撃のマツハ、高度およ び角度の関数である誤り信号を発生するためのフィードバックループに組込まれ ている。この結果、より小さくて軽く燃料消費効率がさらによいという付加利点 を備えた、効率のよい航空機を低コストで作ることができる。

の　、な譬 この発明の上述の目的と利点は添付図面といっしょにして考えるとさらに明確に 理解されるであろう。

第１図はブロック図状に示した基本的な航行制御系を取り入れた売尽翼型の航空 機の概略図である。

第２図は航行制御デジタルコンピュータに取入れた相補形フィルターの概略図で ある。

第３図は安定フィードバックループを取入れた航行［１系のブロック図である。

第４図は性能最適化フィードバックループを取入れている航行制御系のある部分 のブロック図である。

−の　なｔ 第１図は操縦四面２ａ、２ｂおよび２Ｃを有する航空機１を示している。操縦四 面２８は売尽翼であり、操縦翼面２ｂはウィングフラップであって、操縦四面２ Ｃは板フラップである。操縦四面２ａ、２ｂ、２ＣはＸ−２９ジ工ツト航空機に 使われているようなものである。アクチュエータ３は通常の手段により操縦四面 ２ａ、２ｂ、２ｃを調整可能に位置決めする。既知の設計の航行制御デジタルコ ンピュータ４はいくつかの入力を含んでいる。これらの入力には集合的に符号５ で示す加速針とジャイロからのパイロット命令入力とデータ入力を含んでいる。

これにより、上述の系は、複数の操縦四面により安定性を得るために構成部品と サブシステムを使っている。しかし、図示の系は操縦翼面２ａから位置データも 取入れている。この位置データは、ノイズを最少限にした合成ピッチ加速度信号 を得るために、デジタルコンピュータ４に対して追加入力６として作用し、デジ タルコンピュータ４は相補形フィルタ機能を果たす。相補形フィルタは同時に係 属中の出願１１号第７９７．０８９Ｎのとおりである。

第２図はデジタルコンピュータ４の基本的概略であり、デジタルコンピュータ４ は相補形フィルタ７の機能を達成するために必要なメモリと制御部を含んでいる 。ピッチ率データとともに売尽翼位置データが与えられることにより、相補形フ ィルタ７はピッチ加速度を推定する。さらに、このフィルタは航行制御系のノイ ズを低減ししかも航空機の安定性の余裕を同時に改善する。

３つの操ｔＩＩ１１面を利用している航空機の安定化フィードバックループの具 体的なものが、第３図に示されている。

図示のループは、ひどい風の変化のような特に重大な摂動に直面したときに、安 定化モードに航空機を保つのに役立つ。図示の航行制御回路は、航空機１の板ア クチュエータ８、フラップアクチュエータ９および売尽翼アクチュエータ１０を 駆動する。この回路は第１図に概略的に図示されており、第３図ではブロックで 示されている。入力ライン３８のパイロット命令信号はパイロット保留信号（Ｋ ｔ）であり、このパイロット保留信号は増幅器４０において利得分増幅される。

得られた増幅信号は別のポイント２８に送られ、このポイント２８ではいくつか のフィードバック信号が増幅保留信号から引かれる。これらのフィードバック信 号は垂直加速度ｎｚを含み、この垂直加速度ｎｚは通常の航空機の加速度ｉｔ　 （図示せず）の出力ライン７０において検出される。この加速度計は利得ファク タＫｎｚ分増幅器３０により増幅されるようになっている。この増幅垂直加速度 フィードバック信号は、ポイント４４においてピッチ率信号と加え合される。ピ ッチ率信号は通常の航空機ジャイロスコープ（図示せず）により測定されしかも ！Ｊｌ得ＫＱ分増幅器３２において増幅される。第３フイードバツク信号は相補 形フィルタ７から加え合せポイント４６に付与される。この第３フイードバツク 信号は、ポイント４４において加え合わされた上述のフィードバック信号と加え 合される。ポイント４６において加え合される前に、この第３フイードバツク信 号は利１？Ｋｑ分増幅器３４において増幅される。総合フィードバック信号４８ は進み／おくれフィルタ４２に送られる。このフィルタは航空機を安定化させる ためにＩＩＩｗＪ系に対し進み補償を付与する。フィルタに通された信号は別の ポイント２８に送られる。出力５０に生じる誤り信号は、微分されかつ利Ｉ！に ρ５２分増幅される。

この出力は５６において誤り信号と加え合される。この信号は定常状態ではゼロ になる。

得られた誤り信号はライン５７にそって増幅器５８．６０に並列に送られる。増 幅器５８．６０は入力をそれぞれ利１？ＫｓとＫｆ分増幅する。これらの信号は 第４図の集合部９２，１０４における性能最適化ループの信号と組合される。各 信号は積分器９８，１２０により積分される。積分器の出力はそれぞれ板アクチ ュエータとフラップアクチュエータ（８，９）を駆動する信号である。誤り信号 ５７は積分器５４で積分され、出力６２は売尽翼アクチュエータ１０を駆動する のに使う。これにより、加え合せポイント５６に視れる誤り信号により、航空機 １の安定性を保つために個々の利得が操縦買置アクチュエータに与えられている 。実際の利得は、周知の技術によりある種の航空機用に経験的にめることができ る。

板アクチュエータ、フラップアクチュエータおよび売尽翼アクチュエータからの 出力は、それぞれ角度量δＳ、δＦおよびδＣで表されている。これらの角度量 は個々の平行なアクチュエータ制御ライン６４．６６および６８にあり、これら の角度量により操縦翼面に対応の角度変化をおこして、これにより航空機１の航 行１１Ｊｔｌｌ特性を変えるのである。航空機の航行経路を変更するときは、新 しい垂直加速度ｎｚとピッチ率ｑを生じしかもフィードバックされる。

ピッチ率ｑは、増幅器３２にもどされるだけでなく相補形フィルタ７への入力に もなる。

フィルタでは、ライン７２のピッチ率信号は、２点推定部８０の入力ターミナル ７４につながれている。２点推定部８０は、ピッチ率からピッチ加速度を推定す るための周知の計算を行うものである。この量はそれからローパスフィルタ８２ の入力に送られる。ローパスフィルタ８２は基本的に高周波ノイズ信号をしゃ断 する。

制御ライン６８の売尽翼位置データδＣは、相補形フィルタ７に第２人力を入れ るために相補形フィルタ７に並列につながれている。この入力は接続ラインを介 してバイパスフィルタ７８につながれている。バイパスフィルタは利得Ｍδを有 し、この利得は周知の航行制御モーメントパラメータに関するものである。ロー パスフィルタ８２は、低周波レンジのピッチ加速度情報を与えるためにピッチ率 を操作し、他方ではバイパスフィルタを通った売尽翼の片寄りが相補形の高周波 情報を与えることから、相補形フィルタ７と名付けられている。フィルタ７８と ８２の時定数τは最大安定余裕と最少のノイズを達成するように選択されている 。

フィルタ７８と８２の出力は、フィルタ出力信号ＡＥを作るためにライン８６に そつて加え合せポイント８４に加えられている。フィルタ７８と８２の出力はそ れから増幅器３４に入力され、相補形フィルタからの増幅されたフィードバック 信号になる。このフィードバック信号は加え合せポイント４４の他の２つのフィ ードバック信号と加え合せポイント４６において加えられている。得られたフィ ードバック信号はライン４８を介して進み／おくれフィルタ４２そしてポイント ２８につながっている。ポイント２８では総合誤り信号が形成される。進み／お くれフィルタは系のハードウェアのおくれを補う。

第４図は性能最適化ループ８８のブロック図を示しており、性能最適化ループ８ ８は、第３図のループにより安定性が得られたあとに航空機の操縦開面を正確に 位置決めする。５８と６０（第３図のループと共通）における利得分増幅された 板の信号とフラップの信号は、ルー１８８に並列信号として入力される。増幅器 ５８の第１板信号はライン９０にそって加え合せポイント９２の第１人力に送ら れる。加え合せ点の出力はライン９６を介して積分器９８に送られる。この積分 器９８はライン１００に板命令δＳＣを発生し、板命令は板アクチュエータ８に 導かれる。航空機の通常の作動中における板命令は、増幅器５８から加え合せポ イント９２に導かれた安定化信号を含む、、１つの性能要素は加え合せポイント ９２の第２人力９４に導かれる。

より正しく認ＭＥするために、第４図をつづいて参照して、加え合せポイント９ ２の第２人力９４においてどのように信号が発生するか示す。

増幅器６０（第３図と共通）から発生した安定化信号はライン１０２に沿りて性 能最適化ループ８８に送られる。

安定化信号が加え合せポイント１０４の第１人力に送られ、加え合せポイント１ ０４からの出力ライン１１８は積分器１２０を介してフラップアクチュエータ９ につながっている。増幅器１２０の出力はフラップアクチュエータ命令δｔｃで ある。この命令はライン１２２を介して並列につながれ参照用テーブル１２４に 対する入力として作用する。参照用テーブル１２４は、マツハ、高度およびδｆ ｃの関数としてデータを記憶する。航空ｍ１の通常の＾度肝と速度センサは、マ ツへ数と高度の各瞬間における入力データを与える。テーブル１２４の出力信号 は、ライン１２６において３つの相互に関連した即時パラメータとなるように発 生される。ライン１２８における性能最適化用の板命令はポイント１２９におい て総合板命令と比較される。差引きポイント１２９からの誤り信号はリミッタ１ ３０に直列に送られる。リミッタ１３０は、さらにループにより処理する前に、 別の差引きポイント１２９からの信号の振れを制限する。リミッタ１３０の出力 はスイッチ１３４の接点１３２と１３６につながっており、スイッチ１３４は単 極の双投スイッチである。このスイッチは通常図示の状態にあるが、航空機のフ ラップが十分に移動して飽和した状態になるときは、スイッチ１３４はターミナ ル１３２のフィードバックをなくすために他の状態に変わる。性能最適化部１３ ６の板信号は増幅器１３８で増幅され加え合せポイント９２において安定化ルー プ板信号に加えられる。総合信号９６は板アクチュエータ８を駆動する信号であ る。

最適化ルー１８８は売尽翼命令信号６２により作動される。この信号は差引きポ イント１４１の参照先尾岡位［１１０と比較される。参照先尾翼位置は参照用テ ーブル１０８からきており、参照先尾翼位置は攻撃のマツハ、高度および角度の 関数である。１４１からの誤り信号は増幅器１１２において増幅される。増幅器 １１２の出力はライン１１４を介してリミッタ７１６につながれ、リミッタ１１ ６はライン１１４の信号の切換率を制限する。ライン１０６におけるリミッタ１ １６からの出力は、安定化ループ（第３図）フラップ命令信号と加え合せポイン ト１０４において加え合される。加え合せポイントの第２人力はスイッチ１３４ のターミナル１４０に並列につながっている。それにより参照用テーブル１０８ のために発生した信号は、スイッチが図示の状態から切換られてしまった時にス イッチ１３４に与えられる。信号は、航空機のフラップが十分にすでに述べた飽 和位置に移動するときに生じる。スイッチ１３４の出力はライン１３６を介して 増幅器１３８につながっている。増幅器の出力はライン９４を介して加え合せポ イント９２の第２人力となっており、これにより性能最適化ループ８８を完成す る。

第４図のループの操作では、参照用テーブル１２４と１０８によりルー１８８を ひんばんに改訂する結果、リミッタ１１６と１３０に対する誤り信号が零に駆動 される。航空機の安定性が、航空器の性能を最適化するために達成されたあとに 、図示のフラップ命令と板命令は板とフラップ位置の姿勢を直すために板アクチ ュエータとフラップアクチュエータ８．９に姿勢信号を与える。

この発明は、図示して述べた構造の実際の詳細部に限定されず、当業者は自明な 変形例を想到するだろう。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．３つの制御翼面（２ａ，２ｂ，２ｃ）を有する航空機（１）用の航行制御系 にて、航空機の性能を安定化しかつ最適化するためにフィードパック制御ルーフ が相互に接続されてむり、この安定化ループは、 航空機のピッチ率と垂直加速度を示す信号を加え合せるための第１手段（４４） と、 信号ノイズ低減のためにピッチ率むよび、先尾翼位置信号（８６）に入力側をつ なげた相補形フィルタ手段（７）と、 フイルタを通したピッチ率および先尾翼位置信号（８６）と第１加え合せ手段（ ４４）の出力信号を加え合せるための第２手段（４６）と、 第２加え合せ手段（４６）の出力に生じる信号を進み補償するためのフィルタ手 段（４２）と、補償された信号とパイロット命令入力信号（３８）から誤り信号 （５０）を得るための手段（２８）と、３つの制御翼面用の対応の安定化誤り信 号として誤り信号を配分する並列手段（５７，９０，１０２）と、安定化誤り信 号を積分する手段（９８，１２０，５４）と、 対応する制御翼面のアクチュエータに安定化誤り信号をつなげる手段（１０６， ６６，６２）と、を備える航空機（１）用の航行制御系。 ２．３つの制御翼面（２ａ，２ｂ，２ｃ）を有する航空機用の航行制御系にて、 航空機の性能を安定化しかつ最適化するためにフィードパック制御ループが相互 に接続されており、この性能ループは、 攻撃のマッハ数、高度および角度に依存する第１参照信号（１１０）を発生する 第１参照用テーブル（１０８）と、第１参照信号（１１０）から第３翼面命令信 号（６２）を減じる第１手段（１４１）と、 加え合せた信号（１１５）を形成するために、第１翼面率安定化誤り信号（１０ ２）を、得られた減じた信号と加え合せるための第１手段（１０４）と、第１翼 面命令信号（６６）を形成するために、加えられた信号を積分する第１手段（１ ２０）と、第１制御翼面（２ｂ）を再び位置決めるために、第１アクチュエータ （９）に第１命令信号をつなぐ手段と、マッハ数、高度および第１翼面制御信号 に依存する第２参照信号（１２６）を発生するための、第１翼面命令信号に、入 力（１２２）がつながれた第２参照用テーブル手段（１２４）と、 第２参照用テーブル信号と第２翼面率安定化誤り信号（９０）を加え合せるため の第２手段（９２）と、第２翼面命令信号（１００）を形成するために第２の加 えられた信号を積分するための第２手段（９８）と、第２制御面（２ｃ）を再び 位置決めするための第２アクチュエータ（８）に第２命令信号をつなげる手段と 、を備える航空機用の航行制御系。 ３．第２参照用テーブルの出力につながれた第１入力（１２６）とさらに第２積 分手段（９８）の出力（１２８）につながれた第２入力を有する第２差引手段（ １２９）と、第２差引き手段（１２９）の出力につながれた入力を有する第２参 照用信号の振りを制限する手段（１３０）と、制限する手段を介してフィードパ ックループを確立するための第２加え合せ手段（９２）の第２入力（９４）に制 限する手段の出力をつなげる手段と、をともなう請求項２に記載の構造。 ４．．第１制御翼面は航空機のフラップ（２ｂ）である請求項３に記載の構造。 ５．第２翼面は航空機の板（２ｃ）である請求項３に記載の構造。 ６．第１翼面は航空機のフラップ（２ｂ）であり第２翼面は航空機の板（２ｃ） である請求項３に記載の構造。 ７．第２加え合せ手段（９２）の入力（９４）を制限する手段の出力から第１参 照用信号（１１０）に切換るために、いちばん端の位置に第１制御翼面が移動す るのに応答する切換手段（１３４）をともなう請求項３に記載の構造。 ８．第１参照用信号の振りを制限するための第１差引き手段（１２９）の出力を 回路状につなぐ手段（１３０）をともなう請求項６に記載の構造。 ９．性能ループをともない、性能ループは、攻撃のマッハ数、高度および角度に 依存する第１参照用信号（１１０）を発生する第１参照用テーブル（１０８）と 、第１参照用信号（１１０）から第３翼面命令信号（６２）を差引く第１手段（ １４１）と、加え合された信号（１１８）を形成するために、第３翼面率安定化 誤り信号（１０２）を得られた差引き信号と加え合せるための第１手段（１０４ ）と、第１翼面命令信号（６６）を形成するために加え合された信号を積分する 第１手段（１２０）と、第１制御翼面（９ｂ）を位置決めするための第１アクチ ュエータ（９）に第１命令信号をつなぐ手段と、マッハ数、高度および第１翼面 制御信号に依存する第２参照用信号（１２６）を発生するために第１翼面命令信 号につながった入力（１２２）を有する第２参照用テーブル手段（１２４）と、 第２参照用テーブル信号と第２翼面率安定化誤り信号（９０）を加える第２手段 （９２） 第２翼面命令信号（１００）を形成するために第２加え合せ信号を積分する第２ 手段（９８）と、第２制御翼面（２ｃ）を位置決めするための第２アクチュエー タ（８）に第２命令信号をつなぐ手段と、を備え、前もって選択された並列に分 配された誤り信号（９０，１０２）の２つが零になったときに、性能ループは系 操作を支配し、これにより安定化操作を表す請求項１に記載の構成。 １０．３つの制御翼面は、先尾翼の翼面、フラップの翼面および板の翼面（２ａ ，２ｂ，２ｃ）であり、さらにこのうち２つの前もって選択された並列に分配さ れた誤り信号は板の翼面とフラップ翼面に対応する誤り信号である請求項９に記 載の構成。