JPH0344959B2 - - Google Patents

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JPH0344959B2
JPH0344959B2 JP17841683A JP17841683A JPH0344959B2 JP H0344959 B2 JPH0344959 B2 JP H0344959B2 JP 17841683 A JP17841683 A JP 17841683A JP 17841683 A JP17841683 A JP 17841683A JP H0344959 B2 JPH0344959 B2 JP H0344959B2
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JP
Japan
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steering
angle
torque
attack
actuator
Prior art date
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Application number
JP17841683A
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English (en)
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JPS6071393A (ja
Inventor
Shintaro Ishida
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Subaru Corp
Original Assignee
Fuji Heavy Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Heavy Industries Ltd filed Critical Fuji Heavy Industries Ltd
Priority to JP17841683A priority Critical patent/JPS6071393A/ja
Publication of JPS6071393A publication Critical patent/JPS6071393A/ja
Publication of JPH0344959B2 publication Critical patent/JPH0344959B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は飛翔体や航空機のトルク式操舵装置
に関する。
〔発明の技術的背景および背景技術の問題点〕
飛翔体や航空機のトルク式操舵装置はアクチユ
エータの出力トルクTaが操舵軸回りの空力的復
元モーメントを主とする負荷トルクThと物理的
につり合うことから、慣性力の影響を無視できる
(例えば一定舵角で定常旋回している)場合には、 −Ta=Th=1/2・ρV2S〓C〓(Ch〓×δ+Ch〓×α)
……(1) (ここで、ρは空気密度 Vは機速 S〓は舵面基準面積 C〓は舵面基準長さ Ch〓は舵角によるヒンジモーメントの係数 Ch〓は迎角によるヒンジモーメントの係数 δは舵角 αは迎角 である。)を満足するような舵角δをとることに
なる。このとき旋回の負荷倍数nは n=L/W=1/2ρV2S(CL〓×δ+CL〓×α)/W ……(2) (ここで、Lは揚力 Wは機体重量 Sは機体基準面積 Ch〓は舵角による揚力の係数 CL〓は迎角による揚力の係数 である。) で与えられる。
Cn〓を舵角によるピツチングモーメント係数、
Cn〓を迎角によるピツチングモーメント係数とす
ると、つり合い状態では、 α/δ≒−Cn〓/Cn〓 ……(3) の関係であるから、 n/Ta=S/WS〓C〓×Cn〓CL〓−Cn〓CL〓/Cn〓Ch
−Cn〓Ch〓……(4) 右辺の空力微係数はいずれもマツハ数に対して
だいたい同じ傾向の変化をするので、定数と考え
てよく、結局 n∝Ta となる。これは、例えばアクチユエータ出力トル
クTaを表わすものが指令信号として与えられる
ものであることを考えれば高度や速度に関係なく
指令信号に比例した旋回能力が得られることを示
しており、極めて有利である。
しかるに、トルク式操舵装置においては、操舵
軸回りの空力的復元力は必ず必要であつて、しか
もこの系はδだけでなく、迎え角、慣性力、摩擦
力などの影響を受けるため実用の範囲で安定な操
舵を行なうには空力的な復元性が充分大きいこと
が必要である。このため、操舵軸回りの空力モー
メントの絶対値が小さくてよい舵角式操舵装置に
比べ、装置が大きくなつたり、ガス圧式アクチユ
エータのような特殊な装置が必要であつた。
以下、上記の点についてさらに詳細に説明す
る。第1図は従来の舵角式操舵装置の一例を示し
たものである。同図において、1は胴体、2は舵
面、13は舵面に対する相対的な空気の流れ、3
は操舵軸、4はギヤ11を介して操舵軸3を駆動
するアクチユエータで図示の例では直流サーボモ
ータが用いられている。直流サーボモータ4は、
以下のような制御装置によつて制御される。即
ち、この制御装置においては、舵角を表わす指令
信号S1がゲイン設定器7を介して加算サーボアン
プ10に入力され、一方、舵角検知器5から得ら
れる信号Saがゲイン設定器8を介して加算サー
ボアンプ10に入力され、両者が等しくなるまで
サーボモータ4が駆動される。尚、舵角速度検知
器6は操舵装置の減衰特性の改善などのために使
用されているもので、その出力はゲイン設定器9
を介して加算サーボアンプ10に入力されている
が、これは設けられていない場合もある。
舵角式操舵装置は、操舵軸回りの空力モーメン
トが小さくて良く、安価で軽量、小型にまとま
る。しかるに、舵角式操舵装置を、ハードウエア
を同一としてトルク式操舵装置に変えるには、第
2図に示すように舵角検知信号ループにスイツチ
14を設け、運用時に舵角検知信号ループを切離
して使用することになる。ところが、単に舵角検
知ループを切離すだけでは、舵角式の負荷トルク
は空力モーメントの絶対値を小さくおさえる設計
となつているため、トルク式で想定するような負
荷トルク、即ち負荷トルクの大部分が空力モーメ
ントであるという状態を満たさない。そこで、ト
ルク式では負荷トルク大部分が空力モーメントと
なるようモーメント・アームを延ばすなどの対策
を講し(第2図12′)空力的な復元性(Ch〓<
O)を充分大きくする。その結果、負荷トルクが
大きくなり、舵角式のアクチユエータではトルク
不足となるなどの問題を生じた。
〔発明の目的〕
本発明は、このようなトルク式操舵装置の欠点
が改善し、特殊なアクチユエータによらずとも良
好な操舵を行なう操舵装置を提供することを目的
とする。
〔発明の実施例〕
第3図は本発明の一実施例を示したものであ
る。同図において、第1図、第2図と同一の符号
は同様のものを示す。第1図、第2図と異なる点
は、操舵軸3にトルク検出器15を設け、その検
知信号Stを変換回路16を介して、制御回路の加
算サーボアンプ10の1つの入力に与えている点
である。
変換回路16は、以下に詳述するように、検知
されたトルクに基いて、生じるべき舵角を求める
ものである。
変換回路16について説明するに当り、まず、
トルクと舵角との関係について考察する。操舵軸
回りの舵面の回転運動方程式は、説明を簡単にす
るため、まず迎角や機体運動の影響を無視できる
とすると、次のようになる。
δ¨=1/J〓{Ta+1/2ρV2S〓C〓(Ch〓×δ+Ch
〓×δ〓……(5) δ〓=∫δ¨dt ……(6) δ=∫δ〓dt ……(7) ここで、 δ〓は舵角δの変化の角速度 δ¨は舵角δの変化の角加速度 J〓は舵面慣性能率 Ch〓は舵角角速度によるヒンジモーメント係数 である。この運動方程式を解いてδを求めるため
の回路は、(6)式に従つてδ¨の積分をなす積分器1
6aと、(7)式に従つてδ〓の積分をなす16bと、
(5)式の演算をなす回路部分16cとで構成されて
いる。この回路部分16cは K1=1/2ρV2S〓C〓Ch〓 ……(8) で与えられるゲインK1を設定したゲイン設定器
19と、 K2=1/2ρV2S〓C〓Ch〓 ……(9) で与えられるゲインK2を設定したゲイン設定器
18と、 K3=1/J〓 ……(10) で与えられるゲインK3を設定したゲイン設定器
17とを図示のように接続して成る。ゲイン設定
器19は、積分器16bの出力δを受け、 K1×δ=1/2ρV2S〓C〓Ch〓δ を加算するサーボアンプ20に与える。ゲイン設
定器18は、積分器16aの出力δ〓を受け K2×δ〓=1/2ρV2S〓C〓Ch〓δ を加算サーボアンプ20に与える。ゲイン設定器
17は、加算サーボアンプ20の出力(その値は
(5)式の{ }内で表わされる。)を受けてこれに
K3=1/J〓をかけたものを出力し、積分器16
aに与える。積分器16bは積分器16aの出力
を受けて、その出力は変換回路16の出力δとな
る。
舵面慣性能率J〓は計測または計算によつて定め
る。ヒンジモーメント係数Ch〓、Ch〓も風洞試験な
どで計測するか、計算で定める。Ch〓、Ch〓がマツ
ハ数の関数となる場合には、マツハ検知器の検知
信号に基いてCh〓、Ch〓の値を変え、これに応じて
K1、K2の値を変える。動圧1/2ρV2としては、動
圧センサー(図示しない)の出力が用いられる。
以上、迎角や機体運動を無視したが、これらを
考慮に入れると、(5)式の代りに次の式を用いなけ
ればならない。
δ¨1/J〓{Ta+1/2ρV2S〓C〓(Ch〓×δ+Ch
δ〓+Ch〓α)+HM〓+HMo}……(11) ここで、 HM〓は機体回転角加速度によるヒンジモーメ
ント HMoは機体負荷倍数nによるヒンジモーメン
ト である。(11)式は、(5)式に迎角によるヒンジモ
ーメント分 1/2ρV2S〓C〓Ch〓α ……(12) および機体回転角加速度によるヒンジモーメント
分HM〓、および機体負荷倍数によるヒンジモー
メント分HMoの項が付加された形となつている。
制御回路16の加算器21,22はこれらの量に
相当するものを加算するために挿入されたもの
で、まず加算器21は S2=(Ch〓/Ch〓)α ……(13) で与えられる値の信号S2を積分器16bの出力δ
に加えてゲイン設定器19に与える。一方、加算
器22は S3=HM〓+HMo ……(14) で与えられる値の信号S3を設定器19の出力に加
えて加算サーボアンプ20に加える、こうするこ
とにより、制御回路16の出力として、(11)式、
(6)式、(7)式の組合で求まるδが得られる。
迎角は、図示されない迎角センサの出力を用い
る。機体回転角加速度及び機体負荷倍数は、それ
ぞれ回転角加速度センサ及び直線加速度センサを
用いて検知することが可能であるが、通常この項
は無視できる。
以上のように構成した変換回路16に、上記の
ように操舵軸3を取付けたトルク検知器15で検
知したトルクTaを示す信号Stを入力すると、生
じるべき舵面変位δが計算される。この舵面変位
δは制御装置の加算サーボアンプ10に加えら
れ、指令信号S1と比較される。すると、サーボ系
は指令信号S1と制御回路16の出力δとが等しく
なるまでサーボモータ4を駆動する。このよう
に、本サーボ装置は閉ループ系全体としてはトル
ク式であるが、アクチユエータに対する指令信号
は変換回路16によつて舵角相当信号となつてい
るため、アクチユエータは従来の舵角式サーボ装
置と同様、低トルクで安価なものでよい。即ち、
第2図の場合のように、負荷トルク中で空力モー
メントを迎角、慣性力、摩擦力などに比べて充分
大きくする必要が軽減される。このため、高価で
大型の重いアクチユエータを採用したり、ガス圧
式アクチユエータなどの特殊なアクチユエータを
採用したりせず、通常のアクチユエータの採用で
設計をまとめることができる。
なお、舵角検知信号は、地上での点検、整備時
に舵を電気的に固定する必要からスイツチ14を
閉じて使用することもあるし、場合によりC2
舵角検知ループゲインに比べ相対的にきわめて小
さい値に設定し、運用時もスイツチ14を閉じて
使用することもある。また、操舵応答性改善のた
めに、変換回路16に舵角速度検知器6を入れた
り、トルク検知信号Stを変換回路16を介して加
算サーボアンプ10に入れ、あるいは、直接加算
サーボアンプ10に入れたり、また、それらの各
ループに特性改善用の補償回路を入れたりするこ
とができることは通常のサーボ系の設計と全く同
じである。
第4図は、本発明を油圧サーボアクチユエータ
を用いる装置に適用した実施例である。この実施
例では、加算サーボアンプ10の出力が油圧サー
ボアクチユエータ31のサーボバルブ30に与え
られている。通常、電気サーボでの指令信号はト
ルクであり、油圧サーボでの指令は流量である
が、本発明は、これらのサーボ形式の違いに関り
なく、適用しうるものである。本発明はまた他の
アクチユエータ、例えばガス圧式のアクチユエー
タの場合にも適用しうる。
尚第4図の実施例の場合にも、第3図の実施例
の場合と同様に、舵角速度検知信号を加算サーボ
アンプ10にフイードバツクしてもよい。そのほ
か、第3図の実施例について述べたのと同様の変
形をなしうる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、迎角、慣性力、
摩擦力などの影響を取除くことができる。即ち、
第2図の場合のように、負荷トルク中で空力モー
メントを迎角、遠心力、摩擦力などに比べて充分
大きくする必要が軽減される。従つて、高価で大
型の重いアクチユエータを採用したり、ガス圧式
アクチユエータなどの特殊なアクチユエータを採
用したりせず、通常のアクチユエータを用いて操
舵性能のよい操舵装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は従来の操舵装置を示す概
略図、第3図および第4図は本発明の操舵装置の
異なる実施例を示す概略図である。 1……胴体、2……舵面、3……操舵軸、4…
…直流サーボモータ、5……舵角検知器、6……
舵角速度検知器、7,8,9,17,18,19
……ゲイン設定器、10……加算サーボアンプ、
11……ギヤ、12……舵面空気力、13……空
気の流れ、14……スイツチ、15……トルク検
知器、16……変換回路、30……サーボバル
ブ、31……油圧サーボアクチユエータ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 飛翔体または航空機のトルク式操舵装置にお
    いて、操舵軸回りの負荷トルクを検知するトルク
    検知器と、動圧を検知する動圧センサと、迎角を
    検知する迎角センサと、それぞれ検知された負荷
    トルク、動圧及び迎角に基いて、生じるべき舵角
    を求める変換回路と、この変換回路により求めら
    れた舵角が指令値と一致するように制御を行なう
    サーボ装置とを備えたトルク式操舵装置。
JP17841683A 1983-09-27 1983-09-27 トルク式操舵装置 Granted JPS6071393A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17841683A JPS6071393A (ja) 1983-09-27 1983-09-27 トルク式操舵装置

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JP17841683A JPS6071393A (ja) 1983-09-27 1983-09-27 トルク式操舵装置

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JPS6071393A JPS6071393A (ja) 1985-04-23
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JP17841683A Granted JPS6071393A (ja) 1983-09-27 1983-09-27 トルク式操舵装置

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