JPH0411440B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、航空機に作用する突風を検知しそれ
に対応した補償操舵を自動的に行うことによつて
上記突風による荷重を低減する突風荷重軽減制御
方式に関し、特に弧立突風及び連続突風の両方に
対して荷重の低減ができる航空機の突風荷重軽減
制御方式に関する。

従来の技術 従来の航空機の突風荷重軽減制御方式には、第
５図に示すようなオープンループ制御方式と、第
６図に示すようなクローズドループ制御方式とが
あつた。まず、オープンループ制御方式は、第５
図に示すように、機体１が突風に遭遇した際にそ
の突風成分を検知して補助翼、昇降舵等の制御舵
面をアクチユエータ２によつて作動させるガスト
対応部３と、この操舵によつて引き起こされた機
体１の上下動を減衰させるダンパー部４とを有
し、これらの動作により上記突風による荷重を軽
減していた。ここで、上記ガスト対応部３は、機
首部分に設けられ突風の上下方向成分を検知する
迎角計等の第一のセンサ５と、突風成分の極低周
波域あるいは極高周波域をカツトするウオシユア
ウトフイルタ６と、突風対応の操舵により機体１
の特性が不安定側にならないようにその安定性を
高める側に補正するプリフイルタ７と、こプリフ
イルタ７で補正された値を何倍にしてアクチユエ
ータ２に制御値として与えるかを決める第一のゲ
イン設定器８とからなる。また、上記ダンパー部
４は、胴体中央部に設けられ全機の機体運動を検
知する加速度計等の第二のセンサ９と、この第二
のセンサ９の検知量を何倍にしてアクチユエータ
２に制御値として与えるかを決める第二のゲイン
設定器１０とからなる。そして、上記第一のセン
サ５により、突風が主翼に達する前において機首
部分で該当突風成分をいち早く検知し、その突風
が主翼に到達して機体１が動揺させられる前に制
御舵面の操舵量を決定し、実際の突風による機体
１の動揺の位相と同期して該動揺を押えるように
操舵し、突風荷重を軽減するようになつていた。

次に、上記クローズドループ制御方式は、第６
図に示すように、第一のセンサ１１と、第一のゲ
イン設定器１２と、機体１及び主翼等に対する突
風によつて引き起こされた運動を検知して補助
翼、昇降舵等の制御舵面をアクチユエータ２によ
つて作動させるガスト対応部１３とを有し、これ
らの動作により上記突風による荷重を軽減してい
た。ここで、上記ガスト対応部１３は、胴体中央
部および主翼翼端に設けられ全機の機体運動を検
知する加速度計等の第二のセンサ１４と、機体１
の特性が不安定側にならないように突風の位相と
突風対応の操舵による舵面の位相とをできるだけ
合致させる補償器１５と、この補償器１５で与え
られた値を何倍にしてアクチユエータ２に制御値
として与えるかを決める第二のゲイン設定器１６
とからなる。また、上記第一のセンサ１１は機首
部分に設けられた迎角計であり、第一のゲイン設
定器１２は上記第一のセンサ１１の検知量を何倍
にしてアクチユエータ２に制御値として与えるか
を決めるものであり、これら第一のセンサ１１と
第一のゲイン設定器１２とで上記ガスト対応部１
３の操舵による機体１の上下動を減衰させるダン
パー部の役目をするものである。そして、上記第
二のセンサ１４により、突風が主翼に達して主翼
の揚力変化が生じこれにより機体１が振動させら
れたのを検知すると共に、制御舵面の操舵量を決
定し、その振動を押えるように操舵して、突風荷
重を軽減するようになつていた。

発明が解決しようとする問題点 しかし、上記オープンループ制御方式において
は、機首部分に設けられた迎角計等の第一のセン
サ５で突風の上下方向成分をいち早く検知してそ
の突風による荷重を低減するように制御舵面を操
舵するので、衝撃的な弧立突風に対しては荷重の
低減効果は大であるが、広範囲な周波数成分を含
む連続突風に対しては荷重の低減効果は小さいも
のであつた。また、上記クローズドループ制御方
式においては、主翼翼端および胴体中央部に設け
られた加速度計等の第二のセンサ１４で突風によ
つて引き起こされた全機の機体運動を検知してそ
の運動を押えるように制御舵面を操舵するので、
広範囲な周波数成分を含む連続突風に対しては荷
重の低減効果は大であるが、衝撃的な弧立突風に
対しては荷重の低減効果は小さいものであつた。
さらに、上記オープンループ制御方式とクローズ
ドループ制御方式の両方を備えたものもあるが、
それらの制御系は各々独立しており、突風荷重の
軽減は主としてオープンループ制御方式で行い、
クローズドループ制御方式は上記オープンループ
制御によつて引き起こされた高周波の悪影響のダ
ンパーとして用いられるにすぎなかつた。したが
つて、オープンループ制御系とクローズドループ
制御系とによつて弧立突風及び連続突風の両方に
対して最適化制御ができるものではなかつた。そ
こで、本発明は、一つの制御系で弧立突風及び連
続突風に対して荷重の低減ができる航空機の突風
荷重軽減制御方式を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記の問題点を解決する本発明の手段は、機首
部分に設けたガストセンサにより突風の上下方向
成分を検知して該当突風による荷重を舵面操舵で
低減するオープンループ制御部を有すると共に、
胴体中央部および主翼翼端に設けた全機運動セン
サにより機体運動を検知して機体の弾性振動を舵
面操舵で抑えるクローズドループ制御部を有し、
上記オープンループ制御部のガストセンサの検知
信号から生成された操舵量の制御値とクローズド
ループ制御部の全機運動センサの検知信号から生
成された操舵量の制御値とを加算して機体の制御
舵面を操舵するアクチユエータを作動させる一つ
の最適制御系を構成することにより、機体に作用
する突風荷重の軽減を行うことによつてなされ
る。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳
細に説明する。

第１図は本発明による航空機の突風荷重軽減制
御方式の実施例を示すブロツク線図である。この
突風荷重軽減制御方式は、航空機に作用する突風
を検知しそれに対応した補償操舵を自動的に行う
ことによつて上記突風による荷重を軽減するもの
で、第１図に示すように、機体１に設けられた補
助翼、昇降舵等の制御舵面を作動させるアクチユ
エータ２と、オープンループ制御部２０と、クロ
ーズドループ制御部２１とを有している。

上記オープンループ制御部２０は、主として突
風成分による荷重を舵面操舵で軽減するもので、
機体１の機首部分に設けられ突風の上下方向成分
を検知する迎角計等のガストセンサ２２（第２図
参照）と、突風成分の極低周波域あるいは極高周
波域をカツトするウオシユアウトフイルタ２３
と、突風対応の操舵により機体１の特性が不安定
側にならないようにその安定性を高める側に補正
するプリフイルタ２４と、このプリフイルタ２４
で補正された値を何倍にしてアクチユエータ２に
制御値として与えるかのゲイン定数を設定する第
一のゲイン設定器２５とからなる。

また、上記クローズドループ制御部２１は、主
として機体運動による機体１の弾性振動を舵面操
舵で抑えるもので、機体１の胴体中央部および主
翼翼端に設けられ全機の機体運動を検知する加速
度計やピツチレート計（胴体にのみ設けられてい
る）等の全機運動センサ２６（第２図参照）と、
機体１の特性が不安定側にならないように突風の
位相と突風対応の操舵による舵面の位相とをでき
るだけ合致させる補償器２７と、この補償器２７
で与えられた値を何倍にしてアクチユエータ２に
制御値として与えるかのゲイン定数を設定する第
二のゲイン設定器２８とからなる。

そして、上記オープンループ制御部２０のガス
トセンサ２２の検知信号から生成された操舵量の
制御値と、クローズドループ制御部２１の全機運
動センサ２６の検知信号から生成された操舵量の
制御値とを加算点Ａで加え合わせて機体１の制御
舵面を操舵するアクチユエータ２を作動させる一
つの最適制御系が構成されている。

第２図は本発明の突風荷重軽減制御方式を適用
した航空機の概要を示す説明図である。上述のガ
ストセンサ２２は、機首部分の両側面にてそのベ
ーンが気流にさらされて設けられている。また、
全機運動センサ２６は、主翼翼端に設けられた加
速度計２６ａや、胴体中央部に設けられた加速度
計およびピツチレート計２６ｂなどである。さら
に、主翼翼端内には主翼運動の制御舵面としての
外舷補助翼２９，２９を作動させるアクチユエー
タ２ａ，２ａが設けられ、水平尾翼内には全機運
動の制御舵面としての昇降舵３０，３０を作動さ
せるアクチユエータ２ｂ，２ｂが設けられてい
る。また、機体１の胴体前部には制御コンピユー
タ３１が設けられており、この制御コンピユータ
３１の一部にウオツシユアウトフイルタ２３、プ
リフイルタ２４、第一及び第二のゲイン設定器２
５，２８、補償器２７等が組み込まれている。そ
して、上記制御コンピユータ３１と、ガストセン
サ２２及び全機運動センサ２６ａ，２６ｂ並びに
各アクチユエータ２ａ，２ｂとはデータバス３２
で接続されており、これを介してデータを転送す
ることにより制御コンピユータ３１で第１図に示
す各要素の動作を制御するようになつている。

次に、このような突風荷重軽減制御方式の動作
について説明する。まず、突風に航空機が遭遇す
ると、オープンループ制御部２０のガストセンサ
２２，２２により該突風が主翼Ｗに達する前にお
いてその上下方向成分を検知する。このガストセ
ンサ２２，２２から出力される検知信号は、ウオ
シユアウトフイルタ２３に入力して極低周波域あ
るいは極高周波域がカツトされる。次に、上記ウ
オシユアウトフイルタ２３の出力信号は、プリフ
イルタ２４に入力しオープンループ制御部２０の
突風対応の操舵により機体１の特性が不安定側に
ならないようにその安定性を高める側に補正され
る。その後、上記プリフイルタ２４の出力信号
は、第一のゲイン設定器２５に入力しそのゲイン
定数により適宜の比率で増倍され、アクチユエー
タ２に対するオープンループ制御部２０の制御値
が生成される。このようにして、上記突風が主翼
Ｗに到達して機体１が動揺させられる前に、上記
オープンループ制御部２０で外舷補助翼２９およ
び昇降舵３０等の制御舵面の操舵量を決定する。
そして、この操舵量の制御値をアクチユエータ２
が入力することにより、実際の突風による機体１
の動揺の位相と同期してその動揺を抑えるように
第２図に示す外舷補助翼２９あるいは昇降舵３０
を操舵する。また、これと同時に、クローズドル
ープ制御部２１の全機運動センサ２６により、突
風が主翼Ｗに作用して該主翼Ｗの揚力変化が生じ
これにより機体１が振動させられるのを検知す
る。すると、この全機運動センサ２６から出力さ
れる検知信号は、補償器２７に入力し、突風の位
相とクローズドループ制御部２１の突風対応の操
舵による舵面の位相とをできるだけ合致させて安
定性を高める側に補正される。次に、上記補償器
２７の出力信号は、第二のゲイン設定器２８に入
力しそのゲイン定数により適宜の比率で増倍さ
れ、アクチユエータ２に対するクローズドループ
制御部２１の制御値が生成される。このようにし
て、機体１が突風により振動させられるのと同時
に、上記クローズドループ制御部２１で外舷補助
翼２９および昇降舵３０等の制御舵面の操舵量を
決定する。そして、この操舵量の制御値をアクチ
ユエータ２が入力することにより、突風による機
体１の動揺を抑えるように第２図に示す外舷補助
翼２９あるいは昇降舵３０を操舵する。例えば、
上向きに突風が作用した場合は、外舷補助翼２９
を後縁下げに操舵して揚力を小さくする。また、
突風により機体１のピツチング運動が励起された
場合は、頭下げのピツチングのときは昇降舵３０
を後縁上げに、頭上げのピツチングのときは昇降
舵３０を後縁下げに操舵する。このような動作に
より、主としてオープンループ制御部２０におい
て、機首部分に設けられた迎角計等のガストセン
サ２２で突風の上下方向成分をいち早く検知して
その突風による荷重を低減するように制御舵面を
操舵するので、衝撃的な弧立突風に対して荷重の
低減効果を発揮できる。また、主としてクローズ
ドループ制御部２１において、胴体中央部および
主翼翼端に設けられた加速度計等の全機運動セン
サ２６で突風によつて引き起こされた全機の機体
運動を検知してその運動を抑えるように制御舵面
を操舵するので、広範囲な周波数成分を含む連続
突風に対して荷重の低減効果を発揮できる。

なお、第２図においては、制御舵面として外舷
補助翼２９と昇降舵３０とを示したが、本発明は
これに限らず、内舷補助翼３３，３３を併せて用
いてもよい。

第３図および第４図は、準定常揚力面理論によ
り求めた補助翼効きによつて行つた数学シミユレ
ーシヨン結果を示すグラフであり、それぞれ突風
による荷重を主翼付け根部の曲げモーメントで表
している。まず、第３図は、弧立突風に対する荷
重応答タイムヒストリを示すグラフであり、鎖線
ｂで示す従来のクローズドループ制御方式では破
線ａで示す舵面制御なしの場合に比較して荷重低
減効果があまり大きくないのに対し、実線ｃで示
す本発明の突風荷重軽減制御方式では荷重低減効
果が大幅に向上していることがわかる。次に、第
４図は、連続突風に対する荷重パワースペクトラ
ムを示すグラフであり、鎖線ｅで示す従来のオー
プンループ制御方式では破線ｄで示す舵面制御な
しの場合に比較して荷重低減効果があまり大きく
ないのに対し、実線ｆで示す本発明の突風荷重軽
減制御方式では荷重低減効果が大幅に向上してい
ることがわかる。

発明の効果 本発明は以上説明したように、オープンループ
制御部２０のガストセンサ２２の検知信号から生
成された操舵量の制御値と、クローズドループ制
御部２１の全機運動センサ２６の検知信号から生
成された操舵量の制御値とを加算して機体１の制
御舵面を操舵するアクチユエータ２を作動させる
一つの最適制御系を構成したので、主としてオー
プンループ制御部２０により衝撃的な弧立突風に
よる突風荷重を軽減できると共に、主としてクロ
ーズドループ制御部２１により広範囲な周波数成
分を含む連続突風による突風荷重を軽減すること
ができる。従つて、本発明によれば、一つの制御
系で弧立突風及び連続突風に対して荷重の低減効
果を発揮することができる。また、上記オープン
ループ制御部２０とクローズドループ制御部２１
とは、それぞれ独立して動作するわけではなく、
その制御系内の加算点Ａで加え合わされており、
弧立突風及び連続突風の両方に対して最適化制御
を行うことができる。これらのことから、航空機
の構造を軽くつくることができると共に、乗心地
も改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による航空機の突風荷重軽減制
御方式の実施例を示すブロツク線図、第２図は本
発明の突風荷重軽減制御方式を適用した航空機の
概要を示す説明図、第３図は弧立突風に対する荷
重応答タイムヒストリを示す数字シミユレーシヨ
ン結果のグラフ、第４図は連続突風に対する荷重
パワースペクトラムを示す数字シミユレーシヨン
結果のグラフ、第５図は従来のオープンループ制
御方式を示すブロツク線図、第６図は従来のクロ
ーズドループ制御方式を示すブロツク線図であ
る。 １……機体、２，２ａ，２ｂ……アクチユエー
タ、２０……オープンループ制御部、２１……ク
ローズドループ制御部、２２……ガストセンサ、
２３……ウオシユアウトフイルタ、２４……プリ
フイルタ、２５……第一のゲイン設定器、２６，
２６ａ，２６ｂ……全機運動センサ、２７……補
償器、２８……第二のゲイン設定器、２９……外
舷補助翼、３０……昇降舵、３３……内舷補助
翼、Ｗ……主翼。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機首部分に設けたガストセンサにより突風の
   上下方向成分を検知して該当突風による荷重を舵
   面操舵で低減するオープンループ制御部を有する
   と共に、胴体中央部および主翼翼端に設けた全機
   運動センサにより機体運動を検知して機体の弾性
   振動を舵面操舵で抑えるクローズドループ制御部
   を有し、上記オープンループ制御部のガストセン
   サの検知信号から生成された操舵量の制御値とク
   ローズドループ制御部の全機運動センサの検知信
   号から生成された操舵量の制御値とを加算して機
   体の制御舵面を操舵するアクチユエータを作動さ
   せる一つの最適制御系を構成することにより、機
   体に作用する突風荷重の軽減を行うことを特徴と
   する航空機の突風荷重軽減制御方式。