JPH06199293A - ヘリコプタ用自動救難ホバー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、救難のためのホバリング時に遭難者
の直上にレスキュー・ホイストがくるように操縦を自動
化し、救難活動の時間的短縮を図ることを目的とする。 【構成】本発明に係る自動救難ホバー装置は、探照燈１
から遭難者までの伏角（θS ）及び方位角（ψS ）と電
波高度計２から機体の電波高度Ｈ等を自動飛行制御コン
ピュータ６に入力して、探照燈から遭難者までの前後／
左右方向の距離を計算し、この距離と探照燈からレスキ
ュー・ホイストまでの前後／左右方向の距離を比較し、
この差を無くすためのサーボ・コマンド信号をピッチ・
トリム・サーボ及びロール・トリム・サーボに出力する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、救難ヘリコプタによる
陸上及び洋上での救難活動に於いてレスキュー・ホイス
トによる遭難者の吊り上げ時のホバリング操縦を自動化
するヘリコプタ用自動救難ホバー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近代的な救難ヘリコプタでは、上空で遭
難者を発見した場合、一度その直上を通過（オントッ
プ）して航法／自動操縦システムに遭難者の位置（座
標）を入力すると近傍への自動進入を行なえる機能を有
しているものもある。この様な救難ヘリコプタでは遭難
者の比較的近傍の位置で所定の高度で自動的にホバリン
グすることが可能である。

【０００３】しかし、機上の救助員が遭難者をレスキュ
ー・ホイストで吊り上げる最終段階はオペレータの熟練
に頼っている。すなわち、パイロットが遭難者の近傍ま
で機体を寄せた後、クルー・ホバー・モードと称される
機能を持つ自動操縦装置を有する機体では、カーゴ・ド
アの付近にクルー・ホバー・グリップという操縦装置が
あり、救助員は遭難者がレスキュー・ホイストの直下に
くるようにこの操縦装置を操作して限られた範囲内で機
体の前後、左右方向の対地速度を制御する。しかし、特
に夜間の洋上救難では常に遭難者をレスキュー・ホイス
トの直下に保つ制御は難しいし、一人の救助員が機体の
操縦とレスキュー・ホイスト操作の両方を行なわなくて
はならないので、救助員のワーク・ロードが大きくて救
助に多大の時間が必要となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、救難のため
のホバリング時に遭難者の直上にレスキュー・ホイスト
がくるように操縦を自動化し、救助員がレスキュー・ホ
イスト操作に専念できるようにして、救助活動の時間短
縮を図ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るヘリコプタ
用自動救難ホバー装置は、探照燈１と、電波高度計２
と、姿勢・方位基準装置３と、ドップラー航法装置４
と、３軸方向のレート・ジャイロ５と、自動飛行制御コ
ンピュータ６と、コントロール・パネル７と、表示器８
と、ピッチ・トリム・サーボ９と、ロール・トリム・サ
ーボ１０からなり、前記自動飛行制御コンピュータ６
は、コントロール・パネル７からのモード選択信号と、
探照燈１からの信号（θS ，ψS ）と、電波高度計２か
らの信号（Ｈ）と、姿勢・方位基準装置３からの機首方
位信号と、ドップラー航法装置４からの信号（ＶH ，Ｖ
b ）と、レート・ジャイロ５からの信号と、表示器８か
らの微調整コマンド信号を入力し、ピッチ・トリム・サ
ーボ９及びロール・トリム・サーボ１０にサーボ・コマ
ンド信号を出力するとともに、表示器８に位置誤差信号
を出力することを特徴とする。

【０００６】

【作用】救難ヘリコプタでは夜間の救難活動のために通
常はサーチ・ライトを装備し、近代的な救難ヘリコプタ
では、赤外線暗視装置（ＦＬＩＲ）を装備していること
が多い。

【０００７】パイロットは救難活動のためのホバリング
飛行中にこれらの装置を操縦席から遠隔操作で方向制御
を行なうことによってサーチ・ライトの光を遭難者に当
て続けたり、赤外線暗視装置の視線（ＬＯＳ；Line of
Sight ）を常に遭難者の方向に向け続ける。更に近代的
な赤外線暗視装置では、一度パイロットが遭難者の方向
にＬＯＳを向けて探知目標として定義しておくと、後は
自動的に遭難者を追尾する機能を有している。

【０００８】いずれの場合もサーチ・ライト又は赤外線
暗視装置との相対位置関係は、これらのセンサーのジン
バルの伏角（エレベーション角）θS と方位角（アジマ
ス角）ψS によって一義的に決まる。図２及び図３のよ
うに例えば赤外線暗視装置の中心点に原点を置き、原点
を通る水平面内で機体の中心線方向後ろ向きにＸ軸、機
体の中心線と直交して右舷方向にＹ軸、原点から垂直下
向きにＺ軸を取り、伏角θS は水平面から下向きを正、
方位角ψS はＹ軸から時計まわりに測るとすると、遭難
者が赤外線暗視装置から距離Ｒだけ離れた洋上に浮いて
いる場合の、ジンバルの方位角ψS と、伏角θS と、遭
難者のＸ，Ｙ座標、及び機体の高度（以下すべて海面又
は地面と赤外線暗視装置のセンサー中心までの距離とし
て高度を定義する）Ｈとの間には以下の関係がある。 Ｘ＝Ｒsin ψS ・・・（１） Ｙ＝Ｒcos ψS ・・・（２） Ｒ＝Ｈ／tan θS ・・・（３）

【０００９】式（３）より電波高度計からの電波高度Ｈ
と赤外線暗視装置から入力される伏角θS によって遭難
者までの距離Ｒが計算できる。更に赤外線暗視装置とレ
スキュー・ホイストのＸ軸方向の距離をＬ、同じくＹ軸
方向の距離をＤとすれば、前述の計算で求めたＲと赤外
線暗視装置から入力される方位角ψS を用いて式（１）
で計算できる遭難者のＸ座標とＬの差を０にするように
操縦系統のピッチ・トリム・サーボ９にサーボ・コマン
ドを出力し、ＲとψS を用いて式（２）で計算できる遭
難者のＹ座標とＤとの差を０にするように操縦系統のロ
ール・トリム・サーボ１０にサーボ・コマンドを出力
し、操縦系統のヨー・トリム・サーボ１１には機首方向
を一定（飛行安全のためホバリング中は地上風の方向に
機首を向ける）に保つためのサーボ・コマンドを出力
し、操縦系統のコレクティブ・トリム・サーボ１２には
電波高度を一定に保つためのサーボ・コマンドを出力す
ることにより、遭難者がレスキュー・ホイストの直下に
くる位置に機体を誘導し、その状態を保持することが可
能となる。

【００１０】

【実施例】図１〜図４に本発明の第１実施例を示す。第
１実施例は探照燈（サーチ・ライト又は赤外線暗視装
置）１と、電波高度計２と、姿勢・方位基準装置３と、
ドップラー航法装置４と、３軸（ピッチ・ロール・ヨ
ー）方向のレート・ジャイロ５と、自動飛行制御コンピ
ュータ６と、コントロール・パネル７と、表示器８とピ
ッチ・トリム・サーボ９と、ロール・トリム・サーボ１
０と、ヨー・トリム・サーボ１１と、コレクティブ・ト
リム・サーボ１２から成る。

【００１１】コントロール・パネル７上のノブ操作によ
り救災ホバー・モードを選択すると、自動飛行制御コン
ピュータ６は、遭難者の方向を追尾している赤外線暗視
装置１から遭難者までの伏角（エレベーション角）θS
及び方位角（アジマス角）ψS を入力し、電波高度計２
から電波高度Ｈを入力し、ドップラー航法装置４から機
首方向及び横方向の対地速度を入力し、図４の制御演算
回路に基づいて遭難者がレスキュー・ホイストの直下に
くるように機体を誘導し、かつ保持するためのサーボ・
コマンドを計算し、ピッチ・トリム・サーボ９及びロー
ル・トリム・サーボ１０に出力する。又、遭難者とレス
キュー・ホイストの位置誤差を表示器８に出力し、パイ
ロットが機体の制御状況をモニターできるようにする。

【００１２】更に、表示器８には２つの微調整ノブ、す
なわち前後方向微調整ノブ１３と左右方向微調整ノブ１
４が付いており、レスキュー・ホイストと遭難者の相対
位置関係を前後／左右おのおのの方向で微調整できる。

【００１３】図４は自動飛行制御コンピュータ６の制御
演算回路のうち、コントロール・パネル７によって自動
救難ホバー・モードがエンゲージされている時の、ピッ
チ軸及びロール軸の制御演算回路の実施例を示す。電波
高度計２から入力された電波高度Ｈは赤外線暗視装置１
から入力された伏角θS を関数発生器１５で１／tanθS
に変換したものと乗算され、赤外線暗視装置１と遭難
者の距離Ｒ（１６）に変換される。距離Ｒ（１６）は赤
外線暗視装置１から入力された方位角ψS を関数発生器
１７でsin ψS に変換したものと乗算し、赤外線暗視装
置１とレスキュー・ホイスト間の前後距離Ｌ（１８）を
差し引くことによって遭難者とレスキュー・ホイストの
前後位置誤差に変換される。この前後方向位置誤差に表
示器８上の前後方向微調整ノブ１３によってパイロット
が操作した微調整量が加算された信号は、リミッタ１９
を通して一方では表示器８に出力されて表示器８の前後
方向位置誤差指針を駆動し、一方ではゲイン２１を乗じ
た比例制御信号となる。この信号は遭難者がレスキュー
・ホイスト直下にくるように機体のピッチ制御を行なう
ための基本信号になる。又、遭難者がレスキュー・ホイ
ストの近傍にある場合にはゲイン２３を乗じた後、積分
器２４を通って積分制御信号に変換したものを加算点２
５で加える。積分制御信号は制御の定常誤差をなくすた
めのものであり、遭難者が比較的遠方にいる時点から自
動救難ホバー・モードがエンゲージされ前後方向位置誤
差がしばらくリミッタ１９の上限又は下限値に当たり続
けるように場合に、積分器２４に信号がたまり過ぎて遭
難者の上空を行き過ぎる（オーバーシュート）量が過大
となるのを防ぐため、遭難者がレスキュー・ホイスト近
傍に近づいてからのみ働くようにスイッチ２２が設けて
ある。更に遭難者に向かって移動する機体の速度が過大
にならないようにドップラー航法装置４からの機首方向
対地速度信号にゲイン２６を乗じたダンピング信号を加
算点２５に加えたものをピッチ・サーボ・コマンドとし
てピッチ・トリム・サーボ９に出力する。

【００１４】また、距離Ｒ（１６）は赤外線暗視装置１
から入力された方位角ψS を関数発生器２７でcos ψS
に変換したものと乗算し、赤外線暗視装置１とレスキュ
ー・ホイスト間の左右距離Ｄ（２８）を差し引くことに
よって遭難者とレスキュー・ホイストの左右方向位置誤
差に変換される。この左右方向位置誤差に表示器８上の
左右方向微調整ノブ１４によってパイロットが操作した
微調整量が加算された信号は、リミッタ２９を通して一
方では表示器８に出力されて表示器８の左右方向位置誤
差指針を駆動し、一方ではゲイン３１を乗じた比例制御
信号となって機体のロール制御に用いられる。

【００１５】ピッチ制御に関して前述したと同様の理由
によってドップラー航法装置４からの横方向対地速度に
ゲイン３６を乗じたダンピング信号及びスイッチ３２を
介して働くゲイン３３と積分器３４から成る積分制御信
号を加算点３５で加算したものがロール・サーボ・コマ
ンドとしてロール・トリム・サーボ１０に出力される。

【００１６】ヨー軸については自動飛行制御コンピュー
タ６は姿勢・方位基準装置３からの機首方位信号とレー
ト・ジャイロ５からのヨー・レート信号等を基に通常の
機首方位保持制御回路によって演算したヨー・サーボ・
コマンドをヨー・トリム・サーボ１１に出力する。

【００１７】コレクティブ軸については電波高度計２か
らの電波高度信号とドップラー航法装置４からの垂直速
度信号等を基に通常の電波高度保持制御回路によって演
算したコレクティブ・サーボ・コマンドをコレクティブ
・トリム・サーボ１２に出力する。

【００１８】上記実施例では自動救難ホバー・モードに
直結した部分のみについて示したが、自動飛行制御コン
ピュータ６には姿勢保持、対気速度保持、オートマチッ
ク・アプローチ等の各種自動操縦機能を実行させること
が可能であるし、又機体の安定性増大制御演算回路を内
蔵させ、操舵範囲は限定されているが作動速度の速いＳ
ＡＳ（Stability Augmentation System ）サーボにＳＡ
Ｓサーボ・コマンドを出力させることも可能である。

【００１９】又、図４の実施例では自動救難ホバー・モ
ードでのピッチ・ロール制御をピッチ・トリム・サーボ
９とロール・トリム・サーボ１０のみを使用して実施し
ているが、応答性を向上させるためピッチＳＡＳサーボ
及びロールＳＡＳサーボを使用する制御演算回路を追加
することも可能である。また、本実施例で用いた赤外線
暗視装置の代りにサーチ・ライトを使用することも可能
である。

【００２０】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。

【００２１】（１）本発明装置によれば、救難のための
ホバリング飛行に於いてパイロットの手動操作又は自動
追尾によりサーチ・ライト又は赤外線暗視装置を遭難者
に向け続けておけくことにより、遭難者がレスキュー・
ホイストの直下にくるように機体を誘導、制御すること
を正確かつ自動的に行なうことができる。 （２）そのため機上の救助員は機体位置の調整の仕事か
ら解放され、レスキュー・ホイスト操作に専念出来るの
で、救助時間の大巾な短縮が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るシステムの構成図。

【図２】水平面内での座標軸の定義を示す図。

【図３】垂直面内での座標軸の定義を示す図。

【図４】ピッチ及びロール軸に関する制御演算回路図。

【符号の説明】

１…探照燈（赤外線暗視装置又はサーチ・ライト）、２
…電波高度計、３…姿勢・方位基準装置、４…ドップラ
ー航法装置、５…レート・ジャイロ、６…自動飛行制御
コンピュータ、７…コントロール・パネル、８…表示
器、９…ピッチ・トリム・サーボ、１０…ロール・トリ
ム・サーボ、１１…ヨー・トリム・サーボ、１２…コレ
クティブ・トリム・サーボ、１３…前後方向微調整ノ
ブ、１４…左右方向微調整ノブ、１５，１７，２７…関
数発生器、１９，２９…リミッタ、２２，３２…スイッ
チ、２４，３４…積分器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 探照燈（１）と、電波高度計（２）と、
   姿勢・方位基準装置（３）と、ドップラー航法装置
   （４）と、３軸方向のレート・ジャイロ（５）と、自動
   飛行制御コンピュータ（６）と、コントロール・パネル
   （７）と、表示器（８）と、ピッチ・トリム・サーボ
   （９）と、ロール・トリム・サーボ（１０）からなり、
   前記自動飛行制御コンピュータ（６）は、コントロール
   ・パネル（７）からのモード選択信号と、探照燈（１）
   からの信号（θS ，ψS ）と、電波高度計（２）からの
   信号（Ｈ）と、姿勢・方位基準装置３からの機首方位信
   号と、ドップラー航法装置（４）からの信号（ＶH ，Ｖ
   b ）と、レート・ジャイロ（５）からの信号と、表示器
   （８）からの微調整コマンド信号を入力し、ピッチ・ト
   リム・サーボ（９）及びロール・トリム・サーボ（１
   ０）にサーボ・コマンド信号を出力するとともに、表示
   器（８）に位置誤差信号を出力することを特徴とするヘ
   リコプタ用自動救難ホバー装置。