JPS62206414A - 飛行指令信号発生方法および装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は一般には航空機の飛行制御計器、および航空
機の運航乗員を最適の方法で風のシャーとの遭遇から退
去させる指令を発生し表示する飛行指令信号発生方法お
よび装置に関する。

よシ特定すれば、それは、所定の最大と最小の安全速度
制限の間で作動する、風のシャー条件の大きさと持続時
間から導出される可変速度指令を与える飛行指令信号発
生方法および装置に関する。

（ロ）従来技術および問題点 風のシャーの現象は航空機の安全に重大な脅威をもたら
し、かつ、実際に幾つかの重大な航空機の事故の原因と
なってきた。風のシャーはそれ自体のものでもあるいは
操縦士が航空機をその正常な飛行経路に戻そうとする試
みの結果としてのものでも、航空機を失速させあるいは
墜落させることもあシ得る。風のシャーは航空機に関す
る風の時間変化率として定義することができ、航空機へ
のその効果は正常飛行からの速度あるいは高度の大きな
偏向を生ずることである。この定義によると大気の乱流
、足常風へのおよびそれからの操縦、そして大地に近い
一定の風の境界層の浸透のすべてを風のシャーと考える
ことが要求されるが、それはこれらのものが航空機に対
する境界条件を表わすからである。しかし、通常、大き
さおよび持続時間の丸めにこれらのシャーが航空機に脅
威をもたらすことはない。該定義は風の変化率を必要と
するが、一定の垂直風もまた、産業界ではシャーと考え
られている。正確にはシャーではないが、航空機への効
果は等側車で変化する長手方向の風と同一である。

技来技術による風のシャー警戒装置では、風のシャーに
遭遇している間与えられる検出と案内によって航空機を
、通常失速速度よシや＼大きいある固定速度で飛行させ
ていた。指令される速度は、通常、失速速度よ９約５多
大きい、スティックシェーカ速度として周知の速度であ
って、それは人工的な手段が操縦棒すなわちスティック
を振動させるのに利用されて操縦士に失速が起りそうな
ことを知らせる場合の速度である。スティックシェーカ
速度は一般に安全飛行にとっての最低速度であると考え
られておシ、航空機の迎え角およびフラップ位置によっ
て変化する。前進速度を低減することによって、操縦士
は高度率を得ることができる。

多くの民間輸送機、一般の航空機および軍用機はフライ
トディレクタ装置を具備しておシ、それによってピッチ
指令信号が操縦士に対して表示されるので、風のシャー
に遭遇することに対する速度指令は、通常、ピッチ指命
バーの変位として与えられる。操縦士が該変位を零に低
減するように航空機を操縦する場合、航空機の速度は指
令された速度になるのであるが、それは速度が一定のエ
ンジンスラス）Ｋ対するピッチの関数となっているから
である。

従来技術の欠点は、指令された固定速度の結果、風のシ
ャーの大きさおよび持続時間が実際にはそのような操縦
を必要としない場合に、航空機が最低の「安全」速度で
飛行することである。最低安全速度で飛行するととＫよ
シ、航空機の速度限界の劣化を起し、従って操縦士が航
空機を操縦する際に許容され得る誤差の限界を低限する
。その結果、風のシャーの大きさと持続時間がそれを保
障しなかったとしても、航空機の速度限界が実質的に減
少するような危険の起シ得る状況を実際に作シ出すこと
もあシ得る。

反対に、スティックシェーカ速度よシかなり大きい指令
固定速度を利用する従来技術の装置は、その大きさと持
続時間がスティックシェーカ速度指令を保証しないほど
の風のシャーに対しては風のシャー条件を処理するに適
した減少速度になるよう航空機に指命することはない。

要約すれば、従来技術は、重要な指令パラメータが固定
対気速度指令ではなくて、実際は、風のシャーとの遭遇
による対気速度の変化率から導出される可変対気速度指
令であるとめうことを認識できなかったのでおる。本発
明は、風のシャー条件の大きさならびに持続時間の両方
に基づく正確な対気速度センサを判定し、従って、その
指令によって航空機を、遭遇した風のシャーの大きさお
よび持続時間に適した速度で飛行させる、という点にお
いて従来技術の欠点を克服している。

（ハ）作用 検出された長手方向の風のシャー成分の変化率は、検出
された垂直の風のシャー成分に代数的に合計され、長手
方向の風のシャーの等価値釦変換され、風のシャーの大
きさと持続時間を表わす信号を導出し、さらに航空機制
御パラメータに与えられて、対気速度率に比例する可変
飛行指令を発生する。該計算された指令には、最低指令
速度がスティックシェーカ速度となシ、かつ、最高速度
が風のシャーのない場合の許容できる定格速度となるよ
う制限されている。この合成信号は、航空機が風のシャ
ー条件から退出するための最適飛行経路を発生する率（
レート）指令となっている。

該装置の諸様相の１つの実施態様において、本発明は、
対気速度率に比例する信号を発生する手段と、風のシャ
ー条件のベクトル変化率に比例する信号を発生する手段
と、迎え角に比例する信号を発生する手段と、対気速度
率、風のシャー率、および迎え角の各信号に応答して対
気車信号の変化を表わす指令信号を発生する手段と、お
よび指令信号を与えてその大きさを表わす出力を発生す
る手段、とを備えている。

に）実施例 航空機への一定の風の効果は、風速およびその対地速度
に対する真対気速度に関連する周知の式によって定めら
れる。

Ｖ＝Ｖ＋Ｖ　　　　　　　　　（１） ＧＲＯＵＮＤ　　　　ＡＩＲＷＩＮＤ 但し、■　　　は１秒あたシフイード（１フイＲＯＵＮ
Ｄ −トは３α４８０センチメートル）で測定された航空機
の対地速度であり、■よ工、は１秒あたシフイードで測
定された航空機の真対気速度であり、および１−１ＮＤ
は１秒あたシフイードでの風速であって慣例によシ追い
風に対して正となっている。真対気速度は航空機に対す
る風の大きさである。米国特許第３，９３０，６１０号
における第’ｇＩ％３行〜１７行で真対気速度は、対気
速度センサから発生され、真対気速度コンピュータによ
多処理され、次いでなお位置誤差を修正された信号とし
て定義されておシ、そして結果として指示対気速度（Ｉ
Ａ８−、りる与えられた飛行条件に対する実際の計器表
示）が計器の誤差および、較正対気速度（ＣＡＳ）を与
えることができるはど大きい、据え付けの位置すなわち
場所による誤差を訂正され、さらに、例えば圧縮性効果
および密度のような、航空機対気速度の精度に影響をお
よばず他の関連変数を訂正される場合も生ずる。

時間に関連する式（１）の第１導関数は下記の率の関係
を発生する。

但し上に付いた点はｄ／ｄｔの等価値と考えられ（すな
わち、Ｍはｄｖ／ｄｔである）、そして全変数の単位は
毎秒毎秒フィートとなっている。

ウィンドレートを求める式（２）を解くことによって下
記を生ずる。

式（３）は長手方向ウィンドレートを測定するための条
件を形成し、そして本代理人の出願中の米国特許におけ
るように風のシャーの検出に利用することができる。〔
バリーミラー（ＨａｒｒｙＭｉｌｌｅｒ）およびテリー
Ｌ、ツヴアイフエル（Ｔｅｒｙ　Ｌ、　Ｚｗｅｉｆｅｌ
　）　ノ発明にヨル米国特許出願第４２９．０８５号「
脱出指令を有する風のシャー検出および警告装置Ｊおよ
びディピッドＡ。

ジＥ７ソン（Ｄａｖｉｄ　Ａ　ｇｏｈｎｓｏｎ　）およ
びテリーＬ、ツヴアイフエルの発明による米国特許出願
第７８７．８７９号「航空機に対する垂直の風のシャー
検出」。本発明の代理人に委任されておシ、ここにり１
用されるコ。対地速度率の値は航空機の長手方向軸沿い
に取付けられた加速度計から直接に得られ、そしてピッ
チ（縦揺れ）とロール（横揺れ）を修正され、さらに真
対気速度率は航空機に搭載された対気データコンピュー
タから得ることができる。

航空機動作性能は下記の式によって定義される。

但し、Ｔ＝航空機のスラスト（ボンド、１ポンドは４５
＆６グラム） Ｄ＝航空機の空力抗力（ボンド） Ｗ＝航空機の重力（ボンド） ■＝航空機の速度（フィー５７秒） ■＝速度の変化率を（フィー５７秒） ｇ＝重力定数、毎秒毎秒５２．１７フイ一トｈ＝航空機
の高度率（フィー５７秒） 式（４）は大地に対しであるいは、航空機が飛んでいる
気団に対しての座標系に対して有効である。第１図は、
風のシャーのない場合の航空機の一定スラストと重量に
よって幾つかの速度に対する式（４）を示すグラフであ
る。縦座標軸は航空機の上昇性能率を表わし、横座標は
その長手方向加速性能を表わす。ｌｓｌから４はこれら
の性能が対気速度を変えることによってどのように変る
かを示す。線１は通常の対気速度を表わすが、線４はス
ティックシェーカ速度での航空機の性能を表わす。線２
と３はこれら２つの間での速度を表わす。各線は一定対
気速度に対する飛行経路角度の軌跡となっているが、そ
れは飛行経路角度が、小さい飛行経路角度に対する周知
の近似式によって定められるからである。

■ 但し、ｒはラジアンでの飛行経路角、ｈは航空機の上昇
率をフィー５７秒で表わしたもの、そしてＶはその真対
気速度をフィー５７秒で表わしたものである。

長手方向の風のシャーがない場合、地上の座標系に対す
る航空機の長手方向の加速性能は、気団に対してのその
性能と同一であるが、それは式（２）におけるウィンド
レート環がＯとなっているからである。すなわち、地上
に対する座標軸と気団に対する座標軸とが一致している
。

長手方向の風のシャーがある場合、式（２）におけるウ
ィンドレート項Ｖｗ工ＮＤは０ではなく、その効果は、
地上と気団の座標系間での縦座標軸の明白な変位を生じ
させることである。追い風のシャーに対するこの変位は
第２図に示される。

線５は地上に対する縦座標軸であり、一方、線６は気団
に対する縦座標軸である。この２つの間の変位の大きさ
は風の時間変化率となっている。すなわち、風のシャー
の長手方向成分の値となっている。軸変位は長手方向の
風のシャーに遭遇するとｌ’ｔ　を即座忙生ずる。航空
機が最初に加速しないとすれば、それは点７の上昇率お
よび飛行経路角度にあるであろう。地上座標系に対して
長手方向加速度には変化はないであろう。しかし、気団
系に関しては、航空機は風のシャー率で失速し、従って
失速速度に向かって減速し始める。操縦士が対気速度の
損失を阻止しようとしても、それは最大スラストで、ピ
ッチダウン操縦を必要とするので、航空機は点８へ飛行
し、よって風のシャーに遭遇する前よシかなシ低い上昇
率および飛行経路角に置かれる。

さらに１航空機の対地速度は風のシャー率で上昇し、一
方、真対気速度は一定のままである。

操縦士が対気速度損失を幾らかでも回復し、正常な速度
を再び得ようとすれば、上昇率になお一層の減少が生じ
る結果となる。航空機は点９へと飛行し、従って負の上
昇率および飛行経路角をと９、そして低高度において典
型的な飛行の離陸と着陸進入条件が破壊することもあシ
得る。

第２図は、長手方向の風のシャーに遭遇する際の最適な
方策のための条件を示す。最初に点７にある航空機にと
って、対気速度がスティックシェーカ速度に向って減少
する場合、対気速度率が風のシャーの値に対して大きさ
では等しいが記号が反対となっているある量で減少する
ことが可能であれば、高度上昇率および飛行経路角度は
減少して、遂には航空機は点１２に違するであろう。し
かし、風のシャーの持続時間および大きさが、対気速度
をスティックシェーカ速度に減少させるようなものでな
ければ、航空機は点１０あるいは１１に到達するだけで
、風のシャーは切シ抜けられ、そして航空機は安、　全
に正常の飛行対気速度にまで加速され得るであろう。

第３図は、スティックシェーカ速度での飛行を要するほ
どの持続時間を有する追い風のシャーとの遭遇に対する
最適の方策を示す。線１６は最適方策の軌跡を表わす。

最初に風のシャーに遭遇する際に、航空機は点１３で飛
行している。対気速度は風のシャーの値と等しくしかも
逆の率で減少するので、航空機は点１３と１４の間の線
区分に沿って横断し、後者はスティックシェーカ速度以
上となっている。点１４では、安全飛行にとっての最低
速度である、スティックシェーカ速度に接近しつつある
ので、航空機は対気速度率を阻止し始めなければならな
い。

対気速度率を阻止するために、航空機は点１４と１５の
間の線区分に沿って移動するであろう。

点１５に到達すると、航空機は０の対気速度率を有する
スティックシェーカ速度となるであろう。説明して来た
プロセスの間、上昇率および飛行経路角度が最大化され
たこと、従ってシャーを通っておよびその上を飛行する
ことによって、シャーを脱出する最良の機会を順に提供
するような高度における利得をも最大化することは明ら
かであろう。

対気速度率を風のシャーの大きさより大きい比率で減少
させる方策によって、明らかに、航空機を必要以上に頻
繁にスティックシェーカ速度で飛行させることになる。

反対に、対気速度率を風のシャーの大きさよシ小さい比
率で減少させる方策では、風のシャーを安全に脱出する
ために必要となるかも知れない高度における利得を最大
化させる結果にはならない。

航空機への垂直の風のシャーの効果は下記の式で定義さ
れる。

”ＧＲＯＵＮＤ　：ｈＡＩＲ＋ｈＷＩＮＤ　　　　　（
８）但し、’ＧＲＯＵＮＤは地上に対する航空機の高度
率（フィート７秒） 罎工□　は気団に対する航空機の高度率（フィート７秒
） ｈｗＩＮＤ　　は風のシャーの速度（フィート７秒）、
慣例によシ下降方向で 正となっている。

下降方向の垂直の風のシャーの結果は第４図に示される
ようなものとなる。線１７は気団座標系の横座標を表わ
し、線１８は地上座標系の横座標を表わす。２つの座標
系における軸変位の大きさおよび方向は、垂直のウィン
ドレートの大きさおよび方向に等しい。

式（４）を吟味した結果、それは下記の形式を有する、
航空機の一定スラスト、速度および重量に対する上昇率
ならびに速度率に関する直線式であることが分る。

但し、ｈは航空機の高度率（フィート７秒）Ｃ１はＶ（
Ｔ−Ｄ）／Ｗ項（フィート７秒）Ｃ２はＶ／ｇ項（秒） ■は速度の時間変化率（毎秒毎秒フィート　） 定数Ｃ４は縦座標軸との交点（第２図の点７）を定めて
おシ、そしてＣ２は該線の傾斜となっている。従って、
Ｃ２はり、！−ｖの変化における関係を設立する。上述
のように１垂直の風のシャーの効果は地上座標系と気団
座標系との間で横座標を変位させることである。この変
位は２つの座標系の間でｈの値の変化と等価である。従
ってｈの値の変化は、下記の関係によって長手方向の風
のシャーに等式化することができる。

Δｈ＝Ｃ２ΔＶ　　　　　　　　　　　　（１０すなわ
ち、垂直の風のシャーは航空機に関して、Ｃ２で除算さ
れた高度率の変化と等しい大きさを有する同記号の長手
方向の風のシャーと同じ効果を有している。従って、垂
直の風のシャーに対する最適の方策は、式（イ）によシ
定義された等価の長手方向の風のシャーについてのそれ
と同一である。

前述のように、航空機の対気速度がスティックシェーカ
値に向って減少する場合、対気速度率は０値に調節され
ねばならない。これを達成するために、スティックシェ
ーカ速度は正確に知られねばならない。スティックシェ
ーカ速度は、航空機のフラップ位置と重量の直接関数で
あって、後者は通常、正確には知られていない。

しかし、いずれの重量に対してもスティックシェーカ速
度に対応する迎え角は、与えられたフラップ位置に対す
る定数となっている。すなわち、スティックシェーカ速
度に対する航空機の迎え角は重量とは独立となっている
。実際の迎え角は正確に測定することができるので、実
際の迎え角とスティックシェーカ迎え角との間の差は、
スティックシェーカ速度に接近していることの表示とし
て利用することができ、従って対気速度率が阻止さるべ
き時点を設定する。

本発明は、従来のアナログ回路および計算技術を利用す
ることによって、あるいは従来の全体的なデジタル技術
を利用することによって、あるいは従来のハイブリッド
ディジタル／アナログ技術の組合わせによって実現する
ことができる。例えば、加算装置、限定機能および増幅
器は、適切に形成された演算増幅器によって実現される
ことができるが、論理および数学的機能はディジタルコ
ンピュータすなわちノー−ドウエア等によって実現され
ることができる。種々のブロックによって代表される機
能的装置は、当業界において周知の各それぞれの機能に
対する数多くの装置の中のいずれの１つともなシ得るの
で、回路の詳細を示すことは不必要と考えられる。この
発明を明確にし、かつ、理解するために、第５図および
第８図において見られるように、通常アナログ７オーマ
ツトを利用することによって、説明されるであろうし、
同じアナログフォーマットがプログラム可能なディジタ
ルコンピュータのプログラミングを表わすこともできる
が、この場合、種々のアナログ入力はディジタル信号に
変換されてディジタル処理され、そして種々のディジタ
ル出力はアナログ信号に変換されて、飛行計器指令を発
生する。

次に第５図では、通常の対気データコンピュータ３０は
真対気速度に比例する信号をリード３１によシ通常のレ
ート検出装置３２に供給するが、その作用は真対気速度
の時間の変化率をリード３３に発生することである。同
時に、これまで述べたように、風のシャー検出コンピュ
ータ３４は、垂直軸率および長手方向軸変位から発生し
た風のシャー成分信号をリード３５および４３に、それ
ぞれ供給する。リード３５の信号は通常の除算器３６に
供給されるが、リード３７に現われるその出力は、垂直
軸率と真対気速度の商となっている。リード３７は利得
６８に供給するが、該利得はそこでの信号に、その値が
重力定数（毎秒毎秒３２．１７フイート）となっている
利得係数０１を乗算する。係数ｇ／Ｖは式αりにおける
Ｃ２項の逆となっている。リード３９に現われる出力は
、垂直軸シフト率を等測長手方向軸変位に変換し、そし
て通常の積分器４０に供給される。通常の積分器４０は
、風のシャ−条件が風のシャー検出コンピュータ３４に
よって検出される場合はいつでも、リード３９上の信号
の時間積分を積分器４０に印加するように作用する。

リード４１上の信号は通常の加算装置４２に供給される
が、該装置の機能はリード４３と４１の信号の代数的和
をリード４４に供給することである。リード４４上の信
号は通常の利得４５に供給され、該利得は、例えば１．
０の利得値Ｇ２にリード４４の信号を乗算する。リード
４４上の信号は、風のシャーによる垂直座標軸と長手方
向座標軸の変位の組合わせを表わす。利得４５の出力は
り−ド５１に現われ、それは航空機が最適の方法で風の
シャーから脱出するために必要な対気速度の変化率に比
例する信号となっている。リード５１はリミタ５２に供
給されるが、その作用は次に説明する。

航空機の真の迎え角に比例する信号はリード５８に現わ
れ、そして迎え内羽根５ｏによって供給される。同時に
、航空機の迎え角コンピュータ８９は、フラップ位置セ
ンサ８５およびリード８４から、航空機のフラップ位置
に比例する信号を受信する。迎え角コンピュータ８９は
、測定されたフラップ位置に対するスティックシェーカ
迎え角に比例する、メモリに初期設定されていた信号を
、リード５９およびスイッチ端子６１に出力し、かつ、
初期設定されていた正常の迎え角信号を、リード６０お
よびスイッチ端子６２に出力する。正常迎え角とは、与
えられたフラップ位置および飛行条件に対する公称設計
速度を与える迎え角である。風のシャー条件が検出コン
ピュータ３４によって検出される場合、スイッチブレー
ド６３は第５図に示されるような位置にあり１そうでな
ければスイッチブレード６３は端子６２と接触する。ス
イッチブレード６３および端子６４によって信号を通常
の加算装置６６に供給するが、該装置は、実際の迎え角
信号である、リード５８上の信号とリード６５上の選択
された信号との間の代数的差を形成するように作用する
。加算装置６６の出力は接合点６８に現われて、迎え角
の実際値と初期設定された値との間の差を表わす。接合
点６８からの１出力は通常の乗算器７１に供給されるが
、該乗算器はリード６９を介する同信号を利用してリー
ド６８における信号の二乗を形成する。この信号はり−
ド７２に現われて、通常の利得７３に結合される。利得
７３はリード７２上の信号に、例えば１．０のようなＧ
４の値を乗算し、そしてその結果をリード７４に供給し
、該リードは次いでその信号をリミタ５２に供給する。

リミタ５２はリード７４上の信号を利用して、リード５
１に現われる信号の値をリード７４上に現われる計誓値
以内に制限する。この作用によって、実際の迎え角がス
ティックシェーカ迎え角の初期設定値に接近するので、
リード５３上に現われ、かつ、最適の指令対気速度を表
わすリミタ５２の出力は連続的に減少し、遂には、実際
の迎え角とスティックシェーカ迎え角が同一になる場合
、それは零値に到達する。リミタ５２の動作は第６図に
グラフで示されておシ、この場合縦座標軸９０は風のシ
ャーに遭遇する場合に最適の応答を発生する指令対気速
度率を表わす。横座標９１は初期設定スティックシェー
カ迎え角と実際の迎え角との間の差を表わす。

線９２から線９６は導出されたウィンドレートの特定値
を表わし、そして第５図のリード５１に現われることに
なる。線９７はスティックシェーカ迎え角と実際の迎え
角との間の差が減少する際に指令対気速度を限定するこ
とへの効果を表わす。−例として、導出されたウィンド
レートは線９２で表わされ、そして初期の実際の迎え角
は、初期設定のスティックシェーカ値よシかなシ小さい
ものとする。従って第５図のリミタ５２の出力は点９９
で表わされる正確な値となる。実際の迎え角が増加する
につれてすなわち、航空機の対気速度が減少するにつれ
て、実際の迎え角とスティックシェーカ迎え角との間の
差もまた減少して、最後に点９８に対応する点が達成さ
れる。実際の迎え角が゛なお増加すると、迎え角におけ
るこの差はなお一層減少し、そしてリミタ５２の出力は
線９７の各点の軌跡に沿って減少し、最終的には、実際
の迎え角とスティックシェーカ迎え角が同一になる場合
、出力は、リード５１の現在の値に関係なく零になる。

再び第５図について見ると、リミタ５２の出力はリード
５３に現われそして通常の加算装置５４に供給される。

加算装置５４は、リード５３の信号とリード５３の信号
との代数的差をリード５５に出力するような態様で動作
する。従ってリード５５の信号は、航空機の最適指令対
気速度率と真対気速度率との差を表わす。リード５５は
スイッチ端子７７を備えてｈる。検出された風のシャー
条件がある場合には、スイッチブレード７６は図に示さ
れるような位置にあシ、そうでなければ、それは端子７
５と接触するであろう。従って、風のシャー条件では、
リード５５の信号はスイッチ端子７７、スイッチブレー
ド７６、スイッチ端子７８およびリード７９を介して、
利得８０に供給されることになる。

利得ブロック８０はリード７９上の値に利得の値Ｇ５を
乗算し、かつ、フライトディレクタ計器５７で利用され
るのに適した値に、その信号を変換する。利得８０の出
力はリード８１に現われ、そしてそれは操縦士に表示さ
れるべき指令信号となっている。通常の７ライトデイレ
クタ計器５７は、リード８１を介して指令信号を受信し
そして通常の、周知の機構を介して、比例した量でピッ
チ指令バー５６を動かす。

リード８１上の信号はまた、リード８２）接点８３、ス
イッチアーム８４およびリード８５を介して、自動フラ
イトコントロール装置のオートパイロットピッチチャネ
ル８６に結合されて、リード８７を介して結合された昇
降舵サーボ８８を付勢して、風のシャーとの遭遇中、所
定の最適飛行経路角を発生する。

セレクタスイッチアーム６３および７６の動作は下記の
ように制御される。

論理風のシャー検出信号は風のシャー検出コンピュータ
３４によって供給されてリード４６上に現われる。この
信号は、風のシャーが検出される場合に、論理１を表わ
す信号が現われ、そして風のシャーが無い場合、論理０
が現われるようなものとなっている。該信号は、通常の
エレクトロメカニカルリレー、固体切換え装置に類似し
た態様で、あるいは２つのプログラムのうちのいずれが
実行されるべきかを判断するディジタルコンピュータプ
ログラム変数として、スイッチブレード６３と７６の状
態を変えるのに利用される。信号が論理１である場合、
スイッチブレードは図に示されるような位置にあるであ
ろう。信゛号が論理０である場合、スイッチブレード６
３はスイッチ端子６２と接触し、かつ、スイッチブレー
ド７６はスイッチ端子７５と接触するであろう。さらに
、リード４６上の信号はリード４７を介して積分器４０
に供給される。リード４７上の論理１によって積分器を
前述の通常の方法で作動させる。論理０によって積分器
をリセットさせる、すなわち、リード４１上の出力は零
となシそして積分器は不動作となる。

風のシャーのない場合、すなわち論理風のシャー検出信
号が論理０である場合、スイッチブレードは前のパラグ
ラフで述べた位置にある。

従って、初期設定の正常の迎え角信号は、リード６０、
スイッチ端子６２）スイッチブレード６３、スイッチ端
子６４およびリード６５を介して加算装置６６に与えら
れる。加算装置６６は、従って、実際の迎え角と初期設
定正常迎え角との代数的差を表わす信号を端子６８に、
次いでフライトディレクタ計器５７に、リード７０、ス
イッチ端子７５、スイッチブレード７６、スイッチ端子
７８、リード７９、利得８０およびリード８１を介して
発生する。従って、風のシャーのない場合、フライトデ
ィレクタ計器への指令信号は、航空機を初期設定の正常
迎え角で飛行させる。

第８図は本発明の別の実施例を示しておシ、迎え角率指
令はフライトディレクタインジケ−タに与えられる。航
空機が風のシャーに遭遇することによってもつともひど
く危険にさらされるような飛行条件は、離陸および着陸
進入条件である。このような条件において、航空機の真
対気速度は飛行の他の条件に関連しては典型的に低い。

これらの低速度に対して、航空機の迎え角はその対気速
度のほぼ直線関数となっている。従って、迎え角率もま
たほぼ直線的に対気速度率に比例している。第７図はこ
の関係を示す。縦座標軸１００は迎え角率を度／秒の単
位で表わす。横座［１０１は真対気速度率を毎秒毎秒フ
ィートで表わす。線１０３はこの２つのパラメータ間の
典型的な実際の関係を表わし、そして線１０２は実際の
関係への直線的近似となっている。この現象はフライト
ディレクタ計器への指令を計算する際に、第５図と同様
に利用されることができる。

再び第８図について見ると、風のシャー検出コンピュー
タ１４２は、風のシャー条件によって作シ出された長手
方向軸変位に比例するリード１５７上の信号を供給し、
そして同時に、リード１４４上の垂直軸変位の変化率に
比例する信号を供給する。通常の対気データコンピュー
タ１５５はリード１５６上の航空機の真対気速度に比例
する信号を供給し、そして通常の除算器１４５に結合さ
れるが、後者はまたリード１４４上の信号も受信する。

除算器１４５は垂直軸変位の変化率と真対気速度信号の
商を発生するような態様で作用し、そして通常の利得１
４７に結合される。利得１４７の大きさは重力定数ｇの
値となっておシ、但しｇ＝毎秒毎秒３ｚ１７フイートで
あり、該利得はリード１４６上の信号にその利得値Ｇ、
を乗算し、かつ、リード１４８にその積を作り出す。リ
ード１４８は通常の積分器１４９に供給しておシ、該積
分器は、風のシャー条件が検出された場合にリード１４
８上の信号の時間積分を表わす、リード１５０上に現わ
れる出力を発生する。風のシャー条件がない場合、積分
器１４９はリセット条件にある、すなわち、リード１５
０上のその出力は零であり、かつ、積分器は不動作とな
っている。

リード１５０と１５７は通常の加算装置１５１に与えら
れておシ、リード１５２上の該装置の出力は長手方向お
よび垂直軸変位の代数的和を表わす。

リード１５２はブロック１５３の通常の利得Ｇ７に与え
られる。ブロック１５３はリード１５２上の信号に、第
７図の直線的な線１０２の傾斜である利得値Ｇ７を乗算
し、従って導出された対気速度率を迎え角率に変換する
。リード１５４上の出力はリミタ１３１に供給されるが
、該リミタの作用はなお説明されねばならない。

迎え角羽根１１０は航空機の実際の迎え角に比例する信
号をリード１１１およびリード１１２）さらに通常のレ
ート検出装置１１３に信号を供給する。通常のレート検
出装置１１３はリード１１４上に、実際の迎え角の真の
変化率に比例する出力を発生する。同時に、フラップ位
置センサ１６０は迎え角コンピュータ１１５に、航空機
の７ラツプの実際の位置に比例する信号を、リード１６
１を介して供給する。迎え角コンピュータ１１５はこの
情報を利用して、初期設定のスティックシェーカ迎え角
に比例する信号をリード１１６およびスイッチ端子１１
８に出力し、そして正常飛行条件迎え角に比例する信号
ヲリード１１７およびスイッチ端子１２０に出力する。

風のシャーが風ノシャー検出コンピュータ１４２によっ
て検出された場合、スイッチブレード１１９は図に示さ
れるような位置にある。そうでなければ、それはスイッ
チ端子１２０と接触するであろう。スイッチブレード１
１９とスイッチ端子１２１はリード１２２を介して通常
の加算装置１２３に供給する。

加算装置１２３は、リード１２４に誤差信号を発生する
ような態様で動作するが、該誤差信号はリード１１２上
の信号、実際の迎え角と、リード１２２上の信号、迎え
角の初期設定値との代数的差となっている。リード１２
４は直接におよびリード１２６を介して、同じ信号を通
常の乗算器１２７に供給する。リード１２８上に現われ
る通常の乗算器１２７の出力は、従って、リード１２４
上に現われる信号の二乗となっている。リード１２８は
通常の利得１２９に供給するが、該利得はその信号に利
得の値、例えばα８、を乗算し、そしてその結果をリー
ド１３０に出力する。リード１３０はリミタ１３１に１
人力を与える。

リミタ１５１は、すでにその動作を説明した第５図のリ
ミタ５２と同様に動作する。２つの動作における差異は
、第６図の縦座標軸のパラメータにだけある。このこと
は、リード１５４上の値が利得Ｇ７によって、等価迎え
角率に変換された風のシャーの軸シフトを表わすので、
生ずる。

従って、リミタ１３１の作用は、第６図によって、迎え
角率に変更されて、縦座標軸９０で表わされる。

リミタ１３１の出力はスイッチ端子１３３に現われる。

スイッチブレード１３４は、風のシャーが検出された場
合は、端子１３３と接触するであろう。そうでなければ
スイッチブレード１３４はスイッチ端子１３２と接触す
るであろう。スイッチブレード１３４はリード１３５を
介して通常の加算装置１６６に供給する。通常の加算装
ｗ、１３６はリード１１４上の信号、迎え角率とリード
１３４上の信号、迎え角率指令の代数的差をリード１３
７上に発生するような態様で作用する。

リード１３７は通常の利得１３８に供給するが、該利得
はその信号に０８の値を乗算する。Ｇ８の値は信号の大
きさを７ライトデイレクタ計器１４０にとって適切な値
に変換するようなものとなっている。通常の７ライトデ
イレクタ計器ｆ４０はリード１３９でこの発明からの信
号を受信し、よってピッチ指令バー１４１を、リード１
３９上の信号の値に比例する量だけ、そして該信号の方
向に対応する方向に向って変位させ、操縦士によって利
用される。

リード１３９上の信号はまた、リード１５８、接点１５
９、スイッチアーム１６０およびリード１６１を介して
、自動フライトコントロール装置のオートパイロットピ
ッチチャネル１６３に結合されることもできて、リード
１６４を介して結合された昇降舵サーボ１６５を付勢し
、風のシャーに遭遇中、所定の最適飛行経路角を発生す
る。

動作中に、論理風のシャー検出信号は風のシャー検出コ
ンピュータ１４２によって供給されそしてリード１４３
上に現われる。この信号は、論理１を表わす信号は、風
のシャーが検出される場合に現われ、そして論理０はシ
ャーが無い場合に現われるようなものとなっている。こ
の信号は、通常のエレクトロメカニカルリレー、固体切
換装置に類似した方法で、あるいは２つのプログラムの
うちのいずれが実行されるべきかを判断するディジタル
コンピュータプログラム変数として、スイッチブレード
１３４と１１９の状態を変更するのに利用される。信号
が論理１である場合、スイッチブレードは第８図に示さ
れる位置にある。信号が論理０である場合、スイッチブ
レード１３４はスイッチ端子１３２と接触し、そしてス
イッチブレード１１９はスイッチ端子１２０と接触する
ことになる。さらに、リード１４３上の信号はリード１
６２を介して積分器１４９に供給される。リード１４２
上の論理１によって積分器を前述のような正常な態様で
作動させる。

論理０によっては積分器をリセットさせる、すなわち、
リード１５０上の出力は零となシ、そして積分器は不動
作になる。

風のシャーのない場合、航空機の７ラツプの実際の位置
に対する正常迎え角は、リード１１７、スイッチ端子１
２０、スイッチブレード１１９、スイッチ端子１２１お
よびリード１２２を介して加算装置１２５に現われる。

従って、リード１２４上の出力は初期設定の正常迎え角
と実際の迎え角との間の差を表わすとと釦なる。この信
号はリード１２５、スイッチ端子１３２）スイッチブレ
ード１３４およびリード１３５を介して、加算装置１３
６に供給される。

加算装置１３６の出力はリード１３７上に現われ、そし
て利得１３８およびリード１３９を介してフライトディ
レクタ計器１４０に供給される。従って、風のシャーの
ない場合の７ライトデイレクタ計器への指令は、初期設
定の正常迎え角と実際の迎え角との間の差に比例する信
号となっておシ、リード１１４上の迎え角率は通常の方
法で制動および予測を行なうために利用される。

本発明の良好な実施例について述べて来たが使用した用
語は説明のためであって限定するものでなく、その広い
観点において、本発明の真の範囲および発明の精神から
逸脱せずに、特許請求の範囲内で種々の変更がなされう
る点を理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は風のシャーのない場合の航空機の上昇率性能を
示すグラフ、 第２図は航空機の動作性能への長手方向の風のシャーの
効果を示すグラフであり、追い風のシャーに遭遇するこ
とによシ生ずる、地上と気団の座標系における軸シフト
を例示しておシ、第３図は風のシャーとの遭遇に対する
最適の飛行経路軌道を示すグラフ、 第４図は航空機の動作性能についての垂直の風のシャー
の効果を示し、かつ、風のシャーとの遭遇により生じる
地上と気団の座標系における明白な軸シフトを示し、 ６υ 第５図は最適対気速度率指令の発生を示す本発明の良好
な実施例のブロック図、 第６図は、初期設定スティックシェーカ値と航空機の実
際の迎え角との間の差の関数として対気速度率指令を制
限することを示すグラフ、第７図は、対気速度率と迎え
角率の間のほぼ直線関係を示すグラス、および 第８図は、最適迎え角率指令がどのように発生されるか
を示す、本発明の別の実施例のブロック図である。 図中、３０は対気データコンピュータ、３２はレート検
出装置、３４は風のシャー検出コンピュータ、３６は除
算器、３８，４５，７３．８０は利得、４０は積分器、
４２　、５４　、６６は加算装置、５０は迎え角羽根、
５７はフライトディレクタ計器、７１は乗算器、８６は
オートパイロットピッチチャネル、８６はフラップ位置
センザ、および８８は昇降舵サーボをそれぞれ示す。 羅− 賭Ｉ ℃ 味へ −Ｌ（ｖ ；斐 °；や

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）飛行中の航空機が風のシャー条件に遭遇する際の
   飛行経路を最適化する飛行指令信号発生方法であつて、 イ）対気速度率に比例する信号を発生する段階と、 ロ）風のシャー条件のベクトル変化率に比例する信号を
   発生する段階と、 ハ）迎え角に比例する信号を発生する段階と、ニ）前記
   風のシャー条件信号および前記迎え角信号から、対気速
   度率の変化を表わす誤差信号を導出する段階と、および ホ）前記誤差信号を前記対気速度率信号に与えて、前記
   指令信号を導出する段階、 とから成ることを特徴とする前記飛行指令信号発生方法
   。 （２）特許請求の範囲第１項記載の方法であつて、さら
   に前記風のシャー率信号の垂直の風のシャー率成分を表
   わす信号を発生する段階を備えていることを特徴とする
   前記飛行指令信号発生方法。 （３）特許請求の範囲第１項記載の方法であつて、さら
   に前記風のシャー率信号の長手方向の風のシャー率成分
   を表わす信号と発生する段階を備えていることを特徴と
   する前記飛行指令信号発生方法。 （４）特許請求の範囲第１項記載の方法であつて、さら
   に垂直と長手方向の両方の風のシャー率成分を表わす両
   信号を発生する段階を備えていることを特徴とする前記
   飛行指令信号発生方法。 （５）特許請求の範囲第４項記載の方法であつて、さら
   に風のシャー条件の存在あるいは不在を表わす信号を発
   生する段階から成ることを特徴とする前記飛行指令信号
   発生方法。（６）特許請求の範囲第５項記載の方法であ
   つて、さらに前記指令信号を第１と第２の所定限界で制
   限する段階を備えており、前記第１限界は正常の迎え角
   を表わす所定の対気速度から成り、そして前記第２限界
   はステイツクシエーカ速度から成り、さらに前記第１限
   界は風のシャー条件が無い場合に有効であり、そして前
   記第２限界は風のシャー条件がある場合に有効であるこ
   とを特徴とする前記飛行指令信号発生方法。 （７）特許請求の範囲第６項記載の方法であつて、さら
   に イ）前記風のシャー条件率信号から垂直と長手方向の風
   のシャー率成分を表わす前記信号を導出する段階と、 ロ）前記垂直および長手方向の成分を代数的に合計する
   ことによつて前記誤差信号を導出する段階と、および ハ）方向が反対の前記誤差信号を前記対気速度率信号と
   結合して前記指令信号を発生する段階、 とから成ることを特徴とする前記飛行指令信号発生方法
   。 （８）特許請求の範囲第７項記載の方法であつて、さら
   に イ）前記垂直の風のシャー率成分を等価の長手方向の風
   のシャー率成分に変換する段階と、ロ）前記最初に挙げ
   た長手方向率成分と前記等価の長手方向率成分とを合計
   する段階と、ハ）前記ステイツクシエーカ限界信号を与
   えて前記和の信号を修正する段階と、そしてニ）前記風
   のシャーから退出するか、あるいはステイツクシエーカ
   速度が到達されるまでのいずれの条件が最初に発生して
   も、それまで前記対気速度率を低減する段階、 とから成ることを特徴とする前記飛行指令信号発生方法
   。 （９）飛行中の航空機が風のシャー条件に遭遇する際の
   飛行経路を最適化する飛行指令信号発生方法であつて、 イ）航空機の迎え角率を表わす信号を発生する段階と、 ロ）風のシャー条件のベクトル変化率に比例する信号を
   発生する段階と、 ハ）前記風のシャー率信号を等価の迎え角率信号に変換
   する段階と、 ニ）ステイツクシエーカ迎え角に対応する信号を発生す
   る段階と、 ホ）前記風のシャー率信号と前記ステイツクシエーカ信
   号から迎え角率の変化を表わす誤差信号を導出する段階
   と、および ヘ）方向が逆の前記誤差率信号を前記迎え角率信号と結
   合して、前記指令信号を導出する段階、 とから成ることを特徴とする前記飛行指令信号発生方法
   。 （１０）特許請求の範囲第９項記載の方法であつて、さ
   らに イ）前記風のシャー率信号から前記垂直と長手方向の風
   のシャー率成分を表わす信号を導出する段階と、 ロ）前記垂直の風のシャー率成分を等価の長手方向率成
   分に変換する段階と、 ハ）前記等価長手方向率成分と前記最初に挙げた長手方
   向率成分とを代数的に合計する段階と、 ニ）正常の迎え角を表わす信号を発生する段階と、 ホ）前記ステイツクシエーカ角度信号と前記正常の角度
   信号を与えて前記誤差信号を制限する段階であつて、前
   記正常の迎え角信号は風のシャー条件のない場合に有効
   であり、前記ステイツクシエーカ角度信号は風のシャー
   条件のある場合に有効であるような前記信号を与える段
   階と、および ヘ）前記風のシャーから退出するかあるいは前記ステイ
   ツクシエーカ角度が達成されるか、いずれの条件が最初
   に発生してもそれまで、前記迎え角率を低減する段階、 とから成ることを特徴とする前記飛行指令信号発生方法
   。 （１１）遭遇した風のシャー条件に応答して飛行中の航
   空機の飛行経路を修正する最適飛行指令信号発生装置で
   あつて、 イ）対気速度率を表わす信号を発生する手段と、 ロ）風のシャー条件のベクトル変化率に比例する信号を
   発生する手段と、 ハ）迎え角に比例する信号を発生する手段と、ニ）前記
   対気速度率信号、前記迎え角信号および前記風のシャー
   信号に応答して前記対気速度率信号の変化を表わす指令
   信号を導出し、前記修正された飛行経路に従つて前記風
   のシャー条件から退出する手段と、および ホ）前記指令信号を与えてその大きさを表わす出力を発
   生する手段、 とを備えていることを特徴とする前記飛行指令信号発生
   装置。 （１２）特許請求の範囲第１１項記載の装置であつて、
   さらに イ）前記航空機の位置に応答して、実際の迎え角を表わ
   す信号を発生する手段と、 ロ）航空機の操縦翼面の位置に応答して前記翼面位置に
   従つて信号を発生する手段と、 ハ）正常の迎え角および、前記操縦翼面位置信号に対応
   するステイツクシエーカ迎え角の所定値を記憶し、かつ
   、それを表わす信号を発生する手段と、 ニ）風のシャー条件の存在あるいは不在を検出し、かつ
   、それに応答する信号を発生する手段と、 ホ）前記検出手段に応答して、風のシャー信号のない場
   合前記正常迎え角の値を選択し、かつ、風のシャー信号
   のある場合に前記ステイツクシエーカ迎え角の値を選択
   する手段と、および ヘ）前記実際の迎え角信号と前記選択された迎え角信号
   を代数的に結合してその差の信号を発生する手段、 とを備えていることを特徴とする前記飛行指令信号発生
   装置。 （１３）特許請求の範囲第１２項記載の装置であつて、
   さらに イ）真対気速度に従つて信号を発生する手段と、 ロ）前記真対気速度信号から対気速度率を表わす前記信
   号を導出する手段と、 ハ）前記差の信号を前記対気速度率信号に与えて前記指
   令信号を導出する手段、 とを備えていることを特徴とする前記飛行指令信号発生
   装置。 （１４）特許請求の範囲第１３項記載の装置であつて、
   さらに前記指令信号を与えて、それに比例するフライト
   ディレクタ計器のピッチ指令バーを変位させる手段を備
   えていることを特徴とする前記飛行指令信号発生装置。 （１５）特許請求の範囲第１３項記載の装置であつて、
   さらに前記指令信号を前記航空機の昇降舵に結合された
   自動飛行指令装置に与え、よつてそれに比例する前記昇
   降舵の運動を発生する手段を備えていることを特徴とす
   る前記飛行指令信号発生装置。 （１６）特許請求の範囲第１３項記載の装置において前
   記風のシャー率信号は垂直の風のシャー率成分から成る
   ことを特徴とする前記飛行指令信号発生装置。 （１７）特許請求の範囲第１３項記載の装置において、
   前記風のシャー率信号は長手方向の風のシャー率成分か
   ら成ることを特徴とする前記飛行指令信号発生装置。 （１８）特許請求の範囲第１３項記載の装置において、
   前記風のシャー率信号は垂直および長手方向の風のシャ
   ー率の両成分から成ることを特徴とする前記飛行指令信
   号発生装置。 （１９）特許請求の範囲第１３項記載の装置であつて、
   さらに イ）前記風のシャー率信号の垂直軸率成分に対応する信
   号を発生する手段と、および ロ）前記垂直軸率成分と前記検出手段に応答して、等価
   長手方向軸の風のシャー率に対応する信号を発生する手
   段、 とを備えていることを特徴とする前記飛行指令信号発生
   装置。 （２０）特許請求の範囲第１９項記載の装置において、
   等価長手方向軸率信号を発生する前記手段は、 イ）前記垂直軸率成分信号を受信する手段と、ロ）前記
   真対気速度信号を受信する手段と、ハ）前記対気速度信
   号と前記垂直率信号に応答して、その商を発生する手段
   と、およびニ）前記検出手段と前記商の手段に応答して
   、前記垂直の風のシャー率信号の大きさと持続時間に比
   例する出力信号を発生する積分手段、とを備えているこ
   とを特徴とする前記飛行指令信号発生装置。 （２１）特許請求の範囲第１９項記載の装置であつて、
   さらに イ）前記垂直軸率信号と前記等価長手方向軸率信号を結
   合して、その代数的和を発生する手段と、および ロ）前記差の信号を前記代数的和に与えて、前記風のシ
   ャー条件に応答する誤差信号を発生する手段 とを備えていることを特徴とする前記飛行指令信号発生
   装置。 （２２）遭遇した風のシャー条件に応答して飛行中の航
   空機の飛行経路を修正する最適飛行指令信号発生装置で
   あつて イ）航空機の迎え角率に比例する信号を発生する手段と
   、 ロ）風のシャー条件のベクトル変化率に比例する信号を
   発生する手段と、 ハ）前記風のシャー率信号を等価迎え角率信号に変換す
   る手段と、 ニ）ステイツクシエーカ迎え角に対応する信号を発生す
   る手段と、 ホ）前記迎え角信号と前記等価迎え角率信号に応答して
   迎え角率の変化を表わす誤差信号を導出し、前記修正さ
   れた飛行経路に従つて風のシャー条件から退出する手段
   と、 ヘ）前記誤差信号を前記航空機の迎え角率信号に与えて
   、前記指令信号を導出する手段と、および ト）前記指令信号を与えてその大きさを表わす出力を発
   生する手段、 とを備えていることを特徴とする前記飛行指令信号発生
   装置。 （２３）特許請求の範囲第２２項記載の装置であつて、
   さらに イ）航空機の位置に応答して前記迎え角率を表わす前記
   信号を発生する手段と、 ロ）航空機の操縦翼面の位置に応答して前記翼面位置に
   従つて信号を発生する手段と、 ハ）正常の迎え角と、前記操縦翼面位置信号に対応する
   ステイツクシエーカ迎え角の所定値を記憶し、かつ、そ
   れを表わす信号を発生する手段と、 ニ）風のシャー条件の存在あるいは不在を検出し、かつ
   、それに応答する信号を発生する手段と、 ホ）前記検出手段に応答して、風のシャー信号のない場
   合に前記正常の迎え角値を選択し、かつ、風のシャー信
   号のある場合に前記ステイツクシエーカ迎え角値を選択
   する手段と、および ヘ）前記実際の迎え角信号と前記選択された迎え角信号
   を結合して、その差の信号を発生する手段、 とを備えていることを特徴とする前記飛行指令信号発生
   装置。 （２４）特許請求の範囲第２３項記載の装置において、
   前記風のシャー率信号は垂直の風のシャー率成分から成
   ることを特徴とする前記飛行指令信号発生装置。 （２５）特許請求の範囲第２３項記載の装置において、
   前記風のシャー率信号は長手方向の風のシャー率成分か
   ら成ることを特徴とする前記飛行指令信号発生装置。 （２６）特許請求の範囲第２３項記載の装置において、
   前記風のシャー率信号は垂直の率と長手方向の率の両成
   分から成ることを特徴とする前記飛行指令信号発生装置
   。 （２７）特許請求の範囲第２６項記載の装置であつて、
   さらに イ）真対気速度信号を発生する手段と、 ロ）前記真対気速度信号と前記垂直軸率信号に応答して
   、その商を発生する手段と、およびハ）前記検出手段と
   前記商の手段に応答して、前記垂直軸率信号の大きさと
   持続時間を表わす出力信号を発生する積分器手段、 とを備えていることを特徴とする前記飛行指令信号発生
   装置。 （２８）特許請求の範囲第２７項記載の装置であつて、
   さらに 前記積分垂直軸率信号と前記長手方向軸率信号を結合し
   て、前記等価迎え角率信号を発生する手段を備えている
   ことを特徴とする前記飛行指令信号発生装置。 （２９）特許請求の範囲第２８項記載の装置であつて、
   さらに前記等価迎え角率信号と前記差の信号に応答して
   、前記指令信号を修正し、風のシャー条件の間、ステイ
   ツクシエーカ迎え角を達成することに対応し、かつ、風
   のシャー条件のない場合に所定の正常迎え角率を達成す
   ることに対応する迎え角率を発生する手段を備えている
   ことを特徴とする前記飛行指令信号発生装置。