JPS6231600A - 航空機の突風荷重軽減制御方式 - 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】 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って上記突風による
荷重を低減する突風荷重軽減制御方式に関し、特に孤立
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５ｒｉ！
Ｉに示すようなオーブンループ制御方式と、第６図に示
すようなりローズドループ制御方式とがあった。まず、
オーブ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ュエータ２によって作動
させるガスト対応部３と、この操舵によって引き起こさ
れた機体１の上下動を減衰させるダンパ一部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１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ッ
トするウォシュアウトフィルタ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ィルタフと、このプリフ
ィルタフで補正された値を何倍にしてアクチュエータ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、上記ダンパ一部４は、胴体中央部に
設けられ全搬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
アクチュエータ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１．突風荷重を軽減する
ようになっていた。

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って引き起こさ
れた運動を検知して補助翼、昇降舵等の制御舵面をアク
チュエータ２によっ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搬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ュエータ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ュエータ
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１３の操舵による機体１の上下動を減衰させ
るダンパ一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って
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１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、衝撃的な孤立突
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
さいものであった。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で突風によって引き起こ
された全搬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
的な孤立突風に対しては荷重の低減効果は小さいもので
あった。

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っ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っ
た。したがって、オープンループ制御系とクローズドル
ープ制御系とによって孤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った。そこで、本
発明は、一つの制御系で孤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
設けた全搬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押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とクローズドループ制
御部を組み合せた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って
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
実施例を示すブロック線図であるに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っ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１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
チュエータ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低減するもので。

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ットするウ
オシュアウトフィルタ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ブリフィルタ
２４と、このブリフィルタ２４で補正された°値を何倍
にしてアクチュエータ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押えるもの
で、機体１の胴体中央部および主翼翼端に設けられ全搬
の機体運動を検知する加速度計やピッチレート計（胴体
にのみ設けられている）等の全搬運動センサ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ュエータ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２
８とからなる。そして、上記オープンループ制御部２０
による制御系と、クローズドループ制御部２１による制
御系とが加算点Ａで加え合わされて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、全搬運動センサ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ッチレート計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
外航補助翼２９．２９を作動させるアクチュエータ２ａ
、２ａが設けられ、水平尾翼内には全搬運動の制御舵面
としての昇降舵３０，３０を作動させるアクチュエータ
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ュータ３１が設
けられており、この制御コンピュータ３１の一部にウォ
ッシュアウトフィルタ２３．ブリフィルタ２４．第−及
び第二のゲイン設定器２５゜２８、補償器２７等が組み
込まれている。そして、上記制御コンピュータ３１と、
ガストセンサ２２及び全搬運動センサ２６ａ、２６ｂ並
びに各アクチュエータ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
より制御コンピュータ３１で第１図に示す各要素の動作
を制御するようになっている。

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、ウォシュアウトフィルタ２３に入力して極低周
波域あるいは極高周波域がカットされる。次に、上記ウ
ォシュアウトフィルタ２３の出力信号は、ブリフィルタ
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、上記ブリフィ
ルタ２４の出力信号は、第−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
ュエータ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で外航補助翼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７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押え
るように第２図に示す外航補助翼２９あるいは昇降舵３
０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の全権運動センサ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、この全権運動
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、アクチュエータ
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
外航補助翼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ュエータ２が入力
することにより、突風による機体１の動揺を押えるよう
に第２図に示す外航補助翼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、外航
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のピッチング運動が励起された場
合は１頭下げのピッチングのときは昇降舵３０を後縁上
げ。

に、頭上げのピッ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、衝撃的な孤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権運動センサ２６で突風によって
引き起こされた全搬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、制御舵面として外航補助翼２
９と昇降舵３０とを示したが、本発明はこれに限らず、
内航補助翼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
補助翼効きによって行った数学シミュレーション結果を
示すグラフであり、それぞれ突風による荷重を主翼付は
根部の曲げモーメントで表している。まず、第３図は、
孤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、鎖線す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 よる荷重を舵面操舵で低減するオープンループ制御部２
０と、全権運動センサ２６により機体運動を検知して機
体１の弾性振動を舵面操舵で押えるクローズドループ制
御部２１とを組み合わせて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
な孤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。従って１本発明によれば、一つの制御系で孤立突風
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、孤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
実施例を示すブロック線図、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図は孤立突風に対する荷重応答タイムヒストリを示す
数字シミュレーション結果のグラフ、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ュレー
ション結果のグラフ、第５図は従来のオープンループ制
御方式を示すブロック線図、第６図は従来のクローズド
ループ制御方式を示すブロック線図である。 １・・・機　体 ２．２ａ、２ｂ・・・アクチュエータ 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・・・ウォシュアウトフィルタ ２４・・・ブリフィルタ ２５・・・第一のゲイン設定器 ２６．２６ａ、２６ｂ・・・全搬運動センサ２７・・・
補償器 ２８・・・第二のゲイン設定器 ２９・・・外航補助翼 ３０・・・昇降舵 ３３・・・内航補助翼 Ｗ・・・主　翼

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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押えるクローズドル
   ープ制御部を有し、上記オープンループ制御部とクロー
   ズドループ制御部を組み合せた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。