WO2011155020A1 - 操縦支援装置 - Google Patents

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WO2011155020A1
WO2011155020A1 PCT/JP2010/059630 JP2010059630W WO2011155020A1 WO 2011155020 A1 WO2011155020 A1 WO 2011155020A1 JP 2010059630 W JP2010059630 W JP 2010059630W WO 2011155020 A1 WO2011155020 A1 WO 2011155020A1
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WO
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information
flight restriction
restriction area
unit
steering
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Application number
PCT/JP2010/059630
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English (en)
French (fr)
Inventor
康介 小松▲崎▼
石場　政次
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
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Publication date
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Priority to JP2012519155A priority patent/JP5573949B2/ja
Priority to US13/695,829 priority patent/US8897932B2/en
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/04—Control of altitude or depth
    • G05D1/06—Rate of change of altitude or depth
    • G05D1/0607—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft
    • G05D1/0646—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft to follow the profile of undulating ground
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/0047—Navigation or guidance aids for a single aircraft
    • G08G5/0056—Navigation or guidance aids for a single aircraft in an emergency situation, e.g. hijacking
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/0047—Navigation or guidance aids for a single aircraft
    • G08G5/006—Navigation or guidance aids for a single aircraft in accordance with predefined flight zones, e.g. to avoid prohibited zones
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/0073—Surveillance aids
    • G08G5/0086—Surveillance aids for monitoring terrain

Definitions

  • the present invention relates to a maneuvering support apparatus that assists in maneuvering a flying object.
  • Japanese translations of PCT publication No. 2008-536736 discloses a system for automatically controlling an aircraft so that the aircraft exceeds the terrain undulation when the terrain undulation exists in front of an aircraft flying on a predetermined route. Yes.
  • the present invention provides a maneuvering support device that can sufficiently ensure the degree of freedom of navigation for the operator while improving the safety of the flying object by setting the flight restriction area along the terrain.
  • the purpose is to do.
  • the terrain information acquiring unit for acquiring the terrain information the aircraft information acquiring unit for acquiring the aircraft information of the flying object, and the terrain information Based on the terrain information acquired by the acquisition unit and the aircraft information acquired by the aircraft information acquisition unit, a flight restriction area setting unit that sets a flight restriction area along the terrain, and a flight restriction area set by the flight restriction area setting unit And a maneuvering support unit that assists in maneuvering the flying object.
  • the steering assistance device it is possible to appropriately suppress unintentional approach of the flying object to the ground surface by supporting the flying object based on the flight restriction area set along the terrain. Therefore, the safety of the flying object can be improved. Furthermore, according to the steering support device according to the present invention, by setting the flight restriction area based on the aircraft information of the flying object, the flight restriction area that can be avoided by a reasonable maneuvering according to the movement performance of the flying object, etc. Setting is possible. Moreover, according to the steering support device according to the present invention, by setting the flight restriction area along the terrain, it is possible to avoid unnecessary restriction of the route, so the degree of freedom of route selection by the pilot of the flying object Can be secured sufficiently. Therefore, according to the steering assistance device according to the present invention, it is possible to sufficiently secure the degree of freedom of route selection while improving the safety of the flying object.
  • the terrain information includes information on the spot that can be landed on the spot
  • the aircraft information includes information on the glide ratio of the flying object.
  • a glide surface calculation unit for calculating a glide surface for the non-spottable landing point, and the flight restriction area setting unit may set the flight restriction area based on the glide surface calculated by the glide surface calculation unit. preferable.
  • the steering support device it is possible to calculate a glide surface that serves as a reference for the altitude at which the flying object can reach the point where it is possible to glide on the basis of the emergency landing possible point information and the gliding ratio information. For this reason, in the operation support device according to the present invention, by setting the flight restriction area based on the gliding surface, even if power is broken during the flight, the aircraft flies at an altitude at which it is possible to reach the point where it can be landed in an emergency. As a result, it becomes possible to perform steering assistance. Therefore, according to the steering assistance device according to the present invention, the safety of the flying object can be improved.
  • the propulsion unit includes a propulsion device failure determination unit that determines a failure of the propulsion device of the flying object, a position information acquisition unit that acquires position information of the flying object, and a propulsion unit failure determination unit.
  • a glideable range calculation unit that calculates a glideable range of the flying object based on the position information of the flying object and the gliding ratio information when it is determined that there is a malfunction, and the flight restriction area setting unit includes: When the glideable range calculation unit calculates the glideable range, it will fly based on the glideable range, the position information of the flying object, and the emergency landing point information so that the flying object is guided to the temporary landing point within the glideable range. It is preferable to set a restricted area.
  • the steering support device when the propulsion device of the flying object breaks down, the glideable range that the flying object can reach only by gliding is calculated, and the flying object is set to a spot that can be landed within the glideable range.
  • the flight restriction area By setting the flight restriction area so as to guide, it is possible to increase the probability of successful landing of the flying object. Therefore, according to the steering assistance device according to the present invention, the safety of the flying object can be improved.
  • the aircraft information includes the maximum climb rate information of the flying body, and the flight restriction area setting unit sets the flight restriction area based on the maximum climb rate information. .
  • the flight restriction area is set such that the flight restriction area is set based on the maximum climb rate information of the flying object, so that it can be avoided by a reasonable maneuvering according to the rising performance of the flying object. It becomes possible to set W. This contributes to improving the stability and riding comfort of the flying object.
  • the terrain information includes airport position information regarding the position of the airport, the aircraft information includes the remaining cruising distance information of the flying object, and acquires the position information of the flying object.
  • the flight restriction area setting unit preferably sets the flight restriction area based on the cruising limit plane calculated by the cruising limit plane calculation unit.
  • the steering support device based on the position information of the flying object, the airport position information, and the remaining cruising distance information, the cruising range that serves as a reference for the airspace in which the flying object can land at the airport within the remaining cruising distance.
  • the limit surface can be calculated. For this reason, in the operation support device according to the present invention, by setting the flight restriction area based on the cruising limit surface, it is possible to avoid entering the airspace where the flying object cannot return to the airport.
  • the steering assistance unit performs a steering control for returning the flying object to the outside of the flight restriction area when the flying object enters the flight restriction area.
  • the steering support device According to the steering support device according to the present invention, even if the pilot has not noticed that he / she has entered the flight restriction area by performing the steering control to return the flying object to the outside of the flight restriction area, Can be secured.
  • the steering support device 1 is provided in the small airplane A and supports the pilot of the pilot of the small airplane A.
  • the small airplane A is an airplane used for sightseeing flight. In sightseeing flight, the route is freely changed by the pilot.
  • the steering support device 1 sets a flight restriction surface F that is a boundary between an area where the flight should be restricted and an area where the flight is not restricted from the viewpoint of safety.
  • the maneuvering assistance device 1 sets the flight restriction surface F so that the area where the flight is not restricted becomes large in order to ensure the freedom of the operator's route selection.
  • the maneuvering assistance device 1 sets an area where the flight of the small airplane A should be restricted as the flight restriction area W based on the set flight restriction surface F.
  • the steering assistance device 1 performs various types of steering assistance so that the small airplane A does not enter the flight restriction area W.
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams showing the flight restriction area W set along the terrain.
  • the steering assistance device 1 sets a flight restriction surface F along the terrain in order to prevent the small airplane A from colliding with the ground surface.
  • the steering assist device 1 sets the air space between the flight restriction surface F and the ground surface set along the terrain as the flight restriction area W.
  • the steering assistance device 1 sets the flight restriction surface F to an altitude higher than the legal minimum altitude H.
  • the small airplane A needs to fly higher than the legal minimum altitude H except in an emergency. For this reason, the steering assistance device 1 sets the legal minimum altitude surface J along the ground surface from the ground surface to the height of the legal minimum altitude H.
  • the maneuvering assistance device 1 sets the flight restriction plane F at an altitude higher than the legal minimum altitude plane J in order to limit the flight of the small airplane A below the legal minimum altitude H.
  • the maneuvering assistance device 1 sets the flight restriction surface F so that even if the power of the small airplane A breaks down, it can reach the point P where it is possible to land on a glide.
  • the emergency landing possible point P is a point having a size that allows the small airplane A to arrive in an emergency.
  • a playground, a park square, a countryside, or the like is selected.
  • FIG. 2 shows the glide angle ⁇ of the small airplane A.
  • the glide angle ⁇ is a path angle when the angle of attack is taken so that the glide performance of the small airplane A is maximized.
  • the glide angle ⁇ is uniquely determined from the aerodynamic characteristics of the small airplane A together with the glide ratio.
  • FIG. 2 shows a gliding surface K with respect to the emergency landing possible point P.
  • the gliding surface K is represented as a surface that extends obliquely upward from the point P where it is possible to arrive at a glide angle ⁇ .
  • the gliding surface K indicates the altitude at which the small airplane A can reach the point P where it is possible to land in an emergency.
  • the gliding surface K is set so that the small aircraft A flying above the gliding surface K can reach the point P where it is possible to land in a gliding manner even when the power of the small aircraft A breaks down.
  • the gliding surface K has, for example, a shape along the side surface of the inverted triangular pyramid having the point P where it is possible to arrive temporarily.
  • the gliding surface K is set for each of the emergency landing possible points P. Gliding surfaces K of adjacent emergency landing possible points P intersect with each other to form a linear intersection Kt.
  • the intersection Kt is the terminal end of each glide surface K. That is, the intersecting glide surface K forms a continuous surface via the intersecting portion Kt.
  • the maneuvering assistance device 1 sets the flight restriction surface F at an altitude higher than the gliding surface K so that even if the power of the small airplane A breaks down, it can reach any emergency landing point P by gliding.
  • the steering assist device 1 sets the flight restriction surface F so that the ascent angle of the flight restriction surface F does not exceed the maximum ascent angle ⁇ of the small airplane A.
  • the maximum ascending angle ⁇ is a path angle at the maximum ascent rate when the ascending performance of the small airplane A is maximized.
  • the maximum ascending angle ⁇ varies depending on the altitude of the small airplane A. In FIG. 2, the maximum rising angle ⁇ is shown as a constant value for easy understanding.
  • the steering assistance device 1 sets the flight restriction surface F so that the rising angle of the flight restriction surface F does not exceed the maximum rising angle ⁇ .
  • the gliding surface K of the glide surface K is set so that the ascending angle of the flight restriction surface F becomes the maximum ascending angle ⁇ .
  • the steering assistance device 1 sets a flight restriction plane F that is offset in the horizontal direction from the obstacle in order to prevent the small airplane A from colliding with an obstacle such as a mountain or a building.
  • FIG. 3 shows the offset distance L in the horizontal direction.
  • the steering assist device 1 sets the horizontal offset distance L shown in FIG. 3 based on the turning radius of the small airplane A.
  • Tr1 to Tr3 shown in FIG. 4 are trajectories when the small airplane A continues to avoid turning left or right in the horizontal plane.
  • Tr1 is a trajectory when the small airplane A avoids turning only counterclockwise.
  • Tr2 shown in FIG. 4 is a trajectory when the small airplane A is switched to the counterclockwise turn immediately after the start of the turn avoidance in the clockwise direction.
  • Tr3 shown in FIG. 4 is a trajectory when the small airplane A starts turning clockwise and then switches to turning counterclockwise at a timing later than Tr2.
  • Tr3 indicates a locus that protrudes most forward when the small airplane A continues to avoid turning from clockwise to counterclockwise.
  • R shown in FIG. 4 is the turning radius of the small airplane A.
  • the turning radius R varies depending on the speed of the small airplane A.
  • Tr1 in order to complete the turning avoidance of Tr1, a margin of twice the turning radius R is required on the left side of the small airplane A.
  • Tr3 in order to complete the turning avoidance of Tr3, a margin of (1 + ⁇ 3) times the turning radius R is required in front of the small airplane A.
  • the margin Tu necessary for completing turning avoidance is shown. This Tu is represented as an arc centered on the point C. The position of the point C can be obtained from, for example, the speed of the small airplane A or the turning radius.
  • FIG. 5 shows a flight envelope diagram showing the relationship between the speed of the small airplane A and the longitudinal acceleration.
  • the speed shown in FIG. 5 is the air speed.
  • the turning ability of the small airplane A is maximized when the highest longitudinal acceleration is produced at the lowest speed in the flight envelope shown in FIG. At this time, the small airplane A can avoid an obstacle with the smallest turning radius.
  • the speed of the small airplane A that can realize such turning avoidance is shown as VA.
  • VA is a so-called maneuvering speed.
  • the speed of the small airplane A is too slow compared with VA, it will reach the lift limit and stall.
  • the speed of the small airplane A is too high compared with VA or the longitudinal acceleration is increased too much, the structure limit of the aircraft is reached and an excessive load is applied to the aircraft.
  • the steering assist device 1 sets the horizontal offset distance L shown in FIG. 3 based on the turning radius of the small airplane A as shown in FIGS. 4 and 5.
  • the maneuvering assistance device 1 also includes an obstacle position error in the terrain information, an error in the position information of the small airplane A, an error in the motion state information of the small airplane A, and the influence of the wind.
  • the offset distance L in the horizontal direction is set based on
  • the steering assist device 1 prevents the small airplane A from colliding with an obstacle such as a mountain or a building in the vertical direction by an offset distance L or more in the horizontal direction.
  • the flight restriction surface F separated by the offset distance H or more is set.
  • the steering assist device 1 sets the air space between the flight restriction surface F and the ground surface set along the terrain as the flight restriction area W.
  • the steering assistance device 1 performs the steering assistance so that the small airplane A is in a balanced state above the flight restriction plane F set along the terrain.
  • the balanced state is a state in which the maneuvering power is made zero by balancing all the aerodynamic forces and propulsive forces acting on the small airplane A.
  • the flight restriction plane F set along the terrain serves as a reference plane for creating a balanced state.
  • the steering assistance device 1 sets the flight restriction plane F so as to avoid the weather trouble when the weather trouble such as thundercloud is detected.
  • the flight restriction surface F is set as a vertical surface that cuts off the space between the small airplane A and the weather obstacle, for example.
  • the steering assist device 1 sets the airspace outside the flight restriction surface F as seen from the small airplane A as the flight restriction area W.
  • the maneuvering assistance device 1 performs maneuvering assistance so that the small airplane A does not enter the flight restriction area W for avoiding weather disturbance.
  • the steering assistance device 1 sets the flight restriction surface F so as to guide the small airplane A to the air route predetermined for each airport. To do. Specifically, the steering assist device 1 sets the flight restriction surface F so that only a portion of the flight restriction surface F corresponding to the approach direction of the airport runway is inclined toward the ground. The steering assist device 1 does not lower the altitude of the flight restriction surface F other than the part corresponding to the approach direction of the airport runway. The steering assist device 1 sets the gradient of the flight restriction surface F so that the small airplane A enters the runway at a predetermined route angle determined from airport regulations and aircraft performance. The maneuvering assistance device 1 performs maneuvering assistance so that the small airplane A can enter the runway while maintaining a balanced state along the flight restriction surface F.
  • the steering assistance device 1 sets the flight restriction surface F at the controlled airspace boundary.
  • the steering assist device 1 sets a management airspace outside the flight restriction surface F as viewed from the small airplane A as the flight restriction area W.
  • the steering assistance device 1 cancels the flight restriction plane F at the controlled airspace boundary.
  • the steering assistance device 1 sets the flight restriction surface F at the controlled airspace boundary again.
  • the maneuvering assistance device 1 sets the flight restriction plane F at the control airspace boundary so that the small airplane A does not enter the wrong control airspace.
  • the maneuvering assistance device 1 performs maneuvering assistance so that the small airplane A does not enter the flight restriction area W set for the controlled airspace.
  • FIG. 6 is a diagram showing a flight restriction area W set according to the remaining cruising distance of the small airplane A.
  • the maneuvering assistance device 1 makes the small airplane A arrive at the airport within the remaining cruising distance Re, and therefore, based on the positional relationship between the small airplane A and the airport Q and the remaining cruising distance of the small airplane A.
  • the remaining cruising distance Re is a distance that the small airplane A can reach with the remaining fuel.
  • the remaining cruising distance Re is obtained from the remaining amount of fuel and airframe performance.
  • FIG. 6 shows the reachable surface N of the small airplane A.
  • the reachable surface N is a surface that indicates a limit that can be reached when the small airplane A flies all the fuel without going to the airport.
  • the remaining cruising distance Re is constant for all directions of the small airplane A for easy understanding. That is, it is assumed that the remaining cruising range Re is not affected by the turning of the small airplane A. Further, the topography around the small airplane A is flat and there is no wind.
  • the reachable surface N is represented as a circle having a radius of the remaining cruising distance Re on the plane.
  • FIG. 6 shows a cruising limit surface M of the small airplane A with respect to the airport Q.
  • the cruising limit plane M is a plane that serves as a reference for the airspace in which the small airplane A can land at the airport Q within the remaining cruising range Re.
  • Inside the cruising limit plane M is an air space where the small airplane A can land at the airport Q within the remaining cruising range Re.
  • outside the cruising limit surface M is an air space where the small airplane A cannot land at the airport Q within the remaining cruising range Re.
  • the cruising limit surface M is represented as an aggregate of points where the sum of the distance from the small airplane A and the distance from the airport Q is equal to the remaining cruising distance Re. That is, the cruising limit plane M is represented as an ellipse with the small airplane A and the airport Q as the focal points on the plane.
  • Rt1 to Rt3 shown in FIG. 6 are paths through which the small airplane A reaches the airport Q by using up the remaining amount of fuel.
  • Rt1 to Rt3 are formed inside the cruising limit surface M. The length of Rt1 to Rt3 is equal to the remaining cruising range Re.
  • the steering assistance device 1 calculates the cruising limit surface M based on the positional relationship between the small airplane A and the airport Q and the remaining cruising distance of the small airplane A.
  • the steering assistance device 1 calculates the cruising limit surface M in consideration of the influence on the remaining cruising distance Re by turning of the small airplane A and the influence of wind and landform.
  • the steering assistance device 1 sets the calculated cruising limit surface M as the flight limit surface F.
  • the maneuvering assistance device 1 may set the flight restriction surface F on the inner side of the cruising limit surface M in order to provide a margin.
  • the steering assist device 1 sets the airspace outside the flight restriction surface F as seen from the small airplane A as the flight restriction area W.
  • the maneuvering assistance device 1 performs maneuvering assistance so that the small airplane A does not enter the flight restriction area W.
  • the steering assistance device 1 calculates the glide possible range based on the altitude, the gliding ratio, the motion state amount, and the surrounding terrain of the small airplane A.
  • the glidable range is a range in which the small airplane A can be reached by gliding from the current position. Even if the propulsion device breaks down, the small airplane A can be reached by gliding as long as it is within a glideable range.
  • the maneuvering assistance device 1 sets the flight restriction surface F so as to guide the small airplane A to the spot P where it is possible to land within the gliding range. Since the steering assistance device 1 is in an emergency, the flight restriction surface F is always set at a position below the small airplane A.
  • the steering assistance device 1 sets the flight restriction surface F so that only a portion of the flight restriction surface F corresponding to the direction toward the emergency landing possible point P is inclined toward the ground. In this case, the steering assistance device 1 does not lower the altitude of the flight restriction surface F other than the part corresponding to the direction toward the emergency landing possible point P.
  • the maneuvering assistance device 1 sets the gradient of the flight restriction surface F so that the small airplane A arrives at the emergency landing possible point P at a predetermined route angle determined from the airframe performance of the small airplane A and the like.
  • the maneuvering assistance device 1 performs maneuvering assistance so that the small airplane A can reach the emergency landing possible point P while maintaining a balanced state along the flight restriction surface F as much as possible.
  • the steering assist device 1 sets the airspace outside the flight restriction surface F as seen from the small airplane A as the flight restriction area W.
  • the maneuvering assistance device 1 performs maneuvering assistance so that the small airplane A does not enter the flight restriction area W.
  • the steering support device 1 includes a controller 2 that performs overall control of the small airplane A.
  • the controller 2 is an electronic control unit having a CPU [Central Processing Unit], ROM [Read Only Memory], RAM [Random Access Memory], and the like.
  • the controller 2 is electrically connected to a GPS [Global Positioning System] receiving unit 3, an inertial navigation device 4, an airspeed meter 5, a thrust detection unit 6, an angle-of-attack sensor 7, and a skid angle sensor 8.
  • the controller 2 is electrically connected to the weather radar 9, the fuel amount detection unit 10, the terrain information database 11, the propulsion device detection unit 12, the MFD [Multi Function Display] 13, and the steering actuator 14.
  • the GPS receiver 3 detects the current position of the small airplane A by receiving signals from a plurality of GPS satellites.
  • the GPS receiver 3 transmits the detected current position information of the small airplane A to the controller 2.
  • the inertial navigation device 4 detects the speed, acceleration, traveling direction, etc. of the small airplane A.
  • the inertial navigation device 4 includes a gyroscope, an accelerometer, a calculation device, and the like.
  • the inertial navigation device 4 transmits flight information such as the detected speed to the controller 2.
  • the airspeed meter 5 detects an airspeed that is a relative speed between the small airplane A and the surrounding air.
  • the airspeed meter 5 transmits airspeed information related to the detected airspeed to the controller 2.
  • the propulsive force detection unit 6 is connected to the propulsion unit of the small airplane A and detects the propulsive force of the small airplane A.
  • the propulsive force detection unit 6 transmits propulsive force information related to the detected propulsive force to the controller 2.
  • the attack angle sensor 7 detects the angle of attack from the attitude of the small airplane A.
  • the angle-of-attack sensor 7 transmits angle-of-attack information related to the detected angle of attack to the controller 2.
  • the skid angle sensor 8 detects the skid angle of the small airplane A.
  • the skid angle sensor 8 transmits to the controller 2 skid angle information regarding the detected skid angle.
  • the weather radar 9 detects the weather condition around the small airplane A.
  • the weather radar 9 detects weather conditions such as the presence or absence of rain clouds and thunderclouds, the direction and intensity of wind.
  • the weather radar 9 transmits weather information regarding the detected weather condition to the controller 2.
  • the fuel amount detection unit 10 detects the amount of fuel in the fuel tank of the small airplane A.
  • the fuel amount detection unit 10 transmits fuel amount information regarding the detected fuel amount to the controller 2.
  • the terrain information database 11 is a database that stores terrain information related to terrain.
  • the terrain information includes information related to undulations of terrain including buildings.
  • the terrain information also includes information on the spot P where the small airplane A can land temporarily (see FIG. 2).
  • the topographic information also includes airport position information related to the position of the airport Q (see FIG. 6).
  • the terrain information database 11 transmits the terrain information to the controller 2 in response to a request from the controller 2.
  • the propulsion device detection unit 12 detects the state of the propulsion device of the small airplane A such as an engine.
  • the propulsion device detection unit 12 transmits propulsion device state information regarding the state of the propulsion device of the small airplane A to the controller 2.
  • the MFD 13 is provided in the cockpit of the small airplane A and displays video information to the operator.
  • the operator can switch the content of the video by operating a button provided on the MFD 13.
  • the MFD 13 displays video information to the driver according to the video signal from the controller 2.
  • the steering actuator 14 is mechanically connected to a control unit such as a control stick and a steering surface such as an elevator or a ladder.
  • the steering actuator 14 reflects the operation of the control unit by the operator on the steering surface. Further, the steering actuator 14 controls the steering reaction force of the control unit according to the reaction force control signal from the controller 2. Further, the steering actuator 14 controls a steering surface such as an elevator or a ladder in accordance with a steering control signal from the controller 2.
  • the controller 2 includes a propulsion device failure determination unit 21, a position information acquisition unit 22, a body information acquisition unit 23, a terrain information acquisition unit 24, and a glide surface calculation unit 25.
  • the controller 2 includes a flight restriction area setting unit 26, a cruising limit surface calculation unit 27, a glide range calculation unit 28, and a maneuvering support unit 29.
  • the propulsion device failure determination unit 21 determines the failure of the propulsion device of the small airplane A based on the propulsion device state information of the propulsion device detection unit 12.
  • the propulsion device failure determination unit 21 functions as a propulsion device failure determination unit described in the claims.
  • the position information acquisition unit 22 acquires the current position information regarding the current latitude, longitude, and altitude of the small airplane A based on the position information of the GPS receiver 3 and the flight information of the inertial navigation device 4.
  • the position information acquisition unit 22 functions as a position information acquisition unit described in the claims.
  • the aircraft information acquisition unit 23 stores basic performance information of the small airplane A in advance.
  • the basic performance information includes a predetermined data value such as the glide ratio, cruising distance, maximum thrust, aerodynamic characteristics, and weight of the small airplane A, and a data base that changes depending on the aircraft state such as the maximum climb rate, minimum turning radius, and fuel consumption. Value.
  • Airframe information acquisition unit 23 stores the stored basic performance information, position information, flight information, airspeed information, propulsive force information, angle of attack information, sideslip angle information, and fuel transmitted from various devices 3-10.
  • the aircraft information of the small airplane A is acquired based on the quantity information.
  • the aircraft information includes glide ratio information of the small airplane A, current maximum climb rate information, current turning radius information, and the like.
  • the aircraft information includes the momentum information and the traveling direction information of the current small airplane A. Further, the aircraft information includes current remaining cruising distance information regarding the distance that the small airplane A can reach with the remaining fuel.
  • the body information acquisition unit 23 calculates the current maximum climb rate information and turning radius information based on the basic performance information, the position information, and the flight information.
  • the body information acquisition unit 23 calculates the remaining cruising distance information based on the basic performance information and the fuel amount information.
  • the machine information acquisition unit 23 functions as a machine information acquisition unit described in the claims.
  • the terrain information acquisition unit 24 requests the terrain information database 11 for terrain information about the terrain around the small airplane A when the position information acquisition unit 22 acquires the current position information.
  • the terrain information acquisition unit 24 acquires the terrain information transmitted from the terrain information database 11.
  • the terrain information acquisition unit 24 recognizes the emergency landing possible point P existing around the small airplane A based on the acquired terrain information (see FIG. 2).
  • the terrain information acquisition unit 24 functions as a terrain information acquisition unit described in the claims.
  • the glide surface calculation unit 25 stores the legal minimum altitude H of each controlled airspace. As shown in FIG. 2, the glide surface calculation unit 25 sets the statutory minimum altitude surface J from the ground surface to the legal minimum altitude H based on the terrain information of the terrain information acquisition unit 24.
  • the gliding surface calculation unit 25 calculates the gliding surface K for the point P where it is possible to land on the basis of the gliding ratio information and the terrain information included in the aircraft information of the aircraft information acquisition unit 23.
  • the glide surface calculation unit 25 calculates the glide surface K for each emergency landing possible point P recognized by the terrain information acquisition unit 24.
  • the glide surface calculation unit 25 functions as a glide surface calculation unit described in the claims.
  • the flight restriction area setting unit 26 sets the flight restriction surface F on the basis of the high altitude portion of the gliding surface K and the legal minimum altitude surface J as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the flight restriction area setting unit 26 calculates the maximum ascent angle ⁇ of the small airplane A based on the maximum ascent rate information included in the airframe information of the airframe information acquisition unit 23.
  • the flight restriction area setting unit 26 allows the small airplane A to fly along the flight restriction plane F so that the rising angle of the flight restriction plane F does not exceed the maximum rising angle ⁇ of the small airplane A. Set surface F.
  • the flight restriction area setting unit 26 sets a flight restriction surface F offset in the horizontal direction from the obstacle in order to prevent the small airplane A from colliding with an obstacle such as a mountain or a building.
  • the flight restriction area setting unit 26 calculates the horizontal offset distance L from the obstacle based on the current turning radius information included in the aircraft information of the aircraft information acquisition unit 23 (see FIG. 4).
  • the flight restriction area setting unit 26 stores in advance ranges such as an error of an obstacle position in the terrain information, an error of position information of the small airplane A, and an error of movement state information of the small airplane A. Further, the flight restriction area setting unit 26 recognizes the influence of the wind around the small airplane A based on the weather information of the weather radar 9. In addition to the current turning radius information, the flight restriction area setting unit 26 is used for obstacle position errors in terrain information, small plane A position information errors, small plane A motion state information errors, and wind effects. Based on this, an offset distance L in the horizontal direction is set. The flight restriction area setting unit 26 sets a flight restriction surface F that is separated from the obstacle by an offset distance L or more in the horizontal direction.
  • the flight restriction area setting unit 26 determines whether or not a weather disorder such as a thundercloud exists based on the weather information of the weather radar 9.
  • the flight restriction area setting unit 26 sets the flight restriction surface F corresponding to the weather failure when it is determined that the weather failure exists.
  • the flight restriction area setting unit 26 determines that the small airplane A is located near the airport based on the current position information acquired by the position information acquisition unit 22 and the airport position information included in the terrain information of the terrain information acquisition unit 24. It is determined whether or not. When it is determined that the small airplane A is located in the vicinity of the airport, the flight restriction area setting unit 26 sets the flight restriction surface F corresponding to the air route so as to guide the small airplane A to a predetermined air route. To do.
  • the flight restriction area setting unit 26 stores control airspace information related to the control airspace in advance.
  • the flight restriction area setting unit 26 determines whether the small airplane A is located in the vicinity of the controlled airspace boundary based on the stored control airspace information and the current position information of the position information acquisition unit 22. When it is determined that the small airplane A is located in the vicinity of the controlled airspace boundary, the flight restriction area setting unit 26 sets the flight restriction surface F corresponding to the controlled airspace boundary.
  • the flight restriction area setting unit 26 determines that the small airplane A has obtained the passage permission of the controlled airspace boundary from the control by the input of the passage permission button by the operator.
  • the flight restriction area setting unit 26 may determine that the passage permission has been obtained by recognizing a voice sent from the control.
  • the flight restriction area setting unit 26 may determine that the passage permission has been obtained by receiving the passage permission electronic data.
  • the flight restriction area setting unit 26 cancels the flight restriction plane F at the controlled airspace boundary when it is determined that the small airplane A has obtained the passage permission at the controlled airspace boundary from the control.
  • the flight restriction area setting unit 26 sets the flight restriction surface F at the controlled airspace boundary again.
  • the cruising limit surface calculation unit 27 includes the current position information of the position information acquisition unit 22, the remaining cruising distance information included in the aircraft information of the aircraft information acquisition unit 23, and the terrain of the terrain information acquisition unit 24.
  • a cruising limit surface M is calculated based on the airport position information included in the information. Further, the cruising limit surface calculation unit 27 determines the influence on the remaining cruising distance Re due to the direction change of the small airplane A and the wind based on the traveling direction information included in the flight information of the inertial navigation device 4 and the weather information of the weather radar 9.
  • the cruising limit surface M is calculated in consideration of the influence of the terrain and topography.
  • the cruising limit surface calculation unit 27 functions as a cruising limit surface calculation unit described in the claims.
  • the flight restriction area setting unit 26 sets a flight restriction surface F corresponding to the cruising limit surface M calculated by the cruising limit surface calculation unit 27.
  • the glideable range calculation unit 28 includes the altitude information included in the current position information of the position information acquisition unit 22 and the aircraft information acquisition unit 23. Based on the glide ratio information and momentum state information included in the airframe information, and the terrain information of the terrain information acquisition unit 24, the glide possible range that the small airplane A can reach by gliding is calculated.
  • the glideable range calculation unit 28 functions as a glideable range calculation unit described in the claims.
  • the flight restriction area setting unit 26 calculates the glide range calculated by the glide range calculation unit 28, the current position information of the position information acquisition unit 22, and the aircraft information acquisition unit. Based on the aircraft information 23 and the landform information acquisition unit 24 acquired by the terrain information acquisition unit 24, the best non-stop landing point is determined from among the temporary landing points P within the glide range.
  • the best emergency landing possible point is a point at which the impact received by the small airplane A during the emergency landing is minimized.
  • the flight restriction area setting unit 26 sets the flight restriction surface F so as to guide the small airplane A to the best emergency landing possible point. In the case where the flight restriction plane F has already been set, the flight restriction area setting unit 26 gives priority to the safety of the small airplane A, so that the set flight restriction plane F is a new flight restriction plane F corresponding to the glidable range.
  • the flight restriction area setting unit 26 sets a flight restriction area W for each flight restriction surface F.
  • the flight restriction area setting unit 26 sets, as the flight restriction area W, an air space between the flight restriction surface F set along the terrain and the ground surface. That is, the flight restriction area setting unit 26 sets the flight restriction area W along the terrain. Further, the flight restriction area setting unit 26 sets the air space outside the flight restriction surface F as viewed from the small airplane A as the flight restriction area W.
  • the flight restriction area setting unit 26 functions as a flight restriction area setting unit described in the claims.
  • the maneuvering support unit 29 performs maneuvering support of the small airplane A based on the flight restriction area W set by the flight restriction area setting unit 26.
  • the maneuvering assistance device 1 performs maneuvering assistance so that the small airplane A is in a balanced state on the flight restriction area W set along the terrain.
  • the steering support unit 29 performs the steering support so that the small airplane A does not enter the flight restriction area W.
  • the maneuvering support unit 29 performs maneuvering support so that the small airplane A returns to the outside of the flight restriction area W when the small airplane A enters the flight restriction area W.
  • the steering support unit 29 determines whether or not the small airplane A is outside the flight restriction area W based on the current position information of the position information acquisition unit 22 and the flight restriction area W of the flight restriction area setting unit 26. Determine.
  • the maneuvering support unit 29 determines the flight restriction area on the route of the small airplane A based on the traveling direction information included in the flight information of the inertial navigation device 4. It is determined whether or not W exists.
  • the maneuvering support unit 29 calculates a manually avoidable distance that is a distance that can avoid the flight restriction area W by manual maneuvering. Specifically, the maneuvering support unit 29 is based on the current position information of the position information acquisition unit 22, the basic performance information of the aircraft information acquisition unit 23, and the flight restriction area W of the flight restriction area setting unit 26. Calculates the change amount of the aircraft attitude angle and the propulsive force necessary for changing to the route going out of the flight restriction area W. The steering support unit 29 calculates the steering angle required for the change in the aircraft attitude based on the change in the aircraft attitude angle and the propulsive force.
  • the steering support unit 29 calculates the time required for steering from the calculated steering angle and the response of the steering actuator 14.
  • the maneuvering support unit 29 calculates a manually avoidable distance that can avoid the flight restriction area W by manual maneuvering based on the time required for steering and the airspeed information of the airspeedometer 5.
  • the maneuvering support unit 29 uses the calculated manual avoidable distance, the current position information of the position information acquisition unit 22, and the flight restriction area W of the flight restriction area setting unit 26, and the flight restriction area W on the route. It is determined whether or not the distance is less than the manually avoidable distance. When it is determined that the distance between the small airplane A and the flight restriction area W on the route is equal to or less than the manually avoidable distance, the steering assist unit 29 determines that steering control is necessary. When the steering assist unit 29 determines that the steering control is necessary, the steering support unit 29 transmits a steering control signal corresponding to the calculated steering angle to the steering actuator 14. The steering actuator 14 controls the steering surface of the small airplane A so that the small airplane A becomes a path toward the outside of the flight restriction area W.
  • the operation support unit 29 transmits a video signal for displaying a warning to the operator to the MFD 13. Further, the steering support unit 29 transmits a voice signal for giving a voice warning to the pilot to a speaker in the cockpit.
  • the MFD 13 displays a warning to the operator that the small airplane A has entered the flight restriction area W and the ground and obstacles.
  • the maneuvering support unit 29 uses the flight information of the inertial navigation device 4, the current position information of the position information acquisition unit 22, and the flight restriction area W of the flight restriction area setting unit 26 so that the small airplane A is outside the flight restriction area W.
  • the calculation related to the steering control for returning to is performed.
  • the steering support unit 29 calculates a steering angle for returning the small airplane A to the outside of the flight restriction area W.
  • the steering assist unit 29 transmits a steering control signal corresponding to the calculated steering angle to the steering actuator 14.
  • the steering actuator 14 controls the steering surface of the small airplane A so that the small airplane A becomes a path toward the outside of the flight restriction area W.
  • the steering support unit 29 performs steering reaction force control of the control stick of the control unit by the steering actuator 14 in order to suppress the small aircraft A from maneuvering near the ground or an obstacle.
  • control is performed so that the steering reaction force is increased with respect to the operation of tilting the control stick so that the small airplane A approaches the ground surface or an obstacle.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the steering force and the steering angle in the steering reaction force control.
  • FIG. 7 shows the relationship between the steering force that tilts the control stick in the left-right direction and the steering angle. In FIG. 7, the case where the ground surface and an obstacle exist in the left front of the small airplane A is demonstrated.
  • Fs1 shown in FIG. 7 indicates a relationship between the steering force and the steering angle outside the flight restriction area W.
  • the steering force of the small airplane A is 0 while the steering force at which the control stick is not operated at all is 0.
  • a state where the steering force is zero is a balanced state of the small airplane A.
  • the steering force that tilts the control stick to the left and right and the steering angle are in a proportional relationship.
  • Fs2 shown in FIG. 7 shows the relationship between the steering force and the steering angle in the flight restriction area W.
  • the steering control for returning the small airplane A to the outside of the flight restriction area W results in a balanced state in which the steering force is zero at a predetermined steering angle. That is, the posture of the small airplane A is inclined by a predetermined angle toward the outside of the flight restriction area W in a state where the control stick is not operated at all.
  • the steering reaction force control is performed so that the steering force required when the control stick is tilted to the left is larger than Fs1.
  • the steering reaction force control may be a mode in which the magnitude of the steering reaction force is continuously changed in accordance with the amount of entry of the small airplane A into the flight restriction area W.
  • the propulsion device failure determination unit 21 performs a propulsion device failure determination process for determining whether the propulsion device of the small airplane A is broken or normal.
  • the position information acquisition unit 22 determines the current position of the small airplane A based on the position information of the GPS receiver 3 and the flight information of the inertial navigation device 4.
  • a position information acquisition process for acquiring information is performed (S2).
  • the aircraft information acquisition unit 23 also stores the stored basic performance information, position information, flight information, airspeed information, propulsion information, angle-of-attack information, sideslip angle information, transmitted from the various devices 3-10. And aircraft information acquisition processing for acquiring aircraft information of the small airplane A based on the fuel amount information.
  • the terrain information acquisition unit 24 performs terrain information acquisition processing for acquiring terrain information from the terrain information database 11. Thereafter, the gliding surface calculation unit 25 performs statutory minimum altitude corresponding processing for setting the statutory minimum altitude surface J from the ground surface to the height of the legal minimum altitude H based on the terrain information of the terrain information acquisition unit 24 (S4). After that, the glide surface calculation unit 25 performs a glide surface calculation process for calculating the glide surface K for the point P where it can be landed based on the glide ratio information included in the airframe information of the airframe information acquisition unit 23 (S5).
  • the flight restriction area setting unit 26 performs a maximum ascending angle calculation process for calculating the maximum ascending angle ⁇ of the small airplane A based on the maximum ascent rate information included in the aircraft information of the aircraft information acquiring unit 23.
  • the flight restriction area setting unit 26 also determines the horizontal offset distance from the obstacle based on various measurement errors and wind effects. An offset calculation process for calculating L is performed.
  • the flight restriction area setting unit 26 sets the flight restriction surface F on the basis of the high altitude portion of the gliding surface K and the legal minimum altitude surface J (S7).
  • the flight restriction area setting unit 26 allows the small airplane A to fly along the flight restriction plane F so that the rising angle of the flight restriction plane F does not exceed the maximum rising angle ⁇ of the small airplane A.
  • the flight restriction area setting unit 26 sets a flight restriction surface F that is separated from the obstacle by an offset distance L or more in the horizontal direction in order to prevent the small airplane A from colliding with an obstacle such as a mountain or a building.
  • the flight restriction area setting unit 26 determines whether or not a weather disorder such as a thundercloud exists based on the weather information of the weather radar 9 (S8). If the flight restriction area setting unit 26 determines that there is no weather failure, the flight restriction area setting unit 26 proceeds to S9. On the other hand, if it is determined that there is a weather failure, the flight restriction area setting unit 26 performs a weather failure handling process for setting the flight restriction surface F corresponding to the weather failure (S9). Thereafter, the process proceeds to S10.
  • the flight restriction area setting unit 26 determines that the small airplane A is located near the airport based on the current position information acquired by the position information acquisition unit 22 and the airport position information included in the terrain information of the terrain information acquisition unit 24. It is determined whether or not. When the flight restriction area setting unit 26 determines that the small airplane A is not located in the vicinity of the airport, the process proceeds to S12. On the other hand, if the flight restriction area setting unit 26 determines that the small airplane A is located near the airport, the flight restriction surface F corresponding to the air route so as to guide the small airplane A to a predetermined air route. The air route correspondence processing for setting the is performed (S11). Thereafter, the process proceeds to S12.
  • the flight restriction area setting unit 26 determines whether or not the small airplane A is located in the vicinity of the control airspace boundary based on the stored control airspace information and the current position information of the position information acquisition unit 22. judge. When the flight restriction area setting unit 26 determines that the small airplane A is not located in the vicinity of the controlled airspace boundary, the process proceeds to S14. On the other hand, when it is determined that the small airplane A is located in the vicinity of the controlled airspace boundary, the flight restricted area setting unit 26 performs a controlled airspace boundary corresponding process for setting the flight restricted surface F corresponding to the controlled airspace boundary ( S13).
  • the cruising limit surface calculation unit 27 includes the current position information of the position information acquisition unit 22, the remaining cruising distance information included in the aircraft information of the aircraft information acquisition unit 23, and the airport included in the terrain information of the terrain information acquisition unit 24.
  • a cruising limit surface calculation process for calculating the cruising limit surface M is performed based on the position information.
  • the flight restriction area setting unit 26 performs cruising limit surface correspondence processing for setting the flight restriction surface F corresponding to the cruising limit surface M calculated by the cruising limit surface calculation unit 27 (S15). Subsequently, the flight restriction area setting unit 26 sets the flight restriction area W for each flight restriction surface F (S16).
  • the steering support unit 29 performs warning processing for transmitting a warning signal for warning the driver to the MFD 13. Perform (S17).
  • the MFD 13 warns the pilot of the failure of the propulsion device of the small airplane A.
  • the position information acquisition unit 22 performs position information acquisition processing for acquiring the current position information of the small airplane A based on the position information of the GPS receiver 3 and the flight information of the inertial navigation device 4.
  • the aircraft information acquisition unit 23 performs aircraft information acquisition processing for acquiring aircraft information of the small airplane A based on the stored basic performance information and the various information transmitted from the various devices 3 to 10.
  • the terrain information acquisition unit 24 performs terrain information acquisition processing for acquiring terrain information from the terrain information database 11.
  • the glideable range calculation unit 28 includes altitude information included in the current position information of the position information acquisition unit 22, aerodynamic characteristic information and momentum state information included in the aircraft information of the aircraft information acquisition unit 23, and terrain information acquisition unit 24. Based on the terrain information, the glideable range that the small airplane A can reach by gliding is calculated.
  • the flight restriction area setting unit 26 acquires the glideable range calculated by the glideable range calculation unit 28, the current position information of the position information acquisition unit 22, the aircraft information of the aircraft information acquisition unit 23, and the terrain information acquisition unit 24. Based on the emergency landing possible spot information, the best emergency landing possible spot determination process is performed to determine the best emergency landing possible spot from the emergency landing possible spots P within the glide possible range (S21).
  • the flight restriction area setting unit 26 performs a flight restriction surface setting process for setting the flight restriction surface F so as to guide the small airplane A to the best possible landing point (S22).
  • the flight restriction area setting unit 26 gives priority to the safety of the small airplane A, so that the set flight restriction plane F is a new flight restriction plane F corresponding to the glidable range.
  • the flight restriction area setting unit 26 performs a flight restriction area setting process for setting the air space outside the flight restriction surface F as viewed from the small airplane A as the flight restriction area W (S23).
  • the steering support unit 29 performs a steering control process of transmitting a steering control signal to the steering actuator 14 in order to perform steering support of the small airplane A along the flight restriction area W.
  • the maneuvering support unit 29 calculates the change amount of the path angle and the roll angle that are maintained on the flight restriction area W.
  • the steering support unit 29 calculates a steering angle necessary for correcting the change in the path angle and the roll angle.
  • the steering support unit 29 calculates a steering amount corresponding to the calculated steering angle. Since it is an emergency, the steering assistance part 29 calculates
  • the steering actuator 14 controls the steering surface according to the steering control signal.
  • the steering actuator 14 controls the steering surface so that the small airplane A is guided along the flight restriction area W to the best possible landing point.
  • the position information acquisition unit 22 acquires the current position information of the small airplane A based on the position information of the GPS receiver 3 and the flight information of the inertial navigation device 4.
  • the aircraft information acquisition unit 23 performs aircraft information acquisition processing for acquiring aircraft information of the small airplane A based on the stored basic performance information and the various information transmitted from the various devices 3 to 10.
  • the maneuvering support unit 29 determines whether or not the small airplane A is outside the flight restriction area W based on the current position information of the position information acquisition unit 22 and the flight restriction area W of the flight restriction area setting unit 26. (S32). If the operation support unit 29 determines that the small airplane A is outside the flight restriction area W, whether the flight restriction area W exists on the route of the small airplane A based on the traveling direction information of the inertial navigation device 4. It is determined whether or not (S23). When it is determined that the flight restriction area W does not exist on the route of the small airplane A, the operation support unit 29 ends the process.
  • the operation support unit 29 When it is determined that the flight restriction area W exists on the route of the small airplane A, the operation support unit 29 performs a manually avoidable distance calculation process for calculating a manually avoidable distance (S34). Thereafter, the maneuvering support unit 29 performs the flight restriction on the small airplane A and the route based on the calculated manually avoidable distance, the current position information of the position information acquisition unit 22, and the flight restriction area W of the flight restriction area setting unit 26. It is determined whether or not the distance to the area W is equal to or less than the manually avoidable distance (S35). When it is determined that the distance between the small airplane A and the flight restriction area W on the route is not less than the manually avoidable distance, the steering assist unit 29 ends the process.
  • the steering assist unit 29 When it is determined that the distance between the small airplane A and the flight restriction area W on the route is equal to or less than the manually avoidable distance, the steering assist unit 29 performs a steering control process of transmitting a steering control signal to the steering actuator 14 (S36). ).
  • the steering actuator 14 controls the steering surface of the small airplane A so that the small airplane A becomes a path toward the outside of the flight restriction area W.
  • the operation support unit 29 performs an alarm process for transmitting an alarm signal for alerting the operator to the MFD 13.
  • the MFD 13 warns the pilot that the small airplane A has entered the flight restriction area W and the ground surface and obstacles.
  • the maneuvering support unit 29 uses the flight information of the inertial navigation device 4, the current position information of the position information acquisition unit 22, and the flight restriction area W of the flight restriction area setting unit 26 to make the small airplane A fly in the flight restriction area W.
  • a position return calculation process for calculating the steering control for returning to the outside is performed (S38).
  • the steering support unit 29 calculates a steering angle for returning the small airplane A to the outside of the flight restriction area W.
  • the steering support unit 29 performs a steering control process of transmitting a steering control signal corresponding to the calculated steering angle to the steering actuator 14.
  • the steering support unit 29 performs steering reaction force control of the control stick of the control unit by the steering actuator 14 in order to suppress the small aircraft A from being controlled to approach the ground surface or an obstacle.
  • the maneuvering support apparatus 1 by supporting the maneuvering of the small airplane A based on the flight restriction area W set along the terrain, the unintended approach of the small airplane A to the ground surface is appropriately suppressed. Therefore, the safety of the small airplane A can be improved. Further, according to the steering support device 1, by setting the flight restriction area W based on the aircraft information of the small airplane A, the flight restriction area that can be avoided by a reasonable maneuver according to the motion performance of the small airplane A and the like. W can be set. In addition, according to this maneuvering support device 1, since the flight restriction area W is set along the terrain, it is possible to avoid unnecessary restriction of the route, so that the operator of the small airplane A can freely select the route. Can be secured sufficiently. Therefore, according to this maneuvering support device 1, it is possible to sufficiently secure the degree of freedom of route selection while improving the safety of the small airplane A.
  • the steering support device 1 by setting the flight restriction area W on the gliding surface K, which serves as a reference for altitude at which the small airplane A can reach the emergency landing point P by gliding, power is increased during the flight. Even in the case of a failure, it is possible to perform steering support so that the aircraft flies at an altitude at which it is possible to reach the point P where it is possible to land by accident. Therefore, according to the steering assist device 1, the safety of the small airplane A can be improved.
  • this maneuvering support apparatus 1 by setting the flight restriction area W based on the maximum ascent rate information of the small airplane A, it is possible to avoid the troublesome maneuvering according to the ascent performance of the small airplane A. It is possible to set the flight restriction area W. This contributes to improving the stability and riding comfort of the small airplane A.
  • the steering support device 1 based on the position information of the small airplane A, the airport position information, and the remaining cruising distance information, the reference of the airspace in which the small airplane A can land on the airport Q within the remaining cruising distance Re.
  • a cruising limit plane M can be calculated. For this reason, according to this maneuvering assistance device 1, by setting the flight restriction area W based on the cruising limit surface M, it is possible to avoid the small airplane A entering the airspace where it cannot return to the airport Q.
  • the steering support device 1 when the small airplane A enters the flight restriction area W, the pilot can control the flight of the small airplane A to the outside of the flight restriction area W. Even if it is not noticed that the aircraft has entered W, the safety of the small airplane A can be ensured.
  • the steering support device 1 when the propulsion device of the small airplane A breaks down, the glideable range that the small airplane A can reach only by gliding is calculated, and the small airplane A is the best within the glideable range.
  • the flight restriction area W By setting the flight restriction area W so as to guide to a spot where it can be landed, the probability of successful landing of the small airplane A can be increased. Therefore, according to the steering assist device 1, the safety of the small airplane A can be improved.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the present invention can be applied to an aircraft other than a small airplane.
  • the flight restriction area W does not have to be set for all items such as the gliding surface K, the maximum ascending angle ⁇ , and the weather disturbance, and may be a mode in which the flight restriction area W is set only for arbitrary items. .
  • the present invention can also be suitably applied to a case in which the route is determined.
  • the piloting support device may set the flight restriction plane F at an altitude at which the fuel efficiency is optimal.
  • the steering assistance device first determines whether or not a predetermined route is determined based on an input to the navigation system of the operator and a flight situation along the predetermined air route.
  • the flight support device generally increases the cruising distance and the fuel efficiency as the altitude of the aircraft increases.
  • the flight restriction plane F is set to According to this steering assist device, the fuel efficiency of the flying object can be improved.
  • this steering assistance device since the flying object flies at a high altitude along the flight restriction surface F, it is possible to widen the reachable range by gliding when the power fails. As a result, there is a high possibility that the flying object can reach the point P where it is possible to land in an emergency, so that it is possible to easily cope with an emergency.
  • the information center sets the flight restriction area W based on the position information wirelessly transmitted from the flying object or the flying airspace of the flying object input in advance.
  • the information center transmits information regarding the flight restriction area W to the flying object.
  • the information center performs information support based on the flight restriction area W as operation support for the flying object.
  • Such information support includes transmission of steering program information corresponding to the flight restriction area W.
  • the present invention can be used in an operation support device that supports the operation of an aircraft.
  • Glide surface calculation unit (glide surface calculation unit) 26 ... Flight restriction area setting part (flight restriction area setting unit) 27 ... Range limit calculation Part (cruising range calculation unit) 28 ... Glidable range calculation unit (glideable range calculation unit) 9 ... Maneuvering support section (maneuvering support unit) A ... Small airplane F ... Flight restriction surface J ... Legal minimum altitude surface K ... Glide surface M ... Cruising range surface P ... Non-stop landing point W ... Flight restriction area ⁇ ... Glide angle ⁇ ... Maximum rising angle

Landscapes

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Abstract

　本発明は、飛行制限エリアＷを地形に沿って設定することで、小型飛行機Ａの安全性向上を図りつつ、操縦者の航路選択の自由度を十分に確保することができる操縦支援装置を提供することを目的とし、地形情報を取得する地形情報取得部（２１）と、小型飛行機Ａの機体情報を取得する機体情報取得部（２２）と、地形情報取得部（２１）の取得した地形情報と機体情報取得部（２２）の取得した機体情報とに基づいて、飛行制限エリアＷを地形に沿って設定する飛行制限エリア設定部（２５）と、飛行制限エリア設定部（２５）の設定した飛行制限エリアに基づいて、飛行体の操縦を支援する操縦支援部（２６）と、を備える。

Description

操縦支援装置
　本発明は、飛行体の操縦を支援する操縦支援装置に関する。
　従来から飛行体の操縦支援に関して様々な技術が開発されている。例えば、特表２００８－５３６７３６号公報には、所定の航路を飛行する航空機の前方に地形起伏が存在する場合に、航空機が地形起伏を超えるように航空機の自動操縦制御を行うシステムが開示されている。
特表２００８－５３６７３６号公報
　しかしながら、前述した従来のシステムでは、航空機が所定の航路を飛行することが前提となっている。このため、操縦者の意志で航路が変更される遊覧飛行のような場合には、システムの自動操縦制御により操縦者の航路選択の自由度が過剰に制限されてしまうという問題があった。
　そこで、本発明は、飛行制限エリアを地形に沿って設定することで、飛行体の安全性向上を図りつつ、操縦者の航路選択の自由度を十分に確保することができる操縦支援装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明に係る飛行体の操縦を支援する操縦支援装置において、地形情報を取得する地形情報取得ユニットと、飛行体の機体情報を取得する機体情報取得ユニットと、地形情報取得ユニットの取得した地形情報と機体情報取得ユニットの取得した機体情報とに基づいて、飛行制限エリアを地形に沿って設定する飛行制限エリア設定ユニットと、飛行制限エリア設定ユニットの設定した飛行制限エリアに基づいて、飛行体の操縦を支援する操縦支援ユニットと、を備えることを特徴とする。
　本発明に係る操縦支援装置によれば、地形に沿って設定された飛行制限エリアに基づいて飛行体の操縦を支援することにより、飛行体の地表への意図しない接近を適切に抑制することができるので、飛行体の安全性向上を図ることができる。更に、本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体の機体情報に基づいて飛行制限エリアを設定することで、飛行体の運動性能などに応じた無理のない操縦で回避できる飛行制限エリアの設定が可能になる。しかも、本発明に係る操縦支援装置によれば、地形に沿って飛行制限エリアを設定することで、不必要な航路の限定を避けることができるので、飛行体の操縦者による航路選択の自由度を十分に確保することができる。従って、本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体の安全性向上を図りつつ、航路選択の自由度を十分に確保することができる。
　本発明に係る操縦支援装置においては、地形情報には、不時着可能地点に関する不時着可能地点情報が含まれ、機体情報には、飛行体の滑空比情報が含まれ、不時着可能地点情報と滑空比情報とに基づいて、不時着可能地点に対する滑空面を計算する滑空面計算ユニットを更に備え、飛行制限エリア設定ユニットは、滑空面計算ユニットの計算した滑空面に基づいて、飛行制限エリアを設定することが好ましい。
　本発明に係る操縦支援装置によれば、不時着可能地点情報と滑空比情報とに基づいて、飛行体が不時着可能地点に滑空で到達可能な高度の基準となる滑空面を計算することができる。このため、本発明に係る操縦支援装置では、滑空面に基づいて飛行制限エリアを設定することで、飛行中に動力が故障した場合であっても滑空で不時着可能地点に到達できる高度を飛行するように操縦支援を行うことが可能になる。従って、本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体の安全性の向上を図ることができる。
　本発明に係る操縦支援装置においては、飛行体の推進装置の故障を判定する推進装置故障判定ユニットと、飛行体の位置情報を取得する位置情報取得ユニットと、推進部故障判定ユニットが推進部は故障していると判定した場合に、飛行体の位置情報と滑空比情報とに基づいて飛行体の滑空可能範囲を計算する滑空可能範囲計算ユニットと、を更に備え、飛行制限エリア設定ユニットは、滑空可能範囲計算ユニットが滑空可能範囲を計算した場合、滑空可能範囲、飛行体の位置情報、及び不時着可能地点情報に基づいて、滑空可能範囲内の不時着可能地点に飛行体を誘導するように飛行制限エリアを設定することが好ましい。
　本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体の推進装置が故障した際に、飛行体が滑空のみで到達可能な滑空可能範囲を計算し、飛行体を滑空可能範囲内の不時着可能地点に誘導するように飛行制限エリアを設定することで、飛行体の不時着の成功確率を高めることができる。従って、本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体の安全性の向上を図ることができる。
　本発明に係る操縦支援装置においては、機体情報には、飛行体の最大上昇率情報が含まれ、飛行制限エリア設定ユニットは、最大上昇率情報に基づいて、飛行制限エリアを設定することが好ましい。
　本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体の最大上昇率情報に基づいて飛行制限エリアを設定することで、飛行体の上昇性能に応じた無理のない操縦で回避できるように飛行制限エリアＷを設定することが可能になる。このことは、飛行体の安定性及び乗り心地向上に寄与する。
　本発明に係る操縦支援装置においては、地形情報には、空港の位置に関する空港位置情報が含まれ、機体情報には、飛行体の残存航続距離情報が含まれ、飛行体の位置情報を取得する位置情報取得ユニットと、位置情報取得ユニットの取得した飛行体の位置情報と空港位置情報と残存航続距離情報とに基づいて、空港に対する航続限界面を計算する航続限界面計算ユニットと、を更に備え、飛行制限エリア設定ユニットは、航続限界面計算ユニットの計算した航続限界面に基づいて、飛行制限エリアを設定することが好ましい。
　本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体の位置情報、空港位置情報、及び残存航続距離情報とに基づいて、飛行体が残存航続距離内で空港に着陸可能な空域の基準となる航続限界面を計算することができる。このため、本発明に係る操縦支援装置では、航続限界面に基づいて飛行制限エリアを設定することで、飛行体が空港に戻れない空域まで進入することを避けることができる。
　本発明に係る操縦支援装置においては、操縦支援ユニットは、飛行体が飛行制限エリア内に進入した場合に、飛行体を飛行制限エリア外に戻す操縦制御を行うことが好ましい。
　本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体を飛行制限エリア外に戻す操縦制御を行うことで、操縦者が飛行制限エリア内に進入したことに気づいていない場合であっても、飛行体の安全性を確保することができる。
　本発明によれば、飛行体の安全性向上を図りつつ、操縦者の航路選択の自由度を十分に確保することができる。
本発明に係る操縦支援装置の一実施形態を示すブロック図である。 地形に沿って設定される飛行制限エリアを示す図である。 小型飛行機の最大上昇率に応じて設定される飛行制限エリアを示す図である。 無風時の旋回回避において小型飛行機の取りうる軌跡を示す図である。 小型飛行機の速度と縦加速度との関係を示す飛行包絡線図である。 小型飛行機の残存航続距離に応じて設定される飛行制限エリアを示す図である。 操舵反力制御における操舵角と操舵反力との関係を示すグラフである 飛行制限エリアの設定に係る処理の流れを示すフローチャートである。 緊急時の操縦支援に係る処理の流れを示すフローチャートである。 通常時の操縦支援に係る処理の流れを示すフローチャートである。
　以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る操縦支援装置１は、小型飛行機Ａに備えられ、小型飛行機Ａの操縦者の操縦を支援するものである。小型飛行機Ａは、遊覧飛行に用いられる飛行機である。遊覧飛行では、操縦者によって航路が自由に変更される。
　操縦支援装置１は、安全性の観点から飛行を制限すべきエリアと飛行が制限されないエリアとの境界となる飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、操縦者の航路選択の自由度を確保するため、飛行の制限されないエリアが大きくなるように飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、設定した飛行制限面Ｆに基づいて、小型飛行機Ａの飛行を制限すべきエリアを飛行制限エリアＷとして設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷに進入しないように各種の操縦支援を行う。
　図２及び図３は、地形に沿って設定される飛行制限エリアＷを示す図である。図２及び図３に示されるように、操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが地表に衝突することを防止するため、地形に沿って飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、地形に沿って設定された飛行制限面Ｆと地表との間の空域を飛行制限エリアＷとして設定する。
　また、操縦支援装置１は、飛行制限面Ｆを法定最低高度Ｈより高い高度に設定する。小型飛行機Ａは緊急時を除いて法定最低高度Ｈより高い高度を飛ぶ必要がある。このため、操縦支援装置１は、地表から法定最低高度Ｈの高さに地表に沿った法定最低高度面Ｊを設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの法定最低高度Ｈ以下の飛行を制限するため、法定最低高度面Ｊ以上の高度に飛行制限面Ｆを設定する。
　また、操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの動力が故障した場合であっても滑空で不時着可能地点Ｐに到達できるように飛行制限面Ｆを設定する。不時着可能地点Ｐとは、緊急時に小型飛行機Ａが不時着できる広さを備えた地点である。不時着可能地点Ｐには、運動場や公園の広場、田園などが選択される。
　図２に、小型飛行機Ａの滑空角αを示す。滑空角αとは、小型飛行機Ａの滑空性能が最大となるように迎角を取った場合の経路角である。滑空角αは、小型飛行機Ａの空力特性から滑空比と共に一義的に定まる。図２に、不時着可能地点Ｐに対する滑空面Ｋを示す。滑空面Ｋは、不時着可能地点Ｐから滑空角αで斜め上方に延びる面として表される。滑空面Ｋは、小型飛行機Ａが滑空で不時着可能地点Ｐに到達可能な高度を示している。すなわち、滑空面Ｋは、小型飛行機Ａの動力が故障した場合であっても、滑空面Ｋより上方を飛行している小型飛行機Ａが滑空で不時着可能地点Ｐに到達可能なように設定される。滑空面Ｋは、例えば不時着可能地点Ｐを頂点とした逆三角錐の側面に沿った形となる。滑空面Ｋは、不時着可能地点Ｐのそれぞれについて設定される。隣り合う不時着可能地点Ｐの滑空面Ｋは、互いに交差して線状の交差部Ｋｔを形成する。交差部Ｋｔは、個々の滑空面Ｋにおける終端となる。すなわち、交差する滑空面Ｋは、交差部Ｋｔを介して連続した面を形成する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの動力が故障した場合であっても滑空でいずれかの不時着可能地点Ｐに到達できるように、滑空面Ｋより高い高度に飛行制限面Ｆを設定する。
　また、操縦支援装置１は、飛行制限面Ｆの上昇角度が小型飛行機Ａの最大上昇角度βを超えないように、飛行制限面Ｆを設定する。最大上昇角度βとは、小型飛行機Ａの上昇性能を最大とした場合の最大上昇率における経路角である。最大上昇角度βは、小型飛行機Ａの高度によって変化する。なお、図２においては、理解を容易にするため最大上昇角度βを一定の値として示している。
　飛行制限面Ｆの上昇角度が小型飛行機Ａの最大上昇角度βを超えると、飛行制限面Ｆに沿って飛行する小型飛行機Ａの上昇が間に合わずに飛行制限面Ｆに突入する可能性が高くなる。このため、操縦支援装置１は、飛行制限面Ｆの上昇角度が最大上昇角度βを超えないように飛行制限面Ｆを設定する。具体的には、図２に示す場合において、小型飛行機Ａの滑空角αよりも最大上昇角度βが小さいため、飛行制限面Ｆの上昇角度が最大上昇角度βとなるように、滑空面Ｋの上に飛行制限面Ｆを設定する。すなわち、滑空面Ｋのうち法定最低高度面Ｊと交差部Ｋｔとを結ぶ部位の上に、上昇角度が最大上昇角度βの飛行制限面Ｆを設定する。
　図３に示されるように、操縦支援装置１は、山や建物などの障害物に小型飛行機Ａが衝突することを防止するため、障害物から水平方向にオフセットした飛行制限面Ｆを設定する。図３に、水平方向のオフセット距離Ｌを示す。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの旋回半径に基づいて、図３に示す水平方向のオフセット距離Ｌを設定する。
　図４に、無風時の旋回回避において小型飛行機Ａが取りうる軌跡を示す。図４に示すＴｒ１～Ｔｒ３は、小型飛行機Ａが水平面内で左右いずれかに旋回回避し続けた場合の軌跡である。Ｔｒ１は、小型飛行機Ａが左回りのみで旋回回避した場合の軌跡である。図４に示すＴｒ２は、小型飛行機Ａが右回りで旋回回避を開始した直後に、左回りの旋回に切り替えた場合の軌跡である。図４に示すＴｒ３は、小型飛行機Ａが右回りで旋回回避を開始した後、Ｔｒ２より遅いタイミングで左回りの旋回に切り替えた場合の軌跡である。Ｔｒ３は、小型飛行機Ａが右回りから左周りに旋回回避し続けた場合において、最も前方に突出する軌跡を示している。
　図４に示すＲは、小型飛行機Ａの旋回半径である。旋回半径Ｒは、小型飛行機Ａの速度によって変化する。図４に示されるように、Ｔｒ１の旋回回避を完了するには、小型飛行機Ａの左側に旋回半径Ｒの２倍の余裕が必要になる。一方、Ｔｒ３の旋回回避を完了するには、小型飛行機Ａの前方に旋回半径Ｒの（１＋√３）倍の余裕が必要になる。図４に、
小型飛行機Ａが左回りのみ、或いは右回りから左周りに旋回回避し続けた場合において、旋回回避の完了に必要な余裕Ｔｕを示す。このＴｕは、点Ｃを中心とした円弧として表される。点Ｃの位置は、例えば小型飛行機Ａの速度や旋回半径などから求めることができる。
　図５に、小型飛行機Ａの速度と縦加速度との関係を示す飛行包絡線図を示す。図５に示す速度は、対気速度である。小型飛行機Ａの旋回能力が最大となる時は、図５に示す飛行包絡線内において最も低い速度で最も高い縦加速度を出した時である。この時に、小型飛行機Ａは、最も小さい旋回半径で障害物を回避することができる。このような旋回回避を実現できる小型飛行機Ａの速度をＶＡとして示す。ＶＡは、いわゆるマニューバリングスピードである。図５に示されるように、小型飛行機Ａの速度がＶＡと比べて遅すぎると、揚力限界に至って失速する。また、小型飛行機Ａの速度がＶＡと比べて速すぎたり、縦加速度を上げ過ぎたりすると、機体の構造限界に至って機体に過剰な負荷がかかる。
　操縦支援装置１は、図４及び図５に示すような小型飛行機Ａの旋回半径に基づいて、図３に示す水平方向のオフセット距離Ｌを設定する。また、操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの旋回半径の他、地形情報における障害物位置の誤差、小型飛行機Ａの位置情報の誤差、小型飛行機Ａの運動状態情報の誤差、及び風の影響などに基づいて、水平方向のオフセット距離Ｌを設定する。
　図２及び図３に示されるように、操縦支援装置１は、山や建物などの障害物に小型飛行機Ａが衝突することを防止するため、障害物から水平方向でオフセット距離Ｌ以上、垂直方向でオフセット距離Ｈ以上離間した飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、地形に沿って設定された飛行制限面Ｆと地表との間の空域を飛行制限エリアＷとして設定する。
　また、操縦支援装置１は、地形に沿って設定された飛行制限面Ｆ以上で小型飛行機Ａが釣り合い状態になるように操縦支援を行う。釣り合い状態とは、小型飛行機Ａに作用する空気力や推進力などをすべて釣り合わせることで操縦力をゼロにした状態である。このとき、地形に沿って設定された飛行制限面Ｆは、釣り合い状態を作るための基準面となる。
　また、操縦支援装置１は、雷雲などの気象障害を検出した場合には、気象障害を回避するように飛行制限面Ｆを設定する。この場合、飛行制限面Ｆは、例えば小型飛行機Ａと気象障害との間を遮断する垂直な面として設定される。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａから見て飛行制限面Ｆの外側の空域を飛行制限エリアＷとして設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが気象障害を回避するための飛行制限エリアＷに進入しないように操縦支援を行う。
　また、操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが空港近傍に位置していると判定した場合には、空港ごとに予め定められた航空経路に小型飛行機Ａを誘導するように飛行制限面Ｆを設定する。具体的には、操縦支援装置１は、飛行制限面Ｆのうち空港の滑走路の進入方向に対応する部位のみが地面に向かって傾くように飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、空港の滑走路の進入方向に対応する部位以外の飛行制限面Ｆついては高度を下げない。操縦支援装置１は、空港の法規や機体性能から決定される所定の経路角で小型飛行機Ａが滑走路に進入するように飛行制限面Ｆの勾配を設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが飛行制限面Ｆに沿って釣り合い状態を維持しながら滑走路に進入できるように操縦支援を行う。
　また、操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが管制空域境界の近傍に位置していると判定した場合には、管制空域境界に飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａから見て飛行制限面Ｆの外側の管理空域を飛行制限エリアＷとして設定する。操縦支援装置１は、管制から小型飛行機Ａが管制空域境界の通行許可を得たと判定した場合、管制空域境界の飛行制限面Ｆを解除する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが管制空域境界を通過したと判定した場合、再び管制空域境界に飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが誤った管制空域に進入しないために、管制空域境界に飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが管制空域に対して設定された飛行制限エリアＷに進入しないように操縦支援を行う。
　図６は、小型飛行機Ａの残存航続距離に応じて設定される飛行制限エリアＷを示す図である。図６に示されるように、操縦支援装置１は、小型飛行機Ａを残存航続距離Ｒｅ内で空港に到着させるため、小型飛行機Ａ及び空港Ｑの位置関係と小型飛行機Ａの残存航続距離とに基づいて飛行制限面Ｆを設定する。なお、残存航続距離Ｒｅとは、小型飛行機Ａが残りの燃料で到達可能な距離である。残存航続距離Ｒｅは、燃料の残量や機体性能から求められる。
　図６に、小型飛行機Ａの到達可能面Ｎを示す。到達可能面Ｎとは、小型飛行機Ａが空港に向かわずに燃料を全て使い切って飛行した場合に到達可能な限界を示す面である。なお、図６においては、理解を容易にするため小型飛行機Ａの全方位について残存航続距離Ｒｅは一定とする。すなわち、小型飛行機Ａの旋回による残存航続距離Ｒｅへの影響はないものとする。また、小型飛行機Ａの周囲の地形は平坦であり、風はない状態とする。この場合、到達可能面Ｎは、平面上で残存航続距離Ｒｅを半径とした円として表される。
　また、図６に、小型飛行機Ａの空港Ｑに対する航続限界面Ｍを示す。航続限界面Ｍとは、小型飛行機Ａが残存航続距離Ｒｅ内に空港Ｑに着陸可能な空域の基準となる面である。航続限界面Ｍの内側は、小型飛行機Ａが残存航続距離Ｒｅ内に空港Ｑに着陸可能な空域となる。また、航続限界面Ｍの外側は、小型飛行機Ａが残存航続距離Ｒｅ内に空港Ｑに着陸不能な空域となる。
　図６において航続限界面Ｍは、小型飛行機Ａからの距離と空港Ｑからの距離との和が残存航続距離Ｒｅに等しい点の集合体として表される。すなわち、航続限界面Ｍは、平面上で小型飛行機Ａ及び空港Ｑを焦点とする楕円として表される。図６に示すＲｔ１～Ｒｔ３は、小型飛行機Ａが燃料の残量を使い切って空港Ｑに到達する経路である。Ｒｔ１～Ｒｔ３は、航続限界面Ｍの内側に形成されることになる。Ｒｔ１～Ｒｔ３の長さは残存航続距離Ｒｅに等しくなる。
　操縦支援装置１は、小型飛行機Ａ及び空港Ｑの位置関係と小型飛行機Ａの残存航続距離とに基づいて、航続限界面Ｍを計算する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの旋回による残存航続距離Ｒｅへの影響や風や地形による影響を考慮して、航続限界面Ｍを計算する。操縦支援装置１は、計算した航続限界面Ｍを飛行制限面Ｆとして設定する。操縦支援装置１は、余裕を持たせるため航続限界面Ｍより内側に飛行制限面Ｆを設定しても良い。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａから見て飛行制限面Ｆの外側の空域を飛行制限エリアＷとして設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷに進入しないように操縦支援を行う。
　また、操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの推進装置が故障したと判定した場合、小型飛行機Ａの高度、滑空比、運動状態量、及び周囲の地形に基づいて滑空可能範囲を計算する。滑空可能範囲とは、小型飛行機Ａが現在の位置から滑空で到達可能な範囲である。小型飛行機Ａは、推進装置が故障した場合であっても、滑空可能範囲内の地点であれば滑空で到達できる。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａを滑空可能範囲内の不時着可能地点Ｐへと誘導するように飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、緊急時であるため、常に小型飛行機Ａよりも下の位置に飛行制限面Ｆを設定する。
　例えば、操縦支援装置１は、飛行制限面Ｆのうち不時着可能地点Ｐへ向かう方向に対応する部位のみが地面に向かって傾くように飛行制限面Ｆを設定する。この場合、操縦支援装置１は、不時着可能地点Ｐへ向かう方向に対応する部位以外の飛行制限面Ｆついては高度を下げない。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの機体性能などから決定される所定の経路角で小型飛行機Ａが不時着可能地点Ｐに不時着するように飛行制限面Ｆの勾配を設定する。操縦支援装置１は、可能な限り、小型飛行機Ａが飛行制限面Ｆに沿って釣り合い状態を維持しながら不時着可能地点Ｐに到達できるように操縦支援を行う。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａから見て飛行制限面Ｆの外側の空域を飛行制限エリアＷとして設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷに進入しないように操縦支援を行う。
　以下、本実施形態に係る操縦支援装置１の構成について説明する。
　図１に示されるように、本実施形態に係る操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの統括的な制御を行うコントローラ２を備えている。コントローラ２は、ＣＰＵ[Central　Processing　Unit]、ＲＯＭ[Read　Only　Memory]、ＲＡＭ[Random　Access　Memory]などを有する電子制御ユニットである。
　コントローラ２は、ＧＰＳ［Global　Positioning　System］受信部３、慣性航法装置４、対気速度計５、推進力検出部６、迎角センサ７、及び横滑り角センサ８と電気的に接続されている。また、コントローラ２は、気象レーダ９、燃料量検出部１０、地形情報データベース１１、推進装置検出部１２、ＭＦＤ［Multi　Function　Display］１３、及び操舵アクチュエータ１４と電気的に接続されている。
　ＧＰＳ受信部３は、複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信することで、小型飛行機Ａの現在の位置を検出する。ＧＰＳ受信部３は、検出した小型飛行機Ａの現在の位置情報をコントローラ２に送信する。
　慣性航法装置４は、小型飛行機Ａの速度、加速度、及び進行方向などを検出する。慣性航法装置４は、ジャイロスコープや加速度計、及び演算装置などから構成されている。慣性航法装置４は、検出した速度などの飛行情報をコントローラ２に送信する。
　対気速度計５は、小型飛行機Ａと周囲の空気との相対的な速度である対気速度を検出する。対気速度計５は、検出した対気速度に関する対気速度情報をコントローラ２に送信する。推進力検出部６は、小型飛行機Ａの推進部に接続され、小型飛行機Ａの推進力を検出する。推進力検出部６は、検出した推進力に関する推進力情報をコントローラ２に送信する。
　迎角センサ７は、小型飛行機Ａの姿勢から迎角を検出する。迎角センサ７は、検出した迎角に関する迎角情報をコントローラ２に送信する。横滑り角センサ８は、小型飛行機Ａの横滑り角を検出する。横滑り角センサ８は、検出した横滑り角に関する横滑り角情報をコントローラ２に送信する。
　気象レーダ９は、小型飛行機Ａの周辺の気象状態を検出する。気象レーダ９は、雨雲や雷雲の有無、風の向きや強さなどの気象状態を検出する。気象レーダ９は、検出した気象状態に関する気象情報をコントローラ２に送信する。燃料量検出部１０は、小型飛行機Ａの燃料タンク内の燃料量を検出する。燃料量検出部１０は、検出した燃料量に関する燃料量情報をコントローラ２に送信する。
　地形情報データベース１１は、地形に関する地形情報を記憶するデータベースである。地形情報には、建物も含めた地形の起伏に関する情報が含まれる。また、地形情報には、小型飛行機Ａが不時着可能な不時着可能地点Ｐに関する情報も含まれる（図２参照）。また、地形情報には、空港Ｑの位置に関する空港位置情報も含まれる（図６参照）。地形情報データベース１１は、コントローラ２からの要求に応じて、地形情報をコントローラ２に送信する。
　推進装置検出部１２は、エンジンなどの小型飛行機Ａの推進装置の状態を検出する。推進装置検出部１２は、小型飛行機Ａの推進装置の状態に関する推進装置状態情報をコントローラ２に送信する。
　ＭＦＤ１３は、小型飛行機Ａの操縦席に設けられ、操縦者に対して映像情報を表示する。操縦者は、ＭＦＤ１３に設けられたボタンを操作することで、映像の内容を切り替えることができる。ＭＦＤ１３は、コントローラ２からの映像信号に応じて映像情報を操縦者に表示する。
　操舵アクチュエータ１４は、操縦桿などの操縦部及びエレベータやラダーなどの操舵面と機械的に接続されている。操舵アクチュエータ１４は、操縦者による操縦部の操作を操舵面に反映する。また、操舵アクチュエータ１４は、コントローラ２からの反力制御信号に応じて、操縦部の操舵反力を制御する。また、操舵アクチュエータ１４は、コントローラ２からの操舵制御信号に応じて、エレベータやラダーなどの操舵面を制御する。
　コントローラ２は、推進装置故障判定部２１、位置情報取得部２２、機体情報取得部２３、地形情報取得部２４、及び滑空面計算部２５を有している。また、コントローラ２は、飛行制限エリア設定部２６、航続限界面計算部２７、滑空可能範囲計算部２８、及び操縦支援部２９を有している。
　推進装置故障判定部２１は、推進装置検出部１２の推進装置状態情報に基づいて、小型飛行機Ａの推進装置の故障の判定を行う。推進装置故障判定部２１は、請求の範囲に記載した推進装置故障判定ユニットとして機能する。
　位置情報取得部２２は、ＧＰＳ受信部３の位置情報及び慣性航法装置４の飛行情報に基づいて、小型飛行機Ａの現在の緯度、経度、及び高度に関する現在位置情報を取得する。位置情報取得部２２は、請求の範囲に記載した位置情報取得ユニットとして機能する。
　機体情報取得部２３は、小型飛行機Ａの基本性能情報を予め記憶している。基本性能情報には、小型飛行機Ａの滑空比、航続距離、最大推力、空力特性、重量などの所定のデータ値と、最大上昇率、最小旋回半径、燃費などの機体状態により変化するデータのベースとなる値とが含まれる。
　機体情報取得部２３は、記憶している基本性能情報と、各種機器３～１０から送信された位置情報、飛行情報、対気速度情報、推進力情報、迎角情報、横滑り角情報、及び燃料量情報とに基づいて、小型飛行機Ａの機体情報を取得する。機体情報には、小型飛行機Ａの滑空比情報、現在の最大上昇率情報、現在の旋回半径情報などが含まれる。また、機体情報には、現在の小型飛行機Ａの運動量情報及び進行方向情報が含まれる。さらに、機体情報には、小型飛行機Ａが残りの燃料で到達可能な距離に関する現在の残存航続距離情報が含まれる。機体情報取得部２３は、基本性能情報、位置情報、及び飛行情報に基づいて、現在の最大上昇率情報や旋回半径情報を計算する。機体情報取得部２３は、基本性能情報及び燃料量情報に基づいて、残存航続距離情報を計算する。機体情報取得部２３は、請求の範囲に記載した機体情報取得ユニットとして機能する。
　地形情報取得部２４は、位置情報取得部２２が現在位置情報を取得した場合、小型飛行機Ａの周囲の地形に関する地形情報を地形情報データベース１１に要求する。地形情報取得部２４は、地形情報データベース１１から送信された地形情報を取得する。地形情報取得部２４は、取得した地形情報に基づいて、小型飛行機Ａの周辺に存在する不時着可能地点Ｐを認識する（図２参照）。地形情報取得部２４は、請求の範囲に記載した地形情報取得ユニットとして機能する。
　滑空面計算部２５は、各管制空域の法定最低高度Ｈを記憶している。図２に示されるように、滑空面計算部２５は、地形情報取得部２４の地形情報に基づいて、地表から法定最低高度Ｈの高さに法定最低高度面Ｊを設定する。
　また、滑空面計算部２５は、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる滑空比情報と地形情報とに基づいて、不時着可能地点Ｐに対する滑空面Ｋを計算する。滑空面計算部２５は、地形情報取得部２４の認識した不時着可能地点Ｐごとに滑空面Ｋを計算する。滑空面計算部２５は、請求の範囲に記載した滑空面計算ユニットとして機能する。
　飛行制限エリア設定部２６は、図２及び図３に示されるように、滑空面Ｋ及び法定最低高度面Ｊのうち高度の高い部位を基準として、飛行制限面Ｆを設定する。
　また、飛行制限エリア設定部２６は、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる最大上昇率情報に基づいて、小型飛行機Ａの最大上昇角度βを計算する。飛行制限エリア設定部２６は、飛行制限面Ｆに沿った小型飛行機Ａの飛行を可能にするため、飛行制限面Ｆの上昇角度が小型飛行機Ａの最大上昇角度βを超えないように、飛行制限面Ｆを設定する。
　飛行制限エリア設定部２６は、山や建物などの障害物に小型飛行機Ａが衝突することを防止するため、障害物から水平方向にオフセットした飛行制限面Ｆを設定する。飛行制限エリア設定部２６は、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる現在の旋回半径情報に基づいて、障害物からの水平方向のオフセット距離Ｌを計算する（図４参照）。
　飛行制限エリア設定部２６は、地形情報における障害物位置の誤差、小型飛行機Ａの位置情報の誤差、小型飛行機Ａの運動状態情報の誤差などの範囲を予め記憶している。また、飛行制限エリア設定部２６は、気象レーダ９の気象情報に基づいて、小型飛行機Ａの周囲の風の影響を認識する。飛行制限エリア設定部２６は、現在の旋回半径情報の他、地形情報における障害物位置の誤差、小型飛行機Ａの位置情報の誤差、小型飛行機Ａの運動状態情報の誤差、及び風の影響などに基づいて水平方向のオフセット距離Ｌを設定する。飛行制限エリア設定部２６は、障害物から水平方向でオフセット距離Ｌ以上離間した飛行制限面Ｆを設定する。
　また、飛行制限エリア設定部２６は、気象レーダ９の気象情報に基づいて、雷雲などの気象障害が存在するか否かを判定する。飛行制限エリア設定部２６は、気象障害が存在すると判定した場合には、気象障害に対応する飛行制限面Ｆを設定する。
　また、飛行制限エリア設定部２６は、位置情報取得部２２の取得した現在位置情報と地形情報取得部２４の地形情報に含まれる空港位置情報とに基づいて、小型飛行機Ａが空港近傍に位置しているか否かを判定する。飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａが空港近傍に位置していると判定した場合、予め定められた航空経路に小型飛行機Ａを誘導するように航空経路に対応する飛行制限面Ｆを設定する。
　また、飛行制限エリア設定部２６は、管制空域に関する管制空域情報を予め記憶している。飛行制限エリア設定部２６は、記憶している管制空域情報と位置情報取得部２２の現在位置情報とに基づいて、小型飛行機Ａが管制空域境界の近傍に位置しているか否かを判定する。飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａが管制空域境界の近傍に位置していると判定した場合、管制空域境界に対応する飛行制限面Ｆを設定する。
　飛行制限エリア設定部２６は、操縦者による通行許可ボタンの入力によって、管制から小型飛行機Ａが管制空域境界の通行許可を得たと判定する。なお、飛行制限エリア設定部２６は、管制から送られる音声を認識することにより、通行許可を得たとの判定を行っても良い。また、飛行制限エリア設定部２６は、通行許可が電子データとして送信される場合、通行許可の電子データの受信により通行許可を得たとの判定を行っても良い。
　飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａが管制から管制空域境界の通行許可を得たと判定した場合、管制空域境界の飛行制限面Ｆを解除する。飛行制限エリア設定部２６は、位置情報取得部２２の現在位置情報に基づいて、小型飛行機Ａが管制空域境界を通過したと判定した場合、再び管制空域境界に飛行制限面Ｆを設定する。
　航続限界面計算部２７は、図６に示されるように、位置情報取得部２２の現在位置情報、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる残存航続距離情報、及び地形情報取得部２４の地形情報に含まれる空港位置情報に基づいて、航続限界面Ｍを計算する。また、航続限界面計算部２７は、慣性航法装置４の飛行情報に含まれる進行方向情報や気象レーダ９の気象情報に基づいて、小型飛行機Ａの方向転換による残存航続距離Ｒｅへの影響や風や地形による影響を考慮して、航続限界面Ｍを計算する。航続限界面計算部２７は、請求の範囲に記載した航続限界面計算ユニットとして機能する。飛行制限エリア設定部２６は、航続限界面計算部２７の計算した航続限界面Ｍに対応する飛行制限面Ｆを設定する。
　滑空可能範囲計算部２８は、推進装置故障判定部２１が小型飛行機Ａの推進装置が故障したと判定した場合、位置情報取得部２２の現在位置情報に含まれる高度情報、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる滑空比情報及び運動量状態情報、地形情報取得部２４の地形情報に基づいて、小型飛行機Ａが滑空で到達可能な滑空可能範囲を計算する。滑空可能範囲計算部２８は、請求の範囲に記載した滑空可能範囲計算ユニットとして機能する。
　飛行制限エリア設定部２６は、滑空可能範囲計算部２８が滑空可能範囲を計算した場合、滑空可能範囲計算部２８が計算した滑空可能範囲、位置情報取得部２２の現在位置情報、機体情報取得部２３の機体情報、地形情報取得部２４の取得した不時着可能地点情報に基づいて、滑空可能範囲内の不時着可能地点Ｐの中から最良不時着可能地点を決定する。最良不時着可能地点とは、不時着時に小型飛行機Ａが受ける衝撃が最も小さくなる地点である。飛行制限エリア設定部２６は、最良不時着可能地点に小型飛行機Ａを誘導するように飛行制限面Ｆを設定する。飛行制限エリア設定部２６は、既に飛行制限面Ｆが設定されている場合、小型飛行機Ａの安全を優先させるため、設定済みの飛行制限面Ｆを滑空可能範囲に対応する新たな飛行制限面Ｆと置き換える。
　飛行制限エリア設定部２６は、各々の飛行制限面Ｆについて飛行制限エリアＷを設定する。飛行制限エリア設定部２６は、地形に沿って設定された飛行制限面Ｆと地表との間の空域を飛行制限エリアＷとして設定する。すなわち、飛行制限エリア設定部２６は、地形に沿って飛行制限エリアＷを設定する。また、飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａから見て飛行制限面Ｆの外側の空域を飛行制限エリアＷとして設定する。飛行制限エリア設定部２６は、請求の範囲に記載した飛行制限エリア設定ユニットとして機能する。
　操縦支援部２９は、飛行制限エリア設定部２６の設定した飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａの操縦支援を行う。操縦支援装置１は、地形に沿って設定された飛行制限エリアＷ上で小型飛行機Ａが釣り合い状態になるように操縦支援を行う。また、操縦支援部２９は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷに進入しないように操縦支援を行う。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷに進入した場合には、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷの外に戻るように操縦支援を行う。
　具体的には、操縦支援部２９は、位置情報取得部２２の現在位置情報及び飛行制限エリア設定部２６の飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷの外にいるか否かを判定する。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷの外にいると判定した場合、慣性航法装置４の飛行情報に含まれる進行方向情報に基づいて、小型飛行機Ａの経路上に飛行制限エリアＷが存在するか否かを判定する。
　操縦支援部２９は、小型飛行機Ａの経路上に飛行制限エリアＷが存在すると判定した場合、手動操縦により飛行制限エリアＷを回避できる距離である手動回避可能距離を計算する。具体的には、操縦支援部２９は、位置情報取得部２２の現在位置情報、機体情報取得部２３の基本性能情報、及び飛行制限エリア設定部２６の飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷ外に向かう経路に変更するために必要な機体姿勢角及び推進力の変更量を計算する。操縦支援部２９は、機体姿勢角及び推進力の変更量に基づいて、機体姿勢変化に必要な操舵角を計算する。操縦支援部２９は、計算した操舵角と操舵アクチュエータ１４の応答性から操舵に必要な時間を計算する。操縦支援部２９は、操舵に必要な時間と対気速度計５の対気速度情報とに基づいて、手動操縦により飛行制限エリアＷを回避できる手動回避可能距離を計算する。
　操縦支援部２９は、計算した手動回避可能距離、位置情報取得部２２の現在位置情報、及び飛行制限エリア設定部２６の飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａと経路上の飛行制限エリアＷとの距離が手動回避可能距離以下であるか否かを判定する。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａと経路上の飛行制限エリアＷとの距離が手動回避可能距離以下であると判定した場合、操舵制御が必要であると判断する。操縦支援部２９は、操舵制御が必要であると判断した場合、計算した操舵角に応じた操舵制御信号を操舵アクチュエータ１４に送信する。操舵アクチュエータ１４は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷ外に向かう経路になるように、小型飛行機Ａの操舵面を制御する。
　一方、操縦支援部２９は、小型飛行機Ａが既に飛行制限エリアＷ内にいると判定した場合、操縦者に警告表示するための映像信号をＭＦＤ１３に送信する。また、操縦支援部２９は、操縦者に音声警告を行うための音声信号を操縦室内のスピーカに送信する。ＭＦＤ１３は、操縦者に対して小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷ内に進入していること及び地表や障害物について警告表示する。
　操縦支援部２９は、慣性航法装置４の飛行情報、位置情報取得部２２の現在位置情報、及び飛行制限エリア設定部２６の飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷの外に戻るための操舵制御に関する計算を行う。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａを飛行制限エリアＷの外に戻すための操舵角を計算する。操縦支援部２９は、計算した操舵角に応じた操舵制御信号を操舵アクチュエータ１４に送信する。操舵アクチュエータ１４は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷ外に向かう経路になるように、小型飛行機Ａの操舵面を制御する。
　また、操縦支援部２９は、小型飛行機Ａが地表や障害物に近づく操縦を抑制するために、操舵アクチュエータ１４による操縦部の操縦桿の操舵反力制御を行う。操舵反力制御では、小型飛行機Ａが地表や障害物に近づくように操縦桿を倒す操作に対して、操舵反力が大きくなるように制御される。
　図７に、操舵反力制御における操舵力と操舵角との関係をグラフとして示す。図７では、操縦桿を左右方向に倒す操舵力と操舵角との関係を示す。図７では、小型飛行機Ａの左前方に地表や障害物が存在する場合について説明する。
　図７に示すＦｓ１は、飛行制限エリアＷ外における操舵力と操舵角との関係を示している。Ｆｓ１では、操縦桿を全く操縦していない操舵力が０の状態で、小型飛行機Ａの操舵角も０となっている。操舵力が０の状態が小型飛行機Ａの釣り合い状態となる。グラフの原点（操舵力及び操舵角が０の点）の付近は、操舵力の変化に対して操舵角が反応しない不感帯となっている。Ｆｓ１では、不感帯を除き、操縦桿を左右に倒す操舵力と操舵角とは比例関係にある。
　図７に示すＦｓ２は、飛行制限エリアＷ内における操舵力と操舵角との関係を示している。Ｆｓ２では、小型飛行機Ａを飛行制限エリアＷ外に戻すための操舵制御により、所定の操舵角において操舵力が０の釣り合い状態となる。すなわち、小型飛行機Ａの姿勢は、操縦桿を全く操縦していない状態において、飛行制限エリアＷ外に向かって所定の角度傾けられている。
　このＦｓ２では、操縦桿を左に倒す際に必要な操舵力がＦｓ１より大きくなるように操舵反力制御が行われる。なお、操舵反力制御は、小型飛行機Ａの飛行制限エリアＷへの突入量に応じて操舵反力の大きさを連続変化させる態様であっても良い。このような操舵反力制御を行うことにより、操縦桿を左に倒す操作が地表や障害物に接近する操作であることを操縦者が認識できるので、小型飛行機Ａの安全性の向上を図ることができる。
　次に、上述した操縦支援装置１の処理の流れについて説明する。まず、操縦支援装置１における飛行制限エリア設定及び緊急操縦支援に係る処理の流れについて説明する。
　図８に示されるように、Ｓ１において、推進装置故障判定部２１は、小型飛行機Ａの推進装置が故障しているか正常であるかを判定する推進装置故障判定処理を行う。位置情報取得部２２は、推進装置故障判定部２１が推進装置は正常であると判定した場合、ＧＰＳ受信部３の位置情報及び慣性航法装置４の飛行情報に基づいて、小型飛行機Ａの現在位置情報を取得する位置情報取得処理を行う（Ｓ２）。また、機体情報取得部２３は、記憶している基本性能情報と、各種機器３～１０から送信された位置情報、飛行情報、対気速度情報、推進力情報、迎角情報、横滑り角情報、及び燃料量情報とに基づいて、小型飛行機Ａの機体情報を取得する機体情報取得処理を行う。
　Ｓ３において、地形情報取得部２４は、地形情報データベース１１から地形情報を取得する地形情報取得処理を行う。その後、滑空面計算部２５は、地形情報取得部２４の地形情報に基づいて、地表から法定最低高度Ｈの高さに法定最低高度面Ｊを設定する法定最低高度対応処理を行う（Ｓ４）。その後、滑空面計算部２５は、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる滑空比情報に基づいて、不時着可能地点Ｐに対する滑空面Ｋを計算する滑空面計算処理を行う（Ｓ５）。
　Ｓ６において、飛行制限エリア設定部２６は、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる最大上昇率情報に基づいて、小型飛行機Ａの最大上昇角度βを計算する最大上昇角度計算処理を行う。また、飛行制限エリア設定部２６は、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる現在の旋回半径情報の他、各種測定誤差や風の影響などに基づいて、障害物からの水平方向のオフセット距離Ｌを計算するオフセット計算処理を行う。
　飛行制限エリア設定部２６は、滑空面Ｋ及び法定最低高度面Ｊのうち高度の高い部位を基準として、飛行制限面Ｆを設定する（Ｓ７）。飛行制限エリア設定部２６は、飛行制限面Ｆに沿った小型飛行機Ａの飛行を可能にするため、飛行制限面Ｆの上昇角度が小型飛行機Ａの最大上昇角度βを超えないように、飛行制限面Ｆを設定する。飛行制限エリア設定部２６は、山や建物などの障害物に小型飛行機Ａが衝突することを防止するため、障害物から水平方向でオフセット距離Ｌ以上離間した飛行制限面Ｆを設定する。
　その後、飛行制限エリア設定部２６は、気象レーダ９の気象情報に基づいて、雷雲などの気象障害が存在するか否かを判定する（Ｓ８）。飛行制限エリア設定部２６は、気象障害が存在しないと判定した場合、Ｓ９に移行する。一方、飛行制限エリア設定部２６は、気象障害が存在すると判定した場合には、気象障害に対応する飛行制限面Ｆを設定する気象障害対応処理を行う（Ｓ９）。その後、Ｓ１０に移行する。
　Ｓ１０において、飛行制限エリア設定部２６は、位置情報取得部２２の取得した現在位置情報と地形情報取得部２４の地形情報に含まれる空港位置情報とに基づいて、小型飛行機Ａが空港近傍に位置しているか否かを判定する。飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａが空港近傍に位置していないと判定した場合、Ｓ１２に移行する。一方、飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａが空港近傍に位置していると判定した場合、予め定められた航空経路に小型飛行機Ａを誘導するように航空経路に対応する飛行制限面Ｆを設定する航空経路対応処理を行う（Ｓ１１）。その後、Ｓ１２に移行する。
　Ｓ１２において、飛行制限エリア設定部２６は、記憶している管制空域情報と位置情報取得部２２の現在位置情報とに基づいて、小型飛行機Ａが管制空域境界の近傍に位置しているか否かを判定する。飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａが管制空域境界の近傍に位置していないと判定した場合、Ｓ１４に移行する。一方、飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａが管制空域境界の近傍に位置していると判定した場合、管制空域境界に対応する飛行制限面Ｆを設定する管制空域境界対応処理を行う（Ｓ１３）。
　Ｓ１４において、航続限界面計算部２７は、位置情報取得部２２の現在位置情報、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる残存航続距離情報、及び地形情報取得部２４の地形情報に含まれる空港位置情報に基づいて、航続限界面Ｍを計算する航続限界面計算処理を行う。
　その後、飛行制限エリア設定部２６は、航続限界面計算部２７の計算した航続限界面Ｍに対応する飛行制限面Ｆを設定する航続限界面対応処理を行う（Ｓ１５）。続いて、飛行制限エリア設定部２６は、各々の飛行制限面Ｆについて飛行制限エリアＷを設定する（Ｓ１６）。
　次に、Ｓ１において推進装置故障判定部２１が推進装置は故障していると判定した場合における緊急操縦支援に係る処理の流れについて説明する。
　図９に示されるように、推進装置故障判定部２１が推進装置は故障していると判定した場合、操縦支援部２９は、操縦者に警告するための警告信号をＭＦＤ１３に送信する警告処理を行う（Ｓ１７）。ＭＦＤ１３は、操縦者に対して小型飛行機Ａの推進装置の故障を警告する。
　Ｓ１８において、位置情報取得部２２は、ＧＰＳ受信部３の位置情報及び慣性航法装置４の飛行情報に基づいて、小型飛行機Ａの現在位置情報を取得する位置情報取得処理を行う。また、機体情報取得部２３は、記憶している基本性能情報と、各種機器３～１０から送信された各種情報とに基づいて、小型飛行機Ａの機体情報を取得する機体情報取得処理を行う。Ｓ１９において、地形情報取得部２４は、地形情報データベース１１から地形情報を取得する地形情報取得処理を行う。
　Ｓ２０において、滑空可能範囲計算部２８は、位置情報取得部２２の現在位置情報に含まれる高度情報、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる空力特性情報及び運動量状態情報、地形情報取得部２４の地形情報に基づいて、小型飛行機Ａが滑空で到達可能な滑空可能範囲を計算する。
　その後、飛行制限エリア設定部２６は、滑空可能範囲計算部２８の計算した滑空可能範囲、位置情報取得部２２の現在位置情報、機体情報取得部２３の機体情報、地形情報取得部２４の取得した不時着可能地点情報に基づいて、滑空可能範囲内の不時着可能地点Ｐの中から最良不時着可能地点を決定する最良不時着可能地点決定処理を行う（Ｓ２１）。
　続いて、飛行制限エリア設定部２６は、最良不時着可能地点に小型飛行機Ａを誘導するように飛行制限面Ｆを設定する飛行制限面設定処理を行う（Ｓ２２）。飛行制限エリア設定部２６は、既に飛行制限面Ｆが設定されている場合、小型飛行機Ａの安全を優先させるため、設定済みの飛行制限面Ｆを滑空可能範囲に対応する新たな飛行制限面Ｆと置き換える。飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａから見て飛行制限面Ｆの外側の空域を飛行制限エリアＷとして設定する飛行制限エリア設定処理を行う（Ｓ２３）。
　Ｓ２４において、操縦支援部２９は、飛行制限エリアＷに沿った小型飛行機Ａの操縦支援を行うため、操舵制御信号を操舵アクチュエータ１４に送信する操舵制御処理を行う。具体的には、操縦支援部２９は、飛行制限エリアＷ上を維持する経路角及びロール角の変更量を計算する。次に、操縦支援部２９は、経路角及びロール角の変更補正に必要な操舵角を計算する。続いて、操縦支援部２９は、計算した操舵角に対応した操舵量を計算する。操縦支援部２９は、緊急時であるため、計算した操舵量に必要な操舵力を最大限の追加分と通常の空気反力の和として求め、操舵制御信号として操舵アクチュエータ１４に送信する。操舵アクチュエータ１４は、操舵制御信号に応じて操舵面を制御する。操舵アクチュエータ１４は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷに沿って最良不時着可能地点に誘導されるように操舵面を制御する。
　続いて、操縦支援装置１における通常時の操縦支援に係る処理の流れについて説明する。
　図１０に示されるように、Ｓ３１において、位置情報取得部２２は、ＧＰＳ受信部３の位置情報及び慣性航法装置４の飛行情報に基づいて、小型飛行機Ａの現在位置情報を取得する位置情報取得処理を行う。また、機体情報取得部２３は、記憶している基本性能情報と、各種機器３～１０から送信された各種情報とに基づいて、小型飛行機Ａの機体情報を取得する機体情報取得処理を行う。
　次に、操縦支援部２９は、位置情報取得部２２の現在位置情報及び飛行制限エリア設定部２６の飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷの外にいるか否かを判定する（Ｓ３２）。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷの外にいると判定した場合、慣性航法装置４の進行方向情報に基づいて、小型飛行機Ａの経路上に飛行制限エリアＷが存在するか否かを判定する（Ｓ２３）。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａの経路上に飛行制限エリアＷが存在しないと判断した場合、処理を終了する。
　操縦支援部２９は、小型飛行機Ａの経路上に飛行制限エリアＷが存在すると判定した場合、手動回避可能距離を計算する手動回避可能距離計算処理を行う（Ｓ３４）。その後、操縦支援部２９は、計算した手動回避可能距離、位置情報取得部２２の現在位置情報、及び飛行制限エリア設定部２６の飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａと経路上の飛行制限エリアＷとの距離が手動回避可能距離以下であるか否かを判定する（Ｓ３５）。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａと経路上の飛行制限エリアＷとの距離が手動回避可能距離以下ではないと判断した場合、処理を終了する。
　操縦支援部２９は、小型飛行機Ａと経路上の飛行制限エリアＷとの距離が手動回避可能距離以下であると判定した場合、操舵制御信号を操舵アクチュエータ１４に送信する操舵制御処理を行う（Ｓ３６）。操舵アクチュエータ１４は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷ外に向かう経路になるように、小型飛行機Ａの操舵面を制御する。
　一方、Ｓ３２において、小型飛行機Ａが既に飛行制限エリアＷ内にいると判定した場合、操縦支援部２９は、操縦者に警告するための警告信号をＭＦＤ１３に送信する警告処理を行う。ＭＦＤ１３は、操縦者に対して小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷ内に進入していること及び地表や障害物について警告する。
　その後、操縦支援部２９は、慣性航法装置４の飛行情報、位置情報取得部２２の現在位置情報、及び飛行制限エリア設定部２６の飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷの外に戻るための操舵制御に関する計算を行う位置復帰計算処理を行う（Ｓ３８）。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａを飛行制限エリアＷの外に戻すための操舵角を計算する。
　Ｓ３９において、操縦支援部２９は、計算した操舵角に応じた操舵制御信号を操舵アクチュエータ１４に送信する操舵制御処理を行う。また、操縦支援部２９は、小型飛行機Ａが地表や障害物に近づく操縦を抑制するために、操舵アクチュエータ１４による操縦部の操縦桿の操舵反力制御を行う。
　続いて、本実施形態に係る操縦支援装置１の作用効果について説明する。
　上述した操縦支援装置１によれば、地形に沿って設定された飛行制限エリアＷに基づいて小型飛行機Ａの操縦を支援することにより、小型飛行機Ａの地表への意図しない接近を適切に抑制することができるので、小型飛行機Ａの安全性の向上を図ることができる。更に、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａの機体情報に基づいて飛行制限エリアＷを設定することで、小型飛行機Ａの運動性能などに応じた無理のない操縦で回避できる飛行制限エリアＷの設定が可能になる。しかも、この操縦支援装置１によれば、地形に沿って飛行制限エリアＷを設定することで、不必要な航路の限定を避けることができるので、小型飛行機Ａの操縦者による航路選択の自由度を十分に確保することができる。従って、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａの安全性向上を図りつつ、航路選択の自由度を十分に確保することができる。
　また、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａが不時着可能地点Ｐに滑空で到達可能な高度の基準となる滑空面Ｋ上に飛行制限エリアＷを設定することで、飛行中に動力が故障した場合であっても滑空で不時着可能地点Ｐに到達できる高度を飛行するように操縦支援を行うことが可能になる。従って、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａの安全性の向上を図ることができる。
　更に、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａの最大上昇率情報に基づいて飛行制限エリアＷを設定することで、小型飛行機Ａの上昇性能に応じた無理のない操縦で回避できるように飛行制限エリアＷを設定することが可能になる。このことは、小型飛行機Ａの安定性及び乗り心地向上に寄与する。
　また、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａの位置情報、空港位置情報、及び残存航続距離情報に基づいて、小型飛行機Ａが残存航続距離Ｒｅ内で空港Ｑに着陸可能な空域の基準となる航続限界面Ｍを計算することができる。このため、この操縦支援装置１によれば、航続限界面Ｍに基づいて飛行制限エリアＷを設定することで、小型飛行機Ａが空港Ｑに戻れない空域まで進入することを避けることができる。
　また、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷ内に進入した場合に、小型飛行機Ａを飛行制限エリアＷ外に戻す操縦制御を行うことで、操縦者が飛行制限エリアＷ内に進入したことに気づいていない場合であっても、小型飛行機Ａの安全性を確保することができる。
　また、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａの推進装置が故障した際に、小型飛行機Ａが滑空のみで到達可能な滑空可能範囲を計算し、小型飛行機Ａを滑空可能範囲内の最良不時着可能地点に誘導するように飛行制限エリアＷを設定することで、小型飛行機Ａの不時着の成功確率を高めることができる。従って、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａの安全性の向上を図ることができる。
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
　例えば、本発明は、小型飛行機以外の飛行体に対しても適用することができる。また、飛行制限エリアＷは、滑空面Ｋ、最大上昇角度β、気象障害などの全ての項目について設定する必要はなく、任意の項目についてのみ飛行制限エリアＷの設定を行う態様であっても良い。
　また、上述の実施形態では、航路の決まっていない遊覧飛行の場合について説明したが、本発明は航路が決まっている場合についても好適に適用できる。飛行体の航路が決まっている場合には、操縦支援装置は、燃費効率が最適となる高度に飛行制限面Ｆを設定視手も良い。この場合、操縦支援装置は、まず操縦者のナビゲーションシステムへの入力や所定の航空経路に沿った飛行状況から所定の航路が決まっているか否かを判定する。操縦支援装置は、所定の航路が決まっていると判定した場合、一般的に飛行体の高度が高いほど航続距離が伸びて燃費が向上することから、飛行体が燃費効率の最適な高度を飛行するように飛行制限面Ｆを設定する。この操縦支援装置によれば、飛行体の燃費効率の向上を図ることができる。さらに、この操縦支援装置によれば、飛行制限面Ｆに沿って飛行体が高い高度を飛行するため、動力が故障した場合に滑空で到達可能な範囲を広げることができる。その結果、飛行体が滑空で不時着可能地点Ｐに到達できる可能性が高くなるので、緊急時の対応を容易にすることができる。
　また、本発明に係る操縦支援装置は、必ずしも飛行体に搭載する必要はない。例えば地上の情報センターに設けられている態様であっても良い。この場合、情報センターは、飛行体から無線送信された位置情報や予め入力された飛行体の飛行空域に基づいて、飛行制限エリアＷの設定を行う。情報センターは、飛行制限エリアＷに関する情報を飛行体に送信する。情報センターは、飛行体に対する操縦支援として飛行制限エリアＷに基づく情報支援を行う。このような情報支援としては、飛行制限エリアＷに対応する操舵プログラム情報の送信などがある。
　本発明は、飛行体の操縦を支援する操縦支援装置に利用可能である。
　１…操縦支援装置　２…コントローラ　３…ＧＰＳ受信部　４…慣性航法装置　５…対気速度計　６…推進力検出部　７…迎角センサ　８…横滑り角センサ　９…気象レーダ　１０…燃料量検出部　１１…地形情報データベース　１２…推進装置検出部　１３…ＭＦＤ　１４…操舵アクチュエータ　２１…推進装置故障判定部（推進装置故障判定ユニット）　２２…位置情報取得部（位置情報取得ユニット）　２３…機体情報取得部（機体情報取得ユニット）　２４…地形情報取得部（地形情報取得ユニット）　２５…滑空面計算部（滑空面計算ユニット）　２６…飛行制限エリア設定部（飛行制限エリア設定ユニット）　２７…航続限界面計算部（航続限界面計算ユニット）　２８…滑空可能範囲計算部（滑空可能範囲計算ユニット）　２９…操縦支援部（操縦支援ユニット）　Ａ…小型飛行機　Ｆ…飛行制限面　Ｊ…法定最低高度面　Ｋ…滑空面　Ｍ…航続限界面　Ｐ…不時着可能地点　Ｗ…飛行制限エリア　α…滑空角　β…最大上昇角度

Claims (6)

  1. 　飛行体の操縦を支援する操縦支援装置において、
    　地形情報を取得する地形情報取得ユニットと、
    　前記飛行体の機体情報を取得する機体情報取得ユニットと、
    　前記地形情報取得ユニットの取得した前記地形情報と前記機体情報取得ユニットの取得した前記機体情報とに基づいて、飛行制限エリアを地形に沿って設定する飛行制限エリア設定ユニットと、
    　前記飛行制限エリア設定ユニットの設定した前記飛行制限エリアに基づいて、前記飛行体の操縦を支援する操縦支援ユニットと、
    　を備えることを特徴とする操縦支援装置。
  2. 　前記地形情報には、不時着可能地点に関する不時着可能地点情報が含まれ、
    　前記機体情報には、前記飛行体の滑空比情報が含まれ、
    　前記不時着可能地点情報と前記滑空比情報とに基づいて、前記不時着可能地点に対する滑空面を計算する滑空面計算ユニットを更に備え、
    　前記飛行制限エリア設定ユニットは、前記滑空面計算ユニットの計算した前記滑空面に基づいて、前記飛行制限エリアを設定することを特徴とする請求項１に記載の操縦支援装置。
  3. 　前記飛行体の推進装置の故障を判定する推進装置故障判定ユニットと、
    　前記飛行体の位置情報を取得する位置情報取得ユニットと、
    　前記推進部故障判定ユニットが前記推進部は故障していると判定した場合に、前記飛行体の位置情報と前記滑空比情報とに基づいて、前記飛行体の滑空可能範囲を計算する滑空可能範囲計算ユニットと、を更に備え、
    　前記飛行制限エリア設定ユニットは、前記滑空可能範囲計算ユニットが前記滑空可能範囲を計算した場合、前記滑空可能範囲、前記飛行体の位置情報、及び前記不時着可能地点情報に基づいて、前記滑空可能範囲内の前記不時着可能地点に前記飛行体を誘導するように前記飛行制限エリアを設定することを特徴とする請求項２に記載の操縦支援装置。
  4. 　前記機体情報には、前記飛行体の最大上昇率情報が含まれ、
    　前記飛行制限エリア設定ユニットは、前記最大上昇率情報に基づいて、前記飛行制限エリアを設定することを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の操縦支援装置。
  5. 　前記地形情報には、空港の位置に関する空港位置情報が含まれ、
    　前記機体情報には、前記飛行体の残存航続距離情報が含まれ、
    　前記飛行体の位置情報を取得する位置情報取得ユニットと、
    　前記位置情報取得ユニットの取得した前記飛行体の位置情報と前記空港位置情報と前記残存航続距離情報とに基づいて、前記空港に対する航続限界面を計算する航続限界面計算ユニットと、を更に備え、
    　前記飛行制限エリア設定ユニットは、前記航続限界面計算ユニットの計算した前記航続限界面に基づいて、前記飛行制限エリアを設定することを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の操縦支援装置。
  6. 　前記操縦支援ユニットは、前記飛行体が前記飛行制限エリア内に進入した場合に、前記飛行体を前記飛行制限エリア外に戻す操縦制御を行うことを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の操縦支援装置。
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