WO2013061563A1 - 航空機の散布支援装置及び散布支援方法 - Google Patents

航空機の散布支援装置及び散布支援方法 Download PDF

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WO2013061563A1
WO2013061563A1 PCT/JP2012/006745 JP2012006745W WO2013061563A1 WO 2013061563 A1 WO2013061563 A1 WO 2013061563A1 JP 2012006745 W JP2012006745 W JP 2012006745W WO 2013061563 A1 WO2013061563 A1 WO 2013061563A1
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aircraft
information
spraying
fire
input
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PCT/JP2012/006745
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雄志 郷田
翼 山田
雅俊 有本
眞司 田川
大樹 中家
安達　淳
伊藤　健
浩治 村岡
浩平 舩引
裕一 松尾
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新明和工業株式会社
独立行政法人宇宙航空研究開発機構
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    • A62C—FIRE-FIGHTING
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    • A62C3/02—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places for area conflagrations, e.g. forest fires, subterranean fires
    • A62C3/0228—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places for area conflagrations, e.g. forest fires, subterranean fires with delivery of fire extinguishing material by air or aircraft
    • A62C3/0242—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places for area conflagrations, e.g. forest fires, subterranean fires with delivery of fire extinguishing material by air or aircraft by spraying extinguishants from the aircraft
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D1/00—Dropping, ejecting, releasing, or receiving articles, liquids, or the like, in flight
    • B64D1/16—Dropping or releasing powdered, liquid, or gaseous matter, e.g. for fire-fighting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G9/00—Systems for controlling missiles or projectiles, not provided for elsewhere
    • F41G9/002—Systems for controlling missiles or projectiles, not provided for elsewhere for guiding a craft to a correct firing position
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C23/00—Combined instruments indicating more than one navigational value, e.g. for aircraft; Combined measuring devices for measuring two or more variables of movement, e.g. distance, speed or acceleration

Definitions

  • the technology disclosed here provides efficient support for the spread of sprayed material by providing support information to the pilot who drops the sprayed material when spraying the sprayed material from the aircraft to the target point on the ground surface.
  • the present invention relates to a spraying support device and a spraying support method for aircraft.
  • Patent Document 1 describes a fire fighting helicopter that drops fire extinguishing agents such as water from the air against a wide range of fires such as forest fires and fires that are difficult to discharge from the ground.
  • This firefighting helicopter is equipped with a device that supports the dropping of fire extinguishing agent.
  • the dropping support device has a function of calculating the arrival position of the fire extinguishing agent to be dropped based on the information on the aircraft speed and the aircraft altitude, and displaying the calculated arrival position superimposed on the image captured by the camera. ing. This device makes it easier to hit the digestive agent at the surface fire point.
  • Patent Document 1 calculates the arrival position of the extinguishing agent under the assumption that the extinguishing agent falls freely.
  • fire is extinguished by spraying water or fire extinguisher liquid or foam (hereinafter collectively referred to as “spatter”) in a tank mounted on an aircraft, for example, on a fire point on the ground surface.
  • these sprinkles spread while falling and breaking into small droplets. For this reason, the scattered material dropped from the aircraft spreads over a predetermined range on the ground surface.
  • the inventors of the present application have examined that the higher the altitude at which the sprinkled material is dropped, the wider the spread of the spatter on the ground surface (that is, the spray area), while the density of the sprinkled material on the ground surface. It was found that (that is, the amount of sprinkling per unit length) would decrease. On the other hand, in order to effectively extinguish a fire, the density of the sprayed material exceeds a predetermined value (for example, in the case of water, 1.6 liter / square m or more is required). If the altitude to drop is too high, it will be disadvantageous for effective fire extinguishing.
  • a predetermined value for example, in the case of water, 1.6 liter / square m or more is required.
  • the altitude at which the sprayed material is dropped is low, the density of the sprayed material increases, which is advantageous for extinguishing the fire, but since the sprayed area becomes small, the range that can be extinguished becomes narrow. This means that in order to extinguish the fire, the spraying must be repeated many times, especially for a wide range of fires, which reduces the efficiency of the fire fighting activities.
  • lowering the altitude is also disadvantageous in ensuring aircraft safety.
  • water and other spatters reach the ground surface in a lump, and there is a problem in that the safety on the ground surface is adversely affected.
  • the effective spray density range the drop altitude at which the range that is greater than or equal to the density of spatter that is effective in extinguishing the fire (hereinafter referred to as the effective spray density range) is the maximum. It is most efficient and safe to exist and to perform fire fighting activities according to its altitude. As in the technique described in Patent Document 1, even if only the arrival position of the extinguishing agent is calculated under the assumption that the extinguishing agent is free-falling, the fire extinguishing work can be effectively performed without considering the dropped altitude. Can never be.
  • the technology disclosed herein has been made in view of the above points, and the purpose of the technology is to efficiently and safely spray the scattered material from the aircraft to the target point on the ground surface. Is to support the pilot so that
  • the technology disclosed here is a spraying support that provides support information to a pilot who drops the sprayed material so that the sprayed product is efficiently sprayed when the sprayed material is sprayed from a plane to a target point on the ground surface.
  • a spraying support that provides support information to a pilot who drops the sprayed material so that the sprayed product is efficiently sprayed when the sprayed material is sprayed from a plane to a target point on the ground surface.
  • the dispersion support device is configured to input at least the information on the aircraft speed, body height, and wind speed of the aircraft, and input the scattered matter based on the information input to the input unit.
  • a calculation unit configured to perform calculation related to the arrival position of the ground surface when dropped from the aircraft and the density distribution of the scattered matter on the ground surface, and the arrival position and the density distribution calculated by the calculation unit
  • a display control unit configured to display the support information on the display unit.
  • the type of “aircraft” is not limited as long as it is a machine that flies in the atmosphere such as an airplane or helicopter.
  • “spatter” here refers to liquids, foams, powders, etc., when they are dropped from an aircraft, when they reach the surface of the earth by breaking down and diffusing while they are falling, An object in which a predetermined density distribution occurs over a predetermined range.
  • the spread range increases as the drop altitude increases, while the spread density decreases, and the spread range decreases as the drop altitude decreases.
  • the spray density has the property of increasing.
  • the sprayed material corresponds to, for example, water or a fire extinguishing agent when the spraying support device is used for extinguishing a fire.
  • “to efficiently spread” means to drop the sprayed material so that the range of the desired spraying density is maximized.
  • fire extinguishing for example, water discharge is performed so that the range of spraying density that can effectively extinguish a fire is maximized.
  • the wind speed may include an axis component corresponding to the traveling direction of the aircraft and a cross wind component corresponding to a direction orthogonal to the traveling direction of the aircraft.
  • the calculation unit performs calculation related to the arrival position of the scattered material on the ground surface and the density distribution of the scattered material on the ground surface, as described above, from each input information. In other words, it grasps where and how much of the sprinkle is sprayed when the spatter is dropped.
  • the display control unit displays the support information related to the calculated arrival position and density distribution on the display unit.
  • the support information displayed on the display unit includes not only the position where the spatter is reached but also information related to the density distribution of the spatter that is related to the altitude of the spatter. For this reason, it is implement
  • the sprayed material is water or a fire extinguisher sprayed at a fire point
  • the input unit is further input with positional information of the fire point that is the target point
  • the calculation unit is configured to input each piece of information.
  • the display control unit serves as the support information. It is good also as displaying the information which concerns on the dropping position and dropping height of the said spreading matter on the said display part.
  • the sprinkling range of the spatter that exceeds the effective density for fire extinguishing that is, the effective sprinkling density range
  • the position of the effective spraying density range can be calculated, and conversely, by specifying the position information of the fire point, the sprayed material with a density higher than the effective density for extinguishing the fire for the fire point. It is possible to calculate the dropped position and dropped altitude of the scattered material.
  • the calculation unit calculates the dropping position and the dropping altitude of the scattered material, and the display control unit displays information on the dropping position and the dropping altitude as support information on the display unit.
  • the pilot may maneuver the aircraft so as to reach the drop position and drop height, and drop the spatter at the timing when the aircraft reaches the drop position and drop height.
  • Position information of the aircraft is further input to the input unit, and the display control unit detects, as the support information, a deviation between the aircraft position and height of the aircraft and the calculated drop position and drop height. Such information may be displayed on the display unit in real time.
  • the pilot while watching the information displayed in real time on the display unit, controls the aircraft so that there is no deviation between the aircraft position and height and the calculated drop position and drop height. You will reach the drop altitude.
  • the pilot drops the spatter at the timing when the aircraft reaches the drop position and drop altitude, it is possible to spread the spatter more than the amount effective for extinguishing the fire as far as possible. Thus, it is possible to efficiently extinguish the fire while reducing the burden on the pilot.
  • the calculation unit further calculates a route until the aircraft reaches the drop position and drop height, and the display control unit drops the calculated route information and the scattered matter as the support information.
  • Information on timing may be displayed on the display unit in real time.
  • the display control unit displays the route information on the display unit in real time as support information according to the calculated drop position of the scattered material and the route to the drop altitude.
  • the pilot steers the aircraft to move along the displayed route, so that the aircraft reaches the drop position and drop height.
  • the display unit also displays information related to the timing of dropping the spatter as support information, the pilot drops the spatter according to the information.
  • the spatter is dropped at the drop position and the drop altitude, it is possible to spread more than the amount of spatter that is effective for extinguishing the fire as far as possible. As a result, the fire can be effectively extinguished while reducing the burden on the pilot.
  • the aircraft spraying support device may further include dropping means configured to drop the sprayed material when the aircraft reaches the dropping position and the dropping altitude.
  • the drop means automatically drops the spatter. This makes it possible to accurately spread the spatter on the fire point while greatly reducing the burden on the pilot.
  • the dropping means is not only the condition that the aircraft has reached the dropping position and the dropping altitude, but also the condition that the pilot permits dropping, for example, the condition that the drop switch is turned on.
  • a sprinkle may be dropped. That is, when the aircraft reaches the drop position and the drop altitude with the drop switch turned on, the drop means may drop the spatter.
  • the calculation unit calculates an effective spray density range that is a range that is equal to or greater than the density of the spray effective for extinguishing a fire and its position, and the display control unit displays the spray at the present time as the support information. It is good also as displaying the said effective spraying density range when dropped, and its position on the said display part in real time.
  • the display unit displays the effective spray density range and its position when the sprinkle is dropped at the present time in real time while changing with the movement of the aircraft, so the pilot is based on this information.
  • the sprayed material can be dropped.
  • the boundary line indicating the effective spray density range overlaps the scenery outside the aircraft window. And display it.
  • the pilot may maneuver the aircraft so that the fire point being viewed overlaps the displayed effective spray density range, and drop the spatter at the timing when they overlap each other.
  • the sprinkling more than the quantity effective for fire extinguishing can be sprinkled in the widest possible range of a fire point, and fire extinguishing can be performed efficiently.
  • a display part may not be HMD and HUD, for example, may display the effective spraying density range on a map which shows a fire spot.
  • the calculation unit may perform calculation related to the arrival position of the scattered matter and the density distribution based on the input information and preset table data.
  • the behavior when the spatter is dropped is analyzed in advance using, for example, CFD analysis, and the arrival position of the spatter and the density distribution information based on the analysis data, together with the spattering condition of the spatter, Set as table data.
  • the calculation unit can calculate the arrival position and the density distribution of the scattered material by referring to the table data from each input information.
  • fire point information it is possible to calculate the drop position and drop height of the spatter by referring to the table data.
  • a model formula that models the behavior of the sprayed product when dropped is set, and the calculation unit calculates the arrival position of the sprayed product and the model information from each input information and model formula.
  • the density distribution may be calculated, or the dropped position and dropped altitude of the spatter may be calculated.
  • the technology disclosed herein also provides a scatter that provides support information to a pilot who drops the scatter in order to efficiently scatter the scatter from an aircraft to a target point on the ground surface. It is a support method.
  • this spraying support method at least information on the aircraft speed, aircraft altitude, and wind speed of the aircraft is input, and the arrival of the ground surface when the sprayed material is dropped from the aircraft based on the input information.
  • the calculation relating to the position and the density distribution of the scattered material on the ground surface is performed, and the support information related to the calculated arrival position and the density distribution is displayed on a display unit.
  • the aircraft spraying support device and the spraying support method perform calculations related to the arrival position of the scattered material on the ground surface and the density distribution of the scattered material on the ground surface, and support related to the arrival position and the density distribution.
  • the pilot can drop the scattered material according to the support information displayed on the display unit, and the scattered material can be efficiently dispersed.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a firefighting flying boat.
  • FIG. 2 is a sectional view of a tank mounted on the firefighting flying boat.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing the configuration of the fire extinguishing support apparatus.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a screen displayed on the HMD in the water discharge range display method.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of a water discharge range display method.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a screen displayed on the HMD in the water discharge position display method.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram of the water discharge position display method.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a screen displayed on the HMD in the orbit display method.
  • FIG. 1 shows a firefighting flying boat 1 to which a fire extinguishing support device as a spraying support device is applied.
  • the firefighting flying boat 1 is used for extinguishing fires in a wide range such as forest fires and complex fires from the air, or for pinpoint water discharge from the air in a residential area or the like.
  • the firefighting flying boat 1 is an airplane that can take off and land on land and water.
  • a tank 11 for storing water is provided in the lower part.
  • the fire-flight flying boat 1 is configured to be able to take water into the tank 11 by sliding on the water in, for example, a lake or the sea. In addition, it is also possible to mix a foaming agent (extinguishing agent) with the water of the tank 11.
  • the tank 11 includes two tanks, a front tank 111 and a rear tank 112, which are arranged in the longitudinal direction of the machine body.
  • Each of the tanks 111 and 112 is divided into four chambers as shown in FIG.
  • Openable and closable doors 113 are individually provided at the lower portions of the respective chambers in the tanks 111 and 112.
  • some doors 113 are shown in a closed state, and some doors 113 are shown in an opened state.
  • the fire-flight flying boat 1 drops liquids or foams such as water and extinguishing agents stored in a total of eight rooms.
  • each door 113 is conceptually shown in FIG.
  • the door 113 includes an actuator 12 for opening and closing the door 113, and the pilot operates the water discharge switch 13 provided in the cockpit of the fire fighting flying boat 1.
  • Each actuator 12 opens and closes the door 113. That is, in this firefighting flying boat 1, the pilot determines the execution of water discharge including the water discharge timing.
  • automatic water discharge is automatically performed by the airframe side, or semi-automatic water discharge is automatically performed by the airframe side on the condition that the pilot operates the water discharge switch 13. May be.
  • the door 113 provided in the tank 11 is configured to be able to open a plurality of doors 113 at a time in addition to opening one by one.
  • the amount of water discharged changes depending on the number of doors 113 to be opened. Opening the plurality of doors 113 at one time is effective for initial fire extinguishing such as intensively extinguishing fire points.
  • the plurality of doors 113 can also be opened continuously one by one, and the continuous opening allows water to be discharged linearly as the firefighting flying boat 1 flies. This is effective for forming a fire protection zone.
  • the following description presupposes initial fire extinguishing mainly.
  • the pilot sets the amount of water discharged from the firefighting flying boat 1 when discharging water.
  • the water discharge amount may be directly specified, or the water discharge amount may be set by specifying the number of doors 113 to be opened.
  • the capacity of the tank 11 is set to a relatively large capacity of, for example, about 15 tons, so that the water discharge amount can be made relatively large. Increasing the amount of water discharged at one time suppresses the spread of water even when dropped from a high altitude. As will be described in detail later, it is possible to ensure an effective spray density effective for fire extinguishing. In other words, the firefighting flying boat 1 can set the water discharge altitude relatively high, which is advantageous in increasing the safety of fire fighting activities.
  • the firefighting flying boat 1 is equipped with a fire extinguishing support device 2 in order to discharge water accurately and appropriately at a fire point and to improve the efficiency of fire fighting activities.
  • the fire extinguishing support device 2 is configured to provide support information regarding water discharge to the pilot.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing the configuration of the fire extinguishing support device 2.
  • the fire extinguishing support device 2 is configured to calculate data related to support information based on the input unit 21 configured to receive various information provided from the airframe system of the firefighting flying boat 1 and the input information.
  • the display control unit 23 configured to display support information on the HMD (that is, the display unit) 3 worn by the pilot based on the calculation result.
  • the fire extinguishing support device 2 is configured by a computer that reads software for realizing each functional block shown in FIG.
  • the information input to the input unit 21 is information on the aircraft speed, aircraft altitude, wind speed (wind velocity in the opposite direction to the aircraft and wind velocity perpendicular to the aircraft), and water discharge amount set by the pilot. is there.
  • Aircraft speed, airframe altitude, and water discharge information are airframe specifications, and wind speed (and wind direction) information is atmospheric conditions. These airframe specifications and airflow conditions are related to water discharge conditions. As will be described later, the water discharge condition relates to the effective spray density range and its position. Each information is input to the input unit 21 as needed.
  • the calculation unit 22 calculates the effective spray density range and its position based on the input information.
  • the effective spraying density range means a range on the surface where the density when the water dropped from the firefighting flying boat 1 reaches the surface becomes a predetermined amount or more. That is, a liquid such as water is spread while being dropped and spreads in a predetermined range on the surface of the earth by being dispersed while becoming small water droplets.
  • the higher the aircraft altitude to be dropped the wider the range in which water spreads, while the spraying density becomes smaller.
  • the lower the aircraft altitude to be dropped the narrower the range in which water spreads, while the spreading density becomes higher.
  • a spray density of 1.6 liter / square m or more for water and 0.8 liter / square m or more for a fire extinguisher is required.
  • This spraying density is called effective spraying density in fire extinguishing
  • the range of the ground surface where the effective spraying density is secured is the effective spraying density range (see also FIG. 5).
  • table data 24 is stored in advance in storage means such as an HDD or a flash memory.
  • the CFD analysis is not limited to a specific CFD analysis, and an appropriate CFD analysis can be arbitrarily adopted.
  • the effective spray density range is different between dropping water and extinguishing agent, there are table data when dropping water and table data when dropping extinguishing agent, respectively. It may be.
  • the effective spraying density range when dropping fire extinguishing agent is calculated. May be.
  • the calculation unit 22 refers to the table data 24 based on the water discharge conditions of the airframe speed, the airframe altitude, the wind direction, and the water discharge amount input to the input unit 21, thereby obtaining an effective spray density range (that is, an elliptical shape) And the size) and the position of the ground surface.
  • an effective spray density range that is, an elliptical shape
  • FIG. 3 when water discharge type information for specifying whether the sprayed material is water or a fire extinguishing agent is input to the input unit 21, Calculate the effective spray density range and its position by referring to the table data for dropping, and calculate the effective spray density range and its position by referring to the table data for dropping fire extinguisher when dropping fire extinguishing agent. May be.
  • the calculation unit 22 Since the water discharge condition input to the input unit 21 changes at any time, the calculation unit 22 performs calculation according to the water discharge condition input to the input unit 21 and updates the effective spray density range and its position as needed. .
  • the fire extinguishing support apparatus 2 has the table data 24.
  • the fire extinguishing support apparatus 2 has a model expression that models the behavior of the dropped water. You may make it calculate an effective spraying density range and its position using a model formula from conditions.
  • the HMD 3 is mounted on the pilot's head and can be seen through the scenery outside the window of the firefighting flying boat 1. It is a display device that can display information superimposed on the scenery.
  • the display control unit 23 changes the content displayed on the HMD 3 according to the direction of the HMD 3, in other words, according to the change of the scenery that can be seen through the HMD 3 as the direction in which the pilot's head is facing changes. .
  • the display control unit 23 is configured to display the support information on the HMD 3, and the support information is one of the three methods of the water discharge range display method, the water discharge position display method, and the orbit display method. It is displayed with the display method. Any one of the three display methods may be set, or two or three of them may be set, and the pilot may arbitrarily select them. Hereinafter, the three display methods will be described in order.
  • FIG. 4 shows a display example of support information in the water discharge range display method.
  • the display control unit 23 displays the long ellipses 41 and 41 (part of the ellipse in the illustrated example) indicating the above-described effective spray density range so as to overlap the scenery outside the window that can be seen through the HMD 3. .
  • the display control part 23 displays the water discharge line 42 which shows the fall direction of the dropped water, the water discharge height parameter
  • Reference numeral 45 is an altitude index indicating the minimum safe altitude.
  • the display control unit 23 displays the information on the HMD 3 in real time as the calculation unit 22 updates the effective spray density range and its position as needed. For example, the display control unit 23 changes the position of the intermediate point 44 as the aircraft altitude is changed. The aircraft altitude where the water discharge altitude index 43 and the intermediate point 44 overlap is the optimum water discharge altitude where the effective spray density range is maximized. The display control unit 23 also displays the size and position of the ellipse 41 on the HMD 3 by changing the water discharge conditions such as the aircraft altitude (see also the conceptual diagram of FIG. 5).
  • the display control unit 23 indicates the position and range where the water reaches on the ground surface when the water is dropped at the current time. It is possible to visually recognize how far it will reach. Therefore, the pilot views the fire point that is the target of water discharge through the HMD 3 so that the fire point and the ellipses 41 and 41 overlap, and the water discharge altitude index 43 and the intermediate point 44 overlap. 1 is operated, and the water discharge switch 13 is operated at the timing when they are overlapped. In this way, it is possible to appropriately discharge a quantity of water effective for extinguishing fire over a wide range of fire points. As a result, fire extinguishing can be performed efficiently.
  • the latitude / longitude information of the fire spot may be input to the input unit 21 in advance, and the display control unit 23 may display the position of the fire spot on the HMD 3 as a symbol. By doing so, the pilot can discharge water while confirming the relative positions of the symbol of the fire point displayed on the HMD 3 and the ellipses 41 and 41.
  • the latitude and longitude information of the fire point may be input manually by, for example, the pilot. Specifically, in the scenery outside the window visually recognized through the HMD 3, the fire point is specified by a pointing device or the like. You may comprise so that the latitude longitude information can be input. Moreover, you may input the latitude longitude information of a fire point by designating a fire point on a map.
  • the ellipse 41, the water discharge line 42, the water discharge altitude index 43, the intermediate point 44, and the minimum safe altitude index 45 shown in FIG. 4 are examples for displaying the effective spray density range and its position. In displaying the effective spray density range and its position, various display forms can be appropriately employed.
  • FIG. 6 shows a display example of support information in the water discharge position display method.
  • this water discharge position display method first, as shown in the conceptual diagram of FIG. 7, latitude and longitude information of a fire point is input in advance to the input unit 21, and the calculation unit 22 effectively discharges water to the fire point. Then, information on the aircraft position (latitude and longitude) and the aircraft altitude (hereinafter referred to as the water discharge target point) where water should be dropped is calculated.
  • the display control unit 23 displays information on the difference between the current aircraft position (latitude and longitude) and aircraft altitude and the target discharge point on the HMD 3 as support information.
  • the position of the fire point in other words, the latitude and longitude are set. Therefore, when this display method is adopted, the position information of the fire spot is input to the input unit 21. Information on the current location (that is, the aircraft position) of the firefighting flying boat 1 is also input to the input unit 21 as needed (see FIG. 3).
  • the pilot location information may be manually input by the pilot, and as described above, the location information of the fire location may be input using the HMD 3 or on the map.
  • the effective spray density range and its position can be calculated by referring to the table data 24 based on the water discharge conditions input to the input unit 21. From the latitude and longitude information of the fire point, calculate the latitude and longitude of the aircraft and the altitude, that is, the water discharge target point, that can drop water so that the effective spray density range is maximum for this fire point. Is possible. Therefore, the calculation unit 22 calculates a water discharge target point by referring to the table data 24 based on the water discharge condition input to the input unit 21. The calculation unit 22 also calculates the deviation between the current location of the firefighting flying boat 1, that is, the latitude and longitude of the aircraft and the aircraft altitude, and the target discharge point according to the calculated target discharge point.
  • the calculation unit 22 updates the water discharge target point as needed based on the water discharge condition input to the input unit 21 as needed. At the same time, the information on the difference between the water discharge target point and the current location of the firefighting flying boat 1 is also updated as needed.
  • the display control unit 23 displays information related to the difference between the latitude and longitude of the aircraft and the altitude of the aircraft and the water discharge target point on the HMD 3 as support information.
  • the target course and the descent angle of the aircraft to go to the calculated water discharge target point are set, and the water discharge is performed based on the set target course and the descent angle of the machine.
  • the fire-flight flying boat 1 is guided so as to go to the target point.
  • the display control unit 23 is a flight path that indicates the future position of the firefighting flying boat 1 that is determined from the current location of the firefighting flying boat 1 and the information on its course.
  • the symbol 61, the steering line 62 related to the target course set to go to the water discharge target point, and the water discharge altitude index 63 related to the vertical path angle are overlapped with the scenery outside the window seen through the HMD 3 in real time. indicate.
  • the display control unit 23 also displays the release queue 64 indicating the water discharge timing based on the information on the relative distance between the current location of the airframe and the water discharge target point and the airframe speed. Since the release queue 64 relates to the relative distance between the current location of the aircraft and the target discharge point, it can be said that the release queue 64 is information relating to the deviation between the current location of the aircraft and the target discharge point.
  • the release cue 64 includes a triangular arrow 641 and a vertical line 642 to which the arrow moves, and the release cue 64 moves as the arrow 641 approaches the water discharge target point.
  • the display control unit 23 blinks the release queue 64, changes the display color of the release queue 64 when the firefighting flying boat 1 reaches an error range in which water discharge can be permitted, , Blinking and color change may be combined and displayed.
  • the pilot operates the flight path symbol 61 so as to overlap the steering line 62 and the water discharge altitude index 63, and further operates the water discharge switch 13 according to the display of the release queue 64.
  • the discharge position display method only provides the pilot with information on the deviation between the current location of the aircraft and the target discharge point, so the pilot can arbitrarily set the approach direction and approach speed to the fire point. There is an advantage of being. Then, when the pilot operates the water discharge switch 13 according to the instructions of the flight path symbol 61, the steering line 62, the water discharge altitude index 63, and the release queue 64 displayed on the HMD 3, the water can be discharged near the water discharge target point.
  • the optimal water discharge position and water discharge altitude are set in advance and guided to reach there, and the water discharge timing is also instructed. There is no need to perform a water discharge operation, reducing the burden on the pilot.
  • the aircraft side in order to calculate the water discharge target point, instead of the pilot operating the water discharge switch 13, the aircraft side sends an operation signal to the actuator 12 at the timing when the firefighting flying boat 1 reaches the water discharge target point. By outputting, it is possible to automatically discharge water. Further, when the two conditions of the pilot's operation of the water discharge switch 13 and the fact that the firefighting flying boat 1 has reached the water discharge target point are satisfied, an operation signal is output to the actuator 12 for water discharge. Good. In this case, the pilot keeps pushing the water discharge switch 13 in the vicinity of the water discharge target point, so that the water discharge is automatically performed when the firefighting flying boat 1 reaches the water discharge target point. This can be called semi-automatic water discharge. Such automatic water discharge or semi-automatic water discharge enables accurate water discharge while greatly reducing the burden on the pilot.
  • flight path symbol 61, the steering line 62, the water discharge altitude index 63, and the release queue 64 shown in FIG. 6 are examples for displaying the deviation between the current location of the firefighting flying boat 1 and the water discharge target point.
  • various display forms can be appropriately employed.
  • FIG. 8 shows a display example of support information in the orbit display method.
  • the calculation unit 22 calculates the water discharge target point in the same manner as the water discharge position display method.
  • the calculation unit 22 sets and displays the flight route to the water discharge target point.
  • the control unit 23 displays the set flight route on the HMD 3 as support information.
  • the location information of the fire spot and the current location information of the aircraft are input to the input unit 21, and the calculation unit 22 discharges water based on the input information.
  • a target point and a flight route to the water discharge target point are set.
  • the pilot may specify the approach direction and the approach speed with respect to the fire point in advance.
  • the display control unit 23 displays it on the HMD 3 as support information according to the set flight route.
  • the display control unit 23 displays the flight path symbol 81 and displays the set route by a tunnel extending toward the traveling direction of the firefighting flying boat 1. (This display is hereinafter referred to as tunnel 82).
  • the flight path symbol 81 and the tunnel 82 are displayed in real time so as to overlap the scenery outside the window seen through the HMD 3.
  • the display control unit 23 displays the same release queue 83 as described above.
  • the pilot operates the flight path symbol 81 so as to pass through the tunnel 82 at a set speed. As a result, the firefighting flying boat 1 reaches the water discharge target point. At the same time, the pilot performs a water discharge operation in accordance with the instruction from the release queue 83 as described above. As a result, it is possible to appropriately discharge a quantity of water effective for extinguishing fire over a wide range of fire points, and it is possible to perform fire extinguishing efficiently. Even in this orbit display method, as with the water discharge position display method, the optimal water discharge position and water discharge altitude are set in advance and guided to reach them, and the water discharge timing is also instructed. Is reduced.
  • automatic water discharge may be performed as described above, or semi-automatic water discharge including operation of the water discharge switch 13 by the pilot may be performed.
  • flight path symbol 81, the tunnel 82, and the release queue 83 shown in FIG. 8 are examples for displaying the route of the firefighting flying boat 1 and the water discharge timing.
  • various display modes can be appropriately employed.
  • the fire extinguishing support device 2 provides the pilot with information on the effective spray density range related to the dropped altitude as well as the arrival position of the dropped water, etc. Water and the like can be sprayed accurately and efficiently, which is advantageous for improving the efficiency of fire fighting activities. Moreover, since the altitude of the firefighting flying boat 1 is not lowered more than necessary by using the concept of the effective spray density range, it is advantageous for ensuring the safety of fire fighting activities.
  • the fire extinguishing support apparatus 2 mentioned above uses HMD3 as a display part
  • the aircraft on which the fire extinguishing support device 2 disclosed herein is mounted is not limited to a firefighting flying boat, and for example, the fire fighting support device 2 may be mounted on a fire fighting helicopter.
  • the spraying support device disclosed herein can be widely used not only for extinguishing fire points but also for spraying liquids, foams, powders, etc. on the ground using an aircraft. is there.
  • the problem of efficiently spreading the sprinkled material is not limited to fire extinguishing activities.
  • spraying chemicals such as agricultural chemicals over a wide range
  • the same applies to various operations such as dropping a spray from an aircraft
  • the concept of effective spray density range can be applied thereto.
  • the effective spray density range varies depending on the type of spray and the purpose of spraying. That is, the spraying support apparatus disclosed here can also be used for spraying medicines and the like.
  • the aircraft spraying support device and spraying support method disclosed herein can spray sprayed materials efficiently, and can be used for fire fighting activities such as forest fires and other various spraying operations. can do.

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Abstract

　散布支援装置は、航空機から地表の目標地点に散布物を散布する際に、その散布を効率的に行うように、前記散布物の投下を行うパイロットに対して支援情報を提供する。散布支援装置は、少なくとも、航空機の機体速度、機体高度、及び風速の各情報が入力されるよう構成された入力部、入力部に入力された各情報に基づいて、散布物を航空機から投下したときの、地表の到達位置と、地表における散布物の密度分布とに関する演算を行うよう構成された演算部、及び、演算部によって演算された到達位置及び密度分布に係る支援情報を表示部に表示するよう構成された表示制御部を備えている。

Description

航空機の散布支援装置及び散布支援方法
　ここに開示する技術は、航空機から地表の目標地点に散布物を散布する際に、その散布物の投下を行うパイロットに対し支援情報を提供することにより、散布物の散布を効率的に行うための航空機の散布支援装置及び散布支援方法に関する。
　特許文献１には、山林火災等の広範な火災や、地上からの放水が困難な火災に対して、水等の消火剤を空中から投下する消防ヘリコプターが記載されている。この消防ヘリコプターには、消火剤の投下を支援する装置が搭載されている。投下支援装置は、機体速度及び機体高度の情報に基づいて、投下しようとする消火剤の到達位置を演算し、演算した到達位置を、カメラにより撮像した画像に重ね合わせて表示する機能を有している。この装置は、消化剤を、地表の火災地点に命中し易くする。
特開平８－３２４４９９号公報
　ところで、前記特許文献１に記載された技術は、消火剤の到達位置を、その消火剤が自由落下するとの仮定の下で演算している。
　これに対し、地表の火災地点に、例えば航空機に搭載したタンク内の水や消火剤等の液体又は泡体等（以下、これらを総称して、散布物と呼ぶ）を散布して消火を行うときには、こうした散布物は、落下している最中に分裂して小さな液滴となりつつ拡散する。このため、航空機から投下された散布物は、地表においては、所定範囲に広がることになる。
　ここで、本願発明者らが検討したところ、散布物を投下する高度が高ければ高いほど、地表で散布物が広がる範囲（つまり、散布面積）が広くなる一方で、地表での散布物の密度（つまり、単位長さ当たりの散布物の量）が低下してしまうことが判った。一方で、火災を有効に消火する上では、所定以上の散布物の密度が必要になる（例えば水の場合は、１．６リットル／平方ｍ以上が必要とされている）ことから、散布物を投下する高度が高すぎると、火災を有効に消火する上で不利になる。
　また、散布物を投下する高度が低いときは散布物の密度が高まり、火災の消火には有利になるものの、散布面積は小さくなるため、消火できる範囲は狭くなってしまう。このことは、火災を消火するために、散布物の投下を何度も繰り返さなければならないことを意味し、特に広範な火災に対しては、消火活動の効率が低下する。また、投下高度を下げることは、航空機の安全性を確保する点でも不利になる。さらに、投下高度が低すぎると、水等の散布物は塊状で地表に到達してしまい、地表での安全性に悪影響を与えてしまうという問題もある。
　従って、航空機から地表の火災地点に散布物を散布する際には、火災の消火に有効な散布物の密度以上となる範囲（以下、これを有効散布密度範囲という）が最大となる投下高度が存在し、その投下高度に従って消火活動を行うことが最も効率的かつ、安全である。特許文献１に記載された技術のように、消火剤の自由落下という仮定の下で、消火剤の到達位置だけを演算しても、投下高度を考慮しなければ消火作業を効果的に行うことは到底できない。
　ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、航空機から地表の目標地点に散布物を散布する際に、その散布を効率的かつ安全に行うことができるように、パイロットを支援することにある。
　ここに開示する技術は、航空機から地表の目標地点に散布物を散布する際に、その散布を効率的に行うように、前記散布物の投下を行うパイロットに対して支援情報を提供する散布支援装置に係る。
　この散布支援装置は、少なくとも、前記航空機の機体速度、機体高度、及び風速の各情報が入力されるよう構成された入力部、前記入力部に入力された各情報に基づいて、前記散布物を前記航空機から投下したときの、地表の到達位置と、地表における前記散布物の密度分布とに関する演算を行うよう構成された演算部、及び、前記演算部によって演算された前記到達位置及び前記密度分布に係る前記支援情報を表示部に表示するよう構成された表示制御部、を備えている。
　ここで、「航空機」は、飛行機やヘリコプター等の大気中を飛行する機械であれば、その種類は問わない。また、ここでいう「散布物」は、液体、泡体及び粉体等の、航空機から投下したときに、落下している最中に分解しかつ拡散することによって、地表に到達したときに、所定の範囲に亘って、所定の密度分布が生じる物体である。つまり、散布物は、それを投下する高度に応じて、投下高度が高いほど、散布される範囲が広くなる一方で、散布密度は低下し、投下高度が低いほど、散布される範囲が狭くなる一方で、散布密度は高まる特性を有する。散布物は、この散布支援装置が火災の消火に利用されるときには、例えば水や消火剤に相当する。
　また、「散布を効率的に行う」とは、所望の散布密度となる範囲が最大になるように、散布物の投下を行うことである。例えば火災の消火においては、火災を有効に消火することができる散布密度の範囲が最大となるように、例えば放水を行うことである。
　前記の構成によると、散布支援装置の入力部には、航空機の機体速度、機体高度、及び風速の各情報が少なくとも入力される。ここで風速は、機体の進行方向に対応する機軸成分と、機体の進行方向に直交する方向に対応する横風成分とを含むようにすればよい。これらの情報は、散布物を航空機から投下するときの投下条件に相当し、投下条件は、散布物の地表の到達位置と、地表における散布物の密度分布とに関連する。
　演算部は、入力された各情報から、前述したように、散布物の地表の到達位置と、地表における散布物の密度分布とに関する演算を行う。これは、言い換えると、散布物を投下したときに、どこに、どれだけの量の散布物が散布されるか、ということを把握する。
　表示制御部は、演算された到達位置及び密度分布に係る支援情報を表示部に表示する。
　表示部に表示する支援情報には、散布物の到達位置だけでなく、散布物の投下高度に関連する散布物の密度分布に係る情報も含まれる。このため、パイロットが、表示部に表示されたこの支援情報に従って散布物の投下を行うことにより、散布物を効率的に散布することが実現する。また、散布物の密度分布に係る情報に基づき、投下高度を必要以上に低くすることが回避されるため、飛行の安全性が確保される。
　前記散布物は、火災地点に散布する水又は消火剤であり、前記入力部には、前記目標地点である前記火災地点の位置情報がさらに入力され、前記演算部は、入力された各情報に基づいて、前記火災地点に対して、火災の消火に有効な密度以上の散布物を散布可能となる、前記散布物の投下位置及び投下高度を演算し、前記表示制御部は、前記支援情報として前記散布物の投下位置及び投下高度に係る情報を前記表示部に表示する、としてもよい。
　つまり、入力部に入力される機体高度等の情報から、散布物を投下したと仮定したときの、火災の消火に有効な密度以上となる散布物の散布範囲（つまり、有効散布密度範囲）と、その有効散布密度範囲の位置とを演算可能であるから、これとは逆に、火災地点の位置情報を特定することによって、当該火災地点に対し、火災の消火に有効な密度以上の散布物を散布可能となる、散布物の投下位置及び投下高度を演算することが可能である。
　そこで、演算部が散布物の投下位置及び投下高度を演算し、表示制御部は、支援情報として、投下位置及び投下高度に係る情報を表示部に表示する。パイロットは、投下位置及び投下高度に到達するように航空機を操縦し、航空機が投下位置及び投下高度に到達したタイミングで、散布物を投下すればよい。このことにより、消火に有効な量以上の散布物を、火災地点の、できるだけ広い範囲に散布することができ、火災の消火を効率的に行うことができる。
　前記入力部には、前記航空機の位置情報がさらに入力され、前記表示制御部は、前記支援情報として、前記航空機の機体位置及び機体高度と、演算した前記投下位置及び前記投下高度とのずれに係る情報を前記表示部にリアルタイムで表示する、としてもよい。
　パイロットは、表示部にリアルタイムで表示される情報を見ながら、航空機の機体位置及び機体高度と、演算した投下位置及び投下高度とのずれが無くなるように航空機を操縦すれば、航空機は投下位置及び投下高度に到達することになる。航空機が投下位置及び投下高度に到達したタイミングで、パイロットが散布物を投下することによって、消火に有効な量以上の散布物を、火災地点の、できるだけ広い範囲に散布することができる。こうして、パイロットの負担を軽減しつつ、火災の消火を効率的に行うことができる。
　前記演算部は、前記航空機が前記投下位置及び投下高度に至るまでの経路をさらに演算し、前記表示制御部は、前記支援情報として、前記演算された経路の情報と、前記散布物を投下するタイミングに係る情報とを前記表示部にリアルタイムで表示する、としてもよい。
　つまり、演算された散布物の投下位置及び投下高度までの経路に従って、表示制御部は、支援情報として、その経路情報を表示部にリアルタイムで表示する。パイロットは、表示された経路に沿って移動するように航空機を操縦することで、航空機は投下位置及び投下高度に到達することになる。表示部はまた、支援情報として散布物を投下するタイミングに係る情報を表示するため、パイロットは、その情報に従って散布物を投下する。このことにより、投下位置及び投下高度で散布物が投下されるから、消火に有効な量以上の散布物を、火災地点の、できるだけ広い範囲に散布することができる。その結果、パイロットの負担を軽減しつつ、火災の消火を効率的に行うことができる。
　ここで、航空機の散布支援装置は、前記航空機が前記投下位置及び投下高度に到達したときに、前記散布物を投下するよう構成された投下手段をさらに備えている、としてもよい。
　こうすることで、パイロットは、設定された投下位置及び投下高度に到達するように航空機を操縦すれば、投下手段が散布物を自動的に投下する。このことは、パイロットの負担を大幅に軽減しつつ、火災地点に、正確に散布物を散布することを可能にする。尚、投下手段は、航空機が前記投下位置及び投下高度に到達したという条件だけでなく、パイロットが投下を許可しているという条件、例えば投下スイッチをオン操作しているという条件とが共に成立したときに、散布物を投下するようにしてもよい。つまり、投下スイッチをオン操作している状態で、航空機が投下位置及び投下高度に到達したときに、投下手段が散布物を投下するようにしてもよい。
　前記演算部は、火災の消火に有効な散布物の密度以上となる範囲である有効散布密度範囲とその位置とを演算し、前記表示制御部は、前記支援情報として、現時点で前記散布物を投下したときの前記有効散布密度範囲とその位置とを前記表示部にリアルタイムで表示する、としてもよい。
　こうすることで、表示部は、現時点で散布物を投下したときの有効散布密度範囲とその位置とを、航空機の移動に伴い変化させながらリアルタイムで表示するため、パイロットは、これらの情報に基づいて散布物の投下を行うことができる。
　例えば、表示部として、ＨＭＤ（Helmet Mounted Display、又は、Head Mounted Display）やＨＵＤ（Head-Up Display）を利用したときには、有効散布密度範囲を示す境界線を、航空機の窓外の景色と重なるように、表示すればよい。パイロットは、目視している火災地点と、表示されている有効散布密度範囲とが重なるように航空機を操縦し、それらが互いに重なったタイミングで散布物を投下すればよい。こうすることで、消火に有効な量以上の散布物を、火災地点の、できるだけ広い範囲に散布することができ、火災の消火を効率的に行うことができる。尚、表示部はＨＭＤやＨＵＤでなくてもよく、例えば火災地点を示す地図上に、有効散布密度範囲を重ねて表示してもよい。
　前記演算部は、前記入力された各情報と、予め設定されたテーブルデータとに基づいて、前記散布物の前記到達位置及び前記密度分布に関する演算を行う、としてもよい。
　つまり、散布物を投下したときの挙動を、例えばＣＦＤ解析等を利用して予め解析しておき、その解析データに基づく散布物の到達位置及び密度分布の情報を、散布物の投下条件と共に、テーブルデータとして設定しておく。このことにより、演算部は、入力された各情報から、テーブルデータを参照することにより、散布物の到達位置及び密度分布を演算することが可能になる。また、火災地点の情報が入力されたときには、テーブルデータを参照することにより、散布物の投下位置及び投下高度を演算することが可能になる。
　尚、テーブルデータを設定する代わりに、散布物の投下時の挙動をモデル化したモデル式を設定しておき、演算部は、入力された各情報とモデル式とから、散布物の到達位置及び密度分布を演算したり、散布物の投下位置及び投下高度を演算したりしてもよい。
　ここに開示する技術はまた、航空機から地表の目標地点に散布物を散布する際に、その散布を効率的に行うように、前記散布物の投下を行うパイロットに対して支援情報を提供する散布支援方法である。
　この散布支援方法は、少なくとも、前記航空機の機体速度、機体高度、及び風速の各情報を入力し、前記入力した各情報に基づいて、前記散布物を前記航空機から投下したときの、地表の到達位置と、地表における前記散布物の密度分布とに関する演算を行い、そして、前記演算した前記到達位置及び前記密度分布に係る前記支援情報を表示部に表示する。
　以上説明したように、前記の航空機の散布支援装置及び散布支援方法は、散布物の地表の到達位置と、地表における散布物の密度分布とに関する演算を行うと共に、到達位置及び密度分布に係る支援情報を表示部に表示することで、パイロットは、表示部に表示されたこの支援情報に従って散布物の投下を行うことが可能になり、散布物を効率的に散布することが実現する。
図１は、消防飛行艇の概略構成を示す斜視図である。 図２は、消防飛行艇に搭載されているタンクの断面図である。 図３は、消火支援装置の構成を示す機能ブロック図である。 図４は、放水範囲表示方式において、ＨＭＤに表示される画面の一例を示す図である。 図５は、放水範囲表示方式の概念図である。 図６は、放水位置表示方式において、ＨＭＤに表示される画面の一例を示す図である。 図７は、放水位置表示方式の概念図である。 図８は、軌道表示方式において、ＨＭＤに表示される画面の一例を示す図である。
　以下、航空機の散布支援装置の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の実施形態は例示である。図１は、散布支援装置としての消火支援装置が適用される消防飛行艇１を示している。この消防飛行艇１は、例えば山林火災やコンビナート火災といった広い範囲での消火を空中から行ったり、住宅地等においてピンポイントの放水を空中から行ったりする場合に利用される。消防飛行艇１は、その詳細構成の図示は省略するが、陸上及び水上のそれぞれにおいて離着陸が可能な飛行機であり、空中からの放水を可能にするために、消防飛行艇１は、機体の中央下部に水を貯留するタンク１１を有している。消防飛行艇１は、例えば湖や海等において水上を滑走することにより、タンク１１内に水を取り入れることが可能に構成されている。尚、タンク１１の水に、泡剤（消火剤）を混ぜることも可能である。
　ここでタンク１１は、図１に示すように、機体の前後方向に並んだ前タンク１１１と後タンク１１２との２つのタンクを含んでいる。各タンク１１１、１１２はそれぞれ、図２に示すように、その内部が４室に区画されている。各タンク１１１、１１２における各室の下部には、開閉可能な扉１１３が個別に設けられている。図例では、一部の扉１１３は閉じた状態で、一部の扉１１３は開けた状態で示している。この扉１１３を個別に開けることによって、消防飛行艇１は、計８室の各室に貯留されている水や消火剤等の液体又は泡体を投下する。各扉１１３は、図２においては概念的に示すが、扉１１３を開閉するためのアクチュエータ１２を備えており、消防飛行艇１の操縦席に設けられた放水スイッチ１３をパイロットが操作することによって各アクチュエータ１２が扉１１３を開閉する。つまり、この消防飛行艇１では、パイロットが、放水タイミングを含む放水の実行を決定する。尚、詳細は後述するが、放水を、機体側が自動的に行う自動放水、又は、パイロットが放水スイッチ１３を操作していることを条件に、機体側が自動的に放水を行う半自動放水を採用してもよい。
　タンク１１に設けられた扉１１３は、一つずつ開けることの他に、複数の扉１１３を一度に開けることも可能に構成されている。開ける扉１１３の数によって、放水量が変更する。複数の扉１１３を一度に開けることは、火災地点を集中的に消火するような、初期消火に有効である。また、複数の扉１１３は一つずつ連続的に開けることも可能であり、連続して開けることは、消防飛行艇１の飛行に伴い線状に放水を行うことを可能にする。これは、防火帯の形成に有効である。尚、以下の説明は主に、初期消火を前提としている。
　パイロットは、放水に際し消防飛行艇１からの放水量を設定する。この設定は、例えば放水量を直接指定するようにしてもよいし、開ける扉１１３の数を指定することにより、放水量を設定してもよい。
　タンク１１の容量は、例えば１５ｔ程度の比較的大容量に設定されており、これによって、放水量を比較的多くすることが可能である。一度に放水する量を多くすることは、高い高度から投下しても水の広がりが抑制される結果、詳しくは後述するが、消火に有効な有効散布密度を確保することを可能にする。つまり、この消防飛行艇１は、放水高度を比較的高く設定することが可能であり、このことは、消火活動の安全性を高める上で有利である。
　一方で、放水高度が高くなればなるほど、地表の火災地点に正確に放水することが難しくなる。そこで、この消防飛行艇１は、火災地点に正確かつ、適切に放水を行って、消火活動の効率化を図るべく、消火支援装置２を搭載している。この消火支援装置２は、パイロットに対して放水に関する支援情報を提供するよう構成されている。
　図３は、消火支援装置２の構成を示す機能ブロック図である。消火支援装置２は、消防飛行艇１の機体システムから提供される各種情報が入力されるよう構成された入力部２１と、入力された情報に基づいて、支援情報に関するデータの演算を行うよう構成された演算部２２と、演算結果に基づき、パイロットが装着するＨＭＤ（つまり、表示部）３に、支援情報を表示するよう構成された表示制御部２３との機能ブロックを含む。この消火支援装置２は、図３に示す各機能ブロックを実現するためのソフトウエアを読み込んだコンピュータによって構成される。
　入力部２１に入力される情報は、消防飛行艇１の機体速度、機体高度、風速（機体に対する向かい方向の風速及びそれに直交する方向の風速）、及び、パイロットによって設定された放水量の情報である。機体速度、機体高度及び放水量の各情報は機体諸元であり、風速（及び風向）の情報は大気条件であり、これら機体諸元及び大気条件は放水条件に関係する。放水条件は、後述するように有効散布密度範囲やその位置に関連する。入力部２１には、各情報が随時入力される。
　演算部２２は、入力された情報に基づいて、有効散布密度範囲と、その位置とを演算する。ここで、有効散布密度範囲とは、消防飛行艇１から投下した水が地表に到達したときの密度が、所定量以上となる地表での範囲を意味する。つまり、水等の液体は、落下している最中に分裂して小さな水滴となりつつ拡散することで、地表においては所定の範囲に広がって散布されることになる。投下する機体高度が高いほど、水が広がる範囲は広くなる一方で、散布密度は小さくなり、投下する機体高度が低いほど、水が広がる範囲は狭くなる一方で、散布密度は高くなる。一方で、火災を有効に消火するためには、水では１．６リットル／平方ｍ以上、消火剤では０．８リットル／平方ｍ以上、の散布密度が必要である。この散布密度を、消火における有効散布密度といい、有効散布密度が確保される地表の範囲が有効散布密度範囲である（図５も参照）。本願発明者らが風洞における放水実験やＣＦＤ解析を行うことにより放水した水の挙動を検証したところ、有効散布密度範囲の大きさは、水を投下する機体高度に応じて変化し、有効散布密度範囲が最大となる機体高度が存在していることが判った。また、有効散布密度範囲は、放水点を挟んだ左右それぞれにおいて、機体の進行方向に延びる長楕円によって近似することが可能であることも判った。
　そこで、そうしたＣＦＤ解析や風洞実験から得られた結果に基づいて、各種の放水条件と有効散布密度範囲を示す楕円の大きさや位置との関係をテーブルデータ２４として作成しておき、消火支援装置２は、そのテーブルデータ２４を、ＨＤＤやフラッシュメモリ等の記憶手段に予め記憶している。尚、ＣＦＤ解析は、特定のＣＦＤ解析に限定されるものではなく、適宜のＣＦＤ解析を任意に採用することが可能である。
　また、水を投下する場合と、消火剤を投下する場合とでは有効散布密度範囲が異なることから、水を投下する場合のテーブルデータと、消火剤を投下する場合のテーブルデータとをそれぞれ有していてもよい。また、複数種のテーブルデータを有する代わりに、ベースとなるテーブルデータ（例えば水を投下する場合のテーブルデータ）に係数を付与することによって、消火剤を投下する場合の有効散布密度範囲を演算してもよい。
　演算部２２は、入力部２１に入力された機体速度、機体高度、風向及び放水量の、放水条件に基づいて、テーブルデータ２４を参照することにより、有効散布密度範囲（つまり、長楕円の形状及び大きさ）と、その地表の位置とを演算する。ここで、図３に示すように、入力部２１に、散布物が水であるか消火剤であるかを特定する放水種別情報が入力されるときには、水を投下する場合は前述の通り、水投下用のテーブルデータを参照して有効散布密度範囲とその位置とを演算し、消火剤を投下する場合は、消火剤投下用のテーブルデータを参照して有効散布密度範囲とその位置とを演算してもよい。
　入力部２１に入力される放水条件は、随時変化することから、演算部２２は、入力部２１に入力される放水条件に応じて演算を行い、有効散布密度範囲とその位置とを随時更新する。
　尚、この例では、消火支援装置２は、テーブルデータ２４を有しているが、テーブルデータの代わりに、投下した水の挙動をモデル化したモデル式を有するようにし、演算部２２は、放水条件からモデル式を使って、有効散布密度範囲とその位置とを演算するようにしてもよい。
　ＨＭＤ３は、詳細な図示は省略するが、パイロットの頭部に装着されかつ、消防飛行艇１の窓外の景色を透過して視ることができると共に、表示制御部２３の制御によって、各種の情報を、その景色に重ね合わせて表示することができる表示装置である。表示制御部２３は、ＨＭＤ３の向きに応じて、言い換えると、パイロットの頭部が向いている方向が変わることに伴いＨＭＤ３を通じて見える景色が変化することに応じて、ＨＭＤ３に表示する内容を変更する。
　表示制御部２３は、前述の通り、支援情報をＨＭＤ３に表示するように構成されており、支援情報は、放水範囲表示方式、放水位置表示方式及び軌道表示方式の３つの方式の内のいずれかの表示方式で表示される。３つの表示方式は、いずれか一つが設定されていてもよいし、その内の２つ又は３つが設定されていて、パイロットが任意に選択するようにしてもよい。以下、３つの表示方式について、順に説明する。
　（放水範囲表示方式）
　図４は、放水範囲表示方式での、支援情報の表示例を示している。この放水範囲表示方式では、表示制御部２３は、前述した有効散布密度範囲を示す長楕円４１、４１（図例では楕円の一部）を、ＨＭＤ３を通じて見える窓外の景色と重なるように表示する。また、表示制御部２３は、投下した水の落下方向を示す放水ライン４２と、放水高度指標４３と、左右の有効散布密度範囲の中心位置同士の中間点４４とを、それぞれ表示する。尚、符号４５は、最低安全高度を示す高度指標である。表示制御部２３は、これらの情報を、前述したように、演算部２２が有効散布密度範囲やその位置を随時更新するに従って、ＨＭＤ３にリアルタイムに表示する。表示制御部２３は、例えば中間点４４の位置を、機体高度が変更されるに従い変更する。放水高度指標４３と中間点４４とが重なる機体高度が、有効散布密度範囲が最大となる最適放水高度になる。表示制御部２３はまた、楕円４１の大きさや位置も、機体高度等の放水条件が変化するに伴い変更して、ＨＭＤ３に表示する（図５の概念図も参照）。
　このように、放水範囲表示方式では、表示制御部２３は、現時点で水の投下を行ったときに、地表においてその水が到達する位置及び範囲を示すことになり、パイロットは、水が、どこに、どの程度の範囲で到達するかを、視認することが可能である。従って、パイロットは、放水目標である火災地点を、ＨＭＤ３を通じて視ながら、その火災地点と、楕円４１、４１とが重なるようにかつ、放水高度指標４３と中間点４４とが重なるように消防飛行艇１を操縦すると共に、それらが重なったタイミングで放水スイッチ１３を操作する。こうして、火災地点の広い範囲に、消火に有効な量の水を、適確に放水することが可能になる。その結果、消火を効率的に行うことが可能になる。
　また、火災地点の緯度経度情報を、入力部２１に予め入力し、表示制御部２３は、この火災地点の位置を、ＨＭＤ３にシンボル表示するようにしてもよい。こうすることで、パイロットは、ＨＭＤ３に表示されている火災地点のシンボルと、楕円４１、４１との相対位置を確認しながら、放水を行うことが可能になる。尚、火災地点の緯度経度情報の入力は、例えばパイロットが手動で行えばよく、具体的にはＨＭＤ３を通じて視認される窓外景色において、火災地点をポインティングデバイス等によって指定することにより、火災地点の緯度経度情報を入力可能に構成してもよい。また、地図上において火災地点を指定することにより、火災地点の緯度経度情報を入力してもよい。
　尚、図４に示す楕円４１、放水ライン４２、放水高度指標４３、中間点４４、及び最低安全高度指標４５は、有効散布密度範囲及びその位置を表示するための一例である。有効散布密度範囲及びその位置を表示する上では、様々な表示形態を適宜採用することが可能である。
　（放水位置表示方式）
　図６は、放水位置表示方式での支援情報の表示例を示している。この放水位置表示方式では先ず、図７に概念図を示すように、火災地点の緯度経度情報が入力部２１に予め入力され、演算部２２は、この火災地点に対して有効に放水をするために、水を投下すべき機体位置（緯度経度）及び機体高度（以下、これを放水目標点という）の情報を演算する。そうして、放水位置表示方式では、表示制御部２３は、現時点での機体位置（緯度経度）及び機体高度と、放水目標点とのずれについての情報を、支援情報としてＨＭＤ３に表示する。
　具体的に、放水位置表示方式では先ず、火災地点の位置、言い換えると緯度経度を設定する。そのためにこの表示方式を採用するときには、入力部２１に対して、火災地点の位置情報が入力される。また、消防飛行艇１の現在地（つまり、機体位置）の情報も入力部２１に随時入力される（図３参照）。ここで、火災地点の位置情報の入力はパイロットが手動で行えばよく、前述したように、ＨＭＤ３を利用して、又は、地図上において、火災地点の位置情報を入力すればよい。
　前述の通り、入力部２１に入力される放水条件に基づき、テーブルデータ２４を参照することによって有効散布密度範囲とその位置とを演算することが可能であるから、それとは逆に、設定された火災地点の緯度経度情報から、この火災地点に対して、有効散布密度範囲が最大となるように水を投下することが可能な、機体の緯度経度及び機体高度つまり、放水目標点を演算することが可能である。そこで、演算部２２は、入力部２１に入力される放水条件に基づき、テーブルデータ２４を参照することによって放水目標点を演算する。演算部２２はまた、演算した放水目標点に従って、消防飛行艇１の現在地、つまり機体の緯度経度及び機体高度と、放水目標点とのずれを演算する。ここで、放水目標点は、機体速度や大気条件が変化することに応じて変更されることから、演算部２２は、入力部２１に随時入力される放水条件に基づき放水目標点を随時更新すると共に、放水目標点と消防飛行艇１の現在地とのずれの情報もまた、随時更新する。
　そうして、表示制御部２３は、機体の緯度経度及び機体高度と放水目標点とのずれに係る情報を、支援情報としてＨＭＤ３に表示する。
　放水位置表示方式では、図７に概念図を示すように、演算した放水目標点に向かうための目標針路及び機体の降下角を設定し、設定した目標針路及び機体の降下角に基づいて、放水目標点に向かうように、消防飛行艇１を誘導する。具体的に放水位置表示方式では、表示制御部２３は、図６に示すように、消防飛行艇１の現在地とその針路の情報とから決定される消防飛行艇１の将来の位置を示すフライトパスシンボル６１と、放水目標点に向かうために設定された目標針路に係るステアリングライン６２と、縦の経路角に係る放水高度指標６３とを、ＨＭＤ３を通じて見える窓外の景色と重なるように、リアルタイムで表示する。
　放水位置表示方式ではまた、機体の現在地と放水目標点との相対距離と機体速度との情報に基づいて、表示制御部２３は、放水タイミングを示すリリースキュー６４を表示する。尚、リリースキュー６４は、機体の現在地と放水目標点との相対距離に係るため、機体の現在地と放水目標点とのずれに関する情報ということができる。リリースキュー６４は、図例では、三角印の矢印６４１と、その矢印が移動をする縦線６４２とによって構成されており、このリリースキュー６４は、機体が放水目標点に接近するに従って、矢印６４１が下向きに移動をし、その矢印６４１が縦線６４２の最下端に到達したときに、機体が放水目標点に到達したことを示す。尚、表示制御部２３は、消防飛行艇１が放水を許容することができる誤差範囲内に到達したときに、リリースキュー６４を点滅表示したり、リリースキュー６４の表示色を変更したり、又は、点滅及び色の変更を組み合わせて表示したりしてもよい。
　こうして放水位置表示方式では、パイロットは、フライトパスシンボル６１が、ステアリングライン６２及び放水高度指標６３に重なるように操縦し、さらに、リリースキュー６４の表示に従って、放水スイッチ１３を操作することになる。放水位置表示方式では、機体の現在地と放水目標点とのずれに関する情報をパイロットに提供するだけであるため、パイロットは、火災地点への進入方位や進入速度等を、任意に設定することが可能であるという利点がある。そうして、ＨＭＤ３に表示されるフライトパスシンボル６１、ステアリングライン６２、放水高度指標６３及びリリースキュー６４の指示に従ってパイロットが放水スイッチ１３を操作することにより、放水目標点付近で放水を行うことができるから、火災地点の広い範囲に、消火に有効な量の水を適確に放水することが可能になり、消火を効率的に行うことが可能になる。この放水位置表示方式では、予め最適な放水位置及び放水高度が設定され、そこに到達するように誘導される上に、放水タイミングも指示されることから、パイロットは、火災地点を視認しながら、放水操作を行う必要がなく、パイロットの負担が軽減する。
　尚、放水位置表示方式では、放水目標点を演算するため、パイロットが放水スイッチ１３の操作を行う代わりに、消防飛行艇１が放水目標点に到達したタイミングで、機体側がアクチュエータ１２に作動信号を出力することで、放水を自動で行うようにすることも可能である。また、パイロットの放水スイッチ１３の操作と、消防飛行艇１が放水目標点に到達したこととの２つの条件が成立したときに、アクチュエータ１２に作動信号を出力して放水を行うようにしてもよい。この場合、パイロットは、放水目標点付近で放水スイッチ１３を押し続けておくことにより、消防飛行艇１が放水目標点に到達したときに、自動的に放水が行われるようになる。これは、半自動放水ということができる。こうした自動放水、又は、半自動放水は、パイロットの負担を大幅に軽減しつつ、正確な放水を可能にする。
　また、図６に示すフライトパスシンボル６１、ステアリングライン６２、放水高度指標６３、及びリリースキュー６４は、消防飛行艇１の現在地と放水目標点とのずれを表示するための一例である。消防飛行艇１の現在地と放水目標点とのずれを表示する上で、様々な表示形態を適宜採用することが可能である。
　（軌道表示方式）
　図８は、軌道表示方式での支援情報の表示例を示している。この軌道表示方式では、演算部２２は、放水位置表示方式と同様に放水目標点を演算する一方で、放水位置表示方式とは異なり、その放水目標点に至るまでの飛行経路を設定し、表示制御部２３は、設定された飛行経路を、支援情報としてＨＭＤ３に表示する。
　具体的に、経路表示方式では、前記と同様に、入力部２１に対して、火災地点の位置情報及び機体の現在地の情報が入力され、演算部２２は、入力された情報に基づいて、放水目標点と、その放水目標点に至るまでの飛行経路とを、それぞれ設定する。飛行経路の設定に際し、パイロットは、火災地点に対する進入方位や進入速度を予め指定するようにしてもよい。
　表示制御部２３は、設定された飛行経路に従って、それを支援情報としてＨＭＤ３に表示する。図８に示すように、軌道表示方式では、表示制御部２３は、フライトパスシンボル８１を表示すると共に、設定された経路を、消防飛行艇１の進行方向に向かって延びるようなトンネルによって表示する（以下この表示を、トンネル８２と呼ぶ）。これらフライトパスシンボル８１及びトンネル８２は、ＨＭＤ３を通じて見える窓外の景色と重なるように、リアルタイムで表示される。また、軌道表示方式においても、表示制御部２３は、前記と同様のリリースキュー８３を表示する。
　パイロットは、軌道表示方式では、フライトパスシンボル８１がトンネル８２内を、設定された速度で通過するように操縦する。これによって、消防飛行艇１は、放水目標点に到達することになる。それと共にパイロットは、前述したようなリリースキュー８３による指示に従って、放水操作を行う。これによって、火災地点の広い範囲に、消火に有効な量の水を適確に放水することが可能になり、消火を効率的に行うことが可能になる。この軌道表示方式でも、放水位置表示方式と同様に、予め最適な放水位置及び放水高度が設定され、そこに到達するように誘導される上に、放水タイミングも指示されることから、パイロットの負担が軽減する。
　また、放水の実行は手動で行う代わりに、前述したように自動放水としてもよいし、パイロットによる放水スイッチ１３の操作を含む半自動放水としてもよい。
　尚、図８に示すフライトパスシンボル８１、トンネル８２、及びリリースキュー８３は、消防飛行艇１の経路と放水タイミングとを表示するための一例である。消防飛行艇１の経路と放水タイミングとを表示する上で、様々な表示形態を適宜採用することが可能である。
　このように、消火支援装置２は、投下した水等の到達位置だけでなく、投下高度に係る有効散布密度範囲に関する情報を、パイロットに提供しているため、パイロットは、火災地点に対して、正確にかつ効率的に水等を散布することが可能になり、消火活動の効率化に有利になる。また、有効散布密度範囲の概念を利用することによって、消防飛行艇１の高度を、必要以上に下げることがなくなるから、消火活動の安全性を確保する上でも有利である。
　尚、前述した消火支援装置２は、表示部としてＨＭＤ３を利用しているが、表示部としては、例えばＨＵＤを利用してもよい。また、フラットパネルディスプレイ等の表示部に、地図情報を表示しつつ、その地図情報に重なるように支援情報を表示してもよい。
　また、ここに開示する消火支援装置２が搭載される航空機は、消防飛行艇に限定されず例えば消防ヘリコプターに消火支援装置２を搭載してもよい。
　また、ここに開示する散布支援装置は、火災地点の消火に利用するだけでなく、航空機を利用して、液体、泡体又は粉体等の散布物を地表に散布する際に広く利用可能である。つまり、散布物を効率的に散布するという問題は、火災の消火活動に限定されるものではない。例えば農薬等の薬剤を広範に散布するとき等、航空機から散布物を投下するような種々の作業においても同じであって、そこに有効散布密度範囲という概念を適用することが可能である。尚、有効散布密度範囲は、散布物の種類や、散布の目的に応じて変化する。つまり、ここに開示する散布支援装置は、薬剤等の散布に利用することも可能である。
　以上説明したように、ここに開示した航空機の散布支援装置及び散布支援方法は、散布物の散布を効率的に行うことができ、山林火災等の消防活動や、その他、様々な散布作業に利用することができる。
１　消防飛行艇（航空機）
１１３　扉（投下手段）
１２　アクチュエータ（投下手段）
２　消火支援装置（散布支援装置）
２１　入力部
２２　演算部
２３　表示制御部
２４　テーブルデータ
３　ＨＭＤ（表示部）

Claims (8)

  1. 　航空機から地表の目標地点に散布物を散布する際に、その散布を効率的に行うように、前記散布物の投下を行うパイロットに対して支援情報を提供する散布支援装置であって、
    　少なくとも、前記航空機の機体速度、機体高度、及び風速の各情報が入力されるよう構成された入力部、
    　前記入力部に入力された各情報に基づいて、前記散布物を前記航空機から投下したときの、地表の到達位置と、地表における前記散布物の密度分布とに関する演算を行うよう構成された演算部、及び、
    　前記演算部によって演算された前記到達位置及び前記密度分布に係る前記支援情報を表示部に表示するよう構成された表示制御部、を備えている航空機の散布支援装置。
  2. 　請求項１に記載の航空機の散布支援装置において、
    　前記散布物は、火災地点に散布する水又は消火剤であり、
    　前記入力部には、前記目標地点である前記火災地点の位置情報がさらに入力され、
    　前記演算部は、入力された各情報に基づいて、前記火災地点に対して、火災の消火に有効な密度以上の散布物を散布可能となる、前記散布物の投下位置及び投下高度を演算し、
    　前記表示制御部は、前記支援情報として前記散布物の投下位置及び投下高度に係る情報を前記表示部に表示する散布支援装置。
  3. 　請求項２に記載の航空機の散布支援装置において、
    　前記入力部には、前記航空機の位置情報がさらに入力され、
    　前記表示制御部は、前記支援情報として、前記航空機の機体位置及び機体高度と、演算した前記投下位置及び前記投下高度とのずれに係る情報を前記表示部にリアルタイムで表示する航空機の散布支援装置。
  4. 　請求項２に記載の航空機の散布支援装置において、
    　前記入力部には、前記航空機の位置情報がさらに入力され、
    　前記演算部は、前記航空機が前記投下位置及び投下高度に至るまでの経路をさらに演算し、
    　前記表示制御部は、前記支援情報として、前記演算された経路の情報と、前記散布物を投下するタイミングに係る情報とを前記表示部にリアルタイムで表示する航空機の散布支援装置。
  5. 　請求項３又は請求項４に記載の航空機の散布支援装置において、
    　前記航空機が前記投下位置及び投下高度に到達したときに、前記散布物を投下するよう構成された投下手段をさらに備えている航空機の散布支援装置。
  6. 　請求項１に記載の航空機の散布支援装置において、
    　前記散布物は、火災地点に散布する水又は消火剤であり、
    　前記演算部は、火災の消火に有効な散布物の密度以上となる範囲である有効散布密度範囲とその位置とを演算し、
    　前記表示制御部は、前記支援情報として、現時点で前記散布物を投下したときの前記有効散布密度範囲とその位置とを前記表示部にリアルタイムで表示する航空機の散布支援装置。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の航空機の散布支援装置において、
    　前記演算部は、前記入力された各情報と、予め設定されたテーブルデータとに基づいて、前記散布物の前記到達位置及び前記密度分布を演算する航空機の散布支援装置。
  8. 　航空機から地表の目標地点に散布物を散布する際に、その散布を効率的に行うように、前記散布物の投下を行うパイロットに対して支援情報を提供する散布支援方法であって、
    　少なくとも、前記航空機の機体速度、機体高度、及び風速の各情報を入力し、
    　前記入力した各情報に基づいて、前記散布物を前記航空機から投下したときの、地表の到達位置と、地表における前記散布物の密度分布と、を演算し、そして、
    　前記演算した前記到達位置及び前記密度分布に係る前記支援情報を表示部に表示する航空機の散布支援方法。
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