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技術 変更可能ヘリコプターフライト制御システム

出願人 マックドーネルダグラスコーポレイション
発明者 オズダースティーヴンエス
出願日 1996年12月6日 (22年8ヶ月経過) 出願番号 1997-521477
公開日 2000年2月15日 (19年6ヶ月経過) 公開番号 2000-501672
状態 未査定
技術分野 飛行船・気球・飛行機
主要キーワード 部分的故障 回転推力 リターンブロック 代替タイプ 部分故障 操縦軸 冗長位置 差動変換器
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

課題・解決手段

ヘリコプター回転翼の三つの斜板アクチュエータのどれか一つの故障が検知される。ひとたび検知されると、この機能しない斜板の位置は固定されて測定される。入力されコマンドされた斜板コレクティブ位置、コマンドされた斜板x軸回転位置及びコマンドされた斜板y軸回転位置は、次に故障モード制御マトリックスに受け渡される。故障モード制御マトリックスは、航空機姿勢制御が維持されるように二つの作動可能な斜板アクチュエータ用に斜板アクチュエータコマンド位置を計算する。この二つの斜板アクチュエータコマンド位置は、回転翼斜板の位置的移動量を指示し、これによりコマンドされた斜板x軸回転位置及びコマンドされた斜板y軸回転位置が満たされ、姿勢を制御することになる。疑似斜板コレクティブ位置訂正装置は疑似斜板コレクティブ位置を計算し、航空機の姿勢が首尾よく制御されるのでこの位置が実現される。斜板コレクティブ位置訂正装置は、計算された回転翼スピード変化で得られる大きさの回転翼揚力を生成し、コマンドされた斜板コレクティブ位置と疑似斜板コレクティブ位置の間のいかなる差異をも補う。閉ループ垂直速度コントローラーにより、コレクティブ制御の損失訂正するためにコマンドされる予想回転スピード変化量を改善する。

概要

背景

概要

ヘリコプター回転翼の三つの斜板アクチュエータのどれか一つの故障が検知される。ひとたび検知されると、この機能しない斜板の位置は固定されて測定される。入力されコマンドされた斜板コレクティブ位置、コマンドされた斜板x軸回転位置及びコマンドされた斜板y軸回転位置は、次に故障モード制御マトリックスに受け渡される。故障モード制御マトリックスは、航空機姿勢制御が維持されるように二つの作動可能な斜板アクチュエータ用に斜板アクチュエータコマンド位置を計算する。この二つの斜板アクチュエータコマンド位置は、回転翼斜板の位置的移動量を指示し、これによりコマンドされた斜板x軸回転位置及びコマンドされた斜板y軸回転位置が満たされ、姿勢を制御することになる。疑似斜板コレクティブ位置訂正装置は疑似斜板コレクティブ位置を計算し、航空機の姿勢が首尾よく制御されるのでこの位置が実現される。斜板コレクティブ位置訂正装置は、計算された回転翼スピード変化で得られる大きさの回転翼揚力を生成し、コマンドされた斜板コレクティブ位置と疑似斜板コレクティブ位置の間のいかなる差異をも補う。閉ループ垂直速度コントローラーにより、コレクティブ制御の損失訂正するためにコマンドされる予想回転スピード変化量を改善する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

コマンドされた斜板コレクティブ位置、コマンドされた斜板x軸回転位置、及びコマンドされた斜板y軸回転位置を入力するための入力手段と、第一斜板、第二斜板、第三斜板のどの一つが機能しないのかを決定するための決定手段と、第一斜板アクチュエータ、第二斜板アクチュエータ及び第三斜板アクチュエータ全てが機能可能であることを決定手段が決定した場合に、コマンドされた斜板コレクティブ位置、コマンドされた斜板x軸回転位置、コマンドされた斜板y軸回転位置を受信し、かつ、第一斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置、第三斜板アクチュエータコマンド位置を生成及び出力するための通常制御マトリックス計算手段と、第一斜板がもはや機能しえないと決定手段が決定した場合に、コマンドされた斜板コレクティブ位置、コマンドされた斜板x軸回転位置、コマンドされたy軸回転位置を受信し、かつ、第二斜板アクチュエータコマンド位置、第三斜板アクチュエータコマンド位置、疑似斜板コレクティブ位置を生成・出力し、かつ、これら生成位置航空機姿勢制御が維持されるのを保証する第一斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段と、第二斜板がもはや機能しえないと決定手段が決定した場合に、コマンドされた斜板コレクティブ位置、コマンドされた斜板x軸回転位置、コマンドされたy軸回転位置を受信し、かつ、第一斜板アクチュエータコマンド位置、第三斜板アクチュエータコマンド位置、疑似斜板コレクティブ位置を生成・出力し、かつ、これら生成位置は航空機姿勢制御が維持されるのを保証する第二斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段と、第三斜板がもはや機能しえないと決定手段が決定した場合に、コマンドされた斜板コレクティブ位置、コマンドされた斜板x軸回転位置、コマンドされたy軸回転位置を受信し、かつ、第一斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置、疑似斜板コレクティブ位置を生成・出力し、かつ、この生成位置は航空機姿勢制御が維持されるのを保証する第三斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段と、第一斜板アクチュエータ、第二斜板アクチュエータ及び第三斜板アクチュエータ全てが機能しうると決定手段が決定した場合、第一斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置、及び第三斜板アクチュエータコマンド位置を受け渡しする通常モード受信手段と、第一斜板アクチュエータ、第二斜板アクチュエータ、第三斜板アクチュエータの一つが機能しえないと決定手段が決定した場合に、第一斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段、第二斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段、第三斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段の内の一つから第一斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置、第三斜板アクチュエータコマンド位置及び疑似斜板コレクティブ位置の内のどれか三つを受信し、かつ、疑似斜板コレクティブ位置と第一斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置及び第三斜板アクチュエータコマンド位置の内の二つとの両者を出力する故障モード受信手段とを含むことを特徴とする変更可能ヘリコプターフライト制御システム

請求項2

コマンドされた斜板コレクティブ位置と、疑似斜板コレクティブ位置、即ちこの疑似斜板コレクティブ位置は第一、第二、第三斜板アクチュエータの一つが機能し得ず固定されてかつ機能しうる残存する二つのアクチュエータの位置が制御されている場合に結果的に生ずるコレクティブ位置であるが、これら両方を入力し、かつ、コマンドされた斜板コレクティブ位置と疑似斜板コレクティブ位置の間のどんな差異をも訂正するのに必要な大きさの回転翼揚力に対応した回転翼スピード変化を出力する斜板コレクティブ位置訂正手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項3

コマンドされた斜板コレクティブ位置と疑似斜板コレクティブ位置の両方を入力し、かつ、コマンドされた斜板コレクティブ位置と疑似斜板コレクティブ位置の間の差異を表す斜板コレクティブ位置差異を出力するための斜板集合位置差異決定手段を、斜板コレクティブ位置訂正手段が更に含むことを特徴とする請求の範囲第2項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項4

斜板コレクティブ位置差異決定手段から斜板コレクティブ位置差異を入力し、かつ、コマンドされた斜板コレクティブ位置と疑似斜板コレクティブ位置の間のいかなる差異も訂正するのに必要とされる回転翼揚力量に対応する回転翼スピードの変化を出力するための回転翼スピード決定手段を、斜板コレクティブ位置差異訂正手段が更に含むことを特徴とする請求の範囲第3項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項5

コマンドされた航空機垂直速度と測定された航空機垂直速度を入力し、かつ、回転翼スピード訂正量を出力する航空機垂直速度制御手段を、斜板コレクティブ位置訂正手段が更に含むことを特徴とする請求の範囲第4項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システムシステム。

請求項6

回転翼スピード訂正量が、コマンドされた航空機垂直速度と測定された航空機垂直速度の間の差異と対応することを特徴とする請求の範囲第5項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項7

コマンドされた航空機垂直速度と測定された航空機垂直速度を入力し航空機垂直速度差異を出力する航空機垂直速度差異決定手段を、航空機垂直速度制御手段が更に含むことを特徴とする請求の範囲第5項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項8

航空機垂直速度差異が、コマンドされた航空機垂直速度と測定された航空機垂直速度の間の差異に対応することを特徴とする請求の範囲第7項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項9

航空機垂直速度差異を回転翼スピード訂正量に変換するための航空機垂直速度から回転翼スピードへの変換手段を、航空機垂直速度制御手段が更に含むことを特徴とする請求の範囲第7項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項10

航空機垂直速度から回転翼スピードへの変換手段は航空機垂直速度差異を入力して回転翼スピード訂正を出力し、かつ、回転翼スピード訂正量は、測定された航空機垂直速度をコマンドされた航空機垂直速度に近付けると予想される回転翼スピードに対する変化量であることを特徴とする請求の範囲第9項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項11

回転翼スピード決定手段から回転翼スピードの変化を入力し、参照用回転翼スピードで回転翼スピードの変化を合計し、回転翼スピードコマンドを出力する回転翼スピードコマンド生成手段を、斜板コレクティブ位置差異決定手段が更に含むことを特徴とする請求の範囲第9項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項12

回転翼スピードコマンドが回転翼スピードの変化割合を指示することを特徴とする請求の範囲第11項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項13

回転翼スピードコマンド生成手段が、航空機垂直速度から回転翼スピードへの変換手段からの回転翼スピード訂正出力を、更に入力することを特徴とする請求の範囲第11項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項14

回転翼スピードコマンド生成手段が、参照用回転翼スピードで回転翼スピードの変化を合計するだけではなく、航空機垂直速度から回転翼スピードへの変換手段からの回転翼スピード訂正出力で回転翼スピードの変化をも合計し、かつ、回転翼スピードコマンドが、回転翼スピードの変化、参照用回転翼スピード及び回転翼スピード訂正量の合計を表すことを特徴とする請求の範囲第13項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項15

回転翼スピードコマンド生成手段からの回転翼スピードコマンド出力を入力し、予め決められた数値の範囲内に限るよう変更された回転翼スピードコマンドを表す限定回転翼スピードコマンドを出力する限定手段を、斜板コレクティブ位置訂正手段が更に含むことを特徴とする請求の範囲第14項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項16

限定回転翼スピードコマンドを入力し、限定回転翼スピードコマンドによってコマンドされた回転翼スピードで航空機回転翼を駆動するための回転翼トルクを生成するために航空機エンジンを制御するエンジンスピード制御手段を、斜板コレクティブ位置訂正手段が更に含むことを特徴とする請求の範囲第15項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項17

通常モード受信手段と故障モード受信手段が共に交換回路を含むことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項18

決定手段が第一斜板アクチュエータは機能していないと決定した場合に作動する第一作動手段を故障モード受信手段が含む変更可能ヘリコプターフライト制御システムにおいて、当該第一作動手段が、第一斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段から第二斜板アクチュエータコマンド位置、第三斜板アクチュエータコマンド位置及び疑似斜板コレクティブ位置を受信するための第一受信手段と、疑似斜板コレクティブ集合位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置及び第三斜板アクチュエータコマンド位置を出力するための第一出力手段とを含むことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項19

決定手段が第二斜板アクチュエータは機能していないと決定した場合に作動する第二作動手段を故障モード受信手段が含む変更可能ヘリコプターフライト制御システムにおいて、当該第二作動手段が、第二斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段から第一斜板アクチュエータコマンド位置、第三斜板アクチュエータコマンド位置及び疑似斜板コレクティブ位置を受信するための第二受信手段と、疑似斜板コレクティブ集合位置、第一斜板アクチュエータコマンド位置及び第三斜板アクチュエータコマンド位置を出力するための第二出力手段とを含むことを特徴とする請求の範囲第18項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項20

決定手段が第三斜板アクチュエータは機能していないと決定した場合に作動する第三作動手段を故障モード受信手段が含む変更可能ヘリコプターフライト制御システムにおいて、当該第三作動手段が、第三斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段から第一斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置及び疑似斜板コレクティブ位置を受信するための第三受信手段と、疑似斜板コレクティブ集合位置、第一斜板アクチュエータコマンド位置及び第二斜板アクチュエータコマンド位置を出力するための第三出力手段とを含むことを特徴とする請求の範囲第19項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項21

第一斜板アクチュエータはもはや機能していないと決定手段が決定した場合に当該決定手段によりセットされる第一アクチュエータ故障フラッグと、第二斜板アクチュエータはもはや機能していないと決定手段が決定した場合に当該決定手段によりセットされる第二アクチュエータ故障フラッグと、第三斜板アクチュエータはもはや機能していないと決定手段が決定した場合に当該決定手段によりセットされる第三アクチュエータ故障フラッグとを更に含むことを特徴とする請求の範囲第20項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項22

第一斜板アクチュエータはもはや機能していないと決定手段が決定した場合に第一アクチュエータ故障フラッグを入力する第一アクチュエータ故障フラッグ入力手段を第一斜板アクチュエータ故障制御マトリックスが含み、かつ、第二斜板アクチュエータはもはや機能していないと決定手段が決定した場合に第二アクチュエータ故障フラッグを入力する第二アクチュエータ故障フラッグ入力手段を第二斜板アクチュエータ故障制御マトリックスが含み、かつ、第三斜板アクチュエータはもはや機能していないと決定手段が決定した場合に第三アクチュエータ故障フラッグを入力する第三アクチュエータ故障フラッグ入力手段を第三斜板アクチュエータ故障制御マトリックスが含むことを特徴とする請求の範囲第21項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項23

第一斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置及び第三斜板アクチュエータコマンド位置の内の二つ以上を受信し、かつ、第一斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置及び第三斜板アクチュエータコマンド位置の内の受信された二つ以上に従って、第一斜板アクチュエータ、第二斜板アクチュエータ及び第三斜板アクチュエータの内の二つ以上と対応するアクチュエータを制御する斜板アクチュエータインターフェースを更に含むことを特徴とする請求の範囲第22項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項24

第一斜板アクチュエータ、第二斜板アクチュエータ及び第三斜板アクチュエータ全ては機能しうると決定手段が決定した場合に、斜板アクチュエータインターフェースが第一斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置及び第三斜板アクチュエータコマンド位置を受信し、かつ、第一斜板アクチュエータ、第二斜板アクチュエータ及び第三斜板アクチュエータ全ては機能しうると決定手段が決定した場合に、斜板アクチュエータインターフェースが第一斜板アクチュエータ、第二斜板アクチュエータ及び第三斜板アクチュエータを制御することを特徴とする請求の範囲第23項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項25

第一斜板アクチュエータは機能し得ないと決定手段が決定した場合、斜板アクチュエータインターフェースが第二斜板アクチュエータコマンド位置及び第三斜板アクチュエータコマンド位置を受信し、かつ、第一斜板アクチュエータは機能し得ないと決定手段が決定した場合、斜板アクチュエータインターフェースが第二斜板アクチュエータ及び第三斜板アクチュエータを制御するのを特徴とする請求の範囲第23項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項26

第二斜板アクチュエータは機能し得ないと決定手段が決定した場合、斜板アクチュエータインターフェースが第一斜板アクチュエータコマンド位置及び第三斜板アクチュエータコマンド位置を受信し、かつ、第二斜板アクチュエータが機能し得ないと決定手段が決定した場合、斜板アクチュエータインターフェースが第一斜板アクチュエータ及び第三斜板アクチュエータを制御するのを特徴とする請求の範囲第23項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項27

第三斜板アクチュエータが機能し得ないと決定手段が決定した場合、斜板アクチュエータインターフェースが第一斜板アクチュエータコマンド位置及び第二斜板アクチュエータコマンド位置を受信し、かつ、第三斜板アクチュエータが機能し得ないと決定手段が決定した場合、斜板アクチュエータインターフェースが第一斜板アクチュエータ及び第二斜板アクチュエータを制御するのを特徴とする請求の範囲第23項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項28

第一斜板アクチュエータ、第二斜板アクチュエータ及び第三斜板アクチュエータの全てが機能しうると決定手段が決定した場合、斜板コレクティブ位置訂正手段が疑似斜板コレクティブ位置を受信しないことを特徴とする請求の範囲第23項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項29

第一斜板アクチュエータ、第二斜板アクチュエータ及び第三斜板アクチュエータの一つが機能し得ないと決定手段が決定した場合、斜板コレクティブ位置訂正手段が疑似斜板コレクティブ位置を受信することを特徴とする請求の範囲第23項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項30

第一斜板アクチュエータ、第二斜板アクチュエータ、第三斜板アクチュエータの内のどの一つがもはや機能し得ないのかを決定し、かつ、決定時に第一斜板アクチュエータ、第二斜板アクチュエータ及び第三斜板アクチュエータの一つがもはや機能し得ないという故障モード信号を生成する決定手段と、第一斜板アクチュエータ、第二斜板アクチュエータ及び第三斜板アクチュエータの内の一つがもはや機能し得ないという決定時に、コマンドされた斜板コレクティブ位置、コマンドされた斜板x軸回転位置及びコマンドされた斜板y軸回転位置を受信し、かつ、第一斜板アクチュエータ、第二斜板アクチュエータ及び第三斜板アクチュエータの一つがもはや機能し得ないという決定時に疑似斜板コレクティブ位置と、第一斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置及び第三斜板アクチュエータコマンド位置の内の二つを生成・出力する斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段と、疑似斜板コレクティブ位置と第一斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置及び第三斜板アクチュエータコマンド位置の内の二つを受信し、かつ、疑似斜板コレクティブ位置を斜板コレクティブ位置訂正手段に、第一斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置及び第三斜板アクチュエータコマンド位置の内の二つを斜板アクチュエータインターフェースに出力する交換回路を含むことを特徴とする変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項31

斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段が、第一斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段、第二斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段及び第三斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段を含むことを特徴とする請求の範囲第30項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項32

斜板コレクティブ位置訂正手段が、交換回路からの疑似斜板コレクティブ位置を受信し、コマンドされた斜板コレクティブ位置と疑似斜板コレクティブ位置の間の回転翼揚力のいかなる差異も補うために回転翼スピード変化量を計算することを特徴とする請求の範囲第30項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項33

コマンドされた斜板コレクティブ位置、コマンドされた斜板x軸回転位置及び命令された斜板y軸回転位置を入力する入力手段と、複数の斜板アクチュエータの一つが機能し得ないことを決定する決定手段と、機能し得ない斜板アクチュエータの位置を固定する固定手段と、機能し得ない斜板の固定された位置を測定する測定手段と、第一斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置及び第三斜板アクチュエータコマンド位置の内の二つを計算し、かつ、この計算された二つの位置がコマンドされた斜板x軸回転位置とコマンドされた斜板y軸回転位置を満たすように回転翼斜板の位置的な動きを指示する計算手段と、残存する二つの斜板位置のみを制御するが故に、コマンドされた斜板コレクティブ位置とは通常等しくない疑似斜板コレクティブ位置が生ずるケース見積値としての疑似斜板コレクティブ位置を計算する疑似斜板コレクティブ位置計算手段と、疑似斜板コレクティブ位置を補う回転翼スピードを生成することでコマンドされた斜板コレクティブ位置と同等の揚力を満たす斜板コレクティブ位置訂正手段を含むことを特徴とする変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

請求項34

計算手段及び疑似斜板コレクティブ位置計算手段が共に第一斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段、第二斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段及び第三斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段を含むことを特徴とする請求の範囲第33項に記載の変更可能ヘリコプターフライト制御システム。

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0001

技術的背景
本発明は、一般的にヘリコプター、より詳しく言えば部分故障時に再構成可能
なヘリコプターフライト制御システム(以下、変更可能ヘリコプターフライト制
御システムと呼ぶ。)に関する。

0002

フライバイワイヤー式ヘリコプターフライト制御システムは、パイロットが横
方向と縦方向での循環制御ペダル制御及びコレクティブ制御を行って航空機
安定化させて操縦せねばならない従来型制御のヘリコプターに、正確さ及び航空
飛行特性における進歩をもたらす。適切に設計されたフライバイワイヤー式フ
ライト制御システムの場合、航空機の安定性姿勢姿勢変化割合、速度、水平
位置フィードバック、パイロットがこれらの動きを直接コマンドできる操縦棒
して機能するサイドスティック制御装置によって、本来的に決まる。例えばパイ
ロットがサイドスティックを横方向に動かし、ロール割合をコマンドすると、航
空機はサイドスティックが開放された時点に達成されるロール姿勢を自動的に保
持する。パイロットが循環制御、ペダル及びコレクティブコマンドの組み合わせ
て、ヘリコプターの本質的に不十分な安定性及び循環制御・コレクティブ制御・
ペダル制御における交差軸カプリングと「格闘している」と言うよりもむしろ、
フライバイワイアー式システムのコンピューターが命ぜられた飛行を達成するた
め四つの全ての制御軸に必要な制御操作の正確な量を決定しているのである。そ
れ故にフライバイワイアー式フライト制御システムは切り離し制御を提供してお
り、ここでパイロットが必要とするのはふさわしい操縦軸に対してスティックコ
マンドを出すことのみであり、その一方で制御コンピューターが、航空機に必要
な力とモーメントを如何にコマンドするかを決定する。コールドエル他が取得し
た米国特許番号5、001、646は、フライバイワイアー式フライト制御の機
械化を述べており、こうした切り離し制御を正確な飛行経路安定化と同様に与え
ている。

0003

フライバイワイアー式フライト制御システムにおける現行技術は、フライト制
御コンピューター、運動センサー及び制御アクチュエータ冗長度を与える多く
概念を含んでいるため、結果的に出来上がるシステムは、故障許容性が高く、
多数の部品故障後機能低下することなく作動継続可能である。フライバイワイ
アー式フライト制御が持つリコプターに対する上記利点にも拘わらず、こうした
システムの採用にはしばしば気遅れすることがあるが、それは特別の故障の可能
性、万一発生した場合、急速かつ破滅的な混乱状態を航空機に生じさせる可能性
があるためである。故障には、斜板上のどこか一つの点での位置付け性能の喪失
が関係している。アクチュエータと関連コンピューターは、偶然の故障からそう
した破滅的な状況になるのを防ぐ十分な冗長度を一般的に有している一方、こう
した冗長度で、ひどいエンジン脱離からテロリスト爆弾に至る様々な原因によ
構造的ダメージ及び用ヘリコプターでの戦闘ダメージといった異常な事故
対処できるとは期待されていない。本発明は、斜板の位置付け性能のそのような
「破滅的」喪失後に制御を変更するための方法に関係しており、こうした事故後
のフライバイワイアー式ヘリコプターの安全な回復を可能にする。

0004

図1は、回転翼斜板に取り付けられた三つの斜板アクチュエータを有する回転
斜板の平面図である。回転翼斜板は、その上に描かれた三角形11を有する。
第一斜板アクチュエータ13は、三角形11の第一コーナーに取り付けられ、第
二斜板アクチュエータ15は、三角形11の第二コーナーに取り付けられ、第三
斜板アクチュエータ17は、三角形11の第三コーナーに取り付けられている。
以下では、第一、第二、第三のそれぞれの斜板アクチュエータ13、15、17
を、A、B、Cと数学的に略して示す。

0005

最低限、第一斜板アクチュエータ13、第二斜板アクチュエータ15、第三斜
板アクチュエータ17は、三角形11の三つの頂点に位置させる必要があり、本
三角形はA、B、Cで決まる円に内接する。循環及びコレクティブ制御のふさわ
しい組み合わせを定義するために、三つの斜板アクチュエータ13、15、17
を別々に制御せねばならない。より多くの斜板アクチュエータを使用してもよい
が、この三つの斜板アクチュエータ13、15、17で、従来型単発回転翼ヘリ
コプターの主回転翼制御の基礎を提供するには十分である。

0006

三つの斜板アクチュエータ13、15、17は、従来型UH−60のようなパ
イロットスティックから機械制御リンク装置で制御してもよく、ないしはRH−
66フライバイワイアー式ヘリコプターフライト制御を有する場合の様なコン
ューターで制御してもよい。アパッチヘリコプター型の場合、三つの斜板アク
ュエータが機械ミキサーを操作し、機械的ミキサーの出力が固定斜板にある三
角形11の頂点に接続される。特定の回転翼斜板及び斜板アクチュエータのタイ
プが如何なるものであるにせよ、三角形11の三頂点A、B、Cのコマンドされ
た位置に対する制御のどの一つが喪失しても、航空機にとっては破滅的であり、
姿勢の急速な混乱状態につながり、航空機はスピンにも等しい状況を被りながら
墜落することになる。

0007

固定翼航空機でさえ、様々なフライト制御表面の少なくとも一つを操作できな
いという問題から免れることができない。多くの故障を抱えた固定翼航空機を制
御するための解決策に関する研究が、米国空軍の後援を受け、幾分成功しつつあ
る。これら研究努力は、破壊的事故後航空機制御機能の破滅的喪失を防ぐのに
役立つ自己修理及び変更可能技術を考案するために向けられている。一般的な固
定翼航空機の分野における相対的成功の一つの要因は、代表的な固定翼航空機で
は冗長度のある力とモーメントを生みだす表面の多様性由来する。冗長度のあ
る力とモーメントを生みだすこの膨大な数の表面は、例えば、一つの制御表面が
全て失なわれても、それを補うべく多くの異なる方法で配置することが可能であ
る。

0008

固定翼航空機の場合、特異なエンジン推力ですら、ヨーイングモーメント及び
ピッチングモーメントを生じさせ、全ての水平及び垂直尾翼制御が失われた時に
効果的であることが示されている。固定翼航空機の性能は妥協されたものである
が、故障による再構成からくるヨーイングモーメント及びピッチングモーメント
の性能低下は許容できる、何故なら故障による再構成は、比較的安全な着陸を可
能にするからである。

0009

固定翼航空機とは違って、ヘリコプターは、回転翼斜板を位置決めすることに
より得られる回転翼フラッピング以外に、ローリングモーメント及びピッチング
モーメントを生みだす代替表面がない。先行技術では、どんな再構成装置もヘリ
コプターの基礎設計において発見できなかった。1980年代ベルヘリコプター
社で、斜板の回りに五ないし六角形型に配置した五ないし六個の斜板アクチュ
ータを有するヘリコプターが実現された。五ないし六個のアクチュエータが一緒
に作動して、図1の第一斜板アクチュエータ13、第二斜板アクチュエータ15
及び第三斜板アクチュエータの機能を果たすようになっている。

0010

回転翼斜板上のこの五ないし六個の位置は、非常に高い精度で制御せねばなら
ないため、完成時の通常の許容差に対しいつも誤差が生じ、五ないし六個のアク
チュエータ間で厳しく力がぶつかり合ってしまう。この厳しい力のぶつかり合い
に対処するため、ベルヘリコプター社はドレーパー研究所と共同で、平準化スキ
ームに取り組んだが、様々な不安定要素がシステム全体に残ったままである。

0011

斜板アクチュエータ位置付けコマンドを実際に出すのはフライバイワイアー式
ヘリコプターフライト制御システム内の制御コンピューターであるから、先行技
術では、これら制御コンピューターをできる限り信頼性あるものにする努力がな
された。多くの先行技術は電子バックアップシステムを組み込んでおり、このバ
ックアップシステムが、二重故障作動システムの制御コンピューターがもはや機
能しない場合の残存性を提供する。「バックアップフライバイワイアー式制御シ
ステム」と呼ばれるオスダーの米国特許番号5、012、423は、制御コンピ
ューター及び関連の運動センサーがダウンした場合に生存性を提供するためのこ
うした電子バックアップシステムを、開示している。しかしこの先行技術システ
ムは、制御コンピューターと関連センサーの信頼性を確実にするために作動する
だけで、斜板アクチュエータ自体のどの一つが故障しているかを教えてはくれな
い。

0012

先行技術では、三斜板アクチュエータフライバイワイアー式ヘリコプター制御
システムで部分的故障が起きた時に回転翼斜板制御を変更するという問題を解決
できていない。この問題が解決されると人命を救える可能性がある、何故なら五
ないし六個の斜板型とは対照的に、三個の斜板アクチュエータ型がヘリコプター
の設計においてとりわけ普及しているからである。
発明の概要

0013

本発明の変更可能ヘリコプターフライト制御システムは、三斜板アクチュエー
タフライバイワイアー式ヘリコプター制御システムが部分的な故障を起こした場
合、惨事を回避するための方法を提供する。変更可能ヘリコプターフライト制御
システムは、どんなフライバイワイアー式ヘリコプター制御システムにも適用で
き、三アクチュエータの機械化のそれぞれにおける冗長度が非常に高レベルであ
るフライバイワイアー式ヘリコプターフライト制御システムにも適用できる。

0014

本発明の変更可能ヘリコプターフライト制御システムは、斜板アクチュエータ
のどれか一つが機能しない状態を迅速に検知するため、斜板アクチュエータを監
視する。機能しない斜板アクチュエータが検知されると、そのアクチュエータは
その故障した位置で固定され、機能しない斜板アクチュエータの故障位置が、変
更処理のために測定される。

0015

残った機能している斜板アクチュエータの斜板アクチュエータ位置は、故障し
た斜板アクチュエータを補うために変更される。この変更により、安全な着陸が
できる様、ヘリコプターの縦揺れ及び回転を制御する。

0016

ヘリコプターの姿勢安定化は達成されるが、航空機の垂直速度がまず犠牲とな
る。こうして正確な垂直速度制御が失われるのは、二つの斜板アクチュエータの
み動かして姿勢安定化を維持するためである。それ故垂直速度制御は、回転翼の
スピードを早めたり遅くすることで達成される。このように本発明の目的は、迅
速な航空機姿勢安定化のために垂直速度制御の正確さ及び範囲を犠牲にし、回転
翼スピードにおける変化を通して垂直速度を維持することにある。

0017

本発明の変更可能ヘリコプターフライト制御システムは、コマンドされた斜板
コレクティブ位置、コマンドされた斜板x軸回転位置及びコマンドされた斜板y
軸回転位置を入力する。コマンドされた斜板コレクティブ位置は、回転翼斜板の
ふさわしい垂直移動量を示し、回転翼が発生させる揚力の大きさを示す。コマン
ドされた斜板x軸回転位置は、x軸に関する回転翼斜板のふさわしい位置付けを
示し、コマンドされた斜板y軸回転位置は、y軸に関する回転翼斜板のふさわし
運動を示す。

0018

変更可能ヘリコプターフライト制御システムは、第一斜板アクチュエータ、第
二斜板アクチュエータないし第三斜板アクチュエータが故障したか否かを決定す
るための決定装置を更に含む。通常制御マトリックスは、コマンドされた斜板コ
レクティブ位置、コマンドされた斜板x軸回転位置及びコマンドされた斜板y軸
回転位置を受信する。三つの斜板アクチュエータのどれも故障していない場合、
通常制御マトリックスは、第一斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アク
チュエータコマンド位置及び第三斜板アクチュエータコマンド位置を出力する。

0019

第一斜板アクチュエータが故障していると決まった時点で、第一斜板アクチュ
エータ故障制御マトリックスは、コマンドされた斜板コレクティブ位置、コマン
ドされた斜板x軸回転位置及びコマンドされた斜板y軸回転位置を受信する。第
一斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置、第
三斜板アクチュエータコマンド位置を出力する代りに、第一斜板アクチュエータ
故障制御マトリックスは、第二斜板アクチュエータコマンド位置、第三斜板アク
チュエータコマンド位置及び疑似斜板コレクティブ位置を出力する。疑似斜板コ
レクティブ位置は、コマンドされた斜板コレクティブ位置の近似を示すが、この
コマンドされた斜板位置は恐らく達成できないことが分かっている。

0020

第二斜板アクチュエータが故障していると決まった時点で、第二斜板アクチュ
エータ故障制御マトリックスは、コマンドされた斜板コレクティブ位置、コマン
ドされた斜板x軸回転位置及びコマンドされた斜板y軸回転位置を受信後、第一
斜板アクチュエータコマンド位置、第三斜板アクチュエータコマンド位置及び疑
似斜板コレクティブ位置を生成して出力する。

0021

第三斜板アクチュエータが故障していると決まった時点で、第三斜板アクチュ
エータ故障制御マトリックスは、コマンドされた斜板コレクティブ位置、コマン
ドされた斜板x軸回転位置及びコマンドされた斜板y軸回転位置を受信後、第一
斜板アクチュエータコマンド位置、第二斜板アクチュエータコマンド位置及び疑
似斜板コレクティブ位置を出力する。

0022

このように、通常制御マトリックス、第一斜板アクチュエータ故障制御マトリ
クス、第二斜板アクチュエータ故障制御マトリックスないし第三斜板アクチュ
エータ故障制御マトリックスのいずれかが、斜板アクチュエータ故障の場合に、
斜板アクチュエータコマンド位置及び/ないし疑似斜板コレクティブ位置を生成
する。これら斜板アクチュエータコマンド位置及び/ないし疑似斜板コレクティ
ブ位置は、三つの斜板アクチュエータのどれも故障していない場合は通常モード
レシーバーによって、斜板アクチュエータの一つに故障が検知された場合は故障
モードレシーバーによって、処理される。

0023

三つの斜板アクチュエータのどれも故障していない場合、通常モードレシーバ
ーは、第一、第二、第三斜板アクチュエータコマンド位置を基本的に受信し、そ
れらを斜板アクチュエータインターフェースに受け渡す。一方、故障モードレシ
ーバーは、二つの斜板アクチュエータコマンド位置を、現在作動中の斜板アクチ
ュエータ故障制御マトリックスのどれかから斜板アクチュエータインターフェー
スへ受け渡す。

0024

故障モードレシーバーは、疑似斜板コレクティブ位置を、同じ斜板アクチュエ
ータ故障制御マトリックスから斜板コレクティブ位置訂正装置へ受け渡す。斜板
コレクティブ位置訂正装置は、コマンドされた斜板コレクティブ位置と疑似斜板
コレクティブ位置の間での回転翼揚力の差異を補うために回転翼トルク量をコマ
ンドする。

0025

第一アクチュエータが故障した場合、故障モードレシーバーは、第二斜板アク
チュエータコマンド位置及び第三斜板アクチュエータコマンド位置を第一斜板ア
クチュエータ故障制御マトリックスから受信する。第二アクチュエータが故障し
た場合、故障モードレシーバーは、第一斜板アクチュエータコマンド位置及び第
三斜板アクチュエータコマンド位置を第二斜板アクチュエータ故障制御マトリッ
クスから受信する。第三アクチュエータが故障した場合、故障モードレシーバー
は、第一斜板アクチュエータコマンド位置及び第二斜板アクチュエータコマンド
位置を第三斜板アクチュエータ故障制御マトリックスから受信する。

0026

斜板コレクティブ位置訂正装置は、斜板コレクティブ位置差異決定装置を含ん
でおり、本装置は、コマンドされた斜板コレクティブ位置と疑似斜板コレクティ
ブ位置の両方を入力する。斜板コレクティブ位置差異決定装置は、コマンドされ
た斜板コレクティブ位置と疑似斜板コレクティブ位置の間の差異を見つけ、この
差異を回転翼スピード決定装置に出力し、この回転翼スピード決定装置は、コマ
ンドされた斜板コレクティブ位置と疑似斜板コレクティブ位置の間の差異に対応
する回転翼スピードの変化を生成する。

0027

本発明のもう一つの面に依ると、斜板コレクティブ位置訂正装置は、航空機垂
速度コントローラーを更に含んでいる。航空機垂直速度コントローラーは、コ
マンドされた航空機垂直速度及び測定された航空機垂直速度を入力する。航空機
垂直速度コントローラーは、回転翼スピード訂正量を生成し、それはコマンドさ
れた航空機垂直速度と測定された航空機垂直速度の間の差異に対応する。

0028

航空機垂直速度コントローラーは航空機垂直速度差異決定装置を有し、本決定
装置は航空機垂直速度コントローラーの入力を受信し、航空機垂直速度差異を出
力する。航空機垂直速度コントローラーは、航空機垂直速度を回転翼スピードへ
変換する変換器を更に含んでおり、本変換器は航空機垂直速度差異決定装置から
の出力を受信し、この出力を回転翼スピード訂正量に変換する。

0029

斜板コレクティブ位置差異決定装置は、回転翼スピード決定装置から得られる
回転翼スピードの変化と参照用回転翼スピードの間の差異を発見するための回転
翼スピードコマンドジェネレーターを更に含む。回転翼スピードコマンドジェネ
レーターは、回転翼スピード訂正量を合計するが、この量は、航空機垂直速度を
回転翼スピードへ変換する変換器から出力されたものである。回転翼スピードに
おける変化、参照用回転翼スピード及び回転翼スピード訂正量を総計した後、回
転翼スピードコマンドジェネレーターは回転翼スピードコマンドを出力する。回
転翼スピードコマンドは、対応する回転翼揚力を生じさせるため、エンジンスピ
ドコトローラーに受け渡される。

0030

本発明のもう一つの面に依ると、第一斜板アクチュエータ故障が検知された場
合、第一アクチュエータ故障フラッグがセットされる。この第一アクチュエータ
故障フラッグを、第一斜板アクチュエータ故障制御マトリックスに入力し、この
制御マトリックスを作動可能にする。同様に、第二アクチュエータ故障フラッグ
は、第二斜板アクチュエータ故障制御マトリックスを作動可能にし、第三アクチ
ュエータ故障フラッグは、第三斜板アクチュエータ故障制御マトリックスを作動
可能にする。

0031

本発明のもう一つの面に依ると、ひとたび三つの斜板アクチュエータのどれか
一つが機能していないと検知されると、この機能していない斜板の位置が固定さ
れた上で測定される。入力されコマンドされた斜板コレクティブ位置、コマンド
された斜板x軸回転位置及びコマンドされた斜板y軸回転位置は、斜板アクチュ
エータの一つに故障が検知された場合、故障モード制御マトリックスに受け渡さ
れる。故障モード制御マトリックスは、二つの作動可能な斜板アクチュエータの
ために斜板アクチュエータコマンド位置を計算する。この二つの斜板アクチュエ
ータコマンド位置は、回転翼斜板の位置的な動きを指示し、これによりコマンド
された斜板x軸回転位置及びコマンドされた斜板y軸回転位置が満たされる。斜
板コレクティブ位置訂正装置は、疑似斜板コレクティブ位置を計算し、回転翼斜
板の位置的な動きが、コマンドされた斜板コレクティブ位置に近付くように指示
をする。斜板コレクティブ位置訂正装置は、コマンドされた斜板コレクティブ位
置と疑似斜板コレクティブ位置の間にある差異を補うため、回転翼揚力量を生成
する。

0032

付随の図面と関連して以下の記述を参照することで、追加的な特徴と利点と共
に本発明を理解できるであろう。

図面の簡単な説明

0033

図1は、ヘリコプター回転翼斜板の上から見た幾何学的な平面図である。

0034

図2は、本好適実施例の変更可能ヘリコプターフライト制御コントロールシス
テムの一部を示すブロック図である。

0035

図3は、本好適実施例による斜板アクチュエータと関連要素の概略図である。

0036

図4は、本発明の方法を示すフローチャートである。
実施例の説明

0037

内接三角形11の各コーナーに位置する第一斜板アクチュエータ13、第二斜
板アクチュエータ15及び第三斜板アクチュエータ17(A、B、Cは各アクチ
ュエータ)を有する代表的な回転翼斜板を図1に示す。第一斜板アクチュエータ
13は、三角形11の変数ZAで示されたコーナーを垂直方向に移動する様コマ
ンドされる。同様に第二斜板アクチュエータ15及び第三斜板アクチュエータ1
7は三角形11の対応する頂点をそれぞれ垂直方向に移動させるが、この移動量
をZB、ZCで表す。三角形11の中心の垂直移動量は、変数Zoで表す。

0038

変数φは、x軸についての回転翼斜板の角度を示し、変数θは、y軸について
の回転翼斜板の角度を示す。x軸とy軸を、航空機x軸とy軸に関して適切な方
向に向けた場合、角度θとφは、従来からのB1SとA1Sに対応する。二つの変数
B1SとA1Sは、従来の縦循環制御出力と横循環制御出力を示し、変数Zoは、斜
板コレクティブ制御出力に対応する。縦と横の循環制御B1とA1の論議は、19
91年3月19日発行のコールドウエル他の米国特許番号5、001、646で
なされており、参考までに掲げる。Zo、θ、φの幾何学的関係次式で示す。

0039

Zo=0.5ZA+0.5ZB+cosη/2ZC/(cosη/2+1)方程式
θ=ZA+ZB−2ZC/2R(cosη/2+1) 方程式2
φ=ZA−ZB/2Rsinη/2 方程式3

0040

こうしたヘリコプターフライト制御システムにおいてはパイロットは、Zo、
θ及びφの数値をコマンドするためにフライト制御スティックを制御する。本発
明においては、斜板アクチュエータ制御コンピューターは、斜板移動量のZo、
θ、φに関するこれらコマンドされた数値を受信し、第一斜板アクチュエータ1
3、第二斜板アクチュエータ15及び第三斜板アクチュエータ17に関する垂直
移動量を計算する。第一、第二、第三斜板アクチュエータ垂直移動量ZA、ZB、
ZCに関する三つの方程式を次式で示す。
ZA=Zo+θRcosη/2+φRsinη/2 方程式4
ZB=Zo+θRcosη/2−φRsinη/2 方程式5
ZC=Zo−θR 方程式6

0041

これら三つの方程式を次式にマトリックス表示する。

0042

上記方程式4、5及び6から、三つの斜板アクチュエータ13、15及び17
のどれか一つに故障が起こると、残る二つの斜板アクチュエータを位置付けさせ
て、コマンドされたZo、θ及びφの斜板位置を達成させることは、たとえ不可
能でないにしても、非常に難しいことが明らかである。

0043

本発明では、Zo、θ、φのコマンドされた三変数を満たすのは不可能で、作
動している三つの斜板アクチュエータ13、15、17の二つしか満たせないこ
とがわかる。従って、本発明では、コマンドされた三数値Zo、θ、φの内のよ
り重要な値θ、φを解くための方程式を与える。この方程式はZoに関する正確
な数値を出せないが、その代わり斜板コレクティブ位置Zo′に関する近似値
出し、Zoの正確な数値をたとえコマンドしなくとも、ふさわしい回転揚力を生
みだすことを目的としている。

0044

第一斜板アクチュエータ13(Aアクチュエータ)が故障し、A位置で固定さ
れた場合、ZA、ZB、Zo′は、次のマトリックス方程式で計算できる。

0045

第二斜板アクチュエータ15(Bアクチュエータ)が故障し、B位置で測定さ
れた場合、ZA、ZC、Zo′は、次のマトリックス方程式で決定できる。

0046

第三斜板アクチュエータ17(Cアクチュエータ)が故障し、C位置で測定さ
れた場合、次のマトリックス方程式で変数ZA、ZB、Zo′決定できる。

0047

図2を説明する。本好適実施例の変更可能ヘリコプターフライト制御システム
21のブロック図が示されている。コマンドされた斜板コレクティブ位置Zo、
コマンドされた斜板x軸回転位置φ及びコマンドされた斜板y軸回転位置θは、
入力手段23により変更可能ヘリコプターフライト制御システムに入力される。
上記のように、コマンドされた斜板コレクティブ位置Zo、コマンドされた斜板
x軸回転位置θ及びコマンドされた斜板y軸回転位置φは、ヘリコプターパイロ
ットによるフライトスティックの動きないしフライバイワイアー式コンピュータ
ーシステムによって出された制御コマンドにほぼ一致する。

0048

第一斜板アクチュエータ13、第二斜板アクチュエータ15、ないし第三斜板
アクチュエータ17のどれが故障したかを決定手段25は、決定する。もし第一
斜板アクチュエータ13が故障していれば、第一アクチュエータ故障フラッグが
決定手段25によってライン27上にセットされる。同様に第二斜板アクチュエ
ータ15の故障が検知された場合、決定手段25は、第二斜板アクチュエータ故
障フラッグをライン29上にセットし、第三斜板アクチュエータ17の故障が検
知された場合、決定手段25は、第三斜板アクチュエータ故障フラッグをライン
31上にセットする。

0049

第一斜板アクチュエータ13、第二斜板アクチュエータ15、第三斜板アクチ
ュエータ17のどれも故障していない場合、通常制御マトリックス計算手段33
が、コマンドされた斜板コレクティブ位置Zo、コマンドされた斜板x軸回転位
置φ及びコマンドされた斜板y軸回転位置θを受信する。通常制御マトリックス
計算手段33は、次に第一斜板アクチュエータコマンド位置ZA、第二斜板アク
チュエータコマンド位置ZB及び第三斜板アクチュエータコマンド位置ZCを生成
するために方程式7マトリックス方程式を実行する。コマンドされた斜板コレク
ティブ位置Zo、コマンドされた斜板x軸回転位置φ及びコマンドされた斜板y
軸回転位置θは、それぞれライン35、37及び39を経て通常制御計算手段3
3にすべて入力される。第一斜板アクチュエータコマンド位置ZA、第二斜板ア
クチュエータコマンド位置ZB及び第三斜板アクチュエータコマンド位置ZCは、
それぞれライン41、43及び45を経て通常制御計算手段33から出力される

0050

決定手段25が第一斜板アクチュエータ13の故障を検知し、第一アクチュエ
ータ故障フラッグ27をセットする場合、第一斜板アクチュエータ故障制御マト
リックス計算手段47は、ライン49、51及び53を経てコマンドされた斜板
コレクティブ位置Zo、コマンドされた斜板x軸回転位置φ及びコマンドされた
斜板y軸回転位置θを受信する。第一斜板アクチュエータ故障制御マトリックス
計算手段が、更にライン27上で第一アクチュエータ故障フラッグを受信する場
合、ライン55上の第二斜板アクチュエータコマンド位置ZB、ライン57上の
第三斜板アクチュエータコマンド位置及びライン59上の疑似斜板コレクティブ
位置を生成し出力する。第一斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段
47は、上記のマトリックス方程式8を使って第二斜板アクチュエータコマンド
位置ZB、第三斜板アクチュエータコマンド位置ZC及び疑似斜板コレクティブ位
置Zo′を生成する。

0051

同様に、第二斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段48は、第二
アクチュエータ故障フラッグをライン29上の決定手段25から受信し、ライン
61上の第一斜板アクチュエータコマンド位置、ライン63上の第三斜板アクチ
ュエータコマンド位置、ライン65上の疑似斜板コレクティブ位置を生成する。
同様に第三斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段67は、ライン3
1上の第三アクチュエータフラッグを受信した場合、それはライン69上の第一
斜板アクチュエータコマンド位置ZA、ライン71上の第二斜板アクチュエータ
コマンド位置ZB及びライン73上の疑似斜板コレクティブ位置Zo′を生成す
るために、コマンドされた斜板コレクティブ位置Zo、コマンドされた斜板x軸
回転位置θ及びコマンドされた斜板y軸回転位置φを使用する。

0052

交換回路75は、通常モード受信手段77及び故障モード受信手段79を一般
に含んでいる。通常モード受信手段は、ライン41上の第一斜板アクチュエータ
コマンド位置、ライン43上の第二斜板アクチュエータコマンド位置及びライン
45上の第三斜板アクチュエータコマンド位置をそれぞれ三出力ライン81、8
3及び85に基本的に受け渡す。

0053

斜板アクチュエータインターフェース87は、ライン81、83及び85上の
これら三つの入力を受信し、第一斜板アクチュエータ13、第二斜板アクチュエ
ータ15及び第三斜板アクチュエータ17を制御する。

0054

一方、交換回路75の故障モード受信手段79は、第一、第二、第三斜板アク
チュエータ故障制御マトリックス計算手段47、48及び67からの出力をそれ
ぞれ斜板アクチュエータインターフェース87及び斜板コレクティブ位置コント
ローラー89に送るよう作動している。

0055

第一斜板アクチュエータ13、第二斜板アクチュエータ15、第三斜板アクチ
ュエータ17のいずれかが故障した場合、二つの機能しうる斜板アクチュエータ
に対応する二つの斜板アクチュエータコマンド位置が、故障モード受信手段79
を通って、対応する斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段から斜板
アクチュエータインターフェース87へ送られる。斜板アクチュエータコマンド
位置の代わりに、疑似斜板コレクティブ位置が、故障した斜板アクチュエータの
ために斜板アクチュエータ故障制御マトリックスコンピューター手段の各々から
出力されるので、故障した斜板アクチュエータに対応する斜板コマンド位置が、
故障モード受信アクチュエータを通って斜板アクチュエータインターフェース8
7に送られるようなことは決してない。その代わり、故障した斜板アクチュエー
タに対応する斜板アクチュエータ故障制御マトリックス計算手段が、疑似斜板コ
レクティブ位置Zo′を故障モード受信手段79に出力する。

0056

故障モード受信手段が、故障した斜板アクチュエータに対応する疑似斜板コレ
クティブ位置を受信する場合、故障モード受信手段79は、この疑似斜板コレク
ティブ位置をライン91を経て斜板コレクティブ位置訂正装置に受け渡す。

0057

例えば、もし第三斜板アクチュエータ17の故障が決定手段25によって検知
されれば、第三斜板アクチュエータ制御マトリックス計算手段67が、ライン6
9上の第一斜板アクチュエータコマンド位置、ライン71上の第二斜板アクチュ
エータコマンド位置及びライン73上の疑似斜板コレクティブ位置を生成し提供
する。故障モード受信手段79は、第一斜板アクチュエータコマンド位置及び第
二斜板アクチュエータコマンド位置をそれぞれライン81と83を経て斜板アク
チュエータインターフェース87に送る。更に、故障モード受信手段79は、疑
似斜板コレクティブ位置、ライン73上の入力をライン91を経て斜板コレクテ
ィブ位置訂正装置89に送る。

0058

斜板コレクティブ位置訂正装置89は、斜板コレクティブ位置差異決定装置9
3、回転翼スピード決定装置95、回転翼スピードコマンドジェネレータ97、
航空機垂直速度コントローラー98、リミッター103及びエンジンスピード
ントローラー105を含む。斜板コレクティブ位置差異決定装置93は、ライン
91上の疑似斜板コレクティブ位置Zo′及びライン92のコマンドされた斜板
コレクティブ位置Zoを入力する。これら二つの信号の間の差異は、斜板コレク
ティブ位置差異としてライン94上に出力される。斜板コレクティブ位置差異9
4は、コマンドされた斜板コレクティブ位置Zoと疑似斜板コレクティブ位置Z
o′の間にエラー信号として示され、このエラー信号は、三つのアクチュエータ
の二つのみが制御可能な時だけ、達成可能な斜板コレクティブ位置Zo′の見積
値として生成される。

0059

この斜板斜板コレクティブ位置差異94は、これは回転翼推力不足量ないし
過剰量の測定値であるが、回転翼スピード決定装置95に入力される。回転翼ス
ピード決定装置95は、回転推力不足に対応する斜板コレクティブ位置差異94
を補うのに必要とされる回転翼スピード(△Ω)の変化を決定する。回転翼スピ
ード決定装置95は、例えば各フライト状態で必要とされる回転揚力を定義する
構成対照表を含んでいてもよい。

0060

回転翼スピード決定装置95は、ライン96上の回転翼スピード△Ωの変化を
出力する。ライン96上のこの回転翼スピード△Ωの変化は、ライン107上の
参照用回転翼スピード△ΩRefと共に回転翼スピードコマンドジェネレーター
97に入力される。ライン107上の参照用回転翼スピードは、回転翼スピード
の100%に通常セットされているが、単発エンジンを使用し、固定翼フライト
と回転翼フライトの両方が可能な航空機においては、例えばこの参照用回転翼ス
ピードは100%を超える範囲から下は70%まで変化させることができる。こ
うした航空機は、出願人のみが発明者であり、「ジェットエンジン推進三重
ード航空機のためのフライト制御システム」とよばれる同時係属出願の米国特許
出願一連番号に述べられており、その詳細を参考までに掲げる。回転
翼揚力は、Ω2で変化する傾向があるから、回転翼スピードを100%付近でプ
ラスないしマイナス10%で変化させることは、約プラスないしマイナス20%
の垂直推力の変化が結果的に生ずる。

0061

回転翼スピード決定装置95は、このようにライン96上で回転翼スピードの
予測変化量を提供し、もしエンジンスピード制御により達成されるなら、ふさわ
しい回転推力が結果的に得られる。スピードコマンド96のこの変化量を、ライ
ン107上の参照回転翼スピードに加えることにより、必要とされる回転翼スピ
ードの近似値を生成する。

0062

必要とされる回転翼スピードの見積値は、上記に述べた見積値における近似値
補正するため閉ループ処理によって増やされる。この閉ループ処理には、航空
機垂直速度コントローラー98を使用する。航空機垂直速度コントローラー98
は、ライン99上に入力される垂直速度(Hdot)を絶えず測定する。ライン
101上には、参照用垂直速度(HdotRef)も入力される。ライン99上
の測定された垂直速度とライン101上の参照用垂直速度の両者は、航空機垂直
速度差異決定手段109に入力され、ここから航空機垂直速度差異がライン10
0上に出力される。

0063

例えば、回転翼中の見積り変化量が正確であれば、しかもそのスピードがエン
ジンスピードコントローラー105により達成できるなら、航空機の垂直軸にお
けるふさわしい平衡状態が達成される。実際、回転翼スピードの変化量(△Ω)
96、加えて参照用回転翼スピード(ΩRef)107は、回転翼スピードコマ
ンド用の変化したスピード参照量(ΩRef′)104を作りだし、しかもΩR
ef′の値は、ZoとZo′の間の差異によって定義される利用不可能なコレク
ティブ制御をちょうど補う回転推力を提供することになる。しかし、ライン96
上の回転翼スピード(△Ω)の見積り変化量が正確でない場合、航空機に作用す
垂直力のふさわしい平衡状態は現れない。平衡状態からの離脱は、航空機垂直
速度差異(ないしエラー)100として現れる。Hdot制御法は、航空機垂直
速度エラーを回転翼スピードへ変換する変換器101によって実行されているの
だが、閉ループ調整を回転翼スピードコマンドジェネレーター97における参照
用回転翼スピード(ΩRef)107に加えることによって回転翼スピードコマ
ンド(ΩRef′)104に増加ないし減少をコマンドする閉ループプロセスで
ある。

0064

回転翼スピードコマンドジェネレーター97は、このようにライン107上の
参照回転翼スピード、ライン96上の回転翼スピードの変化量及びライン102
上の回転翼スピード訂正量を足し合わせ、回転翼スピードコマンド104を出力
する。この回転翼スピードコマンド104は、ライン92上のコマンドされた斜
板コレクティブ位置入力と疑似斜板コレクティブ位置入力の間の差異を補うのに
必要とされる回転翼揚力の大きさを示す。

0065

回転翼スピードコマンド104の許容範囲の適切な限界を適用し、力学的に許
容できない範囲での作動を防止せねばならない。リミッター103は、回転翼ス
ピードコマンド104を予め決められた範囲内に制限し、制限された回転翼スピ
ードコマンド106を出力する。エンジンスピードコントローラー105は、制
限された回転翼スピードコマンド106を受信し、回転翼を運転するために回転
トルク113を出力する。

0066

図3は、第一、第二及び第三斜板アクチュエータ13、15、17の一つが故
障した場合に緊急バックアップ機能を実行するためのアクチュエータ機能要件
最重要概略図を示している。厳密に言えば、図3は、第一斜板アクチュエータ1
3の故障を示している。本好適実施例において、第一、第二及び第三斜板アクチ
ュエータ13、15、17の各々が、二重タンデム電気油圧駆動の斜板アクチュ
エータを有している。第一、第二及び第三斜板アクチュエータ13、15、17
は全て監視され、実際の斜板アクチュエータ応答予想される斜板アクチュエー
タ応答とを比較するモデルモニターの組み合わせと所定の斜板アクチュエータサ
ブシステム内の冗長要素の比較とを使って監視がなされる。

0067

冗長斜板アクチュエータの機械化において、モニターの役割は、システムから
故障した要素を隔離・除去することで最初の故障の影響を最小に抑えることが主
であり、故障していない要素が性能低下をもたらすことなくその機能を作動し続
けられるようにすることである。

0068

図3は、より共通の冗長要素が位置付けサーボ機構としてアクチュエータの連
続作動をもはや保証できなくなった後、作動を扱う本発明に関与する斜板アクチ
ュエータの部分のみを示している。本図に示されてないサーボ機構ループの要素
としては、冗長サーボ機構制御バルブ及びそれらに関連したサーボ機構アンプ
動装置が挙げられる。三揃い部分からなるシステムを有する通常作動では、通常
サーボ機構ループ線可変差動変換器LVDTs)123を取り付けて、アク
チュエータ位置を測定する。この冗長位置測定には、サーボ機構ループクロー
ャーが使用される。このクロージャーは更に、サーボ機構の位置付け応答の全体
を監視するのにも使用される。通常作動においては、一つの冗長チャンネルでの
様々な機能不全が、位置付け性能にエラーを生じさせ得る。現行モニターは、故
障した要素を隔離・停止させ、システムの機能している部分が故障した要素を損
なうこと無しに作動し続けられるようにする。通常サーボ機構ループLVDTs
123の三揃い部分は、この通常アクチュエータ監視処理の一つの部分である。
残存する要素が冗長機構にないためにアクチュエータの全機能停止が発生したと
この通常監視アルゴリズムが決定した場合、残存を可能とする本実施例の再構成
が、作動開始する。本好適実施例の場合、各モデルモニターはLVDT及び関連
の冗長コンピューターを含んでいる。本好適実施例は、もはや機能できない斜板
アクチュエータを変更することに関係している。冗長システムの場合、例えば、
本好適実施例では、アクチュエータを効かなくし固定して、機能しない斜板アク
チュエータの残存する能力全てが失われたとして、斜板アクチュエータ位置の代
替独立手段を使用する。非冗長システムの場合、本好適実施例は、最初に検知さ
れた故障に関係しており、最小限のやり方でも斜板アクチュエータがもはや作動
できない状態をカバーしている。

0069

第一、第二及び第三斜板アクチュエータ13、15、17それぞれが、適切に
作動している場合、通常作動フラッグ32(図2)がセットされることで、通常
制御マトリックス計算手段33(図2)が作動できるようになる。単純な非冗長
システムの場合、通常作動フラッグ32は、斜板アクチュエータの全てがそれら
連続の監視作業を受け渡している限りはセットされたままであり、コマンドされ
た斜板アクチュエータ位置全てが妥当な静的及び動的許容範囲内で達成されてい
ることを確かめる。

0070

より複雑な冗長フライバイワイアー式システムの場合、重要なアクチュエータ
がもはや良好に機能できないという決定は、作動する冗長コンピューターのチャ
ネル全てが合致することでなされる。図3は本好適実施例が示しており、そこ
では三つの独立した冗長コンピューター121が、本図で各アクチュエータの例
として使われている斜板アクチュエータ13の位置を監視している。本発明の緊
急バックアップ機能が起こす厄介連動状態を防ぐために、特定の斜板アクチュ
エータが実際に故障しているとするには、独立した冗長コンピューター121の
三揃い部分の三つ全てが合致しなければならない。

0071

第一、第二及び第三斜板アクチュエータ13、15、17の各々の作動に関係
する情報は、「クロスチャンネルデータリンク」を経て独立した冗長コンピュ
ター121の三揃い部分の各々の間で交換され、クロスチャンネルデータリンク
は、複数チャンネル測定及値及びこれら測定値から処理された情報を確かめる重
要な手段である。こうして、独立した冗長コンピューター121の三揃い部分の
三つのコンピューターの各々は、別々のチャンネルとして作動し、斜板計測値
びその信号全体に関連する情報を伝える。三つのチャンネルの各々の間の情報の
処理と交換の高度な完全性、及び処理される共通データを基にした決定が、現在
実現されている。

0072

通常サーボ機構ループLVDTs123の三揃い部分は、三つの独立した冗長
LVDT位置変換器を含む。LVDTsとして示されている一方、それは航空機
サーボ機構アクチュエータにおいて使用されている最もありふれたタイプの位置
変換器であるが、これら位置測定変換器には、同等の正確さと信頼性を提供でき
る多くの代替タイプがある。通常サーボ機構ループLVDTs123の三揃い部
分の各LVDTは、独立した冗長コンピューター121の三揃い部分の一つとイ
ンターフェースで連結する。通常サーボ機構ループLVDTs123の三揃い部
分にある各LVDTsは、独立して、LVDTが取り付けられている特定の斜板
アクチュエータ毎に斜板アクチュエータ位置を測定する。こうして図が斜板アク
チュエータ13のケースを示す場合には、通常サーボ機構ループLVDTs12
3の三揃い部分にあるLVDTsの三つ全てが斜板アクチュエータ13の位置を
測定し、独立した冗長コンピューター121の三揃い部分にある各コンピュータ
ーは、通常サーボ機構ループLVDTs123の三揃い部分にある三つのLVD
Tsの一つに対し、パワー励起及び信号完全性の監視を行う。

0073

独立した冗長コンピューター121の三揃い部分にある各コンピューターは、
斜板13の位置測定値を、通常サーボ機構ループLVDTs123の三揃い部分
にあるLVDTsの一つから直接受信し、この情報をクロスチャンネルデータリ
ンクを通じて、独立した冗長コンピューター121の三揃い部分の他の二つのコ
ピューター共有する。同様に独立した冗長コンピューター121の三揃い部
分の他の二つのコンピューターはそれぞれ、斜板アクチュエータ13の自分自身
の位置測定値を、通常サーボ機構ループLVDTs123の三揃い部分にある他
のLVDTsとのそれら自体のインターフェースを経て、有することになる。独
立した冗長コンピューター121の三揃い部分にあるこれら二つの他のコンピュ
ーターはそれぞれ、その斜板アクチュエータ13位置測定値をクロスチャンネル
データリンクを経て他の二つのコンピューターと共有する。その結果、独立した
冗長コンピューター121の三揃い部分の三つのコンピューターの各々は、全て
の三つのLVDT測定値にアクセスし、共通の決定アルゴリズムのお陰で、独立
した冗長コンピューター121の三揃い部分にあるコンピューター三つ全てが、
監視アルゴリズム用の斜板アクチュエータ13に関する位置の同じ見積値を使用
できるようになる。独立した冗長コンピューター121の三揃い部分のコンピュ
ーターの三つ全てが斜板アクチュエータ13は故障したと合致する場合、故障し
た斜板アクチュエータの固定された位置が、独立したモニターLVDT125か
ら得られる。

0074

独立モニターLVDT125は、発振器励起を提供と信号復調を目的とした励
起及び復調器回路構成127との電子インターフェースを有している。励起及び
復調器回路構成127は、独立した冗長コンピューター121の三揃い部分に類
似の入力を提供する。三つの独立した電源129、131、及び133が、励起
及び復調器回路構成127に電源を供給する。これら三つの電源129、131
及び133は、始めに検知された斜板アクチュエータ故障に本来一因となる可能
性のある電源過渡現象に対し、信頼性と非脆弱性を向上させる。

0075

独立モニターLVDT125からの故障した斜板アクチュエータ出力の位置を
、独立した冗長コンピューター121の三揃い部分からの故障した斜板アクチュ
エータの位置の見積値と比較する。三つの各コンピューターが通常サーボ機構ル
ープLVDTs123の三揃い部分からそれ自信のモニターLVDT数値を読み

んだ後、独立した冗長コンピューター121の三揃い部分は、故障した斜板アク
チュエータの位置の見積値を、クロスチャンネルデータリンクを経て三つのコン
ピューター121間でのデータ交換から生成する。本好適実施例において、通常
の故障していないモード作動の間、独立した冗長コンピューター121の三揃い
部分からの故障した斜板アクチュエータの位置の見積値と独立モニターLVDT
125とでリーズナブルな合致が見られなければ、警戒警告が発せられ、独立モ
ニターLVDT125を修理するメインテナンス行為がなされるまで緊急モード
は作動しない。

0076

図4は、本好適実施例の方法の一部を示すフローチャートである。決定手段2
5(図2)が、第一、第二、及び第三斜板アクチュエータ13、15、17が全
て適切に作動していると決定した場合(ステップ141)、プログラムはステッ
プ143に進む。ステップ143で第一斜板アクチュエータコマンド位置ZA、
第二斜板アクチュエータコマンド位置ZB、及び第三斜板アクチュエータコマン
ド位置ZCは、通常制御マトリックス計算手段33により計算される(図2)。
このデータは、ステップ145で斜板アクチュエータ駆動機構に出力される。

0077

一方、第一斜板アクチュエータ13は故障していると決定手段25が決定した
場合、次にステップ147で第一アクチュエータ故障フラッグがライン27上に
セットされる。同様にステップ149で第二アクチュエータ故障フラッグが第二
斜板アクチュエータ15の故障に対応してセットされてもよく、ステップ151
で第三アクチュエータ故障フラッグが第三斜板アクチュエータ17の検知された
故障に対応してセットされてもよい。

0078

第一斜板アクチュエータ故障フラッグがライン27上にセットされる場合、故
障し固定された第一斜板アクチュエータ13の位置がステップ153で生成され
る。同様にステップ155及び157で故障した第二斜板アクチュエータ15及
び第三斜板アクチュエータ17の位置がそれぞれ生成される。ステップ159、
161、163で、第一、第二及び第三斜板アクチュエータ故障制御マトリック
ス計算手段47、48及び67がそれぞれ斜板アクチュエータコマンド位置と疑
似斜板コレクティブ位置の適切な数値を生成し出力する。

0079

ステップ165、167、169で、図2のライン96上の回転翼スピード信
号にある各変化量が、図2のライン107上の各参照回転翼スピードと比較され
る。ステップ171、173、175で、航空機垂直速度コントローラー98か
らのライン102上の回転翼スピード訂正量が組み込まれ、回転翼スピードコマ
ンドジェネレーター97からの対応する出力が生成・処理され、最終的に斜板ア
クチュエータ駆動機構への位置コマンドがステップ145で出される。

0080

本好適実施例は、故障した斜板アクチュエータを緊急バックアップモードでそ
の故障した位置に固定するが、より複雑な機構を実施してもよい。例えば、故障
したアクチュエータをその最も有利な場所に戻し、次にそれを油圧で固定させる
という機構が使えるが、この構造は、複雑となり費用が掛かる。図3に示されて
いるように、本好適実施例においては、故障した斜板アクチュエータが固定され
るのは、独立した冗長コンピューター121の三揃い部分で作動する全コンピュ
ーターが合致する決定を下した時であり、故障した斜板アクチュエータの対応す
リターンブロックソレノイドを通じてリターンフローを効率的に防ぐようにな
っている。冗長斜板アクチュエータシステムにおいては、故障した部分を通常バ
パスし、作動している部分の作動を邪魔したり混乱させたりするのを防ぐ。そ
のような構成において、バイパス機構の部分は、固定状態となる以前に作動不能
にせねばならない。この機能は、独立した冗長コンピューター121の三揃い部
分の指示を受ける。

0081

本発明の具体的実施例を示し述べてきたが、上記パラグラフで述べたことに加
えて、多くの他の変更・修正代案を、本発明の精神と範囲から必ずしも外れ
ことなく当業者作れることは明らかである。

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