飛行経路のバンク角生成方法および装置
【課題】 速度が変化しても、バンク角を高い応答性で制御することができる飛行経路のバンク角生成方法および装置を提供する。
【解決手段】 クロス・トラック偏差ＸＴＥとコース偏差ＣＥと通過予想点とに基づいて、現在位置における航空機のバンク角φを算出する。バンク角φは、クロス・トラック偏差ＸＴＥおよびコース偏差ＣＥという航空機の方位の偏差だけでなく、現在位置での飛行速度から求めた通過予想点をも考慮して算出するので、航空機の速度が変化しても通過予想点を通る旋回経路に対してオーバーシュートが生じることが防がれる。
【解決手段】 クロス・トラック偏差ＸＴＥとコース偏差ＣＥと通過予想点とに基づいて、現在位置における航空機のバンク角φを算出する。バンク角φは、クロス・トラック偏差ＸＴＥおよびコース偏差ＣＥという航空機の方位の偏差だけでなく、現在位置での飛行速度から求めた通過予想点をも考慮して算出するので、航空機の速度が変化しても通過予想点を通る旋回経路に対してオーバーシュートが生じることが防がれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定翼機および回転翼機を含む航空機のバンク角を算出する飛行経路のバンク角生成方法およびこの方法を用いた飛行制御方法ならびに飛行経路のバンク角生成装置およびこの装置を用いた飛行制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の技術のバンク角生成方法によってバンク角を生成する手順を説明するための平面図である。この従来の技術は、特許文献１に記載されている。航空機１は、予め設定された飛行経路２上の目標通過点３の手前を飛行経路２から外れて飛行している。このような現在位置４における航空機１の目標通過点３からのずれは、航空機１の進行方向７と飛行経路２とが成す角度であるクロス・トラック偏差θ１と、航空機１の現在位置４と目標通過点３とを結ぶ線分６が飛行経路２に対して成す角度であるコース偏差θ２とによって表される。
【０００３】
航空機１の現在位置４は、飛行経路２に対して左に逸れているので、航空機１は右に旋回する右バンク角＋φをとれば、クロス・トラック偏差θ１を解消することができる。また、航空機１の進行方向７は、飛行経路２から右に逸れているので、左に旋回する左バンク角−φをとれば、コース偏差θ２を解消することができる。
【０００４】
このような相反するバンク角＋φ，−φに対して、航空機１が最終的には飛行経路２に復帰し、かつ確実に目標通過点３を通過するように、飛行制御装置の演算処理部によってバンク角φが算出され、このバンク角φに沿った飛行が達成されるように、航空機１の所定の舵面が制御される。
【０００５】
図５は、図４に関連して述べたバンク角生成方法を実現するバンク角生成装置１０の電気的構成を簡略化して示すブロック図である。前述のバンク角生成方法は、バンク角生成装置１０によって実現され、前述のクロス・トラック偏差θ１とコース偏差θ２とに基づいて、航空機１のバンク角φを求める。
【０００６】
このバンク角生成装置１０は、第１ゲイン乗算器１１と、第２ゲイン乗算器１２と、減算器１３と、リミッタ１４とを有する。入力したクロス・トラック偏差θ１は、第１ゲイン乗算器１１によって第１ゲインが乗算され、減算器１３に入力される。また、入力したコース偏差θ２は、第２ゲイン乗算器１２によって第２ゲインが乗算された、減算器１３に入力される。減算器１３は、前記入力したゲイン乗算後のクロス・トラック偏差θ１とコース偏差θ２とを減算して差分を求める。この差分値は、リミッタ１４に入力される。リミッタ１４は、入力した差分値がしきい値を超えたとき、一定のリミッタ値を出力する。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３６２４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記従来の技術では、航空機の飛行する方位によってバンク角φを算出しているため、速度が変化すると、通過点を通る旋回経路に対してオーバーシュートが生じ、速度の変化に追従してバンク角φを高い応答性で制御することができないという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、速度が変化しても、バンク角を高い応答性で制御することができる飛行経路のバンク角生成方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の飛行経路のバンク角生成方法は、航空機に予め設定された飛行経路および航空機の現在位置間のクロス・トラック偏差と、前記飛行経路の方向および航空機の進行方向間のコース偏差と、飛行経路上の飛行速度における現在位置から所定時間後の通過予想点とに基づいて、前記クロス・トラック偏差およびコース偏差を発生させないように、現在位置における航空機のバンク角を生成することを特徴とする飛行経路のバンク角生成方法である。
【００１１】
また本発明の飛行経路のバンク角生成方法は、前記飛行速度は、対地速度であることを特徴とする。
【００１２】
さらに本発明の飛行制御方法は、前記飛行経路のバンク角生成方法によって生成されたバンク角を用いて飛行経路に沿って航空機が飛行するように、航空機の舵面を制御することを特徴とする飛行制御方法である。
【００１３】
さらに本発明の飛行経路のバンク角生成装置は、航空機の予め設定される飛行経路に対するクロス・トラック偏差と、前記予め設定される飛行経路の方向に対するコース偏差と、飛行経路上の飛行速度における現在位置から所定時間後の通過予想点とに基づいて、前記クロス・トラック偏差およびコース偏差を打ち消すように、現在位置における航空機のバンク角を生成することを特徴とする飛行経路のバンク角生成装置である。
【００１４】
さらに本発明の飛行経路のバンク角生成装置は、前記飛行速度は、対地速度であることを特徴とする。
【００１５】
さらに本発明の飛行制御装置は、前記飛行経路のバンク角生成装置によって生成されたバンク角を用いて飛行経路に沿って航空機が飛行するように、航空機の舵面を制御することを特徴とする飛行制御装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の飛行経路のバンク角生成方法によれば、クロス・トラック偏差とコース偏差と通過予想点とに基づいて、現在位置における航空機のバンク角が算出される。航空機には、飛行経路に沿って航空機が飛行するように舵面を制御する飛行制御装置が搭載される。この飛行制御装置は、パイロットによって入力された出発点および到着点ならびにその間の複数の通過点に基づいて、前記飛行経路を生成する。こうして生成された飛行経路は、飛行制御装置の記憶部に飛行データとして設定され、記憶される。
【００１７】
前記クロス・トラック偏差は、航空機の現在位置と、飛行経路上の自機位置との偏差である。また前記コース偏差は、航空機の進行方向と飛行経路とが成す角度である。通過予想点は、飛行経路上で、現在の飛行速度から求めた、現在位置から所定時間後に到達する計算上の位置である。前記飛行経路は、たとえば直線、円形、楕円形およびその他の２次曲線が用いられてもよい。
【００１８】
現在位置におけるバンク角は、クロス・トラック偏差およびコース偏差だけでなく、現在の飛行速度から求めた通過予想点をも考慮して算出されるので、航空機の速度が変化しても通過点を通る旋回経路に対してオーバーシュートが生じることが防がれ、速度の変化に応じてバンク角を高い応答性で算出することができる。
【００１９】
このようなバンク角は、航空機に搭載されるオートフライトシステムとも呼ばれる航法誘導装置の飛行管理計算機（Flight Management Computer;略称ＦＭＣ）によって算出され、舵面の制御に用いられることによって、高い旋回性能を実現することができる。また、オートパイロットモードを用いないマニュアル操作によって操縦する場合には、たとえば電子式姿勢指示器（Electronic Attitude Indicator;略称ＥＡＩ）に前記バンク角を用いて生成したフライトディレクタを表示させ、パイロットに飛行経路の誘導情報を提示するようにしてもよい。
【００２０】
また、本発明の飛行経路のバンク角生成方法によれば、前記飛行速度として対地速度が用いられる。この対地速度は、航空機に搭載されるたとえば衛星航法装置によって得られ、水平面内の速度成分の和として算出することができる。
【００２１】
さらに、本発明の飛行制御方法によれば、前記飛行経路に沿って航空機が飛行するように、航空機の舵面を制御することによって、航空機の速度が変化しても、速度に応じた最適なバンク角で旋回するように舵面が制御され、通過点を通る旋回経路に対してオーバーシュートを生じることなく、高精度で航空機の飛行を制御することができる。
【００２２】
さらに、本発明の飛行経路のバンク角生成装置によれば、バンク角生成手段は、航空機の予め設定される飛行経路に対するクロス・トラック偏差と、前記予め設定される飛行経路上の目標通過点に対するコース偏差と、飛行経路上の飛行速度における現在位置から所定時間後の通過予想点とに基づいて、前記クロス・トラック偏差およびコース偏差を打ち消すように、現在位置における航空機のバンク角を算出する。飛行制御計算機は、前記バンク角生成手段によって算出されたバンク角に基づいて、舵角を計算して出力する。舵面制御手段は、前記飛行制御計算機から出力される舵角に基づいて、航空機の舵面を制御する。
【００２３】
クロス・トラック偏差とコース偏差と通過予想点とに基づいて、現在位置における航空機のバンク角が算出される。航空機には、飛行経路に沿って航空機が飛行するように舵面を制御する飛行制御装置が搭載される。この飛行制御装置は、パイロットによって入力された出発点および到着点ならびにその間の複数の通過点に基づいて、前記飛行経路を生成する。こうして生成された飛行経路は、飛行制御装置の記憶部に飛行データとして設定され、記憶される。
【００２４】
前記クロス・トラック偏差は、航空機の現在位置と、飛行経路上の自機位置との偏差である。また前記コース偏差は、航空機の進行方向と飛行経路とが成す角度である。通過予想点は、飛行経路上で現在の飛行速度から求めた、現在位置から所定時間後に到達する計算上の位置である。前記飛行経路は、たとえば直線、円形、楕円形およびその他の２次曲線が用いられてもよい。
【００２５】
現在位置におけるバンク角は、クロス・トラック偏差およびコース偏差だけでなく、現在位置での飛行速度から求めた通過予想点をも考慮して算出されるので、航空機の速度が変化しても通過点を通る旋回経路に対してオーバーシュートが生じることが防がれ、速度の変化に応じてバンク角φを高い応答性で算出することができる。
【００２６】
このようなバンク角は、航空機に搭載されるオートフライトシステムとも呼ばれる航法誘導装置の飛行管理計算機（Flight Management Computer;略称ＦＭＣ）によって舵面を駆動する各種のアクチュエータのバンク角コマンドとして出力され、舵面が制御される。これによって、高い旋回性能を実現することができる。また、オートパイロットを用いないマニュアル操作によって操縦する場合には、たとえば電子式姿勢指示器（Electronic
Attitude Indicator;略称ＥＡＩ）によって前記バンク角を用いて生成したフライトディレクタを表示し、パイロットに誘導情報を提示するようにしてもよい。
【００２７】
さらに、本発明の飛行経路のバンク角生成装置によれば、前記飛行速度として対地速度が用いられる。この対地速度は、航空機に搭載されるたとえば衛星航法装置によって得られ、水平面内の速度成分の和として算出することができる。
【００２８】
さらに、本発明の飛行制御装置によれば、前記飛行経路に沿って航空機が飛行するように、航空機の舵面を制御することによって、航空機の速度が変化しても、速度に応じた最適なバンク角で旋回するように舵面が制御され、通過点を通る旋回経路に対してオーバーシュートを生じることなく、高精度で航空機の飛行を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本発明の実施の一形態の飛行経路のバンク角生成装置２０を示すブロック図であり、図２は図１に示される飛行経路のバンク角生成装置２０を含む飛行制御装置２１を示すブロック図である。なお、本実施の形態において、飛行経路のバンク角生成装置２０によって飛行経路のバンク角生成方法を実現し、飛行制御装置２１によって飛行制御方法を実現する。この飛行制御装置２１は、パイロットによって入力された出発点および到着点ならびにその間の複数の通過点に基づいて飛行経路を生成し、飛行制御装置の記憶部に飛行データとして設定され、記憶される。また、航空機（後述の図３参照）２２は固定翼航空機を想定して説明する。
【００３０】
航空機２２に搭載される飛行制御装置２１は、慣性基準装置２３、衛星航法装置２４、対気諸元計測装置２５、バンク角生成装置２０、表示装置２６、飛行制御計算機２７、舵面制御装置２８および舵面駆動装置２９を含む。
【００３１】
前記バンク角生成装置２０は、経路生成部３１、基準バンク角コマンド生成部３２、クロス・トラック偏差算出部３３、コース偏差算出部３４、クロス・トラック偏差ゲイン乗算器３５、コース偏差ゲイン乗算器３６、第１減算器３７、第２減算器３８、バンク角φリミッタ３９およびレートリミッタ４０を含む。
【００３２】
慣性基準装置(Inertial Reference System;略称ＩＲＳ)２３は、航空機にジャイロによって常に水平を保つ安定板を搭載し、安定板に高精度の加速度計を直交３軸方向に設けて機体の動きによって生じる加速度を検出し、内臓のコンピュータによって前記加速度の積分計算を繰り返すことによって、速度、飛行距離、飛行方向を求めることができるように構成される。
【００３３】
衛星航法装置（Satellite Navigation System）２４は、ＧＰＳ（Global Positioning
System）とも称される衛星による全世界測位システムを用いて、航空機の３次元位置、速度および時間を探知することができる。
【００３４】
対気諸元計測装置（Air Data System;略称ＡＤＳ）２５は、ピトー静圧管などによって対気飛行速度の大きさ、方向、高度を同時に計測することができる対気速度計であり、機体から突き出して設けられるプローブによって対気変化を圧力として検出し、検出した圧力を演算処理装置によって電気信号に変換する。
【００３５】
表示装置２６は、フライトディレクタなどが備えられる液晶ディスプレイ装置によって実現される。
【００３６】
飛行制御計算機（Flight Control Computer;略称ＦＣＣ）２７は、バンク角生成手段２０から出力されたバンク角φに基づいて、舵角コマンドを算出して出力する。
【００３７】
舵面制御装置２８は、飛行制御計算機２７から出力された舵角コマンドに基づいて、舵面制御信号を算出して出力する。舵面制御装置２８からの舵面制御信号は、航空機２２の姿勢をヨー方向に変位させるラダー、航空機２２の姿勢をロール方向に変位させるエルロン、ならびに航空機２２の姿勢をピッチ方向に変位させるエレベータおよびスタビレータなどの各種の舵面を駆動するアクチュエータに動作指令として入力され、各舵面を制御する。
【００３８】
図３は、航空機２２の通過予想点Ｐ１付近の飛行経路ｍを説明するための平面図である。前記バンク角生成装置２０の経路生成部３１は、経由点データおよび風データから所定の経路生成ロジックによって経路データを算出して出力する。この経路データとしては、各経路毎の始点位置、終点位置、経路タイプなどを含む。
【００３９】
基準バンク角コマンド生成部３２は、経路生成部３１からの前記通過予想点Ｐ１と、経路上の飛行位置Ｐ２とに基づいて、予め設定された基準バンク角コマンド生成ロジックによって演算処理し、基準バンク角φ０をコマンドとして出力する。クロス・トラック偏差ＸＴＥは、航空機２２の現在の飛行方向と、飛行経路とが成す角度である。また前記コース偏差ＣＥは、航空機２２の進行方向と飛行経路とが成す角度である。通過予想点は、前記飛行経路上の、現在の飛行速度から求めた、現在位置から所定時間後に到達する計算上の位置である。前記飛行経路は、たとえば直線、円形、楕円形およびその他の２次曲線が用いられてもよい。
【００４０】
この基準バンク角φ０は、経路旋回偏差をΔＣＲＳ＿ＦＰとし、航空機２２のロールレートなどの旋回性能を考慮して設定される時間をΔｔとし、これらから求められる予想旋回率をΔＣＲＳ＿ＦＴ／Δｔとし、航空機２２の対地速度をＶＧＳとしたとき、基準バンク角φ０は、
φ０＝ｔａｎ−１｛（ΔＣＲＳ＿ＦＰ／Δｔ）・（ＶＧＳ／ｇ）｝ …（１）
によって求められる。
【００４１】
ここに、ｇは重力加速度である。また、前記時間Δｔは、機体の旋回性能に合わせ設定する時間である。
【００４２】
クロス・トラック偏差算出部３３は、前記経路生成部３１からの経路上の飛行位置と、慣性基準装置２３からの現在位置とに基づいて、それらの差分を算出してクロス・トラック偏差ＸＴＥを出力する。
【００４３】
コース偏差算出部３４は、前記経路生成部３１からの経路のコースとトラック角とに基づいて、それらの差としてコース偏差ＣＥを出力する。
【００４４】
クロス・トラック偏差ゲイン乗算器３５は、クロス・トラック偏差算出部３３からのクロス・トラック偏差ＸＴＥに予め定める第１ゲインＧ１を乗じた値を演算して求め、出力する。
【００４５】
コース偏差ゲイン乗算器３６は、コース偏差算出部３４からのコース偏差ＣＥに予め定める第２ゲインＧ２を乗じた値を演算して求め、出力する。
【００４６】
第１減算器３７は、クロス・トラック偏差ゲイン乗算器３５からのクロス・トラック偏差ＸＴＥと、コース偏差ゲイン乗算器３６からのコース偏差ＣＥとの差分を算出して第１バンク角φ１を求め、出力する。
【００４７】
第２減算器３８は、第１減算器３７からの第１バンク角φ１と、基準バンク角コマンド生成部３２からの基準バンク角φ０との差分を算出して第２バンク角φ２を求め、出力する。
【００４８】
バンク角リミッタ３９は、第２減算器３８からの第２バンク角φ２の上限および下限を制限する上下限リミッタであって、第２バンク角φ２が航空機２２の旋回性能を超えないように制限された第３バンク角φ３を出力する。
【００４９】
レートリミッタ４０は、前記バンク角リミッタ３９から出力された、上限および下限が制限された第３バンク角φ３に対して、ロールの速さから決まる上限値および下限値を制限し、この範囲内の値が次の飛行制御計算機２７に与えるバンク角φとして出力される。
【００５０】
前記レートリミッタ３９からのバンク角φは、前記飛行制御計算機２７に与えられ、飛行制御計算機２７は舵角コマンドを算出する。舵面制御装置２８は、飛行制御計算機２７によって算出された舵角コマンドに基づいて、舵面制御信号を舵面制御装置２８に出力し、この舵面制御信号は舵面駆動装置２９に与えられて、航空機２２の舵面が制御される。
【００５１】
以上のような構成によれば、バンク角生成装置２０によって、クロス・トラック偏差ＸＴＥとコース偏差ＣＥと通過予想点Ｐ１とに基づいて、現在位置における航空機のバンク角φが算出される。このようなバンク角φは、クロス・トラック偏差ＸＴＥおよびコース偏差ＣＥという航空機２２の飛行する方位、すなわち進行方向に関する偏差だけでなく、現在位置での飛行速度から求めた通過予想点Ｐ１をも考慮して算出されるので、速度の変化に応じてバンク角φを高い応答性で算出することができ、オートパイロットモードで航行中に航空機２２の速度が変化しても、通過予想点Ｐ１を通る旋回経路ｍに対してオーバーシュートが生じることが防がれ、高い旋回性能を実現することができる。
【００５２】
本発明の実施の他の形態では、オートパイロットモードを用いないマニュアル操作によって操縦する場合には、たとえば電子式姿勢指示器（Electronic Attitude Indicator;略称ＥＡＩ）によって前記バンク角φを用いて生成したフライトディレクタを表示し、パイロットに誘導情報を提示するようにしてもよい。
【００５３】
また、前記飛行速度として対地速度が用いられる。この対地速度は、航空機に搭載される衛星航法装置によって得られ、水平面内の速度成分の和を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の一形態の飛行経路のバンク角生成装置２０を示すブロック図である。
【図２】図１に示されるバンク角生成装置２０を含む飛行制御装置２１を簡略化して示すブロック図である。
【図３】航空機２２の通過予想点Ｐ１付近の飛行経路ｍを説明するための平面図である。
【図４】従来の技術のバンク角生成方法によってバンク角を生成する手順を説明するための平面図である。
【図５】図４に関連して述べたバンク角生成方法を実行するバンク角生成装置１０の電気的構成を簡略化して示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５５】
２０ バンク角生成装置
２１ 飛行制御装置
２２ 航空機
２３ 慣性基準装置
２４ 衛星航法装置
２５ 対気諸元計測装置
２６ 表示装置
２７ 飛行制御計算機
２８ 舵面制御装置
２９ 舵面駆動装置
３１ 経路生成部
３２ 基準バンク角コマンド生成部
３３ クロス・トラック偏差算出部
３４ コース偏差算出部
３５ クロス・トラック偏差ゲイン乗算器
３６ コース偏差ゲイン乗算器
３７ 第１減算器
３８ 第２減算器
３９ バンク角リミッタ
４０ レートリミッタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定翼機および回転翼機を含む航空機のバンク角を算出する飛行経路のバンク角生成方法およびこの方法を用いた飛行制御方法ならびに飛行経路のバンク角生成装置およびこの装置を用いた飛行制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の技術のバンク角生成方法によってバンク角を生成する手順を説明するための平面図である。この従来の技術は、特許文献１に記載されている。航空機１は、予め設定された飛行経路２上の目標通過点３の手前を飛行経路２から外れて飛行している。このような現在位置４における航空機１の目標通過点３からのずれは、航空機１の進行方向７と飛行経路２とが成す角度であるクロス・トラック偏差θ１と、航空機１の現在位置４と目標通過点３とを結ぶ線分６が飛行経路２に対して成す角度であるコース偏差θ２とによって表される。
【０００３】
航空機１の現在位置４は、飛行経路２に対して左に逸れているので、航空機１は右に旋回する右バンク角＋φをとれば、クロス・トラック偏差θ１を解消することができる。また、航空機１の進行方向７は、飛行経路２から右に逸れているので、左に旋回する左バンク角−φをとれば、コース偏差θ２を解消することができる。
【０００４】
このような相反するバンク角＋φ，−φに対して、航空機１が最終的には飛行経路２に復帰し、かつ確実に目標通過点３を通過するように、飛行制御装置の演算処理部によってバンク角φが算出され、このバンク角φに沿った飛行が達成されるように、航空機１の所定の舵面が制御される。
【０００５】
図５は、図４に関連して述べたバンク角生成方法を実現するバンク角生成装置１０の電気的構成を簡略化して示すブロック図である。前述のバンク角生成方法は、バンク角生成装置１０によって実現され、前述のクロス・トラック偏差θ１とコース偏差θ２とに基づいて、航空機１のバンク角φを求める。
【０００６】
このバンク角生成装置１０は、第１ゲイン乗算器１１と、第２ゲイン乗算器１２と、減算器１３と、リミッタ１４とを有する。入力したクロス・トラック偏差θ１は、第１ゲイン乗算器１１によって第１ゲインが乗算され、減算器１３に入力される。また、入力したコース偏差θ２は、第２ゲイン乗算器１２によって第２ゲインが乗算された、減算器１３に入力される。減算器１３は、前記入力したゲイン乗算後のクロス・トラック偏差θ１とコース偏差θ２とを減算して差分を求める。この差分値は、リミッタ１４に入力される。リミッタ１４は、入力した差分値がしきい値を超えたとき、一定のリミッタ値を出力する。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３６２４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記従来の技術では、航空機の飛行する方位によってバンク角φを算出しているため、速度が変化すると、通過点を通る旋回経路に対してオーバーシュートが生じ、速度の変化に追従してバンク角φを高い応答性で制御することができないという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、速度が変化しても、バンク角を高い応答性で制御することができる飛行経路のバンク角生成方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の飛行経路のバンク角生成方法は、航空機に予め設定された飛行経路および航空機の現在位置間のクロス・トラック偏差と、前記飛行経路の方向および航空機の進行方向間のコース偏差と、飛行経路上の飛行速度における現在位置から所定時間後の通過予想点とに基づいて、前記クロス・トラック偏差およびコース偏差を発生させないように、現在位置における航空機のバンク角を生成することを特徴とする飛行経路のバンク角生成方法である。
【００１１】
また本発明の飛行経路のバンク角生成方法は、前記飛行速度は、対地速度であることを特徴とする。
【００１２】
さらに本発明の飛行制御方法は、前記飛行経路のバンク角生成方法によって生成されたバンク角を用いて飛行経路に沿って航空機が飛行するように、航空機の舵面を制御することを特徴とする飛行制御方法である。
【００１３】
さらに本発明の飛行経路のバンク角生成装置は、航空機の予め設定される飛行経路に対するクロス・トラック偏差と、前記予め設定される飛行経路の方向に対するコース偏差と、飛行経路上の飛行速度における現在位置から所定時間後の通過予想点とに基づいて、前記クロス・トラック偏差およびコース偏差を打ち消すように、現在位置における航空機のバンク角を生成することを特徴とする飛行経路のバンク角生成装置である。
【００１４】
さらに本発明の飛行経路のバンク角生成装置は、前記飛行速度は、対地速度であることを特徴とする。
【００１５】
さらに本発明の飛行制御装置は、前記飛行経路のバンク角生成装置によって生成されたバンク角を用いて飛行経路に沿って航空機が飛行するように、航空機の舵面を制御することを特徴とする飛行制御装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の飛行経路のバンク角生成方法によれば、クロス・トラック偏差とコース偏差と通過予想点とに基づいて、現在位置における航空機のバンク角が算出される。航空機には、飛行経路に沿って航空機が飛行するように舵面を制御する飛行制御装置が搭載される。この飛行制御装置は、パイロットによって入力された出発点および到着点ならびにその間の複数の通過点に基づいて、前記飛行経路を生成する。こうして生成された飛行経路は、飛行制御装置の記憶部に飛行データとして設定され、記憶される。
【００１７】
前記クロス・トラック偏差は、航空機の現在位置と、飛行経路上の自機位置との偏差である。また前記コース偏差は、航空機の進行方向と飛行経路とが成す角度である。通過予想点は、飛行経路上で、現在の飛行速度から求めた、現在位置から所定時間後に到達する計算上の位置である。前記飛行経路は、たとえば直線、円形、楕円形およびその他の２次曲線が用いられてもよい。
【００１８】
現在位置におけるバンク角は、クロス・トラック偏差およびコース偏差だけでなく、現在の飛行速度から求めた通過予想点をも考慮して算出されるので、航空機の速度が変化しても通過点を通る旋回経路に対してオーバーシュートが生じることが防がれ、速度の変化に応じてバンク角を高い応答性で算出することができる。
【００１９】
このようなバンク角は、航空機に搭載されるオートフライトシステムとも呼ばれる航法誘導装置の飛行管理計算機（Flight Management Computer;略称ＦＭＣ）によって算出され、舵面の制御に用いられることによって、高い旋回性能を実現することができる。また、オートパイロットモードを用いないマニュアル操作によって操縦する場合には、たとえば電子式姿勢指示器（Electronic Attitude Indicator;略称ＥＡＩ）に前記バンク角を用いて生成したフライトディレクタを表示させ、パイロットに飛行経路の誘導情報を提示するようにしてもよい。
【００２０】
また、本発明の飛行経路のバンク角生成方法によれば、前記飛行速度として対地速度が用いられる。この対地速度は、航空機に搭載されるたとえば衛星航法装置によって得られ、水平面内の速度成分の和として算出することができる。
【００２１】
さらに、本発明の飛行制御方法によれば、前記飛行経路に沿って航空機が飛行するように、航空機の舵面を制御することによって、航空機の速度が変化しても、速度に応じた最適なバンク角で旋回するように舵面が制御され、通過点を通る旋回経路に対してオーバーシュートを生じることなく、高精度で航空機の飛行を制御することができる。
【００２２】
さらに、本発明の飛行経路のバンク角生成装置によれば、バンク角生成手段は、航空機の予め設定される飛行経路に対するクロス・トラック偏差と、前記予め設定される飛行経路上の目標通過点に対するコース偏差と、飛行経路上の飛行速度における現在位置から所定時間後の通過予想点とに基づいて、前記クロス・トラック偏差およびコース偏差を打ち消すように、現在位置における航空機のバンク角を算出する。飛行制御計算機は、前記バンク角生成手段によって算出されたバンク角に基づいて、舵角を計算して出力する。舵面制御手段は、前記飛行制御計算機から出力される舵角に基づいて、航空機の舵面を制御する。
【００２３】
クロス・トラック偏差とコース偏差と通過予想点とに基づいて、現在位置における航空機のバンク角が算出される。航空機には、飛行経路に沿って航空機が飛行するように舵面を制御する飛行制御装置が搭載される。この飛行制御装置は、パイロットによって入力された出発点および到着点ならびにその間の複数の通過点に基づいて、前記飛行経路を生成する。こうして生成された飛行経路は、飛行制御装置の記憶部に飛行データとして設定され、記憶される。
【００２４】
前記クロス・トラック偏差は、航空機の現在位置と、飛行経路上の自機位置との偏差である。また前記コース偏差は、航空機の進行方向と飛行経路とが成す角度である。通過予想点は、飛行経路上で現在の飛行速度から求めた、現在位置から所定時間後に到達する計算上の位置である。前記飛行経路は、たとえば直線、円形、楕円形およびその他の２次曲線が用いられてもよい。
【００２５】
現在位置におけるバンク角は、クロス・トラック偏差およびコース偏差だけでなく、現在位置での飛行速度から求めた通過予想点をも考慮して算出されるので、航空機の速度が変化しても通過点を通る旋回経路に対してオーバーシュートが生じることが防がれ、速度の変化に応じてバンク角φを高い応答性で算出することができる。
【００２６】
このようなバンク角は、航空機に搭載されるオートフライトシステムとも呼ばれる航法誘導装置の飛行管理計算機（Flight Management Computer;略称ＦＭＣ）によって舵面を駆動する各種のアクチュエータのバンク角コマンドとして出力され、舵面が制御される。これによって、高い旋回性能を実現することができる。また、オートパイロットを用いないマニュアル操作によって操縦する場合には、たとえば電子式姿勢指示器（Electronic
Attitude Indicator;略称ＥＡＩ）によって前記バンク角を用いて生成したフライトディレクタを表示し、パイロットに誘導情報を提示するようにしてもよい。
【００２７】
さらに、本発明の飛行経路のバンク角生成装置によれば、前記飛行速度として対地速度が用いられる。この対地速度は、航空機に搭載されるたとえば衛星航法装置によって得られ、水平面内の速度成分の和として算出することができる。
【００２８】
さらに、本発明の飛行制御装置によれば、前記飛行経路に沿って航空機が飛行するように、航空機の舵面を制御することによって、航空機の速度が変化しても、速度に応じた最適なバンク角で旋回するように舵面が制御され、通過点を通る旋回経路に対してオーバーシュートを生じることなく、高精度で航空機の飛行を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本発明の実施の一形態の飛行経路のバンク角生成装置２０を示すブロック図であり、図２は図１に示される飛行経路のバンク角生成装置２０を含む飛行制御装置２１を示すブロック図である。なお、本実施の形態において、飛行経路のバンク角生成装置２０によって飛行経路のバンク角生成方法を実現し、飛行制御装置２１によって飛行制御方法を実現する。この飛行制御装置２１は、パイロットによって入力された出発点および到着点ならびにその間の複数の通過点に基づいて飛行経路を生成し、飛行制御装置の記憶部に飛行データとして設定され、記憶される。また、航空機（後述の図３参照）２２は固定翼航空機を想定して説明する。
【００３０】
航空機２２に搭載される飛行制御装置２１は、慣性基準装置２３、衛星航法装置２４、対気諸元計測装置２５、バンク角生成装置２０、表示装置２６、飛行制御計算機２７、舵面制御装置２８および舵面駆動装置２９を含む。
【００３１】
前記バンク角生成装置２０は、経路生成部３１、基準バンク角コマンド生成部３２、クロス・トラック偏差算出部３３、コース偏差算出部３４、クロス・トラック偏差ゲイン乗算器３５、コース偏差ゲイン乗算器３６、第１減算器３７、第２減算器３８、バンク角φリミッタ３９およびレートリミッタ４０を含む。
【００３２】
慣性基準装置(Inertial Reference System;略称ＩＲＳ)２３は、航空機にジャイロによって常に水平を保つ安定板を搭載し、安定板に高精度の加速度計を直交３軸方向に設けて機体の動きによって生じる加速度を検出し、内臓のコンピュータによって前記加速度の積分計算を繰り返すことによって、速度、飛行距離、飛行方向を求めることができるように構成される。
【００３３】
衛星航法装置（Satellite Navigation System）２４は、ＧＰＳ（Global Positioning
System）とも称される衛星による全世界測位システムを用いて、航空機の３次元位置、速度および時間を探知することができる。
【００３４】
対気諸元計測装置（Air Data System;略称ＡＤＳ）２５は、ピトー静圧管などによって対気飛行速度の大きさ、方向、高度を同時に計測することができる対気速度計であり、機体から突き出して設けられるプローブによって対気変化を圧力として検出し、検出した圧力を演算処理装置によって電気信号に変換する。
【００３５】
表示装置２６は、フライトディレクタなどが備えられる液晶ディスプレイ装置によって実現される。
【００３６】
飛行制御計算機（Flight Control Computer;略称ＦＣＣ）２７は、バンク角生成手段２０から出力されたバンク角φに基づいて、舵角コマンドを算出して出力する。
【００３７】
舵面制御装置２８は、飛行制御計算機２７から出力された舵角コマンドに基づいて、舵面制御信号を算出して出力する。舵面制御装置２８からの舵面制御信号は、航空機２２の姿勢をヨー方向に変位させるラダー、航空機２２の姿勢をロール方向に変位させるエルロン、ならびに航空機２２の姿勢をピッチ方向に変位させるエレベータおよびスタビレータなどの各種の舵面を駆動するアクチュエータに動作指令として入力され、各舵面を制御する。
【００３８】
図３は、航空機２２の通過予想点Ｐ１付近の飛行経路ｍを説明するための平面図である。前記バンク角生成装置２０の経路生成部３１は、経由点データおよび風データから所定の経路生成ロジックによって経路データを算出して出力する。この経路データとしては、各経路毎の始点位置、終点位置、経路タイプなどを含む。
【００３９】
基準バンク角コマンド生成部３２は、経路生成部３１からの前記通過予想点Ｐ１と、経路上の飛行位置Ｐ２とに基づいて、予め設定された基準バンク角コマンド生成ロジックによって演算処理し、基準バンク角φ０をコマンドとして出力する。クロス・トラック偏差ＸＴＥは、航空機２２の現在の飛行方向と、飛行経路とが成す角度である。また前記コース偏差ＣＥは、航空機２２の進行方向と飛行経路とが成す角度である。通過予想点は、前記飛行経路上の、現在の飛行速度から求めた、現在位置から所定時間後に到達する計算上の位置である。前記飛行経路は、たとえば直線、円形、楕円形およびその他の２次曲線が用いられてもよい。
【００４０】
この基準バンク角φ０は、経路旋回偏差をΔＣＲＳ＿ＦＰとし、航空機２２のロールレートなどの旋回性能を考慮して設定される時間をΔｔとし、これらから求められる予想旋回率をΔＣＲＳ＿ＦＴ／Δｔとし、航空機２２の対地速度をＶＧＳとしたとき、基準バンク角φ０は、
φ０＝ｔａｎ−１｛（ΔＣＲＳ＿ＦＰ／Δｔ）・（ＶＧＳ／ｇ）｝ …（１）
によって求められる。
【００４１】
ここに、ｇは重力加速度である。また、前記時間Δｔは、機体の旋回性能に合わせ設定する時間である。
【００４２】
クロス・トラック偏差算出部３３は、前記経路生成部３１からの経路上の飛行位置と、慣性基準装置２３からの現在位置とに基づいて、それらの差分を算出してクロス・トラック偏差ＸＴＥを出力する。
【００４３】
コース偏差算出部３４は、前記経路生成部３１からの経路のコースとトラック角とに基づいて、それらの差としてコース偏差ＣＥを出力する。
【００４４】
クロス・トラック偏差ゲイン乗算器３５は、クロス・トラック偏差算出部３３からのクロス・トラック偏差ＸＴＥに予め定める第１ゲインＧ１を乗じた値を演算して求め、出力する。
【００４５】
コース偏差ゲイン乗算器３６は、コース偏差算出部３４からのコース偏差ＣＥに予め定める第２ゲインＧ２を乗じた値を演算して求め、出力する。
【００４６】
第１減算器３７は、クロス・トラック偏差ゲイン乗算器３５からのクロス・トラック偏差ＸＴＥと、コース偏差ゲイン乗算器３６からのコース偏差ＣＥとの差分を算出して第１バンク角φ１を求め、出力する。
【００４７】
第２減算器３８は、第１減算器３７からの第１バンク角φ１と、基準バンク角コマンド生成部３２からの基準バンク角φ０との差分を算出して第２バンク角φ２を求め、出力する。
【００４８】
バンク角リミッタ３９は、第２減算器３８からの第２バンク角φ２の上限および下限を制限する上下限リミッタであって、第２バンク角φ２が航空機２２の旋回性能を超えないように制限された第３バンク角φ３を出力する。
【００４９】
レートリミッタ４０は、前記バンク角リミッタ３９から出力された、上限および下限が制限された第３バンク角φ３に対して、ロールの速さから決まる上限値および下限値を制限し、この範囲内の値が次の飛行制御計算機２７に与えるバンク角φとして出力される。
【００５０】
前記レートリミッタ３９からのバンク角φは、前記飛行制御計算機２７に与えられ、飛行制御計算機２７は舵角コマンドを算出する。舵面制御装置２８は、飛行制御計算機２７によって算出された舵角コマンドに基づいて、舵面制御信号を舵面制御装置２８に出力し、この舵面制御信号は舵面駆動装置２９に与えられて、航空機２２の舵面が制御される。
【００５１】
以上のような構成によれば、バンク角生成装置２０によって、クロス・トラック偏差ＸＴＥとコース偏差ＣＥと通過予想点Ｐ１とに基づいて、現在位置における航空機のバンク角φが算出される。このようなバンク角φは、クロス・トラック偏差ＸＴＥおよびコース偏差ＣＥという航空機２２の飛行する方位、すなわち進行方向に関する偏差だけでなく、現在位置での飛行速度から求めた通過予想点Ｐ１をも考慮して算出されるので、速度の変化に応じてバンク角φを高い応答性で算出することができ、オートパイロットモードで航行中に航空機２２の速度が変化しても、通過予想点Ｐ１を通る旋回経路ｍに対してオーバーシュートが生じることが防がれ、高い旋回性能を実現することができる。
【００５２】
本発明の実施の他の形態では、オートパイロットモードを用いないマニュアル操作によって操縦する場合には、たとえば電子式姿勢指示器（Electronic Attitude Indicator;略称ＥＡＩ）によって前記バンク角φを用いて生成したフライトディレクタを表示し、パイロットに誘導情報を提示するようにしてもよい。
【００５３】
また、前記飛行速度として対地速度が用いられる。この対地速度は、航空機に搭載される衛星航法装置によって得られ、水平面内の速度成分の和を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の一形態の飛行経路のバンク角生成装置２０を示すブロック図である。
【図２】図１に示されるバンク角生成装置２０を含む飛行制御装置２１を簡略化して示すブロック図である。
【図３】航空機２２の通過予想点Ｐ１付近の飛行経路ｍを説明するための平面図である。
【図４】従来の技術のバンク角生成方法によってバンク角を生成する手順を説明するための平面図である。
【図５】図４に関連して述べたバンク角生成方法を実行するバンク角生成装置１０の電気的構成を簡略化して示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５５】
２０ バンク角生成装置
２１ 飛行制御装置
２２ 航空機
２３ 慣性基準装置
２４ 衛星航法装置
２５ 対気諸元計測装置
２６ 表示装置
２７ 飛行制御計算機
２８ 舵面制御装置
２９ 舵面駆動装置
３１ 経路生成部
３２ 基準バンク角コマンド生成部
３３ クロス・トラック偏差算出部
３４ コース偏差算出部
３５ クロス・トラック偏差ゲイン乗算器
３６ コース偏差ゲイン乗算器
３７ 第１減算器
３８ 第２減算器
３９ バンク角リミッタ
４０ レートリミッタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機に予め設定された飛行経路および航空機の現在位置間のクロス・トラック偏差と、前記飛行経路の方向および航空機の進行方向間のコース偏差と、飛行経路上の飛行速度における現在位置から所定時間後の通過予想点とに基づいて、前記クロス・トラック偏差およびコース偏差を発生させないように、現在位置における航空機のバンク角を生成することを特徴とする飛行経路のバンク角生成方法。
【請求項２】
前記飛行速度は、対地速度であることを特徴とする請求項１記載の飛行経路のバンク角生成方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の飛行経路のバンク角生成方法によって生成されたバンク角を用いて飛行経路に沿って航空機が飛行するように、航空機の舵面を制御することを特徴とする飛行制御方法。
【請求項４】
航空機の予め設定される飛行経路に対するクロス・トラック偏差と、前記予め設定される飛行経路の方向に対するコース偏差と、飛行経路上の飛行速度における現在位置から所定時間後の通過予想点とに基づいて、前記クロス・トラック偏差およびコース偏差を打ち消すように、現在位置における航空機のバンク角を生成することを特徴とする飛行経路のバンク角生成装置。
【請求項５】
前記飛行速度は、対地速度であることを特徴とする請求項４記載の飛行経路のバンク角生成装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の飛行経路のバンク角生成装置によって生成されたバンク角を用いて飛行経路に沿って航空機が飛行するように、航空機の舵面を制御することを特徴とする飛行制御装置。
【請求項１】
航空機に予め設定された飛行経路および航空機の現在位置間のクロス・トラック偏差と、前記飛行経路の方向および航空機の進行方向間のコース偏差と、飛行経路上の飛行速度における現在位置から所定時間後の通過予想点とに基づいて、前記クロス・トラック偏差およびコース偏差を発生させないように、現在位置における航空機のバンク角を生成することを特徴とする飛行経路のバンク角生成方法。
【請求項２】
前記飛行速度は、対地速度であることを特徴とする請求項１記載の飛行経路のバンク角生成方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の飛行経路のバンク角生成方法によって生成されたバンク角を用いて飛行経路に沿って航空機が飛行するように、航空機の舵面を制御することを特徴とする飛行制御方法。
【請求項４】
航空機の予め設定される飛行経路に対するクロス・トラック偏差と、前記予め設定される飛行経路の方向に対するコース偏差と、飛行経路上の飛行速度における現在位置から所定時間後の通過予想点とに基づいて、前記クロス・トラック偏差およびコース偏差を打ち消すように、現在位置における航空機のバンク角を生成することを特徴とする飛行経路のバンク角生成装置。
【請求項５】
前記飛行速度は、対地速度であることを特徴とする請求項４記載の飛行経路のバンク角生成装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の飛行経路のバンク角生成装置によって生成されたバンク角を用いて飛行経路に沿って航空機が飛行するように、航空機の舵面を制御することを特徴とする飛行制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１３７２７８（Ｐ２００６−１３７２７８Ａ）
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２７５３８（Ｐ２００４−３２７５３８）
【出願日】平成１６年１１月１１日（２００４．１１．１１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１４年度、防衛庁、研究委託、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１１日（２００４．１１．１１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１４年度、防衛庁、研究委託、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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