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ヘリコプタバンク角制御装置 - 三菱重工業株式会社
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発明の名称 ヘリコプタバンク角制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−80586(P2001−80586A)
公開日 平成13年3月27日(2001.3.27)
出願番号 特願平11−261058
出願日 平成11年9月14日(1999.9.14)
代理人 【識別番号】100069246
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 新 (外1名)
発明者 松田 剛 / 小林 英司
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 飛行時に遭遇する風の風向風速を検出する風向風速センサ、飛行速度を検出する速度センサ、無風状態において自機位置から目標点へ飛行するときの飛行コースと自機位置における前記風向風速センサからの風向、風速および前記速度センサからの自機速度で算出される定常風下で自機位置から目標点へ飛行するときの仮想コースとから、針路ずれ、コースずれを算出し出力するコース計算装置、前記針路ずれ、コースずれおよび前記速度センサからの飛行速度から前記仮想コースを実際に飛行するときのバンク角に設定する補正前目標バンク角信号を出力する制御装置を設けたヘリコプタバンク角制御装置において、前記制御装置が前記風向風速センサで検出された飛行時の風向、風速データ、前記飛行速度、前記飛行速度に対応して設定される旋回半径および飛行針路を入力して、前記補正前目標バンク角信号を前記飛行時の風向、風速に対応した必要なバンク角に設定する補正後目標バンク角信号に修正する、必要バンク角信号を出力する必要バンク角計算装置を設けたことを特徴とするヘリコプタバンク角制御装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機体旋回のために機体軸まわりに機体を回転をさせるバンク角制御を飛行中に遭遇する風向、風速に対応して行い、飛行しているヘリコプタを自機位置から正確に到達位置まで自動的に飛行を行わせるためのヘリコプタバンク角制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】飛行しているヘリコプタを図4に示すように、コース設定を行う自機位置21(XH ,YH )から到着させる到達位置22(XG ,YG )まで自動制御により飛行を行う場合、従来、自機位置21と到達位置22との間に定めた目標点23(XP ,YP )まで自動飛行させ、目標点23で飛行針路を変えてさらに到達位置22まで自動飛行させることが行われている。
【0003】このため、図1に示すヘリコプタ1には、図5に示す概略ブロック図の構成にしたヘリコプタバンク角制御装置を搭載するようにしている。このヘリコプタバンク角制御装置では、図5の詳細図である図6に示すように、自機位置21でコース計算装置29に入力された自機位置21(XH ,YH )、到達位置22(XG ,YG )、目標点23、自機位置21における自機位置針路ψH 、目標点23における目標点針路ψP および図1に示すようにヘリコプタ1の機体先端部に設けた速度センサ11からの自機速度VH が入力されて、図4で実線で示す無風状態における飛行コース24がまず算出される。
【0004】このコース計算装置29で行われる飛行コース24の算出は、図7に示すようにして算出される。すなわち、図7(a)に示すように、自機位置21を自機速度VH および自機針路ψH で飛行しているヘリコプタ1が、自機位置21から目標点24に向けて飛行し、さらに目標点24から到達位置22まで飛行するため、目標点24で目標点針路ψP に変更して到達位置22まで飛行するためには、図7(b)に示すように、(1)自機位置21を接点とし、自機針路ψH 方向に平行な直線を接線とする半径RH の旋回円CH を描く。但し、半径RH は、自機速度VH に応じて一定の旋回率で旋回するために必要とする旋回円CH の大きさで決められる。
【0005】(2)目標点23を接点とし、目標点針路ψP 方向に平行な直線を接線とする半径RP の目標点旋回円CP を描く。但し、半径RP は、目標点23における飛行速度VF に応じて一定の旋回率で旋回するために必要とする旋回円CP の大きさで決められる。
【0006】(3)旋回円CH ,CP の共通接線のうち、ヘリコプタ1が旋回する方向に向いているものを飛行コース23として設定する。
【0007】このようにして、無風状態の飛行コース23がコース計算装置29で算出された後、コース計算装置29には、図1に示すヘリコプタ1の先端部機体下方に設けた風向風速センサ12により、自機位置21で測定された定常風28の風向ψWH、風速VWH信号が、図6に示すように入力されているので、この定常風28によりヘリコプタ1が流される量だけ、飛行コース23を修正して、図4において点線で示す仮想コース27が算出される。
【0008】この仮想コース27では、目標点が飛行コース23における目標点23から仮想目標点26(Xi ,Yi )に移動するコースずれ30(XD ,YD )を起すとともに、飛行針路が自機位置21と目標点23を結ぶ線から自機位置21と仮想目標点26を結ぶ線に移動することにより針路ずれψD が生じる。このコースずれ30および針路ずれψD は、コース計算装置29で算出されてコース計算装置29から制御装置31に出力される。なお、飛行コース23から定常風28を考慮した仮想コース27へのコースの変動に伴い、到達位置22も図4に示すように仮想到達位置25(XGi,YGi)に変動する。
【0009】一方、制御装置31では、図6に示すように、速度センサ11からの飛行速度VF と前述したコース計算装置29からの針路ずれψD 、コースずれ30とが入力されて、自機位置21から仮想目標点26まで飛行するヘリコプタ1を旋回させるために機体軸まわりに回転させる、いわゆるバンク角φが演算されて、ヘリコプタ1をこのバンク角にするための補正前目標バンク角信号φO が出力される。
【0010】この補正前目標バンク角φo 信号は、減算器32により自機位置21での実際の機体のバンク角に応じて出力される機体バンク角信号φが減算されて、アクチュエータコマンドAcとしてアクチュエータ33に入力され、アクチュエータ13により、機体上方で回転し揚力を発生させているブレード2のピッチ角θを制御し、定常風28によりヘリコプタ1が流される量を考慮して設定された仮想コース27を通り、また、仮想目標点26で飛行針路が目標点針路ψP になるように旋回して、最終目的地である仮想到達位置25へ飛行するようにしている。
【0011】しかしながら、上述した従来のヘリコプタバンク制御装置では、飛行するコースの設定を行う自機装置21における、風向ψWH、風速VWH等により算出された補正前バンク角信号φO による機体のバンク角制御により、飛行を行うようにしているために、飛行の途中で発生する定常風28から変動する風の変動によりコース到達の精度が悪化し、また、パイロットの風向、風速に対する通常の修正バンク角制御とは異なる制御となるために、飛行時、パイロットに違和感が生じる不具合がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、自機位置から目的とする到達位置まで飛行を行わせるために、ヘリコプタに搭載されていた従来のヘリコプタバンク制御装置の不具合、すなわち、風の風向、風速が飛行の途中で、コース設定時の定常風28から変動するために生じる飛行コースのずれ、又は到達位置のずれ等のいわゆるコース到達の精度が悪化する不具合、あるいは、到達位置への飛行中に風向、風速が変動するにも拘わらず、飛行コースの設定を行う自機位置で測定された風向、風速に基づき算出されたバンク角で、操縦することになるために、通常は風向、風速に対応して修正操舵を行う、パイロットの操縦感覚とは異なる操縦となるために、パイロットに違和感が生じる不具合を解消するため、従来の制御装置から出力される、飛行コースを設定する自機位置で測定された風向,風速によりコースずれ、針路ずれを見込んで、コース計算装置で算出されたバンク角に設定して、仮想コースに沿って飛行を行うようにした補正前目標バンク角信号を、飛行中に遭遇する風向,風速に対応して修正し、飛行中に風向、風速が変化することがあってもコース到達の精度を劣化させることなく、さらには、パイロットが通常の風向、風速に対応して行うと同様な操縦感覚で修正操舵を行え、パイロットの操縦時の違和感をなくすることのできる補正後目標バンク信号にするために、飛行中に変化する風向、風速に対応してバンク角を変化させる、必要バンク角信号を算出して出力する必要バンク角計算装置を制御装置に設けるようにしたヘリコプタバンク角制御装置を提供することを課題とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】このため、本発明のヘリコプタバンク角制御装置は、次の手段とした。ヘリコプタが飛行するコースを設定する、現在飛行している自機位置から飛行目的地である到達位置との間に設定された目標点へ飛行しているときに、ヘリコプタに設置された風向風速センサで検出された飛行時の風向、風速データと、ヘリコプタに設置された速度センサで飛行時に検出された飛行速度と、飛行速度に応じて一定の旋回率で旋回するために必要な旋回半径と、目標点で到達位置への飛行のために設定される飛行針路とを入力して、飛行するコース設定時にコース計算装置で算出された、針路ずれ、コースずれおよび飛行コース設定時の自機速度等により設定された、仮想コースを飛行するときの機体のバンク角を制御する信号を出力するようにした制御装置からの補正前目標バンク角信号を、飛行時実際に検出される風向、風速に対応するバンク角に制御する補正後目標バンク角信号に補正する、必要バンク角信号を飛行中に検出される風向、風速等から算出して出力する必要バンク角計算装置を制御装置に設けるようにした。
【0014】このように、従来の制御装置から出力される補正前目標バンク角信号を、必要バンク角計算装置により算出される必要バンク角信号で、地面に対して円弧を描いて旋回するための、風向/風速に対する適正な必要バンク角にする補正後目標バンク角信号を出力するようにしたことにより、仮想コースを実際に自機位置から目標点へ飛行するときに、コースを設定するときに使用された自機位置での風向風速センサで検出された風向、風速と異なる風向、風速の風に遭遇するようなことがあっても、制御装置から出力される補正前目標バンク角信号は、仮想コースを実際に自機位置から目標点へ飛行するときに遭遇する風の風向、風速等により必要バンク角計算装置で算出された必要バンク角信号で修正され、補正後目標角信号を出力するので、飛行コースのずれ又は到達位置のずれを小さくし、コース精度を向上させることができる。
【0015】また、従来の制御装置から出力される補正前目標バンク角信号を必要バンク角計算装置で算出された必要バンク角信号で修正し、遭遇する風向、風速に対応した機体バンク角にする補正後目標バンク信号を出力するようにしたことにより、ヘリコプタを操縦するパイロットは、遭遇する風に対応して通常行っている操縦と同様にしてヘリコプタのバンク角制御が行えるため、仮想コースを補正前目標バンク角信号によりヘリコプタのバンク角制御を行って飛行するようにしていたために、生じることのあったバンク角制御時のパイロットの操縦違和感を無くすることが出来る。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明のヘリコプタバンク角制御装置の実施の一形態を図面にもとづき説明する。なお、前述した従来のヘリコプタバンク制御装置と同一若しくは類似の部材には、同一符号を符して説明は省略する。図1は本発明のヘリコプタのバンク制御装置の実施の第1形態を備えたヘリコプタを示す全体図,図2は、本発明のヘリコプタバンク角制御装置の概略制御ブロック図,図3は、図2に示す概略制御ブロック図の詳細を示すブロック図である。
【0017】図1に示すように、本実施形態のヘリコプタバンク角制御装置が搭載されるヘリコプタ1には、前述した速度センサ11と風向風速センサ12と、自機位置21及び目標点23から飛行するコースを設定するコース計算装置29と、速度センサ11,風向風速センサ12及びコースデータから必要なバンク角を計算し、必要なアクチュエータ13の作動量を算出する後述する制御装置3と、制御装置3からの信号によりブレード2のピッチ角θを変更できるアクチュエータ13とを備えている。
【0018】そして、本実施の形態のヘリコプタバンク角制御装置は、ヘリコプタ1のバンク角を制御することにより、自機位置21から目標点23までコース精度を維持し、またパイロットの操縦違和感をなくしてヘリコプタ1を自動飛行させるために、図2に示す概略制御ブロック図に示すような制御回路にされて、飛行中におけるヘリコプタ1の飛行速度VF を速度センサ11が、風向ψWF及び風速VWFを風向風速センサ12が検知し、自機位置21と目標点23から自機位置21のデータコース計算装置29により計算されたコースデータから算出された針路ずれψD 、コースずれ30と飛行速度VF 、風向ψWF及び風速VWFから、定められたコースを飛行させるために必要なバンク角とバンク角を実現させるために必要なアクチュエータ13の作動量を制御装置3で算出し、制御装置3から出力されるアクチュエータコマンドAC によるアクチュエータ13の作動により、ブレード2のピッチ角θを制御し、ヘリコプタ1のバンク角を制御することにより、目標点23までの自動飛行を実現するようにしている。
【0019】すなわち、本実施の形態を使用される制御装置3は、図2に示す概略制御ブロック図を詳細にした、図3のブロック図に示すように、コース計算装置29からの針路ずれψO 、コースずれ30および速度センサ11からの飛行速度VF が入力されて、補正前目標バンク角信号φO を出力するようにした図6に示す制御装置31に加えて、この補正前目標バンク角信号φO を地面に対して円弧を描いて旋回するために適正な必要バンク角にする補正後目標バンク角信号φB に補正する必要バンク角信号φN を、飛行中に検出される風向ψWF、風速VWF等から算出して出力する必要バンク角計算装置4を設けるものとした。
【0020】この必要バンク角計算装置4は、速度センサ11からの飛行速度VF 、飛行速度VF に応じて一定の旋回率で旋回するための旋回半径R、仮想コース27を実際に自機位置21から目標点23へ飛行するときに、ヘリコプタ1が遭遇する風の風向ψWF、風速VWFが入力されて、地面に対して円弧を描いて旋回するための風向ψWF/風速VWFに対して、適正な必要バンク角φにするための必要バンク角信号φN を、従来の制御装置31から出力される補正前目標バンク角信号φO に、加算器5で加算して補正後目標バンク角信号φB にするようにしている。
【0021】なお、必要バンク角計算装置4から出力される必要バンク角信号φN が、加算機5に出力されるラインには、従来の制御装置31に入力される飛行速度VF から一定旋回率以下で旋回するためにリミッタ35に入力されるバンク角リミッタ値を必要バンク角信号φN から減算するための減算機6が設けている。
【0022】このように、従来の制御装置31から出力される補正前目標バンク角信号φOは、必要バンク角信号φN 、正確には必要バンク角信号φN からリミッタ値が減算された信号により補正されて、制御装置3からは補正後目標バンク角φB が出力されるので仮想コース27を実際に自機位置21から目標点23へ飛行するときに、コース設定時に使用された自機位置21での風向風速センサ12で検出された風向ψWH、風速VWHと異なる風向ψWF、風速VWFの風に遭遇するようなことがあっても、飛行コースのずれ又は到達位置のずれを小さくし、コース精度を向上させることができる。
【0023】さらには、ヘリコプタ1を操縦するパイロットは、遭遇する風に対応して通常行っている操縦と同様にしてヘリコプタ1のバンク角制御が行えるため、仮想コースを補正前目標バンク角信号φO によりヘリコプタのバンク角φ制御を行って飛行するようにしていたために、生じることのあったバンク角制御時のパイロットの操縦違和感を無くすることが出来るようになる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のバンク角制御装置は、自機位置から目標点に飛行するときのバンク角を設定する飛行時における風向、風速等を考慮しないで算出される補正前目標バンク角信号を出力する制御装置を設けたヘリコプタバンク角制御装置において、風向風速センサで検出された飛行時の風向、風速データ、自機速度、および自機針路を入力して、制御装置から出力される補正前目標バンク角信号を飛行時の風向、風速に対する必要バンク角に修正する必要バンク角信号を出力する必要バンク角計算装置を制御装置に設けるものとした。
【0025】このように、従来の制御装置から出力される補正前目標バンク角信号を、必要バンク角計算装置により算出される必要バンク角信号で、地面に対して円弧を描いて旋回するための、風向/風速に対する適正な必要バンク角にする補正後目標バンク角信号にしたことにより、仮想コースを実際に自機位置から目標点へ飛行するときに、コースを設定するときに使用された自機位置での風向風速センサで検出された風向、風速と異なる風向、風速の風に、飛行中遭遇するようなことがあっても、制御装置から出力される補正前目標バンク角信号は、仮想コースを実際に自機位置から目標点へ飛行するときに遭遇する風の風向、風速等により必要バンク角計算装置で算出された必要バンク角信号で補正後目標バンク角信号に修正されるので、飛行コースのずれ又は到達位置のずれを小さくし、コース精度を向上させることができ、また、ヘリコプタを操縦するパイロットは、遭遇する風に対応して、通常行っている操縦と同様にヘリコプタのバンク角制御が行えるため、ヘリコプタのバンク角制御時に、生じることのあったバンク角制御時のパイロットの操縦違和感を無くすることが出来る。




 

 


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