JP2011194974A - 空力係数推定装置及びこれを用いた舵面故障・損傷検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】機体の空力特性を示す空力係数を推定するための舵角指令信号を生成する舵角指令信号生成手段5と、舵角指令信号に基づいて機体に設けられた舵面が駆動したことに起因する機体の運動状態量を取得する運動状態量取得手段6と、運動状態量から、異なる2つ以上の推定手法を用いて夫々前記空力係数を推定するための候補値を算出する候補値算出手段7と、各候補値に基づいて、空力係数推定値を決定する空力係数推定値決定手段8とを備える。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1(特開2003−175896号公報)には、逐次最小二乗法を用いて推定した空力係数に対して、ニューラルネットワーク法により更に演算を行うことで最終的に空力係数を算出し、この空力係数に基づいて舵面の故障等をソフトウェア的に検出する舵面の故障・損傷検出装置が開示されている。
この他、機体に光ファイバや電線を敷設してハードウェア的に直接、舵面の損傷を検出する方法も考えられる。
本発明は、機体の空力特性を示す空力係数を推定するための舵角指令信号を生成する舵角指令信号生成手段と、前記舵角指令信号に基づいて前記機体に設けられた舵面が駆動したことに起因する前記機体の運動状態量を取得する運動状態量取得手段と、前記運動状態量から、異なる2以上の推定手法を用いて夫々前記空力係数を推定するための候補値を算出する候補値算出手段と、各前記候補値に基づいて、空力係数推定値を決定する空力係数推定値決定手段とを備えた空力係数推定装置を提供する。
本発明によれば、異なる手法により演算された各候補値から、それらの平均値又は中間値を空力係数推定値として決定するので、空力係数推定値を演算する際の冗長化を図ることができ、信頼性の高い空力係数を演算することができる。
本発明によれば、機体の正常時における空力係数推定値と以前に算出された空力係数値を順次記憶しておき、舵面の故障・損傷検出を行う際に、これらと比較することで舵面の故障・損傷が進展するような場合にも正確に舵面の故障・損傷を検出することができる。
以下に、本発明の第1の実施形態に係る空力係数推定装置について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る空力係数推定装置の概略構成を示したブロック図である。空力係数推定装置1は、航空機の空力特性を示す空力係数を推定するものであり、図1に示すように航空機に適用され、航空機の機体を制御するフライトコントロールシステム2、機体の姿勢を制御するための空気力を発生させる舵面3及び機体の運動状態量を検知するセンサ4と接続される。
舵面3は、機首を上げたり下げたりする昇降舵(エレベータ)、機首の向きを左右に変える方向舵(ラダー)、機体を左右に傾ける補助翼(エルロン)、主翼の翼型を修正して揚力を増大させる高揚力装置(フラップ)等を含み、舵面3は、後述する舵角指令信号に従ってフライトコントロールシステムを介して図示しないアクチュエータシステムにより駆動される。舵面3が駆動することで、機体の姿勢が空力的な力によって制御される。
センサ4は、エアデータセンサ、慣性センサ、舵角センサ等の各種センサを含み、機体の迎角、横滑り角、対気速度、角速度、姿勢角、舵角等の機体の運動状態に関する様々な運動状態量に係るセンサ情報を取得して、取得したセンサ情報をセンサ情報取得部6に出力する。
センサ情報取得部6は、舵角指令信号に従って舵面3が駆動したことによる機体の運動状態量をセンサ4を介して取得し、後述する候補値算出部7に出力する。
図2のステップS11では、舵角指令信号生成部5により、空力係数を推定するために機体にある程度の運動が生じるように舵面3が駆動するような舵角指令信号を生成し、フライトコントロールシステム2に出力し、次のステップS12に進む。ステップS12において、フライトコントロールシステム2では、所望の機体姿勢へ変更或いは維持するための舵角指令信号を生成し、これに対し舵角指令信号生成部5が生成した舵角指令信号を重畳した舵角指令信号を図示しないアクチュエータシステムに出力し、アクチュエータシステムにより舵面3を舵角指令信号に従って駆動する。
以下に、本発明の第2の実施形態に係る舵面故障・損傷検出装置について、図面を参照して説明する。
図3は、本実施形態に係る舵面故障・損傷検出装置の概略構成を示したブロック図である。舵面故障・損傷検出装置11は、航空機に設けられた舵面3の故障・損傷を検知するものであり、舵面が舵角指令値に追従しなくなる又は動かなくなる(固着する)などの故障や、舵面の一部が欠損又は全てがなくなる等の損傷を検知する。このため、舵面故障・損傷検出装置11は、図3に示すように空力係数推定装置10の他、故障・損傷可能性判定部12及び舵面故障・損傷検出部15を備えている。また舵面故障・損傷検出装置11は、航空機に適用され、航空機の機体を制御するフライトコントロールシステム2、機体の運動状態量を検知するセンサ4及び航空機の操縦室等に設けられた表示装置16と接続されている。
航空機が正常に飛行している場合において、切替スイッチ14は故障・損傷確認用操舵器5Bと故障・損傷可能性判定部12とを接続しており、常時又は定期的に故障・損傷の可能性を判定するようになっている。従って、図4のステップS21において、舵角指令信号生成部5は、常時又は定期的に、故障・損傷確認用の舵角指令信号(Tkern)を生成し、故障・損傷可能性判定部12に出力する。故障・損傷確認用の舵角指令信号は、故障・損傷可能性判定部12を介してフライトコントロールシステム2に出力され、次のステップS22において、フライトコントロールステム2が生成する所望の機体姿勢へ変更或いは維持するための舵角指令信号へ重畳され、この舵角指令信号に基づいて図示しないアクチュエータシステムによって舵面3が駆動される。
以下に、上記した第2の実施形態の変形例に係る舵面故障・損傷検出装置について、図5を参照して説明する。
図5は、本実施形態に係る舵面故障・損傷検出装置の概略構成を示したブロック図である。本実施形態の舵面故障・損傷検出装置が上述した第2の実施形態に係る舵面故障・損傷検出装置と異なる点は、故障・損傷確認用の舵角指令信号の出力の有無に関わらず、機体が正常であると仮定した場合の運動状態量を予測した運動状態量予測値を演算し、この運動状態量予測値と実際の機体の運動状態量とに基づいて故障・損傷の可能性判定を行う点である。従って、舵面故障・損傷検出装置は必ずしも故障・損傷用操舵器5Bを備える必要はない。その他の構成については、上述した舵面故障・損傷検出装置と同様の構成であるので、その説明を省略し、以下、異なる点についてのみ説明する。
以下に、上記した第2の実施形態の他の変形例に係る舵面故障・損傷検出装置について説明する。なお、本実施形態に係る舵面故障・損傷検出装置の概略構成は、上述した第2の実施形態の変形例に係る舵面故障・損傷検出装置を示す図5と略共通するため、図5を参照しつつ説明する。
本実施形態の舵面故障・損傷検出装置が上述した第2の実施形態に係る舵面故障・損傷検出装置との相違点として、第1に、機体に光ファイバ又は電線が設けられ、これらにより舵面の異常を検知する。また、第2に、故障・損傷確認用の舵角指令信号の出力の有無に関わらず、機体を所望の姿勢に変更或いは維持するための舵角指令信号又はこれに故障・損傷確認用の舵角指令信号を重畳した舵角指令信号を生成し、この舵角指令信号に基づいて機体に設けられた舵面が駆動したことに起因する実際の舵角を取得すると共に、機体が正常であると仮定した場合の舵角指令信号に基づく舵角を予測した舵角予測値を演算する。そして、これらの相違点に基づき、本実施形態における舵面故障・損傷検出装置では、光ファイバ等の異常検知結果に基づいて舵面の損傷の可能性を判定すると共に、実際の舵角と舵角予測値とに基づいて舵面の故障の可能性を判定する。従って、舵面故障・損傷検出装置は必ずしも故障・損傷用操舵器5Bを備える必要はない。その他の構成については、上述した舵面故障・損傷検出装置と同様の構成であるので、その説明を省略し、以下、異なる点についてのみ説明する。
即ち、両者の差が、予め定めた閾値を超えている場合には、舵面3の何れかに故障が生じている可能性があると判定し、閾値を超えない場合には、舵面3の何れかに故障が生じている可能性がないと判定する。
2 フライトコントロールシステム
3 舵面
4 センサ
5 舵角指令信号生成部(舵角指令信号生成手段)
6 センサ情報取得部(運動状態量取得部)
7 候補値算出部(候補値算出手段)
8 空力係数推定値決定部(空力係数推定値決定手段)
10 空力係数推定装置
11 舵面故障・損傷検出装置
12 故障・損傷可能性判定部(故障・損傷可能性判定手段)
13 切替スイッチ
14 切替スイッチ
15 舵面故障・損傷検出部(舵面故障・損傷検出手段)
16 表示装置
17 故障・損傷可能性判定ロジック部
17A,17B,17C 演算器
Claims (8)
- 機体の空力特性を示す空力係数を推定するための舵角指令信号を生成する舵角指令信号生成手段と、
前記舵角指令信号に基づいて前記機体に設けられた舵面が駆動したことに起因する前記機体の運動状態量を取得する運動状態量取得手段と、
前記運動状態量から、異なる2以上の推定手法を用いて夫々前記空力係数を推定するための候補値を算出する候補値算出手段と、
各前記候補値に基づいて、空力係数推定値を決定する空力係数推定値決定手段と
を備えた空力係数推定装置。 - 前記空力係数推定値決定手段が、各前記候補値の平均値又は中間値を空力係数推定値として決定する請求項1記載の空力係数推定装置。
- 前記空力係数推定値決定手段が、各前記候補値に基づいて夫々演算された運動状態量の再現値のうち、前記運動状態量に最も一致する前記再現値に対応した前記候補値を空力係数推定値として決定する請求項1記載の空力係数推定装置。
- 舵面の故障・損傷の可能性を判定する故障・損傷可能性判定手段と、
請求項1乃至請求項3の何れかに記載の空力係数推定装置と、
前記故障・損傷可能性判定手段により舵面に故障・損傷が生じている可能性があると判定された場合に、前記空力係数推定装置により推定された空力係数推定値に基づいて、何れの舵面が故障・損傷しているかを検出する舵面故障・損傷検出手段と
を備えた舵面故障・損傷検出装置。 - 前記故障・損傷可能性判定手段が、
機体に運動が生じないように舵面を駆動するための舵角指令信号を生成する他の舵角指令生成信号と、
前記舵角指令信号に基づいて前記機体に設けられた舵面が駆動したことに起因する前記機体の運動状態量を取得する他の運動状態量取得手段と
を備え、
前記運動状態量に基づいて舵面の故障・損傷の可能性を判定する請求項4記載の舵面故障・損傷検出装置。 - 前記故障・損傷可能性判定手段が、
所望の機体姿勢へ変更或いは維持するための舵角指令信号を生成する更に他の舵角指令信号生成手段と、
前記舵角指令信号に基づいて飛行中の機体の運動状態量を取得する更に他の運動状態量取得手段と、
前記機体が正常であると仮定した場合の運動状態量を予測した運動状態量予測値を演算する運動状態量予測手段と
を備え、
前記運動状態量と前記運動状態量予測値とに基づいて舵面の故障・損傷の可能性を判定する請求項4記載の舵面故障・損傷検出装置。 - 機体に敷設された光ファイバ又は電線と、
前記光ファイバ又は電線の異常を検知する検知手段とを備えると共に、
前記故障・損傷可能性判定手段が、
前記機体を所望の姿勢に変更・維持するための舵角指令信号を生成する更に他の舵角指令信号生成手段と、
前記舵角指令信号に基づいて前記機体に設けられた舵面が駆動したことに起因する舵角を取得する舵角取得手段と、
前記機体が正常であると仮定した場合の前記舵角指令信号に基づく舵角を予測した舵角予測値を演算する舵角予測手段とを備え、
前記検知手段の検知結果に基づいて舵面の損傷の可能性を判定すると共に、前記舵角と前記舵角予測値とに基づいて舵面の故障の可能性を判定する請求項4記載の舵面故障・損傷検出装置。 - 前記舵面故障・損傷検出手段が、
前記空力係数推定値と、機体の正常時における空力係数推定値又は前回故障・損傷検出を行った際の空力係数推定値とを比較することにより舵面の故障・損傷を検出する請求項4乃至請求項7の何れか1項記載の舵面故障・損傷検出装置。
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