JP5585455B2 - 経路探索装置 - Google Patents
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Description
[図2]本実施形態の飛行機の直線飛行時における迎え角αとL/Dとの関係を示すグラフである。
[図3]本実施形態の飛行機の旋回飛行時における姿勢角を示す概略側面図である。
[図4]本実施形態の飛行機の旋回飛行時における姿勢角を示す概略正面図である。
[図5]着陸目標点までの飛行経路の一例を示す概略図である。
[図6]水平飛行距離および高度との関係を示すグラフである。
[図7]障害物を回避して着陸目標点へ到達するまでの飛行経路の一例を示す概略図である。
[図8]着陸目標点に着陸するために直線飛行を延長する場合の飛行経路の一例を示す概略図である。
[図9]旋回飛行時の飛行経路、および旋回飛行後の直線飛行時の飛行経路の組み合わせの一例を示す概略図である。
[図10]旋回半径Ropt、旋回角ψで旋回飛行後に直線飛行した場合の飛行経路の一例を示す概略図である。
[図11]地形データ、高度、および水平飛行距離の関係を示すグラフである。
[図12]滑空可能範囲、および到達不可範囲の分布の一例を示す概略図である。
[図13]旋回半径Ropt2つ分の直線飛行と、旋回角度180度分の旋回飛行を必要なマージンとして考慮した場合の飛行経路の一例を示す概略図である。
[図14]本発明の第2実施形態に係る経路探索装置を示すブロック図である。
[図15]定常滑空飛行状態における飛行経路LK、及び必要高度Hreqを示すチャートである。
[図16]最長滑空飛行状態(直進時)への移行に要する高度上昇分、及び高度変化を示すチャートである。
[図17]本発明の実施形態に係るECUで実行される処理を示すフローチャートである。
[図18]選択された最適迎え角値による飛行軌跡を示すチャートである。
[図19]本発明の第3実施形態に係る経路探索装置を示すブロック図である。
[図20]旋回飛行を含む最長滑空飛行状態における飛行経路、及び高度上昇分を示すチャートである。
[図21]本発明の実施形態に係るECUで実行される処理を示すフローチャートである。
図1に示す経路探索装置1は、例えば飛行機10(図3、図4参照)に搭載され、飛行機10の自位置と目標点との間の飛行経路を探索するものである。経路探索装置1は、経路探索を行うための演算処理を実行する電子制御ユニット(ECU)3を備え、このECU3に、各種センサ2、及び出力部4が電気的に接続されている。
ただし、ΔHS:飛行機10の直線飛行時の高度低下、L:揚力、D:抗力である。
ただし、Ropt:旋回半径、γ:経路角、V:機体速度、ω:角加速度である。経路角γは、水平面と飛行機10の進行方向との角度である。
ただし、m:機体質量、V:機体速度、経路角γ、L:揚力、φ:バンク角、g:重力加速度、D:抗力である。バンク角φは、飛行機10の上下方向に延在する垂直軸(垂直尾翼15の延在する方向)と水平面との角度である。
ここで、
式(8)のうち揚力係数CLは、迎え角αで決まるため、式(8)は、迎え角αおよびバンク角φによって決定される。そこで、パラメータとして、迎え角α、バンク角φを式(8)に代入し、旋回高度低下率ΔHの最小値であるΔHoptとなる迎え角(αoptB)、バンク角(φopt)を求める。求められた迎え角αoptB、バンク角φoptが最小旋回高度低下率ΔHoptを成立させるための条件となる。この条件が成立する場合には、機体速度Vopt、経路角γoptといった、力のバランスが取れた飛行(トリム)となる。
ECU3は、飛行機10の実高度が必要高度Hreqよりも大きい場合に、着陸目標点P3に着陸可能であると判定する。そして、ECU3は、実高度と必要高度との差がゼロとなる飛行経路を探索する。
次に、本発明の第2実施形態に係る経路探索装置について説明する。図14は、第2実施形態に係る経路探索装置を示すブロック図である。図14に示す第2実施形態に係る経路探索装置1が、第1実施形態に係る経路探索装置1と違う点は、高度上昇分算出部51、到達判定部52、移行判定部53、目標迎え角値設定部54、制御部55、及び、最適迎え角値マップ59を備えている点である。なお、第1実施形態の経路探索装置1と同様の説明については省略する。
ここで、H:飛行機10の高度である。
次に、直進時の飛距離を最長にするための評価関するについて説明する。図16は、最長滑空飛行状態(直進時)への移行に要する高度上昇分ΔHを示すチャートである。図16では、横軸に飛行機10の移動距離を示し、縦軸に高度を示している。最長滑空飛行状態における飛行軌跡LGは、着陸候補地点(目標点)まで到達可能なものである。この最長滑空飛行状態における飛行条件(最長滑空の条件)は、迎え角αG、経路角γG、速度VGである。
ここで、HM1は、飛行経路LA1による実高度上昇分、HM2は、前進による高度余裕分である。飛行経路LA1による高度上昇分HM1は、自位置PA1(高度HA1)から最長滑空飛行状態における飛行軌跡LG(点PG2,高度HG1)に移行するまでの飛行機10の実高度の変化量であり、高度HG2と高度HA1との差である。
ここで、Xは、飛行機10の前進距離あり、2点間(点PA1,PG2)の水平距離であり、γGは、最長滑空飛行状態における経路角αGである。
次に、図17を参照して、第2実施形態の経路探索装置1における処理手順について説明する。図17は、本発明の実施形態に係るECUで実行される処理を示すフローチャートである。まず、ECU3は、飛行機10の飛行状態量を検出する(S1)。具体的には、センサ2から出力された信号に基づいて、飛行機10の速度、経路角、姿勢角を算出する。
次に、本発明の第3実施形態に係る経路探索装置について説明する。図19は、第3実施形態に係る経路探索装置を示すブロック図である。図19に示す第3実施形態に係る経路探索装置1が、第2実施形態に係る経路探索装置1と違う点は、バンク角算出部35を更に備えている点である。なお、第1,第2実施形態の経路探索装置1と同様の説明については省略する。
ここで、γ:経路角、γG:高度低下を最小にする旋回飛行時の経路角、CL:揚力係数、CLG:高度低下を最小にする旋回飛行時の揚力係数、ΦG:高度低下を最小にする旋回飛行時のバンク角である。
次に、旋回時の高度上昇分を最大にする迎え角値を取得するための評価関数について説明する。図20は、最長滑空飛行状態における飛行軌跡、及び旋回時の高度上昇分を示すフローチャートである。図20では、横軸に飛行機10の水平移動距離を示し、縦軸に高度を示している。
(ここで、Ψ:必要な旋回角度、dHturn:単位旋回角度当りの高度低下量)
次に、図21を参照して、第3実施形態の経路探索装置1における処理手順について説明する。図21は、本発明の実施形態に係るECUで実行される処理を示すフローチャートである。まず、ECU3は、飛行機10の飛行状態量を検出する(S11)。具体的には、センサ2から出力された信号に基づいて、飛行機10の速度、自位置、進行方向、姿勢角を算出する。
Claims (8)
- 飛行機の自位置と目標点との間の飛行経路を探索する経路探索装置であって、
前記飛行機の旋回飛行における単位旋回角度あたりの高度低下量である高度低下率を算出する高度低下率算出手段と、
前記高度低下率算出手段によって算出された前記高度低下率が最小となるような姿勢角として迎え角及びバンク角を算出する姿勢角算出手段とを有し、
前記姿勢角算出手段によって算出された前記姿勢角に基づいて、前記旋回飛行における旋回半径を算出することを特徴とする経路探索装置。 - 飛行機の自位置と目標点との間の飛行経路を探索する経路探索装置であって、
前記飛行機の旋回飛行における単位旋回角度あたりの高度低下量である高度低下率を算出する高度低下率算出手段と、
前記高度低下率算出手段によって算出された前記高度低下率が最小となるような姿勢角として迎え角及びバンク角を算出する姿勢角算出手段と、
前記姿勢角算出手段によって算出された前記姿勢角に基づいて、前記旋回飛行における旋回半径を算出する旋回半径算出手段と、
前記旋回半径算出手段によって算出された前記旋回半径に基づいて、前記旋回飛行における飛行距離を算出し、算出された当該飛行距離に応じた前記飛行経路を探索する飛行経路探索手段と、を備えることを特徴とする経路探索装置。 - 探索された前記飛行経路に沿って飛行して前記目標点へ着陸するために必要な旋回飛行および直線飛行を設定し、設定された当該旋回飛行および直線飛行の水平面方向の移動距離を算出する水平面移動距離算出手段と、
前記水平面方向の移動距離に基づいて、前記目標点へ着陸するために必要な高度である必要高度を算出する必要高度算出手段と、を備え、
前記飛行経路探索手段は、前記必要高度および前記飛行機の実際の高度である実高度を用いて、前記飛行経路を探索することを特徴とする請求項2記載の経路探索装置。 - 前記飛行経路探索手段は、前記必要高度と前記実高度との差がゼロとなる前記飛行経路を探索することを特徴とする請求項3記載の経路探索装置。
- 地形の高低を示すデータを含む地形データが記憶された地形データ記憶手段を備え、
前記飛行経路探索手段は、前記地形データに基づいて、前記自位置を中心として水平面方向における360度の範囲で到達可能な前記目標点の範囲を算出し、算出された当該範囲内に存在する前記目標点までの飛行経路を探索することを特徴とする請求項2〜4の何れか一項に記載の経路探索装置。 - 自位置での飛行状態を示す飛行状態量に基づいて、自位置から最長滑空飛行状態への移行に要する高度上昇分の最大値を算出する高度上昇分算出手段を更に備え、
直線飛行における前記最長滑空飛行状態は、前記飛行機に作用する揚力Lと抗力Dとの比である揚抗比L/Dが最大となるような姿勢角である迎え角及び速度が成立する状態であり、
前記旋回飛行における前記最長滑空飛行状態は、前記高度低下率算出手段によって算出された前記迎え角及び前記バンク角が成立する状態であり、
前記飛行経路探索手段は、前記最長滑空飛行状態における必要高度、自位置における実高度、および前記高度上昇分の最大値に基づいて、前記飛行経路の探索を行うことを特徴とする請求項2〜5の何れか一項に記載の経路探索装置。 - 予め設定された最適迎え角値を記憶する迎え角値記憶手段と、
前記最長滑空飛行状態への移行完了前に、前記最適迎え角値及び前記自位置での飛行状態量に基づいて、目標迎え角値を設定する目標迎え角値設定手段と、を備えることを特徴とする請求項6に記載の経路探索装置。 - 前記目標迎え角値設定手段は、前記目標点に向かうために必要な旋回角度に基づいて前記目標迎え角値を設定することを特徴とする請求項7に記載の経路探索装置。
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