JPS59145696A - ヘリコプタのホバリング進入制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）　　発明の背景 イ）発明の分野 本発明は一般にはヘリコプタ用のホバリング進入制御方
法および装置に関するものである。より特定的には、本
発明はヘリコプタ用の完全自動的あるいは半自動的な（
例えば方向装置フライトテイレクタ）操縦装置に関する
ものであり、ヘリコプタの進入およびホバリング状態を
、精巧かつ高価な低対気速度感知装置、ドツプラレーダ
あるいは精測位置感知装置を必要とせず制御する方法お
よび装置に関するものである。

ロ）先行技術の説明 初期の、高いと仮定される対気速度から零もしくは実質
的に零〇対気速度でのホバリング状態へとヘリコプタを
自動的および半自動的に操縦することはすでに好結果に
達成されている。例えば、Ｒ，Ｓ　　バソフム他および
Ｊ、Ｃ，デンデイ他のそれぞれの米国特許第３．５２１
，８５８号および第３．９’＋６．６ＢＢ号を参照され
たい。それらに十分説明されているように、ヘリコプタ
の縦方向（長手方向）の速度を制御することは、ヘリコ
プタの加速度、速度および位置についての正確な測定値
を必要とし、かつ、低速対気データ感知装置、ドツプラ
レータおよびマイクロ波着陸装置受信機等のようなパラ
メータに関する感知装量は非常に複雑であり高価である
。前述のバソフム他による特許は加速度計を利用するこ
とによって正確にホバリングし、かつ短周期ベースで敵
格な速度制御を保持する装置について述べている。しか
し、長周期の安定性は加速度計を安定させるのに利用す
る垂直基準に関する垂直性エラー（長周期偏流および加
速効果）ニ依存する。前述のデンデイ他による特許ｉｔ
ホホバング進入の操縦装置について述べており、該操縦
装置では、加速によって生じた速度期間は精密な進入レ
ータ゛すなわちマイクロ波着陸装置からの航続距離対ホ
バリングの正確な測定値を算入することによって改善さ
れる。後者の装置は地上ベース基準を必要とするので、
その利用は特定の地理的範囲に限定される。

本発明は前述のより精巧な装置の費用のごく一部で該装
置と匹敵し得る性能を備えている。

（２）発明の概要 本発明は、先行技術についての特に精巧かつ高価な装備
を要するという点における欠点を、従来の低価格の機上
感知装置のみを利用することによって克服し、でいる。

本発明の装置においては、垂直ジャイロ基準縦方向加速
度計をフィードバック感知装置として利用することで一
定の減速化が指令される。達″成された実際の減速度は
、垂直ジャイロすなわち垂直基準装置における垂直性エ
ラーのためにある条件から他の条件へと変化することも
あるが、各条件の下で達成される実際の減速は、初期速
度から低速度への速度における変化の時間関数とし、で
測定され、そのような速度は好ましいことに十分に高速
であるので、従来の対気速度感知装置によって正確に感
知される。これらの速度間で達成された実際の減速度を
測定するので、ホバリングへのすなわち従来の対気速度
感知装置の性能以下のどんな対気速度への残りの減速度
でも正確に予測することができる。

（３）良好な実施例についての詳細な説明次に本発明の
良好な実施例について図面を参照して説明する。

ヘリコプタ飛行制御技術に関する当業者にとっては周知
であるが、そして、関遅出鵬、ＥシュテノキおよびＣ，
グリフイスの両名による「ヘリコプタ用６キユ一飛行方
向装置」と称する関連米国特許出願に、ある程度詳細に
述べられているが、例えば６０ノツトおよびそれ以下の
速度における動作の縦方向（長手方向）の飛行径路操縦
モード中、飛行径路エラーはロータ同時ピッチによって
ヘリコプタの直揚力を制御することによって最小に保持
されるが、−力対気速度エラーはローフ周期ピンチによ
ってヘリコプタのピッチ姿勢を制御することによって最
小に保持される。これらの制御は両方とも第１図に示さ
れるようにホバリングへの進入を行なうために必要とさ
れるのであるが、第１図においては、従来のヘリコプタ
の自動操縦装置および／または飛行方向装置の基本前後
軸は基準番号１０で示される。該同時制御軸は垂直速度
を制御して所定の固定垂直レートで降下し、次いで所定
の同定ホバリング高度、例えば５０フイートを取り、そ
れを保持する。この操ａは、通常、発生された気圧高度
Ｌ／−）、垂直加速度および電波高度を利用する従来の
同時制御チャン坏ル１１によって達成され、リード１２
上に同時ピッチ指令信号を発生する。この同時制御技術
は轟業者には周卸であり、かつ十分理解されているので
、ここで繰り返す必要はない。本発明は、本来はピッチ
姿勢を周期的ｒｔｃ制御することによってヘリコプタの
速度を制御することに関するものである。ホバリングへ
の減速進入を制御するのに利用されるピノ千姿勢指令チ
ャン坏ルは、第１図の下部に示されており、リード１６
上の出力指令信号は自動操縦装置／飛行方向装置１０の
ピッ千周期卸」御装置に与えられる。

加速度計１４はヘリコプタに固定されているので、その
前後軸におけるヘリコプタ加速度を測定し、それｖｃ　
４例する（、Ｉｌｆ号ａ）（をＩＪ　−トラ５上に与え
る。慣性縦方向力ロ速度に比クリする信号を発生するた
めに、垂直ジャイロスコープのような垂直基準１６は、
ヘリコプタピッチ姿勢の正弦ｓｉｎθに比例する信号を
発生し、該信号は乗算器１７１／ＩＩ：よって電圧源１
８力）らの重力定数Ｓで乗舅−され、ｇｓｉｎθに比例
する信号をリード１９上に発生する。この信号は加算器
２０でヵロ速度計信号から減算され、リード２１上に必
要の慣性加速度信号、すなわち、地上に対するヘリコプ
タの加速度を発生する。

本発明に従えば、パイロットがホバリング条件あるいは
何か所望の低対気速度へ進入しようとする場合、従来の
モード選択装置で進入モードを選択するのであるが、該
モード選択装置は、以下で詳細に述べるが、所定の減速
指令信号をリード２６上の減速基準２２がら本装置に挿
入する。該指令信号は加算器２４でリード２１上の実際
の加速信号と比較され、リード２５上に加速エラー信号
を発生する。この信号は積分器２６で積分され、リード
２７上に速度エラー信号を発生する。該加速エラー信号
と速度エラー信号は加算器２８で加算され、リード１６
上のピッチ指令を自動操縦装置／飛行方向装置１゜に与
える。該自動操縦装置は要望通りにヘリコプタをピッチ
し零加速度エラーを達成する。

リード２１上の計算された慣性加速度信号は予測不可能
であり得るが、その理由は、減速化および進入操縦を含
む諸操縦中に、その装置の原動力のような、垂直性をも
たらす動的エラーによるエラーも、該垂直基準信号に含
まれるからである。これらのエラーは通常、速度積分器
２６の偏流とじてあられれ、ホバリング条件への進入中
の速度制御における不一致を住じさせる。本発明によれ
ば、このような不一致を減速指令タイミング／論理制御
装置６０によって克服しており、該装置は、ヘリコプタ
対気速度感知装Ｂ　ｓ　１からの制御信号、進入モード
選択装置３２のモード選択離散信号、および対気速度バ
イアス源３３からの所定の対気速度などを受信する。該
タイマー、／論理制御装置３０はり一ド６４上に減速指
令信号を発生し、該信号はスイッチ６５を介してリード
２３上に減速指令信号を接続したり遮断したりする。タ
イミング／論理接合部３０の詳細は第２図に示されてい
る。

本発明に従えば、進入モード接続中に存在する対気速度
、代表的には約６０ノツトであるが、から代表的には４
０ノツトの所定の低対気速度へとヘリコプタを減速させ
るのに要する時間、そして減速指令信号の制御下にあっ
て対気速度感知装置３１によって正確に測定できる時間
Ｔ】は、ヘリコプタを４０ノツトに平均的に減速させる
正確な測定値となっている。この時間Ｔｌは、同様の減
速指令の制御下において、実際に達成された減速レベル
でヘリコプタを苓対気速度すなわちホバリング状態に減
速さぜるのに要する時間Ｔ２を予測するために利用され
る。該対気速度が４０ノツトを通過する場合、第２のタ
イマ（Ｔ＋用のタイマーに同じ）が開始され、さらにそ
の時間Ｔ３が予測時間Ｔ２となる場合、対気速度は苓に
なり（すなわち本質的に零になり）、かつ、減速指令信
号は排除される。従って、ヘリコフリは前述のバラツム
他による特許で示された態様でホバリング位置ｒｃ安定
される。前述の全ての動作はタイミング／論理制御装置
６゜により与えられるのであって次にそれについて述べ
る。

ヘリコフリが例えば６０ノツトの初期対気速度で巡航し
ていると仮定する。それに比例する対気速度信号が対気
速度感知装置３１によって与えられ、リード４０上に現
われる。ノくイロソトは進入モードをまた選択していな
いので、スイッチ４１は閉じていて、積分器４２０回り
のルーフを閉じているのでリード４３上のその出力は実
際の対気速度、Ｖｏ　＝　６０　ｋｔｓを表わす。

４０／ノドに比例する１面を有する固定ノくイアス信号
は信号源６６カ）ら与えられ、リード４４上に現われる
。この信号は加算器４５に与えられるが、そこで該信号
はり−ド４６上の初期対気速度信号から減算されて、そ
の差はＩＪ−ト’４６上に現われる。さらに、それは比
較装置４７　Ｋ与えられ、そこでリード４０上の実際の
対気速度信号と比較される。いずれ明らかになるが、進
入モードはまだ選択されていないので、対気速度は４０
ノツトより大てあり、かつ、ｌ１１３．　Ｆｉ１２比較
装置の出力は論理高であって、減速指令接続信号は低で
あり、さらにスイッチ３５　（第１図）は開である。

次に、パイロットが進入モードに入ると仮定する。モー
ド選択装置からのモード選択離散信号（論理高）はり−
ド４８上に現われ、その信号は積分器４２をクランプし
ているスイッチ４１を開くので、リード４３上の信号は
その６０ノツト値を保持する。このモード離散信号はま
たアンドゲート４９に与えられて、その出力を高閉成ス
イッチ６５にさせ、さらに所定の減速指令信号を自動操
縦装置／飛行方向装置に与え、かつ、ヘリコプタに減速
操縦を開始させる。該進入選択離散信号はまた比較装置
４７の出力をも受信するアンドケート６３にも与えられ
る。

比較装置４７の出力は実際の対気速度が４０ノツトより
犬である場合に高であるので、ゲート出力は高閉底スイ
ッチ５０となり、電源５１からの定電圧を第１積分器５
２に与える。積分器５２は時間、Ｔｌｌ　、を効果的に
測定し始めるが、該時間は、ヘリコプタが初期の６０／
ソトから中間速度４０ノツトへ減速するのに要する時間
である。一方、初期６０ノット速度と基準４０ノット速
度との間の差は除算器５３の被除数として与えられ、除
数はタイマー５２からのり−ド５４上の時間間隔′１゛
１となっている。　従って、除算器５５は下記の動作を
行なうが、 これはモードを４０ノツトに接続することで達成された
平均徹速レベルとな−っている。この信号は出力リード
５５上に現われる。第２除算器５６は、その被除数とし
て基準４０　ノット対気速度を、およびその除数として
平均減速信号ａｒをリード５５上で与えられる。従って
、除算器５６は次の動作を行なうが、 Ｉｌ゛２−□− ｒ これは、ヘリコプタが実際の平均的減速レベルで零対気
速度に減速するために要する予測時間となっている。こ
の信号ｔｐ２はリード５７上に現われる。

４０ノット対気速度が比較装置４７によって検知したよ
うに達成される場合、比較装置出力は低レベルになる。

しかし、この低レベル信号は反転器５８１１？：与えら
れるので、後者の出力は高に閉じられているスイッチ５
９に与えられ、それによって電源５１からの同じ電圧を
、積分器５２と同じ時定数を有する第２積分器６０に与
える。積分器６０の出力Ｔ３はリード６１上に現われ、
航空機が４０ノット対気速度から減速する実際の累積時
間を表わす。ホバリングへの予測時間Ｔ２と実際の減速
時間Ｔ３とは比較装置６２で比較され、該比較装置の出
力は、時間Ｔ３がＴ２に等しいかあるいはそれより少な
くなるまで、高レベルである。この時間において、ヘリ
コプタは零対気速度に減速しており、かつ、その出力は
低レベルになる。この事によってアンドゲート４９への
入力の１つを排除し、該アンドゲート４９は次いでその
出力を高から低への開放スイッチへと変化させ、さらに
自動操縦装置／飛行方向装置１０からの減速指令を排除
する。

前述の事から明らかに本発明は、ヘリコプタ用の自動的
に（あるいは半自動的に）ホバリングへの進入を行なう
低価格の装置を提供するものである。従来の慣性的な対
気データ感知装置だけが利用されており、ドソプラレー
ダスナワち低対気速度感知装置の必要性がない。一定の
減速を指令し、次いで初期両速度から所定の低対気速度
への対気速度の時間関数として実際の減速レベルを測定
することによって、ホバリング条件へ進入する全減速時
間が正確に予測され得る。

本発明の良好な実施例について説明して来たが、使用し
た用語は説明のためのものであって限定するものでなく
、その広い観点において、本発明の真の範囲および発明
の精神から逸脱せずに、特許請求の範囲内で僚々の変更
力Ｓなされうる点を理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を具体化するヘリコプタ自てのブロッ
ク図であり、第２図は、通常第１図で示されるタイミン
グ／論理機能についての詳細なブロック図である。 図中、１ｏは自動操縦装置／飛行方向装置、１１は従来
の同時制御チャンネル、１４　ｔｄ　７ＪＤ速度計、１
６ｒｒｉ垂石基準、１７は乗算器、１８は電圧源、２０
，２４，２８Ｕ７ＩＯ算！、２２は減速基準、２６は積
分器、６ｏはタイミング／論理制御装置、６１は対気速
度感知装置、３２は進入モード選択装置、３６は対気速
度バイアス源をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ヘリコプタのピッチ姿勢を制御することによって、
   初期対気速度からホノ＜リング状態へのヘリコプタの進
   入を制御する方法であって、（ａｌ　　所定の指令され
   たベリコフリの減速度に従ってピッチ姿勢操縦を開始す
   る段階と、（ＩＪ）　　前記初期対気速度における前記
   操縦開始と、前記初期対気速度とホノくリングとの中間
   における対気速度の達成との間の時間間隔ｒｒ。 を測定する段階と、 （Ｃ）　　前記中間対気速度を達成しさらにホノ＜１ノ
   ングを達成する間の時間間隔Ｔ２を、前記初期対気速度
   と前記中間対気速度の達成との間の実際の対気速度の時
   間関数として予測する段階と、 （ｄｌ　　前記中間対気速度達成後の時間測定値Ｔ３を
   累算する段階と、 （ｅ）　　予測時間測定値Ｔ２を累算された時間測定値
   Ｔ３と比較する段階と、および、 （ｆ）　　前記の最後に述べた時間測定値Ｔ２およびＴ
   ３が実質的に等しい場合、前記操縦を終了させる段階、
   とから 成ることを特徴とする前記ヘリコプタのホバリング進入
   制御方法。 ２、　初期対気速度からホバリング状態へのヘリコプタ
   の減速操縦を制御するピッチ軸制御装置であって、 （ａ）前記初期対気速度から、該初期対気速度とホバリ
   ングとの中間の対気速度へ減速するのに要する時間に比
   例する第１の時間測定値を発生する装置と、 （ｂ）　　前記第１の時間測定値に応答して、前記中間
   対気速度からホバリングへ減速するのに要する予測時間
   に比例する第２の時間測定値を発生する装置と、 （Ｃ）　　前記ヘリコプタが前記中間対気速度とホバリ
   ングとの間で実際に減速する間の時間に比例する第６の
   時間測定値を発生する装置と、（ｄｉ　　前記第２と第
   ３の時間測定値を比較する第１比較装置と、および （ｅ）　　前記第１の比較装驚に応答して、その両人力
   値が実質的に等しくなる際に前記減速操縦を終了させる
   装置、とを備えていることを特徴とする前記制御装置、 ６　％、許請求の範囲第２項に記載のヘリコプタの制御
   装置であってさらに、 （ａ）７−１Ｔ定値を有する減速指令信号を発生する装
   置と、 （ｂｌ　　前記減速操縦を選択し、かつ前記指令信号を
   前記ピンチ軸制御装置に与える装置と、および、 （Ｃ）前記選択装置に応答し、前記第１と８ｇ２０時間
   測定値発生装置を開始させる論理装置と、を備えている
   ことを特徴とする前記制御装置１ ４、　特許請求の範囲第６項に記載のヘリコツ゛りの制
   御装置であってさらに、 （ａ）　　実際の対気速度と前記中間の対気速度との間
   の差に応答して、さらに前記論理装置を制御する第２比
   較装懺を備えていることを特徴とする前記制御装置。 ５　特許請求の範囲第２項に記載のヘリコプタの制御装
   置において、前記第２の時間測定値発生装置は、 （ａ）　　前記初期対気速度と前記中間対気速度との間
   の差および前記第１の時間測定値に応答して、前記対気
   速度間の前記ヘリコプタの平均減速度を計算する第１コ
   ンピユータ装置を有することを特徴とする前記制御装置
   。 ６　特許請求の範囲第５項に記載のヘリコプタの制御装
   置において、前記第２の時間測定値発生装置はさらに、 （ａｌ　　前記中間対気速度および前記第１コンピユー
   タ装置の出力に応答する第２コンピユータ装置を備えて
   いることを特徴とする前記制御装置。 ７　％許請求の範朋第３項に記載のヘリコプタの制御装
   置において、前記第１時間測定値発生装置は、 （ａ）基準信号を発生する装置と、 （＋））　　第１積分装置と、および、（Ｃ）　　前記
   論理装置に応答して前記基準信号を前記第１積分装置に
   与える装置とを備えていることを特徴とする前記制御装
   置。 ８、特許請求の範囲第４項に記載のヘリコプタの制御装
   置において、前記第３の時間−１定値発生装置は、 （ａ）　　基準１５号を発生する装置と、（ｂｌ　　第
   ２積分装置と、 （Ｃ）前記第２比較装置に応答するもう１つの論理装置
   と、および、 （ｄｌ　　前記もう１つの論理装置に応答して、前記基
   準信号を前記第２積分装置に与える装置、とを備えてい
   ることを％徴とする前記制ａ装置。 ９、　特許請求の範囲誦５項に記載の−リコプタの制御
   装置において、前記減速操縦を終了させる前記装置は、 （ａ）　　前記操縦選択装置および前記第１比較装置に
   応答して、前記ピッチ軸制御装置の制御から前記減速指
   令信号を除去するさらにもう１つの論理装置を備えてい
   ることを特徴とする前記制御装置。