(57)【要約】  飛行性能を満たす観点と、飛行体の乗員の保護を図る観点の両方の観点に基づいて飛行体の設計を行うことができる飛行体設計方法およびこれに用いる安全マップ生成装置、さらには設計された飛行体を提供する。  飛行性能と衝突安全性能を両立させる飛行体の設計を行うにあたり、まず、飛行体の飛行性能を設計する。次に、飛行体の高度が低下した際に地面衝突を回避して飛行復帰可能となる最下限境界となる境界線ＢＬ飛行体の飛行性能に基づいて算出する。続いて、境界線ＢＬより下方の領域における任意の点を始点とし、飛行体が地面に衝突する際の地面衝突状態値を各々算出する。算出された地面衝突状態値に基づいて、飛行体の衝突安全性能を算出する。
2012046327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行体の飛行性能を設計する飛行性能設計ステップと、
前記飛行体の高度が低下した際に地面衝突を回避して飛行復帰可能となる最下限境界を前記飛行体の飛行性能に基づいて算出する最下限境界算出ステップと、
前記最下限境界より下方の領域における任意の点を始点とし、前記飛行体が地面に衝突する際の地面衝突状態値を各々算出する地面衝突状態値算出ステップと、
算出された地面衝突状態値に基づいて、前記飛行体の衝突安全性能を算出する衝突安全性能算出ステップと、
を含む工程によって安全マップを生成し、
前記安全マップに基づいて前記飛行体の設計を行うことを特徴とする飛行体設計方法。
【請求項２】
飛行体の衝突安全性能を設計する衝突安全性能設計ステップと、
前記衝突安全性能に基づいて前記衝突安全性能を満たす最上限境界を算出する最上限境界算出ステップと、
前記最上限境界より上方の領域における任意の点を始点とし、前記飛行体の高度が低下した際に地面衝突を回避して飛行復帰可能となる飛行性能を算出する飛行性能算出ステップと、
を含む工程によって安全マップを生成し、
前記安全マップに基づいて前記飛行体の設計を行うことを特徴とする飛行体設計方法。
【請求項３】
前記飛行体が実用的に飛行する飛行実用範囲をあらかじめ設定し、
前記任意の点は、前記飛行実用範囲内の領域に設定される請求項１または請求項２に記載の飛行体設計方法。
【請求項４】
前記飛行体の侵入が可能となる飛行性能運用範囲をあらかじめ設定し、
前記任意の点は、前記飛行性能運用範囲内の領域に設定される請求項１または請求項２に記載の飛行体設計方法。
【請求項５】
前記飛行体が実用的に飛行する飛行実用範囲および前記飛行体の侵入が可能となる飛行性能運用範囲をあらかじめ設定し、
飛行体の飛行性能を設計する飛行性能設計ステップと、
前記飛行体の高度が低下した際に地面衝突を回避して飛行復帰可能となる最下限境界を前記飛行体の飛行性能に基づいて算出する最下限境界算出ステップと、
前記最下限境界より下方の領域における任意の点を始点とし、前記飛行体が地面に衝突する際の地面衝突状態値を各々算出する地面衝突状態値算出ステップと、
算出された地面衝突状態値に基づいて、前記飛行体に要求される衝突安全性能を算出する衝突安全性能算出ステップと、を行い、
または、
飛行体の衝突安全性能を設計する衝突安全性能設計ステップと、
前記衝突安全性能に基づいて前記衝突安全性能を満たす最上限境界を算出する最上限境界算出ステップと、
前記最上限境界より上方の領域における任意の点を始点とし、前記飛行体の高度が低下した際に地面衝突を回避して飛行復帰可能となる飛行性能を算出する飛行性能算出ステップと、を行う工程によって安全マップを生成し、
前記安全マップに基づいて前記飛行体の設計を行うにあたり、
前記任意の点は、前記飛行実用範囲内の領域および前記飛行性能運用範囲内の領域に設定されることを特徴とする飛行体設計方法。
【請求項６】
前記飛行実用範囲内の領域と前記飛行性能運用範囲内の領域とが重なる領域内における任意の点について、飛行性能または衝突安全性能を算出する性能算出ステップと、
算出された飛行性能または衝突安全性能をあらかじめ設定された基準値と比較する比較ステップと、
前記比較ステップにおける比較結果に基づいて、追加安全デバイスが必要となる領域を特定する安全デバイス追加領域特定ステップと、
をさらに含む工程によって安全マップを生成し、
前記安全マップに基づいて前記飛行体の設計を行う請求項５に記載の飛行体設計方法。
【請求項７】
飛行体の飛行性能を設計する飛行性能設計手段と、
前記飛行体の高度が低下した際に地面衝突を回避して飛行復帰可能となる最下限境界を前記飛行体の飛行性能に基づいて算出する最下限境界算出手段と、
前記最下限境界より下方の領域における任意の点を始点とし、前記飛行体が地面に衝突する際の地面衝突状態値を各々算出する地面衝突状態値算出手段と、
算出された地面衝突状態値に基づいて、前記飛行体の衝突安全性能を算出する衝突安全性能算出手段と、
によって安全マップを生成することを特徴とする安全マップ生成装置。
【請求項８】
飛行体の衝突安全性能を設計する衝突安全性能設計手段と、
前記衝突安全性能に基づいて前記衝突安全性能を満たす最上限境界を算出する最上限境界算出手段と、
前記最上限境界より上方の領域における任意の点を始点とし、前記飛行体の高度が低下した際に地面衝突を回避して飛行復帰可能となる飛行性能を算出する飛行性能算出手段と、
によって安全マップを生成することを特徴とする安全マップ生成装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の安全マップ生成装置によって生成された安全マップを記憶する安全マップ記憶手段と、
飛行体の飛行状態を検出する飛行状態検出手段と、
前記安全マップ生成装置で生成された安全マップを表示するとともに、飛行状態検出手段で検出された現在の前記飛行体の飛行状態を前記安全マップ上に表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする飛行体。
【請求項１０】
請求項７または請求項８に記載の安全マップ生成装置によって生成された安全マップを記憶する安全マップ記憶手段と、
飛行体の飛行状態を検出する飛行状態検出手段と、
前記飛行状態検出手段で検出された現在の前記飛行体の飛行状態を前記安全マップ記憶手段に記憶された安全マップに参照した結果に基づいて、前記飛行体の飛行支援を行う飛行支援装置と、
を備えることを特徴とする飛行体。
【請求項１１】
前記飛行体の飛行領域の各高度における所定風速を超える突風が発生する確率を算出する突風発生確率算出手段と、
前記安全マップ記憶手段に記憶された安全マップの各点における前記所定風速を超える突風が発生したときの前記飛行体の飛行状態の変化量を算出する飛行状態変化算出手段と、
前記飛行状態変化算出手段で算出された飛行状態の変化量に基づいて、前記安全マップにおける最下限境界または最上限境界の移動量である境界移動量を算出する境界移動量算出手段と、をさらに備え、
前記飛行支援装置は、前記安全マップ記憶手段に記憶された安全マップにおける最下限境界または最上限境界を、前記境界移動量算出手段によって算出された境界移動量で移動させた境界移動安全マップに前記飛行状態検出手段で検出された現在の前記飛行体の飛行状態を参照した結果に基づいて、前記飛行体の飛行支援を行う請求項１０に記載の飛行体。
【請求項１２】
前記飛行体の不時着陸時における着陸候補場所の情報を記憶する着陸候補場所記憶手段と、
前記着陸候補場所における前記飛行体が不時着陸した際の前記飛行体の着陸状態が所定の着陸状態より高くなる状態で到達可能となる到達可能範囲を算出する到達可能範囲算出手段と、をさらに備え、
前記飛行支援装置は、前記着陸候補場所記憶手段に記憶された着陸候補場所および前記到達可能範囲算出手段で算出された到達可能範囲に基づいて、前記飛行体の飛行支援を行う請求項１０または請求項１１に記載の飛行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機などの飛行体に用いる飛行体設計方法、安全マップ生成装置および飛行体制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機などの飛行体が空路を飛行する際、安全飛行を行う技術がある（たとえば特許文献１参照）。この技術は、天候等によって避けるべき領域（飛行に不適である領域）を判定し、不適と判定された領域をモデル化し、モデル化された領域を避けて飛行体の経路を設定するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０００−５１５０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の飛行体においては、飛行体の設計を行うに当たり、上記特許文献１に開示された技術によって設定される経路の飛行を可能とするように飛行体の設計が行われる。その一方で、飛行体の設計の際には、飛行体が不時着陸した際などに、操縦者などの乗員に与える衝撃を小さくして乗員の保護を図ることが求められる。乗員の保護を図るためには、たとえば、機体に衝撃吸収材を配設したり、操縦席にエアバッグ装置を配置したりする手段がある。【０００５】
しかし、これらの手段を施す場合、飛行体の機体重量を増大させる要因となり、飛行性能の向上の観点からは設けないことが望まれる。この点、上記特許文献１に開示された技術では、飛行性能を満たすための飛行体の設計を行うこととなるが、乗員の保護を図るため観点からは飛行体の設計については考慮されていないという問題があった。【０００６】
そこで、本発明の課題は、飛行性能を満たす観点と、飛行体の乗員の保護を図る観点の両方の観点に基づいて飛行体の設計を行うことができる飛行体設計方法およびこれに用いる安全マップ生成装置、さらには設計された飛行体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決した本発明に係る飛行体設計方法は、飛行体の飛行性能を設計する飛行性能設計ステップと、飛行体の高度が低下した際に地面衝突を回避して飛行復帰可能となる最下限境界を飛行体の飛行性能に基づいて算出する最下限境界算出ステップと、最下限境界より下方の領域における任意の点を始点とし、飛行体が地面に衝突する際の地面衝突状態値を各々算出する地面衝突状態値算出ステップと、算出された地面衝突状態値に基づいて、飛行体の衝突安全性能を算出する衝突安全性能算出ステップと、を含む工程によって安全マップを生成し、安全マップに基づいて飛行体の設計を行うことを特徴とする。【０００８】
本発明に係る飛行体設計方法においては、飛行性能を満たすための飛行性能設計を行った後、設計された飛行性能を発揮した際に生じると考えられる地面との衝突に対する衝突安全性能を確保するための衝突安全性能設計を行っている。このため、飛行性能を満たす観点と、飛行体の乗員の保護を図る観点の両方の観点に基づいて飛行体の設計を行うことができる。【０００９】
また、本発明に係る飛行体設計方法は、飛行体の衝突安全性能を設計する衝突安全性能設計ステップと、衝突安全性能に基づいて衝突安全性能を満たす最上限境界を算出する最上限境界算出ステップと、最上限境界より上方の領域における任意の点を始点とし、飛行体の高度が低下した際に地面衝突を回避して飛行復帰可能となる飛行性能を算出する飛行性能算出ステップと、を含む工程によって安全マップを生成し、安全マップに基づいて飛行体の設計を行うことを特徴とする。【００１０】
本発明に係る飛行体設計方法においては、設計された飛行性能を発揮した際に生じると考えられる地面との衝突に対する衝突安全性能を確保するための衝突安全性能設計を行った後、飛行性能を満たすための飛行性能設計を行っている。このため、飛行性能を満たす観点と、飛行体の乗員の保護を図る観点の両方の観点に基づいて飛行体の設計を行うことができる。【００１１】
ここで、飛行体が実用的に飛行する飛行実用範囲をあらかじめ設定し、任意の点は、飛行実用範囲内の領域に設定される態様とすることができる。【００１２】
このように、任意の点が、飛行実用範囲内の領域に設定されていることにより、飛行体の設計を簡略化することができ、容易に行うようにすることができる。【００１３】
さらに、飛行体の侵入が可能となる飛行性能運用範囲をあらかじめ設定し、任意の点は、飛行性能運用範囲内の領域に設定される態様とすることができる。【００１４】
このように、任意の点が、飛行性能運用範囲内の領域に設定されていることにより、飛行体の設計を簡略化することができ、容易に行うようにすることができる。【００１５】
また、本発明に係る飛行体設計方法は、飛行体が実用的に飛行する飛行実用範囲および飛行体の侵入が可能となる飛行性能運用範囲をあらかじめ設定し、飛行体の飛行性能を設計する飛行性能設計ステップと、飛行体の高度が低下した際に地面衝突を回避して飛行復帰可能となる最下限境界を飛行体の飛行性能に基づいて算出する最下限境界算出ステップと、最下限境界より下方の領域における任意の点を始点とし、飛行体が地面に衝突する際の地面衝突状態値を各々算出する地面衝突状態値算出ステップと、算出された地面衝突状態値に基づいて、飛行体に要求される衝突安全性能を算出する衝突安全性能算出ステップと、を行い、または、飛行体の衝突安全性能を設計する衝突安全性能設計ステップと、衝突安全性能に基づいて衝突安全性能を満たす最上限境界を算出する最上限境界算出ステップと、最上限境界より上方の領域における任意の点を始点とし、飛行体の高度が低下した際に地面衝突を回避して飛行復帰可能となる飛行性能を算出する飛行性能算出ステップと、を行う工程によって安全マップを生成し、安全マップに基づいて飛行体の設計を行うにあたり、任意の点は、飛行実用範囲内の領域および飛行性能運用範囲内の領域に設定されることを特徴とする。【００１６】
本発明に係る飛行体設計方法においては、飛行性能設計および衝突安全性能設計の一方を行った後、飛行性能設計および衝突安全性能設計の一方を行っている。このため、飛行性能を満たす観点と、飛行体の乗員の保護を図る観点の両方の観点に基づいて飛行体の設計を行うことができる。また、任意の点は、飛行実用範囲内の領域および飛行性能運用範囲内の領域に設定されている。このため、飛行体の設計を簡略化することができ、容易に行うようにすることができる。【００１７】
さらに、飛行実用範囲内の領域と飛行性能運用範囲内の領域とが重なる領域内における任意の点について、飛行性能または衝突安全性能を算出する性能算出ステップと、算出された飛行性能または衝突安全性能をあらかじめ設定された基準値と比較する比較ステップと、比較ステップにおける比較結果に基づいて、追加安全デバイスが必要となる領域を特定する安全デバイス追加領域特定ステップと、をさらに含む工程によって安全マップを生成し、安全マップに基づいて飛行体の設計を行う態様とすることができる。【００１８】
このように、追加安全デバイスが必要となる領域を特定することにより、衝突安全性能をたとえば機体の衝突安全構造のみに頼る必要がなくなるので、その分設計の自由度を高くすることができる。【００１９】
また、本発明に係る安全マップ生成装置は、飛行体の飛行性能を設計する飛行性能設計手段と、飛行体の高度が低下した際に地面衝突を回避して飛行復帰可能となる最下限境界を飛行体の飛行性能に基づいて算出する最下限境界算出手段と、最下限境界より下方の領域における任意の点を始点とし、飛行体が地面に衝突する際の地面衝突状態値を各々算出する地面衝突状態値算出手段と、算出された地面衝突状態値に基づいて、飛行体の衝突安全性能を算出する衝突安全性能算出手段と、によって安全マップを生成することを特徴とする。【００２０】
本発明に係る安全マップ生成装置においては、飛行性能設計手段によって飛行性能設計を行った後、衝突安全性能設計手段によって衝突安全性能を確保するための衝突安全性能設計を行っている。このため、飛行性能を満たす観点と、飛行体の乗員の保護を図る観点の両方の観点に基づいて飛行体の設計を行うことができる。【００２１】
さらに、本発明に係る安全マップ生成装置は、飛行体の衝突安全性能を設計する衝突安全性能設計手段と、衝突安全性能に基づいて衝突安全性能を満たす最上限境界を算出する最上限境界算出手段と、最上限境界より上方の領域における任意の点を始点とし、飛行体の高度が低下した際に地面衝突を回避して飛行復帰可能となる飛行性能を算出する飛行性能算出手段と、によって安全マップを生成することを特徴とする。【００２２】
本発明に係る安全マップ生成装置においては、衝突安全性能設計手段によって衝突安全性能を確保するための衝突安全性能設計を行った後、飛行性能設計手段によって飛行性能設計を行っている。このため、飛行性能を満たす観点と、飛行体の乗員の保護を図る観点の両方の観点に基づいて飛行体の設計を行うことができる。【００２３】
他方、本発明に係る飛行体は、安全マップ生成装置によって生成された安全マップを記憶する安全マップ記憶手段と、飛行体の飛行状態を検出する飛行状態検出手段と、安全マップ生成装置で生成された安全マップを表示するとともに、飛行状態検出手段で検出された現在の飛行体の飛行状態を安全マップ上に表示する表示手段と、備えることを特徴とする。【００２４】
本発明に係る飛行体は、飛行状態検出手段で検出された現在の飛行体の飛行状態を安全マップ上に表示する表示手段を備えている。このため、飛行体の操縦者は、現在の飛行状態を容易に確認することができるので、飛行状態に応じた飛行体の操縦を容易に行うことができる。【００２５】
また、本発明に係る飛行体は、上記の安全マップ生成装置によって生成された安全マップを記憶する安全マップ記憶手段と、飛行体の飛行状態を検出する飛行状態検出手段と、飛行状態検出手段で検出された現在の飛行体の飛行状態を安全マップ記憶手段に記憶された安全マップに参照した結果に基づいて、飛行体の飛行支援を行う飛行支援装置と、を備えることを特徴とする。【００２６】
本発明に係る飛行体は、飛行体の飛行状態を安全マップに参照した結果に基づいて、飛行体の飛行支援を行っている。このため安全マップを考慮した好適な飛行体の制御を行うことができる。なお、飛行体の飛行支援には、たとえば飛行体の操舵支援や経路設定などの態様がある。【００２７】
さらに、飛行体の飛行領域の各高度における所定風速を超える突風が発生する確率を算出する突風発生確率算出手段と、安全マップ記憶手段に記憶された安全マップの各点における所定風速を超える突風が発生したときの飛行体の飛行状態の変化量を算出する飛行状態変化算出手段と、飛行状態変化算出手段で算出された飛行状態の変化量に基づいて、安全マップにおける最下限境界または最上限境界の移動量である境界移動量を算出する境界移動量算出手段と、をさらに備え、飛行支援装置は、安全マップ記憶手段に記憶された安全マップにおける最下限境界または最上限境界を、境界移動量算出手段によって算出された境界移動量で移動させた境界移動安全マップに飛行状態検出手段で検出された現在の飛行体の飛行状態を参照した結果に基づいて、飛行体の飛行支援を行う態様とすることができる。【００２８】
このように、全マップ記憶手段に記憶された安全マップの各点における所定風速を超える突風が発生したときの飛行体の飛行状態の変化量を算出する飛行状態変化を算出することにより、突風確率を考慮した運用制御を行うことができる。【００２９】
また、飛行体の不時着陸時における着陸候補場所の情報を記憶する着陸候補場所記憶手段と、着陸候補場所における飛行体が不時着陸した際の飛行体の着陸状態が所定の着陸状態より高くなる状態で到達可能となる到達可能範囲を算出する到達可能範囲算出手段と、をさらに備え、飛行支援装置は、着陸候補場所記憶手段に記憶された着陸候補場所および到達可能範囲算出手段で算出された到達可能範囲に基づいて、飛行体の飛行支援を行う態様とすることができる。【００３０】
このように、着陸候補場所記憶手段に記憶された着陸候補場所および到達可能範囲算出手段で算出された到達可能範囲に基づいて、飛行体の飛行支援を行うことにより、不時着陸が必要となるときに飛行体に与える衝撃が小さくなる着陸候補場所に到達させやすくすることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る飛行体設計装置、安全マップ生成装置、および飛行体によれば、飛行性能を満たす観点と、飛行体の乗員の保護を図る観点の両方の観点に基づいて飛行体の設計を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、第１の安全マップを示す図である。
【図２】図２は、飛行時の航空機の概要を示す斜視図である。
【図３】図３は、不時着陸時の航空機の概要を示す側面図である。
【図４】図４は、航空機が吸収する吸収エネルギーの量を示すグラフである。
【図５】図５は、安全マップを生成する第１手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、第１手順によって生成される安全マップが完成するまでの流れを説明する説明図である。
【図７】図７は、安全マップを生成する第１手順の他の例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、安全マップを生成する第２手順を示すフローチャートである。
【図９】図９は、第２手順によって生成される安全マップが完成するまでの流れを説明する説明図である。
【図１０】図１０は、第２の安全マップを示す図である。
【図１１】図１１は、飛行履歴の経時変化の例を示すグラフである。
【図１２】図１２は、第３の安全マップを示す図である。
【図１３】図１３は、第４の安全マップを示す図である。
【図１４】図１４は、第５の安全マップを示す図である。
【図１５】図１５は、（ａ）は、追加ヨーモーメント発生装置を示す斜視図、（ｂ）は、大型機体エアバッグの側面図である。
【図１６】図１６は、（ａ），（ｂ）とも、安全マップ生成装置のブロック構成図である。
【図１７】図１７は、他の例の安全マップ生成装置を搭載する航空機のブロック構成図である。
【図１８】図１８は、表示手段における表示状態の例を示す図である。
【図１９】図１９は、本実施形態に係る飛行体のブロック構成図である。
【図２０】図２２は、突風が生じる確率の確率分布を示す突風モデルを示すグラフである。
【図２１】図２１は、突風を考慮して修正された安全マップを示す図である。
【図２２】図２２は、地面不時着陸場所の候補を模式的に示す平面図である。
【図２３】図２３は、航空機と地面不時着陸場所の候補との関係を示す側面図である。
【図２４】図２４は、航空機の設計方法の概要を示す説明図である。
【図２５】図２５は、走行可能航空機の設計方法の概要を示す説明図である。
【図２６】図２６は、走行可能航空機に用いる安全マップの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００３４】
図１は、本発明に係る航空機設計方法に用いられる安全マップを示す図である。図１に示す安全マップは、Ｘ軸（横軸）が航空機の速度、Ｙ軸（縦軸）が航空機の高度、斜め軸（Ｚ軸）が航空機の姿勢等のパラメータを表している。
【００３５】
図１に示す例では、本発明の飛行体である航空機の姿勢等について「０」とされており、航空機の速度−航空機の高度の関係で安全マップが生成されている。この安全マップを用いて、航空機の設計を行う。航空機の設計は、飛行性能設計および衝突安全性能設計の両面から行われる。ここで、一般に、飛行性能を高めると衝突安全性能が低下し、衝突安全性能を高めると飛行性能が低下する関係にある。
【００３６】
安全マップには、境界線ＢＬが設けられている。この境界線ＢＬを境として、上側の領域は、所定の飛行性能を発揮する領域（以下「アクティブ領域」という）ＡＳであり、アクティブ領域ＡＳでは、航空機の飛行性能設計が行われる。また、境界線ＢＬよりも下側の領域は、衝突安全性能を発揮する領域（以下「パッシブ領域」と定義する）ＰＳであり、パッシブ領域ＰＳでは、衝突安全性能設計が行われる。衝突安全性能設計は、航空機が落下して地面に衝突する際の乗員の保護を目的として行われる設計である。境界線ＢＬの生成手順については、後に説明する。
【００３７】
図２は、飛行時の航空機の概要を示す斜視図である。図２に示すように、航空機１は、機体本体１０を備えている。機体本体１０の先端にエンジンが設けられており、エンジンにはプロペラ１１が取り付けられている。また、機体本体１０の側方には、主翼１２が取り付けられ、主翼１２には、エルロン１３およびフラップ１４が設けられている。
【００３８】
さらに、機体本体１０の後端部側方には、水平尾翼１５が取り付けられており、水平尾翼１５の後部にはエレベータ１６が設けられている。また、機体本体１０の後端部上方には、垂直尾翼１７が取り付けられており、垂直尾翼１７の後部には、ラダー１８が設けられている。
【００３９】
また、図３は、不時着陸時の航空機の概要を示す側面図である。図３に示すように、機体本体１０の前方下方位置は、機体衝撃エネルギー構造２１によって構成されている。さらに、機体本体１０の略中央部分における下方位置は、衝撃エネルギー吸収シート構造２２によって構成されている。
【００４０】
他方、機体本体１０には、キャビン２３が設けられており、キャビン２３の内部には、複数の座席２４が配設されている。座席２４に操縦者やその他の乗員がそれぞれ着席して航空機１に搭乗可能とされている。座席２４には、それぞれシートベルト２５が設けられているとともに、座席２４の前方にはエアバッグ２６が設けられている。
【００４１】
航空機１を設計するにあたり、飛行性能設計については主にエンジンの出力、主翼の諸元（面積、アスペスト比、翼形、対気流角度）、尾翼の諸元（面積、翼形、対気流角度）が対象となる。そのほか、エルロン１３、エレベータ１６、ラダー１８の各モーメントやフラップによる失速防止機能などが対象となる。
【００４２】
一方、衝突安全性能設計については、機体衝撃エネルギー構造２１や衝撃エネルギー吸収シート構造２２によるエネルギー吸収力、シートベルト２５およびエアバッグ２６による乗員の拘束保護力などが対象となる。機体衝撃エネルギー構造２１や衝撃エネルギー吸収シート構造２２によるエネルギー吸収量は、たとえば図４に示す数値となる。乗員にかけられる荷重上限は、図４に示す上限ラインＵＬ上の数値となる。
【００４３】
次に、本実施形態に係る安全マップの生成手順について説明する。図５は、安全マップを生成する第１手順を示すフローチャートである。第１手順で安全マップを生成する際には、図５に示すように、まず、所定の条件によって航空機１の飛行性能を設計する（Ｓ１）。ここでの航空機１の飛行性能を設計するための所定の条件は、衝突安全性能についての条件を含まず、たとえば航空機１の最高速度や省燃費を目的とした条件を定めて、この条件を満たすように飛行性能を設計する。
【００４４】
次に、飛行性能に応じた航空機１の運動を算出する（Ｓ２）。ここで算出する航空機１の運動は、航空機１が飛行する際の高度、速度、姿勢などのあらゆるパラメータを初期として、その後の運動をあらゆる操舵条件の基に定め、運動方程式やそのモデルを用いて算出する。続いて、図１に示す境界線ＢＬとなる最下限境界を算出する（Ｓ３）。最下限境界を算出するにあたっては、図６（ａ）に示すように、ステップＳ２で算出した操舵条件として、地上に落ちない操舵条件の初期値が１つでもある領域であるアクティブ領域ＡＳを算出する。その他の初期値域は、地上に落ちない操舵条件がまったくない、言い換えれば、必ず地上に落ちる初期値域となる。そして、アクティブ域の下限として求められた最下限境界ＭＬＬを図１に示す境界線ＢＬとする。こうして、安全マップを生成する。
【００４５】
安全マップが生成されたら、図６（ｂ）に示すように、最下限境界ＭＬＬよりも下方の領域であるアクティブ領域外領域ＯＡＳにおいて、アクティブ領域外領域ＯＡＳにおける航空機１の高度、速度、姿勢などのあらゆるパラメータを初期値として、アクティブ領域外領域ＯＡＳにおける任意の点からその後のあらゆる操舵条件を基に、運動方程式やそのモデルを用いて、その後の航空機１のあらゆる運動を算出する（Ｓ４）。ここでは、航空機１はその後かならず地面に落ちることとなる。また、アクティブ領域外領域ＯＡＳは、図１に示すパッシブ領域ＰＳとなる。
【００４６】
続いて、航空機１が行いうる運動のもと、航空機１が地面に落ちる際の速度および姿勢に関して、航空機１が取り得る速度および姿勢範囲を算出する（Ｓ５）。航空機１が地面に落ちる際の速度および姿勢に関して航空機１がとりうる範囲を算出したら、これらの範囲内の速度および姿勢で航空機１が落ちる際に、航空機１が地面に接触することによって航空機１が地面から受けるエネルギーを吸収する衝突安全性能設計を行う（Ｓ６）。
【００４７】
衝突安全性能設計を行う際には、航空機１が落ちる際の速度および姿勢の範囲に基づいて、地面から受けるエネルギーを乗員が生存できる程度以下のエネルギーまで低下させるための乗員保護構造を設計する。たとえば、機体衝撃エネルギー構造２１や衝撃エネルギー吸収シート構造２２のエネルギー吸収特性や、レイアウト、サイズなどを決定する。
【００４８】
こうして、衝突安全性能設計を行って、処理を終了する。このように、この手順による安全マップを生成した航空機の設計方法では、飛行性能を満たすための飛行性能設計を行った後、設計された飛行性能を発揮した際に生じると考えられる地面との衝突に対する衝突安全性能を確保するための衝突安全性能設計を行っている。このため、飛行性能を満たす観点と、航空機１の乗員の保護を図る観点の両方の観点に基づいて航空機１の設計を行うことができる。
【００４９】
また、この第１手順を変形した他の手順によって航空機１の設計を行うこともできる。図７は、安全マップを生成する第１手順の他の例を示すフローチャートである。図７に示すように、安全マップを生成するここでの手順では、上記の第１手順と同様、まず、所定の条件によって航空機１の飛行性能を設計し（Ｓ１１）、次に、飛行性能に応じた航空機１の運動を算出する（Ｓ１２）。続いて、最下限境界ＭＬＬを算出し（Ｓ１３）、安全マップを生成する。その後、アクティブ領域外領域ＯＡＳにおけるその後の航空機１のあらゆる運動を算出する（Ｓ１４）。ここまでは、上記の手順と同様である。
【００５０】
それから、アクティブ領域外領域ＯＡＳにおける航空機１の高度、速度、姿勢などのあらゆるパラメータを初期値として、あらゆる操舵条件で計算した結果から、地面衝突時における最も速度が低くかつ姿勢が基本姿勢に最も近くなる運動を算出する（Ｓ１５）。ここでの基本姿勢とは、たとえば地面に対してピッチ・ロール・ヨー方向にゼロとなる姿勢である。
【００５１】
それから、地面衝突時における最も速度が低くかつ姿勢が基本姿勢に最も近くなる運動のもと、航空機１が地面に落ちる際の速度および姿勢に関して、航空機１が取り得る速度および姿勢範囲を算出する（Ｓ１６）。ここでの算出は、図５に示すフローチャートのステップＳ５と同様にして行われる。それから、これらの範囲内の速度および姿勢で航空機１が落ちる際に、航空機１が地面に接触することによって航空機１が地面から受けるエネルギーを吸収する衝突安全性能設計を行い（Ｓ１７）、処理を終了する。
【００５２】
この手順では、上記の手順と同様、飛行性能を満たすための飛行性能設計を行った後、設計された飛行性能を発揮した際に生じると考えられる地面との衝突に対する衝突安全性能を確保するための衝突安全性能設計を行っている。このため、飛行性能を満たす観点と、航空機１の乗員の保護を図る観点の両方の観点に基づいて航空機１の設計を行うことができる。衝突安全性能設計を行う際に、地面衝突時における最も速度が低くかつ姿勢が基本姿勢に最も近くなる運動の算出結果を用いている。このため、衝突エネルギーをより好適に吸収する衝突安全性能設計を行うことができる。
【００５３】
次に、安全マップを生成する第２手順について説明する。図８は、安全マップを生成する第２手順を示すフローチャートである。第１手順で安全マップを生成する際には、図８に示すように、まず、所定の条件によって航空機１の衝突安全性能設計を行う（Ｓ２１）。ここでの衝突安全性能を設計するための所定の条件は、飛行性能についての条件を含まず、たとえば航空機１の総重量やコスト、商品性や材料入手の容易性などの条件を定めて、この条件を満たすように衝突性能を設計する。衝突安全性能設計では、たとえば、機体衝撃エネルギー構造２１や衝撃エネルギー吸収シート構造２２のエネルギー吸収特性や、レイアウト、サイズなどを決定する。
【００５４】
次に、衝突安全性能設計の結果に基づいて、最上限境界ＭＵＬを算出する（Ｓ２２）。最上限境界ＭＵＬを算出するにあたっては、図９（ａ）に示すように、衝突安全性能を発揮するパッシブ領域ＰＳを設定する。パッシブ領域ＰＳは、航空機１が落ちた際に航空機１が地面から受けるエネルギーを、乗員に乗員が生存できる程度以下のエネルギーまで低下させることができる領域に設定する。そして、算出した最上限境界ＭＵＬを図１に示す境界線ＢＬとする。こうして安全マップを生成する。
【００５５】
最上限境界ＭＵＬを算出し、安全マップを生成したら、図９（ｂ）に示すように、最上限境界ＭＵＬよりも上方の領域であるパッシブ領域外領域ＯＰＳにおいて、パッシブ領域外領域ＯＰＳにおける航空機１の高度、速度、姿勢などのあらゆるパラメータを初期値として、その後のあらゆる操舵条件を基に、運動方程式やそのモデルを用いて、その後の航空機１のあらゆる運動を算出する（Ｓ２３）。パッシブ領域外領域ＯＰＳは、図１に示すアクティブ領域となる。
【００５６】
その後、航空機１の飛行性能を設定する（Ｓ２４）ここでは、パッシブ領域外領域ＯＰＳにおける航空機１の運動を行うことができるように航空機１の飛行性能を設計する。航空機１の飛行性能は、エンジンの出力や主翼、尾翼の諸元によって設計される。こうして、航空機１の飛行性能を設定した後、処理を終了する。
【００５７】
このように、この手順による安全マップを生成した航空機１の設計方法では、衝突安全性能を確保するための衝突安全性能設計を行った後、衝突安全性能を満たしながら、航空機１が飛行するにあたって求められる飛行性能を発揮しうる飛行性能設計を行う。このため、飛行性能を満たす観点と、航空機１の乗員の保護を図る観点の両方の観点に基づいて航空機１の設計を行うことができる。
【００５８】
続いて、安全マップの第２の態様について説明する。図１０は、第２の安全マップを示す図である。図１０に示すように、第２の安全マップには、アクティブ領域ＡＳおよびパッシブ領域ＰＳのほかに、実用範囲制限領域ＵＳが設定されている。実用範囲制限領域ＵＳは、飛行運用マニュアル、運動方程式やそのモデルを用いて導出し、初期状態値としてありえる範囲を絞り込んで生成する。また、実用範囲制限領域ＵＳ以外の領域が本発明の飛行実用範囲となる。
【００５９】
航空機１は、通常飛行を行う前後に離着陸を行う。このため、図１１に示すように、離陸時および着陸時に低高度の領域を高速度で飛行する。実用範囲制限領域ＵＳが設定されている低高度かつ高速度の領域は、航空機１が離着陸する際に生じる領域である。このため、実運用上、通常飛行中の航空機１がこの領域を飛行することはないことになる。
【００６０】
したがって、実運用を考慮し、飛行実用制限範囲制限を導出し、初期状態値とはなりえない領域として、実用範囲制限領域ＵＳを設定している。実用範囲制限領域ＵＳを設定することにより、飛行性能設計および衝突安全性能設計を簡略化することができ、容易に行うようにすることができる。アクティブ領域ＡＳおよびパッシブ領域ＰＳの設定については、第１の安全マップを生成する手順と同様の手順によることができる。
【００６１】
さらに、安全マップの第３の態様について説明する。図１２は、第３の安全マップを示す図である。図１２に示すように、第３の安全マップは、アクティブ領域ＡＳおよびパッシブ領域ＰＳのほかに、運用制限領域ＭＳが設定されている。運用制限領域ＭＳが設定されている境界線ＢＬよりも下方であり、低高度かつ高速度の領域は、通常飛行では運用されない、たとえばアクロバット飛行などを行う場合にしかない領域である。このため、飛行性能設計の際には考慮されない領域であり、通常飛行を行う航空機１がこの領域を飛行することはないことになる。また、運用制限領域ＭＳ以外の領域が本発明の飛行性能運用範囲となる。
【００６２】
したがって、飛行運用範囲制限を導出し、初期状態値とはなりえない領域として、運用制限領域ＭＳを設定している。運用制限領域ＭＳを設定することにより、飛行性能設計および衝突安全性能設計を簡略化することができ、容易に行うようにすることができる。アクティブ領域ＡＳおよびパッシブ領域ＰＳの設定については、第１の安全マップを生成する手順と同様の手順によることができる。
【００６３】
続いて、安全マップの第４の態様について説明する。図１３は、第４の安全マップを示す図である。図１３に示すように、第４の安全マップには、アクティブ領域ＡＳおよびパッシブ領域ＰＳのほかに、第２の安全マップにおける実用範囲制限領域ＵＳおよび第３の安全マップにおける運用制限領域ＭＳが設定されている。
【００６４】
第２の安全マップおよび第３の安全マップを生成する際に説明したように、航空機１が飛行する際には、航空機１の飛行がない実用範囲制限領域ＵＳおよび運用制限領域ＭＳが生じる。したがって、実運用を考慮し、飛行実用制限範囲制限および飛行運用範囲制限を導出し、初期状態値とはなりえない領域として、実用範囲制限領域ＵＳおよび運用制限領域ＭＳを設定している。実用範囲制限領域ＵＳを設定することにより、飛行性能設計および衝突安全性能設計を簡略化することができ、容易に行うようにすることができる。アクティブ領域ＡＳおよびパッシブ領域ＰＳの設定については、第１の安全マップを生成する手順と同様の手順によることができる。
【００６５】
さらに、安全マップの第５の態様について説明する。図１４は、第５の安全マップを示す図である。図１４に示すように、第５の安全マップには、図１３に示す第４の安全マップと同様、アクティブ領域ＡＳおよびパッシブ領域ＰＳのほかに、第２の安全マップにおける実用範囲制限領域ＵＳおよび第３の安全マップにおける運用制限領域ＭＳが設定されている。さらに、第５の安全マップには、プリクラッシュ領域ＣＳが設定されている。
【００６６】
航空機１では、境界線ＢＬの下側であっても、機体衝撃エネルギー構造２１や衝撃エネルギー吸収シート構造２２によって衝突安全性能を確保しようとすると、構造の複雑化や高コスト化が大きくなり、実現性が低くなることがある。特に、低速度かつ境界線ＢＬよりも下側のうちの高度が高い領域でその傾向が顕著となる。
【００６７】
この点を加味して、低速度かつ境界線ＢＬよりも下側のうちの高度が高い領域にプリクラッシュ領域ＣＳを設定し、衝突安全性能を確保する。プリクラッシュ領域ＣＳにおける衝突安全性能の設計には、追加デバイスを用いる。ここで用いられる追加デバイスとしては、図１５（ａ）に示す瞬間ヨーモーメント発生装置となる瞬間追加翼構造３０や図１５（ｂ）に示す機体用大型機体エアバッグ３１などを用いることができる。このうち、瞬間追加翼構造３０は、火薬や圧縮気体などで運動量を発生させるものである。
【００６８】
このように、プリクラッシュ領域ＣＳを設定することにより、飛行性能設計および衝突安全性能設計を簡略化することができ、容易に行うようにすることができる。アクティブ領域ＡＳおよびパッシブ領域ＰＳの設定については、第１の安全マップを生成する手順と同様の手順によることができる。このように、追加デバイスを用いることにより、機体衝撃エネルギー構造２１や衝撃エネルギー吸収シート構造２２のみで衝突安全性能を確保する必要がなくなる。したがって、その分衝突安全性能設計の自由度を高くすることができる。
【００６９】
次に、本発明に係る安全マップの作成装置について説明する。図１６（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る安全マップの生成装置のブロック構成図である。図１６（ａ）に示す安全マップ生成装置４は、上記第１手順で安全マップを生成するものであり、図１６（ｂ）に示す安全マップ生成装置５は、上記第２手順で安全マップを生成するものである。
【００７０】
図１６（ａ）に示すように、安全マップ生成装置４には、要求飛行性能入力手段４１が接続されている。要求飛行性能入力手段４１は、オペレータ等の安全マップの生成を行う者等が航空機１に要求される飛行性能を入力することができる装置である。また、安全マップ生成装置４は、飛行性能設計部４２、境界線算出部４３、および要求衝突安全性能算出部４４を備えている。
【００７１】
飛行性能設計部４２は、要求飛行性能入力手段４１から入力された要求飛行性能に基づいて、航空機１の飛行性能を設計している。また、境界線算出部４３は、飛行性能設計部４２で算出された飛行性能に基づいて、図１に示す境界線ＢＬとなる最下限境界ＭＬＬを算出する。要求衝突安全性能算出部４４は、最下限境界ＭＬＬより下方の位置から航空機１が落ちた際の衝突安全を確保する衝突安全性能を算出する。この安全マップ生成装置４によって、図１に示す安全マップが算出される。
【００７２】
また、図１６（ｂ）に示すように、安全マップ生成装置５には、要求衝突安全性能入力手段５１が接続されている。要求衝突安全性能入力手段５１は、オペレータ等の安全マップの生成を行う者等が航空機１に要求される飛行性能を入力することができる装置である。また、安全マップ生成装置５は、衝突安全性能設計部５２、境界線算出部５３、および要求飛行性能算出部５５を備えている。
【００７３】
衝突安全性能設計部５２は、要求衝突安全性能入力手段５１から入力された要求衝突安全性能に基づいて、航空機１の衝突安全性能を設計している。また、境界線算出部５３は、衝突安全性能設計部５２で算出された衝突安全性能に基づいて、図１に示す境界線ＢＬとなる最上限境界ＭＵＬを算出する。要求飛行性能算出部５５は、最上限境界ＭＵＬより上方の位置において、航空機１が運動を行うことができるように航空機１の飛行性能を算出する。この安全マップ生成装置５によって、図１に示す安全マップが算出される。
【００７４】
また、安全マップ生成装置としては、このようなオペレータの入力によることなく、航空機の実飛行に伴って安全マップを生成する装置とすることもできる。以下、その例について説明する。また、この安全マップ生成装置を搭載する航空機の例について合わせて説明する。図１７は、他の例の安全マップ生成装置を搭載する航空機のブロック構成図である。本実施形態に係る安全マップ生成装置６は、航空機１に搭載されている。
【００７５】
図１７に示すように、本実施形態に係る安全マップ生成装置６には、高度センサ６１、速度センサ６２、機体姿勢センサ６３、および外乱取得手段６４が接続されている。また、安全マップ生成装置６には、生成した安全マップを表示する表示手段６５が接続されている。安全マップ生成装置６は、上記図１６（ａ）に示す安全マップ生成装置４と同様の要求飛行性能算出部および境界線算出部を備えている。
【００７６】
高度センサ６１は、航空機１の機体に取り付けられている。高度センサ６１は、航空機の高度である機体高度を検出し、検出した機体高度を安全マップ生成装置６に送信している。速度センサ６２は、航空機１の機体に取り付けられている。速度センサ６２は、航空機の速度である機体速度を検出し、検出した機体速度を安全マップ生成装置６に送信している。機体姿勢センサ６３は、航空機１の機体に取り付けられたジャイロセンサなどを備えている。機体姿勢センサ６３は、航空機１の姿勢である機体姿勢を検出し、検出した機体姿勢を安全マップ生成装置６に送信している。
【００７７】
外乱取得手段６４は、ＡＴＩＳ（Automatic Terminal Information Service）受信器などからなり、空港における管制塔からの対空送信等によって、風向き、風速、天候状態、雲の種類、その他の外乱情報を取得する。外乱取得手段６４は、取得した外乱情報を安全マップ生成装置６に送信している。
【００７８】
安全マップ生成装置６においては、高度センサ６１から送信される機体高度、速度センサ６２から送信される機体速度、さらには機体姿勢センサ６３から送信される機体姿勢に基づいて、安全マップを生成する。安全マップの生成手順は、図６に示すフローチャートの手順と同様にして行われる。また、安全マップ生成装置６では、複数の機体姿勢における安全マップを生成している。安全マップ生成装置６は、生成した安全マップを表示手段６５に送信している。
【００７９】
表示手段６５は、安全マップ生成装置６で生成された安全マップを表示可能なモニタを備えている。表示手段６５には、安全マップ生成装置６から送信された安全マップが表示される。ここで、安全マップ生成装置６は、図１８に示すように、表示手段６５に対して、機体姿勢センサ６３から送信される機体姿勢に応じた速度−高度の２次元の安全マップを送信する。
【００８０】
さらに、安全マップ生成装置６は、安全マップのほか、高度センサ６１から送信された機体高度および速度センサ６２から送信された機体速度を表示手段６５に送信している。表示手段６５には、安全マップ上に、現在の高度および速度の位置を示す高度−位置ポイントＰが表示される。
【００８１】
このように、本例に係る安全マップ生成装置６では、航空機１が飛行している間に、機体高度、機体速度、機体姿勢などの情報を取得してこれらの情報を用いて安全マップを生成している。このため、オペレータ等が入力を行うことなく安全マップを生成できるので、安全マップを容易に生成することができる。
【００８２】
さらに、本例に係る航空機１では、安全マップを生成するとともに、生成した安全マップに基づく飛行制御を行うことができる。以下、その例について説明する。図１９は、本実施形態に係る飛行体のブロック構成図である。図１９に示すように、本実施形態に飛行体は、航空機制御装置７を備えている。航空機制御装置７には、図１７に示す安全マップ生成装置５と同様に、高度センサ６１、速度センサ６２、機体姿勢センサ６３、および外乱取得手段６４が接続されている。また、航空機制御装置７には、表示手段６５が接続されている。
【００８３】
さらに、航空機制御装置７は、飛行状態取得部７１、安全マップ記憶部７２、飛行制御量算出部７３、および表示制御部７４を備えている。飛行状態取得部７１は、高度センサ６１、速度センサ６２、機体姿勢センサ６３、および外乱取得手段６４から送信される各情報に基づいて航空機１の飛行状態を算出して取得する。飛行状態取得部７１は、取得した飛行状態を飛行制御量算出部７３に出力する。
【００８４】
安全マップ記憶部７２は、上記のいずれかの安全マップ生成装置で生成された安全マップを記憶している。安全マップ記憶部７２は、飛行制御量算出部７３からの読み出しに応じて、記憶している安全マップを飛行制御量算出部７３に出力する。
【００８５】
飛行制御量算出部７３は、飛行状態取得部７１から出力された飛行状態および安全マップ記憶部７２から読み出した安全マップに基づいて、航空機１の飛行制御の際の飛行制御量を算出する。飛行制御量算出部７３は、算出した飛行制御量に基づいて、図２、図３、および図１５に示す機体の各装置の制御を行う。さらに、飛行制御量算出部７３は、算出した飛行量を飛行状態および安全マップとともに表示制御部７４に出力する。
【００８６】
表示制御部７４は、飛行制御量算出部７３から出力される飛行制御量、飛行状態、および安全マップに基づいて、表示手段６５の表示内容を決定する。ここでは、表示内容としては、安全マップや機体の状態、さらには、飛行制御が行われる旨の報知や警告等が決定される。表示制御部７４は、決定した表示内容に基づいて表示手段６５に対して表示信号を送信し、表示手段６５の表示制御を行う。
【００８７】
本実施形態に係る航空機制御装置７においては、高度センサ６１、速度センサ６２、および機体姿勢センサ６３から送信される各情報に基づいて、航空機１の現在の現在位置や飛行状態を取得して安全マップに参照し、安全マップ上における航空機１の位置を把握している。ここで、飛行制御量算出部７３では、安全マップ上で航空機１の位置がアクティブ領域ＡＳにある場合には、安全飛行状態を確保するアクティブ運用となる制御を行う。また、表示制御部７４は、その旨を表示手段６５に表示させる。
【００８８】
一方、航空機の位置が境界線ＢＬより下方にある場合、飛行制御量算出部７３は、安全マップ上における航空機１の位置がプリクラッシュ領域ＣＳにある場合には、プリクラッシュ対応と判断し、衝撃の小さい地面衝突状態に航空機１を導くようにプリクラッシュ運用となる制御を行う。また、追加デバイスを必要とする際には、追加デバイスの準備を行うなどのプリクラッシュ運用となる制御を行う。さらに、表示制御部７４は、これらを行う旨を表示手段６５に表示させる。こうして、航空機の運用制御を行うこともできる。
【００８９】
さらに、安全マップ記憶部７２に代えて、図１６、図１７に示す安全マップ生成装置を搭載する態様とすることができる。この場合には、安全マップ生成装置で生成された安全マップに基づく制御が行われる。また、飛行制御量算出部７３は、図２、図３、および図１５に示す機体の各装置の制御を行う代わりに、またはこれと並行して、航空機１の通る経路を設定し、設定した経路を表示制御部７４に出力する態様とすることもできる。この場合、表示制御部７４は、出力された経路を表示手段６５に表示させる制御を行う。
【００９０】
このように、本実施形態に係る航空機１においては、航空機制御装置７が飛行状態を取得し、取得した飛行状態を安全マップに参照して航空機１の制御を行っている。このため、安全マップの種類に応じて航空機１を制御することができるので、航空機１を好適に制御することができる。
【００９１】
他方、実際に航空機１が飛行状態にある場合には、突風などの外乱がある場合には、飛行性能も変化することとなり、安全マップを修正することが求められる。このような突風を考慮して安全マップを修正することもできる。突風を考慮する際には、たとえば、図２０に示す突風モデルを用いて、各高度における突風速度と確率を把握することもできる。かかる例では、上記の安全マップにおいて、突風を受けた時に前後の状態値変化を運動方程式やモデルを用いて算出する。図２１に示す安全マップＭは、機体姿勢ごとに生成された速度−高度の２次元安全マップＭ１〜Ｍ５を備えている。２次元マップは１枚でもよし、２枚以上の複数枚でもよい。
【００９２】
そして、図２１に示すように、突風後の状態値をベースとなる安全マップとし、安全マップ上で突風前状態値を包絡する。この状態値は、確率論でまとめることができる。そして、突風後の境界線ＢＬ、アクティブ領域ＡＳ、パッシブ領域ＰＳ、さらにはプリクラッシュ領域ＣＳを表現する。図２１に示す例では、σ＝３の場合の例を突風後の状態を破線によって示している。突風が生じる可能性が高い場合には、境界線ＢＬを上方に移動させ、パッシブ領域ＰＳが広くなり、アクティブ領域ＡＳが狭くなるようにする。それから、航空機１が飛行状態にある場合に、このような突風を考慮した安全マップを生成することにより、突風確率を考慮した運用制御を行うことができる。
【００９３】
さらに、航空機１の飛行場所よっては、飛行特性の変化は小さいものの、不時着陸した際に航空機１に与える衝撃の大きさが異なることとなる。たとえば、図２２に示すように、航空機１の不時着陸候補として、岩場Ｇ、森Ｗ、住宅地Ｊ、平地Ｈがあるとする。この場合、不時着陸時における航空機１に対する衝撃は、平地Ｈが最も小さく、岩場Ｇは大きくなることとなる。また、住宅地Ｊには、不時着陸を避ける必要がある。
【００９４】
航空機１では、外乱取得手段５４によって航空機１の位置を把握するとともに、飛行中の地形情報を監視している。そして、安全マップの各点において、航空機１が不時着陸したときに機体衝撃エネルギー構造２１や衝撃エネルギー吸収シート構造２２によって衝撃吸収できる範囲内の状態にあり、到達可能な範囲を運動方程式やモデル等を用いて算出し、到達可能範情報を記憶しておく。その一方で、航空機１は、図２３に示すように、航空機１が不時着陸を行うことができる場所の候補としての地面不時着陸場所の候補である地面不時着陸候補を複数地面不時着陸候補データベースに記憶しておく。
【００９５】
そして、飛行運用時にリアルタイムで個々の飛行地点において、地面衝突場所候補データベースに基づいて、安全マップ上の到達可能範囲から地面不時着陸候補に到達できる初期状態値を逆算し、その結果分だけアクティブ領域やプリクラッシュ領域にマージンを持たせた安全マップ生成することができる。さらには、この安全マップを用いることにより、不時着陸が必要となるとき航空機に与える衝撃が小さくなる着陸候補場所に到達させやすくすることができる。
【００９６】
さらに、上記の安全マップ生成装置によって生成した安全マップを用いて航空機を設計する手順について説明する。図２４は、航空機の設計方法の概要を示す説明図である。図２４に示すように、航空機の設計工程としては、安全保障確保工程、安全達成手段決定工程、飛行諸元設計工程、および衝突安全性能設計工程がある。
【００９７】
航空機の設計にあたっては、まず、安全保障確保工程において、上記の安全マップ生成装置を用いて安全マップを生成する。安全マップを生成したら、飛行性能と機体衝突安全性能との設計を行うが、ここでは、飛行性能と衝突安全性能との解は無数にある。安全達成手段決定工程では、飛行性能と衝突安全性能との組み合わせについて、評価関数を用いて安全達成手段を備える航空機を設計する。ここでの評価関数としては、機体の重量、製造コスト、その他の商品性を例示することができる。
【００９８】
そして、評価関数を用いた評価結果が最も高い、あるいは評価結果が高い方のうちのいずれかの飛行性能と衝突安全性能との組み合わせ等として、飛行性能と衝突安全性能とを決定する。こうして決定した飛行性能に基づいて、飛行性能設計工程において、飛行性能諸元を決定し、衝突安全性能設計工程において、機体の安全性能を決定する。飛行性能諸元としては、エンジン出力や主翼、尾翼の大きさなどがあり、衝突安全性能構造としては、機体衝撃エネルギー構造や衝撃エネルギー吸収シート構造の性状などがある。
【００９９】
このように、安全マップを用いて飛行性能諸元や衝突安全性能構造を設計することにより、相反する関係にある飛行性能諸元や衝突安全性能構造を容易に両立させるようにして航空機を設計することができる。
【０１００】
また、飛行体として、ホバークラフト等の走行性能を有する航空機（以下、「走行可能航空機」という）の設計を行うこともできる。図２５は、走行可能航空機の設計方法の概要を示す説明図である。図２５に示すように、走行可能航空機の設計工程としては、安全保障確保工程、安全達成手段決定工程、飛行諸元設計工程、および衝突安全性能設計工程のほか、自動車法規確保行程がある。
【０１０１】
走行可能航空機の設計にあたっては、まず、安全保障確保工程において、上記の安全マップ生成装置を用いて安全マップを生成する。ただし、安全マップとしては、走行可能航空機では、地上を走行することが考えられるので、図２６に示すように、安全マップとして、車両走行用プリクラッシュ領域ＸＳを設定する。この車両走行用プリクラッシュ領域ＸＳについては、操縦席におけるエアバッグ等によって衝突安全性能を確保する。
【０１０２】
さらに、自動車法規確保工程において、自動車法規を確保する条件を設定する。安全マップを生成し、自動車法規を確保する条件を設定したら、飛行性能と機体衝突安全性能との設計を行う。このとき、安全マップから、自動車法規を確保する条件を外れる領域を除外する。また、航空機の設計の場合と同様、飛行性能と衝突安全性能との解は無数にある。安全達成手段決定工程では、飛行性能と衝突安全性能との組み合わせについて、評価関数を用いて安全達成手段を備える航空機を設計する。ここでの評価関数としては、機体の重量、製造コスト、その他の商品性を例示することができる。ただし、走行可能航空機独自の評価関数の解が存在する。たとえば、地面衝突時に正突する姿勢となる解である。
【０１０３】
そして、評価関数を用いた評価結果が最も高い、あるいは評価結果が高い方のうちのいずれかの飛行性能と衝突安全性能との組み合わせ等として、飛行性能と衝突安全性能とを決定する。こうして決定した飛行性能に基づいて、飛行性能設計工程において、飛行性能諸元を決定し、衝突安全性能設計工程において、機体の安全性能を決定する。飛行性能諸元としては、エンジン出力や主翼、尾翼の大きさなどがあり、衝突安全性能構造としては、機体衝撃エネルギー構造や衝撃エネルギー吸収シート構造の性状などがある。
【０１０４】
このように、安全マップを用いて飛行性能諸元や衝突安全性能構造を設計することにより、相反する関係にある飛行性能諸元や衝突安全性能構造を容易に両立させるようにして航空機を設計することができる。
【０１０５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、姿勢等を「０」とした安全マップを生成している例があるが、それらの例に対しても、姿勢等を複数設定した安全マップを設定する態様とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、飛行性能を満たす観点と、飛行体の乗員の保護を図る観点の両方の観点に基づいて飛行体の設計を行うことができる飛行体設計方法およびこれに用いる安全マップ生成装置、さらには設計された飛行体に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１…航空機、４〜６…安全マップ生成装置、７…航空機制御装置、１０…機体本体、１１…プロペラ、１２…主翼、１３…エルロン、１４…フラップ、１５…水平尾翼、１６…エレベータ、１７…垂直尾翼、１８…ラダー、２１…機体衝撃エネルギー構造、２２…衝撃エネルギー吸収シート構造、３０…瞬間追加翼構造、３１…機体用大型機体エアバッグ、ＡＳ…アクティブ領域、ＢＬ…境界線、ＣＳ…プリクラッシュ領域、Ｍ…安全マップ、ＭＳ…運用制限領域、ＰＳ…パッシブ領域、ＵＳ…実用範囲制限領域、ＸＳ…車両走行用プリクラッシュ領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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