(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行体の操縦を支援する操縦支援装置において、
地形情報を取得する地形情報取得ユニットと、
前記飛行体の機体情報を取得する機体情報取得ユニットと、
前記地形情報取得ユニットの取得した前記地形情報と前記機体情報取得ユニットの取得した前記機体情報とに基づいて、飛行制限エリアを地形に沿って設定する飛行制限エリア設定ユニットと、
前記飛行制限エリア設定ユニットの設定した前記飛行制限エリアに基づいて、前記飛行体の操縦を支援する操縦支援ユニットと、
を備え、
前記飛行制限エリア設定ユニットは、前記飛行体の旋回半径に基づいて、建物を含む障害物から水平方向にオフセットした飛行制限面を設定し、当該障害物と前記飛行制限面の間を飛行制限エリアとして設定し、
前記地形情報には、複数の不時着可能地点に関する不時着可能地点情報が含まれ、
前記機体情報には、前記飛行体の滑空比情報が含まれ、
前記不時着可能地点情報と前記滑空比情報とに基づいて、それぞれの前記不時着可能地点に対する滑空面を計算する滑空面計算ユニットを更に備え、
隣り合う前記不時着可能地点の前記滑空面は、互いに交差して線状の交差部を形成し、
前記交差部は、隣り合う前記滑空面における終端となっており、
前記飛行制限エリア設定ユニットは、前記滑空面より高い高度に前記飛行制限面を設定することを特徴とする操縦支援装置。
【請求項２】
前記飛行体の推進装置の故障を判定する推進装置故障判定ユニットと、
前記飛行体の位置情報を取得する位置情報取得ユニットと、
前記推進装置故障判定ユニットが前記推進装置は故障していると判定した場合に、前記飛行体の位置情報と前記滑空比情報とに基づいて、前記飛行体の滑空可能範囲を計算する滑空可能範囲計算ユニットと、を更に備え、
前記飛行制限エリア設定ユニットは、前記滑空可能範囲計算ユニットが前記滑空可能範囲を計算した場合、前記滑空可能範囲、前記飛行体の位置情報、及び前記不時着可能地点情報に基づいて、前記滑空可能範囲内の前記不時着可能地点に前記飛行体を誘導するように前記飛行制限エリアを設定することを特徴とする請求項１に記載の操縦支援装置。
【請求項３】
前記機体情報には、前記飛行体の最大上昇率情報が含まれ、
前記飛行制限エリア設定ユニットは、前記最大上昇率情報に基づいて、前記飛行制限エリアを設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の操縦支援装置。
【請求項４】
前記地形情報には、空港の位置に関する空港位置情報が含まれ、
前記機体情報には、前記飛行体の残存航続距離情報が含まれ、
前記飛行体の位置情報を取得する位置情報取得ユニットと、
前記位置情報取得ユニットの取得した前記飛行体の位置情報と前記空港位置情報と前記残存航続距離情報とに基づいて、前記空港に対する航続限界面を計算する航続限界面計算ユニットと、を更に備え、
前記飛行制限エリア設定ユニットは、前記航続限界面計算ユニットの計算した前記航続限界面に基づいて、前記飛行制限エリアを設定することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の操縦支援装置。
【請求項５】
前記操縦支援ユニットは、前記飛行体が前記飛行制限エリア内に進入した場合に、前記飛行体を前記飛行制限エリア外に戻す操縦制御を行うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の操縦支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行体の操縦を支援する操縦支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から飛行体の操縦支援に関して様々な技術が開発されている。例えば、特表２００８−５３６７３６号公報には、所定の航路を飛行する航空機の前方に地形起伏が存在する場合に、航空機が地形起伏を超えるように航空機の自動操縦制御を行うシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５３６７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来のシステムでは、航空機が所定の航路を飛行することが前提となっている。このため、操縦者の意志で航路が変更される遊覧飛行のような場合には、システムの自動操縦制御により操縦者の航路選択の自由度が過剰に制限されてしまうという問題があった。【０００５】
そこで、本発明は、飛行制限エリアを地形に沿って設定することで、飛行体の安全性向上を図りつつ、操縦者の航路選択の自由度を十分に確保することができる操縦支援装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る飛行体の操縦を支援する操縦支援装置において、地形情報を取得する地形情報取得ユニットと、飛行体の機体情報を取得する機体情報取得ユニットと、地形情報取得ユニットの取得した地形情報と機体情報取得ユニットの取得した機体情報とに基づいて、飛行制限エリアを地形に沿って設定する飛行制限エリア設定ユニットと、飛行制限エリア設定ユニットの設定した飛行制限エリアに基づいて、飛行体の操縦を支援する操縦支援ユニットと、を備え、飛行制限エリア設定ユニットは、飛行体の旋回半径に基づいて、建物を含む障害物から水平方向にオフセットした飛行制限面を設定し、当該障害物と飛行制限面の間を飛行制限エリアとして設定し、地形情報には、複数の不時着可能地点に関する不時着可能地点情報が含まれ、機体情報には、飛行体の滑空比情報が含まれ、不時着可能地点情報と滑空比情報とに基づいて、それぞれの不時着可能地点に対する滑空面を計算する滑空面計算ユニットを更に備え、隣り合う不時着可能地点の滑空面は、互いに交差して線状の交差部を形成し、交差部は、隣り合う滑空面における終端となっており、飛行制限エリア設定ユニットは、滑空面より高い高度に飛行制限面を設定することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る操縦支援装置によれば、地形に沿って設定された飛行制限エリアに基づいて飛行体の操縦を支援することにより、飛行体の地表への意図しない接近を適切に抑制することができるので、飛行体の安全性向上を図ることができる。更に、本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体の機体情報に基づいて飛行制限エリアを設定することで、飛行体の運動性能などに応じた無理のない操縦で回避できる飛行制限エリアの設定が可能になる。しかも、本発明に係る操縦支援装置によれば、地形に沿って飛行制限エリアを設定することで、不必要な航路の限定を避けることができるので、飛行体の操縦者による航路選択の自由度を十分に確保することができる。従って、本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体の安全性向上を図りつつ、航路選択の自由度を十分に確保することができる。【０００８】
本発明に係る操縦支援装置においては、地形情報には、不時着可能地点に関する不時着可能地点情報が含まれ、機体情報には、飛行体の滑空比情報が含まれ、不時着可能地点情報と滑空比情報とに基づいて、不時着可能地点に対する滑空面を計算する滑空面計算ユニットを更に備え、飛行制限エリア設定ユニットは、滑空面計算ユニットの計算した滑空面に基づいて、飛行制限エリアを設定することが好ましい。【０００９】
本発明に係る操縦支援装置によれば、不時着可能地点情報と滑空比情報とに基づいて、飛行体が不時着可能地点に滑空で到達可能な高度の基準となる滑空面を計算することができる。このため、本発明に係る操縦支援装置では、滑空面に基づいて飛行制限エリアを設定することで、飛行中に動力が故障した場合であっても滑空で不時着可能地点に到達できる高度を飛行するように操縦支援を行うことが可能になる。従って、本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体の安全性の向上を図ることができる。【００１０】
本発明に係る操縦支援装置においては、飛行体の推進装置の故障を判定する推進装置故障判定ユニットと、飛行体の位置情報を取得する位置情報取得ユニットと、推進部故障判定ユニットが推進部は故障していると判定した場合に、飛行体の位置情報と滑空比情報とに基づいて飛行体の滑空可能範囲を計算する滑空可能範囲計算ユニットと、を更に備え、飛行制限エリア設定ユニットは、滑空可能範囲計算ユニットが滑空可能範囲を計算した場合、滑空可能範囲、飛行体の位置情報、及び不時着可能地点情報に基づいて、滑空可能範囲内の不時着可能地点に飛行体を誘導するように飛行制限エリアを設定することが好ましい。【００１１】
本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体の推進装置が故障した際に、飛行体が滑空のみで到達可能な滑空可能範囲を計算し、飛行体を滑空可能範囲内の不時着可能地点に誘導するように飛行制限エリアを設定することで、飛行体の不時着の成功確率を高めることができる。従って、本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体の安全性の向上を図ることができる。【００１２】
本発明に係る操縦支援装置においては、機体情報には、飛行体の最大上昇率情報が含まれ、飛行制限エリア設定ユニットは、最大上昇率情報に基づいて、飛行制限エリアを設定することが好ましい。【００１３】
本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体の最大上昇率情報に基づいて飛行制限エリアを設定することで、飛行体の上昇性能に応じた無理のない操縦で回避できるように飛行制限エリアＷを設定することが可能になる。このことは、飛行体の安定性及び乗り心地向上に寄与する。【００１４】
本発明に係る操縦支援装置においては、地形情報には、空港の位置に関する空港位置情報が含まれ、機体情報には、飛行体の残存航続距離情報が含まれ、飛行体の位置情報を取得する位置情報取得ユニットと、位置情報取得ユニットの取得した飛行体の位置情報と空港位置情報と残存航続距離情報とに基づいて、空港に対する航続限界面を計算する航続限界面計算ユニットと、を更に備え、飛行制限エリア設定ユニットは、航続限界面計算ユニットの計算した航続限界面に基づいて、飛行制限エリアを設定することが好ましい。【００１５】
本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体の位置情報、空港位置情報、及び残存航続距離情報とに基づいて、飛行体が残存航続距離内で空港に着陸可能な空域の基準となる航続限界面を計算することができる。このため、本発明に係る操縦支援装置では、航続限界面に基づいて飛行制限エリアを設定することで、飛行体が空港に戻れない空域まで進入することを避けることができる。【００１６】
本発明に係る操縦支援装置においては、操縦支援ユニットは、飛行体が飛行制限エリア内に進入した場合に、飛行体を飛行制限エリア外に戻す操縦制御を行うことが好ましい。【００１７】
本発明に係る操縦支援装置によれば、飛行体を飛行制限エリア外に戻す操縦制御を行うことで、操縦者が飛行制限エリア内に進入したことに気づいていない場合であっても、飛行体の安全性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、飛行体の安全性向上を図りつつ、操縦者の航路選択の自由度を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る操縦支援装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】地形に沿って設定される飛行制限エリアを示す図である。
【図３】小型飛行機の最大上昇率に応じて設定される飛行制限エリアを示す図である。
【図４】無風時の旋回回避において小型飛行機の取りうる軌跡を示す図である。
【図５】小型飛行機の速度と縦加速度との関係を示す飛行包絡線図である。
【図６】小型飛行機の残存航続距離に応じて設定される飛行制限エリアを示す図である。
【図７】操舵反力制御における操舵角と操舵反力との関係を示すグラフである
【図８】飛行制限エリアの設定に係る処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】緊急時の操縦支援に係る処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】通常時の操縦支援に係る処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る操縦支援装置１は、小型飛行機Ａに備えられ、小型飛行機Ａの操縦者の操縦を支援するものである。小型飛行機Ａは、遊覧飛行に用いられる飛行機である。遊覧飛行では、操縦者によって航路が自由に変更される。
【００２２】
操縦支援装置１は、安全性の観点から飛行を制限すべきエリアと飛行が制限されないエリアとの境界となる飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、操縦者の航路選択の自由度を確保するため、飛行の制限されないエリアが大きくなるように飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、設定した飛行制限面Ｆに基づいて、小型飛行機Ａの飛行を制限すべきエリアを飛行制限エリアＷとして設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷに進入しないように各種の操縦支援を行う。
【００２３】
図２及び図３は、地形に沿って設定される飛行制限エリアＷを示す図である。図２及び図３に示されるように、操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが地表に衝突することを防止するため、地形に沿って飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、地形に沿って設定された飛行制限面Ｆと地表との間の空域を飛行制限エリアＷとして設定する。
【００２４】
また、操縦支援装置１は、飛行制限面Ｆを法定最低高度Ｈより高い高度に設定する。小型飛行機Ａは緊急時を除いて法定最低高度Ｈより高い高度を飛ぶ必要がある。このため、操縦支援装置１は、地表から法定最低高度Ｈの高さに地表に沿った法定最低高度面Ｊを設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの法定最低高度Ｈ以下の飛行を制限するため、法定最低高度面Ｊ以上の高度に飛行制限面Ｆを設定する。
【００２５】
また、操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの動力が故障した場合であっても滑空で不時着可能地点Ｐに到達できるように飛行制限面Ｆを設定する。不時着可能地点Ｐとは、緊急時に小型飛行機Ａが不時着できる広さを備えた地点である。不時着可能地点Ｐには、運動場や公園の広場、田園などが選択される。
【００２６】
図２に、小型飛行機Ａの滑空角αを示す。滑空角αとは、小型飛行機Ａの滑空性能が最大となるように迎角を取った場合の経路角である。滑空角αは、小型飛行機Ａの空力特性から滑空比と共に一義的に定まる。図２に、不時着可能地点Ｐに対する滑空面Ｋを示す。滑空面Ｋは、不時着可能地点Ｐから滑空角αで斜め上方に延びる面として表される。滑空面Ｋは、小型飛行機Ａが滑空で不時着可能地点Ｐに到達可能な高度を示している。すなわち、滑空面Ｋは、小型飛行機Ａの動力が故障した場合であっても、滑空面Ｋより上方を飛行している小型飛行機Ａが滑空で不時着可能地点Ｐに到達可能なように設定される。滑空面Ｋは、例えば不時着可能地点Ｐを頂点とした逆三角錐の側面に沿った形となる。滑空面Ｋは、不時着可能地点Ｐのそれぞれについて設定される。隣り合う不時着可能地点Ｐの滑空面Ｋは、互いに交差して線状の交差部Ｋｔを形成する。交差部Ｋｔは、個々の滑空面Ｋにおける終端となる。すなわち、交差する滑空面Ｋは、交差部Ｋｔを介して連続した面を形成する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの動力が故障した場合であっても滑空でいずれかの不時着可能地点Ｐに到達できるように、滑空面Ｋより高い高度に飛行制限面Ｆを設定する。
【００２７】
また、操縦支援装置１は、飛行制限面Ｆの上昇角度が小型飛行機Ａの最大上昇角度βを超えないように、飛行制限面Ｆを設定する。最大上昇角度βとは、小型飛行機Ａの上昇性能を最大とした場合の最大上昇率における経路角である。最大上昇角度βは、小型飛行機Ａの高度によって変化する。なお、図２においては、理解を容易にするため最大上昇角度βを一定の値として示している。
【００２８】
飛行制限面Ｆの上昇角度が小型飛行機Ａの最大上昇角度βを超えると、飛行制限面Ｆに沿って飛行する小型飛行機Ａの上昇が間に合わずに飛行制限面Ｆに突入する可能性が高くなる。このため、操縦支援装置１は、飛行制限面Ｆの上昇角度が最大上昇角度βを超えないように飛行制限面Ｆを設定する。具体的には、図２に示す場合において、小型飛行機Ａの滑空角αよりも最大上昇角度βが小さいため、飛行制限面Ｆの上昇角度が最大上昇角度βとなるように、滑空面Ｋの上に飛行制限面Ｆを設定する。すなわち、滑空面Ｋのうち法定最低高度面Ｊと交差部Ｋｔとを結ぶ部位の上に、上昇角度が最大上昇角度βの飛行制限面Ｆを設定する。
【００２９】
図３に示されるように、操縦支援装置１は、山や建物などの障害物に小型飛行機Ａが衝突することを防止するため、障害物から水平方向にオフセットした飛行制限面Ｆを設定する。図３に、水平方向のオフセット距離Ｌを示す。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの旋回半径に基づいて、図３に示す水平方向のオフセット距離Ｌを設定する。
【００３０】
図４に、無風時の旋回回避において小型飛行機Ａが取りうる軌跡を示す。図４に示すＴｒ１〜Ｔｒ３は、小型飛行機Ａが水平面内で左右いずれかに旋回回避し続けた場合の軌跡である。Ｔｒ１は、小型飛行機Ａが左回りのみで旋回回避した場合の軌跡である。図４に示すＴｒ２は、小型飛行機Ａが右回りで旋回回避を開始した直後に、左回りの旋回に切り替えた場合の軌跡である。図４に示すＴｒ３は、小型飛行機Ａが右回りで旋回回避を開始した後、Ｔｒ２より遅いタイミングで左回りの旋回に切り替えた場合の軌跡である。Ｔｒ３は、小型飛行機Ａが右回りから左周りに旋回回避し続けた場合において、最も前方に突出する軌跡を示している。
【００３１】
図４に示すＲは、小型飛行機Ａの旋回半径である。旋回半径Ｒは、小型飛行機Ａの速度によって変化する。図４に示されるように、Ｔｒ１の旋回回避を完了するには、小型飛行機Ａの左側に旋回半径Ｒの２倍の余裕が必要になる。一方、Ｔｒ３の旋回回避を完了するには、小型飛行機Ａの前方に旋回半径Ｒの（１＋√３）倍の余裕が必要になる。図４に、
小型飛行機Ａが左回りのみ、或いは右回りから左周りに旋回回避し続けた場合において、旋回回避の完了に必要な余裕Ｔｕを示す。このＴｕは、点Ｃを中心とした円弧として表される。点Ｃの位置は、例えば小型飛行機Ａの速度や旋回半径などから求めることができる。
【００３２】
図５に、小型飛行機Ａの速度と縦加速度との関係を示す飛行包絡線図を示す。図５に示す速度は、対気速度である。小型飛行機Ａの旋回能力が最大となる時は、図５に示す飛行包絡線内において最も低い速度で最も高い縦加速度を出した時である。この時に、小型飛行機Ａは、最も小さい旋回半径で障害物を回避することができる。このような旋回回避を実現できる小型飛行機Ａの速度をＶＡとして示す。ＶＡは、いわゆるマニューバリングスピードである。図５に示されるように、小型飛行機Ａの速度がＶＡと比べて遅すぎると、揚力限界に至って失速する。また、小型飛行機Ａの速度がＶＡと比べて速すぎたり、縦加速度を上げ過ぎたりすると、機体の構造限界に至って機体に過剰な負荷がかかる。
【００３３】
操縦支援装置１は、図４及び図５に示すような小型飛行機Ａの旋回半径に基づいて、図３に示す水平方向のオフセット距離Ｌを設定する。また、操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの旋回半径の他、地形情報における障害物位置の誤差、小型飛行機Ａの位置情報の誤差、小型飛行機Ａの運動状態情報の誤差、及び風の影響などに基づいて、水平方向のオフセット距離Ｌを設定する。
【００３４】
図２及び図３に示されるように、操縦支援装置１は、山や建物などの障害物に小型飛行機Ａが衝突することを防止するため、障害物から水平方向でオフセット距離Ｌ以上、垂直方向でオフセット距離Ｈ以上離間した飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、地形に沿って設定された飛行制限面Ｆと地表との間の空域を飛行制限エリアＷとして設定する。
【００３５】
また、操縦支援装置１は、地形に沿って設定された飛行制限面Ｆ以上で小型飛行機Ａが釣り合い状態になるように操縦支援を行う。釣り合い状態とは、小型飛行機Ａに作用する空気力や推進力などをすべて釣り合わせることで操縦力をゼロにした状態である。このとき、地形に沿って設定された飛行制限面Ｆは、釣り合い状態を作るための基準面となる。
【００３６】
また、操縦支援装置１は、雷雲などの気象障害を検出した場合には、気象障害を回避するように飛行制限面Ｆを設定する。この場合、飛行制限面Ｆは、例えば小型飛行機Ａと気象障害との間を遮断する垂直な面として設定される。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａから見て飛行制限面Ｆの外側の空域を飛行制限エリアＷとして設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが気象障害を回避するための飛行制限エリアＷに進入しないように操縦支援を行う。
【００３７】
また、操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが空港近傍に位置していると判定した場合には、空港ごとに予め定められた航空経路に小型飛行機Ａを誘導するように飛行制限面Ｆを設定する。具体的には、操縦支援装置１は、飛行制限面Ｆのうち空港の滑走路の進入方向に対応する部位のみが地面に向かって傾くように飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、空港の滑走路の進入方向に対応する部位以外の飛行制限面Ｆついては高度を下げない。操縦支援装置１は、空港の法規や機体性能から決定される所定の経路角で小型飛行機Ａが滑走路に進入するように飛行制限面Ｆの勾配を設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが飛行制限面Ｆに沿って釣り合い状態を維持しながら滑走路に進入できるように操縦支援を行う。
【００３８】
また、操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが管制空域境界の近傍に位置していると判定した場合には、管制空域境界に飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａから見て飛行制限面Ｆの外側の管理空域を飛行制限エリアＷとして設定する。操縦支援装置１は、管制から小型飛行機Ａが管制空域境界の通行許可を得たと判定した場合、管制空域境界の飛行制限面Ｆを解除する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが管制空域境界を通過したと判定した場合、再び管制空域境界に飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが誤った管制空域に進入しないために、管制空域境界に飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが管制空域に対して設定された飛行制限エリアＷに進入しないように操縦支援を行う。
【００３９】
図６は、小型飛行機Ａの残存航続距離に応じて設定される飛行制限エリアＷを示す図である。図６に示されるように、操縦支援装置１は、小型飛行機Ａを残存航続距離Ｒｅ内で空港に到着させるため、小型飛行機Ａ及び空港Ｑの位置関係と小型飛行機Ａの残存航続距離とに基づいて飛行制限面Ｆを設定する。なお、残存航続距離Ｒｅとは、小型飛行機Ａが残りの燃料で到達可能な距離である。残存航続距離Ｒｅは、燃料の残量や機体性能から求められる。
【００４０】
図６に、小型飛行機Ａの到達可能面Ｎを示す。到達可能面Ｎとは、小型飛行機Ａが空港に向かわずに燃料を全て使い切って飛行した場合に到達可能な限界を示す面である。なお、図６においては、理解を容易にするため小型飛行機Ａの全方位について残存航続距離Ｒｅは一定とする。すなわち、小型飛行機Ａの旋回による残存航続距離Ｒｅへの影響はないものとする。また、小型飛行機Ａの周囲の地形は平坦であり、風はない状態とする。この場合、到達可能面Ｎは、平面上で残存航続距離Ｒｅを半径とした円として表される。
【００４１】
また、図６に、小型飛行機Ａの空港Ｑに対する航続限界面Ｍを示す。航続限界面Ｍとは、小型飛行機Ａが残存航続距離Ｒｅ内に空港Ｑに着陸可能な空域の基準となる面である。航続限界面Ｍの内側は、小型飛行機Ａが残存航続距離Ｒｅ内に空港Ｑに着陸可能な空域となる。また、航続限界面Ｍの外側は、小型飛行機Ａが残存航続距離Ｒｅ内に空港Ｑに着陸不能な空域となる。
【００４２】
図６において航続限界面Ｍは、小型飛行機Ａからの距離と空港Ｑからの距離との和が残存航続距離Ｒｅに等しい点の集合体として表される。すなわち、航続限界面Ｍは、平面上で小型飛行機Ａ及び空港Ｑを焦点とする楕円として表される。図６に示すＲｔ１〜Ｒｔ３は、小型飛行機Ａが燃料の残量を使い切って空港Ｑに到達する経路である。Ｒｔ１〜Ｒｔ３は、航続限界面Ｍの内側に形成されることになる。Ｒｔ１〜Ｒｔ３の長さは残存航続距離Ｒｅに等しくなる。
【００４３】
操縦支援装置１は、小型飛行機Ａ及び空港Ｑの位置関係と小型飛行機Ａの残存航続距離とに基づいて、航続限界面Ｍを計算する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの旋回による残存航続距離Ｒｅへの影響や風や地形による影響を考慮して、航続限界面Ｍを計算する。操縦支援装置１は、計算した航続限界面Ｍを飛行制限面Ｆとして設定する。操縦支援装置１は、余裕を持たせるため航続限界面Ｍより内側に飛行制限面Ｆを設定しても良い。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａから見て飛行制限面Ｆの外側の空域を飛行制限エリアＷとして設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷに進入しないように操縦支援を行う。
【００４４】
また、操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの推進装置が故障したと判定した場合、小型飛行機Ａの高度、滑空比、運動状態量、及び周囲の地形に基づいて滑空可能範囲を計算する。滑空可能範囲とは、小型飛行機Ａが現在の位置から滑空で到達可能な範囲である。小型飛行機Ａは、推進装置が故障した場合であっても、滑空可能範囲内の地点であれば滑空で到達できる。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａを滑空可能範囲内の不時着可能地点Ｐへと誘導するように飛行制限面Ｆを設定する。操縦支援装置１は、緊急時であるため、常に小型飛行機Ａよりも下の位置に飛行制限面Ｆを設定する。
【００４５】
例えば、操縦支援装置１は、飛行制限面Ｆのうち不時着可能地点Ｐへ向かう方向に対応する部位のみが地面に向かって傾くように飛行制限面Ｆを設定する。この場合、操縦支援装置１は、不時着可能地点Ｐへ向かう方向に対応する部位以外の飛行制限面Ｆついては高度を下げない。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの機体性能などから決定される所定の経路角で小型飛行機Ａが不時着可能地点Ｐに不時着するように飛行制限面Ｆの勾配を設定する。操縦支援装置１は、可能な限り、小型飛行機Ａが飛行制限面Ｆに沿って釣り合い状態を維持しながら不時着可能地点Ｐに到達できるように操縦支援を行う。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａから見て飛行制限面Ｆの外側の空域を飛行制限エリアＷとして設定する。操縦支援装置１は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷに進入しないように操縦支援を行う。
【００４６】
以下、本実施形態に係る操縦支援装置１の構成について説明する。
【００４７】
図１に示されるように、本実施形態に係る操縦支援装置１は、小型飛行機Ａの統括的な制御を行うコントローラ２を備えている。コントローラ２は、ＣＰＵ[Central  Processing  Unit]、ＲＯＭ[Read  Only  Memory]、ＲＡＭ[Random  Access  Memory]などを有する電子制御ユニットである。
【００４８】
コントローラ２は、ＧＰＳ［Global  Positioning  System］受信部３、慣性航法装置４、対気速度計５、推進力検出部６、迎角センサ７、及び横滑り角センサ８と電気的に接続されている。また、コントローラ２は、気象レーダ９、燃料量検出部１０、地形情報データベース１１、推進装置検出部１２、ＭＦＤ［Multi  Function  Display］１３、及び操舵アクチュエータ１４と電気的に接続されている。
【００４９】
ＧＰＳ受信部３は、複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信することで、小型飛行機Ａの現在の位置を検出する。ＧＰＳ受信部３は、検出した小型飛行機Ａの現在の位置情報をコントローラ２に送信する。
【００５０】
慣性航法装置４は、小型飛行機Ａの速度、加速度、及び進行方向などを検出する。慣性航法装置４は、ジャイロスコープや加速度計、及び演算装置などから構成されている。慣性航法装置４は、検出した速度などの飛行情報をコントローラ２に送信する。
【００５１】
対気速度計５は、小型飛行機Ａと周囲の空気との相対的な速度である対気速度を検出する。対気速度計５は、検出した対気速度に関する対気速度情報をコントローラ２に送信する。推進力検出部６は、小型飛行機Ａの推進部に接続され、小型飛行機Ａの推進力を検出する。推進力検出部６は、検出した推進力に関する推進力情報をコントローラ２に送信する。
【００５２】
迎角センサ７は、小型飛行機Ａの姿勢から迎角を検出する。迎角センサ７は、検出した迎角に関する迎角情報をコントローラ２に送信する。横滑り角センサ８は、小型飛行機Ａの横滑り角を検出する。横滑り角センサ８は、検出した横滑り角に関する横滑り角情報をコントローラ２に送信する。
【００５３】
気象レーダ９は、小型飛行機Ａの周辺の気象状態を検出する。気象レーダ９は、雨雲や雷雲の有無、風の向きや強さなどの気象状態を検出する。気象レーダ９は、検出した気象状態に関する気象情報をコントローラ２に送信する。燃料量検出部１０は、小型飛行機Ａの燃料タンク内の燃料量を検出する。燃料量検出部１０は、検出した燃料量に関する燃料量情報をコントローラ２に送信する。
【００５４】
地形情報データベース１１は、地形に関する地形情報を記憶するデータベースである。地形情報には、建物も含めた地形の起伏に関する情報が含まれる。また、地形情報には、小型飛行機Ａが不時着可能な不時着可能地点Ｐに関する情報も含まれる（図２参照）。また、地形情報には、空港Ｑの位置に関する空港位置情報も含まれる（図６参照）。地形情報データベース１１は、コントローラ２からの要求に応じて、地形情報をコントローラ２に送信する。
【００５５】
推進装置検出部１２は、エンジンなどの小型飛行機Ａの推進装置の状態を検出する。推進装置検出部１２は、小型飛行機Ａの推進装置の状態に関する推進装置状態情報をコントローラ２に送信する。
【００５６】
ＭＦＤ１３は、小型飛行機Ａの操縦席に設けられ、操縦者に対して映像情報を表示する。操縦者は、ＭＦＤ１３に設けられたボタンを操作することで、映像の内容を切り替えることができる。ＭＦＤ１３は、コントローラ２からの映像信号に応じて映像情報を操縦者に表示する。
【００５７】
操舵アクチュエータ１４は、操縦桿などの操縦部及びエレベータやラダーなどの操舵面と機械的に接続されている。操舵アクチュエータ１４は、操縦者による操縦部の操作を操舵面に反映する。また、操舵アクチュエータ１４は、コントローラ２からの反力制御信号に応じて、操縦部の操舵反力を制御する。また、操舵アクチュエータ１４は、コントローラ２からの操舵制御信号に応じて、エレベータやラダーなどの操舵面を制御する。
【００５８】
コントローラ２は、推進装置故障判定部２１、位置情報取得部２２、機体情報取得部２３、地形情報取得部２４、及び滑空面計算部２５を有している。また、コントローラ２は、飛行制限エリア設定部２６、航続限界面計算部２７、滑空可能範囲計算部２８、及び操縦支援部２９を有している。
【００５９】
推進装置故障判定部２１は、推進装置検出部１２の推進装置状態情報に基づいて、小型飛行機Ａの推進装置の故障の判定を行う。推進装置故障判定部２１は、請求の範囲に記載した推進装置故障判定ユニットとして機能する。
【００６０】
位置情報取得部２２は、ＧＰＳ受信部３の位置情報及び慣性航法装置４の飛行情報に基づいて、小型飛行機Ａの現在の緯度、経度、及び高度に関する現在位置情報を取得する。位置情報取得部２２は、請求の範囲に記載した位置情報取得ユニットとして機能する。
【００６１】
機体情報取得部２３は、小型飛行機Ａの基本性能情報を予め記憶している。基本性能情報には、小型飛行機Ａの滑空比、航続距離、最大推力、空力特性、重量などの所定のデータ値と、最大上昇率、最小旋回半径、燃費などの機体状態により変化するデータのベースとなる値とが含まれる。
【００６２】
機体情報取得部２３は、記憶している基本性能情報と、各種機器３〜１０から送信された位置情報、飛行情報、対気速度情報、推進力情報、迎角情報、横滑り角情報、及び燃料量情報とに基づいて、小型飛行機Ａの機体情報を取得する。機体情報には、小型飛行機Ａの滑空比情報、現在の最大上昇率情報、現在の旋回半径情報などが含まれる。また、機体情報には、現在の小型飛行機Ａの運動量情報及び進行方向情報が含まれる。さらに、機体情報には、小型飛行機Ａが残りの燃料で到達可能な距離に関する現在の残存航続距離情報が含まれる。機体情報取得部２３は、基本性能情報、位置情報、及び飛行情報に基づいて、現在の最大上昇率情報や旋回半径情報を計算する。機体情報取得部２３は、基本性能情報及び燃料量情報に基づいて、残存航続距離情報を計算する。機体情報取得部２３は、請求の範囲に記載した機体情報取得ユニットとして機能する。
【００６３】
地形情報取得部２４は、位置情報取得部２２が現在位置情報を取得した場合、小型飛行機Ａの周囲の地形に関する地形情報を地形情報データベース１１に要求する。地形情報取得部２４は、地形情報データベース１１から送信された地形情報を取得する。地形情報取得部２４は、取得した地形情報に基づいて、小型飛行機Ａの周辺に存在する不時着可能地点Ｐを認識する（図２参照）。地形情報取得部２４は、請求の範囲に記載した地形情報取得ユニットとして機能する。
【００６４】
滑空面計算部２５は、各管制空域の法定最低高度Ｈを記憶している。図２に示されるように、滑空面計算部２５は、地形情報取得部２４の地形情報に基づいて、地表から法定最低高度Ｈの高さに法定最低高度面Ｊを設定する。
【００６５】
また、滑空面計算部２５は、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる滑空比情報と地形情報とに基づいて、不時着可能地点Ｐに対する滑空面Ｋを計算する。滑空面計算部２５は、地形情報取得部２４の認識した不時着可能地点Ｐごとに滑空面Ｋを計算する。滑空面計算部２５は、請求の範囲に記載した滑空面計算ユニットとして機能する。
【００６６】
飛行制限エリア設定部２６は、図２及び図３に示されるように、滑空面Ｋ及び法定最低高度面Ｊのうち高度の高い部位を基準として、飛行制限面Ｆを設定する。
【００６７】
また、飛行制限エリア設定部２６は、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる最大上昇率情報に基づいて、小型飛行機Ａの最大上昇角度βを計算する。飛行制限エリア設定部２６は、飛行制限面Ｆに沿った小型飛行機Ａの飛行を可能にするため、飛行制限面Ｆの上昇角度が小型飛行機Ａの最大上昇角度βを超えないように、飛行制限面Ｆを設定する。
【００６８】
飛行制限エリア設定部２６は、山や建物などの障害物に小型飛行機Ａが衝突することを防止するため、障害物から水平方向にオフセットした飛行制限面Ｆを設定する。飛行制限エリア設定部２６は、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる現在の旋回半径情報に基づいて、障害物からの水平方向のオフセット距離Ｌを計算する（図４参照）。
【００６９】
飛行制限エリア設定部２６は、地形情報における障害物位置の誤差、小型飛行機Ａの位置情報の誤差、小型飛行機Ａの運動状態情報の誤差などの範囲を予め記憶している。また、飛行制限エリア設定部２６は、気象レーダ９の気象情報に基づいて、小型飛行機Ａの周囲の風の影響を認識する。飛行制限エリア設定部２６は、現在の旋回半径情報の他、地形情報における障害物位置の誤差、小型飛行機Ａの位置情報の誤差、小型飛行機Ａの運動状態情報の誤差、及び風の影響などに基づいて水平方向のオフセット距離Ｌを設定する。飛行制限エリア設定部２６は、障害物から水平方向でオフセット距離Ｌ以上離間した飛行制限面Ｆを設定する。
【００７０】
また、飛行制限エリア設定部２６は、気象レーダ９の気象情報に基づいて、雷雲などの気象障害が存在するか否かを判定する。飛行制限エリア設定部２６は、気象障害が存在すると判定した場合には、気象障害に対応する飛行制限面Ｆを設定する。
【００７１】
また、飛行制限エリア設定部２６は、位置情報取得部２２の取得した現在位置情報と地形情報取得部２４の地形情報に含まれる空港位置情報とに基づいて、小型飛行機Ａが空港近傍に位置しているか否かを判定する。飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａが空港近傍に位置していると判定した場合、予め定められた航空経路に小型飛行機Ａを誘導するように航空経路に対応する飛行制限面Ｆを設定する。
【００７２】
また、飛行制限エリア設定部２６は、管制空域に関する管制空域情報を予め記憶している。飛行制限エリア設定部２６は、記憶している管制空域情報と位置情報取得部２２の現在位置情報とに基づいて、小型飛行機Ａが管制空域境界の近傍に位置しているか否かを判定する。飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａが管制空域境界の近傍に位置していると判定した場合、管制空域境界に対応する飛行制限面Ｆを設定する。
【００７３】
飛行制限エリア設定部２６は、操縦者による通行許可ボタンの入力によって、管制から小型飛行機Ａが管制空域境界の通行許可を得たと判定する。なお、飛行制限エリア設定部２６は、管制から送られる音声を認識することにより、通行許可を得たとの判定を行っても良い。また、飛行制限エリア設定部２６は、通行許可が電子データとして送信される場合、通行許可の電子データの受信により通行許可を得たとの判定を行っても良い。
【００７４】
飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａが管制から管制空域境界の通行許可を得たと判定した場合、管制空域境界の飛行制限面Ｆを解除する。飛行制限エリア設定部２６は、位置情報取得部２２の現在位置情報に基づいて、小型飛行機Ａが管制空域境界を通過したと判定した場合、再び管制空域境界に飛行制限面Ｆを設定する。
【００７５】
航続限界面計算部２７は、図６に示されるように、位置情報取得部２２の現在位置情報、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる残存航続距離情報、及び地形情報取得部２４の地形情報に含まれる空港位置情報に基づいて、航続限界面Ｍを計算する。また、航続限界面計算部２７は、慣性航法装置４の飛行情報に含まれる進行方向情報や気象レーダ９の気象情報に基づいて、小型飛行機Ａの方向転換による残存航続距離Ｒｅへの影響や風や地形による影響を考慮して、航続限界面Ｍを計算する。航続限界面計算部２７は、請求の範囲に記載した航続限界面計算ユニットとして機能する。飛行制限エリア設定部２６は、航続限界面計算部２７の計算した航続限界面Ｍに対応する飛行制限面Ｆを設定する。
【００７６】
滑空可能範囲計算部２８は、推進装置故障判定部２１が小型飛行機Ａの推進装置が故障したと判定した場合、位置情報取得部２２の現在位置情報に含まれる高度情報、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる滑空比情報及び運動量状態情報、地形情報取得部２４の地形情報に基づいて、小型飛行機Ａが滑空で到達可能な滑空可能範囲を計算する。滑空可能範囲計算部２８は、請求の範囲に記載した滑空可能範囲計算ユニットとして機能する。
【００７７】
飛行制限エリア設定部２６は、滑空可能範囲計算部２８が滑空可能範囲を計算した場合、滑空可能範囲計算部２８が計算した滑空可能範囲、位置情報取得部２２の現在位置情報、機体情報取得部２３の機体情報、地形情報取得部２４の取得した不時着可能地点情報に基づいて、滑空可能範囲内の不時着可能地点Ｐの中から最良不時着可能地点を決定する。最良不時着可能地点とは、不時着時に小型飛行機Ａが受ける衝撃が最も小さくなる地点である。飛行制限エリア設定部２６は、最良不時着可能地点に小型飛行機Ａを誘導するように飛行制限面Ｆを設定する。飛行制限エリア設定部２６は、既に飛行制限面Ｆが設定されている場合、小型飛行機Ａの安全を優先させるため、設定済みの飛行制限面Ｆを滑空可能範囲に対応する新たな飛行制限面Ｆと置き換える。
【００７８】
飛行制限エリア設定部２６は、各々の飛行制限面Ｆについて飛行制限エリアＷを設定する。飛行制限エリア設定部２６は、地形に沿って設定された飛行制限面Ｆと地表との間の空域を飛行制限エリアＷとして設定する。すなわち、飛行制限エリア設定部２６は、地形に沿って飛行制限エリアＷを設定する。また、飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａから見て飛行制限面Ｆの外側の空域を飛行制限エリアＷとして設定する。飛行制限エリア設定部２６は、請求の範囲に記載した飛行制限エリア設定ユニットとして機能する。
【００７９】
操縦支援部２９は、飛行制限エリア設定部２６の設定した飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａの操縦支援を行う。操縦支援装置１は、地形に沿って設定された飛行制限エリアＷ上で小型飛行機Ａが釣り合い状態になるように操縦支援を行う。また、操縦支援部２９は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷに進入しないように操縦支援を行う。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷに進入した場合には、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷの外に戻るように操縦支援を行う。
【００８０】
具体的には、操縦支援部２９は、位置情報取得部２２の現在位置情報及び飛行制限エリア設定部２６の飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷの外にいるか否かを判定する。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷの外にいると判定した場合、慣性航法装置４の飛行情報に含まれる進行方向情報に基づいて、小型飛行機Ａの経路上に飛行制限エリアＷが存在するか否かを判定する。
【００８１】
操縦支援部２９は、小型飛行機Ａの経路上に飛行制限エリアＷが存在すると判定した場合、手動操縦により飛行制限エリアＷを回避できる距離である手動回避可能距離を計算する。具体的には、操縦支援部２９は、位置情報取得部２２の現在位置情報、機体情報取得部２３の基本性能情報、及び飛行制限エリア設定部２６の飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷ外に向かう経路に変更するために必要な機体姿勢角及び推進力の変更量を計算する。操縦支援部２９は、機体姿勢角及び推進力の変更量に基づいて、機体姿勢変化に必要な操舵角を計算する。操縦支援部２９は、計算した操舵角と操舵アクチュエータ１４の応答性から操舵に必要な時間を計算する。操縦支援部２９は、操舵に必要な時間と対気速度計５の対気速度情報とに基づいて、手動操縦により飛行制限エリアＷを回避できる手動回避可能距離を計算する。
【００８２】
操縦支援部２９は、計算した手動回避可能距離、位置情報取得部２２の現在位置情報、及び飛行制限エリア設定部２６の飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａと経路上の飛行制限エリアＷとの距離が手動回避可能距離以下であるか否かを判定する。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａと経路上の飛行制限エリアＷとの距離が手動回避可能距離以下であると判定した場合、操舵制御が必要であると判断する。操縦支援部２９は、操舵制御が必要であると判断した場合、計算した操舵角に応じた操舵制御信号を操舵アクチュエータ１４に送信する。操舵アクチュエータ１４は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷ外に向かう経路になるように、小型飛行機Ａの操舵面を制御する。
【００８３】
一方、操縦支援部２９は、小型飛行機Ａが既に飛行制限エリアＷ内にいると判定した場合、操縦者に警告表示するための映像信号をＭＦＤ１３に送信する。また、操縦支援部２９は、操縦者に音声警告を行うための音声信号を操縦室内のスピーカに送信する。ＭＦＤ１３は、操縦者に対して小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷ内に進入していること及び地表や障害物について警告表示する。
【００８４】
操縦支援部２９は、慣性航法装置４の飛行情報、位置情報取得部２２の現在位置情報、及び飛行制限エリア設定部２６の飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷの外に戻るための操舵制御に関する計算を行う。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａを飛行制限エリアＷの外に戻すための操舵角を計算する。操縦支援部２９は、計算した操舵角に応じた操舵制御信号を操舵アクチュエータ１４に送信する。操舵アクチュエータ１４は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷ外に向かう経路になるように、小型飛行機Ａの操舵面を制御する。
【００８５】
また、操縦支援部２９は、小型飛行機Ａが地表や障害物に近づく操縦を抑制するために、操舵アクチュエータ１４による操縦部の操縦桿の操舵反力制御を行う。操舵反力制御では、小型飛行機Ａが地表や障害物に近づくように操縦桿を倒す操作に対して、操舵反力が大きくなるように制御される。
【００８６】
図７に、操舵反力制御における操舵力と操舵角との関係をグラフとして示す。図７では、操縦桿を左右方向に倒す操舵力と操舵角との関係を示す。図７では、小型飛行機Ａの左前方に地表や障害物が存在する場合について説明する。
【００８７】
図７に示すＦｓ１は、飛行制限エリアＷ外における操舵力と操舵角との関係を示している。Ｆｓ１では、操縦桿を全く操縦していない操舵力が０の状態で、小型飛行機Ａの操舵角も０となっている。操舵力が０の状態が小型飛行機Ａの釣り合い状態となる。グラフの原点（操舵力及び操舵角が０の点）の付近は、操舵力の変化に対して操舵角が反応しない不感帯となっている。Ｆｓ１では、不感帯を除き、操縦桿を左右に倒す操舵力と操舵角とは比例関係にある。
【００８８】
図７に示すＦｓ２は、飛行制限エリアＷ内における操舵力と操舵角との関係を示している。Ｆｓ２では、小型飛行機Ａを飛行制限エリアＷ外に戻すための操舵制御により、所定の操舵角において操舵力が０の釣り合い状態となる。すなわち、小型飛行機Ａの姿勢は、操縦桿を全く操縦していない状態において、飛行制限エリアＷ外に向かって所定の角度傾けられている。
【００８９】
このＦｓ２では、操縦桿を左に倒す際に必要な操舵力がＦｓ１より大きくなるように操舵反力制御が行われる。なお、操舵反力制御は、小型飛行機Ａの飛行制限エリアＷへの突入量に応じて操舵反力の大きさを連続変化させる態様であっても良い。このような操舵反力制御を行うことにより、操縦桿を左に倒す操作が地表や障害物に接近する操作であることを操縦者が認識できるので、小型飛行機Ａの安全性の向上を図ることができる。
【００９０】
次に、上述した操縦支援装置１の処理の流れについて説明する。まず、操縦支援装置１における飛行制限エリア設定及び緊急操縦支援に係る処理の流れについて説明する。
【００９１】
図８に示されるように、Ｓ１において、推進装置故障判定部２１は、小型飛行機Ａの推進装置が故障しているか正常であるかを判定する推進装置故障判定処理を行う。位置情報取得部２２は、推進装置故障判定部２１が推進装置は正常であると判定した場合、ＧＰＳ受信部３の位置情報及び慣性航法装置４の飛行情報に基づいて、小型飛行機Ａの現在位置情報を取得する位置情報取得処理を行う（Ｓ２）。また、機体情報取得部２３は、記憶している基本性能情報と、各種機器３〜１０から送信された位置情報、飛行情報、対気速度情報、推進力情報、迎角情報、横滑り角情報、及び燃料量情報とに基づいて、小型飛行機Ａの機体情報を取得する機体情報取得処理を行う。
【００９２】
Ｓ３において、地形情報取得部２４は、地形情報データベース１１から地形情報を取得する地形情報取得処理を行う。その後、滑空面計算部２５は、地形情報取得部２４の地形情報に基づいて、地表から法定最低高度Ｈの高さに法定最低高度面Ｊを設定する法定最低高度対応処理を行う（Ｓ４）。その後、滑空面計算部２５は、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる滑空比情報に基づいて、不時着可能地点Ｐに対する滑空面Ｋを計算する滑空面計算処理を行う（Ｓ５）。
【００９３】
Ｓ６において、飛行制限エリア設定部２６は、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる最大上昇率情報に基づいて、小型飛行機Ａの最大上昇角度βを計算する最大上昇角度計算処理を行う。また、飛行制限エリア設定部２６は、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる現在の旋回半径情報の他、各種測定誤差や風の影響などに基づいて、障害物からの水平方向のオフセット距離Ｌを計算するオフセット計算処理を行う。
【００９４】
飛行制限エリア設定部２６は、滑空面Ｋ及び法定最低高度面Ｊのうち高度の高い部位を基準として、飛行制限面Ｆを設定する（Ｓ７）。飛行制限エリア設定部２６は、飛行制限面Ｆに沿った小型飛行機Ａの飛行を可能にするため、飛行制限面Ｆの上昇角度が小型飛行機Ａの最大上昇角度βを超えないように、飛行制限面Ｆを設定する。飛行制限エリア設定部２６は、山や建物などの障害物に小型飛行機Ａが衝突することを防止するため、障害物から水平方向でオフセット距離Ｌ以上離間した飛行制限面Ｆを設定する。
【００９５】
その後、飛行制限エリア設定部２６は、気象レーダ９の気象情報に基づいて、雷雲などの気象障害が存在するか否かを判定する（Ｓ８）。飛行制限エリア設定部２６は、気象障害が存在しないと判定した場合、Ｓ９に移行する。一方、飛行制限エリア設定部２６は、気象障害が存在すると判定した場合には、気象障害に対応する飛行制限面Ｆを設定する気象障害対応処理を行う（Ｓ９）。その後、Ｓ１０に移行する。
【００９６】
Ｓ１０において、飛行制限エリア設定部２６は、位置情報取得部２２の取得した現在位置情報と地形情報取得部２４の地形情報に含まれる空港位置情報とに基づいて、小型飛行機Ａが空港近傍に位置しているか否かを判定する。飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａが空港近傍に位置していないと判定した場合、Ｓ１２に移行する。一方、飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａが空港近傍に位置していると判定した場合、予め定められた航空経路に小型飛行機Ａを誘導するように航空経路に対応する飛行制限面Ｆを設定する航空経路対応処理を行う（Ｓ１１）。その後、Ｓ１２に移行する。
【００９７】
Ｓ１２において、飛行制限エリア設定部２６は、記憶している管制空域情報と位置情報取得部２２の現在位置情報とに基づいて、小型飛行機Ａが管制空域境界の近傍に位置しているか否かを判定する。飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａが管制空域境界の近傍に位置していないと判定した場合、Ｓ１４に移行する。一方、飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａが管制空域境界の近傍に位置していると判定した場合、管制空域境界に対応する飛行制限面Ｆを設定する管制空域境界対応処理を行う（Ｓ１３）。
【００９８】
Ｓ１４において、航続限界面計算部２７は、位置情報取得部２２の現在位置情報、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる残存航続距離情報、及び地形情報取得部２４の地形情報に含まれる空港位置情報に基づいて、航続限界面Ｍを計算する航続限界面計算処理を行う。
【００９９】
その後、飛行制限エリア設定部２６は、航続限界面計算部２７の計算した航続限界面Ｍに対応する飛行制限面Ｆを設定する航続限界面対応処理を行う（Ｓ１５）。続いて、飛行制限エリア設定部２６は、各々の飛行制限面Ｆについて飛行制限エリアＷを設定する（Ｓ１６）。
【０１００】
次に、Ｓ１において推進装置故障判定部２１が推進装置は故障していると判定した場合における緊急操縦支援に係る処理の流れについて説明する。
【０１０１】
図９に示されるように、推進装置故障判定部２１が推進装置は故障していると判定した場合、操縦支援部２９は、操縦者に警告するための警告信号をＭＦＤ１３に送信する警告処理を行う（Ｓ１７）。ＭＦＤ１３は、操縦者に対して小型飛行機Ａの推進装置の故障を警告する。
【０１０２】
Ｓ１８において、位置情報取得部２２は、ＧＰＳ受信部３の位置情報及び慣性航法装置４の飛行情報に基づいて、小型飛行機Ａの現在位置情報を取得する位置情報取得処理を行う。また、機体情報取得部２３は、記憶している基本性能情報と、各種機器３〜１０から送信された各種情報とに基づいて、小型飛行機Ａの機体情報を取得する機体情報取得処理を行う。Ｓ１９において、地形情報取得部２４は、地形情報データベース１１から地形情報を取得する地形情報取得処理を行う。
【０１０３】
Ｓ２０において、滑空可能範囲計算部２８は、位置情報取得部２２の現在位置情報に含まれる高度情報、機体情報取得部２３の機体情報に含まれる空力特性情報及び運動量状態情報、地形情報取得部２４の地形情報に基づいて、小型飛行機Ａが滑空で到達可能な滑空可能範囲を計算する。
【０１０４】
その後、飛行制限エリア設定部２６は、滑空可能範囲計算部２８の計算した滑空可能範囲、位置情報取得部２２の現在位置情報、機体情報取得部２３の機体情報、地形情報取得部２４の取得した不時着可能地点情報に基づいて、滑空可能範囲内の不時着可能地点Ｐの中から最良不時着可能地点を決定する最良不時着可能地点決定処理を行う（Ｓ２１）。
【０１０５】
続いて、飛行制限エリア設定部２６は、最良不時着可能地点に小型飛行機Ａを誘導するように飛行制限面Ｆを設定する飛行制限面設定処理を行う（Ｓ２２）。飛行制限エリア設定部２６は、既に飛行制限面Ｆが設定されている場合、小型飛行機Ａの安全を優先させるため、設定済みの飛行制限面Ｆを滑空可能範囲に対応する新たな飛行制限面Ｆと置き換える。飛行制限エリア設定部２６は、小型飛行機Ａから見て飛行制限面Ｆの外側の空域を飛行制限エリアＷとして設定する飛行制限エリア設定処理を行う（Ｓ２３）。
【０１０６】
Ｓ２４において、操縦支援部２９は、飛行制限エリアＷに沿った小型飛行機Ａの操縦支援を行うため、操舵制御信号を操舵アクチュエータ１４に送信する操舵制御処理を行う。具体的には、操縦支援部２９は、飛行制限エリアＷ上を維持する経路角及びロール角の変更量を計算する。次に、操縦支援部２９は、経路角及びロール角の変更補正に必要な操舵角を計算する。続いて、操縦支援部２９は、計算した操舵角に対応した操舵量を計算する。操縦支援部２９は、緊急時であるため、計算した操舵量に必要な操舵力を最大限の追加分と通常の空気反力の和として求め、操舵制御信号として操舵アクチュエータ１４に送信する。操舵アクチュエータ１４は、操舵制御信号に応じて操舵面を制御する。操舵アクチュエータ１４は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷに沿って最良不時着可能地点に誘導されるように操舵面を制御する。
【０１０７】
続いて、操縦支援装置１における通常時の操縦支援に係る処理の流れについて説明する。
【０１０８】
図１０に示されるように、Ｓ３１において、位置情報取得部２２は、ＧＰＳ受信部３の位置情報及び慣性航法装置４の飛行情報に基づいて、小型飛行機Ａの現在位置情報を取得する位置情報取得処理を行う。また、機体情報取得部２３は、記憶している基本性能情報と、各種機器３〜１０から送信された各種情報とに基づいて、小型飛行機Ａの機体情報を取得する機体情報取得処理を行う。
【０１０９】
次に、操縦支援部２９は、位置情報取得部２２の現在位置情報及び飛行制限エリア設定部２６の飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷの外にいるか否かを判定する（Ｓ３２）。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷの外にいると判定した場合、慣性航法装置４の進行方向情報に基づいて、小型飛行機Ａの経路上に飛行制限エリアＷが存在するか否かを判定する（Ｓ２３）。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａの経路上に飛行制限エリアＷが存在しないと判断した場合、処理を終了する。
【０１１０】
操縦支援部２９は、小型飛行機Ａの経路上に飛行制限エリアＷが存在すると判定した場合、手動回避可能距離を計算する手動回避可能距離計算処理を行う（Ｓ３４）。その後、操縦支援部２９は、計算した手動回避可能距離、位置情報取得部２２の現在位置情報、及び飛行制限エリア設定部２６の飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａと経路上の飛行制限エリアＷとの距離が手動回避可能距離以下であるか否かを判定する（Ｓ３５）。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａと経路上の飛行制限エリアＷとの距離が手動回避可能距離以下ではないと判断した場合、処理を終了する。
【０１１１】
操縦支援部２９は、小型飛行機Ａと経路上の飛行制限エリアＷとの距離が手動回避可能距離以下であると判定した場合、操舵制御信号を操舵アクチュエータ１４に送信する操舵制御処理を行う（Ｓ３６）。操舵アクチュエータ１４は、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷ外に向かう経路になるように、小型飛行機Ａの操舵面を制御する。
【０１１２】
一方、Ｓ３２において、小型飛行機Ａが既に飛行制限エリアＷ内にいると判定した場合、操縦支援部２９は、操縦者に警告するための警告信号をＭＦＤ１３に送信する警告処理を行う。ＭＦＤ１３は、操縦者に対して小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷ内に進入していること及び地表や障害物について警告する。
【０１１３】
その後、操縦支援部２９は、慣性航法装置４の飛行情報、位置情報取得部２２の現在位置情報、及び飛行制限エリア設定部２６の飛行制限エリアＷに基づいて、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷの外に戻るための操舵制御に関する計算を行う位置復帰計算処理を行う（Ｓ３８）。操縦支援部２９は、小型飛行機Ａを飛行制限エリアＷの外に戻すための操舵角を計算する。
【０１１４】
Ｓ３９において、操縦支援部２９は、計算した操舵角に応じた操舵制御信号を操舵アクチュエータ１４に送信する操舵制御処理を行う。また、操縦支援部２９は、小型飛行機Ａが地表や障害物に近づく操縦を抑制するために、操舵アクチュエータ１４による操縦部の操縦桿の操舵反力制御を行う。
【０１１５】
続いて、本実施形態に係る操縦支援装置１の作用効果について説明する。
【０１１６】
上述した操縦支援装置１によれば、地形に沿って設定された飛行制限エリアＷに基づいて小型飛行機Ａの操縦を支援することにより、小型飛行機Ａの地表への意図しない接近を適切に抑制することができるので、小型飛行機Ａの安全性の向上を図ることができる。更に、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａの機体情報に基づいて飛行制限エリアＷを設定することで、小型飛行機Ａの運動性能などに応じた無理のない操縦で回避できる飛行制限エリアＷの設定が可能になる。しかも、この操縦支援装置１によれば、地形に沿って飛行制限エリアＷを設定することで、不必要な航路の限定を避けることができるので、小型飛行機Ａの操縦者による航路選択の自由度を十分に確保することができる。従って、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａの安全性向上を図りつつ、航路選択の自由度を十分に確保することができる。
【０１１７】
また、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａが不時着可能地点Ｐに滑空で到達可能な高度の基準となる滑空面Ｋ上に飛行制限エリアＷを設定することで、飛行中に動力が故障した場合であっても滑空で不時着可能地点Ｐに到達できる高度を飛行するように操縦支援を行うことが可能になる。従って、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａの安全性の向上を図ることができる。
【０１１８】
更に、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａの最大上昇率情報に基づいて飛行制限エリアＷを設定することで、小型飛行機Ａの上昇性能に応じた無理のない操縦で回避できるように飛行制限エリアＷを設定することが可能になる。このことは、小型飛行機Ａの安定性及び乗り心地向上に寄与する。
【０１１９】
また、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａの位置情報、空港位置情報、及び残存航続距離情報に基づいて、小型飛行機Ａが残存航続距離Ｒｅ内で空港Ｑに着陸可能な空域の基準となる航続限界面Ｍを計算することができる。このため、この操縦支援装置１によれば、航続限界面Ｍに基づいて飛行制限エリアＷを設定することで、小型飛行機Ａが空港Ｑに戻れない空域まで進入することを避けることができる。
【０１２０】
また、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａが飛行制限エリアＷ内に進入した場合に、小型飛行機Ａを飛行制限エリアＷ外に戻す操縦制御を行うことで、操縦者が飛行制限エリアＷ内に進入したことに気づいていない場合であっても、小型飛行機Ａの安全性を確保することができる。
【０１２１】
また、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａの推進装置が故障した際に、小型飛行機Ａが滑空のみで到達可能な滑空可能範囲を計算し、小型飛行機Ａを滑空可能範囲内の最良不時着可能地点に誘導するように飛行制限エリアＷを設定することで、小型飛行機Ａの不時着の成功確率を高めることができる。従って、この操縦支援装置１によれば、小型飛行機Ａの安全性の向上を図ることができる。
【０１２２】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【０１２３】
例えば、本発明は、小型飛行機以外の飛行体に対しても適用することができる。また、飛行制限エリアＷは、滑空面Ｋ、最大上昇角度β、気象障害などの全ての項目について設定する必要はなく、任意の項目についてのみ飛行制限エリアＷの設定を行う態様であっても良い。
【０１２４】
また、上述の実施形態では、航路の決まっていない遊覧飛行の場合について説明したが、本発明は航路が決まっている場合についても好適に適用できる。飛行体の航路が決まっている場合には、操縦支援装置は、燃費効率が最適となる高度に飛行制限面Ｆを設定視手も良い。この場合、操縦支援装置は、まず操縦者のナビゲーションシステムへの入力や所定の航空経路に沿った飛行状況から所定の航路が決まっているか否かを判定する。操縦支援装置は、所定の航路が決まっていると判定した場合、一般的に飛行体の高度が高いほど航続距離が伸びて燃費が向上することから、飛行体が燃費効率の最適な高度を飛行するように飛行制限面Ｆを設定する。この操縦支援装置によれば、飛行体の燃費効率の向上を図ることができる。さらに、この操縦支援装置によれば、飛行制限面Ｆに沿って飛行体が高い高度を飛行するため、動力が故障した場合に滑空で到達可能な範囲を広げることができる。その結果、飛行体が滑空で不時着可能地点Ｐに到達できる可能性が高くなるので、緊急時の対応を容易にすることができる。
【０１２５】
また、本発明に係る操縦支援装置は、必ずしも飛行体に搭載する必要はない。例えば地上の情報センターに設けられている態様であっても良い。この場合、情報センターは、飛行体から無線送信された位置情報や予め入力された飛行体の飛行空域に基づいて、飛行制限エリアＷの設定を行う。情報センターは、飛行制限エリアＷに関する情報を飛行体に送信する。情報センターは、飛行体に対する操縦支援として飛行制限エリアＷに基づく情報支援を行う。このような情報支援としては、飛行制限エリアＷに対応する操舵プログラム情報の送信などがある。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明は、飛行体の操縦を支援する操縦支援装置に利用可能である。
【符号の説明】
【０１２７】
１…操縦支援装置  ２…コントローラ  ３…ＧＰＳ受信部  ４…慣性航法装置  ５…対気速度計  ６…推進力検出部  ７…迎角センサ  ８…横滑り角センサ  ９…気象レーダ  １０…燃料量検出部  １１…地形情報データベース  １２…推進装置検出部  １３…ＭＦＤ  １４…操舵アクチュエータ  ２１…推進装置故障判定部（推進装置故障判定ユニット）  ２２…位置情報取得部（位置情報取得ユニット）  ２３…機体情報取得部（機体情報取得ユニット）  ２４…地形情報取得部（地形情報取得ユニット）  ２５…滑空面計算部（滑空面計算ユニット）  ２６…飛行制限エリア設定部（飛行制限エリア設定ユニット）  ２７…航続限界面計算部（航続限界面計算ユニット）  ２８…滑空可能範囲計算部（滑空可能範囲計算ユニット）  ２９…操縦支援部（操縦支援ユニット）  Ａ…小型飛行機  Ｆ…飛行制限面  Ｊ…法定最低高度面  Ｋ…滑空面  Ｍ…航続限界面  Ｐ…不時着可能地点  Ｗ…飛行制限エリア  α…滑空角  β…最大上昇角度
【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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