(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体のロール軸回転運動を制御するロール軸操縦装置と、
機体のピッチ軸回転運動を制御するピッチ軸操縦装置と、
機体の高度を検知する高度センサと、
機体の諸角度を検知する姿勢センサと、を備える航空機の飛行制御装置であって、
機体の縦方向加速度を検知する縦加速度センサと、
前記縦加速度センサによって検知された加速度の目標旋回加速度に対する差を加速度偏差としてこれをゼロとするためのピッチ軸の舵角指令を演算して前記ピッチ軸操縦装置に固有の操作量として送出する縦加速度制御演算手段と、
前記目標旋回加速度から基準バンク角を演算する基準バンク角演算手段と、
前記高度センサによって検知された機体高度の目標高度に対する差を高度偏差としてこれからバンク角修正量を演算し前記基準バンク角を修正してバンク角指令を得る高度制御演算手段と、
前記姿勢センサによって検知されたバンク角の前記バンク角指令に対する差をバンク角偏差としてこれをゼロとするためのロール軸の舵角指令を演算して前記ロール軸操縦装置に固有の操作量として送出するロール軸制御演算手段と、
を備えることを特徴とする航空機の飛行制御装置。
【請求項２】
機体位置を検知する機体位置センサと、
前記機体位置センサによって検知された機体位置および地上目標位置に基づいて地上目標からの水平距離を演算する水平距離演算手段と、
前記水平距離および目標旋回半径の差に基づいて加速度修正量を求め前記加速度偏差を求めるための目標旋回加速度に修正を加える旋回半径制御演算手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載した航空機の飛行制御装置。
【請求項３】
機体のロール軸回転運動を制御するロール軸操縦装置と、
機体のピッチ軸回転運動を制御するピッチ軸操縦装置と、
機体の速度を検知する速度センサと、
機体の諸角度を検知する姿勢センサと、を備える航空機の飛行制御装置であって、
機体の縦方向加速度を検知する縦加速度センサと、
前記縦加速度センサによって検知された加速度の目標旋回加速度に対する差を加速度偏差としてこれをゼロとするためのピッチ軸の舵角指令を演算して前記ピッチ軸操縦装置に送出する縦加速度制御演算手段と、
前記目標旋回加速度から基準バンク角を演算する基準バンク角演算手段と、
前記速度センサによって検知された機体速度の目標速度に対する差を速度偏差としてこれからバンク角修正量を演算し前記基準バンク角を修正してバンク角指令を得る速度制御演算手段と、
前記姿勢センサによって検知されたバンク角の前記バンク角指令に対する差をバンク角偏差としてこれをゼロとするためのロール軸の舵角指令を演算して前記ロール軸操縦装置に送出するロール軸制御演算手段と、
をさらに備えることを特徴とする航空機の飛行制御装置。
【請求項４】
機体位置を検知する機体位置センサと、
前記機体位置センサによって検知された機体位置および地上目標位置に基づいて地上目標からの水平距離を演算する水平距離演算手段と、
前記水平距離および目標旋回半径の差に基づいて加速度修正量を求め、前記加速度偏差を求めるための目標旋回加速度に修正を加える旋回半径制御演算手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載した航空機の飛行制御装置。
【請求項５】
機体のロール軸回転運動を制御するロール軸操縦装置と、
機体のピッチ軸回転運動を制御するピッチ軸操縦装置と、
機体の高度を検知する高度センサと、
機体の諸角度を検知する姿勢センサと、
機体の縦方向加速度を検知する縦加速度センサと、
機体位置を検知する機体位置センサと、
基準バンク角および基準加速度を設定する基準バンク角設定手段と、
前記高度センサによって検知された機体高度の目標高度に対する差を高度偏差とし、これからバンク角修正量を演算し前記基準バンク角を修正してバンク角指令を得る第１の高度制御演算手段と、
前記高度センサによって検知された機体高度の目標高度に対する差を高度偏差とし、前記姿勢センサから得られた実際のピッチ角に基づいて舵角指令を得る第２の高度制御演算手段と、
前記機体位置センサによって検知された機体位置と目標飛行コースとに基づいて、機体位置の目標飛行コースからの逸脱量を計算する逸脱量計算手段と、
前記逸脱量を無くすようなバンク角修正量を演算し、前記基準バンク角を修正してバンク角指令を得る第１の飛行コース保持制御演算手段と、
前記逸脱量に基づいて加速度増減量を演算し、前記基準加速度を修正して加速度指令を得る第２の飛行コース保持制御演算手段と、
前記第１の飛行コース保持制御演算手段から得られたバンク角指令および前記第１の高度制御演算手段から得られたバンク角指令がそれぞれ入力し、前記基準バンク角が小さいときには前記第１の飛行コース保持制御演算手段から得られたバンク角指令を出力し、前記基準バンク角が大きいときには前記第１の高度制御演算手段から得られたバンク角指令を出力する第１の信号切換手段と、
前記第１の信号切換手段から得られたバンク角指令と前記姿勢センサによって検知されたバンク角との差をバンク角偏差とし、これをゼロとするためのロール軸の舵角指令を演算して前記ロール軸操縦装置に送出するロール軸制御演算手段と、
前記第２の飛行コース保持制御演算手段から得られた加速度指令と前記縦加速度センサが検知した縦加速度との差を加速度偏差とし、これをゼロとするためのピッチ軸の舵角指令を演算する縦加速度制御演算手段と、
前記縦加速度制御演算手段から得られた舵角指令および前記第２の高度制御演算手段から得られた舵角指令がそれぞれ入力し、前記基準バンク角が小さいときには前記第２の高度制御演算手段から得られた舵角指令を前記ピッチ軸操縦装置に出力し、前記基準バンク角が大きいときには前記縦加速度制御演算手段から得られた舵角指令を前記ピッチ軸操縦装置に出力する第２の信号切換手段と、
を備えることを特徴とする航空機の飛行制御装置。
【請求項６】
機体のロール軸回転運動を制御するロール軸操縦装置と、
機体のピッチ軸回転運動を制御するピッチ軸操縦装置と、
機体の姿勢を検知する機体姿勢センサと、
機体の縦方向加速度を検知する縦加速度センサと、
機体の位置を検知する機体位置センサと、
機体の高度を検知する機体高度センサと、
機体の速度を検知する機体速度センサと、
を備える航空機の飛行制御装置であって、
機体の位置、高度、速度、並びに水平面目標経路、垂直面目標経路および目標速度に基づいて水平面加速度指令および垂直面加速度指令を計算する計算装置と、
前記水平面加速度指令および垂直面加速度指令をバンク角指令に及び加速度指令に変換する指令変換手段と、
前記姿勢センサによって検知されたバンク角の前記バンク角指令に対する差をバンク角偏差としてこれをゼロにするためのロール軸の舵角指令を演算して前記ロール軸操縦装置に送出するロール軸制御演算手段と、
前記縦加速度センサによって検知された縦加速度の前記加速度指令に対する差を加速度偏差としてこれをゼロにするためのピッチ軸の舵角指令を演算して前記ピッチ軸操縦装置に送出する縦加速度制御演算手段と、
を備えることを特徴とする航空機の飛行制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にミサイル等の目標追従能力を確認評価するため無人標的機を急旋回させて一定半径、一定高度、一定速度を保持し得る航空機の飛行制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機の飛行制御において、高度や縦の径路角を制御したり、径路角を介して速度を制御したりするには、一般的に、エレベータ等のピッチ軸操縦装置を作動させ、ピッチ軸まわりの回転を起こさせて迎角を変化させ、それにより揚力を増減させて鉛直方向の加速度を得ることによって行う。この方式により高度を保持しつつ、指定されたバンク角を保持して旋回を行う飛行制御は例えば特開昭６１一１９６８９６号公報に開示されている。図８は、この公知の方式を示すものである。
【０００３】
図８においては、制御対象の航空機１０の姿勢を姿勢センサ１２によって検知するとともに、高度を高度センサ１４によって検知し、それらの検知出力を飛行制御演算装置１６に入力する。姿勢センサ１２は航空機１０のバンク角φおよびピッチ角θを検知し、前者をバンク角制御系にフィードバック量として与え、後者を高度制御系にピッチ角補正量として与える。飛行制御演算装置１６はロール軸制御演算装置１８およびピッチ軸制御演算装置２０を含んでいる。ロール軸制御演算装置１８は比較部２２で得られた目標バンク角φ* に対するバンク角φの偏差Δφ（＝φ* −φ）をゼロにするための操作量としてロール軸の舵角指令を求め、それに基づきロール軸操縦装置２６、例えばエルロンを介してロール軸の操舵を行う。ピッチ軸制御演算装置２０は比較部２４で得られた目標高度Ｈ* に対する実際高度Ｈの偏差ΔＨ（＝Ｈ* −Ｈ）をゼロにするための操作量として、ピッチ角θを参照してピッチ軸の舵角指令を求め、それに基づきピッチ軸操縦装置２８、例えばエレベータを介してピッチ軸の操舵を行う。
【０００４】
この従来技術を開示している上記公報には、ピッチ軸操縦による高度制御とロール軸操縦によるバンク角制御を行いつつ、急旋回中に起こり得る、目標高度に対する実際高度の低下時に、バンク角制御系の帰還ゲインを増大させることにより、バンク角を浅くして鉛直方向の揚力を増し、それにより高度回復機能を補強する方式がさらに開示されている。
【０００５】
航空機のバンク水平の直線飛行や、浅いバンク角φでの緩旋回においては、図９に示すように、機体１０の縦方向すなわち揚力軸Ｑは鉛直軸すなわち高度方向Ｚに近いので、揚力軸Ｑ方向の揚力Ｌに対する揚力増分ΔＬの増減により、高度方向Ｚの揚力成分すなわち機体重量を支える揚力鉛直成分Ｌｚに対する加速度を得るための鉛直成分ΔＬｚを得ることも従来技術で可能である。
【０００６】
しかし、深いバンク角φをとる急旋回等の高機動時には、図１０に示すように揚力軸Ｑが水平に近く傾くので、高度制御のための高度方向Ｚの加速度を得るための揚力鉛直成分ΔＬｚに対応する揚力軸Ｑ方向の揚力増分ΔＬを大きく増減させなければならない。なお、図１０において揚力Ｌの水平成分Ｌｈは向心力として作用し、揚力増分ΔＬの水平成分ΔＬｈは旋回半径を変化させる向心力増分として作用する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の事情からして、深いバンク角φをとる急旋回等の高機動時には、まず第１に、直線飛行または緩旋回時に比べ操縦装置を大きく作動させなければ同等の高度制御効果を得ることができない。また、旋回時には高度や速度についてのみ高い制御精度が要求されるわけではない。例えば、ミサイルの目標追尾能力を評価する目的で無人標的機を旋回回避させる場合には、無人機の旋回加速度を設定値に正確に保持することが要求されるし、地上目標物を観測する航空機の飛行制御においては、地上目標物まわりに旋回半径を一定に保って旋回することが要求される。
【０００８】
高度を制御するために揚力を大きく増減させる必要のある従来方式では、揚力に比例する旋回加速度が大きく変化し、また、揚力の水平成分である旋回向心力が大きく変化するので旋回半径も変化しやすい。したがって、第２に、従来方式では高度や径路角保持と、旋回加速度や旋回半径保持とを両立させるのは難しい。
【０００９】
次に、一定のバンク角、高度、速度に落ち着いた定常状態での制御精度を考えてみる。
【００１０】
図８に示すような従来制御方式により設定された旋回加速度での定常旋回を達成するには、定常旋回における旋回加速度Ｎとバンク角φとの関係式、
Ｎ＝１／ｃｏｓφ  …（１）
から定まるバンク角指令を入力することにより所望の旋回加速度を達成しようとする。このとき、姿勢センサ１２に検知誤差があると、実現されるバンク角はその誤差分だけコマンド値と異なることになり、実現される旋回加速度も設定値に対して誤差を持つことになる。例えば、２Ｇ旋回、即ちＮ＝２．０、φ＝６０．０度の旋回を行おうとしたとき、２．０度の角度誤差があると、実際に実現されるのは、φ＝６２．０度、Ｎ＝２．１３となってしまう。この場合、旋回加速度Ｎの誤差はさほど大きくないが、仮にＮ＝５．０、φ＝７８．４６度を目標とする場合、実際に実現されるのは、φ＝８０．４６度、Ｎ＝６．０４となり、旋回加速度Ｎの誤差分は１Ｇを超え、急旋回になるほどわずかなバンク角誤差に対して大きな旋回加速度誤差が発生する。
【００１１】
したがって、第３に、従来方式では旋回加速度を指定した急旋回を精度よく行うのが難しい。
【００１２】
さらに、航空機の速度が低く、個々の航空機の特性により幅があるが、概ね失速速度の１．５倍程度以下のバックサイドと呼ばれる領域においては、ピッチ軸操縦装置による高度制御が困難になることが知られている。特に急旋回においては直線飛行や緩旋回に比べて高い速度からバックサイドに入るとされている。したがって、第４に、従来の制御方式では高度制御の困難な低い速度での急旋回が難しいという問題がある。
【００１３】
特開昭６１−１９６８９６号公報には、バンク角を浅くして揚力軸の傾きを減らし、揚力鉛直成分を増すことによって、従来の揚力の増減のみでは不足する高度低下時の回復機能を強化しているが、この方式ではピッチ軸とロール軸の２種の制御機能を高度保持に割り当てることになり、旋回加速度、旋回半径保持等の他の制御目的には対応できない。また、ピッチ軸操縦での高度制御を行っているので、バックサイドでの使用が困難なことには変わりがない。
【００１４】
つまり、この従来技術は、上記の第１の問題に対しては解決策を与えるが、第２、第３、第４の問題に対して解決策を与えるものではない。
【００１５】
そこで本発明の主たる目的は、上記第１〜第４の問題に照らし、深いバンク角をとる急旋回時等における高度や径路角あるいは速度制御の応答性および精度を向上させ、高度や径路角の制御に伴う旋回加速度の変動をなくし得る航空機の飛行制御装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する請求項１に記載した発明は、
機体のロール軸回転運動を制御するロール軸操縦装置と、
機体のピッチ軸回転運動を制御するピッチ軸操縦装置と、
機体の高度を検知する高度センサと、
機体の諸角度を検知する姿勢センサと、を備える航空機の飛行制御装置であって、
機体の縦方向加速度を検知する縦加速度センサと、
前記縦加速度センサによって検知された加速度の目標旋回加速度に対する差を加速度偏差としてこれをゼロとするためのピッチ軸の舵角指令を演算して前記ピッチ軸操縦装置に固有の操作量として送出する縦加速度制御演算手段と、
前記目標旋回加速度から基準バンク角を演算する基準バンク角演算手段と、
前記高度センサによって検知された機体高度の目標高度に対する差を高度偏差としてこれからバンク角修正量を演算し前記基準バンク角を修正してバンク角指令を得る高度制御演算手段と、
前記姿勢センサによって検知されたバンク角の前記バンク角指令に対する差をバンク角偏差としてこれをゼロとするためのロール軸の舵角指令を演算して前記ロール軸操縦装置に固有の操作量として送出するロール軸制御演算手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した航空機の飛行制御装置に対し、
機体位置を検知する機体位置センサと、
前記機体位置センサによって検知された機体位置および地上目標位置に基づいて地上目標からの水平距離を演算する水平距離演算手段と、
前記水平距離および目標旋回半径の差に基づいて加速度修正量を求め前記加速度偏差を求めるための目標旋回加速度に修正を加える旋回半径制御演算手段と、
をさらに備えさせたことを特徴としている。
【００１８】
上記の課題を解決する請求項３に記載した発明は、
機体のロール軸回転運動を制御するロール軸操縦装置と、
機体のピッチ軸回転運動を制御するピッチ軸操縦装置と、
機体の速度を検知する速度センサと、
機体の諸角度を検知する姿勢センサと、を備える航空機の飛行制御装置であって、
機体の縦方向加速度を検知する縦加速度センサと、
前記縦加速度センサによって検知された加速度の目標旋回加速度に対する差を加速度偏差としてこれをゼロとするためのピッチ軸の舵角指令を演算して前記ピッチ軸操縦装置に送出する縦加速度制御演算手段と、
前記目標旋回加速度から基準バンク角を演算する基準バンク角演算手段と、
前記速度センサによって検知された機体速度の目標速度に対する差を速度偏差としてこれからバンク角修正量を演算し前記基準バンク角を修正してバンク角指令を得る速度制御演算手段と、
前記姿勢センサによって検知されたバンク角の前記バンク角指令に対する差をバンク角偏差としてこれをゼロとするためのロール軸の舵角指令を演算して前記ロール軸操縦装置に送出するロール軸制御演算手段と、
をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４に記載した発明は、請求項３に記載した航空機の飛行制御装置に対し、
機体位置を検知する機体位置センサと、
前記機体位置センサによって検知された機体位置および地上目標位置に基づいて地上目標からの水平距離を演算する水平距離演算手段と、
前記水平距離および目標旋回半径の差に基づいて加速度修正量を求め、前記加速度偏差を求めるための目標旋回加速度に修正を加える旋回半径制御演算手段と、
をさらに備えさせたことを特徴とする。
【００２０】
上記の課題を解決する請求項５に記載した発明は、
機体のロール軸回転運動を制御するロール軸操縦装置と、
機体のピッチ軸回転運動を制御するピッチ軸操縦装置と、
機体の高度を検知する高度センサと、
機体の諸角度を検知する姿勢センサと、
機体の縦方向加速度を検知する縦加速度センサと、
機体位置を検知する機体位置センサと、
基準バンク角および基準加速度を設定する基準バンク角設定手段と、
前記高度センサによって検知された機体高度の目標高度に対する差を高度偏差とし、これからバンク角修正量を演算し前記基準バンク角を修正してバンク角指令を得る第１の高度制御演算手段と、
前記高度センサによって検知された機体高度の目標高度に対する差を高度偏差とし、前記姿勢センサから得られた実際のピッチ角に基づいて舵角指令を得る第２の高度制御演算手段と、
前記機体位置センサによって検知された機体位置と目標飛行コースとに基づいて、機体位置の目標飛行コースからの逸脱量を計算する逸脱量計算手段と、
前記逸脱量を無くすようなバンク角修正量を演算し、前記基準バンク角を修正してバンク角指令を得る第１の飛行コース保持制御演算手段と、
前記逸脱量に基づいて加速度増減量を演算し、前記基準加速度を修正して加速度指令を得る第２の飛行コース保持制御演算手段と、
前記第１の飛行コース保持制御演算手段から得られたバンク角指令および前記第１の高度制御演算手段から得られたバンク角指令がそれぞれ入力し、前記基準バンク角が小さいときには前記第１の飛行コース保持制御演算手段から得られたバンク角指令を出力し、前記基準バンク角が大きいときには前記第１の高度制御演算手段から得られたバンク角指令を出力する第１の信号切換手段と、
前記第１の信号切換手段から得られたバンク角指令と前記姿勢センサによって検知されたバンク角との差をバンク角偏差とし、これをゼロとするためのロール軸の舵角指令を演算して前記ロール軸操縦装置に送出するロール軸制御演算手段と、
前記第２の飛行コース保持制御演算手段から得られた加速度指令と前記縦加速度センサが検知した縦加速度との差を加速度偏差とし、これをゼロとするためのピッチ軸の舵角指令を演算する縦加速度制御演算手段と、
前記縦加速度制御演算手段から得られた舵角指令および前記第２の高度制御演算手段から得られた舵角指令がそれぞれ入力し、前記基準バンク角が小さいときには前記第２の高度制御演算手段から得られた舵角指令を前記ピッチ軸操縦装置に出力し、前記基準バンク角が大きいときには前記縦加速度制御演算手段から得られた舵角指令を前記ピッチ軸操縦装置に出力する第２の信号切換手段と、
を備えることを特徴とする航空機の飛行制御装置である。
【００２１】
上記の課題を解決する請求項６に記載した発明は、
機体のロール軸回転運動を制御するロール軸操縦装置と、
機体のピッチ軸回転運動を制御するピッチ軸操縦装置と、
機体の姿勢を検知する機体姿勢センサと、
機体の縦方向加速度を検知する縦加速度センサと、
機体の位置を検知する機体位置センサと、
機体の高度を検知する機体高度センサと、
機体の速度を検知する機体速度センサと、を備える航空機の飛行制御装置であって、
機体の位置、高度、速度、並びに水平面目標経路、垂直面目標経路および目標速度に基づいて水平面加速度指令および垂直面加速度指令を計算する計算装置と、
前記水平面加速度指令および垂直面加速度指令をバンク角指令に及び加速度指令に変換する指令変換手段と、
前記姿勢センサによって検知されたバンク角の前記バンク角指令に対する差をバンク角偏差としてこれをゼロにするためのロール軸の舵角指令を演算して前記ロール軸操縦装置に送出するロール軸制御演算手段と、
前記縦加速度センサによって検知された縦加速度の前記加速度指令に対する差を加速度偏差としてこれをゼロにするためのピッチ軸の舵角指令を演算して前記ピッチ軸操縦装置に送出する縦加速度制御演算手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は高度と旋回加速度を一定に保って旋回する場合に適用する本発明の実施の一形態を示すものである。ここで説明する飛行制御演算装置３０においては、目標高度Ｈ* と高度センサ１４によって検知された実高度Ｈとの差すなわち高度偏差ΔＨを比較部３２により得て、それに対し高度制御演算装置３４により高度制御演算処理を施してバンク角修正量φｇを出力する。基準バンク角φｒは目標旋回加速度Ｎ* から基準バンク角演算装置３６により、演算式
φr ＝ｃｏｓ−１（１／Ｎ* ）  …（２）
に従って算出され、これに演算装置３４によって求められたバンク角修正量φg を加算器３８により加算してバンク角指令φ* とする。
【００２３】
このバンク角指令φ* と姿勢センサ１２によって検知された実バンク角φとの差を比較部４０によって得てそれをバンク角偏差Δφとし、これをゼロにするためのロール軸舵角指令をロール軸制御演算装置１８によって求め、この舵角指令によりロール軸操縦装置２６、例えばエルロンを介してロール軸の舵角を制御する。
【００２４】
一方、機体１０の実際の縦加速度Ｎｔを縦加速度センサ４２によって検知し、その縦加速度Ｎｔと目標旋回加速度Ｎ* との差すなわち加速度偏差ΔＮを比較部４４によって求める。この加速度偏差ΔＮに対し縦加速度制御演算装置４６によりそれをゼロにするための制御演算処理を施してピッチ軸舵角指令を求める。この舵角指令に基づきピッチ軸操縦装置２８、例えばエレベータを介してピッチ軸の舵角を制御する。
【００２５】
図１の装置によれば、急旋回における高度制御、縦径路角制御、あるいは経路角を介した速度制御を、ロール軸操縦装置２６を作動させて、図２に示すようにバンク角φを調整し揚力軸Ｑの傾きを変化させ、それにより所望の鉛直方向加速度（ΔＬｚ）を得ることにより行う。これによって、揚力軸Ｑが水平に近く傾いているためわずかなバンク角変化Δφで所望の鉛直方向加速度（ΔＬｚ）を得られる急旋回の特徴を活かして、高度や径路角あるいは速度の制御の応答性、精度を向上させるとともに、従来の制御方式で問題であった、高度、径路角制御に伴う旋回加速度の変動をなくし、前述の第１、第２の問題を解決することができる。また、ピッチ軸操縦装置２８を高度、径路角制御とは切り離して、機体縦加速度Ｎｔの制御に割り当てる。これによって、旋回加速度の保持や、旋回半径の保持を高度、径路角制御により阻害されることなく遂行することができる。このように旋回加速度を直接制御できるので、前述の第３の問題を解決することができる。
【００２６】
さらに、ピッチ軸操縦装置２８を高度制御に使用しないので、バックサイドの問題がなく、失速直前の低速域まで高度制御を行うことが容易となり、第４の問題をも解決することができる。
【００２７】
さらにまた、ピッチ軸操縦装置２８によるピッチ軸操縦により高度、径路角、速度制御を行い、ロール軸操縦装置２６によるロール軸操縦により飛行コース保持を行う直線飛行または緩旋回に適した従来の飛行制御方式と本発明の急旋回制御方式とをバンク角φの大きさに応じて切換え使用することにより、直線飛行、緩旋回、急旋回のいずれにも対処することができる。
【００２８】
また、バンク角φおよび機体縦加速度Ｎｔをロール軸制御系およびピッチ軸制御系で制御する制御装置において、航空機を目標飛行コースに乗せるのに必要な鉛直方向、水平方向の加速度を、機体軸縦加速度指令およびバンク角指令φ* に変換し、これらの指令を制御目標値として制御装置に入力することにより、直線、旋回、上昇、降下を含む任意の飛行コースについて精度よく目標コース保持制御を行うことができる。
【００２９】
図３は高度と地上目標を中心とした旋回半径とを一定に保って旋回する場合に好適な第２の実施の形態を示すものである。
【００３０】
この実施の形態による飛行制御演算装置５０は、図１の装置３０に対し、旋回半径制御演算装置５２および対地上目標水平距離計算装置５４を付加したのが特徴である。ここでは、図１の例とは異なり、目標旋回加速度Ｎ* が一定値ではない。航法装置等の機体位置センサ５６によって検知された機体位置から地上目標位置Ｐ* までの水平距離を対地上目標水平距離計算装置５４によって演算し、その目標旋回半径Ｒ* に対する誤差すなわち旋回半径誤差を比較部５８によって求める。この旋回半径誤差に基づき旋回半径制御演算装置５２により縦加速度修正量Ｎｇを求め、これを加算器６０により目標旋回加速度Ｎ* に加算修正して加速度指令Ｎｃとする。以下は、図１の実施の形態に準じて、縦加速度センサ４２により検知される縦加速度Ｎｔを加速度指令Ｎｃに一致させるように縦加速度制御演算装置４６およびピッチ軸操縦装置２８を介してピッチ軸の舵角を制御する。
【００３１】
この制御方式により、追い風を受けるときには加速度を増やし、逆に向かい風を受けるときには加速度を減らすといった加速度調整を行い、旋回半径を一定に保つことができる。
【００３２】
図４は速度と旋回加速度とを一定に保って旋回する場合に好適な実施の形態を示すものである。
【００３３】
この実施の形態は、図１の装置における高度制御演算装置３４の代わりに速度制御演算装置７２を設けたのが特徴である。速度センサ７４によって検知された実速度Ｓと目標速度Ｓ* との差すなわち速度偏差ΔＳを比較部７６によって求め、この速度偏差ΔＳをゼロにするためのバンク角修正量を速度制御演算装置７２によって求めるものである。この実施の形態は、エンジン推力が高度維持旋回に不足する飛行条件のもとで、またはグライダー等の無動力機において、速度と旋回加速度を一定に保って降下旋回する場合等に有効である。
【００３４】
次に、図５および図６は全体的な制御の実用化のための構成例を示すものである。
【００３５】
図５は本発明の急旋回制御方式と、直線飛行および緩旋回に適した従来制御方式とをバンク角の大きさにより切換え使用する例を示すものである。
【００３６】
図５の飛行制御演算装置８０は、高度と飛行コースの保持を行う場合の例を示すものであって、図１または図３における構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。機体のピッチ角を検知する姿勢センサ１２Ａが設けられる。目標値として目標高度Ｈ* および目標飛行コースＦ* が導入される。そして付加的に第２の高度制御演算装置３４Ａのほかに、旋回時の基準バンク角および基準加速度を設定する旋回時基準バンク角・基準加速度設定装置８２、位置センサ５６によって検知された機体位置の目標飛行コースＦ* からの逸脱量を計算する逸脱量計算装置８４、飛行コース保持制御演算装置８６，８８、および信号切換器９０，９２が設けられている。信号切換器９０，９２は、設定装置８２によって設定される基準バンク角の大小に応じて設定装置８２の出力に基づいて切換え制御される。
【００３７】
基準バンク角の小さい場合すなわち直線飛行または緩旋回時は、ロール軸制御系においては、逸脱量計算装置８４によって計算された逸脱量に基づき制御演算装置８６によって逸脱量を無くすようなバンク角修正量を求め、これにより加算器３８Ａを介して基準バンク角を修正し、その修正された基準バンク角をバンク角指令としてバンク角φの制御をロール軸制御演算装置１８およびロール軸操縦装置２６を介してロール軸の舵角制御を行う。ピッチ軸制御系においては、高度制御演算装置３４Ａにおいて、比較部３２からの高度偏差および姿勢センサ１２Ａからの実際ピッチ角に基づいて舵角指令を求め、ピッチ軸操縦装置２８を介してピッチ軸の舵角制御を行う。
【００３８】
基準バンク角が大きいときは、実質的に図１の制御方式に切り換えられ、急旋回に適した制御が行われる。すなわち、ロール軸制御系においては、高度偏差に基づき制御演算装置３４によって高度偏差を無くすようなバンク角指令を求め、これと実際バンク角との差として求められるバンク角偏差をゼロとするようにロール軸制御演算装置１８およびロール軸操縦装置２６を介してロール軸の舵角制御を行う。ピッチ軸制御系においては、設定装置８２からの基準加速度Ｎ* に対し、逸脱量計算装置８４および制御演算装置８８によって求められた加速度増減量によって加算器９４において加算修正を加えたものを加速度指令Ｎｃとし、センサ４２によって検知された縦加速度がその加速度指令Ｎｃに一致するように縦加速度制御演算装置４６およびピッチ軸操縦装置２８を介してピッチ軸の舵角制御を行う。
【００３９】
このようにピッチ軸操縦により高度、径路角、速度制御を行い、ロール軸操縦により飛行コース保持を行う、直線飛行または緩旋回に適した従来の飛行制御方式と本発明の急旋回制御方式とをバンク角の大きさに応じて切換え使用することにより、直線飛行、緩旋回、急旋回のいずれにも対処することができる。
【００４０】
さらに、図６はバンク角および機体軸縦垂直加速度をロール軸およびピッチ軸制御系で制御する制御系への目標入力を、航空機１０を目標飛行コースに乗せるのに必要な垂直面（鉛直方向）加速度指令Ｎｖおよび水平面（水平方向）加速度指令Ｎｈを、機体軸縦加速度指令およびバンク角指令に変換して与えるものである。図示の飛行制御演算装置１００は垂直面・水平面加速度計算装置１０２および指令変換装置１０４を含んでいる。位置センサ、高度センサおよび速度センサを含む航法装置１０６によって航空機１０の位置、高度および速度が検知され、それらの検知結果が加速度計算装置１０２に入力される。計算装置１０２には入力される検知結果に対応して、垂直面・水平面の目標径路および目標速度も入力される。そして計算装置１０２は各目標値および実際値に基づいて水平面加速度指令Ｎｈおよび垂直面加速度指令Ｎｖを計算する（図７参照）。
【００４１】
これらの加速度指令Ｎｈ，Ｎｖは指令変換装置１０４によって加速度指令Ｎｃおよびバンク角指令φｃに変換される。指令変換装置１０４は、図７に示すように、水平面加速度指令Ｎｈおよび垂直面加速度指令Ｎｖをｘ軸，ｙ軸成分に関する二つのベクトル成分とし、垂直面加速度指令Ｎｖに機体重量相当の加速度成分Ｗを加えてｙ軸すなわち鉛直成分（＝Ｎｖ＋Ｗ）とし、これとｘ軸すなわち水平面加速度指令Ｎｈとのベクトル和を揚力方向加速度指令Ｎｃにするとともに、鉛直成分（＝Ｎｖ＋Ｗ）と揚力方向加速度指令Ｎｃの間の角度をバンク角指令φｃとする。
【００４２】
このようにして得られた加速度指令Ｎｃおよびバンク角指令φｃを用い、以下は図１の装置においてすでに詳述したところに従いロール軸およびピッチ軸の操舵が行われる。
【００４３】
この方式は、バンク角および機体軸縦加速度をロール軸およびピッチ軸制御系で制御する制御装置において、航空機を目標飛行コースに乗せるのに必要な鉛直方向および水平方向の加速度を、機体軸縦加速度指令およびバンク角指令に変換し、これらの指令を制御目標値としてロール軸およびピッチ軸の操舵を行うことにより、制御信号の切換なしで、直線、旋回、上昇、降下を含む任意の飛行コースに沿った目標コース保持制御を精度よく遂行することができるという特徴がある。
【００４４】
以上述べた各実施の形態において飛行制御演算装置を構成する各構成ブロックに対しそれぞれが独立したアナログ回路装置であるかのように説明したが、それらの各機能の一部または全部をマイクロコンピュータのソフトウェアによって実現することができる。
【００４５】
【発明の効果】
急旋回における高度制御、縦径路角制御、あるいは経路角を介した速度制御をロール軸操縦装置を作動させて、バンク角を調整し揚力軸の傾きを変化させ、それにより所望の鉛直方向加速度を得ることにより行うようにすることによって、揚力軸が水平に近く傾いているためわずかなバンク角変化で所望の鉛直方向加速度を得られる急旋回の特徴を活かして、高度や径路角あるいは速度の制御の応答性、精度を向上させるとともに、従来の制御方式で問題であった、高度、径路角制御に伴う旋回加速度の変動をなくし、前述の第１、第２の問題を解決することができる。また、ピッチ軸操縦装置を高度、径路角制御とは切り離して、機体軸縦加速度の制御に割り当てることによって、旋回加速度の保持や、旋回半径の保持を高度、径路角制御により阻害されることなく行えるようにする。これにより旋回加速度を直接制御できるので、第３の問題を解決することができる。さらに、ピッチ軸操縦装置を高度制御に使用しないので、バックサイドの問題がなく、失速直前の低速域まで高度制御を行うことが容易となり、第４の問題をも解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による飛行制御装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】航空機の深いバンクの急旋回におけるバンク角の増減を説明するための説明図。
【図３】本発明による飛行制御装置の第２の実施の形態を示すブロック図。
【図４】本発明による飛行制御装置の第３の実施の形態を示すブロック図。
【図５】本発明による飛行制御装置の第４の実施の形態を示すブロック図。
【図６】本発明による飛行制御装置の第５の実施の形態を示すブロック図。
【図７】図６の制御装置における指令変換装置の作用を説明するための説明図。
【図８】従来の飛行制御装置のブロック図。
【図９】航空機の浅いバンクの緩旋回における揚力の増減を説明するための説明図。
【図１０】航空機の深いバンクの急旋回における揚力の増減を説明するための説明図。
【符号の説明】
１０  航空機
１２  姿勢センサ
１４  高度センサ
１８  ロール軸制御演算装置
２０  ピッチ軸制御演算装置
２６  ロール軸操縦装置
２８  ピッチ軸操縦装置
３０，５０，７０，８０，１００  飛行制御演算装置
３４，３４Ａ  高度制御演算装置
３６  基準バンク角演算装置
４２  縦加速度センサ
４６  縦加速度制御演算装置
５２  旋回半径制御演算装置
５４  対地上目標水平距離計算装置
５６  機体位置センサ
７２  速度制御演算装置
８２  旋回時基準バンク角・基準加速度設定装置
８４  逸脱量計算装置
８６，８８  飛行コース保持制御演算装置
９０，９２  信号切換器
１０２  垂直面・水平面加速度計算装置
１０４  指令変換装置
【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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