(57)【要約】   実施形態に係る損傷検知システムは、物理量検出ユニット、飛行条件変更部及び損傷検知部を有する。物理量検出ユニットは、航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出する。飛行条件変更部は、前記物理量検出ユニットによって前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させる。損傷検知部は、変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から前記物理量検出ユニットで検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する。
2018055827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出する物理量検出ユニットと、
前記物理量検出ユニットによって前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させる飛行条件変更部と、
変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から前記物理量検出ユニットで検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する損傷検知部と、
を有する損傷検知システム。
【請求項２】
前記航空機の少なくとも１つの特定の飛行条件に対応する前記構造体の物理量であって前記構造体に損傷が存在しない状態に対応する物理量を、対応する特定の飛行条件と関連付けて記憶する記憶装置を更に備え、
前記飛行条件変更部は、前記物理量検出ユニットによって前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を前記記憶装置に記憶された特定の飛行条件に変更させる一方、
前記損傷検知部は、変更後の前記特定の飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から前記物理量検出ユニットで検出された物理量と、変更後の前記特定の飛行条件に関連付けて前記記憶装置に記憶された、前記構造体に損傷が存在しない状態に対応する前記物理量とに基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定するように構成される請求項１記載の損傷検知システム。
【請求項３】
前記飛行条件変更部は、前記航空機の操縦者に対して前記特定の飛行条件への変更を通知することによって、前記航空機の飛行条件を前記操縦者の手動で変更させるように構成される請求項１又は２記載の損傷検知システム。
【請求項４】
前記飛行条件変更部は、前記航空機の飛行制御システムを制御することによって、前記航空機の飛行条件を自動的に前記特定の飛行条件に変更させるように構成される請求項１又は２記載の損傷検知システム。
【請求項５】
前記物理量検出ユニットは、
前記構造体に超音波を伝播させる超音波発振器と、
前記構造体を伝播する前記超音波を受信する超音波センサと、
前記超音波センサで受信された前記超音波の波形の基準波形からの変化に基づいて前記構造体の歪量を検出する歪量検出部と、
を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の損傷検知システム。
【請求項６】
前記物理量検出ユニットは、
前記構造体において生じた歪を検出する歪センサと、
前記歪センサからの検出信号に基づいて前記構造体の歪量を検出する歪量検出部と、
を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の損傷検知システム。
【請求項７】
前記飛行条件は、前記航空機の荷重倍数、対気速度及び角速度の少なくとも１つを含む請求項１乃至６のいずれか１項に記載の損傷検知システム。
【請求項８】
前記損傷検知部は、前記航空機に据付けられた温度センサから取得された温度、前記航空機に据付けられた加速度センサから取得された加速度及び前記航空機に据付けられた歪ゲージから取得された歪量の少なくとも１つに基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定するように構成される請求項１乃至７のいずれか１項に記載の損傷検知システム。
【請求項９】
前記物理量検出ユニットは、
変更後の前記特定の飛行条件での前記航空機の飛行中において前記超音波発振器から発振される前記超音波の振幅及び周波数の少なくとも一方を変化させる超音波制御部を更に備え、
前記損傷検知部は、振幅及び周波数の少なくとも一方を変化させて前記超音波発振器から発振され、前記構造体を伝播した複数の超音波の各波形のそれぞれの基準波形からの変化に基づいて検出された複数の歪量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定するように構成される請求項５記載の損傷検知システム。
【請求項１０】
前記飛行条件変更部は、前記損傷検知部において前記構造体に損傷が生じたか否かを判定できない場合には、前記航空機の飛行条件を別の特定の飛行条件に変更させるように構成される請求項１乃至９のいずれか１項に記載の損傷検知システム。
【請求項１１】
航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出するステップと、
前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させるステップと、
変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定するステップと、
を有する損傷検知方法。
【請求項１２】
前記航空機の少なくとも１つの特定の飛行条件に対応する前記構造体の物理量であって前記構造体に損傷が存在しない状態に対応する物理量を、対応する特定の飛行条件と関連付けて予め記憶しておき、
前記航空機の飛行中において前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を記憶された特定の飛行条件に変更させる一方、変更後の前記特定の飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から検出された物理量と、変更後の前記特定の飛行条件に関連付けて記憶された前記構造体の物理量であって前記構造体に損傷が存在しない状態に対応する前記物理量とに基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する請求項１１記載の損傷検知方法。
【請求項１３】
前記航空機の飛行条件を、前記構造体に生じた損傷が拡大する飛行条件に変更させ、拡大した損傷に起因して生じた歪量の検出結果に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する請求項１１記載の損傷検知方法。
【請求項１４】
前記航空機の飛行条件を、前記構造体に生じた損傷によって生じる歪量が増加する飛行条件に変更させ、増加した歪量の検出結果に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する請求項１１記載の損傷検知方法。
【請求項１５】
前記航空機の飛行条件を、前記航空機の飛行によって生じる前記構造体の歪量が低減されるように決定された特定の飛行条件に変更させる請求項１１記載の損傷検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、損傷検知システム及び損傷検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の機体が損傷した場合には、速やかに損傷を検知することが重要である。このため、航空機の機体に生じた損傷を検知するための様々な技術が提案されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。具体例として、航空機の構造体にセンサを配置し、センサで超音波を検出することによって損書を検出する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９４９７４号公報
【特許文献２】特表２００８−５３６７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の損傷検知技術は、地上での航空機検査には適しているが、飛行中において高精度に損傷を検知することが困難である。これは、航空機の飛行中には、損傷のみならず、機体の運動や振動等の損傷以外の原因によっても航空機を構成する構造体に歪が生じるためである。【０００５】
そこで、本発明は、飛行中において航空機の損傷をより高精度に検知できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る損傷検知システムは、物理量検出ユニット、飛行条件変更部及び損傷検知部を有する。物理量検出ユニットは、航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出する。飛行条件変更部は、前記物理量検出ユニットによって前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させる。損傷検知部は、変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から前記物理量検出ユニットで検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する。【０００７】
また、本発明の実施形態に係る損傷検知方法は、航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出するステップと、前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させるステップと、変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定するステップとを有するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る損傷検知システムの構成図。
【図２】図１に示す損傷検知システムにより、飛行中の航空機の構造体に損傷が発生したか否かをパッシブ損傷検知モードで判定する流れの一例を示すフローチャート。
【図３】図１に示す損傷検知システムにより、飛行中の航空機の構造体に損傷が発生したか否かをアクティブ損傷検知モードで判定する流れの一例を示すフローチャート。
【図４】図２又は図３に示すフローで損傷が検知された場合における航空機のミッション更新の流れの一例を示すシーケンスチャート。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る損傷検知システムの構成図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る損傷検知システムの構成図。
【実施形態】
【０００９】
本発明の実施形態に係る損傷検知システム及び損傷検知方法について添付図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
（構成及び機能）
図１は本発明の第１の実施形態に係る損傷検知システムの構成図である。
【００１１】
損傷検知システム１は、飛行中の航空機を構成する構造体２に損傷が生じたか否かを判定するシステムである。損傷検知システム１は、物理量検出ユニット３、飛行条件変更部４、損傷検知部５及び記憶装置６を有する。
【００１２】
物理量検出ユニット３は、航空機の飛行中において航空機を構成する構造体２の物理量を検出する装置である。物理量検出ユニット３によって検出対象となる物理量は、構造体２に損傷が生じた場合に変化する所望の物理量とされる。構造体２に損傷が生じた場合に変化する典型的かつ検出が容易な物理量としては、構造体２の歪量、振動及び加速度が挙げられる。従って、物理量検出ユニット３では、構造体２の歪量、振動及び加速度の少なくとも１つを検出するようにしてもよい。
【００１３】
尚、振動は、微小な歪量の時間変化であるため、微小な歪量の時間変化として振動を検出することもできる。つまり、適切な時間分解能で歪量の時間変化を検出することによっても、振動を検出することができる。
【００１４】
以降では、主として物理量検出ユニット３が構造体２の歪量を検出する場合を例に説明するが、加速度等の歪量以外の物理量を検出する場合においても同様である。
【００１５】
飛行条件変更部４は、物理量検出ユニット３によって構造体２の物理量が検出された場合に、航空機の荷重倍数、対気速度及び角速度の少なくとも１つを含む航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させる機能を有する。損傷検知部５は、変更後の飛行条件で飛行する航空機の構造体２から物理量検出ユニット３で検出された物理量に基づいて、構造体２に損傷が生じたか否かを判定する機能を有する。尚、航空機の翼等の構造体２に損傷が生じる主な原因としては、鳥や雹の衝突が挙げられる。
【００１６】
記憶装置６には、航空機の少なくとも１つの特定の飛行条件に対応し、かつ構造体２に損傷が存在しない状態に対応する歪量等の物理量が対応する特定の飛行条件と関連付けて記憶される。すなわち、記憶装置６には、航空機の飛行条件と、各飛行条件で飛行する航空機の、損傷が生じていない状態における構造体２に生じる物理量とが関連付けて保存される。実用的には、複数の飛行条件が物理量と関連付けて記憶装置６に保存される。従って、記憶装置６は、飛行条件と構造体２の歪量等の物理量との関係を示すデータベースとして機能する。
【００１７】
物理量検出ユニット３において構造体２の歪量を検出する場合には、物理量検出ユニット３は、図１に例示されるように、超音波発振器３Ａ、振動センサ３Ｂ、歪量検出部３Ｃ及び超音波制御部３Ｄで構成することができる。尚、構造体２の振動を検出する場合においても、上述したように、振動を高周波の歪量変化として検出することができるため、図１に例示される構成で検出することができる。また、構造体２の加速度を検出する場合であれば、振動センサ３Ｂに代えて、構造体２の加速度を検出する加速度センサを用いて物理量検出ユニット３を構成することができる。
【００１８】
超音波発振器３Ａは、構造体２に向けて超音波を発振し、構造体２に超音波を伝播させるアクチュエータ等の素子である。振動センサ３Ｂは、構造体２を伝播する超音波を受信するためのセンサである。振動センサ３Ｂは、音響センサとしての超音波振動子の他、超音波振動等の振動を高周波の歪量の変化として検出するファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）センサや位相シフトＦＢＧ（ＰＳ−ＦＢＧ：  Ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔｅｄ  ＦＢＧ）センサ等の光ファイバセンサで構成することができる。振動センサ３Ｂを光ファイバセンサで構成する場合には、光源や光フィルタ等の必要な光学素子が備えられる。
【００１９】
歪量検出部３Ｃは、振動センサ３Ｂで受信された超音波の波形の基準波形からの変化に基づいて構造体２の歪量を検出する機能を有する。すなわち、歪が生じていない状態における構造体２を伝播した超音波の波形を基準波形として予め取得しておくことができる。更に、歪が生じた構造体２を伝播した超音波の波形の、基準波形からの変化量と、歪量との関係を試験等によって予め取得しておくことができる。そうすると、構造体２を伝播した超音波の波形を観測することによって、構造体２に生じた歪の量を検出することができる。
【００２０】
尚、波形の変化量を求める対象としては、超音波波形の振幅、時間方向の積分値（面積）、最大値、平均値等の指標を用いることができる。また、振動センサ３Ｂからの出力信号に重畳するノイズを低減するために、アベレージングやフィルタ処理等の必要な信号処理を施すようにしてもよい。アベレージングを行う場合には、複数回、超音波の発振と検出が繰り返されることになる。
【００２１】
歪量検出部３Ｃにおいて歪量を検出することが可能な構造体２のエリアは、超音波を伝播させることが可能であり、かつ伝播した超音波を振動センサ３Ｂで十分な強度で受信することが可能なエリアとなる。従って、図１に例示されるように複数の超音波発振器３Ａ及び複数の振動センサ３Ｂを適切な間隔で配置することによって構造体２の広範囲のエリアをカバーすることができる。
【００２２】
尚、航空機に内蔵したセンサで構造の健全性を診断するシステムは、Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｈｅａｌｔｈ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ（ＳＨＭ）システムと呼ばれる。
【００２３】
超音波制御部３Ｄは、超音波発振器３Ａを駆動制御する装置である。超音波制御部３Ｄには、超音波発振器３Ａから発振される超音波の振幅及び周波数の少なくとも一方を変化させる機能を設けることができる。超音波発振器３Ａから発振される超音波の振幅及び周波数を変更できるようにすれば、構造体２の損傷検出に適した条件で超音波を発振することが可能となる。例えば、超音波の振幅又は周波数を大きくすれば、振動センサ３Ｂで超音波を検出することが容易となる。
【００２４】
構造体２に配置される振動センサ３Ｂを、光ファイバセンサ等の静的な歪を検出することが可能な歪センサで構成する場合には、構造体２に生じた損傷によって生じる歪を検出することができる。その場合には、歪量検出部３Ｃにおいて、ファイバセンサ等の歪センサからの出力信号に基づいて、構造体２の歪量を検出することが可能となる。従って、超音波発振器３Ａの動作をオフにして、歪センサとしても用いることが可能な振動センサ３Ｂで歪量を検出するようにしてもよい。
【００２５】
歪量検出部３Ｃにおいて構造体２の歪量が検出されると、歪量に基づいて構造体２に損傷が発生したか否かを判定することが可能となる。しかしながら、航空機の飛行中には、構造体２が振動したり、構造体２が変形することによって歪が生じることになる。このため、構造体２に生じた歪が、損傷によって生じた歪であるのか、或いは、構造体２の振動や変形によって生じた歪であるのかを峻別することが必要となる。換言すれば、構造体２の振動や変形によって生じる歪が、損傷の検出のための歪検出において飛行外乱としてノイズのように作用する。従って、航空機の飛行時において構造体２の損傷を検知するためには、飛行外乱による歪が存在する中で、損傷による歪を検出することが必要となる。
【００２６】
しかしながら、構造体２に生じた損傷が小さい場合には、損傷によって生じる歪量が、構造体２の振動や変形等の飛行外乱による歪量に比べて相対的に小さくなる。そのような場合には、損傷の発生前後における歪量の変化が小さくなり、損傷の検知が困難となる。すなわち、損傷の検知漏れや損傷の誤検知が発生する恐れがある。損傷が誤検知されれば、高度や速度等を下げるといった不要な飛行制限を受けることになる。逆に、小さな損傷を放置し、飛行制限を行わずに飛行を継続すれば、損傷が拡大して安全を脅かす恐れがある。
【００２７】
そこで、損傷検知システム１には、物理量検出ユニット３によって構造体２の歪が検出された場合に、航空機の飛行条件を、損傷の検知に適した特定の飛行条件に変更させる飛行条件変更部４が備えられる。飛行条件変更部４は、物理量検出ユニット３の歪量検出部３Ｃから構造体２の歪量の検出結果を取得し、歪量が損傷の検知に十分な大きさでない場合には、航空機の飛行制御システム７を制御することによって、航空機の飛行条件を、損傷の検知に適した特定の飛行条件に自動的に変更させることができるように構成されている。
【００２８】
一方、損傷検知部５は、物理量検出ユニット３の歪量検出部３Ｃから構造体２の歪量の検出結果を取得し、歪量が損傷の検知に十分な大きさである場合には、構造体２の歪量に基づいて損傷を検知する他、損傷の検知に適した変更後の飛行条件で飛行する航空機の構造体２から物理量検出ユニット３で検出された歪量に基づいて、構造体２に損傷が生じたか否かを判定するように構成されている。
【００２９】
損傷の検知に適した飛行条件としては、構造体２の振動や変形等の飛行外乱をできるだけ小さくする安定的な飛行条件の他、意図的に機体を不安定にする飛行条件が挙げられる。意図的に機体を不安定にする飛行条件の例としては、構造体２に生じた損傷が拡大する飛行条件及び構造体２に生じた損傷によって生じる歪量が増加する飛行条件が挙げられる。
【００３０】
航空機の飛行条件を、構造体２に生じた損傷が拡大する飛行条件に変更させれば、損傷が拡大する。すなわち、損傷が小さい場合であっても、危険がない範囲で意図的に機体を揺らす飛行条件で航空機を飛行させれば、損傷を拡大させることができる。このため、損傷に伴う歪の量も損傷を検知できる程度まで大きくなり、物理量検出ユニット３において検出された構造体２の歪量に基づいて、損傷検知部５において良好な精度で損傷を検知することが可能となる。すなわち、拡大した損傷に起因して生じた歪量の検出結果に基づいて、構造体２に損傷が生じたか否かを判定することが可能となる。
【００３１】
また、航空機の飛行条件を、構造体２に生じた損傷によって生じる歪量が増加する飛行条件に変更させる場合においても、損傷によって生じる歪量を、損傷を検知できる程度まで増加させることができる。すなわち、損傷によって生じる歪量の変化が歪量検出部３Ｃにおいて検出することが困難な程、小さい場合であっても、危険がない範囲で意図的に機体に荷重が負荷されるような飛行を行うことによって、損傷によって生じる歪量の変化を大きくすることができる。このため、損傷検知部５において、増加した歪量の検出結果に基づいて、構造体２に損傷が生じたか否かを判定することが可能となる。
【００３２】
一方、航空機の飛行条件を、航空機の飛行によって生じる構造体２の歪量が低減されるように決定された特定の飛行条件に変更させれば、損傷によって生じる歪量を、飛行外乱によって生じる歪量に対して相対的に大きくすることができる。つまり、飛行外乱によって、損傷に起因する歪量の検出が困難な場合には、安定飛行を行うことによって飛行外乱の影響を抑制し、損傷に起因する歪量の変化を検出できるようにすることができる。
【００３３】
或いは、航空機の飛行条件を、航空機の飛行によって生じる構造体２の歪量が既知の特定の飛行条件に変更させることもできる。この場合には、航空機の飛行によって生じる構造体２の歪量からの変動分として、損傷に起因する歪量を検出することが可能となる。従って、必ずしも、航空機の飛行によって生じる構造体２の歪量が低減される飛行条件とする必要はない。
【００３４】
これらの損傷の検知に適した特定の飛行条件は、予め試験やシミュレーション等によって決定し、記憶装置６に保存しておくことができる。そして、飛行条件変更部４は、記憶装置６に保存された１つの特定の飛行条件を選択して読み込み、航空機の現在の飛行条件を、選択された１つの特定の飛行条件に変更させることができるように構成される。
【００３５】
航空機の飛行条件を、意図的に機体を不安定にする飛行条件に変更することによって損傷を検知する場合や、逆に航空機の飛行条件を、航空機の飛行によって生じる構造体２の歪量が低減されるように決定された特定の飛行条件に変更する場合には、変更対象となる飛行条件を記憶装置６に保存しておくことができる。そして、損傷が原因で生じた可能性のある構造体２の歪が物理量検出ユニット３によって検出された場合には、航空機の飛行条件を記憶装置６に記憶された特定の飛行条件に変更させることができる。
【００３６】
記憶装置６には、複数の航空機の飛行条件を記憶させることもできる。その場合には、損傷が原因で生じた可能性のある構造体２の歪が物理量検出ユニット３によって検出された場合に、飛行条件を記憶装置６に保存された損傷の検知に適した初期の飛行条件に変更させ、変更後の飛行条件で航空機を飛行させても依然として、損傷検知部５において構造体２に損傷が生じたか否かを判定できない場合には、航空機の飛行条件を別の特定の飛行条件に変更させるようにすることができる。
【００３７】
また、航空機の飛行条件が同じであっても、超音波発振器３Ａから発振される超音波の振幅及び周波数の少なくとも一方が異なる場合には、損傷の検知に十分な大きさの歪を物理量検出ユニット３で検知できる場合がある。そこで、飛行条件を、記憶装置６に保存された損傷の検知に適した特定の飛行条件に変更させても、依然として、構造体２に損傷が生じたか否かを判定できない場合には、超音波制御部３Ｄの制御によって、変更後の特定の飛行条件での航空機の飛行中において超音波発振器３Ａから発振される超音波の振幅及び周波数の少なくとも一方を変化させることができる。
【００３８】
そして、振幅及び周波数の少なくとも一方を変化させて超音波発振器３Ａから発振され、構造体２を伝播した複数の超音波の各波形のそれぞれの基準波形からの変化に基づいて検出された複数の歪量に基づいて、損傷検知部５により、構造体２に損傷が生じたか否かを判定することができる。
【００３９】
尚、航空機の飛行条件、超音波の振幅及び超音波の周波数をパラメータとして、損傷検知に十分な大きさの歪量が検出されるまでパラメータを順次変化させるようにしてもよい。その場合には、変化させるパラメータの順序は任意である。すなわち、航空機の飛行条件を変えても損傷が検知できる程度に構造体２の歪量が大きくならなかった場合において超音波の振幅や周波数等の超音波発振条件を変化させたり、逆に、超音波発振条件を変化させても損傷が検知できる程度に構造体２の歪量が大きくならなかった場合において航空機の飛行条件を変えるようにしてもよい。
【００４０】
一方、航空機の飛行条件を、航空機の飛行によって生じる構造体２の歪量が既知の特定の飛行条件に変更させることによって損傷を検知する場合には、少なくとも１つの特定の飛行条件と、特定の飛行条件で航空機を飛行させた場合において構造体２に生じる歪量の組合わせが記憶装置６に保存される。この場合においても、複数の飛行条件と、複数の飛行条件に対応する複数の構造体２の歪量とを関連付けたテーブル又は関数を記憶装置６に保存することができる。
【００４１】
特定の飛行条件と構造体２の歪量が互いに関連付けられて記憶装置６に保存される場合には、損傷検知部５において、変更後の特定の飛行条件で飛行する航空機の構造体２から物理量検出ユニット３で検出された歪量と、変更後の特定の飛行条件に関連付けて記憶装置６に記憶された、構造体２に損傷が存在しない状態に対応する歪量とに基づいて、構造体２に損傷が生じたか否かを判定することができる。
【００４２】
具体的には、特定の飛行条件で飛行する航空機の構造体２から物理量検出ユニット３で検出された歪量の実測値から、構造体２に損傷が存在しない状態に対応する歪量を減算することによって、飛行外乱に起因する構造体２の歪量をキャンセルすることができる。その結果、損傷に起因する構造体２の歪量を検出することが可能となる。換言すれば、損傷検知部５において、構造体２に損傷が存在しない状態に対応する歪量を補正データとして、特定の飛行条件で飛行する航空機の構造体２から物理量検出ユニット３で検出された歪量の実測値から飛行外乱に起因する構造体２の歪量をキャンセルする補正を行うことができる。そして、補正後の構造体２の歪量に基づいて、損傷検知部５により、構造体２に損傷が生じたか否かを高精度に判定することができる。
【００４３】
尚、航空機の飛行条件が同一であっても、構造体２の温度や振動の大きさが大きく異なれば、構造体２の温度や振動の大きさに依存して構造体２の歪量が無視できない程度に変化する。特に、構造体２の温度が変化すれば、構造体２の剛性も変化するため、飛行外乱による構造体２の歪量が変化する。そこで、飛行条件ごとに１つの構造体２の歪量を記憶させずに、温度等の他のパラメータ別に構造体２の歪量を記憶させることができる。つまり、損傷の検知に適した飛行条件と、構造体２の温度や振動等の単一又は複数のパラメータとの組合わせに構造体２の歪量を関連付けて記憶装置６に保存することができる。
【００４４】
典型的な航空機には、構造体２の温度や振動を検出するためのセンサ群８が備えられている。センサ群８を構成する代表的なセンサとしては、温度センサ８Ａ、加速度センサ８Ｂ及び歪ゲージ８Ｃが挙げられる。温度センサ８Ａを用いれば、構造体２の温度を測定することができる。一方、加速度センサ８Ｂを用いれば、構造体２の加速度の時間変化として振動を検出することができる。また、歪ゲージ８Ｃを用いれば、構造体２の静的な歪量及び低周波の歪量変化を検出することができる。
【００４５】
そこで、損傷検知部５において、航空機の構造体２に据付けられた温度センサ８Ａから取得された構造体２の温度及び航空機の構造体２に据付けられた加速度センサ８Ｂから取得された構造体２の加速度及び航空機の構造体２に据付けられた歪ゲージ８Ｃから取得された構造体２の歪量の少なくとも１つに基づいて、構造体２に損傷が生じたか否かを判定することができる。
【００４６】
具体例として、損傷の検知に適した特定の飛行条件及び構造体２の温度や加速度変化として捉えられる振動等のパラメータの組合わせに関連付けられた構造体２の歪量を記憶装置６から取得し、取得した歪量を、特定の飛行条件で飛行する航空機の構造体２から物理量検出ユニット３で検出された歪量の実測値から減算することによって、損傷に起因して構造体２に生じた歪の大きさを求めることができる。そして、損傷に起因して構造体２に生じた歪の大きさに基づいて、構造体２に損傷が生じたか否かを高精度に判定することができる。
【００４７】
また、物理量検出ユニット３で構造体２の加速度を検出する場合であれば、物理量検出ユニット３で検出された構造体２の加速度の実測値から加速度センサ８Ｂで検出された構造体２の加速度の実測値を減算することによって、損傷に起因して構造体２に生じた加速度を求めることができる。このため、損傷に起因して構造体２に生じた加速度に基づいて、構造体２に損傷が生じたか否かを高精度に判定することができる。
【００４８】
或いは、別の例として、物理量検出ユニット３で検出された構造体２の歪量の実測値から、歪ゲージ８Ｃから取得された構造体２の歪量の実測値を減算することによっても、損傷に起因して構造体２に生じた歪の大きさを求めることができる。
【００４９】
損傷検知部５では、損傷の有無に加えて、損傷のサイズ、損傷の発生エリア及び損傷の発生位置等を検知できるようにしてもよい。これらの検知方法は任意である。例えば、損傷の有無は、上述したように損傷に起因する歪が、一定の歪量で検出されたか否かに基づいて判定することができる。具体的には、経験的に決定された閾値を超える歪量の歪又は経験的に決定された閾値以上の歪量の歪が、損傷に起因して発生した歪である判定された場合には、構造体２に損傷が発生したと判定することができる。
【００５０】
また、損傷のサイズと、構造体２の歪量との関係を予め試験等によって求めておけば、損傷に起因して生じた歪の大きさを測定することによって、損傷のサイズを推定することができる。更に、構造体２に複数の振動センサ３Ｂを配置し、損傷に起因する歪が検出された振動センサ３Ｂを特定すれば、損傷の発生エリアを特定することができる。また、複数の振動センサ３Ｂで検出された歪量の分布を解析すれば、損傷の位置を推定することができる。或いは、超音波を発振させる超音波発振器３Ａを切換えながら、詳細な損傷の検知を行うことによっても、損傷の位置や損傷の発生エリアを特定することができる。
【００５１】
損傷の有無、サイズ、発生エリア或いは発生位置等が検知された場合には、損傷の検知結果として記録することができる。また、損傷の検知結果に基づいて、航空機の高度や速度等の飛行条件を制限したり、航空機が無人機であれば無人機のミッションを変更することもできる。その場合には、損傷検知部５から飛行制御システム７等の必要なシステムに制御信号を出力することによって自動的に飛行条件の制限やミッションの変更を行うことができるようにすることができる。
【００５２】
尚、無人機のミッションとしては、観測、撮影或いは農薬散布等のための飛行経路、目標地点、標的等が挙げられる。また、有人機であっても、目的地等のミッションを損傷の検知結果に基づいて変更することができる。
【００５３】
以上のような損傷検知システム１を構成する構成要素のうち、電気信号の処理を行う構成要素は、電気回路で構成することができる。また、デジタル情報の処理を行う構成要素は、コンピュータにプログラムを読込ませた電子回路によって構成することができる。光ファイバセンサが振動センサ３Ｂとして用いられる場合には、振動センサ３Ｂから光信号が出力されることになる。このため、物理量検出ユニット３を構成するために、光信号を処理するための光学素子の他、光電変換回路を備えることができる。また、光電変換回路によって光信号から変換される電気信号をデジタル信号に変換して信号処理を行う場合には、Ａ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ）変換器も構成要素として用いられる。
【００５４】
上述の他、損傷検知システム１には、損傷の検知条件を設定するためのユーザインターフェースや損傷の検出結果の出力用のユーザインターフェースとして必要に応じて入力装置１０及び表示装置１１を備えることができる。
【００５５】
例えば、航空機が有人機であれば、航空機の飛行中において操縦者が入力装置１０の操作によって、損傷の検知タイミング、損傷の検知間隔、損傷の検知のために超音波発振器３Ａから超音波を発振させるか否か、超音波の発振タイミング等の損傷の検知条件を設定できるようにすることができる。一方、航空機が無人機である場合においても、航空機のユーザが航空機の飛行前に入力装置１０の操作によって上述したような損傷の検知条件を設定できるようにすることができる。
【００５６】
また、航空機が有人機であれば、損傷の検知結果を表示装置１１に表示させることができる。一方、航空機が無人機である場合においても、航空機の飛行後において航空機のユーザが損傷の検知結果を確認できるように、損傷の検知結果を表示装置１１に表示させることができる。
【００５７】
（動作及び作用）
次に損傷検知システム１による航空機構造体の損傷検知方法について説明する。
【００５８】
まず、物理量検出ユニット３の振動センサ３Ｂをファイバセンサ等の歪センサで構成し、超音波発振器３Ａの動作をオフにして構造体２の損傷を検知する場合の流れについて説明する。以降では、超音波発振器３Ａから超音波を発振せずに、歪センサで構造体２に生じた歪量を測定し、測定した歪量に基づいて損傷検知部５が損傷の有無を検知するモードをパッシブ損傷検知モードと称する。
【００５９】
一方、超音波発振器３Ａの動作をオンにして超音波を発振させ、構造体２を伝播した超音波の振動を振動センサ３Ｂで検出することによって構造体２の歪量を算出し、算出した構造体２の歪量に基づいて損傷検知部５が損傷の有無を検知するモードをアクティブ損傷検知モードと称する。
【００６０】
パッシブ損傷検知モードとアクティブ損傷検知モードは、航空機が無人機であれば航空機のユーザが、航空機が有人機であれば航空機の操縦者や整備士等が、いずれかを選択できるようにすることができる。或いは、パッシブ損傷検知モードとアクティブ損傷検知モードとを併用することもできる。具体例として、パッシブ損傷検知モードで損傷が発生した疑いがあると判定された場合に、アクティブ損傷検知モードで損傷の検知を行うようにすることもできる。
【００６１】
また、以降では、損傷の検知に適した特定の飛行条件で航空機が飛行するモードを、損傷検知飛行モードと称する。
【００６２】
図２は、図１に示す損傷検知システム１により、飛行中の航空機の構造体２に損傷が発生したか否かをパッシブ損傷検知モードで判定する流れの一例を示すフローチャートである。
【００６３】
まず、航空機の飛行前において、入力装置１０の操作によってパッシブ損傷検知モード単独又はパッシブ損傷検知モードで損傷の疑いが検知された場合にアクティブ損傷検知モードに切換えて損傷の検知を行う損傷検知モードが指定される。或いは、航空機が有人機であれば、飛行後に操縦者が入力装置１０の操作によってパッシブ損傷検知モード単独又はパッシブ損傷検知モードで損傷の疑いが検知された場合にアクティブ損傷検知モードで損傷の検知を行う損傷検知モードを指定するようにしてもよい。
【００６４】
航空機が飛行すると、ステップＳ１において、航空機の飛行中において、航空機を構成する構造体２の歪が、物理量検出ユニット３に振動センサ３Ｂとして備えられる歪センサによって検出される。航空機の飛行中には、機体の運動によって構造体２に変形が生じる。従って、少なくとも機体の運動によって生じる構造体２の変形を含む歪が歪センサによって検出される。歪センサによって検出された歪の検出信号は、歪量検出部３Ｃに出力される。歪量検出部３Ｃでは、構造体２の歪量が取得される。取得された構造体２の歪量は、歪量検出部３Ｃから損傷検知部５に通知される。
【００６５】
次に、ステップＳ２において、損傷検知部５は、損傷を十分な精度で検知することが可能な歪量で構造体２に歪が生じたか否かを判定する。具体例として、損傷検知部５は、歪量検出部３Ｃにおいて取得された構造体２の歪量が、第１の閾値以上又は第１の閾値を超える変化量で時間的に変化したか否かを判定する。第１の閾値は、構造体２に検知すべき損傷が発生した可能性がある場合における最小の構造体２の歪量として経験的に決定される閾値である。
【００６６】
尚、検知すべき損傷の程度は航空機のミッションに応じて異なる場合がある。具体例として、無人の非防衛機であれば、安全性を重視して僅かな損傷でも検知することが望まれる。一方、防衛機の場合には、被弾等による大きな損傷については検知すべきであるが、雹等の衝突による小さな損傷については無視してよいという場合がある。
【００６７】
従って、航空機のミッションに応じて検知すべき損傷に対応する閾値を経験的に決定することができる。換言すれば、航空機のミッションに要求される損傷の検知精度が確保されるように、構造体２の歪量に対する閾値を決定することが適切である。具体的には、小さな損傷を無視する場合には、構造体２の歪量に対して基準となる閾値を大きく設定する一方、小さな損傷であっても検知すべき場合には、構造体２の歪量に対して基準となる閾値を小さく設定すればよい。
【００６８】
歪量検出部３Ｃにおいて取得された構造体２の歪量が、第１の閾値以上又は第１の閾値を超える変化量で時間的に変化していない場合には、構造体２には検知すべき損傷が発生していないと判定することができる。この場合には、構造体２の歪量が、引続き物理量検出ユニット３によってモニタリングされる。
【００６９】
歪量検出部３Ｃにおいて取得された構造体２の歪量が、第１の閾値以上又は第１の閾値を超える変化量で時間的に変化している場合には、構造体２に損傷が発生した可能性があることになる。そこで、損傷検知部５は、歪量検出部３Ｃにおいて取得された構造体２の歪量が、第２の閾値以上又は第２の閾値を超える変化量で時間的に変化したか否かを判定する。第２の閾値は、構造体２に検知すべき程度の損傷が発生したと判定できる場合における最小の構造体２の歪量として経験的に決定される閾値である。
【００７０】
従って、歪量検出部３Ｃにおいて取得された構造体２の歪量が、第２の閾値以上又は第２の閾値を超える変化量で時間的に変化した場合には、構造体２には損傷が発生した判定することができる。この場合には、ステップＳ２の判定において、ＹＥＳ、すなわち検知すべき程度の損傷を十分な精度で検知することが可能な歪量で構造体２に歪が生じたと判定することができる。
【００７１】
一方、歪量検出部３Ｃにおいて取得された構造体２の歪量が、第１の閾値以上又は第１の閾値を超える変化量で時間的に変化しているが、第２の閾値以上又は第２の閾値を超える変化量で時間的に変化していない場合には、構造体２に損傷が発生した可能性があるが、損傷が発生したか否かを判定できない状態であるということになる。この場合には、ステップＳ２の判定において、ＮＯ、すなわち損傷を十分な精度で検知することが可能な歪量で構造体２に歪が生じていないと判定される。
【００７２】
ステップＳ２の判定において、ＮＯと判定された場合には、現在の航空機の飛行条件を、損傷の検知に適した特定の飛行条件に変更する指示が、損傷検知部５から飛行条件変更部４に通知される。すなわち、損傷検知飛行モードでの飛行が損傷検知部５から飛行条件変更部４に通知される。
【００７３】
そうすると、ステップＳ３において、飛行条件変更部４は、航空機の飛行条件を損傷の検知に適した特定の飛行条件に変更させる。具体的には、飛行条件変更部４が記憶装置６から損傷の検知に適した１つの飛行条件を読み込む。そして、飛行条件変更部４は、読み込んだ飛行条件で航空機が飛行するように、飛行制御システム７を制御する。これにより、航空機が損傷検知飛行モードでの飛行に移行する。すなわち、予め損傷の検知に適した荷重倍数、対気速度及び角速度等の飛行条件で航空機が飛行する。
【００７４】
次に、ステップＳ４において、物理量検出ユニット３により、変更後の飛行条件で飛行する航空機の構造体２から歪量が検出される。検出された構造体２の歪量は、物理量検出ユニット３から損傷検知部５に通知される。
【００７５】
例えば、損傷や損傷に起因して生じる構造体２の歪量が拡大するように決定された飛行条件で航空機が飛行すれば、損傷に起因して生じる構造体２の歪量が拡大する。このため、物理量検出ユニット３により検出される構造体２の歪量は、飛行条件の変更前に比べて大きくなる。
【００７６】
或いは、航空機の飛行に起因する構造体２の歪量が減少するように決定された飛行条件で航空機が飛行すれば、損傷に起因して生じる構造体２の歪量が、航空機の飛行に起因する構造体２の歪量に対して相対的に大きくなる。このため、構造体２に複数の歪センサが配列されている場合であれば、歪量の２次元分布の特異点として歪量が他の部分に対して相対的に大きい箇所を特定することが可能となる場合がある。
【００７７】
また、航空機の飛行に起因する構造体２の歪量が既知である飛行条件で航空機が飛行すれば、航空機の飛行に起因する構造体２の歪量が、記憶装置６に飛行条件に関連付けて記憶された既知の歪量となる。このため、物理量検出ユニット３では、飛行条件に対応する既知の歪量に、損傷によって生じ得る歪量が重畳された歪量が検出されることになる。
【００７８】
航空機の飛行に起因する構造体２の歪量が既知である飛行条件で航空機を飛行させる場合には、ステップＳ５において、既知の歪量に基づく飛行外乱の補正によって、航空機の飛行に起因する構造体２の歪量が物理量検出ユニット３において検出された歪量からキャンセルされる。具体的には、物理量検出ユニット３において検出された歪量から記憶装置６に飛行条件に関連付けて記憶された既知の歪量が減算される。つまり、構造体２の歪量の実測値から、構造体２に損傷が生じていない状態における理想的な歪量が差し引かれる。これにより、損傷によって生じた構造体２の歪量を求めることができる。
【００７９】
また、航空機の飛行に起因する構造体２の歪量が既知である飛行条件で航空機を飛行させる場合であるか否かに依らず、飛行荷重倍数、対気速度、角速度等の飛行条件を航空機に備えられる各種センサで測定することができる。そして、予め試験等によって求められた各飛行条件と構造体２の歪量との関係を表すデータベースと、各種センサによる飛行条件の測定結果に基づいて、航空機の飛行に起因する構造体２の歪量を求めることができる。この場合においても、航空機の飛行に起因する構造体２の歪量を、物理量検出ユニット３において検出された歪量から減算することによって、損傷によって生じた構造体２の歪量を求めることができる。このため、飛行条件の制御値ではなく、飛行条件の測定値に基づいて、航空機の飛行に起因する構造体２の歪量を求めるようにしてもよい。尚、各飛行条件と構造体２の歪量との関係を表すデータベースは、記憶装置６に保存しておくことができる。
【００８０】
また、構造体２の剛性は、温度依存性を有するため、構造体２の歪量も構造体２の温度によって変化する。そこで、損傷が存在しない場合における、飛行条件に対応する歪量を温度ごとに予め取得し、記憶装置６に保存しておくことができる。その場合には、損傷検知部５が、構造体２に据付けられた温度センサ８Ａから構造体２の温度を取得し、構造体２の温度に基づいて、損傷が存在しない場合における構造体２の歪量をより高精度に求めることができる。このため、損傷が存在しない場合における構造体２の温度毎の歪量を、物理量検出ユニット３において検出された歪量から減算することによって、一層高精度に損傷によって生じた構造体２の歪量を求めることができる。
【００８１】
また、構造体２の歪量は、航空機の飛行による空力振動によって変化する。そこで、航空機の構造体２に据付けられた加速度センサ８Ｂから航空機の飛行による構造体２の振動の大きさ等を加速度の時間変化として取得し、航空機の飛行による構造体２の振動量に対応する構造体２の歪量を、物理量検出ユニット３において検出された歪量から減算するようにすることもできる。この場合においても、損傷によって生じた構造体２の歪量を求めることができる。
【００８２】
このように、記憶装置６に保存された飛行条件に対応する既知の構造体２の歪量、温度センサ８Ａから取得される構造体２の温度に対応する歪量、加速度センサ８Ｂから取得される構造体２の加速度に対応する構造体２の歪量等を補正データとして、物理量検出ユニット３において検出された歪量の外乱補正を行うことができる。すなわち、航空機の飛行に起因する構造体２の歪量をキャンセルする補正を行うことができる。
【００８３】
尚、航空機の飛行に起因する構造体２の歪量が減少するように決定された飛行条件で航空機を飛行させる場合や、損傷や損傷に起因して生じる構造体２の歪量が拡大するように決定された飛行条件で航空機を飛行させる場合には、歪量の外乱補正を省略してもよい。
【００８４】
損傷検知部５において必要な外乱補正が完了すると、損傷によって生じた構造体２の歪量が取得される。或いは、外乱補正が省略される場合には、損傷によって生じた構造体２の歪量の成分が強調された歪量が取得される。
【００８５】
そうすると、ステップＳ６において、損傷検知部５は、損傷を十分な精度で検知することが可能な歪量で構造体２に歪が生じたか否かを再び判定する。この場合においても、ステップＳ２における判定と同様に、構造体２に損傷が発生した可能性があるか否かを判定するための粗い閾値との比較を行う閾値処理と、構造体２に損傷が発生したか否かを判定するための厳格な閾値との比較を行う閾値処理を実行することができる。
【００８６】
外乱補正が行われた場合であれば、損傷によって生じた構造体２の歪量が閾値処理の対象となる。一方、外乱補正が行われなかった場合であれば、損傷によって生じた構造体２の歪量の成分が強調された歪量が閾値処理の対象となる。
【００８７】
ステップＳ６の判定において、依然として損傷の可能性があるが損傷を検知することができないと判定された場合には、ステップＳ７において損傷検知部５により全ての特定の飛行条件に変更済であると判定されるまで、ステップＳ３からの飛行条件の変更、変更後の飛行条件に対応する構造体２の歪量の検出、必要な外乱補正及び損傷の検知が可能であるか否かの判定が繰返される。すなわち、十分な精度で損傷が検知可能であるか否かという判定結果に基づいて、十分な精度で損傷が検知可能であると判定されるまで飛行条件を順次変更するフィードバック制御が実行される。
【００８８】
そして、ステップＳ７において損傷検知部５により全ての飛行条件に変更済であると判定された場合には、十分な精度で損傷が検知されなかったことになるため、損傷検知部５は、ステップＳ８において十分な精度で損傷が検出されなかったと判定する。
【００８９】
一方、ステップＳ２又はステップＳ６における判定において、損傷の検知が可能であると判定された場合には、損傷検知部５が、ステップＳ９において構造体２に損傷ありと判定する。そして、ステップＳ１０において損傷検知部５は、飛行制御システム７等の必要なシステムに制御信号を出力することによって自動的に飛行条件の制限やミッションの変更を行うことができる。
【００９０】
以上のように、物理量検出ユニット３において構造体２に損傷によって生じた可能性がある歪が検出されているが、損傷によって歪が生じたか否かを正確に判定できない場合には、航空機の飛行条件を変更させ、変更後の飛行条件で飛行する航空機の構造体２から検出された歪量に基づいて、構造体２に損傷が生じたか否かを判定することができる。特に、航空機の飛行条件を。構造体２の歪量が既知の飛行条件に変更した場合には、変更後の特定の飛行条件で飛行する航空機の構造体２から検出された歪量と、変更後の特定の飛行条件に関連付けて記憶装置６に記憶された構造体２の歪量であって構造体２に損傷が存在しない状態に対応する歪量とに基づいて、構造体２に損傷が生じたか否かを判定することができる。
【００９１】
次に、アクティブ損傷検知モードで損傷の検知を行う場合について説明する。アクティブ損傷検知モードでの損傷検知は、例えば、パッシブ損傷検知モードで損傷が発生した疑いがあると判定された場合に実行することができる。もちろん、パッシブ損傷検知モードでの損傷の検知結果とは無関係に、アクティブ損傷検知モードでの損傷検知を実行することもできる。
【００９２】
図３は、図１に示す損傷検知システム１により、飛行中の航空機の構造体２に損傷が発生したか否かをアクティブ損傷検知モードで判定する流れの一例を示すフローチャートである。尚、図３に示すフローチャートにおいて、図２に示すフローチャートのステップと同様なステップには同符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９３】
アクティブ損傷検知モードで損傷の検知を行う場合には、ステップＳ１及びステップＳ４における構造体２の歪量の検出のために、超音波発振器３Ａから構造体２の検査エリアに向けて超音波が発振される。従って、超音波を発振させるトリガを生成することが必要である。
【００９４】
超音波の発振タイミングは、任意に決定することができる。例えば、航空機が有人機であれば、操縦者がボタンを押すことによって超音波を発振できるようにすることができる。すなわち、入力装置１０の操作によって手動で超音波を発振できるようにすることができる。
【００９５】
或いは、ステップＳ１における構造体２の歪量の検出については、超音波を発振せずに受動的に行い、ステップＳ３において飛行条件が変更された場合には、飛行条件の変更をトリガとしてステップＳ４において超音波を発振するようにしてもよい。
【００９６】
また、構造体２の歪量を検出するために超音波を発振する場合には、超音波の発振条件を変更することによって、構造体２の歪量を変化させることができる。そこで、飛行条件の変更に加えて、超音波の発振条件についても、損傷を十分な精度で検出できると判定されるまで変化させることができる。つまり、十分な精度で損傷が検知可能であると判定されるまで超音波の発振条件を変化させるフィードバック制御を行うことができる。
【００９７】
具体的には、図３に示すように、飛行条件の変更後において十分な精度で損傷が検知可能ではないが、損傷が発生した可能性があると判定される場合には、ステップＳ２０において、超音波の発振条件が変更される。変更対象となる超音波の発振条件としては、振幅及び周波数が挙げられる。例えば、超音波の振幅を増加させれば、損傷の検出感度の向上に繋がる。また、超音波の周波数を増加させれば、損傷検出において距離分解能を向上させることができる。エネルギ効率の観点からは、超音波の振幅及び周波数の初期値を、エネルギが小さい振幅及び周波数とし、損傷が検知できない場合には徐々に振幅及び周波数を増加させている超音波の加振制御が好適である。
【００９８】
超音波の発振条件が変更されると、ステップＳ２１において、再び損傷検知部５により損傷の検知が可能な程度の歪量が検出されたか否かが判定される。具体的には、変更後の発振条件で超音波発振器３Ａから発振された超音波が構造体２を伝播して振動センサ３Ｂで受信され、振動センサ３Ｂから受信された超音波の波形を表す超音波検出信号が歪量検出部３Ｃに出力される。
【００９９】
歪量検出部３Ｃでは、構造体２に歪が存在しない場合における超音波の基準波形と、振動センサ３Ｂで受信された超音波の波形が比較される。そして、構造体２に歪が存在しない場合における超音波の基準波形からの、振動センサ３Ｂで受信された超音波の波形の乖離量に基づいて構造体２の歪量が算出される。そして、算出された構造体２の歪量が損傷の有無を判定するための閾値と比較され、閾値以上又は閾値を超えると判定される場合には、損傷を検知することが可能な歪量で構造体２に歪が生じたと判定することができる。
【０１００】
一方、変更後の超音波の発振条件に対応する構造体２の歪量が、損傷の有無を判定するための閾値以上又は閾値を超えると判定されない場合には、損傷を検知することが可能な歪量で構造体２に歪が生じていないと判定することができる。従って、ステップＳ２１における判定はＮＯとなる。
【０１０１】
損傷を検知することが可能な歪量で構造体２に歪が生じていないと判定された場合には、ステップＳ２２において、プリセットされた選択可能な全ての超音波発振条件への変更が完了するまで、超音波の発振条件を順次変更しながら歪量の検出及び損傷の検知が可能であるか否かの判定が繰返される。また、超音波の発振条件を変更しても、依然として十分な精度での損傷の検知ができない場合には、航空機の飛行条件が変更される。
【０１０２】
このように、損傷を十分な精度で検知できるか否かという判定結果を、航空機の飛行条件に限らず、超音波の発振条件にもフィードバックすることができる。
【０１０３】
次に、損傷検知システム１を備えた航空機自体の制御も含む全体の情報処理及び制御の流れについて説明する。
【０１０４】
図４は、図２又は図３に示すフローで損傷が検知された場合における航空機のミッション更新の流れの一例を示すシーケンスチャートである。
【０１０５】
航空機が飛行すると、損傷検知システム１の物理量検出ユニット３では、構造体２の歪検出が開始される。そして、ステップＳ３０に示すように、構造体２の歪量の経時変化がモニタリングされる。例えば、パッシブ損傷検知モードで超音波を発振せずに構造体２の歪量を歪センサで常時モニタリングしても良いし、アクティブ損傷検知モードで予め指定した時間間隔で超音波を断続的に発振して構造体２の歪量を定期的に取得するようにしてもよい。
【０１０６】
損傷検知システム１によって航空機の構造体２から損傷が検知されなければ、ステップＳ３１に示すように、航空機の飛行制御システム７による制御によって、損傷が発生していない前提で予め決定された飛行制限下で、予め決定された飛行経路に沿って航空機が飛行する。また、ステップＳ３２に示すように、航空機は、損傷が発生していない前提で予め決定されたミッションに従って飛行する。
【０１０７】
ステップＳ３３に示すように、航空機の飛行中において構造体２が被弾、被雷或いは鳥の衝突等のアクシデントによって損傷すると衝撃による振動波が生じ、ステップＳ３４に示すように、構造体２の歪量が変化する。そうすると、ステップＳ３５において、損傷検知部５では、少なくとも損傷の可能性を検知することができる。具体的には、損傷を検知するための構造体２の歪量に対する閾値よりも小さい閾値で閾値処理が行われ、損傷を確実に検知できないものの損傷が発生した可能性を検知することができる。
【０１０８】
損傷検知部５において、損傷の疑いが検知された場合には、ステップＳ３６において、航空機の飛行モードが通常の飛行モードから損傷検知飛行モードに変更される。すなわち、飛行条件変更部４は、損傷の検知に適した特定の飛行条件を記憶装置６から読込んで飛行制御システム７に通知する。そうすると、飛行制御システム７は、飛行条件変更部４から通知された特定の飛行条件に、航空機の飛行条件を変更させる制御を行う。これにより、航空機を損傷検知飛行モードで飛行させることができる。
【０１０９】
損傷検知飛行モードでの飛行中においても、ステップＳ３７に示すように、パッシブ損傷検知モード又はアクティブ損傷検知モードで構造体２の歪量が検出される。検出された構造体２の歪量は、損傷検知部５に与えられる。そうすると、ステップＳ３８において、損傷検知部５は、損傷検知飛行モードでの飛行中において検出された構造体２の歪量に基づいて損傷の有無を検知する。
【０１１０】
ステップＳ３８において十分な精度で損傷の有無が検知できなかった場合には、ステップＳ３６において航空機の飛行モードが、別の飛行条件で飛行する損傷検知飛行モードに更新される。すなわち、飛行条件変更部４は、損傷の検知に適した別の特定の飛行条件を記憶装置６から読込んで飛行制御システム７に通知する。そうすると、飛行制御システム７は、飛行条件変更部４から通知された別の特定の飛行条件に、航空機の飛行条件を変更させる制御を行う。これにより、航空機を更新された損傷検知飛行モードで飛行させることができる。
【０１１１】
このような、ステップＳ３６における損傷検知飛行モードの更新は、ステップＳ３８において損傷検知部５により十分な精度で損傷の有無が検知できるようになるまで繰返される。ステップＳ３８において損傷検知部５により構造体２の損傷が検知されると、損傷検知部５は必要に応じて構造体２に生じた損傷のサイズ、位置、エリア等を検出し、飛行制御システム７に通知する。
【０１１２】
そうすると、ステップＳ３９において、飛行制御システム７は、構造体２に生じた損傷のサイズ、位置、エリア等の損傷の検出情報に基づいて、航空機の飛行制限や飛行経路を更新する。すなわち、損傷によって強度が劣化した構造体２で荷重が耐えられるような飛行制限及び飛行経路が適用される。一方、ステップＳ４０において、航空機のミッションも、更新後の飛行制限及び飛行経路に合わせて更新される。また、ミッションが更新されると、必要に応じて飛行制限及び飛行経路が、更新後のミッションに応じて更に更新される。
【０１１３】
（効果）
以上のような損傷検知システム１及び損傷検知方法は、航空機の構造体２に生じた損傷を検知するために好適な飛行状態で航空機を飛行させることによって航空機の飛行中における損傷の検知精度を向上させることができるようにしたものである。
【０１１４】
このため、損傷検知システム１及び損傷検知方法によれば、航空機の飛行中であっても、従来のセンサを用いて高精度に構造体２の損傷を検知することができる。特に、航空機が無人機である場合には、安全性を向上させることができる。
【０１１５】
（第２の実施形態）
図５は本発明の第２の実施形態に係る損傷検知システムの構成図である。
【０１１６】
図５に示された第２の実施形態における損傷検知システム１Ａでは、飛行条件変更部４Ａの機能が第１の実施形態における損傷検知システム１と相違する。第２の実施形態における損傷検知システム１Ａの他の構成及び作用については第１の実施形態における損傷検知システム１と実質的に異ならないため、同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
【０１１７】
第２の実施形態における損傷検知システム１Ａの飛行条件変更部４Ａは、構造体２に生じ得る損傷の検知に適した特定の飛行条件への変更を航空機の操縦者に対して通知することによって、航空機の飛行条件を操縦者の手動で変更させるように構成されている。特定の飛行条件への変更の通知は、メッセージの表示、音声、光或いは音等の任意の方法で行うことができる。
【０１１８】
このため、飛行条件変更部４Ａは、特定の飛行条件への変更の通知方法に応じた表示装置、スピーカ或いはランプ等の出力装置２０と接続される。そして、飛行条件変更部４Ａは、出力装置２０に必要な情報を出力することによって、航空機の操縦者に、飛行条件の変更を指示できるように構成されている。尚、メッセージの表示によって、特定の飛行条件への変更を通知する場合には、表示装置１１にメッセージを表示させるようにしてもよい。
【０１１９】
このような第２の実施形態における損傷検知システム１Ａにおいても、第１の実施形態における損傷検知システム１と同様な効果を得ることができる。特に、第２の実施形態における損傷検知システム１Ａは、有人航空機を対象として、複雑な飛行条件の自動制御を伴わずに構造体２に損傷が生じたか否かを判定することができる。
【０１２０】
（第３の実施形態）
図６は本発明の第３の実施形態に係る損傷検知システムの構成図である。
【０１２１】
図６に示された第３の実施形態における損傷検知システム１Ｂでは、物理量検出ユニット３の構成が第１の実施形態における損傷検知システム１と相違する。第３の実施形態における損傷検知システム１Ｂの他の構成及び作用については第１の実施形態における損傷検知システム１と実質的に異ならないため、同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
【０１２２】
第３の実施形態における損傷検知システム１Ｂの物理量検出ユニット３は、構造体２において生じた歪を検出する歪センサ３Ｅと、歪センサ３Ｅからの検出信号に基づいて構造体２の歪量を検出する歪量検出部３Ｃとを用いて構成される。第１の実施形態と同様に、複数の歪センサ３Ｅを適切な間隔で構造体２に配置すれば、損傷の検知範囲を広くすることができる。各歪センサ３Ｅには、光ファイバセンサ等を用いることができる。
【０１２３】
つまり、第１の実施形態における損傷検知システム１は、超音波発振器３Ａの動作の切換えによってパッシブ損傷検知モードによる損傷の検知とアクティブ損傷検知モードによる損傷の検知を行うことができるように構成されているのに対して、第３の実施形態における損傷検知システム１Ｂは、パッシブ損傷検知モードによる損傷の検知のみを行うことができるようにしたものである。
【０１２４】
このような構成を有する第３の実施形態における損傷検知システム１Ｂでは、超音波の発振を行わずに、構造体２において生じた歪の量を検出することができる。このため、物理量検出ユニット３の構成及び制御を簡易にすることができる。もちろん、第３の実施形態において、第２の実施形態のように、航空機の操縦者が手動で航空機の飛行条件を、損傷の検知に適した特定の飛行条件に変更するようにしてもよい。
また、第３の実施形態において、歪センサ３Ｅの代わりに、加速度センサ等の他の物理量センサを用いてパッシブ損傷検知モードによる損傷の検知を行うことができるようにしてもよい。
【０１２５】
（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
【図１】
2018055827.tif 000003
【図２】
2018055827.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年6月6日(2018.6.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出する物理量検出ユニットと、
前記物理量検出ユニットによって前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させる飛行条件変更部と、
変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から前記物理量検出ユニットで検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する損傷検知部と、
前記航空機の少なくとも１つの特定の飛行条件に対応する前記構造体の物理量であって前記構造体に損傷が存在しない状態に対応する物理量を、対応する特定の飛行条件と関連付けて記憶する記憶装置と、
を有し、
前記飛行条件変更部は、前記物理量検出ユニットによって前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を前記記憶装置に記憶された特定の飛行条件に変更させる一方、
前記損傷検知部は、変更後の前記特定の飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から前記物理量検出ユニットで検出された物理量と、変更後の前記特定の飛行条件に関連付けて前記記憶装置に記憶された、前記構造体に損傷が存在しない状態に対応する前記物理量とに基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定するように構成される損傷検知システム。
【請求項２】
航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出する物理量検出ユニットと、
前記物理量検出ユニットによって前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させる飛行条件変更部と、
変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から前記物理量検出ユニットで検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する損傷検知部と、
を有し、
前記物理量検出ユニットは、
前記構造体に超音波を伝播させる超音波発振器と、
前記構造体を伝播する前記超音波を受信する超音波センサと、
前記超音波センサで受信された前記超音波の波形の基準波形からの変化に基づいて前記構造体の歪量を検出する歪量検出部と、
変更後の前記特定の飛行条件での前記航空機の飛行中において前記超音波発振器から発振される前記超音波の振幅及び周波数の少なくとも一方を変化させる超音波制御部と、
を有し、
前記損傷検知部は、振幅及び周波数の少なくとも一方を変化させて前記超音波発振器から発振され、前記構造体を伝播した複数の超音波の各波形のそれぞれの基準波形からの変化に基づいて検出された複数の歪量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定するように構成される損傷検知システム。
【請求項３】
航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出する物理量検出ユニットと、
前記物理量検出ユニットによって前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させる飛行条件変更部と、
変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から前記物理量検出ユニットで検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する損傷検知部と、
を有し、
前記飛行条件変更部は、前記損傷検知部において前記構造体に損傷が生じたか否かを判定できない場合には、前記航空機の飛行条件を別の特定の飛行条件に変更させるように構成される損傷検知システム。
【請求項４】
前記飛行条件変更部は、前記航空機の操縦者に対して前記特定の飛行条件への変更を通知することによって、前記航空機の飛行条件を前記操縦者の手動で変更させるように構成される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の損傷検知システム。
【請求項５】
前記飛行条件変更部は、前記航空機の飛行制御システムを制御することによって、前記航空機の飛行条件を自動的に前記特定の飛行条件に変更させるように構成される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の損傷検知システム。
【請求項６】
前記物理量検出ユニットは、
前記構造体に超音波を伝播させる超音波発振器と、
前記構造体を伝播する前記超音波を受信する超音波センサと、
前記超音波センサで受信された前記超音波の波形の基準波形からの変化に基づいて前記構造体の歪量を検出する歪量検出部と、
を有する請求項１又は３記載の損傷検知システム。
【請求項７】
前記物理量検出ユニットは、
前記構造体において生じた歪を検出する歪センサと、
前記歪センサからの検出信号に基づいて前記構造体の歪量を検出する歪量検出部と、
を有する請求項１又は３記載の損傷検知システム。
【請求項８】
前記飛行条件は、前記航空機の荷重倍数、対気速度及び角速度の少なくとも１つを含む請求項１乃至７のいずれか１項に記載の損傷検知システム。
【請求項９】
前記損傷検知部は、前記航空機に据付けられた温度センサから取得された温度、前記航空機に据付けられた加速度センサから取得された加速度及び前記航空機に据付けられた歪ゲージから取得された歪量の少なくとも１つに基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定するように構成される請求項１乃至８のいずれか１項に記載の損傷検知システム。
【請求項１０】
航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出するステップと、
前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させるステップと、
変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定するステップと、
を有し、
前記航空機の少なくとも１つの特定の飛行条件に対応する前記構造体の物理量であって前記構造体に損傷が存在しない状態に対応する物理量を、対応する特定の飛行条件と関連付けて予め記憶しておき、
前記航空機の飛行中において前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を記憶された特定の飛行条件に変更させる一方、変更後の前記特定の飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から検出された物理量と、変更後の前記特定の飛行条件に関連付けて記憶された前記構造体の物理量であって前記構造体に損傷が存在しない状態に対応する前記物理量とに基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する損傷検知方法。
【請求項１１】
航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出するステップと、
前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させるステップと、
変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定するステップと、
を有し、
前記航空機の飛行条件を、前記構造体に生じた損傷が拡大する飛行条件に変更させ、拡大した損傷に起因して生じた歪量の検出結果に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する損傷検知方法。
【請求項１２】
航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出するステップと、
前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させるステップと、
変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定するステップと、
を有し、
前記航空機の飛行条件を、前記構造体に生じた損傷によって生じる歪量が増加する飛行条件に変更させ、増加した歪量の検出結果に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する損傷検知方法。
【請求項１３】
前記航空機の飛行条件を、前記航空機の飛行によって生じる前記構造体の歪量が低減されるように決定された特定の飛行条件に変更させる請求項１０記載の損傷検知方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の実施形態に係る損傷検知システムは、物理量検出ユニット、飛行条件変更部、損傷検知部及び記憶装置を有する。物理量検出ユニットは、航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出する。飛行条件変更部は、前記物理量検出ユニットによって前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させる。損傷検知部は、変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から前記物理量検出ユニットで検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する。記憶装置は、前記航空機の少なくとも１つの特定の飛行条件に対応する前記構造体の物理量であって前記構造体に損傷が存在しない状態に対応する物理量を、対応する特定の飛行条件と関連付けて記憶する。前記飛行条件変更部は、前記物理量検出ユニットによって前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を前記記憶装置に記憶された特定の飛行条件に変更させる一方、前記損傷検知部は、変更後の前記特定の飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から前記物理量検出ユニットで検出された物理量と、変更後の前記特定の飛行条件に関連付けて前記記憶装置に記憶された、前記構造体に損傷が存在しない状態に対応する前記物理量とに基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する。
また、本発明の実施形態に係る損傷検知システムは、物理量検出ユニット、飛行条件変更部及び損傷検知部を有する。物理量検出ユニットは、航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出する。飛行条件変更部は、前記物理量検出ユニットによって前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させる。損傷検知部は、変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から前記物理量検出ユニットで検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する。前記物理量検出ユニットは、前記構造体に超音波を伝播させる超音波発振器と、前記構造体を伝播する前記超音波を受信する超音波センサと、前記超音波センサで受信された前記超音波の波形の基準波形からの変化に基づいて前記構造体の歪量を検出する歪量検出部と、変更後の前記特定の飛行条件での前記航空機の飛行中において前記超音波発振器から発振される前記超音波の振幅及び周波数の少なくとも一方を変化させる超音波制御部とを有し、前記損傷検知部は、振幅及び周波数の少なくとも一方を変化させて前記超音波発振器から発振され、前記構造体を伝播した複数の超音波の各波形のそれぞれの基準波形からの変化に基づいて検出された複数の歪量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する。
また、本発明の実施形態に係る損傷検知システムは、物理量検出ユニット、飛行条件変更部及び損傷検知部を有する。物理量検出ユニットは、航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出する。飛行条件変更部は、前記物理量検出ユニットによって前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させる。損傷検知部は、変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から前記物理量検出ユニットで検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する。前記飛行条件変更部は、前記損傷検知部において前記構造体に損傷が生じたか否かを判定できない場合には、前記航空機の飛行条件を別の特定の飛行条件に変更させる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
また、本発明の実施形態に係る損傷検知方法は、航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出するステップと、前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させるステップと、変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定するステップとを有し、前記航空機の少なくとも１つの特定の飛行条件に対応する前記構造体の物理量であって前記構造体に損傷が存在しない状態に対応する物理量を、対応する特定の飛行条件と関連付けて予め記憶しておき、前記航空機の飛行中において前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を記憶された特定の飛行条件に変更させる一方、変更後の前記特定の飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から検出された物理量と、変更後の前記特定の飛行条件に関連付けて記憶された前記構造体の物理量であって前記構造体に損傷が存在しない状態に対応する前記物理量とに基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定するものである。
また、本発明の実施形態に係る損傷検知方法は、航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出するステップと、前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させるステップと、変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定するステップとを有し、前記航空機の飛行条件を、前記構造体に生じた損傷が拡大する飛行条件に変更させ、拡大した損傷に起因して生じた歪量の検出結果に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する。
また、本発明の実施形態に係る損傷検知方法は、航空機の飛行中において前記航空機を構成する構造体の物理量を検出するステップと、前記構造体の物理量が検出された場合に、前記航空機の飛行条件を特定の飛行条件に変更させるステップと、変更後の前記飛行条件で飛行する前記航空機の前記構造体から検出された物理量に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定するステップとを有し、前記航空機の飛行条件を、前記構造体に生じた損傷によって生じる歪量が増加する飛行条件に変更させ、増加した歪量の検出結果に基づいて、前記構造体に損傷が生じたか否かを判定する。
【国際調査報告】
2018055827.tif 000009
2018055827.tif 000010
2018055827.tif 000011
2018055827.tif 000012