(57)【要約】本発明は、空中給油機から被給油機に空中給油するための、可変容量液圧モータ制御されるホースリール駆動システム（１０）である。このシステムは、可変容量液圧モータ（２６）、回転速度計（３４）、位置センサ（３４）、反作用トルクセンサ（３６）およびマイクロプロセッサ（２９）を備え、システムの位置および反作用トルクセンサから受信したデータに応じて、適切な信号をモータに送信する。本発明はまた、被給油機のプローブとドローグ（２４）とが最初に係合した後にホース（２２）が振動状態に入る可能性を減少させるようにホースおよびドローグを展開する方法である。本発明の一実施形態においては、プローブとドローグ（２４）とが接続する前にホース（２２）が巻き取りされ、かつホース（２２）を巻き取りするために要した力が記録される。プローブがドローグ（２４）と最初に係合した後、ホースを巻き取りするために必要とする力が先に記録されている力に上昇するまで、ホース（２２）が巻き取られる。
2005533721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行中の被給油機に空中給油機から燃料を供給するための空中給油システムであって、  当該空中給油システムは、前記空中給油機の機体に回転自在に取り付けられたホースリールと、前記リールの周りに巻かれた、出口端を有するホースと、前記出口端に取り付けられたドローグと、ホースリール駆動システムとを備えており、
前記ホースリール駆動システムが、
電磁液圧制御弁と、前記リールに接続された出力軸とを有する可変容量液圧モータ；
前記ドローグおよびホースを介して前記リールに負荷されるトルクを測定する反作用トルクセンサ；
前記ホースの動きを検出する回転速度計／位置センサ；および、
前記電磁液圧制御弁、前記反作用トルクセンサ、および前記回転速度計／位置センサに電気的に接続されたマイクロプロセッサ；
を備えることを特徴とする空中給油システム。
【請求項２】
前記反作用トルクセンサが、前記機体と前記可変容量液圧モータとの間に接続されていることを特徴とする請求項１に記載した空中給油システム。
【請求項３】
前記回転計／位置センサが前記リールに接続されていることを特徴とする請求項２に記載した空中給油システム。
【請求項４】
空中給油機から被給油機に空中給油するためのホースおよびドローグを展開する方法であって、
前記空中給油機は、ホースリールを有した燃料補給システムを備え、
前記ホースは、前記リールがホース延出方向ないしホース巻取方向に回転できるように空中給油機の機体に取り付けられたホースリールの周りに巻かれており、
前記ホースは、前記ドローグが取り付られた出口端を有しており、
（ａ）容量を制御する電磁液圧制御弁を有するとともに前記ホースおよび前記ドローグが前記空中給油機の機体内に収容されているときにその容量がほぼ０である可変容量液圧モータの出力軸に、前記ホースリールを接続する段階；
（ｂ）展開命令を受けると、前記モータの容量をほぼ０に維持するとともに前記ドローグを前記機体から空気流中へと放出し、前記空気流が前記ドローグを引っ張って前記ホースが前記ホースリールから引き出すと共に前記ホースリールがホース延出方向内に回転するようにする段階；
（ｃ）前記ホースの速度を検出する段階；
（ｄ）前記ホースリールから引き出された前記ホースの長さを検出する段階；
（ｅ）前記ホースの長さが予め定められた第１の長さに達したときに、前記ホースリールが前記ホース延出方向に回転し続けて最高でも予め定められた第１のホース延出速度で前記ホースが前記リールから引き出されることを前記モータが許容するように、前記モータの容量を設定する段階；
（ｆ）前記ホースの長さが予め定められた第２の長さに近づいたときに、前記ホースの延出速度がゼロに近づくように前記モータの容量を設定する段階；
（ｇ）前記ホースの長さが前記予め定められた第２の長さに達したときに、前記モータが前記ホースの速度をゼロに維持するように前記モータの容量を設定する段階；
（ｈ）前記ホースの長さが前記予め定められた第２の長さとなって前記ホースの速度がゼロになった後に所定の時間だけ待機するとともに、前記ホースリール上の前記反作用トルクを検出し（前記予め定められた第２の長さにおいて前記ホース速度がゼロとなったときの前記ホースリール上の前記反作用トルクを「自由追従抵抗力」と称する）、かつ前記自由追従抵抗力に関するデータを保存する段階；
（ｉ）前記被給油機のプローブが前記ドローグに係合した後に前記反作用トルクを検出し続ける段階（前記被給油機のプローブが前記ドローグに係合した後の前記反作用トルクを「正味の抵抗力」と称する）；
（ｊ）前記正味の抵抗力を前記自由追従抵抗力と比較するとともに、前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の予め定められた第１のパーセンテージより小さくなるまで、前記モータが前記ホースの速度をゼロに維持し続けるように、前記モータの容量を設定し続ける段階；
（ｋ）前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージより小さいときに、前記ホースリールが前記ホース巻取方向に回転して、最高でも予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るように、前記モータの容量を設定する段階；
（ｌ）前記正味の抵抗力が少なくとも前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージと同じ大きさに増加するまで、前記ホースリールが前記ホース巻取方向に回転して、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るように、前記モータの容量を設定し続ける段階；および
（ｍ）前記正味の抵抗力が少なくとも前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージと同じ大きさに増加した後に、前記モータが、
(i) 前記正味の抵抗力が、少なくとも前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージと同じ大きさで、前記自由追従抵抗力の予め定められた第２のパーセンテージより大きくない限りにおいて、前記ホース速度をゼロに維持し、
(ii)前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージの大きさより低下したときに、前記ホースリールがホース巻取方向に回転して、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るようにし、
(iii) 前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第２のパーセンテージの大きさを越えたときに、前記ホースリールが前記ホース延出方向に回転して、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記ホースが前記リールから引き出されることを許容する、
ように、前記予め定められた第２の長さより短くて前記予め定められた第１の長さより長く、そのときに前記ドローグおよび前記ホースが燃料補給モード位置にある長さである予め定められた第３の長さへと前記ホースが移動するまで、前記モータの容量を設定する段階；
を備えることを特徴とする方法。
【請求項５】
（ｎ）前記ドローグおよび前記ホースが前記燃料補給モードとなった後、前記モータが、
(i) 前記正味の抵抗力が、少なくとも前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージと同じ大きさで、前記自由追従抵抗力の予め定められた第２のパーセンテージより大きくない限りにおいて、前記ホース速度をゼロに維持し、
(ii)前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージの大きさより低下したときに、前記ホースリールがホース巻取方向に回転して、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るようにし、
(iii) 前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第２のパーセンテージの大きさを超えたときに、前記モータが前記ホースリールをホース延出方向に回転させて、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記ホースが前記ホースリールから引き出されるのを許容する、
ように、前記ホースが前記予め定められた第２の長さに移動するまで前記モータの容量を設定する段階；
（ｏ）前記燃料補給モードになってから前記ホースが前記予め定められた第２の長さに移動した後、前記モータが前記ホース速度をゼロまで減少させるように前記モータの容量を設定する段階；
（ｐ）巻取命令を受けると、前記モータが前記ホースリールを前記巻取方向に回転させて、予め定められた第２の巻取速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るように、前記モータの容量を設定する段階；
（ｑ）前記巻き取り命令を受け取ってから、前記ホースが前記予め定められた第１の長さに戻ったことを感知した後に、前記ホースを巻き取る速度を減少させる速度で、前記モータが前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させるように、前記モータの容量を設定する段階；および
（ｒ）前記ホース長さがゼロであるときに前記モータの容量をゼロに設定する段階；
をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載した方法。
【請求項６】
Ａ．前記空中給油機の対気速度を監視する段階；
Ｂ．その時点における前記空中給油機の対気速度を、前記自由追従抵抗力を検出したときの前記空中給油機の対気速度と比較する段階；および
Ｃ．前記空中給油機の対気速度に変化があれば、それに基づいて新しい自由追従抵抗力を算出する段階；
をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載した方法。
【請求項７】
Ａ．前記ホースが前記予め定められた第２の長さに達した最初の時点の後で、前記被給油機のプローブが前記ドローグと係合する前に、前記モータが前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させて、前記ホースが予め定められた第４の長さに近づくまで、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るように、前記モータの容量を設定する段階；
Ｂ．前記ホースが前記予め定められた第４の長さに近づいたかどうかを検出する段階；および
Ｃ．前記ホースの長さが前記予め定められた第４の長さに近づいた場合に、
(i) 前記モータが前記ホース速度をゼロまで減少させるように前記モータの容量を設定し、
(ii)前記モータが前記ホースリールを前記ホース延出方向に回転させて、最高でも前記予め定められた第１のホース延出速度で前記ホースが前記リールから引き出されるように前記モータの容量を設定し、
(iii)請求項４の段階（ｍ）〜（ｇ）を続け、
(iv)請求項４の段階（ｈ）の後で、前記被給油機に対して係合開始信号を発信する、段階；
をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載した方法。
【請求項８】
空中給油機から被給油機に空中給油するためのホースおよびドローグを展開する方法であって、
前記空中給油機は、ホースリールを有した燃料補給システムを備え、
前記ホースは、前記リールがホース延出方向ないしホース巻取方向に回転することができるようにその周りに巻き付けられており、
前記ホースは、前記ドローグが取り付られた出口端を有しており、
（ａ）前記ホースおよび前記ドローグが前記空中給油機内に収容されているときにはその容量がほぼゼロである可変容量液圧モータの出力軸に前記ホースリールを接続する段階；
（ｂ）展開命令を受けると、前記モータの容量をほぼ０に維持すると共に前記空中給油機から空気流中へと前記ドローグを放出し、前記空気流が前記ドローグを引っ張って前記ホースが前記ホースリールから引き出されると共に前記ホースリールがホース延出方向に回転するようにする段階；
（ｃ）前記ホースの速度を検出する段階；
（ｄ）前記ホースリールから引き出された前記ホースの長さを検出する段階；
（ｅ）前記ホースの長さが予め定められた第１の長さに達したときに、前記ホースリールが前記ホース延出方向に回転し続けて、前記ホースが前記リールから引き出されることを許容するように前記モータの容量を設定する段階；
（ｆ）前記ホースの長さが予め定められた第２の長さに近づいたときに、前記ホースの延出速度がゼロに近づくように前記モータの容量を設定する段階；
（ｇ）前記ホースの長さが前記予め定められた第２の長さに達したときに、前記モータが前記ホースの速度をゼロに維持するように前記モータの容量を設定する段階；
（ｈ）前記ホースの長さが前記予め定められた第２の長さとなって前記ホースの速度がゼロになった後に所定の時間だけ待機するとともに、前記ホースリール上の前記反作用トルクを検出し（前記予め定められた第２の長さにおいて前記ホース速度がゼロとなったときの前記ホースリール上の前記反作用トルクを「自由追従抵抗力」と称する）、かつ前記自由追従抵抗力に関するデータを保存する段階；
（ｉ）前記被給油機のプローブが前記ドローグに係合した後に前記反作用トルクを検出し続ける段階（前記被給油機のプローブが前記ドローグに係合した後の前記反作用トルクを「正味の抵抗力」と称する）；
（ｊ）前記正味の抵抗力を前記自由追従抵抗力と比較するとともに、前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の予め定められた第１のパーセンテージより小さくなるまで、前記モータが前記ホースの速度をゼロに維持し続けるように、前記モータの容量を設定し続ける段階；
（ｋ）前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージより小さいときに、前記ホースリールが前記ホース巻取方向に回転して、最高でも予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るように、前記モータの容量を設定する段階；
（ｌ）前記正味の抵抗力が少なくとも前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージと同じ大きさに増加するまで、前記ホースリールが前記ホース巻取方向に回転して、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るように、前記モータの容量を設定し続ける段階；および
（ｍ）前記正味の抵抗力が少なくとも前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージと同じ大きさに増加した後に、前記モータが、
(i) 前記正味の抵抗力が、少なくとも前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージと同じ大きさで、前記自由追従抵抗力の予め定められた第２のパーセンテージより大きくない限りにおいて、前記ホース速度をゼロに維持し、
(ii)前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージの大きさより低下したときに、前記ホースリールがホース巻取方向に回転して、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るようにし、
(iii) 前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第２のパーセンテージの大きさを超えたときに、前記ホースリールがホース延出方向に回転して、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記ホースが前記ホースリールから引き出されるのを許容する、
ように、前記予め定められた第２の長さより短くて前記予め定められた第１の長さより長く、そのときに前記ドローグおよび前記ホースが燃料補給モード位置にある長さである予め定められた第３の長さへと前記ホースが移動するまで、前記モータの容量を設定する段階；
を備えることを特徴とする方法。
【請求項９】
（ｎ）前記ドローグおよび前記ホースが前記燃料補給モードとなった後、前記モータが、
(i) 前記正味の抵抗力が、少なくとも前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージと同じ大きさで、前記自由追従抵抗力の予め定められた第２のパーセンテージより大きくない限りにおいて、前記ホース速度をゼロに維持し、
(ii)前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージの大きさより低下したときに、前記ホースリールがホース巻取方向に回転させて、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るようにし、
(iii) 前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第２のパーセンテージの大きさを超えたときに、前記ホースリールをホース延出方向に回転させて、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記ホースが前記ホースリールから引き出されるのを許容する、
ように、前記ホースが前記予め定められた第２の長さに移動するまで前記モータの容量を設定し続ける段階；
（ｏ）前記燃料補給モードになってから前記ホースが前記予め定められた第２の長さに移動した後、前記モータが前記ホース速度をゼロまで減少させるように前記モータの容量を設定する段階；
（ｐ）巻取命令を受けると、前記モータが前記ホースリールを前記巻取方向に回転させて前記リール上に前記ホースを巻き取るように、前記モータの容量を設定する段階；  
（ｑ）前記巻き取り命令を受け取ってから、前記ホースが前記予め定められた第１の長さに戻ったことを感知した後に、前記ホースを巻き取る速度を減少させる速度で、前記モータが前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させるように、前記モータの容量を設定する段階；および
（ｒ）前記ホース長さがゼロであるときに前記モータの容量をゼロに設定する段階；
さらに備えることを特徴とする請求項８に記載した方法。
【請求項１０】
Ａ．前記空中給油機の対気速度を監視する段階；
Ｂ．その時点における前記空中給油機の対気速度を、前記自由追従抵抗力を検出したときの前記空中給油機の対気速度と比較する段階；および
Ｃ．前記空中給油機の対気速度に変化があれば、それに基づいて新しい自由追従抵抗力を算出する段階；
をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載した方法。
【請求項１１】
Ａ．前記ホースが前記予め定められた第２の長さに達した最初の時点の後で、前記被給油機のプローブが前記ドローグと係合する前に、前記モータが前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させて、前記ホースが予め定められた第４の長さに近づくまで、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るように、前記モータの容量を設定する段階；
Ｂ．前記ホースが前記予め定められた第４の長さに近づいたかどうかを検出する段階；および
Ｃ．前記ホースの長さが前記予め定められた第４の長さに近づいた場合に、
(i) 前記モータが前記ホース速度をゼロまで減少させるように前記モータの容量を設定し、
(ii)前記モータが前記ホースリールを前記ホース延出方向に回転させて、最高でも前記予め定められた第１のホース延出速度で前記ホースが前記リールから引き出されるように前記モータの容量を設定し、
(iii) 請求項８の段階（ｍ）〜（ｇ）を続け、
(iv)請求項８の段階（ｈ）の後で、前記被給油機に対して係合開始信号を発信する、段階；
をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載した方法。
【請求項１２】
空中給油機から被給油機に空中給油する間にホースおよびドローグの展開を制御する方法であって、
前記空中給油機は、ホースリールを有した燃料補給システムを備え、
前記ホースは、前記リールがホース延出方向ないしホース巻取方向に回転することができるようにその周りに巻き付けられており、
前記ホースは、前記ドローグが取り付られた出口端を有しており、
（ａ）前記ホースリールを可変容量液圧モータの出力軸に接続する段階；
（ｂ）前記被給油機のプローブが前記ドローグに係合したときに前記ホースリール上の反作用トルクを検出する段階；および
（ｃ）前記モータが、
(i) 前記反作用トルクが第１の量と第２の量との間にある限りにおいて、前記ホース速度をゼロに維持し、
(ii)前記反作用トルクが前記第１の量より低下したときに、前記ホースリールがホース巻取方向に回転して、前記リール上に前記ホースを巻き取るようにし、
(iii) 前記反作用トルクが前記第２の量を越えたときに、前記ホースリールがホース延出方向に回転し、前記ホースが前記リールから引き出されるのを許容する、
ように、前記モータの容量を設定する段階；
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
空中給油機から被給油機に空中給油する間にホースおよびドローグの展開を制御する方法であって、
前記空中給油機は、ホースリールを有した燃料補給システムを備え、
前記ホースは、前記リールがホース延出方向ないしホース巻取方向に回転することができるようにその周りに巻き付けられており、
前記ホースは、前記ドローグが取り付られた出口端を有しており、
（ａ）前記空中給油機の対気速度を監視するとともに、前記対気速度に関する対気速度データを保存する段階；
（ｂ）予め定められたホース長さが前記リールから引き出された後に、前記ホースリールの回転を停止させる段階；
（ｃ）前記ホースリールの回転が停止してから所定時間後に前記ホースリール上の反作用トルクを検出し（前記ホースリールの回転が停止した後の前記ホースリール上の前記反作用トルクを「自由追従抵抗力」と称する）、前記自由追従抵抗力に関する自由追従抵抗力のデータを保存する段階；
（ｄ）その時点における前記空中給油機の対気速度を、前記自由追従抵抗力を最初に検出したときの前記空中給油機の対気速度と比較する段階；
（ｅ）前記空中給油機の対気速度に変化があれば、それに基づいて再計算された自由追従抵抗力を算出する段階；
（ｆ）前記被給油機のプローブが前記ドローグに係合した後に前記反作用トルクを検出し続ける段階（前記被給油機のプローブが前記ドローグに係合した後の前記反作用トルクを「正味の抵抗力」と称する）；
（ｇ）前記正味の抵抗力を前記再計算された自由追従抵抗力と比較するとともに、前記正味の抵抗力が前記再計算された自由追従抵抗力の予め定められた第１のパーセンテージより小さくなるまで、前記ホースリールの回転を停止状態に保持し続ける段階；
（ｈ）前記正味の抵抗力が前記再計算された自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージより小さいときに、前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させる段階；
（ｉ）前記正味の抵抗力が少なくとも前記再計算された自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージと同じ大きさに増加するまで、前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させ続けて前記リール上に前記ホースを巻き取る段階；および
（ｊ）前記正味の抵抗力が少なくとも前記再計算された自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージと同じ大きさに増加した後、
(i) 前記正味の抵抗力が、少なくとも前記再計算された自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージと同じ大きさで、前記再計算された自由追従抵抗力の予め定められた第２のパーセンテージより大きくない限りにおいて、前記ホースリールの回転を停止状態に保持し、
(ii)前記正味の抵抗力が前記再計算された自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージの大きさより低下したときに、前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させて前記リール上に前記ホースを巻き取るようにし、
(iii) 前記正味の抵抗力が前記再計算された自由追従抵抗力の前記予め定められた第２のパーセンテージの大きさを超えたときに、前記ホースリールが前記ホース延出方向に回転して前記リールから前記ホースが引き出されるのを許容する、
段階；
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
空中給油機から被給油機に空中給油する間にホースおよびドローグを展開する方法であって、
前記空中給油機は、ホースリールを有した燃料補給システムを備え、
前記ホースは、前記リールがホース延出方向ないしホース巻取方向に回転することができるようにその周りに巻き付けられており、
前記ホースは、前記ドローグが取り付られた出口端を有しており、
（ａ）前記空中給油機から空気流中へと前記ドローグを放出し、前記空気流が前記ドローグを引っ張って前記ホースが前記ホースリールから引き出すと共に前記ホースリールがホース延出方向に回転することを許容する段階；
（ｂ）予め定められた長さのホースが最初に前記リールから引き出された後であって、前記被給油機のプローブが前記ドローグと係合する前に、前記ホースの長さが前記予め定められた長さより短い予め定められた試験長さに近づくまで、前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させて前記リール上に前記ホースを巻き取る段階；
（ｃ）前記ホースの長さが前記予め定められた試験長さに近づいたかどうかを検出する段階；および
（ｄ）前記ホースの長さが前記予め定められた試験長さに近づいた場合に、少なくとも前記ホースの前記予め定められた長さが前記リールから再度引き出されるまで、前記ホースリールをホース延出方向に回転させて前記ホースが前記リール上から引き出されるのを許容する段階；
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
飛行中の被給油機に空中給油機から燃料を供給するための空中給油システムであって、  当該空中給油システムは、回転自在なホースリールと、前記リールの周りに巻かれた、出口端を有するホースと、前記出口端に取り付けられたドローグと、ホースリール駆動システムとを備え、
前記ホースリール駆動システムが、
電磁液圧制御弁と、前記リールに接続された出力軸とを有する可変容量液圧モータ；
前記ドローグおよびホースを介して前記リールに負荷されるトルクを測定する反作用トルクセンサ；
前記ホースの動きを検出する回転速度計／位置センサ；および
前記電磁液圧制御弁と、前記反作用トルクセンサと、前記回転速度計／位置センサとに電気的に接続されたマイクロプロセッサ；
を備えることを特徴とする空中給油システム。
【請求項１６】
空中給油機から被給油機に空中給油するためのホースおよびドローグを展開する方法であって、
前記空中給油機は、ホースリールを有した燃料補給システムを備え、
前記ホースは、前記リールがホース延出方向ないしホース巻取方向に回転できるように空中給油機の機体に取り付けられたホースリールの周りに巻かれており、
前記ホースは、前記ドローグが取り付られた出口端を有しており、
（ａ）容量を制御する電磁液圧制御弁を有するとともに前記ホースおよび前記ドローグが前記空中給油機の機体内に収容されているときにその容量がほぼ０である可変容量液圧モータの出力軸に、前記ホースリールを接続する段階；
（ｂ）展開命令を受けると、前記モータの容量をほぼ０に維持するとともに前記ドローグを前記機体から空気流中へと放出し、前記空気流が前記ドローグを引っ張って前記ホースが前記ホースリールから引き出すと共に前記ホースリールがホース延出方向内に回転するようにする段階；
（ｃ）前記ホースの速度を検出する段階；
（ｄ）前記ホースリールから引き出された前記ホースの長さを検出する段階；
（ｅ）前記ホースの長さが予め定められた第１の長さを超えており、かつ前記ドローグが前記被給油機のプローブと接触してないときに、前記モータが前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させて前記リール上に前記ホースを巻き取るように前記モータの容量を設定し、前記ホースリール上の反作用トルクを検出する段階（前記ドローグが前記プローブと接触することなしに前記ホースが巻き取りされているときの前記ホースリール上の前記反作用トルクを「自由巻取抵抗力」と称する）；
（ｆ）前記自由巻取抵抗力を検出した後に、前記モータが前記ホースリールを前記ホース延出方向に回転させ続けて、最高でも前記予め定められた第１のホース延出速度で前記ホースが前記リールから引き出されるのを許容するように前記モータの容量を設定する段階；
（ｇ）前記ホースの長さが予め定められた第２の長さに近づいたときに、前記ホースの延出速度がゼロに近づくように前記モータの容量を設定する段階；
（ｈ）前記ホースの長さが前記予め定められた第２の長さに達したときに、前記モータが前記ホースの速度をゼロに維持するように前記モータの容量を設定する段階；
（ｉ）前記ホースの長さが前記予め定められた第２の長さとなって前記ホースの速度がゼロになった後に所定の時間だけ待機するとともに、前記ホースリール上の反作用トルクを検出する段階（前記予め定められた第２の長さにおいて前記ホース速度がゼロとなったときの前記ホースリール上の前記反作用トルクを「自由追従抵抗力」と称する）；
（ｊ）前記被給油機のプローブが前記ドローグに係合した後に前記反作用トルクを検出し続ける段階（前記被給油機のプローブが前記ドローグに係合した後の前記反作用トルクを「正味の抵抗力」と称する）；
（ｋ）前記正味の抵抗力を前記自由追従抵抗力と比較するとともに、前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の予め定められた第１のパーセンテージより小さくなるまで、前記モータが前記ホースの速度をゼロに維持し続けるように、前記モータの容量を設定し続ける段階；
（ｌ）前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージより小さいときに、前記ホースリールが前記ホース巻取方向に回転して、最高でも予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るように、前記モータの容量を設定する段階；
（ｍ）前記正味の抵抗力が、約０．２と約２との間の予め定められた値である係数Ｋを前記自由追従抵抗力に乗じた大きさと少なくとも同じ大きさに増加するまで、前記ホースリールが前記ホース巻取方向に回転して、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るように、前記モータの容量を設定し続ける段階；および
（ｎ）前記正味の抵抗力が、少なくとも前記自由追従抵抗力に係数Ｋを乗じた大きさと同じに増加した後、前記モータが、
(i) 前記正味の抵抗力が、少なくとも前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージと同じ大きさで、前記自由追従抵抗力の予め定められた第２のパーセンテージより大きくない限りにおいて、前記ホース速度をゼロに維持し、
(ii)前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージの大きさより低下したときに、前記ホースリールがホース巻取方向に回転して、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻取るようにし、
(iii) 前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第２のパーセンテージの大きさを超えたときに、前記ホースリールをホース延出方向に回転して、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記ホースが前記ホースリールから引き出されるのを許容する、
ように、前記予め定められた第２の長さより短くて前記予め定められた第１の長さより長く、そのときに前記ドローグおよび前記ホースが燃料補給モード位置にある長さである予め定められた第３の長さへと前記ホースが移動するまで、前記モータの容量を設定する段階；
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
（ｏ）前記ドローグおよび前記ホースが前記燃料補給モードとなったときに、前記モータが、
(i) 前記正味の抵抗力が、少なくとも前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージと同じ大きさで、前記自由追従抵抗力の予め定められた第２のパーセンテージより大きくない限りにおいて、前記ホース速度をゼロに維持し、
(ii)前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージの大きさより低下したときに、前記ホースリールがホース巻取方向に回転して、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻取るようにし、
(iii) 前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第２のパーセンテージの大きさを超えたときに、前記モータが前記ホースリールをホース延出方向に回転させて、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記ホースが前記ホースリールから引き出されるのを許容する、
ように、前記ホースが前記予め定められた第２の長さに移動するまで、前記モータの容量を設定する段階；および
（ｐ）前記燃料補給モードになってから前記ホースが前記予め定められた第２の長さに移動した後、前記モータが前記ホース速度をゼロまで減少させるように前記モータの容量を設定する段階；
をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載した方法。
【請求項１８】
（ｑ）巻取命令を受けると、前記モータが前記ホースリールを前記巻取方向に回転させて、予め定められた第２の巻取速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るように、前記モータの容量を設定する段階；
（ｒ）前記巻き取り命令を受け取ってから、前記ホースが前記予め定められた第１の長さに戻ったことを感知した後に、前記ホースを巻き取る速度を減少させる速度で、前記モータが前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させるように、前記モータの容量を設定する段階；および
（ｓ）前記ホース長さがゼロであるときに前記モータの容量をゼロに設定する段階；
をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載した方法。
【請求項１９】
Ａ．前記空中給油機の対気速度を監視する段階；
Ｂ．その時点における前記空中給油機の対気速度を、前記自由追従抵抗力を検出したときの前記空中給油機の対気速度と比較する段階；および
Ｃ．前記空中給油機の対気速度に変化があれば、それに基づいて新しい自由追従抵抗力を算出する段階；
をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載した方法。
【請求項２０】
Ａ．前記空中給油機の対気速度を監視する段階；
Ｂ．その時点における前記空中給油機の対気速度を、前記自由巻取抵抗力を検出したときの前記空中給油機の対気速度と比較する段階；
および
Ｃ．前記空中給油機の対気速度に変化があれば、それに基づいて新しい自由巻取抵抗力を算出する段階；
をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載した方法。
【請求項２１】
前記段階（ｅ）において、前記モータが前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させて実質的に一定なホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るように前記モータの容量を設定したときに、前記自由巻取抵抗力が検出されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
空中給油機から被給油機に空中給油するためのホースおよびドローグを展開する方法であって、
前記空中給油機は、ホースリールを有した燃料補給システムを備え、
前記ホースは、前記リールがホース延出方向ないしホース巻取方向に回転することができるようにその周りに巻き付けられており、
前記ホースは、前記ドローグが取り付られた出口端を有しており、
（ａ）前記ホースおよび前記ドローグが前記空中給油機に収容されるときにはその容量がほぼ０である可変容量液圧モータの出力軸に前記ホースリールを接続する段階；
（ｂ）展開命令を受けると、前記モータの容量をほぼ０に維持し、前記空中給油機から空気流中へと前記ドローグを放出し、前記空気流が前記ドローグを引っ張って前記ホースが前記ホースリールから引き出されると共に前記ホースリールがホース延出方向に回転するようにする段階；
（ｃ）前記ホースの速度を検出する段階；
（ｄ）前記ホースリールから引き出された前記ホースの長さを検出する段階；
（ｅ）前記ホースの長さが予め定められた第１の長さを超えており、かつ前記ドローグが前記被給油機のプローブと接触してないときに、前記モータが前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させて実質的に一定なホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るように前記モータの容量を設定する段階（前記ドローグが前記プローブと接触することなしに前記ホースが実質的に一定な速度で巻き取られるときの前記ホースリール上の前記反作用トルクを「自由巻取抵抗力」と称する）；
（ｆ）前記自由巻取抵抗力を検出した後に、前記モータが前記ホースリールを前記ホース延出方向に回転させ続けて、前記ホースが前記リールから引き出されるのを許容するように前記モータの容量を設定する段階；
（ｇ）前記ホースの長さが予め定められた第２の長さに近づいたときに、前記ホースの延出速度がゼロに近づくように前記モータの容量を設定する段階；
（ｈ）前記ホースの長さが前記予め定められた第２の長さに達したときに、前記モータが前記ホースの速度をゼロに維持するように前記モータの容量を設定する段階；
（ｉ）前記ホースの長さが前記予め定められた第２の長さとなって前記ホースの速度がゼロになった後に所定の時間だけ待機するとともに、前記ホースリール上の反作用トルクを検出する段階（前記予め定められた第２の長さにおいて前記ホース速度がゼロとなったときの前記ホースリール上の前記反作用トルクを「自由追従抵抗力」と称する）；
（ｊ）前記被給油機のプローブが前記ドローグに係合した後に前記反作用トルクを検出し続ける段階（前記被給油機のプローブが前記ドローグに係合した後の前記反作用トルクを「正味の抵抗力」と称する）；
（ｋ）前記正味の抵抗力を前記自由追従抵抗力と比較するとともに、前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の予め定められた第１のパーセンテージより小さくなるまで、前記モータが前記ホースの速度をゼロに維持し続けるように、前記モータの容量を設定し続ける段階；
（ｌ）前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージより小さいときに、前記ホースリールが前記ホース巻取方向に回転して、最高でも予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るように、前記モータの容量を設定する段階；
（ｍ）前記正味の抵抗力が、約０．２と約２との間の予め定められた値である係数Ｋを前記自由追従抵抗力に乗じた大きさと少なくとも同じ大きさに増加するまで、前記ホースリールが前記ホース巻取方向に回転させて、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻き取るように、前記モータの容量を設定し続ける段階；および
（ｎ）前記正味の抵抗力が、少なくとも前記自由追従抵抗力に係数Ｋを乗じた大きさと同じに増加した後；前記モータが、
(i) 前記正味の抵抗力が、少なくとも前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージと同じ大きさで、前記自由追従抵抗力の予め定められた第２のパーセンテージより大きくない限りにおいて、前記ホース速度をゼロに維持し、
(ii)前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージの大きさより低下したときに、前記ホースリールがホース巻取方向に回転して、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻取るようにし、
(iii) 前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第２のパーセンテージの大きさを超えたときに、前記ホースリールがホース延出方向に回転し、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記ホースが前記ホースリールから引き出されるのを許容する、
ように、前記予め定められた第２の長さより短くて前記予め定められた第１の長さより長く、そのときに前記ドローグおよび前記ホースが燃料補給モード位置にある長さである予め定められた第３の長さへと前記ホースが移動するまで前記モータの容量を設定する段階；
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２３】
（ｏ）前記ドローグおよび前記ホースが前記燃料補給モードとなった後、前記モータが、
(i) 前記正味の抵抗力が、少なくとも前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージと同じ大きさで、前記自由追従抵抗力の予め定められた第２のパーセンテージより大きくない限りにおいて、前記ホース速度をゼロに維持し、
(ii)前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージの大きさより低下したときに、前記ホースリールがホース巻取方向に回転して、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記リール上に前記ホースを巻取るようにし、
(iii) 前記正味の抵抗力が前記自由追従抵抗力の前記予め定められた第２のパーセンテージの大きさを超えたときに、前記モータが前記ホースリールをホース延出方向に回転させて、最高でも前記予め定められた最大許容ホース速度で前記ホースが前記ホースリールから引き出されるのを許容する、
ように、前記ホースが前記予め定められた第２の長さに移動するまで、前記モータの容量を設定する段階；および
（ｐ）前記燃料補給モードになってから前記ホースが前記予め定められた第２の長さに移動した後、前記モータが前記ホース速度をゼロまで減少させるように前記モータの容量を設定する段階；
をさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載した方法。
【請求項２４】
（ｑ）巻取命令を受けると、前記モータが前記ホースリールを前記巻取方向に回転させて前記リール上に前記ホースを巻き取るように、前記モータの容量を設定する段階；  
（ｒ）前記巻き取り命令を受け取ってから、前記ホースが前記予め定められた第１の長さに戻ったことを感知した後に、前記ホースを巻き取る速度を減少させる速度で、前記モータが前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させるように、前記モータの容量を設定する段階；および
（ｓ）前記ホース長さがゼロであるときに前記モータの容量をゼロに設定する段階；
をさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載した方法。
【請求項２５】
Ａ．前記空中給油機の対気速度を監視する段階；
Ｂ．その時点における前記空中給油機の対気速度を、前記自由追従抵抗力を検出したときの前記空中給油機の対気速度と比較する段階；および
Ｃ．前記空中給油機の対気速度に変化があれば、それに基づいて新しい自由追従抵抗力を算出する段階；
をさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載した方法。
【請求項２６】
Ａ．前記空中給油機の対気速度を監視する段階；
Ｂ．その時点における前記空中給油機の対気速度を、前記自由巻取抵抗力を検出したときの前記空中給油機の対気速度と比較する段階；および
Ｃ．前記空中給油機の対気速度に変化があれば、それに基づいて新しい自由巻取抵抗力を算出する段階；
をさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載した方法。
【請求項２７】
空中給油機から被給油機に空中給油する間にホースおよびドローグの展開を制御する方法であって、
前記空中給油機は、ホース延出方向ないしホース巻取方向に回転できるようにその周りに前記ホースが巻き付けられているホースリールを有した燃料補給システムを備えており、
前記方法が、
（ａ）予め定められたホース長さが前記リールから引き出された後で、前記ドローグが前記被給油機のプローブと接触してないときに、前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させるとともに前記ホースリール上の反作用トルクを検出する段階（前記ドローグが前記プローブと接触することなしに前記ホースが巻き取りされているときの前記ホースリール上の前記反作用トルクを「自由巻取抵抗力」と称する）；
（ｂ）前記被給油機のプローブが前記ドローグに係合した後に前記反作用トルクを検出する段階（前記被給油機のプローブが前記ドローグに係合した後の前記反作用トルクを「正味の抵抗力」と称する）；
（ｃ）前記プローブが前記ドローグと最初に係合した後に、前記ホースが巻き取られるように前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させる段階：
（ｄ）前記正味の抵抗力を前記自由巻取抵抗力と比較する段階；
（ｅ）前記正味の抵抗力が、約０．２と約２との間の予め定められた値である係数Ｋを前記自由巻取抵抗力に乗じた大きさと少なくとも同じ大きさに増加するまで、前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させ続けて前記リール上に前記ホースを巻き取る段階；および
（ｇ）前記正味の抵抗力が、前記自由巻取抵抗力に係数Ｋを乗じた大きさと少なくとも同じ大きさに増加した後に、前記ホースリールの回転を停止させる段階；
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２８】
Ｋの値がほぼ１であることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記段階（ａ）において、前記ホースが実質的に一定なホース速度で巻き取られるように前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させている間に前記自由巻取抵抗力を検知することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
Ｋの値がほぼ１であることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
（ｈ）前記ホース長さが前記予め定められた長さを超えている間であって、前記プローブが前記ドローグと最初に係合する前に、前記ホースリールの回転が停止するようにし、前記ホース速度をゼロとし、前記ドローグが前記プローブと接触していない間の前記ホースリール上の反作用トルクを検知する段階（前記ホース速度がゼロであって前記ドローグが前記プローブと接触していない間の前記ホースリール上の前記反作用トルクを「自由追従抵抗力」と称する）；および
（ｉ）前記ホースリールの回転が停止した後で、前記正味の抵抗力が、前記自由巻取抵抗力に係数Ｋを乗じた大きさと少なくとも同じ大きさに増加したときに、
(i) 前記正味の抵抗力が、前記再計算された自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージの大きさと少なくとも同じ大きさで、前記再計算された自由追従抵抗力の予め定められた第２のパーセンテージの大きさより大きくない限りにおいて、前記ホースリールの回転を停止状態に保持し、
(ii)前記正味の抵抗力が前記再計算された自由追従抵抗力の前記予め定められた第１のパーセンテージの大きさより低下したときに、前記ホースリールを前記ホース巻取方向に回転させて前記リール上に前記ホースを巻き取るようにし、
(iii) 前記正味の抵抗力が前記再計算された自由追従抵抗力の前記予め定められた第２のパーセンテージの大きさを超えたときに、前記ホースリールが前記ホース延出方向に回転して前記リールから前記ホースが引き出されるのを許容する、
段階；
をさらに備えることを特徴とする請求項２９に記載した方法。
【請求項３２】
Ｋの値がほぼ１であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リールに取り付けられたホース・ドローグシステムを有した空中空輸機からの航空機への空中給油に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行している空中給油機から１機の航空機への空中給油は、かなり一般的な出来事になってきている。そのような出来事は、「エアフォース・ワン」と名付けられた最近の映画に描かれている。にもかかわらず、空中給油は依然として困難かつ危険な作戦行動であるとともに、典型的に軍用機において軍の操縦士によって行われるのみである。
【０００３】
今日、空中給油システムの２つのタイプが世界全体において様々な軍隊により用いられている。一方は延長可能なブームシステムであり、他方はホース・ドローグシステムである。本発明は後のタイプのシステムに関する。
【０００４】
ホース・ドローグシステムにおいては、ドローグがホースの出口端に取り付けられる。ホースの入口端は、その上にホースが巻かれリールに取り付けられている。このリールは、典型的に、空中給油機の機体の内部に、あるいは空中給油機の底部に取り付けられた燃料補給ポッドあるいはモジュールに取り付けられている。ホースを展開するときには、ホースの出口端およびそこに取り付けられているドローグが空中給油機の後方に延びる。空中給油機と被空中給油機との組合せ、および使用する特定の燃料補給システムの仕様に応じて、ホースの全長は５０フィート以上となり、かつドローグはリールから約３０フィート延びたときに好ましい燃料補給範囲にある。
【０００５】
ホースおよびドローグが一杯に延びた状態（リール上には依然として何回転分かのホースが残っている）になると、燃料を供給される航空機のパイロットは、その被給油機の燃料補給用プローブがドローグに入って係合する位置へとその航空機を操縦する。パイロットは、ドローグが燃料補給範囲に入るまで、その被給油機を空中給油機に対して前進させ続ける。被給油機が前方に移動すると、そのたるみを取るためにホースはリール上に巻き取られる。燃料補給距離マーカがホースの所定位置に配設されている。燃料補給距離マーカが空中給油機の機体あるいは燃料補給ポッドに再び入るのを被空中給油機のパイロットが見ると、被給油機のパイロットは、被給油機のプローブと係合しているドローグが燃料補給範囲にあることを知る。係合しているドローグおよびプローブが燃料補給範囲にあるときに、空中給油機から被給油機へと燃料がポンプ送りされる。燃料補給が完了すると、被給油機のパイロットは空中給油機に対してその速度を減少させる。ホースおよびドローグは被給油機のプローブによって引き戻され、ドローグおよびホースが一杯に延びた状態に達するまで、ホースは再びリールから引き出される。この時点においてリールの回転が停止し、ドローグおよびホースがこれ以上引き戻すことができなくなると、被給油機の燃料補給用プローブがドローグから分離する。すると、リール上のホースへの巻き取りが開始される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
空中給油機および被給油機は互いに固定された位置関係になく、かつホース（少なくともその出口端において）およびドローグも、一旦空中給油機から展開されると、燃料補給用プローブがドローグに係合するまでいずれの航空機に対しても固定される関係にはないという事実により、最初の係合の間に危険が生じる。それぞれの航空機が周囲の空気に対して毎時数百マイルで移動しているので、空中給油機と被給油機との間の過度の接近速度によって生じるかなりの数の係合ミスが存在する。係合ミスの頻度は、夕方および夜の暗さとともに増加する。空中給油機の速度に一致させるために被給油機のパイロットが被給油機の速度を減少させる前に、ドローグがかなりの力でぶつけられて空中給油機に向かって戻されるので、多量のたるみがホースに形成されてホースがサイン波に似た形状に湾曲する。
【０００７】
この状態でドローグが「（むち打つように）急に動いて」被給油機からプローブを脱落させる結果、ホースはしばしば振動状態となり、ドローグがそれ自身あるいは脱落したプローブと共に被給油機に衝突して人命および／または被給油機の損失を生じさせる。
【０００８】
ホースのたるみを減少させるとともに、燃料補給用プローブとドローグとの係合から生じるあらゆる振動の振幅を最小限に抑えるために、ホースをすばやく巻き取ることができるならば、ホースの振動問題を最小限に抑えることができる。
【０００９】
従来技術は、燃料補給ホースの巻き取りおよび送り出し制御するために固定容量の液圧モータを使用するホースリール駆動組立体を備えている。例えば、カリフォルニア州Ｅｌ  ＭｏｎｔｅのＳａｒｇｅｎｔ  Ｆｌｅｔｃｈｅｒ，  Ｉｎｃ．によって販売されているＦＲ３００ホースリール駆動組立体がその例である。このシステムは、係合ミスの後にあるいは高速で係合した際に、それによって生じるリスクを大幅に減少させるためのホースおよびドローグの十分に速い巻き取りをもたらさない。ＦＲ３００ホースリール駆動組立体および類似したシステムにおける主な障害は、タンカー航空機上の液圧モータが利用できる液圧流れに限りがあることである。それに加えて、固定容量の液圧モータは、それを制御するための複雑な流体機械的サーボ機構をを必要とし、その重量および応答時間を増加させる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、空中給油機から被給油機に空中給油するための、可変容量の液圧モータによって制御されるホースリール駆動システムである。このシステムは、可変容量の液圧モータと、回転速度計／位置センサと、反作用トルクセンサと、このシステムの位置センサおよび反作用トルクセンサから受信したデータに基づいて適切な信号をモータに送信するマイクロプロセッサとを備える。本発明は、従来技術に対する大幅な改良となる。発明されたシステムがより軽く、かつより反応が早いからである。重量の問題については、装備において節約できた重量のすべてが、空中給油機に搭載できる燃料（あるいは、他のいくつかの装備）の重量とすることができる。
【００１１】
本発明はまた、被給油機のプローブがドローグと最初に係合した後にホースが振動状態となる可能性を減少させるための、ホースおよびドローグの展開方法である。本発明の一実施形態においては、プローブとドローグとの接続の前にホースが巻き取られるとともに、ホースを巻き取るために必要とした力が記録される。プローブとドローグとの最初の係合の後、ホースを巻き取るために必要とする力が先に記録されている力とほぼ同じ大きさに増加するまでホースが巻き取られる。本発明は、現在使用されているあらゆるホースリールおよび任意の長さのホースに用いることができ、かつマイクロプロセッサのソフトウェアを容易にアップデートできるので、そのような構成部品の変更に適合させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のホースリール駆動システム１０の好ましい実施例が図１に示されている。
【００１３】
ホースリール１２が示されている。それは、ホース２２が巻かれるドラム１４を有している。図１においてはホースが部分的に展開された状態で示されている。ドローグ２４はホースの自由端すなわち吐出口端２３に取り付けられている。ホースリール１２は、軸受箱２０によってハウジング１８に取り付けられたリール駆動軸１６に取り付けられている。ハウジング１８は、空中給油機の機体の内部、あるいは空中給油機の底部に取り付けられた燃料補給ポッドあるいはモジュールに取り付けることができる（いずれにしても、ホースリールは、直接あるいは間接的に空中給油機の機体に取り付けられる）。ホースの入口端は、ドラムに取り付けられており、かつ空中給油機の燃料補給構造の設計者には公知である任意の方法によって空中給油機の燃料補給源に接続される。実際、ホースリール、ドラム、ホース、ドローグ、リール駆動軸、ハウジングおよび軸受箱の全てを、従来技術で既に実施されているものとすることができる。
【００１４】
本発明のホースリール駆動システムは、電磁液圧制御弁２８を有した可変容量液圧モータ２６を備えている。モータのスプライン軸３０はギヤボックス３１に接続され、その結果としてリール駆動軸１６の末端に接続されている。ギアボックスは約５０対１の減速比でスプライン軸３０をリール駆動軸１６に接続している。
【００１５】
可変容量液圧モータは、液圧モータの製造業者によって販売されているそのようなモータから選択することができる。リール駆動軸、リール、ホース、ドローグの寸法および重量に関する仕様に応じ、減速比およびリールが作動する速度、モータの部品の寸法をカスタマイズしなければならないことがある。典型的なモータ製造業者は、そのようなカスタマイズを成し遂げるために必要な技術を有している。
【００１６】
モータがそのスプライン軸を駆動するトルクは、モータ製造業者にとって公知の方法で電磁液圧制御弁により制御される。大まかに説明すると、電磁液圧制御弁は、モータ内でばね付勢されている容量制御ピストンの内部の作動油の圧力を増減させる。制御ピストン内の液圧は、そのような圧力に対応する位置へとピストンが動くようにする。制御ピストンの位置はモータの容量を決定し、その結果として、モータに供給された作動液の圧力においてスプライン軸に作用させる出力トルクを決定する。具体的なモータ容量およびモータが最大限利用可能な液圧流れは、最大モータ速度（すなわち１分あたりの回転数として測定されるスプライン軸の出力速度）を決定する。電磁液圧制御弁は、それ自体が電気信号によって制御される。本発明のシステムにおいては、電磁液圧制御弁２８がマイクロプロセッサ２９と電気的に接続されている。
【００１７】
マイクロプロセッサ２９は、ホースおよびドローグ、リールに対するそれらの移動方向と速度、それらにおける力に応じて、適切な制御信号を制御弁に送信するように予めプログラムされている。マイクロプロセッサ２９は、内部クロックを有しており、および／または外部クロック３３に接続されている。マイクロプロセッサ２９はまた、対気速度データおよび空中給油機のパイロットによってあるいは航空電子装備によって始動された（例えば、ホースおよびドローグを展開し、あるいはホースおよびドローグを巻き取るといった）命令指示のような飛行データを受け入れるように、空中給油機のコックピット制御盤３８と電気的に接続されている。マイクロプロセッサは、ホースの位置（すなわちドローグがリールからどれだけ延び出したか）およびホースが移動している速度および方向を示すデータを、マイクロプロセッサと電気的に接続されている回転速度計／位置センサ３４から受信する。好ましい実施例においては、回転速度計／位置センサはリール駆動軸１６に機械的に接続される。それに代えて、回転速度計／位置センサモジュールをリール１２に接続することもできる。リール駆動軸の回転速度およびその角度位置が経過時間の関数として互いに数学的に関連しているので、回転速度計／位置センサを単に回転速度計あるいは位置センサとすることができることは当業者が理解するところである。加えて、リールおよびホースの特定の形状寸法（例えばドラムおよびホースの直径）に応じて、経過時間、リール駆動軸の回転速度あるいは角度位置は、ホースおよびドローグが延び出るあるいは巻き取られる直線速度（例えばフィート毎秒）、およびそれらのその時点における位置と数学的に関連している。
【００１８】
マイクロプロセッサは、リール上における反作用トルク（すなわち、給油機の燃料補給プローブとドローグとの接触および／または空気流の影響の結果としての）に関するデータを、好ましい実施例においてはマイクロプロセッサと電気的に接続されているロードセルである反作用トルクセンサ３６から受信する。好ましい実施例においては、反作用トルクセンサは、可変容量液圧モータと機体あるいはポッドとの間に取り付けられる（ポッドが機体に取り付けられているので、ポッドは機体の一部として見ることができる）。
【００１９】
反作用トルクセンサおよび回転速度計／位置センサの電気的な出力は、好ましくはマイクロプロセッサのためにデジタル形式に変換される。
【００２０】
マイクロプロセッサは、ソフトウェアによって予めプログラムされており、典型的に以下の様に可変容量モータを操作するための信号を電磁液圧制御弁に送信する。ホースおよびドローグが収容された状態（すなわち、ホース２２がリールドラム１４上に完全に巻き取られている状態）にあるとき、および空中給油機のパイロットがホースおよびドローグをまだ展開させていないときは、マイクロプロセッサは「中立」信号を電磁液圧制御弁２８に送信する。制御弁は、その結果としてモータ容量がゼロであるように液圧を制御する（すなわち、スプライン軸は自由に回転することができる）。
【００２１】
ホースおよびドローグを収容状態にしようと意図するときには、ハウジングに取り付けられているブレーキがリールに係合してその回転を防止する。さらに、ハウジングに取り付けられているばねがドローグと係合している（図１にはブレーキおよびばねの両方が示されていない）。
【００２２】
パイロット（あるいは航空電子装備）が展開命令を出すと、ブレーキが解除され、かつばねが、ドローグおよびホースの取付部分を、空中給油機の機体あるいは燃料補給ポッドから空気流中へと放出する。リールは、ドローグおよびホースを介してばねにより負荷されたトルクに応答して、ホース延出方向に回転する。マイクロプロセッサは、予め定められた第１の長さのホースがリール１２から延び出たことを示すデータを回転速度計／位置センサ３４から受信するまで、中立信号を制御弁２８に送信し続ける。マイクロプロセッサは、展開命令が発信されてから予め定められた第１の長さのホースが延び出るまでの間、「初期追従（引きずり）」モードにあると称される。典型的な適用においては、予め定められた第１の長さは３フィートであり、予め定められた第１の長さを例示するために、本願明細書においてはこの数字を用いる。
【００２３】
マイクロプロセッサ２９は、３フィート以上のホースがリールから延び出たことを示すデータを回転速度計／位置センサから受信すると「ホース延出」モードに入り、可変容量液圧モータをポンプとして効果的に作用させる信号を電磁液圧制御弁２８に送信する。ドローグは、空中給油機の機体あるいは燃料補給ポッドから出て、空気流によって後方へ（すなわち、空中給油機が飛行する方向に対して後方へ）と引っ張られる力にさらされる。リールは、ドローグおよびホースを介して空気流により負荷されるトルクに応答し、ホース延出方向に回転し続ける。マイクロプロセッサは、標準ホース延出速度と称し得る予め定められた第１の延出速度を超える直線速度でホースがリールから引き出されることを防止するための抵抗を生じさせるべく、（ここではポンプとして作用する）モータ２６の容量を設定する信号を制御弁に送って充分な液圧を提供させる。典型的な適用においては、標準ホース延長速度は毎秒約１０フィートであり、この予め定められた第１の延出速度を例示するために、本願明細書においてはこの数字を用いる。ホース延出速度が毎秒１０フィートを越えることを示すデータを回転速度計／位置センサ３４がマイクロプロセッサ２９に送信すると、マイクロプロセッサ２９は制御弁に信号を送信して液圧およびモータ容量を増加させることにより、ホース延出速度が毎秒１０フィートより低下したことを回転速度計／位置センサ３４が示すまでモータ（ポンプとして作用する）が提供する抵抗トルクを増加させる。ホース延出速度が標準ホース延出速度の５０％以下（ここで説明する実施例において毎秒５フィート以下）であることを示すデータを回転速度計／位置センサ３４がマイクロプロセッサ２９に送信すると、マイクロプロセッサ２９は制御弁に信号を送信して液圧を減少させることにより、ホース延出速度が毎秒１０フィートに達したことを回転速度計／位置センサ３４が示すまでモータの容量およびモータ（ポンプ）が供給する抵抗を減少させる。ホース延出モードの間におけるホース延出速度が毎秒約１０フィートである限り、マイクロプロセッサ２９は制御弁に信号を送信して現在の液圧およびモータ容量を維持させる。
【００２４】
マイクロプロセッサ２９は、ホース長さのデータ（すなわち、リールから引き出されたホースの長さに関するデータ）を監視し続け、ホース長さが（以下の段落内において詳述する）予め定められた第２の長さに接近すると、制御弁に信号を送信して液圧を上昇させることにより、ホース延出速度がゼロに近づくまでモータの容量およびモータが生じさせる抵抗トルクを増加させる。
【００２５】
マイクロプロセッサは、予め定められている第２の長さ（予め定められている第１の長さを含む）のホースがリール１２から引き出されたことを示すデータを回転速度計／位置センサ３４から受信すると、制御弁に信号を送信して、モータの容量を次のように設定するレベルへと液圧を高めるようにする。すなわち、モータがスプライン軸３０およびギヤボックス３１を介して充分なトルクをリール駆動軸１６に作用させて、空気流によってドローグおよびホース上に負荷される力に完全に抵抗し、（リール上に依然として残っている何巻きかのホースと共に）リール１２の回転を停止させるような容量である。マイクロプロセッサは「完全追従」モードにあると称される。予め定められた第２の長さは、主に燃料補給システムが取り付けられている空中給油機のタイプによって大きく変化する。説明を目的として、予め定められた第２の長さを例示するために５０フィートという値を用いる。完全追従モードの間、マイクロプロセッサ２９は、抵抗トルクが延出したホースの長さを５０フィートに維持するように、制御弁に信号を送信して液圧を維持させる。
【００２６】
５秒間にわたってホース長さが５０フィートに維持された（すなわち、ホース速度が毎秒０フィートに等しい）時点において、マイクロプロセッサは「係合前」モードに入る。マイクロプロセッサは、回転速度計／位置センサから受信するデータに応答して、ホースの延出を５０フィートに維持するための信号を制御弁に送信し続ける。反作用トルクセンサ３６は、ドローグおよびホースを引っ張る空気流によってリールおよびリール駆動軸上に負荷される反作用トルクを測定する。反作用トルクセンサがこの力を表すデータをマイクロプロセッサに送信すると、このデータはマイクロプロセッサ内のメモリーに保存される。このトルクの大きさは「自由追従抵抗トルク」と称される。マイクロプロセッサはまた、コックピット制御盤から受信した対気速度データをそのメモリー内に保存する。
【００２７】
空気流がドローグに負荷する実際の力が空中給油機の対気速度と数学的に関連しており、したがって空気流がドローグに負荷する実際の力が変化するので、自由追従抵抗トルクが最初に決定された時点の後に空中給油機の対気速度が変化した場合には、マイクロプロセッサ２９は、その時点における対気速度データを連続して受信し続けるとともに、保存されている対気速度データと比較し、自由追従抵抗トルクを再計算する。
【００２８】
マイクロプロセッサ２９はまた、反作用トルクを表すデータを受信し続け、その時点における反作用トルクと再計算した自由追従抵抗トルクとを比較する。
【００２９】
この時点で「係合開始」信号が被給油機のパイロットに伝達されると、このパイロットはドローグに向かってその航空機を前進させる。
【００３０】
被給油機のプローブがドローグとうまく係合すると、マイクロプロセッサ２９は「係合」モードに入る。マイクロプロセッサは、反作用トルクセンサ３６からの反作用トルクデータを監視し続ける。反作用トルクセンサ３６は、ドローグを引っ張る空気流が負荷する力に、燃料補給プローブがドローグに負荷する力を加算しあるいは減算した正味の力の結果としての、リール１２およびリール駆動軸１６上の反作用トルクを測定している。この反作用トルクの大きさは「正味の抵抗トルク」と称する。燃料プローブとドローグとの係合を達成するために、被給油機は空中給油機の速度よりいくぶん速い速度で移動しなければならないので、プローブとドローグとの係合の初期の間、正味の抵抗トルクは自由追従抵抗トルクより小さい。係合の初期の間、プローブとドローグとの適切な係合を確実なものとするために、燃料補給プローブがドローグに対してかなりの力を作用させることが望ましい。したがって、係合の初期の間は、モータ２６がホースおよびドローグに巻き取りを生じさせるようにすることは付随的に好ましくない。そこで、マイクロプロセッサ２９は、反作用トルクセンサ３６からの正味の抵抗トルクに関するデータに応答して、被給油機がドローグを前方に押すときのホース速度をゼロに保つために、制御弁に信号を送信して液圧を減少させ、モータの容量、したがってスプライン軸３０におけるモータのトルク出力を減少させる。
【００３１】
しかしながら、正味の抵抗トルクが、自由追従抵抗トルクより低い予め定められている第１のトルク差より多く低下した（すなわち、自由追従抵抗トルクの予め定められている第１のパーセンテージより低下した）場合には、延び出ているホースに危険な量のたるみが形成されることになる。典型的な適用においては、正味の抵抗トルクが自由追従抵抗トルクの８０％以下に低下したときに危険が生じ得る。また、本願明細書において議論する実施例においては、予め定められた第１のトルク差は自由追従抵抗トルクの２０％に等しく、自由追従抵抗トルクの予め定められた第１のパーセンテージは８０％である。もちろん、予め定められた第１のトルク差は、給油機と被給油機および特定のホースとドローグの様々な組合せによって異なり得る。また、予め定められた第１のトルク差に達すると、プローブとホースの確実な係合が合理的に保証される。
【００３２】
マイクロプロセッサ２９は、その時点における正味の抵抗トルクを自由追従抵抗トルクと比較する。正味の抵抗トルクが、自由追従抵抗トルクの予め定められた第１のパーセンテージ（すなわち、自由追従抵抗トルクより、予め定められた第１のトルク差（この実施例では自由追従抵抗トルクの２０％に等しい量）だけ低い大きさ）より低いと、マイクロプロセッサ２９は、可変容量液圧モータ２６がモータとして作用するように、その容量を以下の値よりも大きく設定する信号が制御弁に送信されるべきであると決定する。
Ａ．正味の抵抗トルクに１．１を乗じた値に等しいモータトルク出力に対応する容量；および
Ｂ．モータに対する液圧流れが利用可能な最大値のときにおける最大許容モータ速度に対応する行程容量
最大許容モータ速度は、最大許容ホース速度に応じて定まる。典型的な適用においては、最大許容ホース速度は毎秒２０直線フィートであり、および本願明細書に記載される実施例においてはこの数字を用いる。マイクロプロセッサは、正味の抵抗トルクが自由追従抵抗力の８０％に戻るまでホース巻取方向にリールが回転するように、そのような信号を制御弁に送信する。正味の抵抗トルクが自由追従抵抗力の８０％に戻るまで、モータはリールが最高で毎秒２０フィートにおいてホースを巻き取るようにする。
【００３３】
それから、マイクロプロセッサ２９は「燃料補給」モードに入る。マイクロプロセッサは、正味の抵抗トルクが自由追従抵抗力の予め定められた第１のパーセンテージ（この実施例では８０％）と自由追従抵抗力の予め定められた第２のパーセンテージ（この実施例では９０％）との間にある限りにおいて、モータの出力トルクがホース速度をゼロに保持するのに十分であるように、モータ容量を設定するべく、制御弁に信号を送信することを決定し、そしてそのような信号を制御弁に送信する。可変容量液圧モータは、正味の抵抗トルクが自由追従抵抗力の８０％以下に落ちた場合に、最高で毎秒２０フィートの速度でリールがホースを巻き取るように（駆動トルクを提供する）モータとして、あるいは正味の抵抗トルクが自由追従抵抗力の９０％以上に上昇した場合に、最高で毎秒２０フィートの速度でリールがホースを延出させるように（抵抗トルクを提供する）ポンプとして、作用するように指令される。この時点において、被給油機のパイロットが空中給油機の速度に対する被給油機の速度を調整して、２つの航空機間の距離がホースの延出を予め定められた第３の長さとするような速度にすると、回転速度計／位置センサがマイクロプロセッサに信号を送信し、かつ空中給油機の機体あるいは燃料補給ポッドに隣接して現れる燃料補給範囲標識が被給油機のパイロットに信号を送信する。
【００３４】
マイクロプロセッサが燃料補給モードにある間にホースの延出が予め定められた第３の長さに達すると、燃料補給（すなわち空中給油機から被給油機への燃料のポンプ送り）が開始する。マイクロプロセッサは、正味の抵抗トルクが自由追従抵抗力の８０％〜９０％である限りにおいてホース速度をゼロに保持するために制御弁に信号を送信する必要があるか判定し続け、かつそのような信号を制御弁に送信する。被給油機のパイロットは、被給油機の速度が空中給油機の速度と同じになるように維持しようとする。正味の抵抗トルクが自由追従トルクの８０〜９０％の範囲から外れるように２機の航空機の速度が互いに変化した場合には、直前の段落で説明したように、マイクロプロセッサはモータがモータあるいはポンプとして作用するように指令し、最高でも許容ホース速度でホースを延出させあるいは巻き取らせる。マイクロプロセッサが燃料補給モードにある間、実際の燃料補給は、予め定められている第３の長さに対して予め定められている限界量を越えてホース長さが変化した場合には停止し、予め定められている第３の長さに対する予め定められた限界量の範囲内にホース長さが復帰すると再開する。
【００３５】
燃料補給が完了すると、被給油機のパイロットは、空中給油機に対する被給油機の速度を減少させる。マイクロプロセッサは燃料補給モードのままであり、正味の抵抗トルクが自由追従抵抗力の９０％を越えると、モータがポンプとして作用するようにモータの容量を設定する信号を制御弁に送信する。マイクロプロセッサは、予め定められている第２の長さ（本願明細書において議論される実施例においては５０フィート）にホース長さが近づいていることを示すホース長さデータを受信するまで、燃料補給モードのままである。
【００３６】
次いで、マイクロプロセッサは、バルブが液圧を増加させる信号を制御弁に送信し、それによってホース延び出し速度がゼロに近づくまで抵抗トルクを増加させる。マイクロプロセッサは、予め定められた第２の長さのホースがリール１２から引き出されたことを示すデータを回転速度計／位置センサ３４から受信すると、空気流およびドローグ上のプローブによって負荷される力に完全に抵抗するトルクをモータがスプライン軸３０およびギヤボックス３１を介してリール駆動軸１６に作用させるようなレベルへと液圧およびモータの容量を増加させる信号を制御弁に送信し、（上述したように、リール上には依然として何巻きかのホースが残っているように）リール１２の回転を停止させる。リールが停止するまでに、プローブはドローグから分離される。
【００３７】
マイクロプロセッサは、依然としてホース長さおよび反作用トルクデータを監視し、空中給油機のコックピットからの命令に応じて、(i) 他の被給油機に対する燃料補給プロセスを開始するために完全追従モードの最初に復帰し、あるいは(ii)「巻き取り」モードに入るとともに、モータが充分なトルクを出力して最高でも予め定められた第２の巻取速度（この実施例においては１秒につき１０線形フィート）でホース上にリールを巻き取ることになる信号を制御弁に送信する。ホースの長さが予め定められた第１の長さ（本願明細書で議論する実施例においては３フィート）に近づいていることを示すホース長さデータをマイクロプロセッサが受信すると、マイクロプロセッサは、バルブが液圧を減少させてモータの容量を減少させるようにする信号を制御弁に送信し、それによってホースの巻取速度を減少させる。マイクロプロセッサは、ドローグが放出ばねに接触してこれを圧縮するとともにホース長さデータがホースの延出長さがゼロであることを示すまで、ホースの巻き取りを生じさせる信号を送信し続け、モータの容量をゼロに設定する。
【００３８】
ブレーキがリールに係合し、マイクロプロセッサは中立モードに復帰する。
【００３９】
１つのホース速度から他のホース速度への調整を行うときの速度は、もちろん、本発明のシステムをまとめた設計者により選択された具体的な可変容量液圧モータの加速能力によって制限される。その結果として、特定の目標ホース速度に実際に到達する前に、ホースが所望される延出長さになり得ることは理解される。
【００４０】
従来技術のシステムにおいては、ホース展開システムが故障すると、展開させたドローグおよびホースを巻き取ることができなくなる。本発明の好ましい実施例において、マイクロプロセッサは、マイクロプロセッサが初期追従モードにあるときにホースが予め定められた第２の長さへと最初に到達すると「試験」モードに入るようにプログラムされる。すなわち、マイクロプロセッサ２９は、可変容量液圧モータ２６がモータとして作用するように制御弁に信号を送信するべきであると決定し、その容量は最高でも最大許容ホース速度でホースを巻き取るように設定される。そのような信号は、予め定められた第１の長さより長くて予め定められた第２の長さより短い予め定められた第４の長さへとホース長さが近づいていることを示すホース長さデータをマイクロプロセッサが受信するまで、マイクロプロセッサによって制御弁に送信される。予め定められた第４の長さは、予め定められた第３の長さと同じでもよい。ホース長さが予め定められた第４の長さに近づいたことを回転速度計／位置センサが検出した後、マイクロプロセッサは、液圧を減少させてモータの容量を減少させる信号を制御弁に送信し、それによって速度がゼロに達するまでホース巻取速度を減少させる。この時点において、マイクロプロセッサはホース展開システムが適切に機能していると決定してホース延出モードに復帰し、ホースの延出および巻き取りが上述したように実行される。マイクロプロセッサがホース展開システムが適切に機能していることを決定しない場合、係合開始信号は被給油機に送信されない。
【００４１】
本発明のシステムが必要とする液圧流体流れは従来技術システムよりも少なく、かつ空中給油イベントに対して従来技術システムよりも早い応答をもたらす。本発明のシステムが固定容量液圧モータではなく可変容量液圧モータを用いるからである。本発明のシステムはまた、空中給油イベントに対してより早いくより適切な応答を提供する。その時点におけるデータに反応するマイクロプロセッサによって、可変容量液圧モータそれ自体が制御されるからである。本発明のシステムはまた、リール、ホース、ドローグおよび航空機の構造における変更に対する適応性がより高い。マイクロプロセッサのソフトウェアの単なるソフトウェアアップグレードによって、大部分の適応を適切に行うことができるからである。
【００４２】
さらに本発明は、上述したようなホースリール駆動システムを制御する方法である。
【００４３】
上述した方法は、燃料補給時の空気速度が高いときに良好に作用する。空気の流れがドローグおよびホースに負荷する力（すなわち空気流れ抵抗）が、直接的あるいは間接的にホースに負荷される摩擦に由来する力よりも実質的に大きいからである。そのような速度では、摩擦に由来する力は無視することができる。
【００４４】
摩擦は、軸と軸受箱との間、ホースがドラムから引き出される（あるいは巻き取られる）部分、ホースがドラム上に残る（あるいは既にその上にある）部分、および他の場所に生じる。空気抵抗に由来する力が常に給油機から離れる方向であるのに対し、摩擦に由来する力はホースが動く方向に対して常に反対の方向に作用する（すなわち、摩擦はホースの延出に抵抗するように作用し、ホースを巻き取るときにはホースを巻き取るために空気抵抗および摩擦の両方に打ち勝たなければならない）。
【００４５】
摩擦が生じる他の場所は、多くのホースリール駆動系統が有する積み込みチューブとホースとの間である。そのようなチューブは、給油機の機体、燃料補給ポッドあるいはモジュール、またはホースリールのハウジングに取り付けられている。
【００４６】
空中給油機の対気速度が減少すると空気抵抗も減少する。したがって、より低い対気速度で燃料補給が行われるときには、摩擦力に対する空気抵抗の比率は大幅に小さくなる。より低い対気速度では空気抵抗が大幅に小さいからである。加えて、対気速度が減少するとホース上に作用する摩擦に由来する力が増加する。これは、積込チューブを有しているシステムにおいて顕著である。対気速度が低いときの空中給油機のピッチ、すなわち迎角が対気速度が高いときのそれよりも大きく、積込チューブとホースとの間の摩擦を増加させるからである。
【００４７】
より低い対気速度でプローブをドローグに係合させるためには、ホースが振動状態に入る可能性を減少させるべく、摩擦に由来する力を考慮しなければならない。
【００４８】
以下に記載する本発明の実施例は、広範囲にわたる対気速度でプローブとドローグとの安全な係合をもたらす。
【００４９】
図２は、ホースに作用しているいくつかの力を側方から見た状態で示す、本発明のホースリールシステムの一部の模式図である。この図に示されているものは、ドラム１４、軸１６、（図２には示されていない）ハウジングに軸を取り付けている軸受箱２０の一つ、ホース２２、ドローグ２４、反作用トルクセンサ３６、ホース延長チューブ４１（断面で示す）、および被給油機のプローブ４２である。反作用トルクセンサ３６（好ましくはロードセル）は、機体あるいはポッドと軸を駆動するモータとの間、あるいは軸と軸受箱との間を含むいくつかの異なる場所に配置することができる。
【００５０】
図２において、空中給油機は水平状態からθ度のピッチ、すなわち迎角を有して描かれている。上述したように、θが増加すると摩擦に由来する力も増加する。
【００５１】
反作用トルクセンサによって検出される荷重は、以下の式（それ自身は概算である）によって説明すれることができる。
Ｌ＋Ｆ１＋Ｒ１＝Ｄ＋Ｆ２＋Ｒ２
Ｌ＝Ｄ−Ｆ１＋Ｆ２−Ｒ１＋Ｒ２
ここでＬは、反作用トルクセンサによって検出される荷重である。Ｄは、空中給油機から離れる方向にドローグおよびホースを引っ張る、空気抵抗に由来する力である。Ｆ１は、ホースが延び出るとき、あるいはリールから引き出されるように付勢されるときの、摩擦に由来する力（すなわち、空中給油機から離れる方向へのドローグおよびホースの引っ張りに抵抗するとともに、Ｄとは反対方向に作用する、摩擦に由来する力）である。Ｆ２は、ホースが巻き取られるとき、あるいはリール上に巻かれるように付勢されるときの、摩擦に由来する力（すなわち、空中給油機内へのホースの巻き取りに抵抗するとともに、Ｄと同じ方向に作用する、摩擦に由来する力）である。Ｒ１は、被給油機がドローグを押すときに、そのプローブを介して被給油機によりドローグ上に負荷される力である。Ｒ２は、被給油機がドローグを引っ張るときに、そのプローブを介して被給油機によりドローグ上に負荷される力である。
【００５２】
先の議論において摩擦を考慮しないと（すなわち、より高い対気速度における燃料補給状態においては、Ｆ１およびＦ２の両方がＤに比較して小さく無視することができる）、自由追従抵抗トルク（時に本明細書においては自由追従抵抗力と称される）はＤに等しい。プローブがドローグと最初に係合し、反作用トルクセンサによって検出される正味の抵抗トルク（時に本明細書においては正味の抵抗力と称される）が自由追従抵抗力の予め定められた第１のパーセンテージ（例えば８０％）の大きさ以下に低下すると、反作用トルクセンサによって検出される正味の抵抗力が、少なくとも自由追従抵抗力の予め定められている第１のパーセンテージの大きさまで戻るように、ホースを巻き取るために軸を回転させなければならない、と説明された。そして、燃料補給モードにおいては、正味の抵抗力が、自由追従抵抗力の予め定められた第１のパーセンテージの大きさと少なくとも同じであるが、自由追従抵抗力の予め定められた第２のパーセンテージの大きさよりは大きくない値に止まるようにホースを延出させあるいは巻き取る。
【００５３】
ホースおよびドローグが予め定められた第２の長さに延びたときに、反作用トルクセンサは自由追従抵抗力を検出する。Ｆ２、Ｒ１およびＲ２のすべてがその時点においゼロであるので（ホースが巻き取られておらずあるいは巻き取りのために付勢されておらず、かつプローブがドローグと接触していないからである。）、
Ｌ′（自由追従抵抗力）＝Ｄ−Ｆ１
である。
【００５４】
被給油機のプローブが最初にドローグと係合したときに、係合モードが開始し、ホースの巻き取りが開始すると、反作用トルクセンサによって検出される荷重は以下の式によって説明することができる。
Ｌｒ（巻き取りの間の正味の抵抗力）＝Ｄ＋Ｆ２−Ｒ１
Ｆ１がゼロであり（ホースが巻き取られていて延出しないからである）、かつＲ２がゼロであるからである。しかしながら、目標とする正味の抵抗力は、より高い速度状態について説明したようにＬ′の予め定められた第１のパーセンテージの大きさである。Ｆ１およびＦ２のいずれかあるいは両方が相当なものである場合、予め定められた第１のパーセンテージが僅かに１００％を超える場合であっても、ホースの巻き取りはほとんど即時に停止する。
【００５５】
例えば、Ｄが３００ポンドに等しく、Ｆ１が７５ポンドに等しく、Ｆ２が７５ポンドに等しく、ドローグと最初に接触したときのＲ１が３００ポンドである場合、ホースを巻き取る方向にリールが回転し始めるまで、反作用トルクセンサは非常に小さい荷重を検出することになる。しかしなから、この時点においてドローグに対する被給油機の速度が迅速に低下するので、Ｒ１は非常に迅速に１００ポンド以下に低下する。したがって、Ｌｒはきわめて迅速に、少なくとも２７５ポンド（すなわち３００＋  ７５−１００）にまで上昇し、それはＬ′（すなわち、３００−７５＝２２５ポンド）より大きい。その結果、ホースの巻き取りはきわめてに迅速にすばやく停止するが、かなりの量のたるみがホースに残る。
【００５６】
巻き取りがほとんど即時に停止すると、燃料補給のための接続動作は、あたかも巻き取りが生じなかったかのようにホースに大きなたるみが形成されて危険な振動が起こる場合とほとんど同じ危険にさらされる。
【００５７】
したがって、少なくとも対気速度が低い場合には、プローブとドローグとの最初の係合に応答してホース巻き取りが開始されているときに、ホース巻取方向におけるリールの回転をいつ停止させるかを判定する際に、摩擦に由来する力を考慮しなければならない。そうするときには、調整された自由追従抵抗力を計算するために、Ｆ１およびＦ２を自由追従抵抗力に加算しなければならない。しかしながら、プローブがドローグと接触することなしにホースおよびドローグが巻き取られるときに反作用トルクセンサによって検出される荷重は、Ｌ′にＦ１およびＦ２を加算した値に等しい。すなわち、プローブと接触することなしにホースを巻き取りするときに、反作用トルクセンサは自由巻取抵抗力（Ｌｆｒ）を測定する。
Ｌ’＝Ｄ−Ｆ１
であるから、
Ｄ＝Ｌ’＋Ｆ１
である。
Ｌｆｒ＝Ｄ＋Ｆ２
であり、かつ
Ｄ＝Ｌ’＋Ｆ１
であるから、
Ｌｆｒ＝Ｌ’＋Ｆ１＋Ｆ２
となる。
【００５８】
この実施例の好ましい変形例おいては、ホースが実質的に一定なホース速度で巻き取られる間にＬｆｒが測定される。  
【００５９】
そのため、対気速度が高い範囲において安全な燃料補給を提供する本発明の実施例においては、ドローグとプローブが最初に係合した後で最初にリールをホース巻取方向に回転させるとき、約０．２と約２との間の所定の値である係数Ｋを自由巻取抵抗力に乗じた値に正味の抵抗力が少なくとも上昇するまで（すなわち、少なくとも正味の抵抗力がＫＬｆｒに等しくなるまで）は、リールの回転を停止させるべきではない。  
【００６０】
この実施例の好ましい変形例において、係数Ｋの値は約１である。係数Ｋの値は、給油機とリールに取り付けられたホース・ドローグシステムとの組み合わせごとに異ならせることができ、実際的な作業のような実践に基づいて判定することができる。  
【００６１】
正味の抵抗力が少なくともＫＬｆｒに達してリールの回転を停止させた後、燃料補給モードに入ると、本発明のシステムが機能して上述したような本発明の方法が実行される。
【００６２】
この実施例の好ましい変形例において、マイクロプロセッサがテストモードにあるときに自由巻取抵抗力を測定することができる。すなわち、予め定められている第２の全長から予め定められている第４の全長へとホースを巻き取る間に、自由巻取抵抗力を測定することができる。しかしながら、（プローブと接触することなしに）ホースおよびドローグを（好ましくは実質的に一定なホース速度で）巻き取るときにはいつでも、自由巻取抵抗力を測定して（最初にあるいは最新版として）マイクロプロセッサに提供することができる。および、このことは、ホースの全長が予め定められている第１の全長より長いときにはいつでも実行することができる。それに加えて、マイクロプロセッサは、プローブおよびドローグが最初に係合した後において巻取方向におけるリールの回転をいつ停止させるかを決定するために、対気速度データを考慮して自由巻取抵抗力を再計算するとともに、その時点における反作用トルクを再計算された自由巻取抵抗力に係数Ｋを乗じたものと比較する。
【００６３】
本発明の本質を説明するために本願明細書において説明しかつ示した詳細、材料、段階、部品配置および用途の様々な変更が当業者に生じ、かつ当業者がなし得ることは理解される。そして、そのような変更は本発明の範囲内に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明のホースリール制御システムの模式図。
【図２】ホースに作用しているいくつかの力を側方から見た、本発明のホースリールシステムの一部を示す模式図。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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