(57)【要約】【課題】航空機キャビンへの抽出されるエンジンブリード空気流れを低減させるための適応制御の提供。【解決手段】航空機のための空調システムは、抽出されるエンジンブリード空気の要求を実質的に低減させ（燃料消費の低減）、与圧、換気、及び熱負荷の要件に同時に適合することを目的として、実際の航空機動作状態、外部環境、及びシステム性能能力を示す複数のパラメータを評価することによって、抽出されるエンジンブリード空気流れを調整する。ＥＣＳ空気流れは、航空機動作状態及び外部環境に基づいて最適化される。次に、ＥＣＳ空気流れは、システム性能能力に基づいて更に最適化され、これは、空調システム出口温度をより低い値又はより高い値に固定し、次に、航空機キャビン環境を適切に維持するために必要な熱力学的性能をなおも満たすために流れ制御弁を介してＥＣＳ空気流れを調整することによって行われる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御ループを実行して、高度、乗員数、及び全空気温度に応じてＥＣＳ空気流れ目標を計算するように構成された少なくとも１つのプロセッサを備える、航空機内部の雰囲気を制御するためのコントローラ。
【請求項２】
少なくとも１つのプロセッサは、航空機キャビン内部の温度を示すセンサ信号を受信し、制御ループを実行して、計算されたＥＣＳ空気流れ目標をトリムするように更に構成され、前記制御ループは、環境制御ユニット出口温度をより低い値又はより高い値に固定し、次に、航空機キャビン環境を維持するための熱力学的性能をなおも満たすために流れ制御弁を介してＥＣＳの空気マス流れを調整する、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項３】
ＥＣＳ流れ目標を計算することと、
計算されたＥＣＳ流れ目標をトリムすることと、
トリムされたＥＣＳ空気流れ目標制御信号を環境制御システムの構成要素（１又は複数）に送信することと、
前記環境制御システムを使用して航空機の内部の雰囲気を制御することと、
を含み、前記ＥＣＳ空気流れは第１の制御ループ内で計算され、前記第１の制御ループとは異なる２次制御ループが、計算されたＥＣＳ空気流れをトリムして前記ＥＣＳ空気流れ目標制御信号を提供するために使用される、
前記航空機の内部の前記雰囲気を制御する方法。
【請求項４】
前記２次制御ループは、ＥＣＳ空気マス流れを調整すること及び環境制御ユニット出口温度を固定することによって、ブリード空気流れ消費を最適化する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記２次制御ループは、システム性能能力によって制限されながら、環境制御ユニット出口温度を設定しＥＣＳマス空気流れを調整する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
トリムすることは、測定されたキャビン温度に応じて実行される、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
１次制御ループが、４Ｄ  ＥＣＳ流れスケジュールマップに基づいてＥＣＳ空気流れ目標を計算する、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記計算されたＥＣＳ空気流れ目標は、高度と乗員数と周囲全空気温度とに基づく、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
計算されトリムされたＥＣＳ空気流れを、システム構成に基づいて検証することを更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
計算されトリムされたＥＣＳ空気流れを、換気、熱負荷、及び与圧の要件を比較することによって検証することを更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
４Ｄスケジュールマップと複数のパラメータとに基づいてＥＣＳ空気流れ目標を計算するように構成された１次制御ループと、
計算されたＥＣＳ空気流れ目標をトリムするように構成された２次制御ループと、
１次制御ループ及び／又は２次制御ループのＥＣＳ空気流れ目標に応じて航空機の内部の雰囲気の少なくとも一部を提供する環境制御システムと、
を備える、前記航空機の内部の前記雰囲気を制御するためのコントローラ。
【請求項１２】
センサに結合され、４Ｄ空気流れスケジュールマップと冷却／加熱機器性能能力とを含むコントローラ、
を備える空気処理システムであって、前記コントローラは、
複数のパラメータに基づいてＥＣＳ空気流れ目標を計算するように構成された１次制御ループと、
計算されたＥＣＳ空気流れ目標を、測定されたキャビン温度に応じてトリムするように構成された２次制御ループと、
を備える、空気処理システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の空気処理システムを含む航空機。
【請求項１４】
ＥＣＳ流れ制御弁と、
空調ユニットと、
前記ＥＣＳ流れ制御弁及び空調ユニットを制御するために接続されたコントローラであって、空気処理システム出口温度を固定し、航空機キャビン環境を維持するために必要な熱力学的性能を満たすために前記ＥＣＳ流れ制御弁を介して空気マス流れを調整する、コントローラと、
を備える、航空機空気処理システム。
【請求項１５】
前記コントローラは、ＥＣＳ空気マス流れを調整すること及び環境制御ユニット出口温度を固定することによってブリード流れ消費を最適化する、適応制御ループを実行する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
適応制御ループは、システム性能能力によって制限されながら、環境制御ユニット出口温度を設定しＥＣＳマス空気流れを調整する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記コントローラは、トリムされたＥＣＳ流れを、システム構成に基づいて検証するように更に構成された、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
前記コントローラは、トリムされたＥＣＳ空気流れを、換気、熱負荷、及び与圧の要件を比較することによって検証するように構成された、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記コントローラは、ＥＣＳ空気流れ目標を、測定されたキャビン温度に応じてトリムするように構成された、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
前記コントローラは、４Ｄ  ＥＣＳ空気流れスケジュールマップに基づいてＥＣＳ空気流れ目標を計算する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２１】
前記コントローラは、計算されたＥＣＳ流れを、システム構成に基づいて検証するように構成された、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２２】
前記コントローラは、計算されたＥＣＳ空気流れを、換気、熱負荷、及び与圧の要件を比較することによって検証するように構成された、請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は航空機空調システム（環境制御システム）に関する。より詳細には、本技術は、航空機動作状態、外部環境、及び冷却／加熱機器性能能力などのパラメータに基づいて、航空機キャビンへの抽出されるエンジンブリード空気流れを低減させるための適応制御（１又は複数）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＥ  ＡＲＰ８５Ｆに記載された航空機の空気圧システム及び空調システム（ａｉｒｃｒａｆｔ  ｐｎｅｕｍａｔｉｃ  ａｎｄ  ａｉｒ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍｓ）は一般に、亜音速民間航空機上で航空機キャビン内部の適切な環境状態を維持するために使用される。このシステムは通常、コンパートメントの熱力学的平衡によって加熱又は過冷却を回避するやり方で調和空気を航空機キャビン及びコンパートメントに供給及び分配する機器、制御、及び指示の配置を含む。そのようなシステムでは、乗員（ｏｃｃｕｐａｎｔｓ）の身体の熱伝達、太陽放射、電気機器の熱放散、外部周囲空気温度との対流が予期され考慮される。加えて空調システムは、ある量の新鮮空気を航空機キャビン内に供給して酸素、二酸化炭素、一酸化炭素などのガスのレベルを維持することによって空気品質を保証し、かつ航空機キャビンの与圧もサポートする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
いくつかの非限定的応用においては、ガスタービンエンジンから分流されるブリード空気流れの消費を最適化すること、低減させること、又は最小化すること（燃料消費を低減させること）が望ましい場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様は、制御ループを実行して、高度、乗員数、及び全空気温度に応じてＥＣＳ空気流れ目標を計算するように構成された少なくとも１つのプロセッサを備える、航空機内部の雰囲気を制御するためのコントローラ、を提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様は、
ＥＣＳ流れ目標を計算することと、
計算されたＥＣＳ流れ目標をトリムすることと、
トリムされたＥＣＳ空気流れ目標制御信号を環境制御システムの構成要素（１又は複数）に送信することと、
前記環境制御システムを使用して航空機の内部の雰囲気を制御することと、
を含み、前記ＥＣＳ空気流れは第１の制御ループ内で計算され、前記第１の制御ループとは異なる２次制御ループが、計算されたＥＣＳ空気流れをトリムして前記ＥＣＳ空気流れ目標制御信号を提供するために使用される、
前記航空機の内部の前記雰囲気を制御する方法、を提供する。
【０００６】
本発明の第３の態様は、
４Ｄスケジュールマップと複数のパラメータとに基づいてＥＣＳ空気流れ目標を計算するように構成された１次制御ループと、
計算されたＥＣＳ空気流れ目標をトリムするように構成された２次制御ループと、
１次制御ループ及び／又は２次制御ループのＥＣＳ空気流れ目標に応じて航空機の内部の雰囲気の少なくとも一部を提供する環境制御システムと、
を備える、前記航空機の内部の前記雰囲気を制御するためのコントローラ、を提供する。
【０００７】
本発明の第４の態様は、
センサに結合され、４Ｄ空気流れスケジュールマップと冷却／加熱機器性能能力とを含むコントローラ、
を備える空気処理システムであって、前記コントローラは、
複数のパラメータに基づいてＥＣＳ空気流れ目標を計算するように構成された１次制御ループと、
計算されたＥＣＳ空気流れ目標を、測定されたキャビン温度に応じてトリムするように構成された２次制御ループと、
を備える、空気処理システム、を提供する。
【０００８】
本発明の第５の態様は、
ＥＣＳ流れ制御弁と、
空調ユニットと、
前記ＥＣＳ流れ制御弁及び空調ユニットを制御するために接続されたコントローラであって、空気処理システム出口温度を固定し、航空機キャビン環境を維持するために必要な熱力学的性能を満たすために前記ＥＣＳ流れ制御弁を介して空気マス流れを調整する、コントローラと、
を備える、航空機空気処理システム、を提供する。
【０００９】
以下の例示的で非限定的な説明的実施形態の詳細な説明は、以下の図面と共に読まれるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】環境制御システムを含む例示的で非限定的な航空機のブロック図である。
【図２】流れ制御弁（１又は複数）に指示するためのＥＣＳ空気流れ目標制御信号を構築する例示的で非限定的な２ループ適応制御ストラテジを示す。
【図３】空調ユニットの一部としてコントローラを含み流れ制御弁（ＦＣＶ）を提供する、図１の環境制御ユニット（ＥＣＵ）の機能ブロック図を示す。
【図４Ａ】飛行高度に基づく固定値を有する、一般的に使用されるＥＣＳ流れスケジュール曲線の例を示す。
【図４Ｂ】記憶された４Ｄルックアップテーブルに基づいて空気流れ値を提供するＥＣＳ  ４Ｄ流れスケジュールの例である。
【図５】図３のコントローラによって実行される、ＥＣＳ空気流れ目標を計算及びトリムするための例示的で非限定的なロジックのフローチャート図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示すものなどの航空機において、環境制御システムは、主エンジンの圧縮機からの高圧高温空気（ブリード空気）を受け取る。制御されるＥＣＳ空気流れスケジュールは、航空機動作エンベロープ全体にわたって換気（ＦＡＲ／ＪＡＲ２５．８３１）、与圧、及び熱負荷の要件に同時に適合するように調節される（ｓｉｚｅｄ）。一般に、空調空気流れスケジュールは固定され、航空機飛行高度に比例し、環境制御システムは、キャビン環境状態を適切に維持するために空調ユニットを介して供給空気温度を制御する。
【００１２】
空調流れスケジュールが飛行高度のみに比例する場合、スケジュールは極端な航空機環境及び動作エンベロープに適合するように調節され（ｓｉｚｅｄ）、従ってより多くの不必要なエンジンブリード空気流れ消費がもたらされる。ブリード空気の消費が多すぎることには、エンジン効率の減少及び燃料消費の増加などの欠点が伴う場合がある。
【００１３】
例示的で非限定的な技術は、低減されたＥＣＳ空気流れに対する要求を、新鮮空気流れ及び熱負荷の要件に影響を及ぼす入力を介して達成するものであり、４Ｄ流れスケジュールマップ（乗員数、ＴＡＴすなわち全空気温度、飛行高度、及びＥＣＳ空気流れ目標）を有する。
【００１４】
その後、この得られた流れは第２の制御ループによってトリムされ、第２の制御ループは、一般的に制御されたＥＣＳの構成を修正するが同じ熱力学的性能を得るものである（すなわち、流れを設定し冷却／加熱機器出口温度を制御する代わりに、非限定的実施形態では、冷却／加熱機器出口温度を設定し流れを制御する）。
【００１５】
航空機のための環境制御システムは、抽出されるエンジンブリード空気流れの要求を実質的に低減させ、与圧、換気、及び熱負荷の要件に同時に適合することを目的として、実際の航空機動作状態、外部環境、及び冷却／加熱機器性能能力を示す複数のパラメータを評価することによって、抽出されるエンジンブリード空気流れを調整する。
【００１６】
システムコントローラ上の又はシステムコントローラ内の適応制御ロジックが、実際の航空機動作状態、外部環境、及び冷却／加熱機器性能能力を評価し、それらの入力／パラメータに基づいてＥＣＳ空気流れ要求を調整する。航空機環境制御システムのための２ステップの制御ループが、ＥＣＳ空気流れの調整を提供する。第１の制御ループは、実際の航空機動作状態及び外部環境を考慮することにより、ＥＣＳ空気流れ要求を最適化する。第２のループは、冷却／加熱機器性能能力を考慮することにより、ＥＣＳ空気流れを調整すること及び空調ユニット出口温度を固定することによって、ＥＣＳ空気流れ要求をトリムし最適化する。
【００１７】
航空機動作状態は、航空機アビオニクスシステムから現在の飛行における乗員数を得ること、及びコンパートメント上に取り付けられた温度センサを介して現在のキャビン及びコックピット環境温度を測定することによって評価される。外部環境状態は、外部センサによって測定される現在の航空機飛行高度及び全空気温度に基づいて評定される。最後に、システム能力は、冷却／加熱機器性能を考慮してシステムコントローラによって評定される。
【００１８】
図２に示すように、第１の又は１次制御ループ２０２は、以下の３つの値を評価することによって空調空気マス流れの目標を評定する：（ａ）乗員数（通常は操縦士又は飛行乗務員による入力に基づいて航空機アビオニクスから得られる）、（ｂ）全空気温度（ＴＡＴ）（胴体の外部のかつ胴体上に搭載されたセンサによって測定され、航空機の外側の外部周囲空気淀み点温度（ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を示す）、及び（ｃ）飛行高度。この適応制御の結果は、４次元（４Ｄ）空気マス流れスケジュールマップである。コントローラは、外部空気温度と航空機高度と乗員数とを使用して、航空機キャビン内への流入のためのＥＣＳ空気流れ目標と、関連するブリード流れ要求とを決定する。１次制御ループ２０２は、実際の飛行高度に基づいて空気流れを計算し、実際の外部空気淀み点温度及び乗員数に関して補償する。１次制御ループ２０２は、３つの入力／パラメータに基づいてマス空気流れスケジュールを提供する４次元ルックアップテーブルを使用する。１次制御ループ２０２は、どれだけのＥＣＳ空気流れがキャビンに供給されなければならないかを制御する４Ｄスケジュールマップに基づいてＥＣＳ空気流れを計算する。
【００１９】
ＥＣＳ空気流れは、ＦＡＡ規制によって課される換気、熱負荷、及び与圧の空気流れ要件に同時に適合する。１次制御ループ２０２はその動作を第２の制御ループ２５０とは独立に実行可能である。１次制御ループ２０２は、２次制御ループ２５０なしで航空機に対して使用及び／又は適用されてもよい。ＥＣＳ空気流れは、システム構成に基づいて、かつ換気、熱負荷、及び与圧の要件と比較して検証され（ｖａｌｉｄａｔｅｄ）、それらの要件を同時に満たすように適宜調節される。このようにして、１次制御ループ２０２が提供するＥＣＳ空気流れが、規制された制限の外部でのシステム動作を発生させることが防止される。１次制御ループ２０２に影響を及ぼす何らかの問題が観察された場合、システムは自動的に、飛行高度のみに基づくデフォルトの（一般的な）ＥＣＳ空気流れ計算に戻る。
【００２０】
第１の制御ループ２０２の出力は次に、更なる最適化が実行されることがなおも可能であるかどうか評定される２５２。例示的で非限定的な実施形態では、第２の又は２次適応制御ループ２５０は、空調ユニットにおいて使用されている現在の性能を評価する。次に、空調の制御は変更される。マシンの出口温度を調整する代わりに、２次制御ループ２５０は、温度をより低い値又はより高い値に固定し、次に、航空機キャビン環境を適切に維持するために必要な熱力学的性能をなおも満たすために流れ制御弁を介して空気流れを調整する。より詳細には、該当する規制に適合するように決定されたすでに計算されたＥＣＳ空気流れ目標を与えられると、２次ループ２５０は、すでに計算されたＥＣＳ空気流れ目標を、キャビン温度センサを使用して現在の温度読み取り値に基づいてトリムする。トリミングは、測定された温度に応じてＥＣＳ空気流れ目標を変更するために使用される。２次制御ループ２５０は追加適応評定（計算）２５２を実行して、さもなければ要求されるＥＣＳ空気流れがトリム又は最適化され得るかどうかを判定する。トリム又は最適化され得る場合、２次制御ループ２５０は、流れ制御弁への制御信号として使用するための、トリムされたＥＣＳ空気流れを計算する。トリム又は最適化され得ない場合、１次制御ループ２０２の出力はＥＣＳ空気流れを制御するために直接伝えられ、２次制御ループ２５０はバイパスされる。
【００２１】
トリムされたＥＣＳ空気流れは、システム構成に基づいて、かつ換気、熱負荷、及び与圧の要件と比較して検証され（ｖａｌｉｄａｔｅｄ）、それらの要件を同時に満たすように適宜調節される。このようにして、２次制御ループ２５０が提供する最適化が、規制された制限の外部でのシステム動作を発生させることが防止される。適応制御ループ２０２、２５０の組み合わせの出力は、換気、与圧、及び航空機熱負荷の要件及び目的になおも適合する所与の動作のための最適化された抽出されるブリード空気マス流れである。
【００２２】
２次制御ループ２５０はそのトリミング動作を第１の制御ループ２０２とは独立に実行可能である。これにより例えば、２次制御ループ２５０が、第１の制御ループ２０２の必要なしに既存のシステムに追加されることが可能になる。２次制御ループ２５０に影響を及ぼす何らかの問題が観察された場合、システムは自動的に、飛行高度のみに基づくデフォルトの（一般的な）ＥＣＳ空気流れ計算に戻る。他の実装では、１次制御ループ２０２及び２次制御ループ２５０は組み合わされて、全ての入力を考慮する単一の全体的な制御ループにされてもよい。１次制御ループ２０２及び／又は２次制御ループ２５０に影響を及ぼす何らかの問題が観察された場合、システムは自動的に、飛行高度のみに基づくデフォルトの（一般的な）ＥＣＳ空気流れ計算に戻る。
【００２３】
２次制御ループ２５０は、それが受け取るキャビン温度入力と、もしあれば、第１の制御ループ２０２が提供する更新されたマス空気流れとに基づいて、トリムされた最適化されたＥＣＳ空気流れ目標を再計算するために継続的かつ再帰的に動作する。２次制御ループ２５０は比較的高速に反復されてもよい（例えば、１秒に１回又は多数回、流れ制御弁の過度の反復動作及び関連する損耗を回避するために提供されるヒステリシスが必要な場合はそれを伴って）。例えば、トリムされたＥＣＳ空気流れ目標が正しくない（高すぎる又は低すぎる）キャビン温度をもたらす場合、２次制御ループ２５０は、トリムされたＥＣＳ空気流れ目標をセンサ入力に応じて適応させ訂正する。同様に、指示されるＥＣＳ空気流れを第１の制御ループ２０２が変更した場合、２次制御ループ２５０は、新たな対応するトリムされたＥＣＳ空気流れを計算することによって適合させる。
【００２４】
（より詳細な説明）
図１は、環境制御ユニット１０５を含む航空機の作用機構、及びそのような航空機が地上動作及び飛行動作の両方の間に与圧、換気、及び熱負荷の要件をどのようにして維持できるかを示す。航空機胴体１０１内部の空気の温度及び圧力は、図１における航空機の内部及び外部の環境制御システム構成要素によって制御される。これらの構成要素は、航空機が高高度の低い外部周囲空気圧力及び温度において飛行している場合でさえ人間の生命及び快適さをサポートするために、航空機内部の適切な新鮮空気流れ、与圧、及び温度を維持する。
【００２５】
３０，０００フィート（約９，１４４ｍ）において飛行している航空機の外部の空気は、華氏−４８度（摂氏約−４４．４度）及びわずか４ポンド毎平方インチ（約２７．５８キロパスカル）程度の可能性がある。この過酷な環境にもかかわらず、航空機の空気処理システム構成要素は、（飛行乗務員によって調整された）約８ポンド毎平方インチ（約５５．１６キロパスカル）の与圧及び華氏６８度（摂氏約２０度）を、与圧されたキャビン内部で水蒸気を含む他のガスに酸素を適切に混合しながら維持する。
【００２６】
胴体１０１は飛行デッキ１０３及びキャビン区画（１０６ａ〜１０６ｇ）を画定する。キャビン区画１０６は乗客によって占められ、飛行デッキ１０３は乗務員によって占められる。航空機に乗っている人間乗員の数は、以下の理由により空気処理システムの要求に影響を及ぼす：（ａ）人間は通常の呼吸の間にＯ２を吸息しＣＯ２及び水蒸気を呼息する、（ｂ）人体は熱を放出し、これは胴体１０１内部の雰囲気を暖める、及び（ｃ）最小の新鮮空気流れ要件。乗員数は、空気処理システムの要求、及び換気要件を決定するために使用される要因である。
【００２７】
ガスタービンジェットエンジン１０２、１０４の通常の動作では、圧縮された（高圧の）かつ加熱された（高温の）空気が生成される。より詳細には、ガスタービンエンジン１０２、１０４は、初段の空気圧縮機を使用してエンジンに圧縮空気を供給する。航空機設計者は、動作しているガスタービンエンジン１０２、１０４の特定の圧縮機段からこの圧縮され加熱された空気の一部をブリードし、それを他の目的（例えば、キャビンの与圧及び温度の維持）のために使用することが、エンジンの動作及び効率に悪影響を及ぼすことなく可能であることをずっと以前に知った。航空機が飛行している間、エンジン１０２、１０４自体が、キャビンの温度及び圧力を維持するための与圧された高温空気の好都合な源を提供する。
【００２８】
図１に示すものなどの環境制御システムは、再循環空気と混合されるＥＣＳ空気の量を自動的に制御して、適切なキャビン温度、圧力、及び湿度を維持することが可能である。エンジン１０２、１０４からブリードされるブリード空気の流れを減らすために、ＥＣＳ空気の使用を最小化又は最適化することが多くの場合望ましい。
【００２９】
航空機の地上動作の間のブリード空気源としては、ＡＰＵ１１６、及び地上空気圧源（ｇｒｏｕｎｄ  ｐｎｅｕｍａｔｉｃ  ｓｏｕｒｃｅｓ）１１８が含まれるが、これらに限定されない。航空機の飛行動作の間のブリード空気源としては、左エンジン（１又は複数）１０２、右エンジン（１又は複数）１０４、及びＡＰＵ１１６が含まれるが、これらに限定されない。
【００３０】
ＡＰＵ１１６、地上空気圧源１１８、左エンジン（１又は複数）１０２、右エンジン（１又は複数）１０４によって提供されるブリード空気は、ブリード空気流れマニホールド並びに関連する圧力調整器及び温度リミッタを介して航空機の空調ユニット１０８に供給される。空調ユニット１０８はまた、キャビン区画１０６ａ〜１０６ｇ及び飛行デッキ１０３からの再循環空気を、前述の源からのブリード空気と混合してもよい。環境制御ユニットコントローラ１１０は流れ制御弁（１又は複数）１１４を制御して、空調ユニット１０８に供給されるブリード空気の量を調整する。ブリード弁（１又は複数）１２５はブリード源を選択するために使用される。
【００３１】
空調ユニット及び空気分配ユニット（ａｉｒ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  ａｎｄ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｕｎｉｔｓ）は、新鮮ブリード空気と再循環空気とを受け取り所望の混合を提供する。この文脈において、用語「空調（ａｉｒ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）」は、冷却に限定されず、航空機胴体１０１の内部に導入するために空気を準備することを意味する。空調ユニット（１又は複数）１０８及び流れ制御弁（１又は複数）１１４は、キャビン区画１０６ａ〜１０６ｇ及び飛行デッキ１０３の内部の空気マス流れ及び温度を調整し、また、貨物１２７、１２９のための適切な雰囲気を維持する。
【００３２】
環境制御ユニット１０５は重複して存在してもよい（例えばコックピットのために１つ、及び乗客キャビンのためにもう１つ）。一例示的実施形態では、各ＥＣＵ１０５は、デュアル熱交換器と、エアサイクルマシン（圧縮機、タービン、及びファン）と、凝縮器と、水分離器と、関連する制御装置及び保護装置とを含む空調ユニット１０８を含む。空気圧システムからの自動制御されたブリード空気は、ＥＣＵ１０５に供給される。ＥＣＵ１０５の内部で、ＥＣＳ空気流れは、エアサイクルマシンを通過する低温ラインと、エアサイクルマシンをバイパスする高温ラインの２つのラインに分割される。エアサイクルマシン（ＡＣＭ）において、空気は１次熱交換器内で冷却され、圧縮機を通過して圧力が増加される。冷却された空気は次に２次熱交換器に進み、そこで再び冷却される。２次熱交換器を離れた後、高圧の冷却された空気は凝縮器と、凝縮水の除去のための水分離器とを通過する。主なブリード空気流れはタービンにダクト送給され、低温空気流れと圧縮機及び冷却ファンのためのパワーとを提供するために膨張される。低温空気流れは、再循環ファンによって供給される暖かい空気と、及び／又はタービンを離れた直後の高温バイパスブリード空気と混合される。
【００３３】
環境制御ユニット（ＥＣＵ）コントローラ１１０は、適切な命令／コマンドを制御信号内で提供することによって、与圧、換気、及び熱負荷の要件を維持することが可能である。環境制御ユニットコントローラ１１０は、キャビン区画１０６ａ〜１０６ｇ及び飛行デッキ１０３内のセンサ１２０からの入力を受信する。また、操縦士又は乗務員は、乗員数及び所望のキャビン温度などのパラメータを入力する。これらの及びその他のパラメータに基づいて、環境制御ユニットコントローラ１１０は、適切なＥＣＳ空気流れ目標を計算して、流れ制御弁１２５を制御する。ＥＣＵコントローラ１１０は、流れ制御弁１２５及びシステム動作のその他の側面を制御するための命令／コマンド／制御信号１１１を空調ユニット１０８に提供する。システムは一般に、必要な駆動信号を流れ制御弁１２５に提供するための、必要な回路及び追加の処理を含む。
【００３４】
環境制御ユニットコントローラ１１０は、航空機のために必要なＥＣＳ空気流れを登録し、同時にその流れを継続的に調節する能力を有する。航空機の空調ユニット１０８は、環境制御ユニットコントローラ１１０から制御信号を受信し、キャビン区画１０６ａ〜１０６ｇ、飛行デッキ１０３、前方貨物コンパートメント１２７、及び後方貨物コンパートメント１２９に適切なマス空気流れを提供すると同時に航空機内部で空気を再循環させることが可能である。
【００３５】
環境制御システム（ＥＣＳ）は、ＥＣＵ（１又は複数）（空調ユニット、コントローラ、及び流れ制御弁）、センサ、空気流れ分配ダクト、再循環ファン、ＥＰＡフィルタ、複数の信号及び指示などの配置を含むが、これに限定されない。
【００３６】
図３は、入力信号及び制御信号を示す例示的で非限定的な実施形態の機能ブロック図を示す。図３は、空調ユニット１０８と環境制御ユニットコントローラ１１０との間の関係、及びそのような構成要素が航空機キャビン１０６に空気マス流れをどのようにして提供するかを示す。環境制御ユニット１０５は、コントローラ１１０と、流れ制御弁（１又は複数）（ＦＣＶ）１２５と、空調ユニット（１又は複数）１０８とを含む。コントローラ１１０は、航空機のセンサ１２０を用いて複数のパラメータを測定することと、更に航空機アビオニクスシステム１２２からの入力を受信することとによって、ＦＣＶ１２５及び空調ユニット１０８にマス流れ目標を提供することが可能である。コントローラ１１０でＥＣＳ空気流れ目標が与えられた場合、ユニット全体１０５が、調節されたＥＣＳ空気流れを航空機キャビン１０６に提供する。
【００３７】
開示を容易にするために、図３及び図５における変数を以下に列挙し説明する。
【表１】
2018034790.tif 000003
【００３８】
図２は、図３のコントローラ１１０によって実行される、ＥＣＳ空気流れ目標を計算するために使用されるロジックの図を示す。コントローラ１１０は、４Ｄスケジュールマップに基づいてＥＣＳ空気流れ目標を計算する１次制御ループ２０２、及び１次制御ループからの計算されたＥＣＳ空気流れ目標をトリムしてＥＣＳ空気流れ目標信号を提供する２次制御ループ２５０という、２つの主要なループを実行する。ＥＣＳ空気流れ目標信号は次に、ブリード空気流れを制御するためにＦＣＶ１２５及び空調ユニット１０８に送信される。コントローラアルゴリズムは、航空機の環境及びその他の動作状態が変化するにつれて目標を常時計算しトリムするこれらの２つの制御ループを含む。
【００３９】
図４Ａは、飛行高度対空気流れマップに基づいて各飛行高度に対して固定された空気流れ値を有する、一般的に使用されるＥＣＳ流れスケジュール曲線の例を示す。
【００４０】
図４Ｂは、飛行高度、全空気温度、及び乗員数に基づいて空気流れ値を提供するＥＣＳ  ４Ｄ流れスケジュールの例である。
【００４１】
いくつかの動作において、空気流れの要求は、防氷システムなどの航空機のシステム構成や、空気圧システム及び空調システムの障害などによって影響を及ぼされる。
【００４２】
図５は、コントローラ１１０の内部でＥＣＳ空気流れ目標を計算するために使用されるロジックのより詳細な図を示す。そのようなロジックは、非一時的メモリ内に記憶されたソフトウェア命令によって実装されてもよく、かつ１又は複数のマイクロコンピュータ又はマイクロプロセッサによって実行されてもよい。ループ２０２、２５０は同じプロセッサによって、又は異なるプロセッサによって実行されてもよい。
【００４３】
１次制御ループ２０２は、３つのステップを介してＥＣＳ空気流れ目標を提供してもよい。１次制御ループ２０２は、入力のアレイ２０４を使用して、４Ｄスケジュールマップに基づいてＥＣＳ空気流れを計算する２０６。１次制御ループ２０２が４Ｄスケジュールマップに基づいてＥＣＳ空気流れを計算したら２０６、制御ループは更に、必要な与圧、換気、及び熱負荷の要件２０８を維持するために、記憶されたパラメータを使用してそれを確認する（ｖｅｒｉｆｉｅｓ）。次に１次制御ループ２０２は、２次制御追加適応評定（計算）２５２に、さもなければ要求されるＥＣＳ空気流れがトリム又は最適化され得るかどうかを判定するための信号を送出する。
【００４４】
２次制御ループ２５０は、計算されたＥＣＳ空気流れ目標２０６を常時トリムする。１次制御ループ２０２は、４Ｄスケジュールマップに基づくＥＣＳ空気流れ目標２０６の信号を（２０８、２５２を通過後に）処理ブロック２５８に送信し、処理ブロック２５８は、キャビン温度センサからの入力も受信する。２次制御ループの処理ブロック２５８は、ＥＣＳ空気流れを調整すること及び空調ユニット出口温度を固定することによって、ブリード流れ消費を最適化する。トリムされたＥＣＳ空気流れ目標信号２５６は次に、確認ブロック（ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｂｌｏｃｋ）２５４に送信され、そこで制御ループは必要な与圧、換気、及び熱負荷の要件を維持する。１次制御ループ２０２と２次制御ループ２５０との間の差は、１次ループは４Ｄスケジュールマップに基づいてＥＣＳ空気流れ目標を計算することである。ＥＣＳ空気流れ目標は次に、トリミングのために２次制御ループ２５０に信号を介して送信される。２次制御ループ２５０はＥＣＳ空気流れ目標をトリムする。流れ制御弁（１又は複数）１２５及び空調ユニット（１又は複数）１０８は次に、トリムされた流れ目標信号を受信し、そのとき初めてシステムは適切な空気マス流れを航空機キャビンに提供する。
【００４５】
本発明について、最も実用的かつ好ましい実施形態と現時点で考えられるものを用いて説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、反対に、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内の様々な修正及び均等な構成を包含するということを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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