(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行中の航空機周辺の圧力場を制御するシステムであって、
各局所圧力を測定するようにそれぞれが構成された、前記航空機の外部面に沿って延伸する複数の場所に配置された複数の圧力センサと、
前記航空機に搭載された可動構成要素の動きを制御するように構成された主要コントローラと、
前記複数の圧力センサと通信可能に結合されたコントローラであって、各圧力センサからの各局所圧力を示す情報を受信し且つ各それぞれの局所圧力を蓄積して、前記航空機の前記外部面に沿った前記圧力場を判定し、前記圧力場が所望の圧力場からずれるタイミングを前記情報に基づいて判定し、且つ、前記ずれを減少させるように前記可動構成要素を動かすための要求を前記主要コントローラへ送信するように構成されたコントローラと、
を備え、
前記主要コントローラは、更に、前記要求を評価し、前記要求に従うことが適切であると前記主要コントローラが判定したときのみ前記要求に従うように構成される、システム。
【請求項２】
前記可動構成要素は推進システム構成要素を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記可動構成要素は操縦翼面を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記圧力場の圧力勾配が前記所望の圧力場の圧力勾配を超えると、前記圧力場は前記所望の圧力場からずれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
飛行中の航空機周辺の圧力場を制御するシステムであって、
前記航空機の外部面に沿って延伸する複数の場所に配置された複数の圧力センサであって、前記複数の圧力センサの各圧力センサは、前記航空機の推進システム付近の前記航空機の外部面のそれぞれの一部分の付近のそれぞれの局所空気圧を測定するように設置されている、複数の圧力センサと、
前記航空機に取り付けられた第１の可動構成要素であって、前記航空機の飛行中に前記第１の可動構成要素が動くと前記圧力場を変化させる位置に配された第１の可動構成要素と、
前記第１の可動構成要素に動作可能に結合され、前記第１の可動構成要素の動きを制御するように構成された第１の主要コントローラと、
前記複数の圧力センサと通信可能に結合されて、前記第１の主要コントローラと通信可能に結合されたコントローラであって、各圧力センサから前記それぞれの局所空気圧を示す情報を受信し且つ各夫々の局所空気圧を蓄積して、前記航空機の前記外部面に沿った前記圧力場を前記情報に基づいて計算し、前記圧力場と、前記航空機の前記推進システムによって生じる予測される圧力場との間のずれを検出し、且つ、前記ずれが検出されると、前記ずれを小さくするように動くよう前記第１の可動構成要素を動かすための第１の要求を前記第１の主要コントローラに送信するように構成されたコントローラと、
を備え、
前記第１の主要コントローラは、更に、前記第１の要求を評価し、前記第１の要求に従うことが適切であると前記第１の主要コントローラが判定した場合にのみ前記第１の要求に従うように構成される、システム。
【請求項６】
前記第１の可動構成要素は操縦翼面を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の可動構成要素は推進システム構成要素を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記ずれを検出することは、前記圧力場の圧力勾配を、前記予測される圧力場の対応する圧力勾配と比較することを含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記ずれが所定のずれを超えると前記第１の要求を送信するように更に構成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項１０】
前記航空機に取り付けられた第２の可動構成要素であって、前記航空機の飛行中に前記第２の可動構成要素が動くと前記圧力場を変化させる第２の位置に配された第２の可動構成要素と、
前記第２の可動構成要素に動作可能に結合され、前記第２の可動構成要素の動きを制御するように構成された第２の主要コントローラと、
を更に備え、
前記コントローラは、前記第２の主要コントローラに通信可能に結合され、前記ずれが検出されると、前記ずれを小さくするように前記第２の可動構成要素を動かすための第２の要求を、前記第２の主要コントローラへ送信するように構成され、
前記第２の主要コントローラは、更に、前記第２の要求を評価し、前記第２の要求に従うことが適切であると前記第２の主要コントローラが判定した場合にのみ前記第２の要求に従うように構成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記第１の可動構成要素が動くことで前記ずれを所定量だけ小さくできない場合、前記第２の要求を送信するように更に構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記第１の可動構成要素が前記第１の要求に応じて動かない場合、前記第２の要求を送信するように更に構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記複数の圧力センサのうち少なくとも１つの圧力センサは、推進システム吸気口付近の前記それぞれの空気圧を測定するように設置される、請求項５に記載のシステム。
【請求項１４】
前記複数の圧力センサのうち少なくとも１つの圧力センサは、推進システムノズル付近の前記それぞれの空気圧を測定するように設置される、請求項５に記載のシステム。
【請求項１５】
前記複数の圧力センサのうち少なくとも１つの圧力センサは、前記航空機の構造によって生じる衝撃が加わる前記外部面の一部分の付近の前記それぞれの空気圧を測定するように設置される、請求項５に記載のシステム。
【請求項１６】
前記コントローラと通信可能に結合され、複数の予測される圧力場を示す情報を格納するように構成された電子データ格納部を更に備え、
前記コントローラは前記電子データ格納部から前記情報を取得し、該情報を用いて前記圧力場と前記予測される圧力場の間のずれを検出するように構成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項１７】
飛行中の航空機周辺の圧力場を制御する方法であって、
前記航空機の外部面に沿って延伸する複数の場所に配置された、それぞれが、それぞれの局所圧力を測定するように構成された複数の圧力センサで、前記圧力場を測定することと、
各圧力センサからの前記それぞれの局所圧力を示す、前記複数の圧力センサからの情報を、コントローラで受信することと、
各夫々の局所圧力を蓄積して、前記航空機の前記外部面に沿った前記圧力場を判定することと、
前記複数の圧力センサからの前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記圧力場が所望の圧力場からずれるタイミングを、前記コントローラを用いて判定することと、
前記航空機に搭載された可動構成要素の動きを制御するように構成された主要コントローラへ、前記ずれを減少させるように前記可動構成要素を動かすことを前記主要コントローラに要求する要求を、前記コントローラを用いて送信することと、
前記主要コントローラによって前記要求を評価して、前記要求に従うことが適切であるか否かを判定することと、
前記要求に従うことが適切であると判定された場合にのみ、前記主要コントローラによって前記可動構成要素を動かすことと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として航空機に関し、特に、飛行中の航空機周辺の圧力場を制御するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
騒音のしない超音速航空機は、国土上空またはその他の制限空域における飛行のソニックブームの規模に対する政府の適用規制が設定されている場合に、当該規制を遵守することのできる超音速航空機である。騒音のしない超音速航空機は、所定の超音速（例えば、マッハ１．７）、所定の大気条件（例えば、標準大気条件）、かつ、所定の動作条件（例えば、スロットル設定や迎え角）で飛行する場合、当該政府規制を遵守するように設計される。所定の大気条件下で所定の速度かつ所定の動作条件で飛行する場合、騒音のしない超音速航空機は、自身の周辺に、急な圧力勾配のほとんどない圧力場を有する。本明細書では、「急な圧力勾配」という表現は、比較的短い距離での比較的大きな圧力変化を意味する。
【０００３】
急な圧力勾配のない圧力場は、地面に伝わった場合に政府によって課せられる制限を下回る規模のソニックブームを生じさせる可能性がある。所定の超音速、所定の大気条件、または所定の動作条件からずれると、圧力場に急な圧力勾配が生じる場合がある。急な圧力勾配が超音速飛行中に航空機周辺の圧力場に生じた場合、地面に伝わるソニックブームの規模に望ましくない影響を与えることがあり得る。
【０００４】
超音速航空機の推進システムは、機体、および、超音速航空機周辺の圧力場と空気力学的に相互作用する。例えば、推進システムの吸気口から吸い込む空気の流れ、推進システムのエンジンが動作するサイクル、または、推進システムのノズルによって排出される排気プルームは、超音速航空機の機体周辺の空気の流れと相互作用する。騒音のしない超音速航空機は、推進システムがその設計条件で動作中に、推進システムが圧力場に与える影響によって圧力場において比較的急な勾配が生じないように、設計される。本明細書では、推進システムの設計条件と言った場合、航空機がその設計条件で動作中にエンジンが動作する所定のエンジンサイクル、所定のマッハ速度、所定の大気条件、および所定のスロットル設定を意味する。
【０００５】
しかし、推進システムの動作が設計条件からずれると（例えば、設計スロットル設定からずれたスロットル設定、設計マッハ速度以外の速度での動作、設計エンジンサイクルと異なるエンジンサイクルでのエンジンの動作、所定の大気条件下以外での推進システムの動作など）、推進システムは航空機周辺の圧力場に、比較的急な勾配を生じさせる可能性がある。これは望ましくない。
【０００６】
このように、飛行中の航空機周辺の圧力場を制御することのできるシステムを提供することが望ましい。加えて、飛行中の航空機周辺の圧力場を制御する方法を提供することが望ましい。更に、添付図面ならびに上述の技術分野および背景技術と関連付けられた、以下の概要および詳細な説明ならびに添付の特許請求の範囲から、他の望ましい特徴や特性が明らかになるであろう。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書では、飛行中の航空機周辺の圧力場を制御するシステムおよび方法の様々な実施形態が開示される。
【０００８】
第１の非限定的実施形態では、システムは、圧力場を測定するように航空機に配置された複数の圧力センサを備えるが、それらに限定されない。システムは更に、複数の圧力センサと通信可能に結合されたコントローラを備えるが、それに限定されない。コントローラは、複数の圧力センサから圧力場を示す情報を受信し、その情報に基づいて、圧力場が所望の圧力場からずれるタイミングを判定し、航空機に搭載された可動構成要素に、そのずれを減少させるような形で可動構成要素を動かす指示を送信するように構成される。
【０００９】
別の非限定的実施形態では、システムは、航空機に配置された複数の圧力センサを備えるが、それらに限定されない。複数の圧力センサの各圧力センサは、航空機の推進システム付近の航空機外面のそれぞれの部分付近のそれぞれの空気圧を測定するように設置される。システムは更に、航空機に取り付けられて、航空機が飛行中に第１の可動構成要素が動くと圧力場を変化させる位置に配された第１の可動構成要素を備えるが、それに限定されない。システムは更に、複数の圧力センサと通信可能に結合されて、第１の可動構成要素と通信可能に接続されたコントローラを備える。コントローラは、各圧力センサからそれぞれの空気圧を示す情報を受信し、その情報に基づいて、航空機外面に沿って圧力場を計算し、圧力場と、航空機の推進システムによって生じる予測される圧力場の間のずれを検出し、ずれが検出されると、そのずれを小さくするような形で動くように第１の可動構成要素に第１の指示を送信するように構成される。
【００１０】
更に別の非限定的実施形態では、方法は、航空機に配置された複数の圧力センサで圧力場を測定するステップを含むが、それに限定されない。方法は更に、複数の圧力センサから圧力場を示す情報をコントローラで受信するステップを含むが、それに限定されない。方法は更に、複数の圧力センサからの情報に少なくとも部分的に基づいて、圧力場が所望の圧力場からずれるタイミングを、プロセッサを用いて判定するステップと、航空機に搭載された可動構成要素に、そのずれを減少させるような形で可動構成要素を動かす指示を、プロセッサを用いて送信するステップとを含むが、それらに限定されない。
【００１１】
以下、本発明を添付の図面を用いて説明するが、同一の符号は同一の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本開示の教示に係る、飛行中の航空機周辺の圧力場を制御するシステムの非制限的実施形態を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１のシステムを備えた飛行中の航空機を示し、かつ、航空機周辺の圧力場を表す概略図である。
【図３】図３は、圧力場でかく乱が生じた場合の図２の航空機を示す概略図である。
【図４】図４は、圧力場のかく乱を止める構成要素が動かされた後の、図３の航空機を示す概略図である。
【図５】図５は、圧力場のかく乱を部分的に止める第１の構成要素が動かされた後の、図３の航空機を示す概略図である。
【図６】図６は、第２の構成要素が動かされ、第１の構成要素と協働し、圧力場のかく乱を完全に止めた後の、図３の航空機を示す概略図である。
【図７】図７は、飛行中の航空機周辺の圧力場を制御する方法の非限定的実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の詳細な説明は、実際には例示に過ぎず、発明または発明の応用、および、使用を制限することを意図しているわけではない。更に、前述の背景技術または以下の詳細な説明に示されるいかなる理論によっても制約されることを意図しない。
【００１４】
本明細書では、飛行中の航空機周辺の圧力場を制御するシステムおよび方法が開示される。システムの例示的実施形態において、複数の圧力センサは、航空機の様々な場所に設置されて、航空機の外側の該当部分近傍における圧力を測定するように位置づけられる。実施形態によっては、圧力センサは動圧を測定するように構成される。他の実施形態では、圧力センサは、静圧、全圧、または、これらの組み合わせを測定するように構成されてもよい。実施形態によっては、圧力センサは、航空機の推進システムが航空機周辺の圧力場に与える影響を更にうまく測定するため、推進システム付近の位置に配されても、かつ／または、集中していてもよい。
【００１５】
コントローラは、複数の圧力センサと通信可能に結合されており、各圧力センサから圧力測定値を受信するように構成される。コントローラは、圧力測定値を蓄積し、航空機周辺の圧力場の性質、パラメータ、勾配、および、その他の測定可能な特徴を判定する。コントローラは、圧力場における急な圧力勾配の存在または形成を検出すると、航空機の可動構成要素に指示を送信するように構成される。可動構成要素は、航空機の外側を流れる空気、または、航空機の推進システムに流れ込む、その周辺を流れる、もしくは、その中を流れる空気と相互作用することができる場所に配される。例えば、エンジンのコンプレッサの引き伸ばし可能な圧縮面や連接型ファンブレードなど、構成要素は航空機の推進システムと関連付けられていてもよい。他の実施例では、構成要素は、航空機の外側に設置された１つ以上の可動操縦翼面であってもよい。可動構成要素の動きは圧力場に影響を与える。コントローラは、圧力場に、コントローラに検出された急な圧力勾配を減少させる、または、完全に相殺する影響を与える可動構成要素を選択する。
【００１６】
以下の詳細な説明を参照すると共に、本願の添付図面を参照することによって、上述の航空機周辺の圧力場を制御するシステム、および、航空機周辺の圧力場を制御する方法をよりよく理解できる可能性がある。
【００１７】
図１は、航空機１２周辺の圧力場を制御するシステム１０の非制限的実施形態を示すブロック図である。図示された実施形態では、システム１０は複数個１４の圧力センサ１６を備える。図示を簡単にするため図１で示されているのは４つのみであるが、図１において、複数個１４は多くの圧力センサ１６を含む。他の実施形態では、複数個１４は、本開示の教示を逸脱することなく、更に多数または更に少数の圧力センサ１６を含んでもよい、ということを理解すべきである。図１に示されたシステム１０の実施形態は更に、稼動構成要素１８および可動構成要素２０を備える。システム１０の他の実施形態では、更に多数または更に少数の可動構成要素が備えられてもよい。システム１０は更に、それぞれ稼動構成要素１８および可動構成要素２０と関連付けられた主要コントローラ２２および主要コントローラ２４を備える。システム１０は更に、電子データ格納部２６およびコントローラ２８を備える。他の実施形態では、システム１０は、本開示の教示を逸脱することなく、追加の構成要素またはより少ない構成要素を備えてもよい。
【００１８】
圧力センサ１６は、既知のものであっても今後発明されるものであっても、圧力を測定するように構成された、いかなるタイプの圧力センサを含んでもよい。実施例によっては、圧力センサ１６は、静圧、動圧、よどみ点圧力、自由流圧力、周囲圧力、または、これらの組み合わせを測定するように構成されてもよい。図示された実施形態では、圧力センサ１６は、航空機１２付近の気流の自由流に直接さらされる従来の圧力タップを備える。他の実施形態では、圧力センサ１６は、例えば、光学的空気データシステムで使用される光圧力センサであって、航空機外面付近の気流の自由流に直接接触することなく、光学的手段を用いて（例えば、レーザ光を用いて）圧力を測定するように構成される光圧力センサを含んでもよい。
【００１９】
図２から図６に示された実施形態では、各圧力センサ１６は圧力タップを備える。各圧力センサ１６は、各圧力センサの一部が航空機１２表面に、または、当該表面のすぐ下に配されるように、そして、各圧力センサ付近の気流の自由流に直接接触してサンプリングを行うことができるように、取り付けられる。複数個１４の各圧力センサ１６は、航空機１２表面に対して既知の場所に取り付けられ、その既知の場所の近傍における圧力を測定するように構成される。実施例によっては、各圧力センサ１６は、航空機１２表面から離れた所定距離のところで（例えば、１フィート、１メータなど）圧力を測定するように構成されてもよい。
【００２０】
図１に示されたように、各圧力センサ１６は、コントローラ２８と通信可能に結合される。図１は、各圧力センサ１６とコントローラ２８間の直接配線接続を示す。他の実施形態では、当該通信可能な結合は、通信バスの使用、無線通信の使用、および、これらの組み合わせを含むいかなる適切な方法で実現されてもよいが、それらに限定されない。複数の圧力センサ１６は各々、自身の近傍における圧力条件を示すそれぞれの圧力測定値をコントローラ２８に提供するように構成される。当該圧力測定値は、各圧力センサ１６とコントローラ２８間の通信可能な結合によって、コントローラ２８に送られる。
【００２１】
可動構成要素１８および２０は、いずれも動くように構成され、かつ、動くと航空機１２周辺の圧力場を変化させる、航空機のいかなる構成要素を含んでもよい。例えば、航空機１２の操縦翼面（例えば、エルロン、方向舵、フラップ、スラットなど）は各々、航空機１２の飛行中に自身が動くと、航空機１２周辺の圧力場に影響を与える。更に、航空機１２の推進システムの様々な構成要素も、自身が動くと航空機１２周辺の圧力場に影響を与える。例えば、エンジンサイクルの変更は、空気が推進システムに流入および／または推進システムから流出する速度に影響を与える場合があり、その結果、航空機１２周辺の圧力場に影響を与える。可動の／引き伸ばし可能な吸気圧縮面およびノズル面も、自身が動かされる／引き伸ばされると、空気が推進システムに流入する速度および条件、ならびに、空気が推進システムから流出する速度および条件に影響を与える。結果として、当該引き伸ばし可能な圧縮面およびノズルプラグは、航空機１２周辺の圧力場に影響を与える場合がある。出願人は可動構成要素、および、それら可動構成要素が飛行中の航空機周辺の圧力場に与える影響の例を挙げたが、上記で含まれる例に限定されない、ということを理解すべきである。他の構成要素も、動かすことができ、かつ、航空機周辺の圧力場に影響を与えてもよく、また、可動構成要素１８および２０の役割を果たしてもよい。
【００２２】
主要コントローラ２２および主要コントローラ２４は、それぞれ可動構成要素１８および可動構成要素２０に、可動構成要素１８および可動構成要素２０を動かす、かつ／または、当該構成要素の動き方を変化させる命令を出すように構成された、いかなるタイプのコントローラ、プロセッサ、コンピュータ、またはその他の回路装置を含んでもよい。本明細書では、可動構成要素の動きと言った場合、現在静止している構成要素を意味するだけではなく、現在動いている可動構成要素の動きを停止させたり、現在動いている構成要素の動きを変化させること（例えば、動きの速度を変化させたり、その動きの長さや程度を変化させること）を意味する場合もある、ということを理解すべきである。ある実施例では、可動構成要素１８は、ガスタービンエンジンまたはその構成要素（例えば、コンプレッサ）を含んでもよく、可動構成要素２０は、ガスタービンエンジンの動作を制御するように構成された全デジタル電子制御装置（Full Authority Digital Electronic Controller：ＦＡＤＥＣ）を含んでもよい。別の実施例では、可動構成要素２０は、操縦翼面（例えば、エルロン、方向蛇、フラップ、スラットなど）を含んでもよく、主要コントローラ２４は、操縦翼面の動きを制御するように構成された飛行制御コンピュータ（Flight Control Computer：ＦＣＣ）を含んでもよい。一方では、主要コントローラ２２、２４はそれぞれ、コントローラ２８と可動構成要素１８間、他方では、コントローラ２８と可動構成要素２０間に設置され、主要コントローラ２２および２４は、そのことによって、可動構成要素１８および２０に対する全権限を保持する。以下で更に詳細に説明するように、このような構成で配置されて、主要コントローラ２２および２４は、コントローラ２８により出された命令を拒否するべきか否か、または当該命令を受け入れ、可動構成要素１８および２０に送信するべきか否かを検討することができる。他の実施形態では、コントローラ２８は、可動構成要素１８および可動構成要素２０と直接通信可能に結合されてもよい。
【００２３】
電子データ格納部２６は、限定はされないが、不揮発性メモリ、ディスクドライブ、テープドライブ、および、大容量記憶装置を含む、いかなるタイプのデータ格納構成要素を備えてもよく、当該データ格納構成要素によるデータの格納および整理、ならびに、そこからのデータの読み出しを可能とする、いかなる適切なソフトウェア、アルゴリズム、および／または、サブルーチンを含んでもよい。
【００２４】
図示された実施形態では、電子データ格納部２６は、飛行中に航空機１２周辺で生じると予測される圧力場（以下、「予測される圧力場」）を示す、かつ／または、それに関連する情報を含むファイル３０を格納するように構成される。当該情報は、予測される圧力場に起こる圧力勾配を含んでもよいが、それに限定されない。この情報は、既知のものであっても今後発明および／または開発されるものであっても、適当な計算流体力学ソフトウェアの使用、実際の条件下での試験中のデータ収集および蓄積、これらの組み合わせ、および、いかなる他の適切な手段を含むが、それらに限定されない、いかなる適切な方法で予め収集されてもよい。
【００２５】
ファイル３０に格納される、予測される圧力場に関連する情報は、異なるマッハ速度、異なる大気条件、異なるエンジン動作条件、異なる航空機状態と、および／または、他の変数とも相関してもよい。例えば、ファイル３０は、航空機１２が直面すると予測されるマッハ速度の範囲内の異なるマッハ速度に各圧力場が対応する、一連の予測される圧力場を含んでもよい。ファイル３０はまた、航空機１２が直面すると予測される異なる大気条件に各圧力場が対応する、一連の予測される圧力場を含んでもよい。ファイル３０はまた、航空機１２が直面すると予測される異なる動作条件に各圧力場が対応する、一連の予測される圧力場を含んでもよい。ファイル３０はまた、航空機１２のマッハ速度、大気条件、および、動作条件がそれぞれ組み合わさって変動する際に航空機１２周辺で生じると予想される圧力場を反映する、一連の予測される圧力場を含んでもよい。このように、ファイル３０は、航空機１２が直面すると予測されるマッハ速度、大気条件、および、動作条件のほぼ全ての組み合わせに対応する、予測される圧力場を含んでもよい。
【００２６】
コントローラ２８は、電子データ格納部２６に通信可能に結合される。この通信可能な結合によって、コントローラ２８はファイル３０にアクセスすることができる。このように構成されて、コントローラ２８は、航空機１２が直面する大気条件、動作条件、および、マッハ速度に対応する、予測される圧力場にアクセスすることができ、それらを選択することが可能となり、以下でより詳細に説明するように、コントローラ２８は、それらの予測される圧力場を、複数個１４の圧力センサ１６によって検出される圧力場との比較の基準として用いてもよい。
【００２７】
電子データ格納部２６は更に、可動構成要素１８が動かされた時に航空機１２周辺の圧力場に与える影響を示す情報を含むファイル３２を格納するように構成されてもよい。ファイル３２はまた、可動構成要素１８が動かされる程度に相関する当該影響の程度を示す情報を含んでもよい。ファイル３２はまた、その動きが圧力場に与える影響および動きの程度に対応する影響の程度を、航空機１２が直面すると予測される様々なマッハ速度、動作条件、および、大気条件と相関させる情報を含んでもよい。例えば、ファイル３２は、航空機１２が直面すると予測されるマッハ速度の範囲内にある異なるマッハ速度において、可動構成要素１８の動きおよび動きの程度が、圧力場にどのような影響を与えるかを示す情報を含んでもよい。同様に、ファイル３２は、航空機１２が直面すると予測される大気条件の範囲内にある異なる大気条件において、可動構成要素１８の動きおよび動きの程度が、圧力場にどのような影響を与えるかを示す情報を含んでもよい。更に、ファイル３２は、航空機１２が直面すると予測される動作条件の範囲内にある異なる動作条件各々において、可動構成要素１８の動きおよび動きの程度が、圧力場にどのような影響を与えるかを示す情報を含んでもよい。ファイル３２は更に、マッハ速度、大気条件、および、動作条件が全て、予測では設計条件からずれるという様々な状況下において、可動構成要素１８の動きおよび動きの程度が、圧力場にどのような影響を与えるかを示す情報を含んでもよい。
【００２８】
３つ以上の可動構成要素を有する実施形態では、電子データ格納部２６は、複数のファイル３２を格納するように構成されてもよく、各ファイル３２は、航空機１２が直面すると予測される様々な条件および動作状態において、追加の可動構成要素各々が動かされた時に航空機１２周辺の圧力場に与える影響を示す情報を含む。このように構成されて、コントロール２８は複数のファイル３２にアクセスすることができ、複数のファイル３２は、推進システムが航空機１２周辺の圧力場に与える影響を弱めるまたは相殺するために動かすべき１つまたは複数の可動構成要素はどれか、そして、コントローラ２８は当該１つまたは複数の可動構成要素をどの程度動かすべきか、をコントローラ２８が判定することを可能とする情報を含む。
【００２９】
実施形態によっては、電子データ格納部２６は、航空機１２が飛行中の可能性のある様々な管轄区域に適用される、航空機１２周辺の圧力場の閾値および／または制限を示す情報を含むファイル３４を格納してもよい。例えば、電子データ格納部２６は、飛行計画で特定される管轄区域ごとに、つまり、航空機１２が、そこへ、もしくはそこを飛んだことがある管轄区域ごとに、かつ／または、超音速飛行中の航空機によって生じるソニックブームの規模に対する規制のある、世界中の管轄区域ごとに、１つのファイル３４を含んでもよい。このように構成されて、コントローラ２８はファイル３４にアクセスすることができ、その結果、コントローラ２８は、航空機の推進システムが航空機１２周辺の圧力場に与える影響を相殺するために修正措置を取るタイミングを、コントローラ２８が判定することを可能とする情報にアクセスすることができる。
【００３０】
コントローラ２８は、アルゴリズムを実行するように、ソフトウェアアプリケーションを実行するように、サブルーチンを実行するように、および／もしくは、他のいかなるタイプのコンピュータプログラムを備えて実行するように構成された、いかなるタイプのコンピュータ、コントローラ、マイクロコントローラ、回路、チップセット、コンピュータシステム、または、マイクロプロセッサであってもよい。コントローラ２８は、単独のプロセッサでもよく、協働する複数のプロセッサであってもよい。実施形態によっては、コントローラ２８は、専らシステム１０と一緒にのみ使用されてもよく、他の実施形態では、コントローラ２８は、航空機１２に搭載された他のシステムと一緒に使用されてもよい。
【００３１】
図示された実施形態では、コントローラ２８は、複数個１４の圧力センサ１６、主要コントローラ２２および２４、ならびに電子データ格納部２６と通信可能に結合される。コントローラ２８は、主要コントローラ２２および２４を介して可動構成要素１８および２０と通信可能に接続される。これらの通信可能な結合／接続は、有線接続および無線接続の両方を含む、いかなる適切な送信手段を用いて実現されてもよい。例えば、各構成要素は、同軸ケーブルを用いて、または、信号の送信に効果的な他のいずれかのタイプの有線接続を用いて、コントローラ２８に物理的に接続されてもよい。他の実施形態では、各構成要素とコントローラ２８は、通信バスの両端に通信可能に接続されてもよい。更に他の実施例では、各構成要素は、ブルートゥース接続やＷｉ−Ｆｉ接続などを用いて、コントローラ２８と無線接続されてもよい。
【００３２】
上記で特定された、構成要素各々との通信可能な結合および／または接続によって、命令、指示、問い合わせ、および、他の信号を、コントローラ２８と他の構成要素各々の間で送信するための経路が与えられる。複数個１４の圧力センサ１６、主要コントローラ２２および２４、ならびに電子データ格納部２６は各々、コントローラ２８と連動し協働するように構成される。例えば、圧力センサ１６は各々、それぞれの圧力測定値を示す情報をコントローラ２８に提供するように構成され、コントローラ２８は、当該圧力測定値を受信するように構成される。主要コントローラ２２および２４は各々、通知および／または指示をコントローラ２８と送受信するように構成され、コントローラ２８は、通知を主要コントローラ２２および２４と送受信するように構成される。電子データ格納部２６は、コントローラ２８から通知、問い合わせ、および指示を受信し、コントローラ２８に情報を提供するように構成され、コントローラ２８は、通知、問い合わせ、および指示を電子データ格納部２６に送信し、情報を電子データ格納部２６から受信するように構成される。コントローラ２８が可動構成要素１８および２０と直接通信可能に結合される実施形態では、可動構成要素１８および２０は、コントローラ２８が出した通知、指示、および命令を受信し、それらに応じるように構成され、コントローラ２８は、可動構成要素１８および２０と通信し、構成要素１８および２０に指示を出し、可動構成要素１８および２０から通知を受信するように構成される。
【００３３】
コントローラ２８は、飛行中の航空機１２周辺に生じる圧力場を制御するために、システム１０の他の構成要素各々の動きとの相互作用、それらの連係、および／または、それらの取りまとめを行うように構成される。一非限定的実施例では、コントローラ２８は、各圧力センサ１６から圧力測定値を受信するように構成される。一実施形態では、コントローラ２８は、航空機１２外面に対する各圧力センサ１６の位置を示す情報を用いてプログラミングされる、または、そうでなければ当該情報にアクセスすることができる。コントローラ２８は、各圧力センサ１６によって提供される位置情報および圧力測定値を用いて、航空機１２周辺の圧力場を算出するように構成される。一実施形態では、コントローラ２８は、支配的な大気条件、航空機１２の現在のマッハ速度、および、航空機１２の現在の動作条件を示す情報にアクセスすることができる。コントローラ２８は、それらに限定されないが、無線トランスミッタ、インストルメントパネルゲージ、飛行制御コンピュータなど、航空機１２に搭載された他のシステムと通信することによって、この情報を取得してもよい。
【００３４】
コントローラ２８は、航空機１２の現在のマッハ速度および現在の動作条件を用いて、かつ、航空機１２の近傍の支配的な大気条件を用いて、電子データ格納部２６と通信し、航空機１２のマッハ速度と、航空機１２の現在の動作条件と、航空機１２が直面する、または、航空機１２近傍の支配的な大気条件とに対応する、予測される圧力場を取得するように構成される。コントローラ２８は更に、電子データ格納部２６から取得された予測される圧力場を、複数個１４の圧力センサ１６によって提供される圧力測定値から算出した圧力場と比較するように構成される。比較の一環として、コントローラ２８は、予測される圧力場において予想される圧力勾配と、圧力場の算出中にコントローラ２８が検出する圧力勾配の間のずれを特定するようにプログラミングされてもよい。他の実施形態では、コントローラ２８は、予測される圧力場をコントローラ２８によって算出される圧力場と比較する際に、予測される圧力勾配および検出される圧力勾配に加えて、または、それらの代わりに、いかなる適切な測定基準を用いるように構成されてもよい。可動構成要素の動きと一致しないずれが検出される場合、そのずれは、航空機１２の推進システムと航空機１２表面を流れる空気の自由流の相互作用によって生じるずれである可能性がある。
【００３５】
実施形態によっては、コントローラ２８は、予測される圧力場とコントローラ２８が算出する圧力場の間に何らかのずれが生じたことを検出すると、自動的に修正措置を取るように構成されてもよい。他の実施形態では、コントローラ２８は、ずれが所定の規模または閾値を超えると、ずれを算定し、修正措置のみを取るように構成されてもよい。実施例によっては、所定の規模は、コントローラ２８に直接プログラミングされてもよい。他の実施例では、コントローラ２８は、圧力場と予測される圧力場の間の許容範囲のずれを示す情報を、電子データ格納部２６から取得するように構成されてもよい。実施形態によっては、コントローラ２８は、ファイル３２にアクセスしてこの情報を取得してもよい。実施例によっては、当該情報は、航空機１２がその上空を飛行中である管轄区域に対応してもよい。
【００３６】
コントローラ２８は、圧力場と予測される圧力場の間のずれに修正措置が必要であると判定するとすぐに、可動構成要素１８および２０に関連する情報を取得するように構成されてもよい。この情報は、各構成要素の動きが圧力場に与える影響に関連する。実施形態によっては、コントローラ２８は、ファイル３２にアクセスしてこの情報を取得する。他の実施形態では、当該情報は、コントローラ２８にプログラミングされてもよく、コントローラ２８がアクセス可能な他の何らかの情報源から入手可能であってもよい。この情報を用いて、コントローラ２８は、予測される圧力場とコントローラ２８が算出した圧力場の間のずれを減少させるために、どの構成要素を動かすべきか、そして、その構成要素はどの程度動かされるべきか、を判定することができる。
【００３７】
例えば、コントローラ２８は、現在のマッハ速度、動作条件、および、支配的な大気条件で飛行中に、推進システムのガスタービンエンジンのエンジンサイクルを変更することで圧力場に与える影響を示す情報を取得してもよい。コントローラ２８はまた、現在のマッハ速度、動作条件、および、支配的な大気条件で飛行中に、推進システムの圧縮面を前方または後方に動かすことで圧力場に与える影響についての情報を取得してもよい。コントローラ２８はまた、現在のマッハ速度、動作条件、および、支配的な大気条件で飛行中に、航空機１２のエルロンの向きを上方または下方に変えることで圧力場に与える影響についての情報を取得してもよい。コントローラ２８は、システム１０の全ての可動構成要素に関連する同様の情報を取得してもよい。
【００３８】
この情報を用いて、コントローラ２８は、圧力場と予測される圧力場の間でコントローラ２８が検出したずれを最も有利に減少させる、または、完全に相殺するために、どの可動構成要素を動かすべきかを判定することができる。コントローラ２８は、この判定を行う際に他の情報も使用してもよい。例えば、限定はされないが、コントローラ２８はまた、抗力への影響、速度への影響、燃費への影響、および、可動構成要素の動きによって影響を受ける可能性のある、他のいかなる適切な要因を考慮してもよい。例えば、操縦翼面を動かすことで、航空機１２の迎え角に望ましくない影響を与える可能性があり、また、エンジンサイクルを変更することで、航空機１２のマッハ速度に望ましくない影響を与える可能性がある。コントローラ２８は、それらのような影響が望ましいか望ましくないかの優先順位をつけるようにプログラミングされてもよく、そして、どの動きが最も望ましくない影響を与えるかに基づいて、どの可動構成要素を動かすべきかを判定してもよい。
【００３９】
コントローラ２８は、どの可動構成要素を動かすべきかを判定するとすぐに、その構成要素と関連づけられた主要コントローラに指示を送信するように構成される。コントローラ２８が、可動構成要素１８が動かされるべきであると判定し、更に、可動構成要素１８がどの程度動かされるべきかを判定した実施例では、コントローラ２８は、コントローラ２８が判定したように、そして判定した程度まで、可動構成要素１８を動かすよう主要コントローラ２２に指示を送信するように構成される。
【００４０】
実施形態によっては、主要コントローラ２２は、コントローラ２８によって与えられた指示に従い、可動構成要素１８に、コントローラ２８によって判定されたように動くよう命令する。他の実施形態では、主要コントローラ２２は、主要コントローラ２２が可動構成要素１８に対して行う制御に設けられた規制および制限との適合性について、コントローラ２８によって与えられた命令を評価するように構成される。命令が主要コントローラ２２にプログラミングされた規制および制限と適合すると分かった場合、主要コントローラ２２は、可動構成要素１８に命令を送信する。しかし、コントローラ２８により命令された動きが主要コントローラ２２にプログラミングされた規制および制限と適合しない場合、主要コントローラ２２は命令に従わない。命令が、主要コントローラ２２にプログラミングされた規制および制限と部分的にのみ適合する場合、主要コントローラ２２は部分的に従うように命令を変更する。主要コントローラ２２が命令に完全に従う場合、主要コントローラ２２は、命令に従うと通知するというメッセージをコントローラ２８に送信するように構成されてもよい。主要コントローラ２２が、命令に従うことは適当ではないと判定する場合、主要コントローラ２２は、命令を無視し、命令を拒否することをコントローラ２８に通知してもよい。同様に、主要コントローラ２２が、命令に部分的にのみ従うことは適当であると判定する場合、主要コントローラ２２は、部分的に従うことをコントローラ２８に通知してもよい。
【００４１】
コントローラ２８は、主要コントローラ２２に命令を出した後、航空機１２周辺の圧力場の監視を続け、予測される圧力場と比較する。圧力場と予測される圧力場の間のずれが解消すると、コントローラ２８の更なる動作は必要ない場合もある。ずれが小さくならない、もしくは十分に小さくならない場合、または、コントローラ２８が主要コントローラ２２から、従わないこと、もしくは、部分的にのみ従うことを示す通知を受信する場合、コントローラ２８は、更に分析を行い、代替案または更なる修正措置が必要であるか否かを判定するように構成されてもよい。実施例によっては、ずれが十分に小さくならない場合、コントローラ２８は、元の命令を変更して、可動構成要素１８を更に動かしてもよい。他の実施例では、コントローラ２８は、可動構成要素２０を動かす必要があるかもしれないと判定してもよい。更に他の実施例では、例えば、命令に従うことはない、または、部分的にのみ従うことになるという通知を、コントローラ２８が主要コントローラ２２から受信すると、コントローラ２８は、可動構成要素２０を動かすよう要求する命令を、主要コントローラ２４に出してもよい。主要コントローラ２４は、命令に従うように、または、主要コントローラ２４にプログラミングされた規制および限定に命令が適合するか否かを判定するために分析を行うように構成されてもよい。主要コントローラ２４は、分析を行った後、コントローラ２８の出した命令に完全に従ってもよく、または、命令に部分的にのみ従ってもよく、または、命令を完全に拒否してもよい。主要コントローラ２４は更に、完全に従う、部分的に従う、または従わない、ということを示すメッセージを、必要に応じてコントローラ２８に送信するように構成されてもよい。
【００４２】
命令を出した後、コントローラ２８は、更に圧力場を監視し、ずれが消えたか否か、または十分に小さくなったか否かを判定する。その場合、コントローラ２８は、圧力場の監視を続ける以外に更なる動作は行わない。ずれが消えない場合、上述の分析を繰り返し、コントローラ２８は、ずれを減少させる動作をどのように行うか、また、当該動作を行うかどうかを判定する。実施形態によっては、上述のサンプリング、分析、判定、命令を出すこと、命令に従うこと、および、航空機１２周辺の圧力場の更なる監視は、航空機乗組員に介入、関与、および／または、認識されることなく、システム１０により自動的に実行されてもよい。
【００４３】
図２〜図６は、システム１０（図１を参照）を備えた飛行動作中の航空機１２を示し、航空機１２周辺の圧力場３６の監視、圧力場３６と予測される圧力場の間のずれの存在の判定、および、システム１０により実施される修正措置の段階を更に示す。図２〜図６に示された実施形態では、圧力場３６は、航空機１２周辺に置かれた複数の両方向矢印を用いて示される。
【００４４】
図２に関し、航空機１２は、ガスタービンエンジン（図示せず）、吸気口４０、および、ノズル４２を備える推進システム３８を備える。吸気口４０は、格納状態と引き伸ばし位置の間を動くように構成された、引き伸ばし可能な圧縮面４４を備える。引き伸ばし可能な圧縮面４４は、図２では格納位置にある。
【００４５】
航空機１２は更に、圧力場３６を検出および測定する圧力センサ１６を複数備える。図示された実施形態では、航空機１２は、航空機１２の外側のほぼ全長に沿って、ほぼ等間隔に配置された多数の圧力センサ１６で構成される。図示を簡単にするため、圧力センサのごく一部のみを参照番号１６で特定している。他の実施形態では、圧力センサ１６は、他のいかなる適切な方法で配置されてもよい。例えば、他の実施形態では、圧力センサ１６は、推進システム３８と圧力場３６の間に相互作用が生じることが分かっている領域に集中していてもよい。更に別の実施形態では、圧力センサ１６は、推進システムと圧力場の間に相互作用が生じることが分かっている領域にのみ配されてもよい。
【００４６】
図２に示された実施形態では、数個の圧力センサ１６を丸で囲んで参照文字で特定している。これらの圧力センサ１６は、推進システム３８と圧力場３６の間で逆の相互作用が予測される場所に配置される。例えば、参照文字Ａで特定された圧力センサ１６は、吸気口４０付近の部分に配される。参照文字Ｂで特定された圧力センサ１６は、推進システムのナセルのカウルリップによって生じる衝撃が航空機１２表面と接すると予想される部分に配される。参照文字Ｃで特定された圧力センサ１６は、ノズル４２付近の部分に配される。このように配置されて、推進システム３８付近の実質的な圧力変化は、圧力センサ１６ごとにいずれも検出される。
【００４７】
図１および図２を引き続き参照して、図３では急な圧力勾配が吸気口４０付近に生じた状態を示す。急な圧力勾配が長い両方向矢印４６、４８、および５０を用いて示されており、これは、吸気口４０の近傍で圧力センサ１６により検出される上昇した静圧の典型である。コントローラ２８は、この急な圧力勾配を示す情報を、図２で示された参照文字Ａで特定された部分の圧力センサ１６から受信する。図示された実施形態では、コントローラ２８は、この急な圧力勾配が、航空機１２の現在のマッハ速度、支配的な大気条件、および、現在の動作条件と関連付けられた予測される圧力場の圧力勾配と不一致であるか否かを判定する。コントローラ２８は、電子データ格納部２６に格納されたファイル３０にアクセスすることによって、この判定を行ってもよい。実施形態によっては、コントローラ２８は、修正措置が必要か否かを判定するために、検出された圧力勾配と予測される圧力勾配の不一致が所定の閾値を超えているか否かを検討してもよい。コントローラ２８は、電子データ格納部２６に格納されたファイル３４にアクセスすることによって、この判定を行ってもよい。図示された実施形態では、コントローラ２８は、修正措置が必要であると判定する。
【００４８】
図４に関し、図１〜図３を引き続き参照して、コントローラ２８は、引き伸ばし可能な圧縮面４４に関連付けられた主要コントローラに、急な圧力勾配を相殺するのに必要であるとコントローラ２８が判定した分だけ引き伸ばし可能な圧縮面４４を引き伸ばすよう主要コントローラに指示する命令を送信した。コントローラ２８は、電子データ格納部２６のファイル３２にアクセスすることによって、どの可動構成要素を動かすべきか、そして、圧力場と予測される圧力場の間のずれを小さくするのに必要な動きの量を判定した可能性もある。図４で示された状態では、引き伸ばし可能な圧縮面４４に関連付けられた主要コントローラは、コントローラ２８によって与えられた命令が主要コントローラに設けられた制限および規制と適合すると判定し、引き伸ばし可能な圧縮面４４を動かすよう命令を送信した。その結果、引き伸ばし可能な圧縮面４４は、引き伸ばし位置へと矢印５２で示される方向に動いた。引き伸ばし可能な圧縮面４４のこの動きによって、図３で検出された急な圧力勾配は、図４において短くなった矢印４６、４８、および５０によって示されるように小さくなった。その結果、圧力場３６と予測される圧力場の間のずれは小さくなり、圧力場３６は、適用規制を超えるソニックブームを生じさせない圧力場に戻った。
【００４９】
別の状態が図５および図６に示されている。図１〜図４を引き続き参照して、図５では、引き伸ばし可能な圧縮面４４が、図４に示された引き伸ばし位置へと動かされたが、矢印４６、４８、および５０で示される急な圧力勾配は、許容範囲のレベルまで小さくなっていない。圧力場３６の監視を続けることによって、コントローラ２８は、急な圧力勾配が引き続き存在していることを検出し、更なる動作が必要であると判定する。
【００５０】
図６では、コントローラ２８は、急な圧力勾配を更に減少させるための適切な動作は、エルロン５４を動かすことであろうと判定する。コントローラ２８は、電子データ格納部２６のファイル３２にアクセスすることによって、この判定を行った可能性もある。コントローラ２８は、エルロン５４に関連付けられた主要コントローラに、エルロン５４の向きを特定の角度に下向きに変えるよう要求する命令を送信する。
【００５１】
図６に示された状態では、エルロン５４に関連付けられた主要コントローラは、コントローラ２８に与えられた命令が主要コントローラに設けられた制限および規制と適合すると判定し、エルロン５４に向き変更命令を送信した。その結果、エルロン５４は、図６に示されたように下向きに向きを変えた。このエルロン５４の動きは、引き伸ばし可能な圧縮面４４の動きと組み合わさって、短くなった矢印４６、４８、および５０によって示されるように、図５で検出された急な圧力勾配を小さくする。その結果、圧力場３６と予測される圧力場の間のずれは小さくなり、圧力場３６は、適用規制を超えるソニックブームを生じさせない圧力場に戻った。
【００５２】
図７は、航空機周辺の圧力場を制御する方法６０の非限定的実施形態を示す。
【００５３】
ステップ６２で、航空機周辺の圧力場は複数の圧力センサを用いて測定される。実施形態によっては、複数の圧力センサは、航空機表面を流れる空気の自由流を直接サンプリングすることができる航空機外面に沿って配置されてもよい。他の実施形態では、圧力センサは、航空機の内側に配置されてもよく、かつ、圧力を測定する光学的手段を用いてもよい。圧力センサは、それらに限定されないが、機体に沿ってほぼ均等に分散すること、または、急な圧力勾配が生じると分かっている、もしくは予想される航空機の部分に集中して配置することを含む、いかなる適切な方法で配置されてもよい。
【００５４】
ステップ６４で、航空機に搭載されたコントローラは、圧力センサ各々から、圧力センサによって測定された圧力を示す情報を受信する。
【００５５】
ステップ６６で、コントローラは、複数の圧力センサから受信した情報に少なくとも部分的に基づいて、圧力場が所望の圧力場からずれるタイミングを判定する。コントローラはまた、航空機のマッハ速度、支配的な大気条件、および、航空機の動作条件に関する情報を利用してもよい。コントローラはまた、電子データ格納部に格納された、予測される圧力場を示す情報を用いてもよい。方法６０の実施形態によっては、コントローラはまた、ずれを減少させるために修正措置が必要か否かを判定してもよい。
【００５６】
ステップ６８で、コントローラは、航空機に搭載された可動構成要素に、圧力場と予測される圧力場の間のずれを減少させると予想されるような特定された形で動くよう指示を送信する。実施形態によっては、コントローラは、可動構成要素の動きを制御するように構成される中間主要コントローラに命令を送信してもよい。実施形態によっては、コントローラによって更に監視が行われ、続いて、可動構成要素を更に動かすよう、または、航空機に搭載された他の可動構成要素を動かすよう、更なる命令が送信される場合がある。このステップは、ずれが完全に小さくなるまで、または、所定の閾値を下回るレベルにまで小さくなるまで繰り返される場合がある。
【００５７】
本開示の上述の詳細な説明では少なくとも１つの例示的実施形態を示したが、多数の変形例が存在することを理解すべきである。また、１つのまたは複数の例示的実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲、適用、または構成を限定することを意図しているわけでは決してないことも理解されるべきである。むしろ、当業者は、上述の詳細な説明から、発明の例示的実施形態を実現するための適当な指針を得られる。例示的実施形態で説明される要素の機能および配置は、添付の特許請求の範囲に規定された本開示の範囲から逸脱することなく、様々な変形が可能であることは理解されるべきである。
【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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