(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
初期設定航程から変更航程への変更を所与の開始時間に行うのに伴う航空機（１０）の燃料消費量の差分を算出する方法（２００）であって、
前記開始時間を始点とする前記初期設定航程での前記航空機（１０）の飛行に関する第１総追加エネルギーを算出するに際し、当該第１総追加エネルギーを、上昇に伴う追加エネルギーと、前記航空機の効率曲線に対する前記初期設定航程の逸脱に伴う追加エネルギーと、を含むものとして算出することと、
前記開始時間を始点とする前記変更航程での前記航空機（１０）の飛行に関する第２総追加エネルギーを算出するに際し、当該第２総追加エネルギーを、上昇に伴う追加エネルギーと、前記効率曲線に対する前記変更航程の逸脱に伴う追加エネルギーと、を含むものとして算出することと、
総追加エネルギー差分を得るべく、前記第２総追加エネルギーを前記第１総追加エネルギーと比較することと、
前記総追加エネルギー差分に基づいて前記燃料消費量の差分を算出することと、を含み、
前記航空機（１０）は、所与のエネルギー密度を有する燃料を消費し、前記燃料消費量の差分は、前記総追加エネルギー差分と前記エネルギー密度とに基づいて算出される、方法（２００）。
【請求項２】
前記変更航程は、飛行高度の変更を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変更航程は、さらに飛行速度の変更を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記飛行高度の変更は、飛行速度を変更することなく行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記変更航程は、飛行速度の変更を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記飛行速度の変更は、飛行高度を変更することなく行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１総追加エネルギーは、前記初期設定航程における上昇に伴う前記追加エネルギーと、前記効率曲線に対する前記初期設定航程の逸脱に伴う前記追加エネルギーと、から成る、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記第２総追加エネルギーは、前記変更航程における上昇に伴う前記追加エネルギーと、前記効率曲線に対する前記変更航程の逸脱に伴う前記追加エネルギーと、から成る、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記初期設定航程は初期設定飛行高度と初期設定飛行速度とを含み、前記効率曲線に対する前記初期設定航程の逸脱に伴う前記追加エネルギーは、前記初期設定飛行高度と、前記初期設定飛行速度での理想飛行高度との間の差に基づく、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記変更航程は変更飛行高度と変更飛行速度とを含み、前記効率曲線に対する前記変更航程の逸脱に伴う前記追加エネルギーは、前記変更飛行高度と、前記変更飛行速度での理想飛行高度との間の差に基づく、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記燃料消費量の差分をディスプレイ（１０４）に表示することをさらに含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
初期設定航程から変更航程への変更を所与の開始時間に行うのに伴う航空機（１０）の燃料消費量の差分を表示するシステム（１００）であって、
ディスプレイ（１０４）と、
前記燃料消費量の差分を算出するよう構成されたプロセッサ（１０２）と、を備え、当該算出は、
前記開始時間を始点とする前記初期設定航程での前記航空機（１０）の飛行に関する第１総追加エネルギーであって、上昇に伴う追加エネルギー、及び、前記航空機の効率曲線に対する前記初期設定航程の逸脱に伴う追加エネルギーを含む前記第１総追加エネルギーと、
前記開始時間を始点とする前記変更航程での前記航空機（１０）の飛行に関する第２総追加エネルギーであって、上昇に伴う追加エネルギー、及び、前記効率曲線に対する前記変更航程の逸脱に伴う追加エネルギーを含む前記第２総追加エネルギーと、の比較に基づいて行われ、
前記算出された燃料消費量の差分は、前記ディスプレイ（１０４）上に表示されるようになっており、
前記航空機（１０）は、所与のエネルギー密度を有する燃料を消費し、
前記プロセッサ（１０２）は、前記第１総追加エネルギーと前記第２総追加エネルギーとの間の総追加エネルギー差分、及び、前記エネルギー密度に基づいて、前記燃料消費量の差分を算出するように構成されている、システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は飛行に関し、より具体的には航空機の燃料管理に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な民間ジェット機の運用に関わる直接経費には、整備、所有、発券、請求、旅客サービス、運航、燃料などに関わる様々な費用が含まれる。国際航空運送協会（the International Air Transport Association：ＩＡＴＡ）によれば、燃料費は、民間ジェット機に関わる直接経費の内で最大の費用であるか、あるいは最大の費用の内の１つである。原油価格の変動によっては、燃料費は、民間ジェット機に関わる直接経費の実に３０％超を占めることもある。
【０００３】
航空機のパイロット及びパイロットをサポートする航空会社オペレーションセンター（Airline Operations Center：ＡＯＣ）は、航空機の燃料消費の削減など、航空輸送の経済性を改善する方法を常に模索している。燃料消費は、より効率的な航程（飛行速度及び飛行高度）で飛行することにより削減可能である。しかしながら、航空機のパイロットは、どの航程でも自由に飛行できるわけではない。通常、航空機のパイロットは、特定の経路（route）に沿った具体的な航程で飛行するよう航空交通管制（Air Traffic Control：ＡＴＣ）から指示を受ける。これにより商業用飛行空域の航空交通において秩序ある流れが保たれる。航空会社が希望する航程や経路の変更の申し出については、航空交通管制と交渉する必要がある。
【０００４】
現在のところ、航空機の航程の変更に伴う燃料効率の増減をリアルタイムに判定する簡易な方法は存在しない。現在一般的なのは、航空機に搭載した飛行管理コンピュータ（Flight Management Computer）を起動して、目的地到着時の残燃料を推定することなく航程の変更を実行するという選択肢である。この選択肢は、より効率的な航程について航空交通管制と交渉するに際して、交渉の材料となるような経済的な代替案を提供するものではない。
【０００５】
したがって、航空機の燃料管理の分野において、当業者は研究、開発努力を続けている。
【発明の概要】
【０００６】
開示のシステム及び方法を利用することにより、より効率的な航程への変更についてフライト中に航空交通管制と行う交渉が容易になる。
【０００７】
一実施形態では、初期設定航程（飛行計画に定めた飛行速度と飛行高度との変数を介して航空会社のコストモデルが盛り込まれている）から変更航程への変更を所与の開始時間に行うのに伴う航空機の燃料消費量の差分を算出する方法が開示されている。当該方法は、以下のステップを備える。（１）前記開始時間を始点とする前記初期設定航程での前記航空機の飛行に関する第１総追加エネルギーを算出するに際し、当該第１総追加エネルギーを、上昇に伴う追加エネルギーと、前記航空機の効率曲線に対する前記初期設定航程の逸脱に伴う追加エネルギーと、を含むものとして算出するステップ。（２）前記開始時間を始点とする前記変更航程での前記航空機の飛行に関する第２総追加エネルギーを算出するに際し、当該第２総追加エネルギーを、上昇に伴う追加エネルギーと、前記効率曲線に対する前記変更航程の逸脱に伴う追加エネルギーと、を含むものとして算出するステップ。（３）総追加エネルギー差分を得るべく、前記第２総追加エネルギーを前記第１総追加エネルギーと比較するステップ。（４）前記総追加エネルギー差分に基づいて前記燃料消費量の差分を算出するステップ。
【０００８】
別の実施形態では、航空機が初期設定飛行速度及び初期設定飛行高度を変更飛行速度及び変更飛行高度に変更することに伴う燃料消費量の差分を算出する方法が開示されている。当該方法は、以下のステップを備える。（１）前記航空機が前記初期設定飛行速度、且つ、前記初期設定飛行高度で飛行する場合の第１総追加エネルギーを算出するに際し、当該第１総追加エネルギーは、前記初期設定飛行高度と、前記初期設定飛行速度に対する理想飛行高度との間の差による追加エネルギーを含むものとして算出するステップ。（２）前記航空機が前記変更飛行速度、且つ、前記変更飛行高度で飛行する場合の第２総追加エネルギーを算出するに際し、当該第２総追加エネルギーは、前記変更飛行高度と、前記変更飛行速度に対する理想飛行高度との間の差による追加エネルギーを含むものとして算出するステップ。（３）総追加エネルギー差分を得るべく、前記第２総追加エネルギーを、前記第１総追加エネルギーと比較するステップ。（４）前記総追加エネルギーに基づいて前記燃料消費量の差分を算出するステップ。
【０００９】
さらに別の実施形態では、初期設定航程から変更航程への変更を所与の開始時間に行うのに伴う航空機の燃料消費量の差分を表示するシステムが開示されている。当該システムは、ディスプレイと、前記燃料消費量の差分を算出するよう構成されたプロセッサと、を備える。当該算出は、前記開始時間を始点とする前記初期設定航程での前記航空機の飛行に関する第１総追加エネルギーであって、上昇に伴う追加エネルギー、及び、前記航空機の効率曲線に対する前記初期設定航程の逸脱に伴う追加エネルギーを含む前記第１総追加エネルギーと、前記開始時間を始点とする前記変更航程での前記航空機の飛行に関する第２総追加エネルギーであって、上昇に伴う追加エネルギー、及び、前記効率曲線に対する前記変更航程の逸脱に伴う追加エネルギーを含む前記第２総追加エネルギーと、の比較に基づいて行われる。前記算出された燃料消費量の差分は、前記ディスプレイ上に表示される。
【００１０】
航空機の航程変更に伴う燃料消費量の差分を算出するシステム及び方法についての別の実施形態は、航空機の効率曲線と、当該航空機の特定の日の特定のフライトについての当初の飛行計画に定める飛行速度や飛行高度の値から読み取れる航空会社のコストモデルと、を盛り込むことを包含する。これらは、以下の詳細な説明、添付の図面、及び添付の請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の実施形態による、経路に沿って飛行する航空機を示す概念図である。
【図２】図１に示す航空機について飛行高度・対・時間の関係を示すグラフである。
【図３】図１に示す航空機について飛行速度・対・時間の関係を示すグラフである。
【図４】航空機の航程の変更に伴う燃料消費量の差分を算出するシステムの一実施形態を示すブロック図である。
【図５】航空機の航程の変更に伴う燃料消費量の差分を算出する方法の一実施形態を示すフロー図である。
【図６】図１に示す航空機についての効率曲線（飛行高度・対・飛行速度の関係）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照すると、航空機１０は、経路１２に沿って地点Ａから地点Ｂに飛行する。地点Ａは、地上１４の第１対象地点（例えば、空港）に対応し、既知の第１群の座標を有し、既知の第１標高にある。地点Ｂは、地上１４の第２対象地点（例えば、空港）に対応し、既知の第２群の座標を有し、既知の第２標高にある。経路１２の距離は既知であるか、あるいは地点Ａ及びＢの座標に基づいて算出される。
【００１３】
図１〜図３を参照すると、地点Ａから地点Ｂへのフライト中の任意の一時点において、航空機１０は当初の飛行計画に従った特定の航程（例えば、飛行高度と飛行速度）を有しうる。航空機のこの航程における飛行高度成分を（時間の関数として）図２の破線（「初期設定」）で示し、航空機のこの航程における飛行速度成分を（時間の関数として）図３の破線（「初期設定」）で示す。
【００１４】
航空機１０の航程は、地点Ａから地点Ｂへのフライト中に変更される場合がある。一例では、航空機１０の飛行高度を上げる場合があり、この高度変更には飛行速度の変更を伴う場合もあるし、伴わない場合もある。別の例では、航空機１０の飛行高度を下げる場合があり、この高度変更には飛行速度の変更を伴う場合もあるし、伴わない場合もある。さらに別の例では、航空機１０の飛行速度を上げる場合があり、この速度変更には飛行高度の変更を伴う場合もあるし、伴わない場合もある。さらに別の例では、航空機１０の飛行速度を下げる場合があり、この速度変更には飛行高度の変更を伴う場合もあるし、伴わない場合もある。さらに別の例では、航空機１０の飛行高度と飛行速度の両方を同時に変更する場合がある。
【００１５】
航空機１０の航程（例えば、飛行高度及び／又は飛行速度）は、様々な理由でフライト中に中途変更される場合がある。ある想定状況では、乱気流や天候要素をさけるなどの理由で、航空交通管制により航程の中途変更が指示される場合がある。別の想定状況では、航空交通管制との交渉及び承認の結果として、航空機１０のパイロットにより航程の中途変更が発動される場合がある。さらに別の想定状況では、航空交通管制との交渉及び承認の結果として、航空機１０に関連づけられた航空会社オペレーションセンター（ＡＯＣ）２０により航程の中途変更が発動される場合がある。航空機１０のパイロット及び／又は航空会社オペレーションセンター２０により発動される航程の中途変更は、乱気流／天候要素をさける目的（フライト運航上の判断）、及び／又は、航空機１０の燃料消費量の増減の目的（航空機１０の当初の飛行計画に盛り込まれている航空会社のビジネスモデルに本質的に適応させる営業判断。飛行速度を上げて乗り継ぎに間に合わせることは、飛行速度を落として燃料消費を節約することよりも、航空会社にとっては重要度あるいはコスト効率が高い場合がある。）で行われうる。
【００１６】
引き続き図１〜図３、特に図２と図３を参照すると、非限定的な一具体例において、航空機１０はフライト開始から２時間後に航程の中途変更を行い、航空機１０は航行飛行速度（例えば、４３５ノット）を同じに保ったまま、５，０００フィート降下する。航程の中途変更における飛行高度成分は、図２の実線（「変更後」）で示す。航程の中途変更における飛行速度成分は、図３の実線（「変更後」）で示す。
【００１７】
図２及び図３に示す線図は、初期設定航程（当初の飛行計画に即した航程）と航程の中途変更とに基づいて、開示のシステム１００（図４）により生成可能である。加えて、当初の飛行計画は、特定の航空機１０（図１）の性能特性を反映しており、また、図６に示す航空機の効率曲線を利用しているので、当初の飛行計画から以下の情報を特定し、これら情報を初期設定航程と変更航程についての線図の生成に利用することが可能である。ここでいう情報とは、（１）出発（地点Ａ）の飛行高度と到着（地点Ｂ）の飛行高度；（２）出発（地点Ａ）の飛行速度と到着（地点Ｂ）の飛行速度（例えば、離陸飛行速度及び着陸飛行速度）；（３）出発（地点Ａ）の時間と到着（地点Ｂ）の時間（例えば、出発時刻と到着時刻）；（４）上昇終了時刻及び降下開始時刻；（５）上昇率及び／もしくは降下率である。
【００１８】
航程の中途変更を実行すると、当初の飛行計画に定められた初期設定航程からのずれに応じて、フライトでの燃料消費量も変化する（燃料消費量差分）。燃料消費量は、実行する航程の中途変更の種類や程度によって増加あるいは減少する。例えば、特定の航空機１０（図１）が、図２及び図３に示す航程の中途変更を実行すると、当初の飛行計画に比べて約１，２７０ガロンの燃料を節約できる。言い換えると、航空機１０がフライト開始２時間後に５，０００フィート降下せず、当初の航程で航行する場合、地点Ｂに到着までに航空機１０は１，２７０ガロンの燃料を余分に消費することになる。あるいは、航程の中途変更が５，０００フィートの上昇（降下ではなく）を伴う場合、飛行速度は変更しないことを想定すると、航程の中途変更により燃料消費量は、減少ではなく増加することになる。
【００１９】
本開示では航空機１０の航程における飛行速度と飛行高度に着目するが、当初の航程から水平方向にずれるような航程の中途変更も想定される。そのような水平方向のずれは、経路１２の有効距離の変更（経路１２の短縮あるいは延伸）に相当する場合があり、したがって、燃料消費量に差分が生じ得る。
【００２０】
航空機の航程変更に伴う燃料消費量の差分を算出する開示のシステム及び方法によれば、航程の中途変更が航空機１０の燃料消費量に与える影響をリアルタイムに表示（例えば、視覚的に表示）可能である。したがって、開示のシステム／方法を用いれば、航程の中途変更を実行するのに先立って、航空機１０のパイロット及び／又は航空会社オペレーションセンター２０が、指示された航程の中途変更を評価したり、航程の中途変更（例えば、仮定の航程変更）の評価や提案を行ったりすることが可能である。例えば、航空交通管制から航程の中途変更が指示された場合に、開示のシステム／方法を用いて、指示された航程の中途変更を評価し、必要や希望に応じて、指示された航程の代替案を提案することが可能である。
【００２１】
図４を参照すると、航空機の航程変更に伴う燃料消費量の差分を算出するシステムが開示されており、一実施形態では、当該システムは全体として符号１００で示されており、プロセッサ１０２、ディスプレイ１０４、入力部１０６、メモリ１０８を有する。システム１００は、ハウジング１１０をさらに備えてもよく、プロセッサ１０２、ディスプレイ１０４、入力部１０６、及びメモリ１０８は、少なくとも部分的にハウジング１１０内に支持されていてもよい。システム１００は、これ以外のコンポーネント（例えば、スピーカーなどの出力部）をさらに備えてもよく、その場合でも本開示の範囲から逸脱しない。
【００２２】
図１を手短に参照すると、システム１００は航空機１０に、例えば航空機１０のフライトデッキに、設置されていてもよい。これにより、航空機１０のパイロット（あるいは複数のパイロット）は、システム１００に容易にアクセスできる。代わりに、あるいは、加えて、システム１００は、航空機１０に関連づけられた航空会社オペレーションセンター２０に設置されていてもよい。これにより、航空会社オペレーションセンター２０の担当者が、航空機１０のパイロットとは別に、あるいは協働で、システム１００を利用可能である。
【００２３】
再度図４を参照すると、システム１００のプロセッサ１０２は、ディスプレイ１０４、入力部１０６、及びメモリ１０８との通信を行う。プロセッサ１０２はコンピュータ可読コードに従って動作して、入力部１０６及び／又はメモリ１０８から入力されたデータを処理し、又、ディスプレイ１０４を介して情報を出力する。
【００２４】
コンピュータ可読コードは、メモリ１０８を介してシステム１００のプロセッサ１０２に与えられる。当業者であれば認識できるように、メモリ１０８は、コンピュータ可読の任意の適当な記憶媒体であってもよい（あるいは、これを含んでいてもよい）。メモリ１０８として（あるいは、メモリにおいて）利用するのに適したコンピュータ可読の記憶媒体の例には、固体メモリ、光学的記憶媒体、及び磁気記憶媒体があるが、これに限定されない。
【００２５】
システム１００のプロセッサ１０２へのデータ入力は、入力部１０６を介して行われる。一例では、入力部１０６は、キーボート、マウス、ジョイスティック、マイク、タッチスクリーン、スイッチなどのユーザインターフェース型の入力機器であってもよい。別の例では、入力部１０６はＵＳＢポートなどのデータポートであってもよく、１つ又は複数のセンサ（例えば、飛行速度センサ及び／又は飛行高度計）へのデータリンクであってもよく、これを介してデータが入力されて、プロセッサ１０２に送信され、及び／又は、メモリ１０８に局所的に保存される。
【００２６】
各種データは、システム１００の入力部１０６を介して入力される。一例では、入力部１０６を介して、航空機１０（図１）の、初期設定航程を含む当初の飛行計画が入力される。当初の飛行計画は、例えば、地点Ａ（図１）からの出発に先立って、入力部１０６を介してシステム１００に入力される。別の例では、入力部１０６を介して、変更航程が入力される。例えば、航空機１０のパイロットは入力部１０６を用いて、変更飛行速度及び／又は変更飛行高度が、システム１００に入力される。
【００２７】
システム１００のディスプレイ１０４は、航空機１０（図１）のパイロット及び／又は航空会社オペレーションセンター２０（図１）の担当者に有用な情報を表示する手段を提供する。ディスプレイ１０４は、コンピュータスクリーン、タブレット、タッチスクリーン、電子（例えばデジタル）計器表示、アナログダイアル、ゲージ、あるいは他の任意の適当なディスプレイ機器であってもよい（あるいは、これらディスプレイ機器を含んでもよい）。
【００２８】
システム１００のディスプレイ１０４は、各種入力データ及び／又はプロセッサが生成したデータを、情報１２０、１２２、１２４、１２６として表示する。情報１２０は変更飛行速度（例えば、４８ノット速い）を示す情報であってもよく、これはシステム１００に（例えばパイロットにより）入力されるか、あるいはプロセッサ１０２により算出された情報である。情報１２２は、変更飛行高度（例えば、５，０００フィート低い）を示す情報であってもよく、これはシステム１００に（例えばパイロットにより）入力されるか、あるいはプロセッサ１０２により算出された情報である。情報１２４は、初期設定航程の代わりに変更航程を実行した場合の燃料消費量の差分（−１，２７０ガロンの燃料）を示す情報であってもであってもよく、これはプロセッサ１０２にて算出された情報である。
【００２９】
例えば、システム１００のユーザ（例えば、航空機１０のパイロット、あるいは、航空会社オペレーションセンター２０の担当者）が、航程の中途変更（例えば、−５，０００フィートの飛行高度変更）を（例えば、入力部１０６を介して）入力する。プロセッサ１０２は、航程の中途変更の入力を受けて、入力されたデータをディスプレイ１０４に（例えば、情報１２２として）表示する。加えて、プロセッサ１０２は、航程の中途変更を実行すると生じる燃料消費量の差分（例えば、−１，２７０ガロン）を算出し、プロセッサが算出したこのデータをディスプレイ１０４に（例えば情報１２４）として表示することができる。
【００３０】
システム１００のディスプレイ１０４に表示される情報１２６は、オプション項目であって、燃料消費量の差分（情報１２４）の算出が、変更飛行速度（情報１２０）及び変更飛行高度（情報１２２）の両方ではなく、いずれか一方に基づくことを示す（「ＯＲ」）か、あるいは、変更飛行速度（情報１２０）及び変更飛行高度（情報１２２）の両方に基づくことを示す（「ＡＮＤ」）か、のいずれかである。「ＡＮＤ」が選択された状態にあることを情報１２６が示す場合、情報１２０及び情報１２２は、システム１００に（例えば、パイロットにより入力部１０６を介して）入力されたデータに基づく情報である。図４のように、「ＯＲ」が選択された状態にあることを情報１２６が示す場合、情報１２０及び情報１２２の一方は、システム１００に（例えば、パイロットにより入力部１０６を介して）入力されたデータに基づく情報であり、他方は、プロセッサ１０２によって変更航程の代替案として算出されたデータに基づく情報である。
【００３１】
例えば、システム１００のディスプレイ１０４の情報１２６が、「ＯＲ」が選択された状態にあることを表示しているとする。この状態で、ユーザ（例えば、航空機１０のパイロット）が変更飛行速度（例えば、−５，０００フィート）を（例えば、入力部１０６を介して）入力すると、入力された飛行速度は情報１２２としてディスプレイ１０４に表示される。次に、プロセッサ１０２は、対応する燃料消費量の差分を算出し、算出した値を情報１２４としてディスプレイ１０４に表示する。加えて、プロセッサ１０２は、入力された変更飛行高度と同等の影響を燃料消費に与える変更飛行速度を算出し、算出した変更飛行速度を情報１２０としてディスプレイ１０４に表示させるようにしてもよい。したがって、図４に示した例を用いると、パイロットが「ＯＲ」を選択（情報１２６を参照）し、変更飛行高度として−５，０００フィートを入力（情報１２２を参照）すると、プロセッサ１０２は、（１）航程（飛行高度）の中途変更を行った場合には、燃料が１，２７０ガロン節約できること（情報１２４）と、（２）−５，０００フィートの変更飛行高度により節約できる燃料（１，２７０ガロン）と同等の節約効果が、＋４８ノットの変更飛行速度によっても得られること（情報１２２）と、を示す。
【００３２】
システム１００のプロセッサ１０２は、航空機の航程変更に伴う燃料消費量の差分を算出する開示の方法を用いて、ディスプレイ１０４における燃料消費量差分フィールド（情報１２４）の表示を行う。具体的には、プロセッサ１０２は、航程の中途変更に関する燃料消費量の差分を、初期設定航程及び変更航程についての追加エネルギー計算に基づいて算出する。なお、初期設定航程と変更航程の双方について総燃料消費量を算出する必要はない（また、通常は算出されない）。
【００３３】
よって、航程の変更に伴う燃料消費量の差分算出システム及び方法も開示されている。航空機の航程の変更に伴う燃料消費量の差分を算出する方法の一実施形態を図５に示し、全体として符号２００で示す。方法２００は、ブロック２０２とブロック２０４にて開始するが、これらのブロックは必ずしも同時に実行される必要はない（ブロック２０２を、ブロック２０４に先立って実行してもよい）。
【００３４】
ブロック２０２において、システム１００（図４）に初期設定航程が、入力部１０６（図４）を介するなどして入力される。例えば、当初の飛行計画は、フライトの開始に先立ってシステム１００に入力されてもよい。初期設定航程（及び他の既知データ）を用いて、初期設定飛行高度・対・時間及び初期設定飛行速度・対・時間の線図が、図２及び図３に示す破線（「初期設定」）のように生成される。
【００３５】
ブロック２０４では、システム１００（図４）に変更航程が、例えば入力部１０６（図４）を介するなどして入力される。例えば、航空交通管制が航空機１０（図１）のパイロットに連絡して、変更航程（例えば、５，０００フィートの降下）をとるように指示する。次に、航空機１０のパイロットは、例えば、ディスプレイ１０４（図４）の飛行高度フィールド（図４の情報１２２）を更新してその変更を反映させるなどして、変更航程をシステム１００に入力する。変更航程（及び他の既知データ）を用いて、変更飛行高度・対・時間及び初期設定飛行速度・対・時間の線図が、図２及び図３に示す実線（「変更後」）のように生成される。
【００３６】
ブロック２０６において、初期設定航程に関する総追加エネルギー（第１総追加エネルギー）が、航程変更を実行する所望の開始時間を始点とする残りのフライトについて算出される。初期設定航程に関する総追加エネルギーは、上昇に伴う追加エネルギーと、所与の飛行速度に対する理想飛行高度を外れての飛行（初期設定航程における、航空機の効率曲線からの逸脱）に伴う追加エネルギーとを合計したものである。
【００３７】
初期設定航程に関する上昇に伴う追加エネルギーＥC1は、以下のように算出できる。
【数１】
0006683508.tif 000002
式中、ｔ0は、変更航程の開始時間を表し、ｔendはフライト終了時間を表し、Ｆexは上昇に伴う追加推力を表し、ｄｓは、漸増変位を表す。追加推力Ｆexは、推力から抗力を差し引いたものである。したがって、関連する運動方程式である垂直方向の方程式（数２）と水平方向の方程式（数３）は、以下のとおりである。
【数２】
0006683508.tif 000003
【数３】
0006683508.tif 000004
式中、ｃは航空機の上昇角を表し、Ｌは揚力を表し、Ｗは重量を表し、ｍは質量を表し、ａは加速度を表し、加速度には、垂直成分ａvと水平成分ａhとがある。
【００３８】
飛行経路は予め定められているので、上昇角ｃと、変位ｄｓと、加速度ベクトルａv及びａhは既知である。航空機１０の離陸質量ｍも既知であり、飛行中の燃料消費に伴って既知の割合で減少する。したがって、初期設定航程に関する、上昇に伴う追加エネルギーＥC1は、式１〜式３を用いて算出可能である。
【００３９】
追加推力Ｆexは巡航飛行速度でゼロになるので、上昇に伴う追加エネルギーＥC1もゼロになる。ただし、降下の際には航空機１０が滑空(glide)すると想定すると、降下に伴う追加エネルギーＥC1は、飛行速度が図６に示した飛行高度・対・飛行速度のグラフの曲線に近似するのであればゼロになる。したがって、上昇に伴う追加エネルギーＥC1が、上昇飛行における総追加エネルギーの唯一の要素となる。
【００４０】
初期設定航程に関して、所与の飛行速度に対する理想飛行高度を外れての飛行に伴う追加エネルギーＥE1は、以下のように算出可能である。
【数４】
0006683508.tif 000005
式中、Ｐは動力を表し、ｄｔは漸増時間を表す。
【００４１】
どの航空機、飛行高度、飛行条件においても理論上、必要動力が最少となる最適効率の理想飛行速度が存在する。このような理想飛行速度を飛行高度に対してグラフ化すると、航空機の効率曲線が得られる。追加エネルギーＥE1は、航空機が効率曲線（例えば、理想飛行高度かつ理想飛行速度）から外れて飛行することにより航空機が余分に消費するエネルギー量である。
【００４２】
図６に、航空機１０（図１）の効率曲線の例を示す。図２及び図３に示す航程データを用いると、航空機１０は初期設定航程に沿って４３５ノットの飛行速度で、飛行高度３０，０００フィートを飛行中であり、これを図６の点Ｏで示す。ただし、４３５ノットでの飛行に理想的な飛行高度は２３，０００フィートである。したがって、初期設定航程での航空機１０の飛行高度は、関連する飛行速度（４３５ノット）での理想飛行高度よりも約７，０００フィート高いことになる。これに応じて航空機１０の必要動力も大きくなる。
【００４３】
初期設定の航程に関する総追加エネルギーＥT1は、上昇に伴う追加エネルギーＥC1と、所与の飛行速度に対する理想飛行高度を外れての飛行に伴う追加エネルギーＥE1と、に基づいて次のように算出される。
【数５】
0006683508.tif 000006
【００４４】
ブロック２０８において、変更航程に関する総追加エネルギーが、変更航程を実行する所望の開始時間を始点とする残りのフライトについて算出される（第２総追加エネルギー）。変更航程に関する総追加エネルギーは、上昇に伴う追加エネルギーと、所与の飛行速度に対する理想飛行高度を外れての飛行（変更航程における、航空機の効率曲線からの逸脱）に伴う追加エネルギーとを合計したものである。
【００４５】
変更航程に関して、上昇に伴う追加エネルギーＥC2は、以下のように算出できる。
【数６】
0006683508.tif 000007
式中、ｔ0は、変更航程の開始時間を表し、ｔendはフライト終了時間を表し、Ｆexは上昇に伴う追加推力を表し、ｄｓは、漸増変位を表す。
【００４６】
変更航程に関して、所与の飛行速度に対する理想飛行高度を外れての飛行に伴う追加エネルギーＥE2は、以下のように算出可能である。
【数７】
0006683508.tif 000008
式中、Ｐは動力を表し、ｄｔは漸増時間を表す。
【００４７】
図６を再度参照すると、点Ｒで示すように、航空機１０は変更航程に沿って４３５ノットの飛行速度で飛行高度２５，０００フィートを飛行中であるとする。４３５ノットでの飛行に理想的な飛行高度は約２３，０００フィートであるので、変更航程での航空機１０の飛行は効率曲線に大幅に近くなっている。具体的には、変更航程では、航空機１０は（４３５ノットでの飛行速度に対する）理想飛行高度よりも約２，０００フィート高い飛行高度で飛行することになる。これに対し、初期設定航程では、航空機１０は理想飛行高度よりも約７，０００フィート高い飛行高度で飛行することになる。したがって、航空機１０が変更航程に沿って飛行する場合、その必要動力は、航空機１０が理想飛行高度で飛行する場合に比べれば大きいものの、航空機が初期設定航程に沿って飛行する場合ほどには大きくない。
【００４８】
変更航程に関する総追加エネルギーＥT2は、上昇に伴う追加エネルギーＥC2と、所与の飛行速度に対する理想飛行高度を外れての飛行に伴う追加エネルギーＥE2と、に基づいて下記のように算出される。
【数８】
0006683508.tif 000009
【００４９】
ブロック２１０において、変更航程に関する総追加エネルギーＥT2を、初期設定航程に関する総追加エネルギーＥT1と比較する。例えば、総追加エネルギー差分ΔＥexは、変更航程に関する総追加エネルギーＥT2と、初期設定航程に関する総追加エネルギーＥT1とに基づいて、以下のように算出される。
【数９】
0006683508.tif 000010
【００５０】
総追加エネルギー差分ΔＥexは、変更航程により燃料効率が向上するのか、低下するのかを示す指標となる。具体的には、総追加エネルギー差分ΔＥexが負の値である場合は、変更航程により燃料効率が向上することを示し、総追加エネルギー差分ΔＥexが正の値である場合には、燃料効率が低下することを示す。
【００５１】
ブロック２１２で、総追加エネルギー差分ΔＥexを燃料消費量の差分に変換する。所与の堆積分の燃料が相当するエネルギー量は、航空機１０が使用する燃料によって異なる。総追加エネルギー差分ΔＥexを当該燃料のエネルギー密度で割ると、燃料消費量差分が算出される。
【００５２】
上述のように、開示の方法２００用いて算出した燃料消費量差分の値を、開示のシステム１００のディスプレイ１０４において燃料消費量差分フィールド（情報１２４）での表示に利用することができる。これに代えて（あるいは、これに加えて）、総追加エネルギー差分ΔＥexを、開示のシステム１００のディスプレイ１０４に表示することも可能である。
【００５３】
したがって、開示のシステム１００と方法２００によれば、パイロットや航空機オペレータが、中途変更用の航程（あるいは、中途変更用の複数の航程）を迅速に評価して、そのような変更が航空機燃料の経済性に与える影響を判定することが可能になる。したがって、開示のシステム１００及び方法２００により、燃料効率が向上する変更航程の選択を目的としてパイロット（及び／又は関連する航空会社オペレーションセンター）と航空交通管制との間でフライト中に行う交渉が容易になる。
【００５４】
さらに、本開示は、下記の付記による実施形態も包含する。
【００５５】
付記１  航空機（１０）が初期設定航程から変更航程への変更を所与の開始時間に行うのに伴う航空機（１０）の燃料消費量の差分を算出する方法（２００）であって、
前記開始時間を始点とする前記初期設定航程での前記航空機（１０）の飛行に関する第１総追加エネルギーを算出するに際し、当該第１総追加エネルギーを、上昇に伴う追加エネルギーと、前記航空機の効率曲線に対する前記初期設定航程の逸脱に伴う追加エネルギーと、を含むものとして算出することと、
前記開始時間を始点とする前記変更航程での前記航空機（１０）の飛行に関する第２総追加エネルギーを算出するに際し、当該第２総追加エネルギーを、上昇に伴う追加エネルギーと、前記効率曲線に対する前記変更航程の逸脱に伴う追加エネルギーと、を含むものとして算出することと、
総追加エネルギー差分を得るべく、前記第２総追加エネルギーを前記第１総追加エネルギーと比較することと、
前記総追加エネルギー差分に基づいて前記燃料消費量の差分を算出することと、を含む方法（２００）。
【００５６】
付記２  前記変更航程は、飛行高度の変更を含む、付記１に記載の方法。
【００５７】
付記３  前記変更航程は、さらに飛行速度の変更を含む、付記２に記載の方法。
【００５８】
付記４  前記飛行高度の変更は、飛行速度を変更することなく行われる、付記２に記載の方法。
【００５９】
付記５  前記変更航程は、飛行速度の変更を含む、付記１に記載の方法。
【００６０】
付記６  前記飛行速度の変更は、飛行高度を変更することなく行われる、付記５に記載の方法。
【００６１】
付記７  前記第１総追加エネルギーは、前記初期設定航程における上昇に伴う前記追加エネルギーと、前記効率曲線に対する前記初期設定航程の逸脱に伴う前記追加エネルギーと、から成る、付記１〜６のいずれかに記載の方法。
【００６２】
付記８  前記第２総追加エネルギーは、前記変更航程における上昇に伴う前記追加エネルギーと、前記効率曲線に対する前記変更航程の逸脱に伴う前記追加エネルギーと、から成る、付記７に記載の方法。
【００６３】
付記９  前記初期設定航程は初期設定飛行高度と初期設定飛行速度とを含み、前記効率曲線に対する前記初期設定航程の逸脱に伴う前記追加エネルギーは、前記初期設定飛行高度と、前記初期設定飛行速度での理想飛行高度との間の差に基づく、付記１〜８のいずれかに記載の方法。
【００６４】
付記１０  前記変更航程は変更飛行高度と変更飛行速度とを含み、前記効率曲線に対する前記変更航程の逸脱に伴う前記追加エネルギーは、前記変更飛行高度と、前記変更飛行速度での理想飛行高度との間の差に基づく、付記１〜９のいずれかに記載の方法。
【００６５】
付記１１  前記航空機（１０）は、所与のエネルギー密度を有する燃料を消費し、前記燃料消費量の差分は、前記総追加エネルギー差分と前記エネルギー密度とに基づいて算出される、付記１〜１０のいずれかに記載の方法。
【００６６】
付記１２  前記燃料消費量の差分をディスプレイ（１０４）に表示することをさらに含む、付記１〜１１のいずれかに記載の方法。
【００６７】
付記１３  前記ディスプレイ（１０４）は、前記航空機（１０）に搭載されている、付記１２に記載の方法。
【００６８】
付記１４  前記ディスプレイ（１０４）は、前記航空機（１０）に関連づけられた航空会社オペレーションセンター（２０）に設置されている、付記１２あるいは１３に記載の方法。
【００６９】
付記１５  前記変更航程は、航空交通管制により指示された航程である、付記１〜１４のいずれかに記載の方法。
【００７０】
付記１６  前記変更航程は仮定の変更航程である、付記１〜１４のいずれかに記載の方法。
【００７１】
付記１７  航空機（１０）が初期設定飛行速度及び初期設定飛行高度を変更飛行速度及び変更飛行高度に変更することに伴う燃料消費量の差分（２００）を算出する方法であって、
前記航空機（１０）が前記初期設定飛行速度、且つ、前記初期設定飛行高度で飛行する場合の第１総追加エネルギーを算出するに際し、当該第１総追加エネルギーは、前記初期設定飛行高度と、前記初期設定飛行速度での理想飛行高度との間の差による追加エネルギーを含むものとして算出することと、
前記航空機（１０）が前記変更飛行速度、且つ、前記変更飛行高度で飛行する場合の第２総追加エネルギーを算出するに際し、当該第２総追加エネルギーは、前記変更飛行高度と、前記変更飛行速度での理想飛行高度との間の差による追加エネルギーを含むものとして算出することと、
総追加エネルギー差分を得るべく、前記第２総追加エネルギーを、前記第１総追加エネルギーと比較することと、
前記総追加エネルギー差分に基づいて前記燃料消費量の差分を算出することと、を含む方法（２００）。
【００７２】
付記１８  初期設定航程から変更航程への変更を所与の開始時間に行うのに伴う航空機（１０）の燃料消費量の差分を表示するシステム（１００）であって、
ディスプレイ（１０４）と、
前記燃料消費量の差分を算出するよう構成されたプロセッサ（１０２）と、を備え、当該算出は、
前記開始時間を始点とする前記初期設定航程での前記航空機（１０）の飛行に関する第１総追加エネルギーであって、上昇に伴う追加エネルギー、及び、前記航空機の効率曲線に対する前記初期設定航程の逸脱に伴う追加エネルギーを含む前記第１総追加エネルギーと、
前記開始時間を始点とする前記変更航程での前記航空機（１０）の飛行に関する第２総追加エネルギーであって、上昇に伴う追加エネルギー、及び、前記効率曲線に対する前記変更航程の逸脱に伴う追加エネルギーを含む前記第２総追加エネルギーと、の比較に基づいて行われ、
前記算出された燃料消費量の差分は、前記ディスプレイ（１０４）上に表示されるシステム（１００）。
【００７３】
付記１９  付記１８に記載のシステム（１００）を備える航空機（１０）。
【００７４】
付記２０  付記１８に記載のシステム（１００）を備える航空会社オペレーションセンター（２０）。
【００７５】
航空機の航程変更に伴う燃料消費量の差分を算出するシステム及び方法の開示について種々の実施形態について説明したが、明細書を読めば当業者には種々の変形が想定可能であろう。本願は、そのような変形も包含し、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
【図１】
0006683508.tif 000011
【図２】
0006683508.tif 000012
【図３】
0006683508.tif 000013
【図４】
0006683508.tif 000014
【図５】
0006683508.tif 000015
【図６】
0006683508.tif 000016