(57)【要約】【課題】三枚翼飛しょう体に与えられた加速度指令方向に応じて、ロール回転角が最小となる様にロール回転方向を決定し、飛しょう体をバンクさせる事に費やす時間を最小限に抑え、時定数を小さくすることを目的とする。【解決手段】三枚の操舵翼を備え、飛しょう体の角速度及び加速度を検出し、検出した角速度、加速度により飛しょう体の速度、位置及び姿勢角を計算する慣性装置と、所望の方向に機体を制御するために、操舵翼の舵角指令を出力する操舵指令計算装置を備え、加速度指令方向とロール姿勢角に基づいて、バンク角が最小となる様にロール方向を決定する手段を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体外周に設けられた３枚の操舵翼と、
機体の角速度及び加速度を検出し、検出された角速度及び加速度に基づいて、機体の速度、位置及び姿勢角を計算する慣性装置と、
目標体の方向に基づいて加速度指令を計算する加速度指令計算装置と、
上記加速度指令計算装置から与えられた加速度指令方向と上記慣性装置で計算された姿勢角に基づいて、機体のバンク角が最小となるようにロール角指令を計算するロール角指令計算装置と、
上記加速度指令方向と上記ロール角指令計算装置で計算されたロール角指令に基づいて、上記操舵翼の舵角指令を出力する舵角指令計算装置と、
上記舵角指令計算装置からの舵角指令に基づいて、上記操舵翼を制御する操舵装置とを備えた飛しょう体。
【請求項２】
ロール角指令計算装置は、機体のバンク角が１２０°以下となるようにロール角指令を計算することを特徴とした請求項１記載の飛しょう体。
【請求項３】
舵角指令計算装置は、上記慣性装置で計算されたロール姿勢角がロール角指令に一致した後に、上記加速度指令方向に基づいて加速度指令方向と対称位置に有る２つの操舵翼が、夫々の回転軸に対して舵角が互いに逆方向となるように舵角指令を計算することを特徴とした請求項１記載の飛しょう体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三枚の操舵翼を有して旋回運動する飛しょう体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の飛しょう体は、操舵翼が四枚翼（以下これを四枚翼飛しょう体と称する）であることが主流であった。これは、四枚翼飛しょう体は、ピッチ・ヨー方向に加速度指令が入った場合、機軸直交方向の何れの方向に対しても空力的に形状がほぼ対称であるため、ピッチ、ヨー、ロールを独立に制御して所望の方向に直接加速度を発生できるためである。
しかしながら、四枚翼の場合、三枚翼と比較して部品点数が多いため、実装性やコスト、信頼性等の面で不利である。また空力抵抗も大きくなってしまう。
【０００３】
ここで、飛しょう体の操舵翼を三枚にする（以下、これを三枚翼飛しょう体と称する）事により、構造が簡素化され、かつコストダウンにもつながるという利点がある。しかしながら、三枚翼飛しょう体は、ピッチ方向とヨー方向で形状が異なるため、加速度指令方向によっては空力的な非対称により、誘導ロールモーメントが発生し、制御不能になる可能性がある。
このような三枚翼飛しょう体においては、空力的非対称による誘導ロールモーメント発生を回避するために、飛しょう体のピッチ方向に対して左右対称となるように操舵翼を配置し、飛しょう体のピッチ方向が加速度指令方向になる様にロール回転させ、姿勢を変化させた後、ピッチ方向の制御を行なって加速度を発生させる必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１５３７９９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した様に、三枚翼飛しょう体においては、空力的非対称による誘導ロールモーメント発生を回避するために、飛しょう体のピッチ方向を加速度指令方向になる様にロール回転させる。このため、ロール回転角が大きくなってしまう場合には、所望の方向に加速度を発生させるまでの時間が長くなり、四枚翼飛しょう体と比較して、飛しょう体をロール回転させる分応答性が悪くなる。特に、高機動性が要求される飛しょう体にあっては、これまでの三枚翼飛しょう体は適切ではなかった。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、四枚翼飛しょう体よりも翼のコストを低減でき、かつ飛しょう体をバンクさせる事に費やす時間を最小限に抑える飛しょう体を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
本発明による飛しょう体は、三枚の操舵翼を備え、飛しょう体の角速度及び加速度を検出し、検出した角速度、加速度により飛しょう体の速度、位置及び姿勢角を計算する慣性装置と、所望の方向に機体を制御するために、操舵翼の舵角指令を出力する舵角指令計算装置を備え、加速度指令方向とロール姿勢角に基づいて、バンク角が最小となる様にロール方向を決定する手段を備える。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。図１は本発明の実施の形態１による飛しょう体の簡略化した構成例を示す。
図において、飛しょう体１は、機体の後方外周に、機軸に対して対称に配置されるように３つの操舵翼８、９、１０が設けられる。機体内部の前方に図示しないシーカが設けられ、目標体の方向を検出する。シーカには、レーダや光学センサが用いられる。また、機体内部には、加速度指令計算装置２、ロール角指令計算装置３、慣性装置４、舵角指令計算装置５、および操舵装置６が搭載される。
【０００８】
加速度指令計算装置２、慣性装置４の出力信号は、ロール角指令計算装置３に入力されるように、夫々の接続が成される。また、ロール角指令計算装置３の出力信号が、舵角指令計算装置５、および操舵装置６に入力されるように、夫々の接続が成される。操舵装置６は、操舵翼８、９、１０を回転駆動するように、回転機構（図示せず）とアクチュエータ（図示せず）、及びアクチュエータに動力を与えて操舵翼を回転制御するためのサーボ制御装置（図示せず）などで構成されている。
【０００９】
次に、図１の動作について説明する。
飛しょう体１は目標に会合する事を目的として、ピッチ・ヨー加速度指令ａｃｐ１，ａｃｙ１を加速度指令計算装置２より計算する。そして、ピッチ・ヨー加速度指令ａｃｐ１，ａｃｙ１より加速度指令方向Φａｃを計算し、慣性装置４より得られる飛しょう体１のロール姿勢角と加速度指令方向Φａｃに基づき、ロール角指令Φｃをロール角指令計算装置３において計算する。計算されたロール角指令Φｃ及び加速度指令方向Φａｃより、舵角指令計算装置５において各操舵翼８、９、１０への舵角指令δＡ、δＢ、δＣを計算する。舵角指令δＡ、δＢ、δＣをうけ操舵装置６により操舵翼８、９、１０を操舵する。これにより、所望の方向に加速度を発生させる。
【００１０】
ここで、操舵翼と加速度指令方向との関係を説明するため、図１に示した飛しょう体１を後方から見た座標系を図２に示す。
図２に示すように飛しょう体１は三枚の操舵翼８，９，１０を有し、各操舵翼は操舵翼８を基準にし、１２０°毎に等間隔に取り付けられているものとする。また、舵角の極性はロールモーメントが正方向に発生する操舵方向を正とし、操舵量に応じて発生する操舵翼の空気力は各操舵翼とも同等とする。
【００１１】
図２において、三枚の操舵翼を有する飛しょう体１は、通常ピッチ方向に空力的対称となる様にロール姿勢角０°で制御され飛しょうしており、加速度指令方向Φａｃ及びロール姿勢角Φに基づいて、飛しょう体１のロール回転角ｄΦが最小となるようにロール姿勢角Φを制御する。
【００１２】
一方、従来の三枚翼飛しょう体で一般に用いられる制御方式としては、ピッチ系とヨー系が非対称な航空機と同様、ピッチ方向が加速度指令方向になるようにロール回転させるバンクトゥターン（ＢＴＴ）制御方式が考えられる。
【００１３】
ＢＴＴ制御方式の三枚翼飛しょう体では、ロール制御系とピッチ制御系で構成され、ロール姿勢角Φが加速度指令方向Φａｃまで変化した後、操舵翼９、１０を操舵し、ピッチ方向にのみ加速度を発生させる。この際、各操舵翼８，９，１０の舵角指令は数１の様に舵角指令計算装置５で計算される。
尚、数１のδＡ、δＢ、δＣはそれぞれ操舵翼８、９、１０の舵角であり、δａｃはピッチ方向に加速度ａｃを発生させるために必要なピッチ舵角分とする。
【００１４】
【数１】
2004239520.tif 000003
【００１５】
数１に示すように、操舵翼９，１０を逆方向に同量だけ操舵する事により、ロールモーメントは発生せず、ヨー方向については舵の空気力が相殺され、ピッチ方向のみに加速度を発生させる事が可能となる。
【００１６】
このようにＢＴＴ制御方式の三枚翼飛しょう体の制御系では、加速度指令が与えられた場合、ピッチ方向が加速度指令方向に対称となるように、ロール姿勢角を回転させるため、所望の方向に加速度を発生させるまでの時間が長くなり応答性が悪くなる可能性がある。例えば、ロール制御開始からロール姿勢角がロール角指令Φｃの６３％に達するまでの時間をτｒ０、ピッチ加速度指令が与えられてから、指令方向への応答が６３％に達するまでの時間をτａｃ０とし、これらをそれぞれロール制御系の時定数、ピッチ・ヨー制御系の時定数とすると、三枚翼飛しょう体の制御系の応答時間τ０は数２になる。
【００１７】
【数２】
2004239520.tif 000004
【００１８】
そこで、本発明の実施の形態１による三枚翼飛しょう体１では、ロール制御開始からロール姿勢角がロール角指令Φｃの６３％に達するまでの時間を短くするロール角指令を計算する。具体的には、ロール角指令計算装置３において、加速度指令が与えられた際に飛しょう体をバンクさせる方向、すなわちロール角指令Φｃを、加速度指令方向Φａｃ及び慣性装置４より得られるロール姿勢角Φから、数３に基づいて計算する。この場合、ロール姿勢角変化ｄΦは、加速度指令方向に対して左右対称となるための最小の角度となるように、ロール角指令が設定される。なお、ロール角指令計算装置３は、機体のバンク角が１２０°以下となるようにロール角指令を計算する。
【００１９】
【数３】
2004239520.tif 000005
【００２０】
例えば、舵角指令計算装置５は、数３で得られるロール角指令Φｃに基づいて操舵装置６に舵角指令を与えて、ロール姿勢角Φを制御する。このとき、ロールモーメントが正方向に発生するように、操舵翼８、９、１０を正方向に操舵する。このロール姿勢角制御によって、ロール姿勢角ΦがΦｃとなった後、舵角指令計算装置５において、加速度指令方向Φａｃに基づき、各操舵翼８、９、１０の舵角指令を数４のように計算する。ここで、操舵指令計算装置５は、慣性装置４で計算されたロール姿勢角がロール角指令に一致した後に、加速度指令方向に基づいて加速度指令方向と対称位置に有る２つの操舵翼が、夫々の回転軸に対して舵角が互いに逆方向となるように舵角指令を計算する。
【００２１】
操舵装置６は、数４に基づいて計算される舵角指令δＡ、δＢ、δＣに応じて、操舵翼８、９、１０を操舵する事によって、所望の方向に加速度を発生できる。
【００２２】
【数４】
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【００２３】
ここで、本発明の三枚翼飛しょう体において、ロール制御開始からロール姿勢角がロール角指令Φｃの６３％に達するまでの時間をτｒとし、これをロール制御系の時定数、加速度指令ａｃが与えられてから、指令方向Φａｃへの応答が６３％に達するまでの時間をτａｃとし、これをピッチ・ヨー制御系の時定数とする。
【００２４】
この時、加速度指令計算装置２より与えられた加速度指令ａｃに対する応答時間τ１は数５により求められる。
【００２５】
【数５】
2004239520.tif 000007
【００２６】
本発明の実施の形態１における飛しょう体とＢＴＴ制御方式の飛しょう体との機体制御特性の比較を図３に示す。
今仮に、加速度指令方向Φａｃが９０°であった場合（ロール姿勢角Φは０°）を考えると、ピッチ方向加速度指令ａｃｐ１は零となり、ヨー方向のみ加速度指令ａｃが与えられた事になる。本発明による飛しょう体においては、ロール姿勢角変化ｄΦは−３０°となる。
一方、ＢＴＴ制御方式の飛しょう体の場合は、ピッチ方向が加速度指令方向Φａｃになるようにロール姿勢角を回転させる必要があるため、ロール姿勢角変化は＋９０°となる。
【００２７】
本実施の形態による三枚翼飛しょう体の加速度指令に対する時定数τ１と、ＢＴＴ制御方式の時定数τ０とを比較すると、加速度指令値ａｃが同じであれば、ピッチ・ヨー制御系の応答時間τａｃとτａｃ０は等しいが、ロール制御系の応答時間τｒとτｒ０に関しては、ロール姿勢角変化ｄΦが小さい分、τｒの方がτｒ０より小さくなる。
【００２８】
このため、本実施の形態による時定数τ１の方がＢＴＴ制御方式よりもロール回転制御時の時定数が小さくなり、飛しょう体をバンクさせることに費やす時間を最小限に抑えることができる。
【００２９】
以上のように、本実施の形態の飛しょう体では、機体外周に設けられた３枚の操舵翼と、機体の角速度及び加速度を検出し、検出された角速度及び加速度に基づいて、機体の速度、位置及び姿勢角を計算する慣性装置と、目標体の方向に基づいて加速度指令を計算する加速度指令計算装置と、上記加速度指令計算装置から与えられた加速度指令方向と上記慣性装置で計算された姿勢角に基づいて、機体のバンク角が最小となるようにロール角指令を計算するロール角指令計算装置と、上記加速度指令方向と上記ロール角指令計算装置で計算されたロール角指令に基づいて、上記操舵翼の舵角指令を出力する舵角指令計算装置と、上記舵角指令計算装置からの舵角指令に基づいて、上記操舵翼を制御する操舵装置とを備えて、ロール回転角ｄΦが最小となるようにロール方向を決定することにより、加速度指令方向への応答性を向上させる事が出来る。
【００３０】
【発明の効果】
本発明による三枚翼飛しょう体は、ロール回転角が最小となるようにロール方向を決定する事により、加速度指令方向への応答性を向上させる事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による三枚翼飛しょう体の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１による三枚翼飛しょう体の座標系を示す図である（飛しょう体後方より見た図）。
【図３】本発明の実施の形態１による飛しょう体とＢＴＴ制御方式の飛しょう体の機体制御を比較した図である。
【符号の説明】
１    飛しょう体、２  加速度指令計算装置、３  ロール角指令計算装置、４慣性装置、５  舵角指令計算装置、６  操舵装置、７  操舵翼、８  操舵翼、９  操舵翼、１０  操舵翼。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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