(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機用のシステムであって、
リップを有する空気路と、
前記空気路内に置かれたファンと、
圧力データを測定するように動作する、前記空気路の前記リップの回りに置かれた複数の空気圧センサと、
前記複数の空気圧センサから前記圧力データを受け取り、前記複数の空気圧センサによって測定された前記圧力データに基づいて前記航空機の周囲の気流の速度および方向を計算するように動作するプロセッサと
を含むシステム。
【請求項２】
前記複数の空気圧センサが、同一平面で取り付けられたセンサである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記同一平面で取り付けられたセンサが、前記空気路の前記リップの高速低圧領域で取り付けられる、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記空気路の前記リップの回りに置かれた前記複数の空気圧センサが、ダクトリップポート内に取り付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の空気圧センサが、前記リップの回りに実質的に１８０°離れて置かれた圧力センサの少なくとも１つの対を含み、前記プロセッサは圧力センサの各々から圧力の入力を受けるようになっている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサが、前記航空機の周囲の前記気流の前記速度および方向に基づいて航空機速度を推定するように動作する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記プロセッサが、前記航空機の周囲の気流によって生成される前記航空機に作用する力を推定するように動作する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記航空機に作用する前記力の内の少なくとも１つのものの推定が、ダクト付きファン航空機のアビオニクスシステムに送られる、請求項７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府の権利
米国政府は、国防総省先端技術研究計画局（ＤＡＲＰＡ）によって与えられた契約番号第ＭＤＡ９７２−０１−９−００１８号に従って、本発明においてある種の権利を獲得した。
関連出願
本願は、米国特許法§１１９（ｅ）の下で、２００６年３月２７日に出願された米国仮出願第６０／７８６６２５号に対する優先権を主張するものである。米国仮出願第６０／７８６６２５号の開示全体が、参照によって本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、全般的にはダクト付きファン航空機に関し、より具体的には、空気圧を測定し、ダクト付きファン航空機を制御する大気データシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
無人航空機（ＵＡＶ）などのダクト付きファン航空機で大気データ（たとえば、風速および風向）を測定することは、難しい。この難しさは、部分的にはダクト付きファン航空機の対気速度に起因する。ダクト付きファン航空機の対気速度は、通常の固定翼機よりはるかに遅くなり得る。実際に、ダクト付きファン航空機は、低速飛行の能力を有し、静止ホバリング空力性能についてよく知られている。これらの低い対気速度は、通常の大気データシステムを用いる大気データの測定を困難にする。というのは、ほとんどの大気データセンサが、低速では、信頼できる大気データを入手するのに十分に敏感ではないからである。
【０００４】
大気データシステムは、通常、圧力センサを使用して、大気データ測定を行う。たとえば、大気データシステムは、一般に、航空機の高度、風速、および／または乗物の速度を導出するために、静圧センサおよびピトー管センサを実施する。ピトー管は、一般に、航空機の周囲の静圧、動圧、および温度を測定することによって対気速度および高度情報を提供するのに有効である。しかし、ピトー管は、約２０ｍ／ｓ未満の速度で正確さを失うので、ホバリング飛行および低速飛行については限られた価値を有する。したがって、ピトー管は、突風および風のシヤーによって引き起こされる気流など、低速飛行およびホバリング飛行でのダクト付きファン航空機を囲む気流を測定する時に、限られた価値を有する。
【０００５】
さらに、ピトー管がすべての方向からの気流を測定できるように、航空機上にピトー管を置くことは、難しい。ピトー管は、空気中を移動する乗物によって引き起こされる擾乱の外に圧力センサを置くのに使用される。ダクト付きファンホバリング状態では、これらのピトー管は、擾乱されていない空気まで達するために、すべての方向に複数のダクト直径だけ延びなければならないはずである。ピトー管は、固定翼機から１７．７８ｃｍ（７インチ）まで外に延びることができる。
【０００６】
静圧センサは、航空機のフレームに同一平面で取り付けることができるが、ピトー管と同様に、同一平面で取り付けられた静圧センサを使用する大気データシステムは、約３０．５ｍ／ｓ未満の速度で同様に正確さを失う。光データシステムなど、大気データパラメータを測定できる他の方法が存在する。しかし、そのような光データシステムは、ＵＡＶまたはＭｉｎｉａｔｕｒｅ  Ａｉｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ（ＭＡＶ）などの多数のダクト付きファン航空機で使用するには大きすぎる可能性がある。
【０００７】
ダクト付きファン航空機を囲む大気データを測定する際のもう１つの問題は、ダクト付きファン自体が航空機の回りに気流を生成することである。ダクト付きファンの推力は、航空機の回りにそれ自体の生成された環境を作成し、この環境が、航空機の回りで数個の直径だけ気流を擾乱する可能性がある。下向きの消費された空気のうちのかなりの量が、航空機の外側を回って上に戻って再循環し、ダクト入口に戻って返される。この生成された空気環境は、気流の横風成分を入手することを難しくする。さらに、生成された空気環境のこの影響は、伝統的な静的およびピトー管大気データシステムが生成された環境の外の気流擾乱を測定する能力を減らす。その結果、大気データシステムは、これらの擾乱を補償するのが困難になる場合がある。
【０００８】
周囲の気流を測定する目的は、航空機飛行の安定性を制御することまたは航空機飛行の制御に寄与することである。アビオニクスシステムを、ダクト付きファン航空機の高度、位置決め、および前進速度を制御するのに使用することができる。アビオニクスシステムは、航空機を制御するために、大気データシステムからのセンサ入力の使用から利益を得る場合がある。
【０００９】
一般に、地上物体に対する相対的な航空機の空間内の固定位置の保持は、慣性センサまたはＧＰＳセンサに依存する。しかし、そのようなセンサは、突風および風のシヤーの擾乱によって引き起こされる変位に反応する。乗物が、個定位置から移動されて、位置に関する制御誤差を生成するので、慣性センサまたはＧＰＳセンサを利用する操縦系統による補償の前に、気流が、航空機のかなりの移動をもたらす場合がある。
【００１０】
したがって、ホバリング飛行条件および低速飛行条件で、速度と、方向と、横風、風のシヤー、突風、および時間依存の動的空気力からの乗物への結果の変位力とを正確に測定できる改善された乗物制御用の大気データシステムをダクト付きファン航空機に与えることが、有益であるはずである。
【特許文献１】米国仮出願第６０／７８６６２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、ダクト付きファン航空機用の大気データシステムおよび方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この大気データシステムには、ダクト付きファン航空機の空気路が含まれ、複数の空気圧センサが、空気路のリップの回りに置かれる。空気圧センサは、空気圧データを測定することができる。このシステムには、さらに、空気圧センサから空気圧データを受け取り、空気路のリップの全域で空気圧センサによって測定された圧力データに基づいて航空機の周囲の気流の速度および方向を計算するように動作するプロセッサを含めることができる。
【００１３】
複数の空気圧センサは、空気路のリップの全域に置かれ、好ましくは同一平面で取り付けられたセンサである。空気圧センサは、航空機の空気路内の高速低圧領域に取り付けられることが好ましい。高速低圧領域は、空気路内の最高速最低圧領域とすることができる。この領域は、通常、ダクト前縁の内側リップ上にある。空気圧センサは、ダクトリップポート内に取り付けることができる。センサに、互いから実質的に１８０°離れて空気路のリップの回りに置かれた圧力センサの対を含めることもできる。圧力センサに、圧力センサの複数の対が含まれることが好ましく、対の各圧力センサは、互いから実質的に１８０°離れて置かれる。大気データシステムに、圧力センサの任意の個数の対を含めることができる。たとえば、大気データシステムに、４対の圧力センサを含めることができる。
【００１４】
このシステムは、ダクト付きファン航空機の周囲の気流の速度および方向を測定する。このシステムは、気流の測定された速度および方向を使用して、突風および風のシヤーを判定する。このシステムは、航空機の速度も測定することができる。さらに、この大気データシステムは、航空機に対する、気流によって生成された力を推定するために、気流の測定された速度および方向を使用する能力を提供することができる。乗物安定性制御システムは、大気データシステムによって生成された大気データを使用して、乗物姿勢を調整して、航空機の周囲の気流から生じる可能性がある乗物の空間的並進運動を防ぐことができる。
【００１５】
航空機の大気データを測定する方法も、説明する。大気データを測定する方法には、空気圧センサに、空気路のリップ上の１つの点と実質的に１８０°離れたもう１つの点との圧力を測定する空気圧センサの少なくとも１つの対が含まれるように、航空機の空気路のリップ内に複数の空気圧センサを置くことが含まれる。空気圧センサを、プロセッサに接続することができ、このプロセッサは、空気圧測定値に基づいて、航空機の周囲の気流の速度および方向を計算するように動作する。速度に加えた方向の測定は、少なくとも４つの圧力センサを利用することが好ましい。
【００１６】
さらに、航空機の周囲の気流の速度および方向を計算する方法を説明する。大気データシステムは、航空機の空気路のリップ内の複数の空気圧測定値を入手することができる。次に、大気データシステムは、乗物姿勢について圧力測定値を補償することができる。たとえば、圧力測定値を、航空機のピッチ姿勢およびロール姿勢について補償することができる。
【００１７】
大気データシステムは、空気路のリップ全域で複数の圧力差を計算することができる。大気データシステムは、航空機のファンのファン速度によって圧力差を補償することができる。さらに、大気データシステムは、周囲の空気の空気密度によって圧力差を補償することができる。大気データシステムは、補償された圧力差に線形速度曲線あてはめを適用することができ、空気路のリップ全域の複数の個々の速度ベクトルが、この線形速度曲線あてはめに基づいて生成され得る。大気データシステムは、個々の速度ベクトルに基づいて気流の速度および方向を生成することができる。
【００１８】
上記および他の態様および利点は、適当な場合に添付図面を参照して次の詳細な説明を読むことによって、当業者に明白になるであろう。さらに、この要約が、単に例示であり、請求される発明の範囲を限定することを意図されていないことを理解されたい。
【００１９】
現在好ましい実施形態を、添付図面に関して下で説明するが、図面では、類似する符号が、さまざまな図面において類似する要素を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、大気データシステム１０２を含むダクト付きファン航空機１００の絵図である。ダクト付きファン航空機１００には、リップ１０８を有する空気路１０４と、空気路１０４内に置かれたファン１０６とが含まれる。大気データシステム１０２は、空気路１０４のリップ１０８内のダクトリップ前縁に置くことができる。
【００２１】
さらに、ダクト付きファン航空機１００は、中央本体１１０を有することができる。中央本体１１０は、航空機１００の他の構成要素を含むハウジングとすることができる。中央本体１１０には、航空機１００に動力を与えるエンジンを含めることができる。中央本体１１０には、大気データシステム１０２用のプロセッサ１１８およびアビオニクスシステム１２０など、航空機動作に関する追加構成要素を含めることができる。
【００２２】
ダクト付きファン航空機１００には、推力偏向をもたらすために、静翼アセンブリ１１２および羽根１１４も含めることができる。静翼アセンブリ１１２および羽根１１４は、空気路１０４内に置かれたファン１０６の下に置くことができる。静翼アセンブリ１１２は、空気路１０４内でファン１０６の真下に置いて、ファン１０６によって作られる空気の直線の流れを向けることができる。羽根１１４も、ファン１０６の下に置くことができる。たとえば、羽根１１４を、空気路１０４の出口セクション１１６のわずかに下に置くことができる。航空機１００に、航空機１００の推力偏向を実行するために固定羽根および／または可動羽根１１４を含めることができる。
【００２３】
図１には、Ｃｌａｓｓ  ＩＩ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ａｉｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ（ＯＡＶ）としてのダクト付きファン航空機１００が示されている。しかし、大気データシステム１０２は、Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  Ａｉｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ（ＭＡＶ）、ＯＡＶ−Ｉ、および他の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）乗物など、他のダクト付きファン航空機で使用することができる。さらに、大気データシステム１０２を、ダクト付きファン航空機１００に関して説明するが、大気データシステム１０２は、速度および方向などの気流パラメータが測定される必要がある、他の空気路応用例で使用することができる。大気データシステムは、空気を空気路に押し込む手段があるすべての応用例で使用することができる。たとえば、大気データシステム１０２を、ダクト内に置かれたヘリコプタ尾部回転翼を有するシステム内で使用することができる。さらに、大気データシステム１０２を、ヘリコプタ主回転翼の上に取り付けられたダクト内など、ダクトの外の手段を有するシステム内で使用することができる。空気をダクトに押し込む手段を有し、大気データシステム１０２を利用できる他の応用例には、タービンエンジンおよび冷却塔が含まれる。
【００２４】
ダクト付きファン航空機１００には、アビオニクスシステム１２０などの追加構成要素を含めることができる。アビオニクスシステム１２０は、航空機１００の中央本体１１０内に置くことができる。アビオニクスシステム１２０は、航空機１００の高度、位置決め、および前進速度を制御することによって、航空機１００を制御することができる。アビオニクスシステム１２０は、さまざまな入力を使用して飛行機を制御することができる。たとえば、アビオニクスシステム１２０は、航空機１００を制御するために、慣性センサ、ＧＰＳ、気流速度、および気流方向などの入力を使用することができる。大気データシステム１０２は、そのような入力をアビオニクスシステム１２０に供給することができる。
【００２５】
大気データシステム１０２は、気流が航空機１００に対して生成する力を判定することもでき、これらの力を、飛体１００の制御のためにアビオニクスシステム１２０によって利用することもできる。さらに、アビオニクスシステム１２０は、ＧＰＳセンサおよび／または慣性センサからの入力を利用することができる。
【００２６】
大気データシステム１０２は、ダクト付きファン航空機１００の空気路１０４のリップ１０８に一体化することができる。大気データシステム１０２には、プロセッサ１１８が含まれることが好ましい。代替案では、大気データシステム１０２に、複数のプロセッサを含めることができる。プロセッサ１１８は、通常はソフトウェアアプリケーションからの命令を解釈し、実行するように動作する、ハードウェア、ファームウェア、および／またはソフトウェアの任意の組合せとすることができる。たとえば、プロセッサ１１８を、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）とすることができる。プロセッサ１１８は、航空機１００の中央本体１１０内に置くことができる。代替案では、プロセッサ１１８を、航空機１００の空気路１０４内に置くことができる。
【００２７】
大気データシステム１０２のプロセッサ１１８は、航空機１００の周囲の大気データを計算するように動作することが好ましい。たとえば、プロセッサ１１８は、複数の圧力センサから圧力データを受け取り、航空機１００の周囲の、突風および風のシヤーなどの気流の方向および大きさを計算するように動作する。大気データシステム１０２のプロセッサ１１８は、航空機に対する気流の力を計算するように動作することもできる。
【００２８】
航空機１００内の大気データシステム１０２の位置は、図２および図３でより明瞭に見ることができる。図２には、圧力センサ２０２が空気路１０４のリップ１０８内に取り付けられている、点ＡからＡまでの、図１の空気路１０４の側面の断面図が示され、図３は、大気データシステム１０２の上面図である。
【００２９】
図２に示されているように、圧力センサ２０２は、ダクトリップポート２０４内で空気路１０４の内部に取り付けられる。圧力センサ２０２は、静圧センサとすることができる。好ましくは、圧力センサ２０２を、空気路１０４のリップ１０８に同一平面で取り付けることができる。さらに、圧力センサ２０２は、空気路１０４のリップ１０８で形成できる高速低圧領域２０６に取り付けられることが好ましい。たとえば、圧力センサ２０２を、空気路１０４のリップ１０８で形成できる最高速最低圧領域に取り付けることができる。空気路１０４のリップ１０８の形状は、横風に非常に敏感であり、圧力センサ２０２の感度範囲内の圧力を展開する高速低圧領域を生成する。当技術分野で既知の通り、高速低圧領域２０６は、ベルヌーイの原理に起因して、空気路１０４のリップ１０８で形成され得る。
【００３０】
圧力センサ２０２は、圧力センサ２０２の感度を高めるために、高速低圧領域２０６内に置かれることが好ましい。大気データシステム１０２内の圧力センサ２０２および他のセンサの配置は、風洞試験で配置を試験することによって決定されることが好ましい。その代わりに、計算による流れの動的なシミュレーションおよび分析を使用して配置を決定することができる。
【００３１】
さらに、圧力センサ２０２および他のセンサは、圧力センサの配置がリップ流れの剥離によって影響されないように置かれることが好ましい。圧力センサは、広範囲の飛行条件にわたって流れの剥離によって影響されないことが好ましい。当技術分野で既知の通り、空気路１０４の形状は、空気路１０４のリップ１０８全域で圧力を測定する時に生じる可能性がある剥離したリップ流れの問題を最小にする際の重要な要因である。航空機１００の空気路１０４の形状は、そのようなリップ流れの剥離を避けるように設計されることが好ましい。
【００３２】
図３を参照すると、大気データシステム１０２には、空気路１０４のリップ１０８の回りに配置された複数の圧力センサ２０２が含まれる。対３０４および３０６などの圧力センサの対は、互いに反対に実質的に１８０°離れて置かれる。図３には、４５°間隔で置かれた８個の圧力センサ２０２の代表的な組が示されているが、センサの正確な個数および配置は、大気データパラメータの分解能を高めるために変更することができる。たとえば、大気データシステム１０２に、それぞれが隣接する圧力センサ２０２から実質的に３６°の間隔に置かれた１０個の圧力センサを含めることができる。他の配置も可能である。
【００３３】
圧力センサ２０２を、配線３０８を介して大気データシステム１０２のプロセッサ１１８に接続することができる。その代わりに、圧力センサ２０２とプロセッサ１１８との間の接続を、ワイヤレスとすることができる。圧力センサ２０２は、圧力センサ測定値をプロセッサ１１８に送ることができるものとすることができる。さらに、アビオニクスシステム１２０を、プロセッサ１１８に接続することができる。
【００３４】
図４は、ダクト付きファン航空機１００の空気路１０４の周囲の気流４０２の絵図である。気流４０２は、この頁に左側から右側に流れるものとして図示されている。もちろん、気流４０２は、ダクト付きファン航空機１００に関して多数の方向に流れることができる。
【００３５】
図４に示されているように、空気路１０４の風上側４０４と空気路１０４の風下側４０６で、空気路１０４のリップ１０８に圧力差がある。大気データシステム１０２は、気流情報を供給するために、空気路１０４の風上側４０４と風下側４０６との間のこの圧力差を利用する。
【００３６】
空気路１０４の側４０６と４０６との間の圧力差は、Δｐｄｕｃｔ＝ｐｗｉｎｄｗａｒｄ−ｐｌｅｅｗａｒｄとして計算することができる。複数の圧力センサ対３０４および３０６が、図３に示されているように空気路１０４のリップ１０８の全域に置かれる時に、大気データシステム１０２は、複数の圧力差を測定し、計算することができる。圧力センサ２０２が、圧力を測定し、大気データシステム１０２のプロセッサ１１８が、空気路１０４全域の複数の圧力差を計算することが好ましい。
【００３７】
一般に、圧力センサ２０２は、気流４０２の速度に敏感であり、差圧測定値と気流４０２の速度との間には、線形関係がある可能性がある。この空気路１０４全域の圧力測定値と空気路１０４の周囲の気流４０２の速度との間の線形関係は、大気データの計算に有用である。
【００３８】
図５は、ダクト付きファン航空機１００の大気データシステム１０２による大気データ生成の方法５００を示す流れ図である。図５に示された例には、大気データシステム１０２のプロセッサ１１８によって実行できるステップが示されている。
【００３９】
ブロック５０２で、大気データシステム１０２は、大気データを判定するのに使用される入力を受け取ることができる。この入力には、空気密度（ｐ）、ダクト付きファン１０６のファン速度（ｎ）、乗物ピッチ角、乗物ロール角、および空気路１０４のリップ１０８の全域での圧力センサ２０２の対からの差圧測定値を含めることができる。大気データシステム１０２のプロセッサ１１８は、これらの入力を受け取ることができる。
【００４０】
ブロック５０４で、大気データシステム１０２は、気流４０２の速度に対する圧力差の較正された線形曲線あてはめを適用することができる。上で述べたように、圧力センサ２０２の対の差圧測定値とダクト付きファン航空機１００の周囲の気流４０２の速度との間には、線形の関係がある。空気路１０４のリップ１０８全域での圧力差と航空機１００の周囲の気流４０２の速度との間の線形関係を正確に判定するために、圧力差測定値を、ブロック５０２で受け取られた他の入力によって調整することができる。較正された線形曲線あてはめの適用を、さらに、図６を参照して説明する。
【００４１】
ブロック５０６で、大気データシステム１０２は、気流４０２の速度および方向を判定することができる。大気データシステム１０２は、ブロック５０４で適用された気流４０２の速度に対する圧力差の較正された線形曲線あてはめに基づいて、気流４０２の速度および方向を判定することができる。この判定を、さらに、図６を参照して説明する。
【００４２】
ブロック５０８で、大気データシステム１０２は、気流４０２が航空機１００に対して生成する力を推定することができる。大気データシステム１０２は、ブロック５０４で適用された気流４０２の速度に対する圧力差の較正された線形曲線あてはめに基づいて、気流４０２が航空機１００に対して生成する力を推定することができる。この推定を、さらに、図６を参照して説明する。
【００４３】
大気データシステム１０２は、大気データを生成するために、航空機１００の飛行全体を通じて大気データ生成の方法５００を繰り返すことができる。その代わりに、大気データシステム１０２は、航空機１００の飛行中に周期的に大気データ生成の方法５００を繰り返すことができる。
【００４４】
図６は、ブロック５０４で説明された較正された線形曲線あてはめを適用する計算データフローを示す流れ図６００である。
ブロック６０２で、プロセッサ１１８は、大気データシステム１０２の圧力センサ２０２から、空気路１０４を通って流れる気流４０２に基づく圧力入力を受け取る。ブロック６０４で、各圧力センサ入力が、ダクト付きファン航空機の姿勢によって変更される。たとえば、各圧力入力は、ダクト付きファン航空機のピッチについて補償するために、α’Ｐピッチ角によって変更される。さらに、各圧力センサ入力は、ダクト付きファン航空機のロール姿勢について補償するために、α’Ｒロール角によって変更される。さらに、圧力データの相対的な大きさを、姿勢の利得乗数係数（ｇａｉｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  ｆａｃｔｏｒ）によって変更することができる。この補償は、地軸と乗物軸との間の座標変換を行う。乗物姿勢は、所望の速度または風に関する補償のいずれかからの相対風速のインジケータである。ピッチ角およびロール角は、航空機のアビオニクスシステム１２０から推定することができる。たとえば、航空機のピッチ角およびロール角を、乗物慣性センサシステムから判定することができる。
【００４５】
ブロック６０６で、大気データシステム１０２は、圧力センサ２０２の対の間の圧力差値を計算することができる。上で述べたように、圧力差は、空気路１０４の風上側４０４の圧力センサ２０２と空気路１０４の風下側４０６の実質的に１８０°離れた圧力センサ２０２との間で計算することができる。差分センサ対値は、対の第１圧力センサで入手された圧力センサ入力を対の第２圧力センサで入手された圧力センサ入力から減算することによって得ることができる。
【００４６】
たとえば、１つの差測定値を、０°に置かれた圧力センサ２０２によって測定された圧力と１８０°に置かれた圧力センサ２０２によって測定された圧力との間の差とすることができる。図３および図６に示されたものなどの８つの圧力センサ２０２を有する大気データシステム１０２では、４つの差圧測定値があることが好ましい。圧力センサのそのような配置では、差圧測定値が、Δｐ（１３５−３１５）、Δｐ（１８０−０）、Δｐ（２２５−４５）、およびΔｐ（２７０−９０）である。代替案では、圧力差を、実質的に１８０°で直接にダクト全域にわたるセンサを有する対以外のセンサの対から計算することができる。たとえば、圧力差測定値を、８つの圧力センサ構成の１３５°圧力センサ位置および２２５°圧力センサ位置から入手することができる。圧力差測定値に関する他の対も、可能である。
【００４７】
ブロック６０８で、差圧対値を線形化するために、差分圧力センサ対値を、ファン速度ｎによって補償することができる。圧力差は、差圧測定値をファン速度によって割ることΔｐ／ｎによって、ファン速度に対して正規化することができる。
【００４８】
ブロック６１０で、大気データシステム１０２は、空気密度入力ＰＣから空気密度補償を実行することができる。密度高度は、温度および圧力から計算される。使用される圧力の数は、すべてのセンサ圧力の平均値である。次に、密度高度ＤＨ＝１４５４２６［１−（（ＰＯ／ＰＳＬ）／（Ｔ／ＴＳＬ））０．２３５］（ただし、ＰＯは大気圧、ＰＳＬは海面大気圧、Ｔは雰囲気温度、ＴＳＬは界面雰囲気温度）が、各個々のΔｐに適用される。
【００４９】
ブロック６１２で、大気データシステム１０２は、空気路全域の気流の個々の速度を生成するために、大気データの線形化のために線形速度曲線あてはめを適用することができる。したがって、補償されたΔｐ（１３５−３１５）、Δｐ（１８０−０）、Δｐ（２２５−４５）、およびΔｐ（２７０−９０）について、大気データシステム１０２は、空気路１０４全域の気流４０２の個々の速度を生成するために、圧力差に速度曲線あてはめを適用することができる。図３に示された８つの圧力センサ２０２を有する配置では、大気データシステム１０２は、図６でＶ（１３５−３１５）、Ｖ（１８０−０）、Ｖ（２２５−４５）、およびＶ（２７０−９０）と示される４つの個々の速度ベクトルＶＮを生成する。圧力差が計算され、正規化された後に、圧力差対気流の速度の関係は、線形であり、線形曲線あてはめの切片値（ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ  ｖａｌｕｅ）は、０に近い。したがって、個々の速度ベクトルＶＮを、圧力センサ２０２によって測定された圧力データから入手することができる。
【００５０】
たとえば、図７に、ほぼ０の切片値を有する、所与の乗物ピッチに関する、速度に対してプロットされた補償され正規化された圧力データの線形速度曲線あてはめ７０２を示すグラフ７００を示す。速度に対してプロットされた較正され正規化された圧力データの線形速度曲線あてはめ７０２は、異なる乗物ピッチ角について変化する可能性がある。
【００５１】
図６に戻って、ブロック６１４で、プロセッサ１１８は、空気路のリップ全域の空気の個々の速度ベクトルに基づいて気流の総速度ベクトル（ＶＴ）６１６を生成するために、得られた速度曲線あてはめを処理することができる。プロセッサ１１８は、個々の速度ベクトルＶ（１３５−３１５）、Ｖ（１８０−０）、Ｖ（２２５−４５）、およびＶ（２７０−９０）を合計することによってＶＴを生成することができる。この総速度ベクトルには、航空機１００に関する気流の速度および方向が含まれる。
【００５２】
また、ブロック６１４で、プロセッサ１１８は、航空機１００に対して気流４０２によって生成される瞬間力（ＦＴ）６１８を生成するために、得られた速度曲線あてはめを処理することができる。瞬間力６１８は、アビオニクスシステム１２０によって、航空機１００を制御するのに利用することができる。当技術分野で既知の通り、乗物に対して気流によって生成される力は、乗物に作用する気流の速度および方向から推定することができる。アビオニクスシステム１２０は、突風および風のシヤーなど、航空機１００の周囲の気流４０２から生じる横並進運動を防ぐために乗物姿勢を調整するために、大気データシステム１０２のプロセッサ１１８によって生成された推定された力を使用することができる。
【００５３】
さらに、気流の速度および方向と、航空機１００に対して気流４０２によって生成された力とを、内側ループ突風排除制御システム（ｉｎｎｅｒ  ｌｏｏｐ  ｇｕｓｔ  ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｙｓｔｅｍ）によって使用することができる。このシステムは、結果の横並進運動をすべて防ぐために、加えられる力を予期して、航空機によって計算された風または突風の方向に航空機を傾けることができる。
【００５４】
大気データシステム１０２は、速度と、方向と、横風、風のシヤー、突風、および時間依存の動的空気力からの乗物への結果の変位力とを正確に測定できる大気データシステムを航空機１００に与えることができる。大気データシステム１０２は、空気路のリップ全域の空気圧測定値の集合に基づいて大気データを測定する。空気圧測定値のこの集合に基づいて、大気データシステムは、空気路のリップ上の第１点と第１点から実質的に１８０°離れた第２点との間の差圧を計算する。この測定値を使用して、大気データシステムは、速度、方向、および航空機の周囲の気流から乗物への結果の変位力を判定するように動作することができる。さらに、ＧＰＳセンサまたは慣性センサによって供給される誤差に基づいて航空機１００の横並進運動を訂正するために乗物姿勢を調整するのではなく、アビオニクスシステムは、航空機１００のそのような横並進運動を防ぐために乗物姿勢を調整するために、大気データシステム１０２によって供給される情報を利用することができる。
【００５５】
図示の実施形態が、例にすぎず、本発明の範囲を限定するものと解釈されてはならないことを理解されたい。添付の特許請求の範囲は、その趣旨で述べられていない限り、記述された順序または要素に限定するものと解釈されてはならない。したがって、添付の特許請求の範囲の範囲および趣旨とその同等物とに含まれるすべての実施形態が、本発明として請求される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】１つの例による、大気データシステムを含むダクト付きファン航空機を示す絵図である。
【図２】１つの例による、圧力センサが空気路のリップ内に取り付けられている、点ＡからＡまでの、図１の空気路の側面を示す断面図である。
【図３】１つの例による、大気データシステムを示す上面図である。
【図４】１つの例による、空気路の周囲の気流を示す側面絵図である。
【図５】１つの例による、大気データ生成の方法を示す流れ図である。
【図６】１つの例による、図５の大気データを生成するための線形曲線あてはめを適用する計算データフローを示す流れ図である。
【図７】１つの例による、補償され正規化された圧力データに対する速度データの線形曲線あてはめを示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１００  ダクト付きファン航空機
１０２  大気データシステム
１０４  空気路
１０６  ファン
１０８  リップ
１１０  中央本体
１１２  静翼アセンブリ
１１４  羽根
１１６  出口セクション
１１８  プロセッサ
１２０  アビオニクスシステム
２０２  圧力センサ
２０４  ダクトリップポート
２０６  高速低圧領域
３０４  対
３０６  対
３０８  配線
４０２  気流
４０４  風上側
４０６  風下側
６１６  総速度ベクトル（ＶＴ）
６１８  瞬間力（ＦＴ）
７００  グラフ
７０２  線形速度曲線あてはめ
【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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