(57)【要約】統合アクチュエータ・スポイラー制御エレクトロニクスを有する飛行制御モジュールであり、飛行制御機能が統合モジュラー・アビオニクスに、飛行制御モジュール（「ＦＣＭ」）の使用を通じて統合されており、ＦＣＭはスポイラー・アクチュエータ制御エレクトロニクス（「ＡＣＥ」）を含むように構成される。スポイラーＡＣＥは、スポイラーのロール機能を制御するために使用される。スポイラーＡＣＥは、それが同じモジュール内に位置するとしても、ＦＣＭから分離するように構成され、ＦＣＭのための電源から独立してその電力を受ける。飛行機の一次飛行制御表面の故障の場合、スポイラーを使用して航空機のロールを制御することができ、これはスポイラーＡＣＥが、一次飛行制御表面を制御するために使用されるＡＣＥから独立しているからである。スポイラーＡＣＥはまたＦＣＭの故障の場合にも使用することができ、これはスポイラーＡＣＥがＦＣＭから独立しているからである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行機において使用するために統合モジュラー・アビオニクス・ユニットに挿入するためのモジュールであって、
飛行制御コンピュータと、
スポイラーに結合されたアクチュエータ制御エレクトロニクスと、
を含むモジュール。
【請求項２】
前記モジュールは、前記統合モジュラー・アビオニクス・ユニット上に位置するバックプレーンとインターフェースするように構成された、前記モジュールの後部にあるコネクタをさらに含む、請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】
前記コネクタは電力およびデータを前記モジュールに供給するように構成される、請求項２に記載のモジュール。
【請求項４】
前記モジュールは前記コネクタから独立した電力入力をさらに含む、請求項３に記載のモジュール。
【請求項５】
前記電力入力は電力を前記アクチュエータ制御エレクトロニクスにのみ供給するように構成される、請求項４に記載のモジュール。
【請求項６】
前記飛行制御コンピュータは増強情報を前記アクチュエータ制御エレクトロニクスに提供する、請求項１に記載のモジュール。
【請求項７】
前記アクチュエータ制御エレクトロニクスは、前記スポイラーに結合されたアクチュエータを通じて、電気信号を前記アクチュエータに送信することによって前記スポイラーを操作するように構成される、請求項６に記載のモジュール。
【請求項８】
前記アクチュエータ制御エレクトロニクスは、前記飛行制御コンピュータの故障の場合に前記スポイラーを操作するように構成される、請求項７に記載のモジュール。
【請求項９】
前記アクチュエータ制御エレクトロニクスは増強ユニット、インターロック・ユニットおよびリミッタを含み、
前記リミッタおよび前記インターロック・ユニットは前記増強ユニットに結合され、
前記増強ユニットは、パイロットによって提供された、前記モジュールの外部にある入力に結合され、
前記増強ユニットは、前記モジュールの外部にある油圧アクチュエータに結合され、
前記油圧アクチュエータは、飛行機の翼の上に位置するスポイラーに結合される、請求項１に記載のモジュール。
【請求項１０】
前記インターロック・ユニットが少なくとも１つのハードウェア・センサに結合され、
前記ハードウェア・センサは、前記飛行機が地上にあるときを指示するように構成され、
前記インターロック・ユニットは、前記飛行機が地上にあることを前記ハードウェア・センサが指示できない場合、あるコンピュータが前記アナログ増強ユニットに伝送されることを防止するように構成される、請求項９に記載のモジュール。
【請求項１１】
前記リミッタは、所定の範囲外の信号を前記飛行制御コンピュータから前記アナログ増強ユニットに伝送することを防止するように構成される、請求項９に記載のモジュール。
【請求項１２】
前記増強ユニットはアナログ加算器ユニットを含み、
前記インターロック・ユニットはアナログ・エレクトロニクスを含み、
前記リミッタはアナログ・エレクトロニクスを含む、請求項９に記載のモジュール。
【請求項１３】
制御メカニズムを介して電気信号の形式で入力された命令を受信するステップと、
飛行制御モジュールによって伝送された飛行制御信号を追加することによって、前記命令を加算器で修正し、結果として出力信号を生じるステップと、
前記出力信号を油圧アクチュエータに伝送するステップとを含み、前記油圧アクチュエータの動きが前記出力信号に比例する、
飛行機のスポイラーを制御する方法。
【請求項１４】
リミッタを前記加算器と前記飛行制御モジュールの間に導入し、加算器が信号をリミッタから受信するようにするステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記飛行制御コンピュータが動作可能でない場合、前記修正するステップをスキップすることができる、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
１．技術分野
本発明は航空機エレクトロニクスに関し、より詳細には、統合スポイラー・アクチュエータ・エレクトロニクスを有する飛行制御モジュールに関する。
２．背景情報
図１を参照すると、典型的な飛行機が、乗客および貨物を保持する胴体１１０、飛行機を飛行させるために必要とされる揚力を提供する翼１１２、安定した飛行を保証するために使用される垂直安定板１１４および水平安定板１１６、および飛行機を前進させるために必要とされる推力を提供するエンジン１１８を含む。
【０００２】
飛行機を導くためには、翼１１２、垂直安定板１１４および水平安定板１１６の上に配置される飛行制御表面に依拠しなければならない。飛行機における一次飛行制御表面には、補助翼１００、エレベータ１０２およびラダー１０４が含まれる。補助翼１００は飛行機の翼の後縁の上に位置し、飛行機のロールを制御する。飛行機のローリングを図２Ａに示す。エレベータ１０２は飛行機の水平安定板上に位置し、飛行機のピッチを制御する。飛行機のピッチングを図２Ｂに示す。ラダー１０４は垂直安定板上に位置し、飛行機のヨーを制御する。飛行機のヨーイングを図２Ｃに例示する。
【０００３】
また、飛行機の翼の上には、スポイラー１０６、フラップ１２０およびスラット１２２があり、これらは集合的に二次飛行制御表面として知られる。スポイラー１０６は翼の上に位置し、様々な異なる機能を実施し、これには、垂直飛行経路の制御における支援、エア・ブレーキとして動作して飛行機の前進速度を制御すること、および、グランド・スポイラーとして動作して翼の揚力を低減させて、ブレーキング時のランディング・ギアと滑走路の間の接触を維持する助けとすることが含まれる。
【０００４】
フラップ１２０およびスラット１２２は飛行機の翼の上に位置して、飛行機に影響のある揚力および抗力を、翼１１２の後縁にあるフラップ１２０および翼１１２の前縁にあるスラット１２２により変化させる。フラップ１２０およびスラット１２２が拡張されるとき、翼の形状が変化してより多くの揚力を提供する。揚力が増大すると、飛行機はより低速で飛行することができ、したがって着陸手順および離陸手順が簡素化される。
【０００５】
上に記載した一次飛行制御表面は、飛行機のコックピット内に位置するパイロットによって操作される。ラダー１０４は通常、パイロットの両足によって操作された１対のラダー・ペダルによって制御される。補助翼１００は、操縦桿を左右に調節することによって制御される。操縦桿を左に動かすことにより、通常は左補助翼を上げるように、かつ右補助翼を下げるように制御し、飛行機を左側にロールさせる。エレベータ１０２は、操縦桿を前後に調節することによって制御される。スポイラー１０６は一般に、別個の操縦桿によって操作する。
【０００６】
大抵の小型飛行機では、パイロットの制御部と可動表面の間に直接のメカニカル・リンケージがある。大抵の大型飛行機では、パイロットの制御部を、一次制御表面を動かすために使用される油圧アクチュエータに接続するケーブルまたはワイヤがある可能性がある。より新型の飛行機では、「フライ・バイ・ワイヤ」と呼ばれるシステムが開発されている。
【０００７】
通常の従来技術のフライ・バイ・ワイヤの飛行機では、電子センサがパイロットの制御部に取り付けられている。これらのセンサが電子データを様々な飛行制御コンピュータ（「ＦＣＣ」）に伝送する。アクチュエータ制御エレクトロニクス（「ＡＣＥ」）として知られるシステムが電子信号を飛行制御コンピュータから受信し、油圧アクチュエータを、受信された信号に基づいて動かす。各油圧アクチュエータが可動表面に結合され、アクチュエータの動きにより一次制御表面を動かすようにする。
【０００８】
フライ・バイ・ワイヤの概念は、アクチュエータを制御するために飛行機中に延びる重いリンケージ、ケーブル、プーリおよびブラケットをもはや必要とせず、ＦＣＣおよびＡＣＥへの電気配線だけであるために重量を節約する。さらに、この概念により円滑に飛行することができ、パイロットが必要とする労力がより少なくなる可能性がある。
【０００９】
フライ・バイ・ワイヤ・システムは、過去に非常に信頼性があることが証明されているが、二次バックアップ・システムが望ましい可能性がある。従来技術では、機械的なバックアップが使用されていた。たとえば、ボーイング７７７飛行機はケーブル駆動のスポイラーを各翼上で、油圧制御されたトリム・システムを水平安定板上で使用して、一次飛行制御表面の故障の場合に飛行機を制御する。本発明は機械的なバックアップの必要性をなくす。
【００１０】
発明の概要
以下の発明の概要は、本発明に固有の革新的な特徴のいくつかの理解を容易にするために提供され、十分な説明とすることを意図するものではない。本発明の様々な態様の十分な理解は、明細書全体、特許請求の範囲、図面および要約書を全体として取ることによってのみ得ることができる。
【００１１】
本発明は、飛行制御モジュール内に位置するスポイラー・アクチュエータ制御エレクトロニクス・ユニット（スポイラーＡＣＥ）に関する。本発明の一実施形態では、スポイラーＡＣＥが電気的にＦＣＭから分離しており、独立した電源および分離した入力および出力ポートを有する。スポイラーＡＣＥは入力をパイロットの操縦桿から受信し、この入力を電気信号に変換し、この信号が、スポイラーを動かす油圧アクチュエータの動きを制御する。
【００１２】
スポイラーＡＣＥはまた、増強信号がＦＣＭによって伝送される操作のモードを有することもできる。これらの増強信号をリミッタおよびインターロックによって制限し、ＦＣＭが潜在的に危険な信号を油圧アクチュエータに伝送しないようにすることができる。
【００１３】
本発明の新しい特徴は、以下の発明の詳細な説明の検討により当業者には明らかとなり、あるいは本発明の実施により学習することができる。しかし、発明の詳細な説明および提示する特定の実施例は、本発明のある実施形態を示すが、例示のためにのみ提供され、これは本発明の精神および範囲内の様々な変更および修正が、発明の詳細な説明および後に続く特許請求の範囲から当業者には明らかとなるからであることを理解されたい。
【００１４】
本発明をさらに添付の図面に関連して記載する。
発明の詳細な説明
同時係属の２０００年７月１４日出願の「統合モジューラ・アビオニクスへ併合される飛行制御モジュール（Ｆｌｉｇｈｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｏｄｕｌｅ　Ｍｅｒｇｅｄ　Ｉｎｔｏ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｍｏｄｕｌａｒ　Ａｖｉｏｎｉｃｓ）」という名称の米国特許出願第＿／＿，＿号（「ＦＣＭ／ＩＭＡ出願」）は、その内容が参照により本明細書に組み込まれ、これにおいて説明するように、飛行制御モジュール（「ＦＣＭ」）が現代のフライ・バイ・ワイヤの飛行機の統合モジュラー・アビオニクス（「ＩＭＡ」）ユニットに結合される。ＩＭＡユニットはバックプレーンを含み、この中に様々なモジュールが挿入される。たとえば、電力をＩＭＡバックプレーン、処理装置および入力／出力ユニットに供給するモジュールがある可能性がある。モジュールがＩＭＡに挿入されるとき、モジュールの背面のコネクタがバックプレーンと接続する。この接続により電力がモジュールに供給され、またバックプレーンからモジュールへの情報の転送も可能となる。
【００１５】
ＩＭＡによって制御された機能の中には、飛行管理、表示、航法、中央メンテナンス、飛行機の状態の監視、フライト・デッキ通信、推力管理、デジタル飛行データ、エンジン・データ・インターフェースおよびデータ変換がある。
【００１６】
上で参照した特許開示で説明するように、飛行機の一次制御表面を一次ＡＣＥによって制御することができ、様々な形式の増強がＦＣＭによって実行される。ＦＣＭが動作中であるとき、一次ＡＣＥが増強情報をＦＣＭから受信する。しかし、ＦＣＭの故障の場合、パイロットが一次制御表面上の制御を、「ダイレクト・モード」を介して維持し、このモードでＡＣＥが一次制御表面をパイロットの入力のみに基づいて制御する。この「ダイレクト・モード」は飛行機を制御するために十分である。ＡＣＥのダイレクト・モードがバックアップを実質的に、ＦＣＭにより増強されたＡＣＥの挙動に提供する。
【００１７】
しかし、規定によって必要とされていなくとも、追加のバックアップのレイヤを提供することが望まれる。したがって、ＦＣＭはまたスポイラー１０６のためのアクチュエータ制御エレクトロニクス（「ＡＣＥ」）も含み、これはスポイラーＡＣＥと呼ばれる。
【００１８】
スポイラーにはいくつかの異なる機能がある可能性がある。たとえば、あるスポイラーは空中にいる間にスピード・ブレーキとして動作して飛行機を減速させる。あるスポイラーはまたグランド・スポイラーとしても動作して、着陸後にランディング・ギア上のブレーキの操作を助ける。スピード・ブレーキおよびグランド・スポイラーとして動作することに加えて、あるスポイラーはまた補助翼への支援を提供して、低い対気速度でロール制御を提供することもできる。このような方法で動作するスポイラーは「ロール制御スポイラー」と呼ばれる。低い対気速度では、補助翼が飛行機を単独でロールさせるための十分な権限を欠いている。一方の翼の上の補助翼がある程度上げられた後、その翼のスポイラーが上げられて、追加のロール能力が飛行機に提供される。スポイラーが、上に記載した３つの機能のいかなる組合せも実行できることに留意されたい。
【００１９】
スポイラーのロール制御能力のため、スポイラーを補助翼へのバックアップとして使用することができ、このバックアップは、パイロットが補助翼上の制御を有していないときに使用される。フライ・バイ・ワイヤ・システムを有する従来技術の飛行機は、主に使用されるケーブルを操作するために使用されるものと同じシステムを使用してスポイラーを操作して、スポイラーを補助翼へのバックアップとして操作した。補助翼の故障の場合、パイロットはなお、スポイラーに機械的にリンクされた、分離した制御を有した。このメカニカル・リンケージは、補助翼を制御するために使用されるシステムから独立していた。本発明は、分離したフライ・バイ・ワイヤ・システムを使用してスポイラーを動かす。
【００２０】
一次飛行制御表面を制御するために使用されるシステムの動作は、より十分にＦＣＭ／ＩＭＡ出願に記載されている。簡単に述べると、一次ＡＣＥが入力をパイロットから直接受信する。この入力がＦＣＭからの命令によって増強され、これにより一般に飛行機の応答が円滑にされる。スポイラーは、類似しているが等しくはない方法で操作される。
【００２１】
スポイラーは、スポイラーのためのアクチュエータ制御エレクトロニクス（「スポイラーＡＣＥ」）に電気的に結合された油圧アクチュエータの使用を通じて操作される。油圧アクチュエータはスポイラーに機械的に結合され、油圧アクチュエータの動きが、それが結合されるスポイラーを動かすようにされる。しかし、一次制御表面は、飛行機のＦＣＭから分離したエリアにあるＡＣＥによって制御されるが、スポイラーＡＣＥは物理的にＦＣＭ内に位置する。しかし、スポイラーＡＣＥは電気的にＦＣＭから独立している。
【００２２】
１つのロール制御スポイラーのためのスポイラーＡＣＥの接続のブロック図を図３に示す。典型的な飛行機が、少なくとも２つのロール制御スポイラーを各翼上に１つずつ有し、各ロール制御スポイラーのためのスポイラーＡＣＥがあることに留意されたい。加えて、ロール制御機能を実行しないグランド・スポイラーまたはスピード・ブレーキ・スポイラーがある可能性がある。これらの各スポイラーもスポイラーＡＣＥによって制御される。
【００２３】
スポイラーＡＣＥ３００は一次ＡＣＥと類似の方法で動作し、パイロット入力３１０がスポイラー操縦桿を通じて、ＦＣＭ３０２からの命令によって増強される。増強ユニット３０８は加算器を含み、これがパイロット入力３１０からの信号をリミッタ３０４およびインターロック３０６からの信号と加算する。この信号が、スポイラーＡＣＥの外部にある油圧アクチュエータ３１４に伝送され、これは物理的にスポイラー３１６に結合されて、油圧アクチュエータ３１４の動きがスポイラー３１６を所定の方向に動かすようにされる。リミッタ３０４およびインターロック３０６は、ＦＣＭからの誤った信号が油圧アクチュエータ３１４に伝送されることを防止するために使用される。
【００２４】
電源３２０が電力をスポイラーＡＣＥ３００に供給する。上で説明したように、ＩＭＡは電力モジュールを含み、これがＩＭＡのバックプレーンを通じて、ＦＣＭを含むＩＭＡ内に存在するすべてのモジュールに電力を分配する。しかし、スポイラーＡＣＥ３００は物理的にＦＣＭ３０２内に位置するが、スポイラーＡＣＥ３００は電気的にＦＣＭ３０２から分離している。したがって、ＦＣＭが電力および入力／出力データをＩＭＡのバックプレーンから受信するが、スポイラーＡＣＥ３００はモジュールの前面の分離した接続を通じて電力を供給される。スポイラーＡＣＥ３００はまた入力をパイロットから受信し、出力を油圧アクチュエータ３１４へ、モジュールの前面の接続を通じて分配する。したがって、ＩＭＡの電源が故障した場合、あるいはＦＣＭ３０２が物理的にＩＭＡのハウジングまたはキャビネットから引き出された場合でも、スポイラーＡＣＥはなお電力を供給され、なおアクチュエータと通信する。ＦＣＭの電力が切られた場合、スポイラーＡＣＥがＦＣＭから増強を受信せず、スポイラーがダイレクト・モードで動作する。したがって、スポイラーＡＣＥは、ＦＣＭの故障またはＩＭＡの故障の場合に動作可能のまま残る。
【００２５】
ＦＣＭ３０２内のスポイラーＡＣＥ３００の位置により、ＦＣＭ３０２とスポイラーＡＣＥ３００の間の通信が容易になる。ＦＣＭは一次ＡＣＥと、規格化されたＡＲＩＮＣ６２９バスを介して通信する。スポイラーＡＣＥ３００が一次ＡＣＥへのバックアップとして動作する場合、スポイラーＡＣＥ３００は一次ＡＣＥの故障の場合に動作しなければならない。一次ＡＣＥの故障にはいくつかの原因がある可能性があるが、１つの原因は、ＦＣＭを一次ＡＣＥとリンクさせるＡＲＩＮＣ６２９バスの故障である可能性がある。スポイラーＡＣＥ３００を物理的にＦＣＭ３０２内に配置することによって、２つのシステムは、ＡＲＩＮＣ６２９バスが故障した場合にも通信することができる。さらに、２つのシステムははるかに高速で通信することができ、これはＡＲＩＮＣ６２９バスが内部通信チャネルより小さい帯域幅を有するからである。
【００２６】
スポイラーによって提供されたロール制御は、スポイラーＡＣＥ３００のアナログ部分で、ＦＣＭ３０２によって提供された増強により制御される。ロール制御をアナログ部分に配置することによって、両方のセットの翼の上のスポイラーが一度に展開されないように飛行機が保護され、これは、両方のアナログ部分が同じ誤りを同時に有する見込みが非常に少ないからである。
【００２７】
リミッタ３０４は、ＦＣＭ３０２の効果を制限するために使用される。ＦＣＭ３０２がスポイラー３１６を、所定の量より多い量だけ動かそうと試みた場合、リミッタ３０４がこの動きを防止することができる。リミッタ３０４は、ＩＭＡ、ＦＣＣ、ＡＣＥおよびパイロットが飛行制御システム全体において有することができる制御の量、およびしたがって、航空機の操作全体を制限するように意図される。リミッタ３０４の設計をハードウェアまたはソフトウェアのいずれかにおいて、かつデジタルまたはアナログ・フォーマットのいずれかにおいて実施できることは、当業者には理解されよう。アナログ・リミッタは好ましい実施形態であり、これはソフトウェア実施のような類似冗長性を必要としないからである。リミッタ３００は、それだけに限定されることなく、速度の制限、ゲインの制限、対気速度の制限、位相マージンの制限、ロールの制限、ヨーの制限、ピッチの制限、スピード・ブレーキの制限、カラム位置データの制限、および航空機の安全な操縦のために必要とされる同様の制限を制限する。
【００２８】
インターロック３０６は様々な情報をハードウェア・センサ３１２から受信して、ある状態が存在しない限り、ある操作を防止する。たとえば、グランド・スポイラーは、飛行機が着陸した後に使用されて、ランディング・ギアにおけるブレーキの操作を助け、これはダウンフォースを翼に提供することによって行われる。グランド・スポイラーの機能はＦＣＭによって制御される。しかし、航空機が空中を飛行中であるとき、グランド・スポイラーが活動化するべきではなく、これはグランド・スポイラーが翼の揚力を低減させるからである。ハードウェア・センサ３１２をランディング・ギアに結合させて、飛行機が地上にあるときを検知することができる。インターロック３０６はアナログ・ロジックを含み、これにより、飛行機が地上にあるときにのみグランド・スポイラーが展開するようになることを保証する。
【００２９】
すべての一次制御表面の故障の場合、ＦＣＭ内に位置するスポイラーＡＣＥが航空機上で基本のロール制御を提供することができる。水平安定板のトリム制御を使用した、ピッチ上の制限された制御と共に、パイロットは飛行機の飛行を保つことができ、同時に一次飛行制御表面による問題を解決することができる。
【００３０】
図３に示す構成から生じる多数の利点がある。ＦＣＭ／ＩＭＡ出願で記載するフライ・バイ・ワイヤ・システムは、規定を満たすために十分な安全性を提供するが、もう１つのバックアップの存在により、フライ・バイ・ワイヤ・システムの機能性が改善され、システムが飛行機メーカにとってより望ましいものとなる。さらに、図３のシステムは、従来技術のシステムと比較して相対的に低いコストを有する。スポイラー・システムはフルタイム・クリティカルではなく、これは完全にコンピュータ化されないからである。したがって、類似冗長性の必要性がなく、２つのソフトウェア開発チームまたは２つのプロセッサの必要性がない。さらに、スポイラーのための機械的なバックアップの欠如により、結果として軽量化が生じ、これにより飛行機がさらに遠くに行くことができ、あるいはさらに多くの乗客を搬送することができる。
【００３１】
本発明の他の変形形態および修正は当業者には明らかとなり、このような変形形態および修正が包含されることが付属の特許請求の範囲の意図である。上で論じた特定の値および構成は変わる可能性があり、本発明の特定の実施形態を例示するために引用され、本発明の範囲を制限するように意図されるものではない。本発明の使用は、飛行機のスポイラーを制御するための方法および装置を提示するという原理に従う限り、異なる特性を有するコンポーネントを含むことができることが企図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
例示的飛行機を斜視図で示す図である。
【図２】
図２Ａは、その周囲で飛行機を制御することができる軸を示す図である。
図２Ｂは、その周囲で飛行機を制御することができる軸を示す図である。
図２Ｃは、その周囲で飛行機を制御することができる軸を示す図である。
【図３】
本発明の統合モジュラー・アビオニクス・ユニットの一実施形態をブロック図の形式で示す図である。
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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2004504209.tif 000018
2004504209.tif 000019
2004504209.tif 000020
2004504209.tif 000021
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004504209.tif 000022
【国際調査報告】
2004504209.tif 000023
2004504209.tif 000024
2004504209.tif 000025
2004504209.tif 000026
2004504209.tif 000027