(57)【要約】      （修正有）【課題】通常の飛行条件の下で航空機をより低いロールレート制限に制限し得る、ロール姿勢依存ロールレート制限のためのシステム及び方法が提供される。【解決手段】より高いロールレートが望ましい場合の状況を検出することができ、航空機が、より高いロールレート制限又はより低いロールレート制限とより高いロールレート制限との間のロールレートのいずれかへと、より低いロールレート制限を超過することを可能にする。飛行制御が、航空機の動的特性によって航空機が第１の動的範囲内にあるように示されていると決定した場合５０８、最大ロールレートは第１のロールレート制限に制限されてもよい５１０。第２の動的範囲５１２は、着陸中又は緊急操作中など、より高い最大ロールレートが有益であり得る状況に対応し得る。したがって、第２のロールレート制限に対応し得る、より高い最大ロールレートは、このような状況の間に許容され得る。【選択図】図５
2017077882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
バンク角データを出力するように構成される少なくとも１つのバンク角センサ、
ロールレートデータを出力するように構成される少なくとも１つのロールレートセンサ、及び
前記少なくとも１つのバンク角センサ及び前記少なくとも１つのロールレートセンサに通信可能に接続されるコントローラであって、
少なくとも前記バンク角データを用いてビークル動的特性を決定し、
少なくとも前記ロールレートデータから前記ビークルの最新のロールレートを決定し、
前記ビークル動的特性が第１の動的範囲内にあるかどうかを決定し、前記第１の動的範囲内にある場合は、許容可能なロールレートを第１のロールレート制限に制限し、
前記ビークル動的特性が第２の動的範囲内にあるかどうかを決定し、前記第２の動的範囲内にある場合は、許容可能なロールレートを第２のロールレート制限に制限し、且つ
前記ビークル動的特性が前記第１の動的範囲と前記第２の動的範囲の間の遷移動的範囲内にあるかどうかを決定し、計算されたロールレート制限を決定し、前記遷移動的範囲内にある場合は、許容可能なロールレートを前記計算されたロールレート制限に制限するように構成されるコントローラ
を備えるシステム。
【請求項２】
前記計算されたロールレート制限が、前記第１のロールレート制限と前記第２のロールレート制限の間の値を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
速度データを出力するように構成される少なくとも１つの速度センサをさらに備えており、前記コントローラが、前記少なくとも１つの速度センサに通信可能に接続され、且つ少なくとも前記速度データを用いて前記ビークル動的特性を決定するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラが、ビークル速度がビークル速度閾値未満であると前記速度センサのデータが示す際に、前記ビークル動的特性が前記第２の動的範囲内にあると決定するように構成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
ピッチ姿勢データを出力するように構成される少なくとも１つのピッチ姿勢センサをさらに備えており、前記コントローラが、前記少なくとも１つのピッチ姿勢センサに通信可能に接続され、且つ少なくとも前記ピッチ姿勢データを用いて前記ビークル動的特性を決定するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
高度データを出力するように構成される少なくとも１つの高度センサをさらに備えており、前記コントローラが、前記少なくとも１つの高度センサに通信可能に接続され、且つビークル高度が高度閾値未満であると前記高度データが示す際に、前記ビークル動的特性が前記第２の動的範囲内にあると決定するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
可動操縦翼面を有する少なくとも１つの翼をさらに備えており、前記コントローラが、可動操縦翼面構成を検出し、且つ少なくとも前記可動操縦翼面構成を用いて前記ビークル動的特性を決定するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
可動操縦翼面を有する少なくとも１つの翼をさらに備えており、前記コントローラが、前記可動操縦翼面の移動の度合いを制限することによって、前記許容可能なロールレートを制限するように構成され、前記可動操縦翼面が、補助翼、フラッペロン、スポイラー、フラップ、スラット、昇降舵、又は方向舵である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラが、前記ビークルの前記最新のロールレートに応答して、前記可動操縦翼面の移動の度合いを制限するようにさらに構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
速度データを出力するように構成される少なくとも１つの速度センサ、高度データを出力するように構成される少なくとも１つの高度センサ、及び可動操縦翼面を有する少なくとも１つの翼をさらに備えており、前記コントローラが、少なくとも、前記速度データ、前記高度データ、及び検出された可動操縦翼面構成を用いて前記ビークル動的特性を決定するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して航空機に関し、より具体的には、ロールレート制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機は、特定の荷重倍数に関連する最大ロールレートに対して設計され得る。一般的には、最大ロールレートが高いと、航空機が大きなバンク角から安全に回復することが可能になる。しかしながら、航空機の構造が高い最大ロールレートに順応するように設計しなければならないため、航空機の性能を低下させ得るような重量構造物となる場合がある。  
【発明の概要】
【０００３】
航空機の内部にロールレート制御を設けるシステム及び方法が開示される。特定の実施例では、システムが提供され得る。このシステムは、バンク角データを出力するように構成される少なくとも１つのバンク角センサ、ロールレートデータを出力するように構成される少なくとも１つのロールレートセンサ、並びに少なくとも１つのバンク角センサ及び少なくとも１つのロールレートセンサに通信可能に接続されるコントローラを含み得る。コントローラは、少なくともバンク角データを用いてビークル動的特性を決定し、ロールレートデータからビークルの最新のロールレートを決定し、ビークル動的特性が第１の動的範囲内にあるかどうかを決定し、第１の動的範囲内にある場合は、許容可能なロールレートを第１のロールレート制限に制限し、ビークル動的特性が第２の動的範囲内にあるかどうかを決定し、第２の動的範囲内にある場合は、許容可能なロールレートを第２のロールレート制限に制限し、且つビークル動的特性が第１の動的範囲と第２の動的範囲の間の遷移動的範囲内にあるかどうかを決定し、計算されたロールレート制限を決定し、遷移動的範囲内にある場合は、許容可能なロールレートを計算されたロールレート制限に制限するように構成される。特定の追加の実施例では、航空機が提供され得る。航空機は、システム、胴体、並びに可動操縦翼面及び／又はエンジンを備える翼を含み得る。
【０００４】
別の実施例では、方法が提供され得る。この方法は、ビークル動的特性を決定すること、ビークル動的特性が第１のロールレート制限に関連付けられる第１の動的範囲外にあると決定すること、及び許容可能なロールレートを第１のロールレート制限とは異なるレートに制限することを含み得る。特定の追加の実施例では、この方法を実行するように構成される航空機が提供され得る。別の実施例では、この方法を実行するように構成されるコードを有するコンピュータ可読媒体がさらに提供され得る。
【０００５】
本発明の範囲は、参照によりこの部分に組み込まれる請求項によって定義される。当業者は、１つ又は複数の実装形態の下記の詳細な説明を検討することによって、本開示のより完全な理解、及びそのさらなる利点の認識が得られる。これより、まず簡潔に説明される添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本開示に係る例示的な航空機を示す。
【図２】本開示に係る例示的なロールしている航空機を示す。
【図３】本開示に係る例示的な航空機制御システムを示す。
【図４】本開示に係る、さらなる例示的な航空機制御システムを示す。
【図５】本開示に係る、例示的な最大ロールレート選択プロセスを詳細に描くフロー図を示す。
【０００７】
本開示の実施例、及びそれらの利点は、下記の詳細な説明を参照することにより最もよく理解される。１つ又は複数の図面で示されている類似の要素を識別するために類似の参照番号が使用されていることを理解するべきである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
航空機構造体は、特定の荷重倍数（すなわち、翼に対する揚力に起因する、Ｇで表される航空機の加速度）に関連付けられる最大ロールレートに従って設計され得る。一般的には、最大ロールレートが高いことにより、航空機のより高い性能と、大きなバンク角から安全に回復する能力とが可能になる場合がある。しかしながら、通常の条件下で高い最大ロールレートの反復を安全に可能にするためには、航空機の構造体が高い最大ロールレートに順応するように設計されなければならず、このような順応は、より重量のある構造体を必要とする場合がある。したがって、典型的には、より重量のある構造体は、航空機の性能（航空機の最大限許容可能なペイロードなど）を低下させるか、且つ／又は航空機のコストを増大させ得る。
【０００９】
本明細書に記載される技法及びシステムは、通常の飛行条件下で航空機をより低いロールレート制限に制限し得る。しかしながら、より高いロールレート制限が望ましい条件が検出された場合、航空機は、より低いロールレート制限を超過することが許容され得る。したがって、航空機の構造体は、より低いロールレート制限に対して適切に設計されてもよいが、緊急事態の間、航空機は、航空機の安全操作を可能にするためにより低いロールレート制限を安全に超過して制御を維持することができる。このような状況はめったにないため、航空機は、航空機の構造体寿命に対する著しい影響がない状態で、より低いロールレート制限を時折安全に超過するように設計され得る。特定の実装形態では、航空機は、より低いロールレート制限が超過された事例を判断し、このような事態を記録し、且つ航空機がより低いロールレート制限を超過した際に航空機に対して整備上の注意をより喚起するため、このような事態をオペレータ又は整備員に知らせることができる。  
【００１０】
図１は、本開示に係る例示的な航空機を示す。図１では、航空機１００は、エンジン１０２、胴体１０４、後方翼空力装置（ａｆｔ  ｗｉｎｇ  ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ｄｅｖｉｃｅ）１０６、方向舵１０８、昇降舵１１０、及び前方翼空力装置（ｆｏｒｗａｒｄ  ｗｉｎｇ  ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ｄｅｖｉｃｅ）１１２を含み得る。
【００１１】
エンジン１０２は、航空機１００のために推力を供給し得る。航空機１０２は、任意の種類の航空機エンジンであってよい。特定の実施例では、エンジン１０２は、航空機１００の制御に役立ち得る推力偏向をさらに提供し得る。
【００１２】
胴体１０４は、航空機１００の中心構造を形成し得る。航空機のバンキング及びその他の動的運動からの力は、少なくとも胴体１０４によって支持され得る。航空機１００の動的運動は、前方翼空力装置１１２、後方翼空力装置１０６、昇降舵１１０、及び方向舵１０８の組み合わせによって制御され得る。
【００１３】
前方翼空力装置１１２、後方翼空力装置１０６、方向舵１０８、及び／又は昇降舵１１０は、可動操縦翼面であってもよく、スラット、フラップ、補助翼、フラッペロン、スポイラー、及び／又は方向舵のうちの１つ又は複数の組み合わせを含み得る。前方翼空力装置１１２、後方翼空力装置１０６、昇降舵１１０、及び／又は方向舵１０８のうちの１つ又は複数は、航空機１００のバンク姿勢の制御に役立ち得る。
【００１４】
図２は、本開示に係る例示的なロールしている航空機を示す。図２は、ロールしている図１の航空機を示す。航空機１００は、バンク角Ａに対応するバンク角でロールしている。バンク角Ａは、航空機が水平面から偏向している度合である。
【００１５】
図２では、航空機は、ロールレート２９２を通して、バンク角を減少させ、その結果、水平に戻ろうとしている。ロールレート２９２は、航空機１００に対して作用するモーメントによって引き起こされ得る。ロールレート２９２は、ことによると航空機１００上に備え付けられた１つ又は複数のスラット、フラップ、補助翼、フラッペロン、スポイラー、及び／又は方向舵によってもたらされ得る。ロールレート２９２は、航空機１００のロールに役立ち得る。より大きなロールレートは、より速い速度で航空機１００を水平に安全に戻すことに役立ち得る。
【００１６】
特定の状況で航空機１００を制御するためにより大きなロールレートがさらに必要である場合がある。例示的な実施例として、航空機１００は、最初は、水平線から離れた初期ロールモーメント（ｉｎｉｔｉａｌ  ｒｏｌｌ  ｍｏｍｅｎｔ）の影響を受ける場合がある。この初期ロールモーメントによって、航空機１００は、水平線から離れてバンク角Ａへと回転し得る。しかしながら、図２の場合、航空機１００は、初期ロールモーメントに起因して、水平線から離れるようにさらに回転し得る。ロールレート２９２は、第２のモーメントから生成される場合があり、初期ロールレートに起因する水平線から離れる航空機１００の回転を和らげるために比較的重要であり得る。しかしながら、特定の状況では、初期ロールモーメントが十分に大きければ、航空機１００は、水平線から迅速に離れるようにさらに回転し得る。このような状況では、航空機１００が水平線からかなり離れてローリングし、制御不能になることを防ぐため、第２のモーメントが大きくなければならない場合がある。しかしながら、このような大きなロールモーメントは、胴体１０４や翼及びその他の操縦翼面などの航空機１００の機体に対して大きな応力をかける場合がある。そのため、典型的に、航空機は、より大きなロールモーメント又はロールレートからの応力に対処するためにより大きくてより重量のある機体を必要とする場合があるか、或いは、航空機の最大ロールモーメント又はロールレートをより低い量に制限しなければならない場合があり、これにより、航空機が制御不能状態から回復する性能マージン（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｍａｒｇｉｎ）が低下し得る。
【００１７】
図３は、本開示に係る例示的な航空機制御システムを示す。図３は、飛行機状態センサ３２０、パイロットコントロール３３０、オートパイロット３４０、飛行制御コンピュータ３５０、飛行制御アクチュエータ、及びロール操縦翼面（ｒｏｌｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｕｒｆａｃｅ）３６０を含む。
【００１８】
飛行制御コンピュータ３５０は、飛行機状態センサ３２０、パイロットコントロール３３０、及びオートパイロット３４０から入力を受信し得る。飛行機状態センサ３２０は、航空機の動的状態を検出し得る。オートパイロット３４０は、予め入力された経路指示に従って、航空機のコンピュータ制御されたガイダンスを可能にし得る。パイロットコントロール３３０は、飛行制御アクチュエータ及びロール操縦翼面３６０をどのように操縦すればよいかについて、パイロット又は副パイロットから入力を受信し得る。特定の実施例では、パイロットコントロール３３０は、フライバイワイヤ制御であってもよく、パイロットコントロール３３０は、飛行制御アクチュエータ及びロール操縦翼面３６０への電気接続のみを含み得る。
【００１９】
このような実施例では、飛行機状態センサ３２０、パイロットコントロール３３０、及び／又はオートパイロット３４０からの受信は、飛行制御コンピュータ３５０によって受信且つ解釈され得る。飛行制御コンピュータ３５０は、次いで、受信された入力に応じて飛行制御アクチュエータ及びロール操縦翼面３６０のための適切な指示を計算し、飛行制御アクチュエータ及びロール操縦翼面３６０に指示を与え得る。
【００２０】
図３の航空機制御システムは、図４でさらに例示され得る。図４は、本開示に係る、さらなる例示的な航空機制御システムを示す。図４は、飛行機状態センサ４２０、パイロットコントロール４３０、オートパイロット４４０、飛行制御コンピュータ４５０、飛行制御アクチュエータ、及びロール操縦翼面４６０を含む。
【００２１】
飛行機状態センサ４２０は、１つ又は複数のロールレートセンサ、バンク角センサ、フラップ位置センサ、対気速度センサ、高度センサ、及び／又はピッチ姿勢センサを含み得る。ロールレートセンサは、航空機のロールレートを検出し得る。バンク角センサは、航空機のバンク角を検出し得る。フラップ位置センサは、航空機上の１つ又は複数のフラップが、上方位置、下方位置、又は別の可能な位置にあるかどうかを検出し得る。対気速度センサは、航空機の対気速度又は速度を検出し得る。高度センサは、航空機の相対高度又は絶対高度を検出し得る。絶対高度は、海水面に比べた場合の航空機の高度であり得る。相対高度は、航空機の下方又は周囲の地形特徴に相対する航空機の高度であり得る。したがって、例えば、航空機の相対高度は、航空機が丘や山の上方にある場合、絶対高度よりも低い場合がある。相対高度は、地形データなどの他のデータで決定されてもよい。ピッチ姿勢センサは、航空機のピッチ姿勢を決定し得る。したがって、ピッチ姿勢センサは、例えば、航空機が、機首上げ、機首下げ、又はニュートラルなピッチ姿勢にあるかどうかを決定し得る。
【００２２】
パイロットコントロール４３０は、１つ又は複数の制御ホイール、ペダル、ジョイスティック、レバー及び他のハンドコントロール、スィッチ、ボタン、並びに／或いは又は他のコントロールを含み得る。特定の実施例では、パイロットコントロールは、飛行制御コンピュータ４５０に電気的に接続されてもよい。パイロットコントロール４３０によって受信されたパイロット入力は、飛行制御コンピュータ４５０に伝達され得る。飛行制御コンピュータ４５０は、次いで、パイロット入力、並びに飛行機センサ４２０などの航空機の他の部分からの他の入力を用いて、飛行制御アクチュエータ及びロール操縦翼面４６０に供給する適切な制御応答を決定し得る。
【００２３】
図３のオートパイロット３４０と似たように、オートパイロット４４０は、予め入力された経路指示に従って、航空機のコンピュータ制御されたガイダンスを可能にし得る。オートパイロット４４０は、飛行制御コンピュータ４５０とインターフェースし得る。飛行制御コンピュータ４５０は、オートパイロット４４０の指示又は設定に従って指示を発行し得る。
【００２４】
飛行制御コンピュータ４５０は、例えば、シングルコアプロセッサ又はマルチコアプロセッサ、マイクロコントローラ、ロジックデバイス、信号処理デバイス、実行可能命令を記憶するためのメモリ（例えば、ソフトウェア、ファームウェア、又は他の指示）、及び／又は本明細書に記載された様々な任意の操作を実行する任意の要素を含んでもよい。様々な実施例では、飛行制御コンピュータ４５０及び／又はその関連するオペレーションは、単一の装置として、又は、飛行制御コンピュータ４５０を集合的に構成する複数の装置（例えば、有線又は無線接続により通信できるよう連結されている装置）として、実装されてもよい。
【００２５】
飛行制御コンピュータ４５０は、データ及び情報を記憶するための１つ又は複数のメモリ構成要素又は装置を含み得る。メモリは、揮発性及び不揮発性のメモリを含み得る。このようなメモリの例としては、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（読取専用メモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能読取専用メモリ）、フラッシュメモリ、又は別の種類のメモリが挙げられる。特定の実施例では、飛行制御コンピュータ４５０は、本明細書に記載された様々な方法及びプロセスを実行するため、メモリ内に記憶された指示を実行するように適合され得る。
【００２６】
特定の実施例では、飛行制御コンピュータ４５０は、ユーザとインターフェースし且つユーザ入力を受信するように適合された入力装置（例えば、ボタン、ノブ、スライダ、タッチスクリーン、タッチパッド、又は他の入力装置）をさらに含んでもよい。特定の実施例では、飛行制御コンピュータ４５０は、ディスプレイ又は他の入力装置の部分として統合され得るグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を含んでもよい。このような特定の実施例では、入力装置及びＧＵＩは、単一の装置の中に含まれ得る。
【００２７】
飛行制御コンピュータ４５０は、飛行機センサ４２０、パイロットコントロール４３０、オートパイロット４４０、並びに飛行制御アクチュエータ及びロール操縦翼面４６０に接続され得る。飛行制御アクチュエータ及びロール操縦翼面４６０は、アクチュエータ、モータ、及び航空機の飛行特性を制御する翼面を含み得る。例えば、補助翼、フラッペロン、スポイラー、方向舵、及び航空機の他の操縦翼面のうちの１つ又は複数は、アクチュエータ及びモータによって制御され得る。
【００２８】
特定の実施例では、飛行機センサ４２０、パイロットコントロール４３０、及びオートパイロット４４０は、飛行制御コンピュータ４５０に対して電子データ又は指示を出力し得る。このような実施例では、パイロットコントロールは、制御ホイールの回転又はペダルの押下などのパイロットからの機械的入力を受信し得るが、次いでこの機械的入力を、制御ホイールの運動の度合い、入力の運動速度、又はペダルの変位の距離に関するデータを含む電気信号に変換し得る。
【００２９】
特定の実施例では、飛行制御コンピュータ４５０は、ビークル動的特性計算４５２を実行し得る。ビークル動的特性計算４５２は、飛行機センサ４２０からの入力を用いて実行され得る。例示的な実施例として、ビークル動的特性計算４５２は、各センサからのデータを通して、航空機のバンク角、ロールレート、及びピッチ姿勢などの航空機の動的特性を決定することを含み得る。飛行制御コンピュータ４５０は、航空機上に備え付けられた飛行機センサ４２０又は他のセンサを通して、或いは、他のソースから受けた情報を通して、その他の動的特性をさらに決定し得る。
【００３０】
さらに、飛行制御コンピュータ４５０は、少なくともパイロットコントロール４３０からの入力から、航空機力学における所望の変化を決定し得る。飛行制御コンピュータ４５０は、例えば、パイロットコマンドを解釈して、パイロットコマンドを航空機からの動的応答に変換し得る。したがって、飛行制御コンピュータ４５０は、パイロットコントロール４３０から受信された入力に基づいて、飛行制御アクチュエータ及びロール操縦翼面４６０に対して指示を出力し得る。このようなシステムは、フライバイワイヤシステムであり得る。  
【００３１】
飛行制御コンピュータ４５０は、ロールレート調節及び翼面コマンド計算４５４をさらに実行し得る。ロールレート調節計算は、例えば、航空機に対する最大ロールレート制限を計算することを含み得る。翼面コマンド計算は、少なくとも、計算された最大ロールレートと、可能であれば、飛行機センサ４２０からのデータと比較されたパイロットコントロール４３０からの入力を用いて決定され得る。翼面コマンド計算は、次いで、制御アクチュエータ及び航空機の翼面に出力され得る適切な制御応答を決定し得る。翼面コマンド計算は、例えば、航空機力学で望まれる変化を達成するために飛行制御アクチュエータ及びロール操縦翼面４５０に与える指示を決定することを含み得る。飛行制御アクチュエータ及びロール操縦翼面４５０に与える適切な指示を決定することの例は、例えば、航空機上の１つ又は複数のロール操縦翼面を何度回転させるべきかを決定すること、或いは、航空機の方向舵の適切な運動を決定することを含んでもよい。特定の実施例では、飛行制御アクチュエータ及びロール操縦翼面４５０に与えられた指示は、飛行機センサ４２０からの入力に基づいて更新されてもよい。したがって、飛行機センサ４２０は、操縦翼面の運動が、飛行制御コンピュータ４５０によって計算された値よりも航空機飛行力学においてより大きく変化したと検出した場合、飛行制御コンピュータ４５０は、次いで、制御アクチュエータ及び翼面に対して適切なフォローアップコマンドを発行し得る。
【００３２】
図５では、ロールレート調節計算の例が示されている。図５は、本開示に係る、例示的な最大ロールレート選択プロセスを詳細に描くフロー図を示す。図５のプロセスは、飛行機センサ、パイロットコントロール、及びオートパイロットからの入力を使用して、飛行制御コンピュータによって実行され得る。プロセスの結果は、次いで、飛行制御アクチュエータ及びロール操縦翼面に出力又は通信され得る。
【００３３】
ブロック５０２では、航空機の動的特性が決定され得る。動的特性は、例えば、航空機のバンク角、ロールレート、及びピッチ姿勢を含み得る。動的特性は、飛行機センサからの入力を用いて決定され得る。
【００３４】
ブロック５０４では、構成及び飛行条件データが、様々な他の飛行機センサなどの様々なセンサから受信され得る。例えば、フラップ位置センサは、航空機のフラップが、上方位置、下方位置、又は中間位置にあるかどうかに関する情報を提供し得る。高度センサは、航空機の相対高度又は絶対高度に関する情報を提供し得る。対気速度センサは、航空機の対気速度に関する情報を提供し得る。
【００３５】
ブロック５０４で得られた構成及び飛行条件データを使用して、ブロック５０６で、第１及び第２のロールレート制限、並びに関連付けられた動的範囲が決定され得る。第１のロールレート制限は、例えば、１７度／秒のロールレートであってもよいが、第２のロールレート制限は、例えば、２２度／秒のロールレートであってもよい。他の実施例は、他のロールレート制限を含み得る。したがって、例示的な例として、このような実施例は、毎秒５度から毎秒３０度の間の第１のロールレート制限と、毎秒１０度から毎秒３５度の間の第２のロールレート制限とを含み得る。したがって、特定の実施例では、第１のロールレート制限は、通常の飛行条件に適切である、より低い制限であり得るが、第２のロールレート制限は、緊急事態又は要求の高い飛行条件に適切である、より高い制限であり得る。
【００３６】
第１及び第２のロールレート制限は、第１及び第２の動的範囲に対応し得る。飛行制御コンピュータは、航空機が、第１の動的範囲内、第２の動的範囲内、又は第１の動的範囲と第２の動的範囲の間（特定の実施例では「遷移動的範囲」と呼ばれる場合がある）にあるかどうかを決定し得る。様々な実装形態では、第１の動的範囲は、航空機の通常の飛行中の動作条件（通常の航行条件の間など）に対応し得る。このような動作条件は、より高い最大ロールレートを必要としない場合がある。飛行制御が、航空機の動的特性によって航空機が第１の動的範囲内にあるように示されていると決定した場合、最大ロールレートは第１のロールレート制限に制限されてもよい。第２の動的範囲は、着陸中又は緊急操作中など、より高い最大ロールレートが有益であり得る状況に対応し得る。したがって、第２のロールレート制限に対応し得る、より高い最大ロールレートは、このような状況の間に許容され得る。
【００３７】
さらに、特定の実施例では、第１の動的範囲と第２の動的範囲の間に動的範囲があってもよい。このような動的範囲は、本明細書では遷移動的範囲と呼ばれる場合があり、航空機のより高い操縦性、並びに、第１のロールレート制限と第２のロールレート制限の間の最大ロールレートが望ましい状況に対応し得る。このような状況では、最大ロールレートは、本明細書で計算されたロールレート制限と呼ばれる、第１のロールレート制限と第２のロールレート制限の間のロールレートであってもよい。このような幾つかの状況では、飛行制御コンピュータは、計算されたロールレート制限を算出し得る。他の実施例では、動的範囲は、３つ、４つ、又は５つ以上など、２つより多くてもよい。  
【００３８】
動的範囲は、インジケータであり得る。特定の実施例では、インジケータは、様々なセンサからのデータを用いて決定され得る。したがって、様々な実施例では、動的範囲は、ロールレート、バンク角、フラップ位置、対気速度、高度、ピッチ姿勢のうちの１つ又は複数の組み合わせ、並びにその他の航空機の動的条件、飛行条件、又は設定条件から決定されてもよい。
【００３９】
動的範囲は、様々な異なる方法で決定され得る。例えば、特定の実装形態では、第１の動的範囲は、例えば、５５度より低いバンク角であってもよいが、第２の動的範囲は、例えば、７５度より大きいバンク角であってもよく、遷移動的範囲は、５５から７５度の間のバンク角に対応し得る。少なくともバンク角で第１及び第２の動的範囲を決定する他の実装形態では、第１の動的範囲に対応するバンク角は、様々な角度であってもよい。例えば、第１の動的範囲の上限は、４０度、４５度、５０度、６０度、６５度以上、又は４０度から６５度の間の任意の角度のバンク角であってもよい。第１の動的範囲の下限は、例えば、０度のバンク角であってもよい。第２の動的範囲の下限は、例えば、５５度未満、６０度、６５度、７０度、８０度、８５度以上、又は５５度から８５度の間の任意の角度であってもよい。遷移動的範囲の範囲は、第１の動的範囲の上限及び第２の動的範囲の下限を画定する閾値間のバンク角に対応し得る。
【００４０】
対気速度及び高度も動的範囲の要素となり得る。着陸は、航空機に対するさらなる制御が有益である状況である。それは、パイロットにとって航空機挙動を修正するウインドウが限られており、航空機の最大限の操縦性が望ましい場合があるためである。したがって、飛行制御コンピュータが、航空機が着陸中であると検出する場合、又は典型的に着陸と関連するセンサの読み出しを有する場合、飛行制御コンピュータは、航空機が第２の動的範囲内で動作していると決定し得る。
【００４１】
したがって、飛行制御コンピュータは、速度センサを用いて航空機の対気速度を決定し得る。航空機の対気速度が速度閾値より低い場合、飛行制御コンピュータは、航空機が、着陸中又は下降中であり、且つ第２の動的範囲内で動作していると決定し得る。航空機の対気速度が速度閾値を越えている場合、飛行制御コンピュータは、対気速度及び他の要因に従って、航空機が、第１の動的範囲内、第２の動的範囲内、又は第１の動的範囲と第２の動的範囲の間で動作しているかを決定する。
【００４２】
飛行制御コンピュータは、航空機の高度をさらに検出することができ、航空機の高度によって航空機が着陸中であると示される場合（例えば、航空機の高度が、５０００フィートの相対高度などの閾値より低い状況、及び／又は、航空機の高度が特定の率で減少している状況）、飛行制御コンピュータは、航空機が第２の動的範囲内にあると決定し得る。航空機の高度によって航空機が着陸中であると示されない場合、飛行制御コンピュータは、高度及び他の要因に従って、航空機が、第１の動的範囲、第２の動的範囲、又は第１の動的範囲と第２の動的範囲の間で動作しているか決定し得る。
【００４３】
動的範囲は、角度や速度などの数値因子だけによらずに決定され得る。フラップ位置は、航空機がどの動的範囲内で動作しているかを決定することにさらに役立ち得る。したがって、航空機の１つ又は複数のフラップが下方位置にある場合、航空機が着陸中であることを示し得る。したがって、航空機の１つ又は複数のフラップが、下方位置にあると決定された場合、飛行制御コンピュータは、航空機が第２の動的範囲内で動作していると決定し得る。さもなければ、飛行制御コンピュータは、他の要因を用いて、航空機が、第１の動的範囲、第２の動的範囲、又は第１の動的範囲と第２の動的範囲との間で動作しているかどうかを決定し得る。他の特定の実装形態は、複数のフラップ位置を含み得る。このような実装形態の飛行制御コンピュータは、航空機の１つ又は複数のフラップが特定のフラップ位置にある場合、航空機が第２の動的範囲内で動作していると決定し得る。このようなフラップ位置は、航空機の着陸を示す位置であり得る。
【００４４】
さらに、動的範囲は、他のセンサからのデータを用いて決定され得る。例えば、ピッチ姿勢センサデータ及びロールレートデータは、航空機が、第１の動的範囲及び第２の動的範囲内、又は第１の動的範囲と第２の動的範囲の間で動作しているかを決定するためにさらに使用され得る。このような実装形態では、飛行制御コンピュータが、航空機が通常よりもピッチアップ又はピッチダウンしていると示すピッチ姿勢データを受信した場合、飛行制御コンピュータは、航空機が第１の動的範囲外（すなわち、第１の動的範囲と第２の動的範囲の間、或いは、第２の動的範囲内のいずれか）で動作していると決定し得る。さらに、飛行制御コンピュータが、航空機が高速でローリングしていると示すデータを受信した場合、飛行制御コンピュータは、航空機が第１の動的範囲外で動作していると決定し得る。
【００４５】
特定の実施例では、飛行制御コンピュータは、飛行機センサによって検出された条件に応じて、第１及び／又は第２の動的範囲、並びに／或いは、第１及び／又は第２のロールレート制限を変動させることができる。したがって、飛行制御コンピュータは、例えば、航空機が加速又は減速していると検出した場合、第１の動的範囲の閾値を増大又は減少させ得る。このような動的範囲の増減は、例えば、航空機構造体が受けている力に基づいてもよい。
【００４６】
ブロック５０８では、飛行制御コンピュータは、航空機の様々なシステムから入力を受信し、データが、航空機の動的特性は航空機が第１の動的範囲内で動作していると示しているかを決定し得る。航空機が第１の動的範囲内で動作しているかどうかは、本明細書に記載された航空機センサによって検出された様々な特性から決定され得る。したがって、例えば、飛行制御コンピュータが、５５度より低いバンク角を検出した場合、航空機が第１の動的範囲内で動作していると決定し得る。飛行制御コンピュータが、航空機が第１の動的範囲内で動作していると決定した場合、ブロック５１０では、飛行制御コンピュータは、次いでロールレート制限を第１のロールレート制限に設定し得る。
【００４７】
飛行制御コンピュータが、航空機が第１の動的範囲外で動作していると決定した場合、飛行制御コンピュータは、次いでブロック５１２に進んでもよい。ブロック５１２では、飛行制御コンピュータは、航空機が第２の動的範囲内で動作しているか決定し得る。例として、飛行制御コンピュータが７５度以上のバンク角を検出した場合、航空機が第２の動的範囲内で動作していると決定し得る。飛行制御コンピュータが、航空機が第２の動的範囲内で動作していると決定した場合、ブロック５１４では、飛行制御コンピュータは、次いで、ロールレート制限を第２のロールレート制限に設定し得る。
【００４８】
飛行制御コンピュータが、航空機が第１の動的範囲と第２の動的範囲の間（例えば、遷移動的範囲内）で動作していると決定した場合、飛行制御コンピュータは、次いで、ブロック５１６に進んでもよい。ブロック５１６では、飛行制御コンピュータは、計算されたロールレート制限を決定し、ロールレート制限を計算されたロールレート制限に設定し得る。計算されたロールレート制限は、例えば、第１のロールレート制限の値と第２のロールレート制限の値の間の制限であってもよい。特定の実施例では、計算されたロールレート制限は、第１のロールレート制限と第２のロールレート制限の間で線形に増減し得る。このような例では、動的範囲は、インジケータを通して決定されてもよく、計算されたロールレート制限は、例えば、インジケータ値に従って増減し得る。したがって、以前の例を用いて、航空機のバンク角が６５度であると決定された場合、計算されたロールレート制限は、第１のロールレート制限と第２のロールレート制限の直接間にある閾値であり得る。
【００４９】
一旦、ロールレート制限がブロック５１０、５１４、又は５１６で決定されると、ロールレート制限は、航空機のロールレートを制限する制御法則として飛行制御コンピュータによって使用されてもよい。したがって、飛行制御コンピュータは、典型的には、最大ロールを第１のロールレート制限に設定するのみであり得るが、より高いロールレート制限が望ましい状況を検出した場合、飛行制御コンピュータは、最大ロールレートを、第２のロールレート制限、或いは、計算されたロールレート制限などの第１のロールレート制限と第２のロールレート制限の間の値に設定し得る。
【００５０】
航空機は、航空機の飛行制御アクチュエータ及び／又はロール操縦翼面の運動を制限することによって、ロールレートを制限し得る。したがって、一実施例では、航空機は、航空機の１つ又は複数の補助翼、フラッペロン、スポイラー、及び／又は方向舵の運動を、それぞれの構成要素の最大許容運動よりも低い量に制限し得る。別の実施例では、航空機は、航空機が、ロールレートやバンク角の閾値或いは他の動的閾値を超過するまで、様々な構成要素の最大限の運動を可能にし得る。航空機が閾値を通過した後、航空機は、次いで、航空機が最大ロールレートを超過することを防ぐため、飛行制御アクチュエータ及び／又はロール操縦翼面の運動を制限し得る。このような特定の実施例では、航空機は、ロールレートを制限する前に飛行制御アクチュエータ及び／又はロール操縦翼面の運動を制限し始める場合があり、それにより、航空機がロールレート制限を超過せずに円滑にロールレート制限に達することが可能となり、航空機構造体に対してかかる応力が減る。他の実施例では、航空機の様々な飛行制御アクチュエータ及び／又はロール操縦翼面の運動の制限、並びにこのような装置の運動をさらに制限する閾値を組み合わせて使用し得る。
【００５１】
本開示の態様によると、バンク角データを出力するように構成される少なくとも１つのバンク角センサ、ロールレートデータを出力するように構成される少なくとも１つのロールレートセンサ、及び少なくとも１つのバンク角センサ及び少なくとも１つのロールレートセンサに通信可能に接続されるコントローラであって、少なくともバンク角データを用いてビークル動的特性を決定し、少なくともロールレートデータからビークルの最新のロールレートを決定し、ビークル動的特性が第１の動的範囲内にあるかどうかを決定し、第１の動的範囲内にある場合、許容可能なロールレートを第１のロールレート制限に制限し、ビークル動的特性が第２の動的範囲内にあるかどうかを決定し、第２の動的範囲内にある場合、許容可能なロールレートを第２のロールレート制限に制限し、且つビークル動的特性が第１の動的範囲と第２の動的範囲の間の遷移動的範囲内にあるかどうかを決定し、計算されたロールレート制限を決定し、遷移動的範囲内にある場合、許容可能なロールレートを計算されたロールレート制限に制限するように構成されるコントローラを備えるシステムが提供される。
【００５２】
計算されたロールレート制限が、第１のロールレート制限と第２のロールレート制限の間の値を有するシステムがさらに開示される。
【００５３】
このシステムは、速度データを出力するように構成される少なくとも１つの速度センサをさらに備えており、コントローラは、少なくとも１つの速度センサに通信可能に接続され、且つ少なくとも速度データを用いてビークル動的特性を決定するようにさらに構成される。
【００５４】
コントローラが、ビークル速度がビークル速度閾値未満であると速度センサデータが示す際に、ビークル動的特性が第２の動的範囲内にあると決定するように構成されるシステムがさらに開示される。
【００５５】
このシステムは、ピッチ姿勢データを出力するように構成される少なくとも１つのピッチ姿勢センサをさらに備えており、コントローラは、少なくとも１つのピッチ姿勢センサに通信可能に接続され、且つ少なくともピッチ姿勢データを用いてビークル動的特性を決定するようにさらに構成される。
【００５６】
このシステムは、高度データを出力するように構成される少なくとも１つの高度センサをさらに備え、コントローラは、少なくとも１つの高度センサに通信可能に接続され、且つビークル高度が高度閾値未満であると高度データが示す際にビークル動的特性が第２の動的範囲内にあると決定するようにさらに構成される。
【００５７】
このシステムは、可動操縦翼面を有する少なくとも１つの翼をさらに備えており、コントローラは、可動操縦翼面構成を検出し、且つ少なくとも可動操縦翼面構成を用いてビークル動的特性を決定するようにさらに構成される。
【００５８】
このシステムは、可動操縦翼面を有する少なくとも１つの翼をさらに備えており、コントローラは、可動操縦翼面の移動の度合いを制限することによって、許容可能なロールレートを制限するように構成されており、可動操縦翼面は、補助翼、フラッペロン、スポイラー、フラップ、スラット、昇降舵、又は方向舵である。
【００５９】
コントローラが、ビークルの最新のロールレートに応答して、可動操縦翼面の移動の度合いを制限するようにさらに構成されるシステムがさらに開示される。
【００６０】
このシステムは、速度データを出力するように構成される少なくとも１つの速度センサ、高度データを出力するように構成される少なくとも１つの高度センサ、及び可動操縦翼面を有する少なくとも１つの翼をさらに備えており、コントローラは、少なくとも、速度データ、高度データ、及び検出された可動操縦翼面構成を用いてビークル動的特性を決定するようにさらに構成される。
【００６１】
このシステムは、少なくとも１つの速度センサ、ピッチセンサ、高度センサ、及び／又は可動操縦翼面構成センサをさらに備えており、コントローラは、少なくとも１つの速度センサ、ピッチセンサ、高度センサ、及び／又は可動操縦翼面構成センサによって出力されたデータから、ビークル動的特性が第１の動的範囲内及び／又は第２の動的範囲内にあるかどうかを決定するようにさらに構成される。
【００６２】
ビークル動的特性がバンク角データから計算され、第１の動的範囲が５５度以下のバンク角を有し、且つ第２の動的範囲が７５度以下のバンク角を有する、システムがさらに開示される。
【００６３】
第１のロールレート制限が毎秒１７度のロールレートであり、第２のロールレート制限が毎秒２２度のロールレートであるシステムがさらに開示される。
【００６４】
本開示の別の態様によると、請求項１に記載のシステムを含む航空機が提供されており、この航空機は、胴体、可動操縦翼面を有する翼、及び／又はエンジンを備える。
【００６５】
本開示のさらに別の態様によると、ビークル動的特性を決定すること、ビークル動的特性が第１のロールレート制限に関連付けられる第１の動的範囲外にあると決定すること、及び許容可能なロールレートを第１のロールレート制限とは異なるレートに制限することを含む方法が提供される。
【００６６】
この方法は、ビークル動的特性が第１のロールレート制限とは異なる第２のロールレート制限に関連付けられる第２の動的範囲内にあると決定すること、及び許容可能なロールレートを第２のロールレート制限に制限することをさらに含む。
【００６７】
ビークル動的特性がビークルのバンク角から計算される方法がさらに開示されており、この方法は、ビークルのバンク角がバンク角閾値を越えていると決定すること、及びビークルのバンク角がバンク角閾値を越えていると決定したことに応答して、ビークル動的特性が第２の動的範囲内にあると決定することをさらに含む。
【００６８】
バンク角閾値が７５度以上のバンク角である方法がさらに開示される。
【００６９】
この方法は、ビークルの速度が速度閾値未満であると決定すること、及びビークルの速度が速度閾値未満であると決定したことに応答して、ビークル動的特性が第２の動的範囲内にあると決定することをさらに含む。
【００７０】
この方法は、ビークルの高度が高度閾値未満であると決定すること、及びビークルの高度が高度閾値未満であると決定したことに応答して、ビークル動的特性が第２の動的範囲内にあると決定することをさらに含む。
【００７１】
この方法は、ビークル動的特性が第１の動的範囲と第２の動的範囲の間の遷移動的範囲内にあると決定すること、計算されたロールレート制限を算出すること、及び許容可能なロールレートを計算されたロールレート制限に制限することをさらに含む。
【００７２】
この方法は、第１のロールレート量よりも大きいビークルのロールレートを検出すること、及び第１のロールレート量よりも大きいビークルのロールレートを検出したことに応答して、ビークルの少なくとも一部を点検することをさらに含む。
【００７３】
本開示の別の態様によると、ビークル動的特性を決定すること、ビークル動的特性が第１のロールレート制限に関連付けられる第１の動的範囲外にあると決定すること、及び許容可能なロールレートを第１のロールレート制限とは異なるレートに制限することを含む方法を実行するように構成される航空機が提供される。
【００７４】
本開示の別の態様によると、ビークル動的特性を決定すること、ビークル動的特性が第１のロールレート制限に関連付けられる第１の動的範囲外にあると決定すること、及び許容可能なロールレートを第１のロールレート制限とは異なるレートに制限することを含む方法を実行するように構成されるコードを有するコンピュータ可読媒体が提供される。
【００７５】
上述の実施例は、本発明を説明するが、本発明を限定するものではない。さらに、本発明の原則に従って数多くの修正例及び変形例が可能であることを理解するべきでる。したがって、本発明の範囲は、下記の請求項のみによって定義される。
【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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【外国語明細書】
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