(57)【要約】      （修正有）【課題】突風を補償するように航空機を効率的に構成するためのシステムおよび方法を提供すること【解決手段】突風補償システムは、航空機１００に作用する突風負荷を適応的に削減するように構成される。突風補償システムが当該航空機の前面に近接する第１のセンサ１１０を含んでもよい。第１のセンサは、第１の信号を出力するように構成される。第２のセンサ１２０を当該航空機の前面１１３から遠位に配置してもよい。第２のセンサは、第２の信号を出力するように構成される。突風信号サブシステムは、第１の信号と第２の信号を受信し、第１の信号と第２の信号の分析に基づいて突風信号を生成するように構成される。突風信号サブシステムが当該突風信号を出力し、当該突風信号が負荷軽減閾値を超過したことに応答して負荷パラメータ信号を修正してもよい。【選択図】図１
2017001656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機（１００）に作用する突風負荷を適応的に削減するように構成された突風補償システム（２００）であって、
前記航空機（１００）に接続され、１つまたは複数の信号を出力するように構成される、センサ・サブシステム（１１０／１２０）と、
前記１つまたは複数の信号の分析に基づいて前記１つまたは複数の信号を受信し、突風信号（２２６）を生成するように構成された突風信号サブシステム（２０２）であって、前記サブシステム（２０２）は、前記突風信号（２２６）を出力して、前記突風信号（２２６）に応答して操縦翼面を移動するように構成される、突風信号サブシステム（２０２）と、
を備える、突風補償システム（２００）。
【請求項２】
前記センサ・サブシステム（１１０／１２０）は、
前記航空機（１００）の前面に近接し、第１の信号を出力するように構成される、第１のセンサ（１１０）と、
前記航空機（１００）の前面から遠位に配置され、第２の信号を出力するように構成された第２のセンサ（１２０）であって、前記突風信号サブシステム（２０２）は、前記第１の信号と前記第２の信号を受信し、前記第１の信号と前記第２の信号の分析に基づいて前記突風信号（２２６）を生成するように構成され、前記突風信号サブシステム（２０２）は、前記突風信号（２２６）を出力して、前記突風信号（２２６）に応答して操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を移動するように構成される、第２のセンサ（１２０）と、
を備える、請求項１に記載の突風補償システム（２００）。
【請求項３】
前記突風信号サブシステム（２０２）は、前記突風信号（２２６）を出力して、前記突風信号（２２６）が負荷軽減閾値を超過したことに応答して負荷パラメータ信号（２２０）を修正するように構成される、請求項１または２に記載の突風補償システム（２００）。
【請求項４】
前記突風信号（２２６）により修正された負荷パラメータ信号（２２０）は、前記航空機（１００）の操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を正常な構成から突風負荷軽減構成に偏向させる、請求項１乃至３の何れか１項に記載の突風補償システム（２００）。
【請求項５】
前記航空機（１００）の１つまたは複数の操縦翼面（１０４／１０６／１０８）に動作可能に接続された負荷軽減（ＬＡ）サブシステム（２０４）であって、前記ＬＡサブシステム（２０４）は負荷パラメータ信号（２２０）を検出するように構成され、前記ＬＡサブシステム（２０４）は、前記負荷パラメータ信号（２２０）が前記突風信号（２２６）によって修正されていないとき、前記１つまたは複数の操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を正常な構成に保つように構成され、前記ＬＡサブシステム（２０４）は、前記負荷パラメータ信号（２２０）が前記突風信号（２２６）によって修正されていることに応答して、前記１つまたは複数の操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を突風負荷軽減構成に移動するように構成される、負荷軽減（ＬＡ）サブシステム（２０４）をさらに備える、請求項１乃至４の何れか１項に記載の突風補償システム（２００）。
【請求項６】
前記第１のセンサ（１１０）は前記第１の信号をアタック信号の羽根角として出力するように構成された風向計を備え、前記第２のセンサ（１２０）は前記第２の信号をアタック信号の慣性角として出力するように構成された慣性センサであり、前記風向計は前記航空機（１００）の機首に近接し、前記慣性センサは前記航空機（１００）の翼または胴体上または前記航空機（１００）の翼または胴体の中に配置される、請求項１乃至５の何れか１項に記載の突風補償システム（２００）。
【請求項７】
航空機（１００）に作用する突風を適応的に削減するように構成された突風補償方法であって、
航空機（１００）の少なくとも１つのパラメータを航空機（１００）の前面に近接する第１のセンサ（１１０）で検出するステップと、
前記第１のセンサ（１１０）からの前記少なくとも１つのパラメータに基づいて第１の信号を出力するステップ（４００）と、
前記航空機（１００）の前記少なくとも１つのパラメータを第２のセンサ（１２０）で検出するステップと、
前記第２のセンサ（１２０）からの前記少なくとも１つのパラメータに基づいて第２の信号を出力するステップ（４０２）と、
突風信号サブシステム（２０２）を使用して、前記第１の信号と前記第２の信号の分析に基づいて突風信号（２２６）を生成するステップ（４０４）と、
前記突風信号（２２６）に応答して、負荷パラメータ信号（２２０）を前記突風信号（２２６）で修正するステップ（４１０）と、
を含む、突風補償方法。
【請求項８】
前記第２のセンサ（１２０）は、前記航空機（１００）の前面から遠位に配置され、前記突風補償方法はさらに、前記突風信号（２２６）を負荷軽減閾値と比較するステップ（４０６）を含み、前記修正動作は、前記突風信号（２２６）が前記負荷軽減閾値を超過したことに応答して、前記負荷パラメータ信号（２２０）を前記突風信号（２２６）で修正するステップを含む、請求項７に記載の突風補償方法。
【請求項９】
前記修正動作に応答して、前記航空機（１００）の操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を正常な構成から突風負荷軽減構成に偏向させるステップ（４１２）をさらに含む、請求項７または８に記載の突風補償方法。
【請求項１０】
前記負荷パラメータ信号（２２０）を負荷軽減（ＬＡ）サブシステム（２０４）で処理するステップと、
前記負荷パラメータ信号（２２０）が前記突風信号（２２６）によって修正されていないとき、前記操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を正常な構成に保つステップと、
前記修正動作に応答して、前記操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を突風負荷軽減構成に移動するステップと、
をさらに含む、請求項７乃至９の何れか１項に記載の突風補償方法。
【請求項１１】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の突風補償システムを有する航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の諸実施形態は一般に航空機のための突風補償システムおよび方法に関し、特に、航空機に関する突風の影響を機械的に軽減するために使用できるシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機は、風の速度および／または方向の平均流からの高速な変化のような、大気乱気流にしばしば遭遇する。例えば、大気乱気流には、ウィンド・シア、ウィンド・グラジェント、晴天乱気流、後方乱気流、エア・ポケット等が含まれうるがこれらに限られない。大気乱気流が垂直および水平のウィンド・シアまたは突風を含んでもよい。垂直シアまたは突風は一般に、高い大気レベルで、山のような垂直面の上または近くで生ずる。水平シアは前線の近くまたは沿岸地域の近くで生じうる。パイロットは、可能な限り乱気流条件での飛行を避けようと試みる。
【０００３】
商用輸送機はしばしば飛行中に、燃料消費を最小化するかまたは削減する正常な巡航構成で動作する。この正常な巡航構成では、航空機の様々な操縦翼面が、抗力を最小化するかまたは削減する引き込み位置または他の位置にあってもよい。しかし、この巡航構成は、突風により生じた翼および他の航空機表面上の構造的負荷を補償するには良く適していない可能性がある。
【０００４】
空気力学的に効率的な操縦翼面構成は突風を扱うには良く適合されていないことがある。連邦航空局（ＦＡＡ）が規定するように、航空機は離散的な突風負荷基準を満たす必要がある。したがって、航空機が突風に遭遇すると、１つまたは複数の操縦翼面が偏向される。要するに、特定の翼構成が、突風負荷の再分配に好適である。このように、構造的重量を航空機に追加して突風負荷の適切な設計マージンを提供する代わりに、操縦翼面が突風負荷を補償するように再構成されるときは必要とされる構造は少ないかもしれない。しかし、操縦翼面を偏向させた航空機を飛行させるのは突風負荷に対して構造的に重量効率的であるが、偏向された表面が抗力を生じさせるのでこの突風構成は燃料効率的はない。
【０００５】
一般に、航空機の総負荷は、真っ直ぐの水平で加速していない飛行において正常に維持される力およびモーメントを表す「１ｇ負荷」と、真っ直ぐの水平で加速していない飛行からのパイロットが指示した一時的な変位の結果である行動負荷と、大気擾乱の結果である突風負荷とを含む。
【０００６】
さらに、航空機は、負荷軽減の目的のために突風を検出する１つまたは複数の監視システムを備えることがある。例えば、負荷因子を突風の指標として使用してもよく、航空機の操縦翼面を再構成するために使用してもよい。しかし、かかる信号は意図的な航空機の行動と突風とを区別しない。さらに、負荷因子を使用するには一般に、航空機が突風を貫き、操縦翼面を再構成できる前に突風に応答する必要がある。したがって、負荷因子をフィードバック信号として使用しても、ピーク負荷時より前に操縦翼面を最適に再構成するための十分な時間は与えられない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、突風を補償するように航空機を効率的に構成するためのシステムおよび方法に対するニーズが存在する。航空機の全体的な構造的重量を増大させない、突風に耐えるためのシステムおよび方法に対するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の特定の実施形態では、航空機に作用する突風負荷を適応的に削減するように構成される突風補償システムを提供する。突風補償システムが航空機に搭載されたセンサ・サブシステムを備えてもよい。センサ・サブシステムは１つまたは複数の信号を出力するように構成される。突風補償システムが、信号（複数可）をセンサ・サブシステムから受信し、当該信号（複数可）の分析に基づいて突風信号を生成するように構成された突風信号サブシステムを備えてもよい。突風推定サブシステムは、突風信号を出力して、突風推定信号に応答して操縦翼面を移動するように構成される。少なくとも１つの実施形態では、センサ・サブシステムが航空機の前面に近接する第１のセンサを含んでもよい。第１のセンサは第１の信号を出力するように構成され、第２のセンサは第２の信号を出力するように構成される。突風信号サブシステムは、第１の信号と第２の信号を受信し、第１の信号と第２の信号の分析に基づいて突風信号を生成するように構成される。
【０００９】
本発明の特定の実施形態では、航空機に作用する突風負荷を適応的に削減するように構成された突風補償システムを提供する。突風補償システムが航空機の前面に近接する第１のセンサを含んでもよい。第１のセンサは第１の信号を出力するように構成される。第２のセンサは第２の信号を出力するように構成される。第２のセンサが第１のセンサのものと異なる検知機構を利用してもよい。突風信号サブシステムは、第１の信号と第２の信号を受信し、第１の信号と第２の信号の分析に基づいて突風信号を生成するように構成される。突風信号サブシステムを、突風信号を出力して、当該突風信号に応答して操縦翼面を移動するように構成してもよい。少なくとも１つの実施形態では、前方センサまたは圧力ポートのような様々なセンサが信号を突風信号サブシステムに提供してもよい。少なくとも１つの他の実施形態では、２つのセンサの代わりに、単一のセンサを突風信号サブシステムと関連して使用してもよい。
【００１０】
本発明の特定の実施形態では、航空機に作用する突風負荷を適応的に削減するように構成された突風補償システムを提供する。突風補償システムが航空機の前面に近接する第１のセンサを含んでもよい。第１のセンサは第１の信号を出力するように構成される。第２のセンサを航空機の前面から遠位に配置してもよい（即ち、第２のセンサは第２のセンサよりもさらに航空機の前面から離れている）。第２のセンサは第２の信号を出力するように構成される。突風信号サブシステムを、第１の信号と第２の信号を受信し、第１の信号と第２の信号の分析に基づいて突風信号を生成するように構成してもよい。突風信号サブシステムが、突風信号を出力して、当該突風信号が負荷軽減閾値を超過したことに応答して、（正常な加速度信号、アタック信号の角度、負荷信号、圧力信号、立ち上がり信号等のような）負荷パラメータ信号を修正してもよい。
【００１１】
突風信号により修正された負荷パラメータ信号が、航空機の操縦翼面を正常な構成から突風負荷軽減構成に変更させてもよい。少なくとも１つの実施形態では、当該システムが１つまたは複数の航空機の操縦翼面に動作可能に接続された負荷軽減（ＬＡ）サブシステムを備えてもよい。ＬＡサブシステムを、負荷パラメータ信号を検出または生成するように構成してもよい。ＬＡサブシステムは、当該負荷パラメータ信号が突風信号によって修正されていないとき、操縦翼面（複数可）を（例えば、行動負荷を移動するために使用される再構成に依然として適用可能でありうる）正常な構成に保つように構成される。例えば、正常な加速度信号が、例えば突風信号により修正されていないとき、依然として操縦翼面を負荷軽減構成に移して行動負荷を軽減させてもよい。ＬＡサブシステムは、負荷パラメータ信号が突風信号によって修正されていることに応答して、操縦翼面（複数可）を突風負荷軽減構成に移すように構成される。
【００１２】
少なくとも１つの実施形態では、第１のセンサが第１の信号をアタック信号の羽根角として出力するように構成された風向計であってもよい。第２のセンサが第２の信号をアタック信号の慣性角として出力するように構成された慣性センサであってもよい。風向計が航空機の機首に近接してもよい。慣性センサを、航空機の翼もしくは様々な他の位置に、または、航空機の翼もしくは様々な他の位置の中に配置してもよい。少なくとも１つの実施形態では第１のセンサと第２のセンサのうち一方または両方が加速度計を含んでもよい。
【００１３】
負荷軽減閾値が、航空機の意図的な行動により生じた航空機の翼に作用する負荷を超過する負荷規模を含んでもよい。例えば、当該負荷規模が、（パイロットにより生じたもののような）航空機の意図的な行動により生じた翼の表面に作用する力の値より大きくてもよい。少なくとも１つの他の実施形態では、操縦翼面を、当該負荷軽減閾値を超過していることに基づいて比例的に移動させてもよい。
【００１４】
突風信号サブシステムが、少なくとも１つのメモリに動作可能に接続された少なくとも１つの制御ユニットを備えてもよい。１例として、突風信号サブシステムを、以下のように風信号を生成するように構成してもよい。
α_gust = α_air + (sin-1((VS - L * q * π/180)/TAS) +β * sinΦ - θ)/cosΦ
【００１５】
ここで、α_gustは突風信号であり、θは航空機のピッチ角であり、βは航空機の横滑り角であり、Φは航空機の横転角であり、qは航空機のピッチ速度であり、VSは航空機の垂直速度であり、TASは航空機の真大気速度であり、α_airは攻撃の羽根角である。
【００１６】
本発明の特定の実施形態では、航空機に作用する突風負荷を適応的に削減するように構成された突風補償方法を提供する。当該突風補償方法が、航空機の（攻撃の角度のような）少なくとも１つのパラメータを航空機の前面に近接する第１のセンサで検出するステップと、第１のセンサからの当該パラメータ（複数可）に基づいて第１の信号を出力するステップと、航空機の当該パラメータ（複数可）を航空機の前面から遠位に配置された第２のセンサで検出するステップと、第２のセンサからの当該パラメータ（複数可）に基づいて第２の信号を出力するステップと、突風信号サブシステムを用いて第１の信号と第２の信号の分析に基づいて突風信号を生成するステップと、当該突風信号を負荷軽減閾値と比較するステップと、当該突風信号が当該負荷軽減閾値を超過したことに応答して負荷パラメータ信号を当該突風信号で修正するステップとを含んでもよい。
【００１７】
本発明の特定の実施形態では、コックピットを有する内部客室を含む胴体と、胴体から延伸する第１の翼と第２の翼と、少なくとも１つの垂直安定化器と、少なくとも１つの水平安定化器と、第１の翼と第２の翼、当該垂直安定化器（複数可）、および当該水平安定化器（複数可）のうち１つまたは複数に可動的に確保された１つまたは複数の操縦翼面と、航空機に作用する突風負荷を適応的に削減するように構成された突風補償システムを備えうる航空機を提供する。突風補償システムが当該コックピットに近接して確保された第１のセンサを備えてもよい。第１のセンサは、第１の信号を出力するように構成される。第２のセンサを当該コックピットから遠位に配置してもよい。第２のセンサは第２の信号を出力するように構成される。突風信号サブシステムは、第１の信号と第２の信号を受信し、第１の信号と第２の信号の分析に基づいて突風信号を生成するように構成される。突風信号サブシステムは、突風信号を出力して、当該突風信号が負荷軽減閾値を超過したことに応答して負荷パラメータ信号を修正するように構成される。負荷軽減（ＬＡ）サブシステムを操縦翼面（複数可）に動作可能に接続してもよい。ＬＡサブシステムは、当該負荷パラメータ信号を検出するように構成される。ＬＡサブシステムは、当該負荷パラメータ信号が突風信号によって修正されていないとき、操縦翼面（複数可）を正常な構成に保つように構成される。ＬＡサブシステムは、当該負荷パラメータ信号が突風信号によって修正されていることに応答して、操縦翼面（複数可）を突風負荷軽減構成に移すように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の１実施形態に従う航空機の透視上面図である。
【図２】本発明の１実施形態に従う突風補償システムのブロック図である。
【図３】本発明の１実施形態に従う突風補償システムのブロック図である。
【図４】本発明の１実施形態に従う航空機に対する突風補償方法の流れ図である。
【図５】本発明の１実施形態に従う航空機の透視前面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
上述の要約、ならびに、下記の特定の実施形態の詳細な説明は、添付図面と関連して読むとより良く理解される。本明細書で使用する際、単数形で記載され単語「ａ」または「ａｎ」が先行する要素またはステップは、複数の要素またはステップを必ずしも排除しないと理解されるべきである。さらに、「１実施形態」との言及は、記載した特徴を取り込む追加の実施形態の存在を排除すると解釈されるとは意図していない。さらに、特に断らない限り、特定の特性を有する要素または複数の要素を「含む」かまたは「有する」実施形態が、その特性を有さない追加の要素を含んでもよい。
【００２０】
本発明の特定の実施形態では、航空機の翼に対する突風または突風負荷を迅速かつ正確に特定するためのシステムおよび方法を提供する。当該システムおよび方法は、様々な翼操縦翼面を偏向するのに必要なほど突風が十分である場合に迅速な応答時間を提供する。当該システムおよび方法はまた、突風とパイロットが開始した行動とを区別する能力を提供する。情報を先行技術のシステムおよび方法で実現可能であるよりも迅速に提供することで、翼への突風負荷が減り、したがってＦＡＡ規制への準拠を保証するのに現在使用されている構造の量が減る。航空機全体の構造を減らすことにより、航空機の重量が減り、燃料効率が増大する。
【００２１】
様々な航空機は、例えば翼に搭載できる加速度計のような慣性センサを備える。慣性センサは突風の発生を検出するために使用される。例えば、翼への突風の完全な負荷影響の前に操縦翼面の部分を偏向することによって、翼にかかる負荷を減らしてもよい。したがって、突風の検出を容易にするために、データを航空機の前面にある攻撃風向計の１つまたは複数の角度から取得することができる。突風が検出されたとき、例えば、攻撃風向計の角度（複数可）および／または慣性センサから提供された情報により、本発明の諸実施形態が当該情報を分析して、（先行技術の方法と比較して）早期に翼を偏向して、翼に作用する負荷を減らしてもよい。このように、突風に関するＦＡＡ安全性要件を依然として満たしつつ、航空機の構造的重量を減らすことができ、それにより、燃料消費を減らすことが考慮されている。
【００２２】
本発明の特定の実施形態では突風を推定するための方法を提供する。当該方法が、少なくとも１つの入力を攻撃風向計の少なくとも１つの角度から受信するステップと、攻撃風向計の角度（複数可）から下流に配置された（１つまたは複数の加速度計のような）１つまたは複数の慣性センサから少なくとも１つの入力を受信するステップと、受信した入力を用いて突風の規模を計算するステップと、計算された規模に基づいて航空機の翼の少なくとも一部を偏向するステップとを含んでもよい。少なくとも１つの実施形態では、攻撃風向計の角度が航空機の機首に近接して配置されてもよい。慣性センサ（複数可）を航空機の翼または様々な他の位置に搭載してもよい。
【００２３】
本発明の特定の実施形態では、突風とパイロットが指示した行動とを区別する方法を提供する。当該方法が、パイロットが指示した入力をコンピュータで受信するステップと、少なくとも１つのセンサからの入力および攻撃風向計の少なくとも１つの角度をコンピュータで受信するステップと、航空機の翼への負荷がパイロットが指示したコマンドまたは突風に起因しうるかどうかを判定するステップと、翼への負荷が突風に起因すると期待される場合には航空機の翼の少なくとも一部を偏向するステップとを含んでもよい。
【００２４】
本発明の特定の実施形態では、離散的な突風との遭遇により生じた航空機の構造的負荷を削減するように構成されたシステムおよび方法を提供する。例えば、本発明の特定の実施形態が、攻撃の角度ならびに他の空気および慣性データのパラメータに基づく突風検出システムと、構造的負荷の解放をもたらすように設計された操縦翼面偏向サブシステムとを提供してもよい。
【００２５】
本発明の特定の実施形態では、攻撃の羽根角を攻撃の慣性角（航空機のバルク運動に基づいてピッチ姿勢と飛行経路角度の間の差分として決定してもよい）と比較することによって突風を推定するように構成される、突風補償システムおよび方法を提供する。様々な航空機では、総移動は翼および尾翼面の上の気流に影響される。風向計は比較的低い慣性を有する。したがって、風向計は局所的な気流の変化に即座に反応することができる。さらに、風向計は一般に航空機の機首に配置され、それにより、翼および尾翼が突風を貫く前に、突風を検知する事前の機会を提供する。風向計と攻撃の慣性角が大幅に異なるときは、当該差分は、航空機の動きにまだ影響していない空気力学的擾乱を示す。換言すれば、本発明の諸実施形態を、突風に完全に遭遇する前に突風を検出するように構成してもよい。
【００２６】
本発明の諸実施形態が様々な他のタイプのセンサを利用して突風を検出してもよい。例えば、光検出測距（ＬＩＤＡＲ）センサ、デルタ圧力センサ等を使用してもよい。
【００２７】
本発明の諸実施形態では、特定の閾値を超過する突風を検出するように構成しうるシステムおよび方法を提供する。例えば、操縦翼面の再構成が、特定の閾値より上の突風に適していてもよい。構造的重量の改善をそれが構造的重量に対する利点を生み出す状況で保持しつつ、燃料効率的なクリーンな翼構成の利用を最大化するように検出閾値を調節してもよい。
【００２８】
図１は、本発明の１実施形態に従う航空機の透視上面図１００を示す。航空機１００が、フラッペロンまたは補助翼１０４、昇降舵１０６、カナード１０８、スポイラ等のような操縦翼面を備えてもよいがこれらに限られない。（フラッペロンまたは補助翼１０４のような）揚力発生操縦翼面が、固定翼の航空機の翼の後縁に取り付けられたヒンジ付き操縦翼面であってもよい。フラッペロンまたは補助翼１０４が、航空機１００のロールまたはバンク（水平軸に関する回転度合い）を制御してもよい。少なくとも１つの実施形態では、各翼のフラッペロン１０４を、１組の専用フラップとほぼ同様に機能するように一緒に下げてもよい。他の実施形態では、各翼の補助翼１０４を、例えば一方の補助翼を下方にし他の補助翼を航空機１００の制御ロールの上方にして、異なって作動させてもよい。
【００２９】
昇降舵１０６およびカナード１０８を使用して航空機１００のピッチ動作を制御してもよく、これらはピッチ操縦翼面としても知られる。昇降舵１０６を、航空機の後部に配置してもよく、航空機１００の垂直移動の制御を支援する。夫々が胴体の各側に取り付けられた２つの昇降舵１０６があってもよい。さらに、昇降舵１０６は、航空機１００の機首の位置および翼の攻撃の角度を制御する。カナード１０８は航空機の前面１００に搭載され、昇降舵１０６と同様に動作する。
【００３０】
後述するように、航空機１００が突風補償システムを含んでもよい。当該システムが、乱気流１１２に対する航空機の応答を減らすように構成されたアクティブ航空機制御システムであってもよい。乱気流という用語を、突風という用語と交換可能に使用してもよい。当該アクティブ航空機制御システムは、飛行中に乱気流１１２に遭遇したとき容易に利用可能である。例えば、天気予報は不正確であるかもしれず、レーダからの既存の警告では湿度が存在しなければ乱気流を検出できず、回避をタイムリに行えずまたは回避が不可能であるかもしれず、結果として、航空機１００が乱気流１１２に入ってしまう。突風補償システムは、乱気流１１２を検知して、多数の異なる装置と協調的に動作してもよい。当該装置を使用して、乱気流を検知し測定し、航空機の飛行制御のためのコマンドを生成し、かつ／または直接昇降操縦翼面およびピッチ操縦翼面を作動してもよい。
【００３１】
航空機１００が風向計１１０を備えてもよい。風向計１１０を航空機１００の機首１１３に近接して配置してもよい。風向計１１０を、攻撃センサの角度として構成し、航空機１００の水平基準面１１４に関して局所的な気流角度を測定するために使用してもよい。
【００３２】
航空機１００が１つまたは複数の慣性センサ１２０を備えてもよい。例えば、慣性センサ１２０が加速度計であってもよく、または、加速度計を含んでもよい。慣性センサ１２０を、航空機１００の翼１２２に搭載してもよい。したがって、慣性センサ１２０を、それらが搭載された翼１２２の攻撃の角度を検出するように構成してもよい。
【００３３】
示すように、風向計１１０を、慣性センサ１２０の上流に（即ち、以前に気流に遭遇した位置に）配置してもよい。風向計１１０を、慣性センサ１２０よりも機首１１３に近い航空機１００の位置に配置してもよい。このように、風向計１１０は慣性センサ１２０の前に突風に遭遇しうる。
【００３４】
場合によっては、航空機１００が翼から上流に追加の風向計または他のセンサを含んでもよい。さらに、航空機１００が、示したものよりも多いかまたは少ない慣性センサ１２０を備えてもよい。さらに、慣性センサ１２０を、航空機１００の様々な他の領域に配置してもよい。例えば、慣性センサ１２０を、翼から上流であるが風向計１１０からは下流に配置してもよい（例えば、機首１１３から遠位に配置される）。少なくとも１つの実施形態では、１つまたは複数の慣性センサ１２０を航空機１００の尾翼１２４に搭載してもよい。
【００３５】
動作に際して、アタック信号の羽根角のような大気信号は、風向計１１０のような第１のセンサにより出力され、突風補償システムの制御ユニット（図１には図示せず）により受信される。同様に、アタック信号の慣性角のような１つまたは複数の慣性信号は、慣性センサ１２０のような１つまたは複数の第２のセンサにより出力され、当該制御ユニットにより受信される。当該制御ユニットは次いで、後述するように、当該大気信号と当該慣性信号を分析して突風の存在を決定する。
【００３６】
図２は、本発明の１実施形態に従う突風補償システムのブロック図２００を示す。突風補償システム２００が、１つまたは複数の有線接続または無線接続を通じて風向計１１０と慣性センサ（複数可）１２０と通信する突風信号サブシステム２０２を備えてもよい。風向計の代わりに、センサ（複数可）１１０が様々な他のタイプであってもよい。例えば、センサ（複数可）１１０が、前方センサ、翼または機体に搭載された圧力ポート、（加速度計のような）反応型センサ等のうち１つまたは複数であってもよく、または、これらを含んでもよい。突風信号サブシステム２０２を、（例えば１つまたは複数の有線接続または無線接続を通じて）負荷軽減（ＬＡ）サブシステム２０４に動作可能に接続してもよい。ＬＡサブシステム２０４を使用して、１ｇ飛行の航空機行動および突風に関連付けられた負荷を軽減してもよい。ＬＡサブシステム２０４が垂直突風抑制（ＶＧＳ）システムを有する行動負荷軽減システムを備えてもよい。
【００３７】
突風信号サブシステム２０２が制御ユニット２０６とメモリ２０８を備えてもよい。少なくとも１つの実施形態では、制御ユニット２０６がメモリ２０８を備えてもよく、逆も成り立つ。場合によっては、制御ユニット２０６がメモリ２０８と別々で異なってもよい。同様に、ＬＡサブシステム２０４が制御ユニット２１０とメモリ２１２を備えてもよい。少なくとも１つの実施形態では、制御ユニット２１０がメモリ２１２を備えてもよく、逆も成り立つ。場合によっては、制御ユニット２１０がメモリ２１２と別々で異なってもよい。あるいは、単一の制御ユニットおよびメモリを、突風信号サブシステム２０２およびＬＡサブシステム２０４の両方に関して使用してもよい。例えば、突風補償システム２００が、突風推定および負荷軽減の両方の動作を制御するために使用される単一の制御ユニットおよび／またはメモリを備えてもよい。
【００３８】
動作に際して、ＬＡサブシステム２０４が負荷パラメータ信号２２０を慣性センサ（複数可）１２０から受信してもよい。負荷パラメータ信号２２０が、アタック信号２２４の慣性角、（推定、測定、または予測された）負荷の指示、（推定、測定、または予測された）昇降の指示、圧力の指示、横滑り角信号、突風信号サブシステム２０２に出力される水平加速度信号等のうち１つまたは複数であってもよく、または、これらを含んでもよい。負荷パラメータ信号２２０が、飛行機の長さに対して、例えば（図１に示す）航空機１００の中央水平面１１４に対して正常な航空機の加速度に関連する正常な加速度信号を含んでもよい。当該正常な加速度が航空機１００の長さに直交してもよい（例えば、翼の下方面に作用する上向きの突風、または、胴体と垂直安定化器に作用する横向きの突風）。負荷パラメータ信号２２０に基づいて、制御ユニット２１０が、慣性センサ（複数可）１２０が配置された航空機の領域で遭遇する突風の存在を決定してもよい。制御ユニット２１０が、負荷パラメータ信号２２０の分析に基づいて（補助翼、フラッペロン、昇降舵、カナード、スポイラ等のような）航空機の操縦翼面を再構成してもよい。例えば、負荷パラメータ信号２２０が、慣性センサ（複数可）１２０が配置された操縦翼面に通常作用する突風力を表してもよい。負荷パラメータ信号２２０を分析することによって、制御ユニット２１０が突風の存在を決定してもよい。ＬＡサブシステム２０４の動作に関する命令をメモリ２１２に格納してもよい。
【００３９】
負荷パラメータ信号２２０は例えば突風力が翼に作用した際の突風力に基づくことに留意されたい。したがって、突風が翼に作用した際の突風に応答して、負荷パラメータ信号２２０の分析を通じてＬＡサブシステムにより翼の操縦翼面を再構成してもよい。しかし、負荷パラメータ信号２２０を通じた突風の検出の初期時刻と操縦翼面再構成の後続の時刻の間に時間遅延が存在しうる。突風信号サブシステム２０２を使用して、突風が翼に作用する前に突風を推定、測定、または予測して、例えば、突風が翼に作用する前に（および／またはピーク負荷が翼に作用する前に）操縦翼面を再構成する。
【００４０】
突風信号サブシステム２０２は、（アタック信号２２２の大気羽根角のような）大気信号を風向計１１０のような第１のセンサから受信し、（アタック信号２２４の慣性角のような）慣性信号を慣性センサ（複数可）１２０から受信する。第１のセンサを風向計１１０として示したが、第１のセンサが場合によっては様々な他のタイプのセンサであってもよいことは理解される。制御ユニット２０６はアタック信号２２２の羽根角をアタック信号２２４の慣性角と比較する。アタック信号２２２の羽根角およびアタック信号２２４の慣性角が等しいかまたは定義された範囲内にある場合には、制御ユニット２０６が突風信号をＬＡサブシステム２０４に出力するのを控えてもよい。しかし、アタック信号２２２の羽根角がアタック信号の慣性角と異なる（例えば、定義された範囲と大幅に異なる）場合には、突風信号サブシステム２０２は突風信号２２６をＬＡサブシステム２０４に出力してもよい。ＬＡサブシステム２０４は次いで、突風信号２２６に基づいて航空機の操縦翼面を再構成してもよい。少なくとも１つの実施形態では、突風信号２２６を使用して、航空機の１つまたは複数の操縦翼面を操作するためにＬＡサブシステム２０４により使用される負荷パラメータ信号２２０を正常な構成から突風負荷軽減構成に修正してもよい。
【００４１】
少なくとも１つの実施形態では、突風信号サブシステム２０２が、風向計１１０のような第１のセンサ、および慣性センサ１２０の少なくとも１つのような第２のセンサからの受信信号を分析してもよい。突風信号サブシステム２０２が、ピッチ姿勢または角度、垂直速度、真大気速度、ロール姿勢または角度、ピッチ速度、横滑り角、攻撃の羽根角等のうち１つまたは複数を通じて突風信号２２６を決定してもよい。１例として、突風信号サブシステム２０２の制御ユニット２０６が以下のように突風信号２２６を決定してもよい。
α_gust = α_air + (sin-1((VS - L * q * π/180)/TAS) +β * sinΦ - θ)/cosΦ
【００４２】
ここで、α_gustは突風信号２２６であり、θは度でのピッチ角であり、βはは度での横滑り角であり、Φはは度での横転角であり、qは毎秒の度でのピッチ速度であり、VSは毎秒のフィートでの垂直速度であり、TASは毎秒のフィートでの真大気速度であり、α_airは攻撃の羽根角である。あるいは、制御ユニット２０６が他の式および／または方法を用いて突風信号２２６を決定してもよい。
【００４３】
攻撃の角度が即座に変化するので風向計は慣性センサの前で突風に応答し、一方で、慣性センサは翼の昇降が行われるのを待つ。したがって、突風信号２２６を負荷パラメータ信号２２０よりも迅速に決定することができる。したがって、突風信号２２６によりＬＡサブシステム２０４は、例えば、翼または慣性センサ１２０が配置された他の領域が突風に遭遇する前に、航空機の操縦翼面を再構成することができる。このように、操縦翼面を、例えばピーク突風負荷が翼に作用する前に突風負荷軽減構成に再構成してもよい。突風信号サブシステム２０２の動作のための命令をメモリ２０８に格納してもよい。
【００４４】
示したように、風向計１１０は第１の信号を出力するように構成される第１のセンサを提供し、各慣性センサ１２０は第２の信号を出力するように構成される第２のセンサを提供する。第１の信号と第２の信号を分析して突風信号を決定する。例えば、第２の信号を第１の信号から差し引いて差分を決定してもよい。当該差分を初期突風信号として使用してもよい。
【００４５】
あるいは、風向計１１０の代わりに、第１のセンサが、アタック信号の角度のような大気信号を決定するために使用できる様々な他のタイプのセンサであってもよい。例えば、第１のセンサが加速度計、ＬＩＤＡＲセンサ、デルタ圧力センサ等であってもよく、これらが第２のセンサから上流であってもよい。第２のセンサは追加の加速度計のような慣性センサであってもよい。少なくとも１つの他の実施形態では、当該システムが、示したものよりも多いかまたは少ないセンサを備えてもよい。例えば、システム２００が、突風信号サブシステム２０２とＬＡサブシステム２０４に接続された単一のセンサを備えてもよい。
【００４６】
示したように、突風信号サブシステム２０２は、風向計１１０と慣性センサ（複数可）１２０により出力されたアタック信号の角度を分析する。場合によっては、突風信号サブシステム２０２が、攻撃の角度以外の航空機の様々なパラメータを分析してもよい。例えば、センサが圧力センサであってもよく、突風信号サブシステム２０２を、大気圧信号を分析するように構成してもよい。少なくとも１つの他の実施形態では、センサが大気速度センサであってもよく、突風信号サブシステム２０２を、大気速度信号を分析するように構成してもよい。
【００４７】
図３は、本発明の１実施形態に従う突風補償システム２００のブロック図を示す。突風信号サブシステム２０２が（ウォッシュアウト・フィルタのような）フィルタ３００、閾値スイッチ３０２、および（ラグ・フィルタのような）フィルタ３０４を備えてもよい。別々のおよび相違なる要素として示してあるが、制御ユニット２０６が代替的にフィルタ３００、閾値スイッチ３０２、およびフィルタ３０４を備えてもよい。あるいは、突風信号サブシステム２０２は、フィルタ３００または３０４のうち一方または両方を含まなくてもよい。
【００４８】
動作に際して、突風信号サブシステム２０２が上述のように突風信号２２６を決定してもよい。例えば、制御ユニット２０６が（図２に示す）アタック信号２２２の羽根角および（図２に示す）アタック信号２２４の慣性角を分析してもよい。アタック信号２２２の羽根角およびアタック信号２２４の慣性角の各々が、（図１に示す）航空機１００の（図１に示す）水平基準面１１４に関連してもよい。したがって、アタック信号２２２および２２４の角度の各々が、航空機１００の水平基準面１１４に対する（度でのような）角度測定値であってもよい。場合によっては、アタック信号２２２および２２４の角度が、例えば水平突風に相対的なものであってもよい。少なくとも１つの実施形態では、制御ユニット２０６が、角度測定値を速度および／または加速度の測定値に変換してもよい。例えば、特定の角度測定値が、風向計１１０および慣性センサ（複数可）１２０が配置された航空機の一部に作用する大気速度と一致してもよい。
【００４９】
制御ユニット２０６が、アタック信号２２２の羽根角とアタック信号２２４の慣性角の間の差分を決定し、突風信号２２６を生成してもよい。突風信号２２６を、ウォッシュアウト・フィルタ３００によりフィルタしてもよい。ウォッシュアウト・フィルタ３００を、例えば突風信号２２６の定常状態成分を除去するように構成してもよい。ウォッシュアウト・フィルタ３００を、所定の負荷周波数範囲で離散的な突風を選択し、抑制できない断続的な突風を無視するように構成してもよい。あるいは、突風信号サブシステム２０２がウォッシュアウト・フィルタ３００を備えなくてもよい。
【００５０】
ウォッシュアウト・フィルタ３００によりフィルタした後、突風信号２２６を閾値スイッチ３０２によって受信してもよい。閾値スイッチ３０２は、突風信号２２６が閾値を満たすかまたは超過するとき突風信号２２６をＬＡサブシステム２０４に出力するように構成される。当該閾値をメモリ２０８に格納してもよい。１つの非限定的な例として、当該閾値が１０乃至２０ft/秒であってもよい。したがって、当該閾値が１０乃至２０ft/秒を超過する場合、翼に作用する負荷が正常な航空機行動に起因するものでないと判定してもよい。あるいは、当該閾値が１０乃至２０ft/秒より大きいかまたは小さくてもよい。さらに、当該閾値を、力および／または加速度の角度の測定値または単位のような様々な単位で測定してもよい。突風信号２２６が当該閾値を超過しない場合、突風信号サブシステム２０２は、突風信号２２６をＬＡサブシステム２０４に出力するのを控える。あるいは、突風信号サブシステム２０２が突風信号２２６を断続的に出力してもよい。
【００５１】
少なくとも１つの実施形態では、閾値をパイロットの制御入力に基づいて調整してもよい。例えば、パイロットが航空機を動かすと、当該閾値がこの意図した行動に基づいて増大または減少してもよい。例えば、パイロットが航空機に上昇または下降を意図的に指示する場合には、当該閾値が、航空機が巡航高度にあった場合よりも大きくてもよい。
【００５２】
突風信号２２６が閾値を超過しない場合、閾値スイッチ３０２は出力状態に切り替わる。当該出力状態が突風バイアスのような力修正器であってもよく、または、当該力修正器を含んでもよい。１つの非限定的な例として、当該力修正器が、０．１０乃至０．２０ｇのような複数の重力であってもよい。場合によっては、当該力修正器が０．１０乃至０．２０ｇより大きいかまたは小さくてもよい。したがって、突風信号２２６が当該力修正器により修正されラグ・フィルタ３０４により受信されてもよい。ラグ・フィルタ３０４を使用して、ＬＡサブシステム２０４に出力される前に突風信号２２６を平滑化してもよい。あるいは、突風信号サブシステム２０２がラグ・フィルタ３０４を備えなくてもよい。
【００５３】
上述のように、閾値スイッチ３０２は、２つの状態、即ち、突風信号２２６がＬＡサブシステム２０４に出力されない第１の状態と、突風信号２２６が力修正器により修正されＬＡサブシステム２０４に出力される第２の状態との間で切り替わるように構成される。ＬＡサブシステム２０４に出力された突風信号２２６が航空機に作用する突風の力に比例しなくてもよい。例えば、閾値を超過したとき、ＬＡサブシステム２０４に出力された突風信号２２６は、当該突風信号が２０ft/秒、３０ft/秒、５０ft/秒等であろうとなかろとう同一であってもよい。このように、突風信号２２６が航空機に作用する実際の突風に比例しなくてもよい。その代わり、出力された突風信号２２６を使用して負荷パラメータ信号２２０を修正してもよい。負荷パラメータ信号２２０が、対照的に、航空機に作用する突風に比例してもよい。突風信号２２６が負荷パラメータ信号２２０を修正してもよく、突風信号２２６を使用して、ＬＡサブシステム２０４が、突風が実際に航空機の翼のような部分に作用する前に航空機の特定の操縦翼面の偏向を開始できるようにしてもよい。要するに、突風信号２２６を使用して、航空機の（翼のような）特定の耐加重面に突風が作用する前に、操縦翼面を前もって偏向してもよい。あるいは、閾値スイッチ３０２を、比例的な突風信号をＬＡサブシステム２０４に出力するように構成してもよい。
【００５４】
ＬＡサブシステム２０４が突風信号２２６を受信すると、ＬＡサブシステム２０４が、突風の力（例えば、突風負荷）を削減するために操縦翼面の偏向を開始してもよい。負荷パラメータ信号２２０がＬＡサブシステム２０４によって分析される前に、突風信号２２６をＬＡサブシステムによって受信してもよい。したがって、ＬＡサブシステム２０４は、突風信号２２６を通じて、突風を予測し、（翼のような）航空機の部分が突風に遭遇する前に突風を抑制するために航空機の操縦翼面（複数可）の偏向を開始する。
【００５５】
示していないが、ＬＡサブシステム２０４が様々なフィルタを備えてもよい。例えば、構造的ノッチフィルタをＬＡサブシステム２０４により使用して負荷パラメータ信号２２０をフィルタしてもよい。さらに、非線形フィルタを使用して、結合された信号をフィルタしてもよい。当該信号が、受信した突風信号２２６により修正された負荷パラメータ信号を含んでもよい。あるいは、ＬＡサブシステム２０４が説明したものよりも多いかまたは少ないフィルタを備えてもよい。
【００５６】
図１乃至３を参照すると、突風が航空機１００に作用してもよい。風向計のような航空機の第１のセンサは突風を検出し、第１の信号を出力する。例えば、第１の信号がアタック信号の角度であってもよい。格納された正常な加速度信号からの攻撃の角度の変化が突風を示してもよい。第１のセンサは、慣性センサのような第２のセンサの前で突風を検出する。突風信号サブシステム２０２は次いで、センサ・サブシステムから受信した信号の分析に基づいて、（これに限られないが）例えば第１のセンサから受信した第１の信号と第２のセンサから受信した第２の信号の比較を通じて、突風信号を計算する。少なくとも１つの実施形態では、突風信号サブシステム２０２が第１の信号と第２の信号の角度測定値を速度および／または加速度の信号に変換してもよい。突風信号サブシステム２０２は、第１の信号と第２の信号を比較してその間の差分を決定してもよい。当該差分が突風バイアス起動閾値のような閾値を超過する場合、突風信号サブシステム２０２は突風信号２２６をＬＡサブシステム２０４に出力する。このように、出力された突風信号２２６が、突風が航空機の翼のような特定の表面に遭遇する前に、ＬＡサブシステムに航空機の操縦翼面１００を突風負荷軽減構成に偏向させる突風バイアス起動信号を表してもよい。したがって、ＬＡサブシステム２０４は、突風のピーク負荷が航空機の翼のような特定の表面に作用する前に突風負荷軽減構成に遷移してもよい。
【００５７】
突風信号サブシステム２０２を使用して、所定の閾値を超過する離散的な突風を検出してもよい。突風信号サブシステム２０２が当該閾値を超過する突風信号２２６を出力したことに応答して、ＬＡサブシステム２０４は、（補助翼、スポイラ等のような）操縦翼面を迅速に突風負荷軽減構成に再構成する。当該突風負荷軽減構成は、航空機１００の離散的な突風負荷を削減するように構成される。突風信号サブシステム２０２は、ＬＡサブシステム２０４のみが使用された場合よりも頻繁に突風負荷をそのように抑制する。突風信号サブシステム２０２は、（センサ間の差分が負荷軽減閾値を超過するとき）突風信号２２６を出力して、突風バイアスを負荷パラメータ信号２２０に追加し、それにより突風負荷軽減構成を迅速に実現する。示したように、第１のセンサ（複数可）を第２のセンサ（複数可）（翼に配置されていてもよい）から上流に配置してもよく、したがって、突風が翼に到達する前に突風を検出することができる。
【００５８】
本明細書で使用する際、「コントローラ」、「制御ユニット」、「ユニット」、「中央演算装置」、「ＣＰＵ」、「コンピュータ」等の用語が、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、特殊用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ロジック回路、および本明細書で説明した機能を実行できる任意の他の回路またはプロセッサを用いたシステムを含む、任意のプロセッサベースまたはマイクロプロセッサベースのシステムを含んでもよい。これらは例示的なものにすぎず、かかる用語の定義および／または意味を何ら限定する意図はない。
【００５９】
図２および３を参照すると、（制御ユニット２０６および２１０のような）制御ユニット（複数可）を、データを処理するために（メモリ２０８および２１２のような）１つまたは複数の記憶要素に格納された１組の命令を実行するように構成してもよい。例えば、各制御ユニットが１つまたは複数のメモリを含んでもよい。当該記憶要素が、望ましいようにまたは必要に応じて、データまたは他の情報を格納してもよい。当該記憶要素が、処理マシン内部の情報源または物理メモリ要素の形態であってもよい。
【００６０】
当該１組の命令が、本明細書で説明した主題の様々な実施形態の方法およびプロセスのような特定の動作を処理マシンとして実施するように制御ユニット（複数可）に指示する様々なコマンドを含んでもよい。当該１組の命令がソフトウェアプログラムの形態であってもよい。当該ソフトウェアがシステムソフトウェアまたはアプリケーションソフトウェアのような様々な形態であってもよい。さらに、当該ソフトウェアが、大規模プログラム内の別々のプログラムもしくはモジュール、プログラムモジュールの集合体またはプログラムモジュールの一部の形態であってもよい。当該ソフトウェアが、オブジェクト指向プログラミングの形態のモジュラプログラミングを含んでもよい。当該処理マシンによる入力データの処理が、ユーザコマンドに応答してのものであってもよく、または、以前の処理の結果に応答してのものであってもよく、または、他の処理マシンにより行われた要求に応答してのものであってもよい。
【００６１】
本明細書の諸実施形態の図は１つまたは複数の制御ユニットまたは処理ユニットを図示しうる。当該処理ユニットまたは制御ユニットが、本明細書で説明した動作を実施する命令（例えば、コンピュータのハード・ドライブ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のような有形の非一時的コンピュータ可読記憶媒体に格納されたソフトウェア）に関連付けられたハードウェアとして実装できる、回路モジュールを表してもよいことは理解される。当該ハードェアが、本明細書で説明した機能を実施するように配線された状態マシン回路を含んでもよい。場合によっては、当該ハードェアが、マイクロプロセッサ、プロセッサ、コントローラ等のような１つまたは複数のロジックベースの装置を含み、かつ／またはこれらに接続される、電子回路を備えてもよい。場合によっては、当該制御ユニットが、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特殊用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、マイクロプロセッサ（複数可）、量子コンピューティング装置等のうち１つまたは複数のような処理回路を表してもよい。様々な実施形態における回路を、本明細書で説明した機能を実施するための１つまたは複数のアルゴリズムを実行するように構成してもよい。当該１つまたは複数のアルゴリズムが、流れ図または方法で明示的に示していようとなかろうと、本明細書で開示した諸実施形態の態様を含んでもよい。
【００６２】
本明細書で使用する際、「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は交換可能であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、および不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含む、コンピュータにより実行するためにメモリに格納された任意のコンピュータプログラムを含む。上述のメモリタイプは例示的なものにすぎず、したがって、コンピュータプログラムを格納するために使用できるメモリのタイプに関する限定ではない。
【００６３】
図４は、本発明の１実施形態に従う航空機に対する突風補償方法の流れ図を示す。４００で、（航空機の機首に近接する風向計のような）第１のセンサを使用して、（アタック信号の角度のような）第１の信号を出力する。４０２で、（航空機の翼上もしくはその内部または様々な他の位置に配置された慣性センサのような）第２のセンサを使用して、（アタック信号の慣性角のような）第２の信号を出力する。
【００６４】
第１の信号と第２の信号を突風信号サブシステムによって受信してもよい。４０４で、第１の信号と第２の信号を分析して突風信号を決定する。少なくとも１つの実施形態では、第１の信号と第２の信号を角度測定値として出力してもよい。当該測定値を対応する風速および／または加速度に変換してもよい。
【００６５】
４０６で、当該突風信号が負荷軽減コマンドを保証するかどうかを判定する。例えば、当該突風信号が所定の負荷軽減閾値を超過するかどうかを判定する。当該負荷軽減閾値が風速または負荷のような閾値量であってもよい。当該閾値量が、意図的な飛行行動中に航空機の翼に作用する風速または負荷より大きくてもよい。当該突風信号が当該負荷軽減閾値を超過しない場合、当該方法は４０８に進み、航空機の操縦翼面を正常な構成に保つ。当該方法は次いで４０４に戻る。
【００６６】
しかし、４０６で突風信号が所定の負荷軽減閾値を超過する場合、当該方法は４１０に進み、ＬＡサブシステムにより検出された負荷パラメータ信号を当該突風信号により修正する。次いで、４１２で、ＬＡサブシステムは、操縦翼面を、修正された負荷パラメータ信号に基づいて突風負荷軽減構成に偏向する。当該プロセスは次いで４０４に戻る。
【００６７】
図５は、本発明の１実施形態に従う航空機の透視前面図５００を示す。航空機５００が、例えば２つのターボファンエンジン５１２を備えうる推進システムを備えてもよい。場合によっては、当該推進システムが、示したものより多くのエンジン５１２を備えてもよい。エンジン５１２は航空機５００の翼５１６により運搬される。他の実施形態では、エンジン５１２が胴体５１８および／または尾翼５２０によって運搬されてもよい。尾翼５２０が水平安定化器５２２および垂直安定化器５２４をサポートしてもよい。
【００６８】
翼５１６、水平安定化器５２２、および垂直安定化器５２４がそれぞれ１つまたは複数の操縦翼面を含んでもよい。風向計のような第１のセンサ５３０（または複数の第１のセンサ）が航空機５００の機首５３２に配置されるかまたは航空機５００の機首５３２に近接してもよい。慣性センサ（例えば、加速度計）のような第２のセンサ５４０を各翼５１６または様々な他の位置に接続してもよい。突風信号サブシステムおよびＬＡサブシステムを、コックピット５５０内または内部客室の他の部分のような、胴体５１８内に配置してもよい。突風信号サブシステムが第１のセンサ５３０および第２のセンサ（複数可）５４０と通信してもよい。ＬＡサブシステムが第２のセンサ（複数可）５４０および突風信号サブシステムと通信してもよい。
【００６９】
図１乃至５を参照すると、本発明の諸実施形態では、突風を補償するように航空機を迅速かつ効率的に構成するシステムおよび方法を提供する。本発明の諸実施形態では、航空機の全体的な構造的重量を増大させない、突風に耐えるためのシステムおよび方法を提供する。
【００７０】
少なくとも１つの実施形態では、第１のセンサおよび第２のセンサが突風を検出してもよい。第１のセンサおよび第２のセンサのより出力された信号の分析に基づいて、１つまたは複数の制御ユニットが突風の測定値または予測値を生成してもよい。当該制御ユニット（複数可）は次いで、（１つまたは複数の操縦翼面を再構成するコマンドのような）突風の測定値または予測値に関するコマンドを計算してもよい。当該コマンドは次いで、突風負荷を削減するように操縦翼面を再構成させてもよい。負荷軽減が必要でないと制御ユニット（複数可）が判定した場合（例えば、突風信号が所定の閾値を超過しない場合）、操縦翼面は再構成されないが、その代わり最小の抗力構成に留まる。
【００７１】
本発明の諸実施形態では、航空機に作用する突風負荷を適応的に削減するように構成された突風補償システムおよび方法を提供する。例えば、突風が検出されたとき、本発明の諸実施形態が航空機の操縦翼面を正常な構成から（操縦翼面の１つまたは複数が偏向される）突風負荷軽減構成に切り換えてもよい。
【００７２】
本発明の諸実施形態を使用して、航空機の胴体、翼（複数可）、尾翼等の負荷を軽減してもよい。本発明の諸実施形態では、個別にまたはタンデム構成の何れかで突風および行動に起因する負荷を削減するためのシステムおよび方法を提供する。負荷を削減するために、操縦翼面を独立に作動してもよく、互いと関連して作動してもよい。さらに、本発明の特定の実施形態を使用して、操縦翼面が負荷軽減構成で偏向される結果としての航空機の故意でない一時的な擾乱を補償しもよい。
【００７３】
上、下、下方、中央、横、水平、垂直、前面等のような様々な空間および方向の用語を使用して本発明の諸実施形態を説明できるが、かかる用語は図面で示した方位に関して使用したにすぎないことは理解される。当該方位を、上部分が下部分であり、その逆であり、水平が垂直になる等のように、反転し、回転し、または変化させてもよい。
【００７４】
本明細書で使用する際、タスクまたは動作を実施「するように構成される」構造、限定、または要素は特に、当該タスクまたは動作に対応するように特に構造的に形成、構築、または適合されている。簡潔さのためおよび疑義を避けるため、タスクまたは動作を実施するように単に修正できるものは、本明細書で使用する際、当該タスクまたは動作を実施「するように構成され」ない。
【００７５】
上述の説明は例示的であることを意図したものであり、限定を意図するものではないことは理解される。例えば、上述の実施形態（および／またはその態様）を互いと組み合わせて使用してもよい。さらに、特定の状況または材料を、本発明の様々な実施形態の教示事項にそれらの範囲から逸脱せずに適合させるように、多数の修正を行ってもよい。本明細書で説明した材料の大きさとタイプは本発明の様々な実施形態のパラメータを定義することを意図したものであるが、当該実施形態は決して限定的なものではなく、例示的な実施形態である。多数の他の実施形態は、上述の説明を検討すれば当業者には明らかであろう。本発明の様々な実施形態の範囲は、したがって、添付の諸請求項を参照して、かかる請求項が権利を与える均等物の全範囲に沿って、決定されるべきである。添付の特許請求の範囲では、「including」および「in which」という用語は、「comprising」および「wherein」という各用語の平易な英語の均等物として使用される。さらに、「第１の」、「第２の」、および「第３の」等という用語はラベルとして使用されるにすぎず、その対象物に対する数値的な要件を課すことを意図したものではない。さらに、添付の請求項の限定はミーンズ・プラス・ファンクション形式では記載されておらず、かかる請求項の限定が明示的に「means for」のフレーズを使用し続けてさらなる構造が欠如した機能の記述を使用しない限り、またはそうされるまで、米国特許法第１１２条（ｆ）に基づいて解釈されることを意図したものではない。
【００７６】
さらに、本発明は、以下の項に従う実施形態を含む。
【００７７】
項１：航空機（１００）に作用する突風負荷を適応的に削減するように構成された突風補償システム（２００）であって、
航空機（１００）に接続されたセンサ・サブシステム（１１０／１２０）であって、センサ・サブシステム（１１０／１２０）は、１つまたは複数の信号を出力するように構成される、センサ・サブシステム（１１０／１２０）と、
当該１つまたは複数の信号を受信し、当該１つまたは複数の信号の分析に基づいて突風信号（２２６）を生成するように構成された突風信号サブシステム（２０２）であって、突風信号（２２６）サブシステム（２０２）は、突風信号（２２６）を出力して、突風信号（２２６）に応答して操縦翼面を移動するように構成される、突風信号サブシステム（２０２）と、
を備える、システム。
【００７８】
項２：センサ・サブシステム（１１０／１２０）は、
航空機（１００）の前面に近接する第１のセンサ（１１０）であって、第１のセンサ（１１０）は、第１の信号を出力するように構成される第１のセンサ（１１０）と、
航空機（１００）の前面から遠位に配置され、第２の信号を出力するように構成された第２のセンサ（１２０）であって、突風信号サブシステム（２０２）は、第１の信号と第２の信号を受信し、第１の信号と第２の信号の分析に基づいて突風信号（２２６）を生成するように構成され、突風信号サブシステム（２０２）は、突風信号（２２６）を出力して、突風信号（２２６）に応答して操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を移動するように構成される、第２のセンサ（１２０）と、
を備える、項１に記載の突風補償システム（２００）。
【００７９】
項３：突風信号サブシステム（２０２）は、突風信号（２２６）を出力して、突風信号（２２６）が負荷軽減閾値を超過したことに応答して負荷パラメータ信号（２２０）を修正するように構成される、項１に記載の突風補償システム（２００）。
【００８０】
項４：突風信号（２２６）により修正された負荷パラメータ信号（２２０）は、航空機（１００）の操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を正常な構成から突風負荷軽減構成に偏向させる、項１に記載の突風補償システム（２００）。
【００８１】
項５：航空機（１００）の１つまたは複数の操縦翼面（１０４／１０６／１０８）に動作可能に接続された負荷軽減（ＬＡ）サブシステム（２０４）であって、ＬＡサブシステム（２０４）は、負荷パラメータ信号（２２０）を検出するように構成され、ＬＡサブシステム（２０４）は、負荷パラメータ信号（２２０）が突風信号（２２６）によって修正されていないとき、１つまたは複数の操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を正常な構成に保つように構成され、ＬＡサブシステム（２０４）は、負荷パラメータ信号（２２０）が突風信号（２２６）によって修正されていることに応答して、１つまたは複数の操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を突風負荷軽減構成に移動するように構成される、負荷軽減（ＬＡ）サブシステム（２０４）をさらに備える、項１に記載の突風補償システム（２００）。
【００８２】
項６：第１のセンサ（１１０）は第１の信号をアタック信号の羽根角として出力するように構成された風向計を備え、第２のセンサ（１２０）は第２の信号をアタック信号の慣性角として出力するように構成された慣性センサである、項２に記載の突風補償システム（２００）。
【００８３】
項７：風向計は航空機（１００）の機首に近接し、慣性センサは航空機（１００）の翼または胴体上または航空機（１００）の翼または胴体の中に配置される、項６に記載の突風補償システム（２００）。
【００８４】
項８：第１のセンサおよび第２のセンサ（１１０／１２０）のうち一方または両方は、突風を直接測定すること、突風により誘導された攻撃の角度を測定すること、または圧力もしくは力を検出することのうち１つまたは複数を行うように構成される、項２に記載の突風補償システム（２００）。
【００８５】
項９：当該負荷軽減閾値は、航空機（１００）の意図的な行動により生じた航空機（１００）の翼に作用する負荷を超過する負荷規模を含む、項１に記載の突風補償システム（２００）。
【００８６】
項１０：突風信号サブシステム（２０２）は、少なくとも１つのメモリ（２０８）に動作可能に接続された少なくとも１つの制御ユニット（２０６）を備える、項１に記載の突風補償システム（２００）。
【００８７】
項１１：突風信号サブシステム（２０２）は、以下のように突風信号（２２６）を生成するように構成され、
α_gust = α_air + (sin-1((VS - L * q * π/180)/TAS) +β * sinΦ - θ)/cosΦ
ここで、α_gustは突風信号（２２６）であり、θは航空機（１００）のピッチ角であり、βは航空機（１００）の横滑り角であり、Φは航空機（１００）の横転角であり、qは航空機（１００）のピッチ速度であり、VSは航空機（１００）の垂直速度であり、TASは航空機（１００）の真大気速度であり、α_airは攻撃の羽根角である、項１に記載の突風補償システム（２００）。
【００８８】
項１２：航空機（１００）に作用する突風を適応的に削減するように構成された突風補償方法であって、
航空機（１００）の少なくとも１つのパラメータを航空機（１００）の前面に近接する第１のセンサ（１１０）で検出するステップと、
第１のセンサ（１１０）からの当該少なくとも１つのパラメータに基づいて第１の信号を出力するステップ（４００）と、
航空機（１００）の当該少なくとも１つのパラメータを第２のセンサ（１２０）で検出するステップと、
第２のセンサ（１２０）からの当該少なくとも１つのパラメータに基づいて第２の信号を出力するステップ（４０２）と、
突風信号サブシステム（２０２）を使用して、第１の信号と第２の信号の分析に基づいて突風信号（２２６）を生成するステップ（４０４）と、
突風信号（２２６）に応答して、負荷パラメータ信号（２２０）を突風信号（２２６）で修正するステップ（４１０）と、
を含む、方法。
【００８９】
項１３：第２のセンサ（１２０）は、航空機（１００）の前面から遠位に配置され、当該突風補償方法はさらに、突風信号（２２６）を負荷軽減閾値と比較するステップ（４０６）を含み、当該修正動作は、突風信号（２２６）が当該負荷軽減閾値を超過したことに応答して、負荷パラメータ信号（２２０）を突風信号（２２６）で修正するステップを含む、項１２に記載の突風補償方法。
【００９０】
項１４：当該修正動作に応答して、航空機（１００）の操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を正常な構成から突風負荷軽減構成に偏向させるステップ（４１２）をさらに含む、項１２に記載の突風補償方法。
【００９１】
項１５：
負荷パラメータ信号（２２０）を負荷軽減（ＬＡ）サブシステム（２０４）で処理するステップと、
負荷パラメータ信号（２２０）が突風信号（２２６）によって修正されていないとき、操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を正常な構成に保つステップと、
当該修正動作に応答して、操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を突風負荷軽減構成に移動するステップと、
をさらに含む、項１２に記載の突風補償方法。
【００９２】
項１６：当該負荷軽減閾値は、航空機（１００）の意図的な行動により生じた航空機（１００）の翼に作用する負荷を超過する負荷規模を含む、項１２に記載の突風補償方法。
【００９３】
項１７：突風信号（２２６）は以下のように決定され、
α_gust = α_air + (sin-1((VS - L * q * π/180)/TAS) +β * sinΦ - θ)/cosΦ
ここで、α_gustは突風信号（２２６）であり、θは航空機（１００）のピッチ角であり、βは航空機（１００）の横滑り角であり、Φは航空機（１００）の横転角であり、qは航空機（１００）のピッチ速度であり、VSは航空機（１００）の垂直速度であり、TASは航空機（１００）の真大気速度であり、α_airは攻撃の羽根角である、項１０に記載の突風補償方法。
【００９４】
項１８：航空機（５００）の機首に近接するコックピット（５５０）を有する内部客室を含む胴体（５１８）と、
胴体（５１８）から延伸する第１の翼と第２の翼（５１６）と、
少なくとも１つの垂直安定化器（５２４）と、
少なくとも１つの水平安定化器（５２２）と、
第１の翼および第２の翼（５１６）、少なくとも１つの垂直安定化器（５２４）、および少なくとも１つの水平安定化器（５２２）のうち１つまたは複数に可動的に確保された１つまたは複数の操縦翼面（１０４／１０６／１０８）と、
航空機（５００）に作用する突風負荷を適応的に削減するように構成された突風補償システム（２００）と、
を備え、
当該突風補償システムは、
当該機首に近接して確保された第１のセンサ（１１０）であって、第１のセンサ（１１０）は第１の信号を出力するように構成される、第１のセンサ（１１０）と、
当該機首から遠位に配置された第２のセンサ（１２０）であって、第２のセンサ（１２０）は第２の信号を出力するように構成される、第２のセンサ（１２０）と、
第１の信号と第２の信号を受信し、第１の信号と第２の信号の分析に基づいて突風信号（２２６）を生成するように構成された突風信号サブシステム（２０２）であって、突風信号サブシステム（２０２）は、突風信号（２２６）を出力して、突風信号（２２６）が負荷軽減閾値を超過したことに応答して負荷パラメータ信号（２２０）を修正するように構成される、突風信号サブシステム（２０２）と、
１つまたは複数の操縦翼面（１０４／１０６／１０８）に動作可能に接続された負荷軽減（ＬＡ）サブシステム（２０４）であって、ＬＡサブシステム（２０４）は負荷パラメータ信号（２２０）を検出するように構成され、ＬＡサブシステム（２０４）は、負荷パラメータ信号（２２０）が突風信号（２２６）によって修正されていないとき、１つまたは複数の操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を正常な構成に保つように構成され、ＬＡサブシステム（２０４）は、負荷パラメータ信号（２２０）が突風信号（２２６）によって修正されていることに応答して、１つまたは複数の操縦翼面（１０４／１０６／１０８）を突風負荷軽減構成に移動するように構成される、負荷軽減（ＬＡ）サブシステム（２０４）と、
を備える、航空機（５００）
【００９５】
項１９：第１のセンサ（１１０）は第１の信号をアタック信号の羽根角として出力するように構成された風向計であり、第２のセンサ（１２０）は胴体または第１の翼および第２の翼の一方に確保された慣性センサであり、当該慣性センサは、第２の信号をアタック信号の慣性角として出力するように構成される、項１８に記載の航空機（５００）。
【００９６】
項２０：突風信号サブシステム（２０２）は、以下のように突風信号（２２６）を生成するように構成され、
α_gust = α_air + (sin-1((VS - L * q * π/180)/TAS) +β * sinΦ - θ)/cosΦ
ここで、α_gustは突風信号（２２６）であり、θは航空機（５００）のピッチ角であり、βは航空機（５００）の横滑り角であり、Φは航空機（５００）の横転角であり、qは航空機（５００）のピッチ速度であり、VSは航空機（５００）の垂直速度であり、TASは航空機（５００）の真大気速度であり、α_airは攻撃の羽根角である、項１８に記載の航空機（５００）。
【００９７】
記載した説明では、ベスト・モードを含む様々な実装を開示し、任意のデバイスまたはシステムを生成し使用することおよび任意の取り込まれた方法を実施することを含めて、当業者が様々な実装を実施できるようにするための例を使用した。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により定義され、当業者が想到する他の例をを含んでもよい。かかる他の例は、それらが諸請求項の文言と相違しない構造的要素を有する場合、または、それらが諸請求項の文言と実質的に相違しない均等な構造的要素を含む場合に、諸請求項の範囲内にあるものである。
【符号の説明】
【００９８】
１１０  センサ（複数可）
１１２  乱気流
１２０  慣性センサ（複数可）
２０２  突風信号サブシステム
２０６  制御ユニット
２０８  メモリ
２０４  負荷軽減(LA)サブシステム
２１０  制御ユニット
２１２  メモリ
２０２  突風信号サブシステム
２０４  LAサブシステム
２０６  制御ユニット
２０８  メモリ
３００  フィルタ
３０２  閾値スイッチ
３０４  フィルタ
【図１】
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【図２】
2017001656.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017001656.tif 000006
【図５】
2017001656.tif 000007
【外国語明細書】
2017001656000001.pdf