(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行時に遭遇する風の風向風速を検出する風向風速センサ、飛行速度を検出する速度センサ、無風状態において自機位置から目標点へ飛行するときの飛行コースと自機位置における前記風向風速センサからの風向、風速および前記速度センサからの自機速度で算出される定常風下で自機位置から目標点へ飛行するときの仮想コースとから、針路ずれ、コースずれを算出し出力するコース計算装置、前記針路ずれ、コースずれおよび前記速度センサからの飛行速度から前記仮想コースを実際に飛行するときのバンク角に設定する補正前目標バンク角信号を出力する制御装置を設けたヘリコプタバンク角制御装置において、前記制御装置が前記風向風速センサで検出された飛行時の風向、風速データ、前記飛行速度、前記飛行速度に対応して設定される旋回半径および飛行針路を入力して、前記補正前目標バンク角信号を前記飛行時の風向、風速に対応した必要なバンク角に設定する補正後目標バンク角信号に修正する、必要バンク角信号を出力する必要バンク角計算装置を設けたことを特徴とするヘリコプタバンク角制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機体旋回のために機体軸まわりに機体を回転をさせるバンク角制御を飛行中に遭遇する風向、風速に対応して行い、飛行しているヘリコプタを自機位置から正確に到達位置まで自動的に飛行を行わせるためのヘリコプタバンク角制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
飛行しているヘリコプタを図４に示すように、コース設定を行う自機位置２１（ＸH ，ＹH ）から到着させる到達位置２２（ＸG ，ＹG ）まで自動制御により飛行を行う場合、従来、自機位置２１と到達位置２２との間に定めた目標点２３（ＸP ，ＹP ）まで自動飛行させ、目標点２３で飛行針路を変えてさらに到達位置２２まで自動飛行させることが行われている。
【０００３】
このため、図１に示すヘリコプタ１には、図５に示す概略ブロック図の構成にしたヘリコプタバンク角制御装置を搭載するようにしている。
このヘリコプタバンク角制御装置では、図５の詳細図である図６に示すように、自機位置２１でコース計算装置２９に入力された自機位置２１（ＸH ，ＹH ）、到達位置２２（ＸG ，ＹG ）、目標点２３、自機位置２１における自機位置針路ψH 、目標点２３における目標点針路ψP および図１に示すようにヘリコプタ１の機体先端部に設けた速度センサ１１からの自機速度ＶH が入力されて、図４で実線で示す無風状態における飛行コース２４がまず算出される。
【０００４】
このコース計算装置２９で行われる飛行コース２４の算出は、図７に示すようにして算出される。
すなわち、図７（ａ）に示すように、自機位置２１を自機速度ＶH および自機針路ψH で飛行しているヘリコプタ１が、自機位置２１から目標点２４に向けて飛行し、さらに目標点２４から到達位置２２まで飛行するため、目標点２４で目標点針路ψP に変更して到達位置２２まで飛行するためには、図７（ｂ）に示すように、
（１）自機位置２１を接点とし、自機針路ψH 方向に平行な直線を接線とする半径ＲH の旋回円ＣH を描く。
但し、半径ＲH は、自機速度ＶH に応じて一定の旋回率で旋回するために必要とする旋回円ＣH の大きさで決められる。
【０００５】
（２）目標点２３を接点とし、目標点針路ψP 方向に平行な直線を接線とする半径ＲP の目標点旋回円ＣP を描く。
但し、半径ＲP は、目標点２３における飛行速度ＶF に応じて一定の旋回率で旋回するために必要とする旋回円ＣP の大きさで決められる。
【０００６】
（３）旋回円ＣH ，ＣP の共通接線のうち、ヘリコプタ１が旋回する方向に向いているものを飛行コース２３として設定する。
【０００７】
このようにして、無風状態の飛行コース２３がコース計算装置２９で算出された後、コース計算装置２９には、図１に示すヘリコプタ１の先端部機体下方に設けた風向風速センサ１２により、自機位置２１で測定された定常風２８の風向ψWH、風速ＶWH信号が、図６に示すように入力されているので、この定常風２８によりヘリコプタ１が流される量だけ、飛行コース２３を修正して、図４において点線で示す仮想コース２７が算出される。
【０００８】
この仮想コース２７では、目標点が飛行コース２３における目標点２３から仮想目標点２６（Ｘi ，Ｙi ）に移動するコースずれ３０（ＸD ，ＹD ）を起すとともに、飛行針路が自機位置２１と目標点２３を結ぶ線から自機位置２１と仮想目標点２６を結ぶ線に移動することにより針路ずれψD が生じる。
このコースずれ３０および針路ずれψD は、コース計算装置２９で算出されてコース計算装置２９から制御装置３１に出力される。
なお、飛行コース２３から定常風２８を考慮した仮想コース２７へのコースの変動に伴い、到達位置２２も図４に示すように仮想到達位置２５（ＸGi，ＹGi）に変動する。
【０００９】
一方、制御装置３１では、図６に示すように、速度センサ１１からの飛行速度ＶF と前述したコース計算装置２９からの針路ずれψD 、コースずれ３０とが入力されて、自機位置２１から仮想目標点２６まで飛行するヘリコプタ１を旋回させるために機体軸まわりに回転させる、いわゆるバンク角φが演算されて、ヘリコプタ１をこのバンク角にするための補正前目標バンク角信号φO が出力される。
【００１０】
この補正前目標バンク角φo 信号は、減算器３２により自機位置２１での実際の機体のバンク角に応じて出力される機体バンク角信号φが減算されて、アクチュエータコマンドＡｃとしてアクチュエータ３３に入力され、アクチュエータ１３により、機体上方で回転し揚力を発生させているブレード２のピッチ角θを制御し、定常風２８によりヘリコプタ１が流される量を考慮して設定された仮想コース２７を通り、また、仮想目標点２６で飛行針路が目標点針路ψP になるように旋回して、最終目的地である仮想到達位置２５へ飛行するようにしている。
【００１１】
しかしながら、上述した従来のヘリコプタバンク制御装置では、飛行するコースの設定を行う自機装置２１における、風向ψWH、風速ＶWH等により算出された補正前バンク角信号φO による機体のバンク角制御により、飛行を行うようにしているために、飛行の途中で発生する定常風２８から変動する風の変動によりコース到達の精度が悪化し、また、パイロットの風向、風速に対する通常の修正バンク角制御とは異なる制御となるために、飛行時、パイロットに違和感が生じる不具合がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、自機位置から目的とする到達位置まで飛行を行わせるために、ヘリコプタに搭載されていた従来のヘリコプタバンク制御装置の不具合、すなわち、風の風向、風速が飛行の途中で、コース設定時の定常風２８から変動するために生じる飛行コースのずれ、又は到達位置のずれ等のいわゆるコース到達の精度が悪化する不具合、あるいは、到達位置への飛行中に風向、風速が変動するにも拘わらず、飛行コースの設定を行う自機位置で測定された風向、風速に基づき算出されたバンク角で、操縦することになるために、通常は風向、風速に対応して修正操舵を行う、パイロットの操縦感覚とは異なる操縦となるために、パイロットに違和感が生じる不具合を解消するため、従来の制御装置から出力される、飛行コースを設定する自機位置で測定された風向，風速によりコースずれ、針路ずれを見込んで、コース計算装置で算出されたバンク角に設定して、仮想コースに沿って飛行を行うようにした補正前目標バンク角信号を、飛行中に遭遇する風向，風速に対応して修正し、飛行中に風向、風速が変化することがあってもコース到達の精度を劣化させることなく、さらには、パイロットが通常の風向、風速に対応して行うと同様な操縦感覚で修正操舵を行え、パイロットの操縦時の違和感をなくすることのできる補正後目標バンク信号にするために、飛行中に変化する風向、風速に対応してバンク角を変化させる、必要バンク角信号を算出して出力する必要バンク角計算装置を制御装置に設けるようにしたヘリコプタバンク角制御装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明のヘリコプタバンク角制御装置は、次の手段とした。
ヘリコプタが飛行するコースを設定する、現在飛行している自機位置から飛行目的地である到達位置との間に設定された目標点へ飛行しているときに、ヘリコプタに設置された風向風速センサで検出された飛行時の風向、風速データと、ヘリコプタに設置された速度センサで飛行時に検出された飛行速度と、飛行速度に応じて一定の旋回率で旋回するために必要な旋回半径と、目標点で到達位置への飛行のために設定される飛行針路とを入力して、飛行するコース設定時にコース計算装置で算出された、針路ずれ、コースずれおよび飛行コース設定時の自機速度等により設定された、仮想コースを飛行するときの機体のバンク角を制御する信号を出力するようにした制御装置からの補正前目標バンク角信号を、飛行時実際に検出される風向、風速に対応するバンク角に制御する補正後目標バンク角信号に補正する、必要バンク角信号を飛行中に検出される風向、風速等から算出して出力する必要バンク角計算装置を制御装置に設けるようにした。
【００１４】
このように、従来の制御装置から出力される補正前目標バンク角信号を、必要バンク角計算装置により算出される必要バンク角信号で、地面に対して円弧を描いて旋回するための、風向／風速に対する適正な必要バンク角にする補正後目標バンク角信号を出力するようにしたことにより、仮想コースを実際に自機位置から目標点へ飛行するときに、コースを設定するときに使用された自機位置での風向風速センサで検出された風向、風速と異なる風向、風速の風に遭遇するようなことがあっても、制御装置から出力される補正前目標バンク角信号は、仮想コースを実際に自機位置から目標点へ飛行するときに遭遇する風の風向、風速等により必要バンク角計算装置で算出された必要バンク角信号で修正され、補正後目標角信号を出力するので、飛行コースのずれ又は到達位置のずれを小さくし、コース精度を向上させることができる。
【００１５】
また、従来の制御装置から出力される補正前目標バンク角信号を必要バンク角計算装置で算出された必要バンク角信号で修正し、遭遇する風向、風速に対応した機体バンク角にする補正後目標バンク信号を出力するようにしたことにより、ヘリコプタを操縦するパイロットは、遭遇する風に対応して通常行っている操縦と同様にしてヘリコプタのバンク角制御が行えるため、仮想コースを補正前目標バンク角信号によりヘリコプタのバンク角制御を行って飛行するようにしていたために、生じることのあったバンク角制御時のパイロットの操縦違和感を無くすることが出来る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のヘリコプタバンク角制御装置の実施の一形態を図面にもとづき説明する。
なお、前述した従来のヘリコプタバンク制御装置と同一若しくは類似の部材には、同一符号を符して説明は省略する。
図１は本発明のヘリコプタのバンク制御装置の実施の第１形態を備えたヘリコプタを示す全体図，
図２は、本発明のヘリコプタバンク角制御装置の概略制御ブロック図，
図３は、図２に示す概略制御ブロック図の詳細を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態のヘリコプタバンク角制御装置が搭載されるヘリコプタ１には、前述した速度センサ１１と風向風速センサ１２と、自機位置２１及び目標点２３から飛行するコースを設定するコース計算装置２９と、速度センサ１１，風向風速センサ１２及びコースデータから必要なバンク角を計算し、必要なアクチュエータ１３の作動量を算出する後述する制御装置３と、制御装置３からの信号によりブレード２のピッチ角θを変更できるアクチュエータ１３とを備えている。
【００１８】
そして、本実施の形態のヘリコプタバンク角制御装置は、ヘリコプタ１のバンク角を制御することにより、自機位置２１から目標点２３までコース精度を維持し、またパイロットの操縦違和感をなくしてヘリコプタ１を自動飛行させるために、図２に示す概略制御ブロック図に示すような制御回路にされて、飛行中におけるヘリコプタ１の飛行速度ＶF を速度センサ１１が、風向ψWF及び風速ＶWFを風向風速センサ１２が検知し、自機位置２１と目標点２３から自機位置２１のデータコース計算装置２９により計算されたコースデータから算出された針路ずれψD 、コースずれ３０と飛行速度ＶF 、風向ψWF及び風速ＶWFから、定められたコースを飛行させるために必要なバンク角とバンク角を実現させるために必要なアクチュエータ１３の作動量を制御装置３で算出し、制御装置３から出力されるアクチュエータコマンドＡC によるアクチュエータ１３の作動により、ブレード２のピッチ角θを制御し、ヘリコプタ１のバンク角を制御することにより、目標点２３までの自動飛行を実現するようにしている。
【００１９】
すなわち、本実施の形態を使用される制御装置３は、図２に示す概略制御ブロック図を詳細にした、図３のブロック図に示すように、コース計算装置２９からの針路ずれψO 、コースずれ３０および速度センサ１１からの飛行速度ＶF が入力されて、補正前目標バンク角信号φO を出力するようにした図６に示す制御装置３１に加えて、この補正前目標バンク角信号φO を地面に対して円弧を描いて旋回するために適正な必要バンク角にする補正後目標バンク角信号φB に補正する必要バンク角信号φN を、飛行中に検出される風向ψWF、風速ＶWF等から算出して出力する必要バンク角計算装置４を設けるものとした。
【００２０】
この必要バンク角計算装置４は、速度センサ１１からの飛行速度ＶF 、飛行速度ＶF に応じて一定の旋回率で旋回するための旋回半径Ｒ、仮想コース２７を実際に自機位置２１から目標点２３へ飛行するときに、ヘリコプタ１が遭遇する風の風向ψWF、風速ＶWFが入力されて、地面に対して円弧を描いて旋回するための風向ψWF／風速ＶWFに対して、適正な必要バンク角φにするための必要バンク角信号φN を、従来の制御装置３１から出力される補正前目標バンク角信号φO に、加算器５で加算して補正後目標バンク角信号φB にするようにしている。
【００２１】
なお、必要バンク角計算装置４から出力される必要バンク角信号φN が、加算機５に出力されるラインには、従来の制御装置３１に入力される飛行速度ＶF から一定旋回率以下で旋回するためにリミッタ３５に入力されるバンク角リミッタ値を必要バンク角信号φN から減算するための減算機６が設けている。
【００２２】
このように、従来の制御装置３１から出力される補正前目標バンク角信号φO は、必要バンク角信号φN 、正確には必要バンク角信号φN からリミッタ値が減算された信号により補正されて、制御装置３からは補正後目標バンク角φB が出力されるので仮想コース２７を実際に自機位置２１から目標点２３へ飛行するときに、コース設定時に使用された自機位置２１での風向風速センサ１２で検出された風向ψWH、風速ＶWHと異なる風向ψWF、風速ＶWFの風に遭遇するようなことがあっても、飛行コースのずれ又は到達位置のずれを小さくし、コース精度を向上させることができる。
【００２３】
さらには、ヘリコプタ１を操縦するパイロットは、遭遇する風に対応して通常行っている操縦と同様にしてヘリコプタ１のバンク角制御が行えるため、仮想コースを補正前目標バンク角信号φO によりヘリコプタのバンク角φ制御を行って飛行するようにしていたために、生じることのあったバンク角制御時のパイロットの操縦違和感を無くすることが出来るようになる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のバンク角制御装置は、自機位置から目標点に飛行するときのバンク角を設定する飛行時における風向、風速等を考慮しないで算出される補正前目標バンク角信号を出力する制御装置を設けたヘリコプタバンク角制御装置において、風向風速センサで検出された飛行時の風向、風速データ、自機速度、および自機針路を入力して、制御装置から出力される補正前目標バンク角信号を飛行時の風向、風速に対する必要バンク角に修正する必要バンク角信号を出力する必要バンク角計算装置を制御装置に設けるものとした。
【００２５】
このように、従来の制御装置から出力される補正前目標バンク角信号を、必要バンク角計算装置により算出される必要バンク角信号で、地面に対して円弧を描いて旋回するための、風向／風速に対する適正な必要バンク角にする補正後目標バンク角信号にしたことにより、仮想コースを実際に自機位置から目標点へ飛行するときに、コースを設定するときに使用された自機位置での風向風速センサで検出された風向、風速と異なる風向、風速の風に、飛行中遭遇するようなことがあっても、制御装置から出力される補正前目標バンク角信号は、仮想コースを実際に自機位置から目標点へ飛行するときに遭遇する風の風向、風速等により必要バンク角計算装置で算出された必要バンク角信号で補正後目標バンク角信号に修正されるので、飛行コースのずれ又は到達位置のずれを小さくし、コース精度を向上させることができ、また、ヘリコプタを操縦するパイロットは、遭遇する風に対応して、通常行っている操縦と同様にヘリコプタのバンク角制御が行えるため、ヘリコプタのバンク角制御時に、生じることのあったバンク角制御時のパイロットの操縦違和感を無くすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヘリコプタバンク制御装置の実施の第１形態を備えたヘリコプタを示す全体図、
【図２】本発明のヘリコプタバンク角制御装置を示す概略制御ブロック図、
【図３】図２に示す概略制御ブロック図の詳細を示す詳細ブロック図、
【図４】自機位置から到達位置へ飛行するためのコースを設定するための図、
【図５】従来のヘリコプタバンク角制御装置を示す概略制御ブロック図、
【図６】図５に示す概略制御ブロック図の詳細を示す詳細ブロック図、
【図７】図４に示した飛行するためのコースを設定するコース計算装置における具体的なコース設定を示す図で、図７（ａ）は自機装置と目標点と相対位置関係を示す図，図７（ｂ）は自機位置と目標点との間を無風状態において設定した飛行コースを示す図である。
【符号の説明】
１    ヘリコプタ
２    ブレード
３    制御装置
４    必要バンク角計算装置
５    加算器
６    減算器
１１  速度センサ
１２  風向、風速センサ
１３  アクチュエータ
２１  自機位置（ＸH ，ＹH ）
２２  到達位置（ＸG ，ＹG ）
２３  目標点（Ｘp ＹP ）
２４  飛行コース（無風状態）
２５  仮想到達位置（ＸGi，ＹGi）
２６  仮想目標点（Ｘi ，Ｙi ）
２７  仮想コース
２８  定常風
２９  コース計算装置
３０  コースずれ（ＸD ，ＹD ）
３１  制御装置
３２  減算器
ＶF   飛行速度
ψF   飛行針路
Ｒ    飛行速度による旋回時の旋回半径
Ａc   アクチュエータコマンド
θ    （ブレード）ピッチ角
φN   必要バンク信号
φO   補正前目標バンク角信号
φB   補正後目標バンク角信号
φ    （機体）バンク角
ψWF  飛行中の風向
ＶWF  飛行中の風速
ＶH   自機速度
ψH   自機位置針路
ＣH   自機位置旋回円
ＲH   自機位置旋回円の半径
ψWH  自機位置風向
ＶWH  自機位置風速
ψP   目標点針路
ＣP   目標点旋回円
ＲD   目標点旋回円の半径
ψD   針路ずれ
【図１】
0004233703.tif 000002
【図２】
0004233703.tif 000003
【図３】
0004233703.tif 000004
【図４】
0004233703.tif 000005
【図５】
0004233703.tif 000006
【図６】
0004233703.tif 000007
【図７】
0004233703.tif 000008