JP2000318692A - 運動性能調整機能を有する航空機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コックピットに設けられた操作パネルによ
り、目的に応じて機体の運動性能を容易に変更すること
ができ、多用途の使用に適した航空機を提供する。 【解決手段】 操縦系センサ１１により操縦系操作部１
０の動きを電気信号に変換し、この電気信号をエルロン
１６・エレベータ１７・ラダー１８の各アクチュエータ
１３・１４・１５に伝達する操縦系電気信号伝達手段１
２と、スロットルセンサ２１によりスロットル操作部２
０の動きを電気信号に変換し、この電気信号をスロット
ルアクチェータ２３へ伝達するスロットル電気信号伝達
手段２２とを備える航空機において、前記操縦系電気信
号伝達手段１２と前記スロットル電気信号伝達手段２２
の少なくとも一方に、電気信号調整手段３０を付加し、
その操作パネル３１をコックピットに配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は航空機に係り、特
に、機体の運動性能の最大値を目的に応じて変更するこ
とを可能とした運動性能調整機能を有する航空機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近の航空機においては、全電子制御エ
ンジンとフライ・バイ・ワイヤシステム（電子制御操縦
系）を装備していることが主流となっている。図８にこ
のようなシステムの概要を示す。図中、各要素間の二重
線は機械的伝達を、実線は電気信号の伝達を表してい
る。

【０００３】まず、操縦系については、コックピットに
おいて操縦系操作部１０（操縦桿またはフット・ペダ
ル）の操作が行われると、その動きが操縦系センサ１１
で電気信号に変換される。この電気信号は操縦系電気信
号伝達手段１２において、必要な増幅・演算等が行われ
て、被制御要素であるエルロン１６・エレベータ１７・
ラダー１８に装着されたエルロンアクチュエータ１３・
エレベータアクチュエー１４・ラダーアクチェータ１５
に伝達され、それぞれの舵が傾動されて機体の姿勢・方
向が変化する。

【０００４】一方、エンジン系については、コックピッ
トにおいてスロットル操作部２０の操作が行われると、
その動きがスロットルセンサ２１で電気信号に変換され
る。この電気信号はスロットル電気信号伝達手段２２に
おいて、必要な増幅・演算等が行われて、スロットルア
クチュエータ２３に伝達され、被制御要素であるスロッ
トルレバー２４が動作して燃料供給量が調整されエンジ
ン出力が変化する。

【０００５】このような航空機では、通常、操縦系操作
部１０やスロットル操作部２０を最大限に操作したとき
に、被制御要素が最大に動作するように設計されてい
る。すなわち、操縦系３舵であれば最大限に姿勢を変化
させる状態になり、エンジンであれば最大出力発生状態
になる。通常飛行においては、このような制御方法で、
特に不都合はない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、戦闘機を用
いた訓練においては、例えば自機よりも運動性能が劣る
仮想敵機として飛行する場合などがあり、このようなと
きには、想定している航空機と同等の運動性能で飛行す
ることが望ましい。そのため従来は、自機の運動性能を
抑えるべく、パイロット自身が、加速度計を注視しなが
らスロットル操作をしたり、操縦系操作部を操作するな
どして、想定機になるべく近い飛行モードを人為的に再
現していた。このような人為的操作による飛行では、高
い再現精度が望めないばかりか、通常の飛行に比べて多
岐にわたり神経を使う必要があるため、時として危険を
伴う場合もあった。

【０００７】また、初心者の練習の際には、運動性能が
高すぎる戦闘機が適さない場合もあり、その対応として
練習専用機を別に用意すると、コストが非常に高くなる
という問題もあった。

【０００８】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、コックピットに設けられた操作パネル
により、目的に応じて機体の運動性能の最大値を容易に
変更することができ、１機の航空機でありながら、数種
類の航空機の飛行モードが容易に再現できて、時には仮
想敵機として、時には初心者の練習機としてというよう
に、多用途の使用に適した運動性能調整機能を有する航
空機を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
コックピットで操作される操縦系操作部と、該操縦系操
作部の動きを電気信号に変換する操縦系センサと、与え
られた電気信号に応じて被制御要素であるエルロン・エ
レベータ・ラダーそれぞれを揺動させるそれぞれ独立の
操縦系アクチュエータと、前記操縦系センサから前記操
縦系各アクチェータへ電気信号を伝達する操縦系電気信
号伝達手段と、コックピットで操作されるスロットル操
作部と、該スロットル操作部の動きを電気信号に変換す
るスロットルセンサと、与えられた電気信号に応じて被
制御要素であるスロットルレバーを動作させるスロット
ルアクチュエータと、前記スロットルセンサから前記ス
ロットルアクチェータへ電気信号を伝達するスロットル
電気信号伝達手段とを有する航空機において、前記操縦
系電気信号伝達手段と前記スロットル電気信号伝達手段
の少なくとも一方に、前記航空機が有する運動性能を制
限する方向に電気信号を調整することのできる電気信号
調整手段を付加したことを特徴とする。

【００１０】この構成によれば、コックピットにおける
操作部の操作を最大限に行ってもエンジン出力や舵の効
きを抑制することができ、運動性能の劣る他機を模擬す
ることが容易になる。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の航
空機において、前記電気信号調整手段は、電気信号の最
大値を設定できるリミッタと、コックピットに配置され
た操作パネルとを具備し、前記リミッタに前記操作パネ
ルから入力された最大値を超えない電気信号の範囲で前
記各被制御要素の動作が行われることを特徴とする。

【００１２】この構成によれば、コックピットにおける
操作により容易に、かつ状況に応じて機体の運動性能を
変更することができる。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１記載の航
空機において、前記電気信号調整手段は、演算装置と、
コックピットに配置された操作パネルとを具備し、前記
演算装置に前記操作パネルから入力された最大可動範囲
内で前記各被制御要素の動作が行われることを特徴とす
る。

【００１４】この構成によれば、コックピットにおける
操作により機体の運動性能に関係する各被制御要素の可
動範囲を設定することができる。

【００１５】請求項４記載の発明は、請求項１記載の航
空機において、前記電気信号調整手段は、演算装置と、
コックピットに配置された操作パネルとを具備し、前記
演算装置は、前記操作パネルから入力された３次元各方
向の最大加速度設定値を超えないように前記各被制御要
素の動作を制御する機能を有することを特徴とする。

【００１６】この構成によれば、コックピットにおける
操作により３次元各方向の最大加速度設定することがで
き、他の機体の飛行モードの再現を容易に行うことがで
きる。

【００１７】請求項５記載の発明は、請求項３記載の航
空機において、前記操作パネルは飛行モード選択スイッ
チを備え、前記演算装置は、前記飛行モード選択スイッ
チの操作に応じて前記各被制御要素の最大可動範囲を設
定する機能を有することを特徴とする。

【００１８】この構成によれば、予め各被制御要素の動
きをもとに設定されている想定飛行モードの選択がスイ
ッチ操作一つで実行できるので、迅速な設定が可能であ
る。

【００１９】請求項６記載の発明は、請求項４記載の航
空機において、前記操作パネルは飛行モード選択スイッ
チを備え、前記演算装置は、前記飛行モード選択スイッ
チの操作に応じて３次元各方向の最大加速度を設定する
機能を有することを特徴とする。

【００２０】この構成によれば、予め加速度データをも
とに設定されている想定飛行モードの選択がスイッチ操
作一つで実行できるので、迅速な設定が可能である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明に係
る実施形態について説明する。始めに、図１を参照して
システムの構成について説明する。図中、各要素間の二
重線は機械的伝達を、実線は電気信号の伝達を表してい
る。

【００２２】まず、操縦系について説明すると、コック
ピットには、パイロットが操縦系を状況に応じて作動さ
せるための操縦系操作部１０が配置されている。通常操
縦系操作部１０は、エルロン１６・エレベータ１７を動
作させる操縦桿と、ラダー１８を動作させるフット・ペ
ダルとから構成されている。パイロットが操縦系操作部
１０を操作するとその動きは、操縦系操作部１０に機械
的に連結されている操縦系センサ１１により電気信号に
変換される。この電気信号は、操縦系電気信号伝達手段
１２を経由してエルロンアクチュエータ１３・エレベー
タアクチュエータ１４・ラダーアクチェータ１５それぞ
れに伝達される。操縦系電気信号伝達手段１２は、必要
に応じて増幅・演算回路を含む構成とし、電気信号の増
幅や演算を行う。こうして３舵エルロン１６・エレベー
タ１７・ラダー１８が揺動して機体の姿勢・方向が変化
する。

【００２３】一方、エンジン系については、コックピッ
トにスロットル操作部２０が配置され、その動きは、ス
ロットル操作部２０に機械的に連結されているスロット
ルセンサ２１により電気信号に変換される。この電気信
号は、スロットル電気信号伝達手２２を経由してスロッ
トルアクチュエータ２３に伝達される。スロットル電気
信号伝達手段２２は、必要に応じて、増幅・演算回路を
含む構成とし、電気信号の増幅や演算を行う。こうして
スロットルレバー２４を動作させることにより、エンジ
ンに供給される燃料の量が調整されてエンジン出力が調
整される。

【００２４】ここで、上記操縦系・エンジン系それぞれ
の電気信号伝達手段１２・２２には、コックピットで操
作可能な電気信号調整手段３０が付加されている。電気
信号調整手段３０は、パイロットが操作する操作パネル
３１と、設定表示部３２と、演算装置３３とから構成さ
れている。図２は、本第１実施形態の操作パネル３１を
示している。操作パネル３１には予め定められた想定飛
行モード（戦闘機、仮想敵機Ａ、仮想敵機Ｂ、・・・）
が表示され、それらに対応する飛行モード選択スイッチ
３１ａ〜３１ｅが設けられている。これら飛行モード選
択スイッチ３１ａ〜３１ｅは、選択されると点灯するよ
うになっており、設定表示部３２の機能を兼ねている。
本実施形態は、各被制御要素の動作量を規定する方式と
なっており、演算装置３３では、選択された想定飛行モ
ードに応じて、エルロンアクチュエータ１３・エレベー
タアクチュエータ１４・ラダーアクチェータ１５および
スロットルアクチュエータ２３それぞれに与えるべき動
作量の上限値の決定が行われる。

【００２５】次に、このようなシステムの使用方法と作
用について説明する。ここでは、仮に想定飛行モードを
「仮想敵機Ａ」モードとする。まず始めにパイロット
は、操作パネル３１上の「仮想敵機Ａ」に対応する飛行
モード選択スイッチ３１ｂを押すことで飛行モードを選
択する。飛行モード選択スイッチ３１ｂは飛行モード表
示部を兼ねており、点灯することで「仮想敵機Ａ」が飛
行モードとして選択されたことをパイロットに知らせ
る。なお、この選択は、離陸前でも離陸後でもよく、飛
行中に別の飛行モードに変更することも可能である。

【００２６】仮想敵機の飛行性能や、練習機として望ま
しい性能は事前に分析されており、自機の機体におい
て、エルロン１６・エレベータ１７・ラダー１８・スロ
ットルレバー２４の動作量をどの程度に制限すれば、想
定した航空機に最も近い運動性能になるかが表１に示す
ように求められている。表１は、各部の最大動作量を自
機比のパーセンテージで表示したものである。この内容
は、予め演算装置に入力して記憶させておく。「仮想敵
機Ａ」モードでは、エルロン：８０％、エレベータ：９
０％、ラダー：８０％、スロットルレバー：８０％とな
っている。なお、表１は、あくまで一例であり、想定飛
行モードの数や種類は、ここに示したものに限定される
わけではない。

【表１】

【００２７】このように「仮想敵機Ａ」モードを選択し
た状態での飛行を考える。操縦系のエルロン１６・エレ
ベータ１７・ラダー１８について言えば、パイロットが
操縦系操作部１０を最大限に操作しても、電気信号調整
手段３０の作用により、それぞれに動きは８０％・９０
％・８０％に抑えられる。つまり、従来であれば操縦桿
の動きを８０〜９０％程度に意図的に抑えていたのであ
るが、本発明によれば、そのように神経を遣う必要がな
くなり、また再現精度も向上する。エンジン系について
も同様であり、パイロットがスロットル操作部２０を最
大限に操作しても、スロットルレバー２４は８０％まで
しか動かない。すなわち、パイロットは、自機のエンジ
ン出力（加速性能）が落ちたと感じるが、特に加速度計
などを見なくても、仮想敵機Ａとしての加速状態が再現
される。このようにして、パイロットは、自機があたか
も仮想敵機Ａに成り変わったような感覚で飛行操縦を行
うことができ、加速度計などに神経を遣いながら行う操
縦から開放されるので、安全性も向上する。

【００２８】ところで、電気信号調整手段３０における
演算装置３３では入・出力の関係を種々に設定すること
が可能である。これを模式図として図３に示す。図３
は、出力の上限が同一で中間の特性が異なる３種類のパ
ターンを、オリジナル特性と対比して表している。特性
は設定上限値以上を単純にカットする方法であり、操
作部を最大限操作すると、あるところ以上は不感帯とな
る。特性は電気信号に１以下の係数を掛けて、線形特
性を保ちながら電気信号を全体的に変化させる方法であ
り、この場合操作部の最大限操作位置まで、線形に特性
が変化する。また必要であれば特性のように、非線形
特性を与えることも可能である。

【００２９】上記第１実施形態では、想定飛行モードの
設定を、各被制御要素の動作量で規定していたが、第２
実施形態として、機体に発生する加速度で制限を設ける
ことも可能である。この場合、システムは図４に示すよ
うになり、演算装置３３ａには、機体加速度検出装置３
４から加速度データが常時入力されるようにする。ま
た、想定飛行モードは表２に示すように３次元の加速度
で規定される。操作パネルは第１実施形態と同じであ
り、パイロットが「仮想敵機Ａ」モードを選択すると、
３方向の加速度にそれぞれ８０％・９０％・８０％の制
限が設けられる。この状態で飛行を行い、例えばエンジ
ン出力を上げて、前後方向の加速度が設定上限値に到達
すると、演算装置３３ａがスロットルレバー２４の電気
信号をカットするように作用する。また、旋回状態にお
いては、舵の動きを制限するように作用する。なお、表
２も表１と同様に一例であり、想定飛行モードの数や種
類は、ここに示したものに限定されるわけではない。

【表２】

【００３０】第１・第２実施形態は、想定飛行モードを
飛行モード選択スイッチより設定する方式であるが、各
被制御要素別に、それぞれ手動で設定を行う方式にする
ことも可能であり、そのような第３実施形態の操作パネ
ル４１を図５に示す。第３実施形態では、エルロン１６
・エレベータ１７・ラダー１８それぞれの揺動角、およ
びスロットルレバー２４の動作量の設定が、それぞれ独
立の設定つまみ４１ａ〜４１ｄを回すことにより行える
ようになっている。各設定つまみ４１ａ〜４１ｄの横に
は、設定されている数値を表示する設定表示窓４２ａ〜
４２ｄがあり、パイロットはこれらの数値（自機比のパ
ーセンテージ）を見ながら設定つまみ４１ａ〜４１ｄを
回して、各部の動作上限値を所定の数値に設定すること
ができる。このシステムは、各操作部を独立にかつ連続
的に変化させて設定することが可能である。従って、戦
闘機が特に練習機として使用される場合に、被訓練者の
技量に合わせて自由な設定が可能であり、特に好適であ
る。

【００３１】第３実施形態は、各被制御要素の動作量を
個々に手動設定できるシステムであるが、機体に発生す
る加速度の上限値を手動設定できるようにすることも可
能である。図６には第４実施形態として、そのようなシ
ステムの操作パネル５１を示す。このシステムの場合、
３次元各方向の加速度上限値を個々に設定することがで
きる。設定方法は第３実施形態に準じ、設定表示窓５２
ａ〜５２ｃに表示される数値を見ながら設定つまみ５１
ａ〜５１ｃを回して、各方向の加速度上限値を所定の数
値に設定する。設定終了後、飛行中の作用は第２実施形
態に準ずる。

【００３２】さらに、図７に示す第５実施形態は、電気
信号調整手段３０ｂに含まれる演算装置を単純な電気信
号リミッタ３３ｂとしたものである。操作パネル４１は
図５に示されるものを使用する。この場合、設定上限値
以上の電気信号を単純にカットするだけの作用となる
が、最低限の運動性能調整機能を有し、構造が簡単で、
製作が容易であるというメリットがある。

【００３３】なお、以上述べた実施形態では、操作パネ
ル上での飛行モード設定が、飛行モード選択スイッチや
設定つまみで行われるようになっているが、設定方法す
なわち演算装置への入力方法はこれらに限定されず、例
えば、キーボードからキー操作で入力されるようにして
もよい。

【００３４】また、演算装置への入力数値は、自機比の
パーセンテージではなく、加速度や揺動角の絶対値方式
としてもよい。

【００３５】さらに、第１実施形態と第３実施形態、ま
たは第２実施形態と第４実施形態とを組合わせて、飛行
モード選択スイッチと個々の設定つまみの両方を備える
構成とすることもできる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、コックピットにおける操作部の操作を最大
限に行ってもエンジン出力や舵の効きを抑制することが
でき、運動性能の劣る他機を模擬することが容易にな
り、かつ再現精度も向上する。加えて、加速度計などに
神経を遣いながら操縦する必要がなくなるので、安全性
の向上を図ることもできる。

【００３７】請求項２記載の発明によれば、コックピッ
トに配置された操作パネルにより容易に、かつ状況に応
じて機体の運動性能を変更することができるので、１機
の機体を多用途に使用する場合に好適である。

【００３８】請求項３記載の発明によれば、コックピッ
トにおける操作により機体の運動性能に関係する各被制
御要素の可動範囲を設定することができ、他の機体の飛
行モードの再現を容易に行うことができる。

【００３９】請求項４記載の発明によれば、コックピッ
トにおける操作により３次元各方向の最大加速度設定す
ることができ、他の機体の飛行モードの再現を容易に行
うことができる。

【００４０】請求項５記載の発明によれば、予め各被制
御要素の動きをもとに設定されている想定飛行モードの
選択がスイッチ操作一つで実行できるので、コックピッ
トにおいて迅速な飛行モード設定が可能である。

【００４１】請求項６記載の発明によれば、予め加速度
データをもとに設定されている想定飛行モードの選択が
スイッチ操作一つで実行できるので、コックピットにお
いて迅速な飛行モードの設定が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る運動性能調整機能を有する航空
機の、第１・第３実施形態のシステム構成図である。

【図２】 本発明に係る第１・第２実施形態の操作パネ
ルの概観図である。

【図３】 本発明に係る電気信号調整手段の、演算装置
における入・出力の関係を示す模式図である。

【図４】 本発明に係る第２・第４実施形態のシステム
構成図である。

【図５】 本発明に係る第３・第５実施形態の操作パネ
ルの概観図である。

【図６】 本発明に係る第４実施形態の操作パネルの概
観図である。

【図７】 本発明に係る第５実施形態のシステム構成図
である。

【図８】 全電子制御エンジンとフライ・バイ・ワイヤ
システム（電子制御操縦系）を装備した従来の航空機の
システム構成図である。

【符号の説明】

１０ 操縦系操作部 １１ 操縦系センサ １２ 操縦系電気信号伝達手段 １３ エルロンアクチュエータ １４ エレベータアクチュエータ １５ ラダーアクチュエータ １６ エルロン １７ エレベータ １８ ラダー ２０ スロットル操作部 ２１ スロットルセンサ ２２ スロットル電気信号伝達手段 ２３ スロットルアクチュエータ ３０ 電気信号調整手段 ３１ 操作パネル ３１ａ〜３１ｅ 飛行モード選択スイッチ ３２ 設定表示部 ３３ 演算装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コックピットで操作される操縦系操作部
   と、該操縦系操作部の動きを電気信号に変換する操縦系
   センサと、与えられた電気信号に応じて被制御要素であ
   るエルロン・エレベータ・ラダーそれぞれを揺動させる
   それぞれ独立の操縦系アクチュエータと、前記操縦系セ
   ンサから前記操縦系各アクチェータへ電気信号を伝達す
   る操縦系電気信号伝達手段と、 コックピットで操作されるスロットル操作部と、該スロ
   ットル操作部の動きを電気信号に変換するスロットルセ
   ンサと、与えられた電気信号に応じて被制御要素である
   スロットルレバーを動作させるスロットルアクチュエー
   タと、前記スロットルセンサから前記スロットルアクチ
   ェータへ電気信号を伝達するスロットル電気信号伝達手
   段とを有する航空機において、 前記操縦系電気信号伝達手段と前記スロットル電気信号
   伝達手段の少なくとも一方に、前記航空機が有する運動
   性能を制限する方向に電気信号を調整することのできる
   電気信号調整手段を付加したことを特徴とする運動性能
   調整機能を有する航空機。
2. 【請求項２】 前記電気信号調整手段は、電気信号の最
   大値を設定できる電気信号リミッタと、コックピットに
   配置された操作パネルとを具備し、前記電気信号リミッ
   タに前記操作パネルから入力された最大値を超えない電
   気信号の範囲で前記各被制御要素の動作が行われること
   を特徴とする請求項１記載の運動性能調整機能を有する
   航空機。
3. 【請求項３】 前記電気信号調整手段は、演算装置と、
   コックピットに配置された操作パネルとを具備し、前記
   演算装置に前記操作パネルから入力された最大可動範囲
   内で前記各被制御要素の動作が行われることを特徴とす
   る請求項１記載の運動性能調整機能を有する航空機。
4. 【請求項４】 前記電気信号調整手段は、演算装置と、
   コックピットに配置された操作パネルとを具備し、前記
   演算装置は、前記操作パネルから入力された３次元各方
   向の最大加速度設定値を超えないように前記各被制御要
   素の動作を制御する機能を有することを特徴とする請求
   項１記載の運動性能調整機能を有する航空機。
5. 【請求項５】 前記操作パネルは飛行モード選択スイッ
   チを備え、前記演算装置は、前記飛行モード選択スイッ
   チの操作に応じて前記各被制御要素の最大可動範囲を設
   定する機能を有することを特徴とする請求項３記載の運
   動性能調整機能を有する航空機。
6. 【請求項６】 前記操作パネルは飛行モード選択スイッ
   チを備え、前記演算装置は、前記飛行モード選択スイッ
   チの操作に応じて３次元各方向の最大加速度を設定する
   機能を有することを特徴とする請求項４記載の運動性能
   調整機能を有する航空機。