JPH0370700A - 垂直離着飛行体の飛行制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、垂直離着飛行体（ＶＴＯＬ）の水平軸まわ
りの傾斜角を制御する飛行制御方法に関する。

従来の技術および発明の課題 垂直離着飛行体として、４つのダクテッドファン（ｄｕ
ｃｔｅｄ　ｆａｎ）が長方形の４つの頂点にそれぞれ配
置されているものが知られている。前側の２つのダクテ
ッドファンと後側の２つのダクテッドファンとは左右方
向の水平軸に対して対称に配置され、右側の２つのダク
テッドファンと左側の２つのダクテッドファンとは前後
方向の水平軸に対して対称に配置されている。また、飛
行体の遠隔操縦装置には、飛行体の前後方向の傾斜角を
制御するためのスティックと、飛行体の左右方向の傾斜
角を制御するためのスティックが設けられている。そし
て、これらのスティックを操作することにより、その操
作方向と操作量に応じて、ダクテッドファンのブレード
のピッチ角が制御され、その結果、飛行体が操作された
方向に傾いて、その方向に移動する。

このような飛行体の癲斜角の制御は、通常、ＰＩＤ制御
によって行なわれ、その目標値には、スティックからの
指令値がそのまま用いられる。

ところが、このようにすると、上記のように飛行体を傾
斜させて水平方向に移動させるときに、傾斜角の目標値
と現在値の差が大きく、スティックを中立位置に戻して
も飛行体がすぐに停止せずに、オーバーランが生じ、位
置の制御が難しいという問題がある。

この発明の目的は、上記の問題を解決した垂直ｌ１ｌｉ
着飛行体の飛行制御方法を提供することにある。

課題を解決するための手段 この発明による方法は、 ブレードのピッチ角が可変の複数のダクテッドファンが
第１の水平軸に対して対称に配置された垂直離着飛行体
において、第１の水平軸と直交する第２の水平軸方向の
飛行体の位置を制御するために、ダクテッドファンのブ
レードのピッチ角を変えて第１の水平軸を中心とする飛
行体の傾斜角を制御する方法であって、飛行体の上記傾
斜角の目標値と測定値の差に基いて、ＰＩＤ制御により
、ダクテッドファンのブレードのピッチ角を制御し、上
記ＰＩＤ制御の少なくとも比例要素および積分要素の上
記傾斜角の目標値として、上記傾斜角の外部からの指令
値から飛行体の第２の水平軸方向の速度に比例する値を
差引いたものを用いることを特徴とするものである。

作　　　用 ＰＩＤ制御の比例要素および積分要素の飛行体の傾斜角
の目標値として、傾斜角の外部からの指令値から飛行体
の水平方向の速度に比例する値を差引いたものを用いる
ので、飛行体を傾斜させて水平方向に移動させるときに
、傾斜角の目標値と現在値の差が大きくならず、外部か
らの指令を中立位置に戻すと飛行体がすぐに停止し、オ
ーバーランが生じないので、位置の制御が容易である。

実　　施　　例 以下、図面を参照して、この発明の詳細な説明する。

第１図〜第４図は垂直離着飛行体（１）の機械的構成の
１例を示し、第５図は飛行体（１）とその遠隔操縦装置
（２）の電気的構成の１例を示す。

第１図〜第４図に示すように、飛行体（１）のフレーム
状の機体（３）に４つのダクテッドファン（Ｐ）のダク
ト（４）が取付けられている。なお、これらのダクテッ
ドファンは符号（Ｐ）で総称し、区別する必要がある場
合には、それぞれ第１フアン（Ｆｌ）、第２フアン（Ｆ
２）、第３フアン（Ｆ３）、第４フアン（Ｆ４）と呼ぶ
ことにする。また、以下の説明において、飛行体（１）
上に次のような直角座標を設定する。すなわち、機体（
３）が水平になっている状態において、上から見た機体
で３）の中心を通る鉛直軸を２軸、ｚ軸上の一点（原点
）（０）を通る前後方向の水平軸をＸ軸、原点（０）を
通る左右方向の水平軸をｙ軸とし、Ｘ軸の前側、ｙ軸の
右側、Ｘ軸の下側をそれぞれの正方向とする。また、Ｘ
軸まわりの機体（３〉の傾斜角（ロール角）をφ、ｙ軸
まわりの機体（３）の傾斜角（ピッチ角）をθ、２軸ま
わりの機体（３）の傾斜角（ヨー角）をψとする。なお
、ロール角φ、ピッチ角θおよびヨー角ψはそれぞれＸ
軸、ｙ軸および２軸の正側から見て反時計方向を正方向
とするいわゆる右手系とする。

４つのファン（Ｆ）のダクト（４）の中心軸（４ａ）は
Ｘ軸と平行であり、上から見て、４辺がＸ軸およびｙ軸
と平行で原点（０〉を中心とする長方形の４つの頂点に
位置している。そして、原点（０）に対して、第１フア
ン（Ｆｌ〉は右前に、第２フアン（Ｆ２〉は右後に、第
３フアン（Ｆ３）は左後に、第４フアン（Ｆ４〉は左前
に位置している。したがって、第１フアン（ＰＩ）と第
４フアン（Ｆ４〉はＸ軸に対して左右対称、第２フアン
（Ｆ２〉と第３フアン（Ｆ３〉はＸ軸に対して左右対称
、第１フアン（Ｆｉ）と第２フアン（Ｆ２）はｙ軸に対
して前後対称、第３フアン（Ｆ３）と第４フアン（Ｆ４
）はｙ軸に対して前後対称である。

機体〈３〉の中心に、スロットル開度を制御することに
より回転数が変えられるエンジン（５）が搭載されてお
り、各ファン（Ｐ）の上部に、図示しない動力伝達機構
を介してエンジン（５）により互いに等しい速度で回転
させられるブレード（８）が設けられている。ブレード
（６）の回転により、ダクト（４〉の下端から下向きに
空気が吹出され、ファン（Ｐ）に上向きの推力が発生す
る。各ファン（Ｐ）のブレード（８）は、図示しない駆
動機構により、個別にピッチ角βが変えられるようにな
っている。そして、エンジン（５）の回転数を変えるこ
とにより、４つのファン（Ｆ）の回転数が同時に変わり
、これらのファン（Ｆ）の推力が同時に変わる。また、
各ファン（Ｆ）のブレード（６）のピッチ角βを個別に
変えることにより、各ファン（Ｐ）の推力が個別に変え
られる。

各ファン（Ｐ）の下部に、Ｘ軸方向に長くのびる互いに
平行な１対のヨーベーン（７）が設けられている。ヨー
ベーン（７〉は、図示しない駆動機構により、Ｘ軸と平
行な軸を中心に左右に傾動させられ、左右方向の傾斜角
（ヨーベーン角）αが変えられるようになっている。１
対のヨーベーン（７）の傾動中心軸は、ダクト（４）の
中心軸（４ａ）に対してそれぞれ対称な位置にある。１
対のヨーベーン（７）は連動して互いに平行な状態を保
ちながら傾動させられるため、１対のヨーベーン角αは
常に等しい。また、ヨーベーン（７）は、下端が２軸の
正方向を向く中立位置から、左方向（ヨーベーン（７）
の下端が斜め左向きになる方向）および右方向（ヨーベ
ーン（７）の下端が斜め右向きになる方向）に傾動させ
られるが、ヨーベーン（７）が左に傾く方向をヨーベー
ン角αの正方向、ヨーベーン（７）が右に傾く方向をヨ
ーベーン角αの負方向とする。

第５図に示すように、飛行体（１）には、高度計〈８）
、慣性航法装置く９）、エンジン回転計（（０）、無線
受信器（１１）および飛行制御装置（１２）が設けられ
ている。また、遠隔操縦装置（２）には、ロール・ステ
ィック（１３）、ピッチ・ステイ・ソク（１４）、ヨー
・スティック（１５）、高度ステイ・ノク（１６）およ
び無線送信器（１７）が設けられている。

ロール・スティック（１３〉は、飛行体（１）のロール
角φを制御するためのものである。ピッチ・スティック
（１４）は、飛行体（１）のピッチ角θを制御するため
のものである。ヨー・スティック（１５）は、飛行体０
）のヨー角ψを制御するためのものである。高度スティ
ック（１Ｂ〉は、飛行体（１）の高度を制御するための
ものである。そして、各スティック（１３）　（１４）
　（１５）　（１Ｂ）からは、操作方向と操作量に応じ
た指令信号（指令値）が出力される。

無線送信器（１７）は、これらのスティック（１３）（
１４）　（１５）　（１Ｂ）の出力すなわち指令信号を
飛行体（１）に無線送信するためのものである。

高度計（８〉は、飛行体（（）の高度を測定して、測定
結果を飛行制御装置（１２）に送るものであり、たとえ
ばマイクロ波高度計が使用される。

慣性航法装置（９）は、図示は省略したが、加速度計、
振動ジャイロ、磁気方位センサおよびコンピュータを備
えており、飛行体（１）の３軸方向の加速度ｄ”　ｘ／
ｄ　ｔ２　ｄ２ｙ／ｄ　ｔ２ｄ２ｚ／ｄｔ２および速度
Ｕ（−ｄｘ／ｄｔ）、Ｖ（−ｄｙ／ｄｔ）、Ｗ（＝ｄｚ
／ｄｔ）、ならびに飛行体（１）のロール角φ、ピッチ
角θ、ヨー角ψおよびこれらの角速度ｄφ／ｄｔ。

ｄθ／ｄｔ、ｄψ／ｄｔを求めて、飛行制御装置く１２
〉に送る。

、エンジン回転計（１０）は、エンジン（５）の回転数
を測定して、測定結果を飛行制御装置（１２）に送るも
のであり、たとえばパルスエンコーダより構成されてい
る。

受信器（１１）は、遠隔操縦装置（２）の送信器（１７
）から送られてくる信号を受信して、飛行制御装置（１
２）に送るものである。

飛行制御装置（１２）は、図示は省略したが、コンピュ
ータなどを備えており、受信器（１１）、高度計（８）
、慣性航法装置（９）およびエンジン回転計（１０）の
出力に基いて、エンジン（５〉の回転数、ファン（Ｆ）
のブレード（６）のピッチ角βおよびヨーベーン角αを
制御する。

遠隔操縦装置（２）のスティック（１３）　（１４）　
（１５）（１Ｂ）が操作されていない場合、エンジン（
５〉の回転数、ファン（Ｆ）のブレード（６）のピッチ
角βおよびヨーベーン角αが１当に制御されて、飛行体
（１〉が空中の定位置に一定の姿勢で停止している。こ
の場合、４つのファン（Ｐ）のブレード（６）のピッチ
角βはほぼ等しく、ヨーベーン（７〉はほぼ中立位置に
制御されている。また、４つのファン（Ｐ）の推力と重
力とが釣合うように、エンジン（５）の回転数とブレー
ド（６）のピッチ角βが制御されている。４つのファン
（Ｐ）のブレード（６〉のピッチ角βがほぼ等しくなっ
ているため、これらの推力もほぼ等しくなっている。こ
のため、Ｘ軸およびｙ軸まわりのモーメントが作用せず
、飛行体（１）はほぼ水平な姿勢を保っている。飛行体
（１）がほぼ水平になっていると、ファン（Ｆ）の推力
は鉛直上向きになり、水平方向の力が作用しないので、
飛行体（１）が水平方向に移動することはない。そして
、４つのファン（Ｐ）の推力と重力が釣合っているため
、飛行体（１）は一定の高度を保っている。

また、４つのファン（Ｆ〉のヨーベーン（７）がほぼ中
立位置にあるため、飛行体（１）に２軸まわりのモーメ
ントが働かず、飛行体（１）が２軸まわりに旋回するこ
とがない。なお、飛行体（１）のこのような状態を中立
状態と呼ぶことにする。

上記のような中立状態から、遠隔操縦装置（２）、のス
ティック（１３）　（１４）　（１５）　（１８）を操
作すると、その操作方向と操作量すなわち指令信号に応
じて、エンジン（５）の回転数、各ファン（Ｆ）のブレ
ード（６〉のピッチ角βおよびヨーベーン角αが制御さ
れ、その結果、飛行体（１）の高度、姿勢および水平方
向の位置が制御される。

たとえば、高度スティック〈１６〉を上昇方向に操作す
ると、推力が増加するように、４つのファン（Ｐ）のブ
レード（６）のピッチ角βが制御されるとともに、エン
ジン（５）の回転数が増速され、飛行体（１）が上昇す
る。逆に、高度スティック（１６）を下降方向に操作す
ると、推力が減少するように、４つのファン（Ｐ）のブ
レード（６）のピッチ角βが制御されるとともに、エン
ジン（５）の回転数が減速され、飛行体（１）が下降す
る。そして、高度スティック（１６）を中立位置に戻す
と、推力と重力が釣合うように、４つのファン（Ｆ）の
ブレード（６）のピッチ角βとエンジン（５）の回転数
が制御され、飛行体（１）はそのときの高度に停止する
。また、高度スティック（１６）が中立位置にある状態
でも、飛行体（１）の高度が低くなると、上記のように
推力を増加させて飛行体（１）を上昇させ、飛行体（１
）の高度が高くなると、上記のように推力を減少させて
させて飛行体（１）を下降させ、高度を一定に保つ。

ロール・スティック（１３）を正方向に操作すると、左
側の２つのファン（Ｐ３）　（Ｐ４）の推力が操作量に
応じた同じ量だけ増加するように、これらのブレード（
６）のピッチ角βが制御され、同時に、右側の２つのフ
ァン（ＰＩ）　（Ｐ２）の推力が上記と同じ量だけ減少
するように、これらのブレード（６）のピッチ角βが制
御される。これにより、飛行体（１）に、Ｘ軸まわりの
ロール角φの正方向のモーメントが働き、飛行体（１）
がロール角φの正方向すなわち右に傾いて、右側が低く
左側が高くなる。このため、ファン（Ｆ）の推力は右斜
め上方を向き、ｙ軸歪方向の力が作用するので、飛行体
（１）は右に傾いた状態でｙ軸歪方向（右方向）に移動
する。

逆に、ロール・スティック（１３）を負方向に操作する
と、右側の２つのファン（Ｐｉ）　（Ｐ２）の推力が操
作量に応じた同じ量だけ増加するように、これらのブレ
ード（６）のピッチ角βが制御され、同時に、左側の２
つのファン（ｐ３）　（Ｐ４）の推力が上記と同じ量だ
け減少するように、これらのブレード（６）のピッチ角
βが制御される。これにより、飛行体（１）に、Ｘ軸ま
ゎりのロール角φの負方向のモーメントが働き、飛行体
（１）がロール角φの負方向すなわち左に傾いて、左側
が低く右側が高くなる。このため、ファン（Ｐ）の推力
は左斜め上方を向き、ｙ軸負方向の力が作用するので、
飛行体（１〉は左に傾いた状態でｙ軸負方向（左方向）
に移動する。

そして、ロール・スティック（１３〉を中立位置に戻す
と、４つのファン（Ｆ）の推力がほぼ等しくなるように
、これらのブレード（８）のピッチ角βが制御され、飛
行体（１）は水平な姿勢に戻る。ロール・スティック（
１３）が中立位置にある状態でも、飛行体（１）のロー
ル角φが中立状態から負方向に変化すると、上記のよう
にロール角φの正方向のモーメントが生じるように左側
のファン（Ｆ３）　（Ｆ４）のブレード〈６）のピッチ
角βと右側のファン（ＰＬ）（Ｆ２）のブレード（６）
のピッチ角βが逆方向に制御され、飛行体（１）のロー
ル角φが中立状態から正方向に変化すると、上記のよう
にロール角φの負方向のモーメントが生じるように右側
のファン（ＰＩ）（Ｆ２）のブレード（６）のピッチ角
βと左側のファン（Ｆ３）　ＣＦ４）のブレード（Ｂ）
のピッチ角βが逆方向に制御され、飛行体（１〉は水平
な姿勢に保たれる。

ピッチ・スティック（１４〉を正方向に操作すると、前
側の２つのファン（ＰＩＸＦ４）の推力が操作量に応じ
た同じ量だけ増加するように、これらのブレード（６）
のピッチ角βが制御され、同時に、後側の２つのファン
（Ｆ２）　（Ｆ３）の推力が上記と同じ量だけ減少する
ように、これらのブレード（６）のピッチ角βが制御さ
れる。これにより、飛行体〈１〉に、ｙ軸まわりのピッ
チ角θの正方向のモーメントが働き、飛行体（１）がピ
ッチ角θの正方向すなわち後に傾いて、後側が低く前側
が高くなる。このため、ファン（Ｐ）の推力は後斜め上
方を向き、Ｘ軸負方向の力が作用するので、飛行体（１
）は後に傾いた状態でＸ軸負方向（後方向）に移動する
。

逆に、ピッチ・スティック（１４）を負方向に操作する
と、後側の２つのファン（Ｆ２）　（Ｆ３）の推力が操
作量に応じた同じ量だけ増加するように、これらのブレ
ード（１３）のピッチ角βが制御され、同特に、前側の
２つのファン（ＰＩ）（Ｆ４）の推力が上記と同じ量だ
け減少するように、これらのブレード（６〉のピッチ角
βが制御される。これにより、飛行体（１）に、ｙ軸ま
わりのピッチ角θの負方向のモーメントが働き、飛行体
（１）がピッチ角θの負方向すなわち前に傾いて、前側
が低く後側が高くなる。このため、ファン（Ｐ）の推力
は前斜め上方を向き、Ｘ軸圧方向のカが作用するので、
飛行体（１）は前に傾いた状態でＸ軸圧方向（前方向）
に移動する。

そして、ピッチ・スティック（工４）を中立位置に戻す
と、４つのファン（Ｆ）の推力がほぼ等しくなるように
、これらのブレード（６）のピッチ角βが制御され、飛
行体（１）は水平な姿勢に戻る。ロール・スティック（
１３）が中立位置にある状態でも、飛行体（１）のピッ
チ角θが中立状態から負方向に変化すると、上記のよう
にピッチ角θの正方向のモーメントが生じるように前側
のファン（Ｐｉ）　（Ｆ４）のブレード（６〉のピッチ
角βと後側のファン（Ｆ２）　（Ｆ３）のブレード（６
）のピッチ角βが逆方向に制御され、飛行体（１）のピ
ッチ角θが中立状態から正方向に変化すると、上記のよ
うにピッチ角θの負方向のモーメントが生じるように後
側のファン（Ｆ２）　（Ｆ３）のブレード（６）のピッ
チ角βと前側のファン（ＰＬ）（Ｆ４）のブレード（６
）のピッチ角βが逆方向に制御され、飛行体（１）は水
平な姿勢に保たれる。

ヨー・スティック（１５）を正方向に操作すると、前側
の２つのファン（Ｆｌ）　（Ｆ４）のヨーベーン（７〉
が操作量に応じた同じ量だけ左に傾けられ、同時に、後
側の２つのファン（Ｆ２）　（Ｐａ）のヨーベーン（７
）が上記と同じ量だけ右に傾けられる。これにより、前
側のファン（ＰＩ）　（Ｆ４）については、推力が右斜
め上方を向いて、ｙ軸止方向の力が作用し、後側のファ
ン（Ｆ２）　（Ｆ３）については、推力が左斜め上方を
向いて、ｙ軸負方向の力が作用する。このため、飛行体
（１）に、２軸まわりのヨー角ψの正方向のモーメント
が働き、飛行体（１）はこの方向に旋回する。

逆に、ヨー◆スティック（１５）を負方向に操作すると
、前側の２つのファン（ＰＬ）（Ｆ４）のヨーベ−ン（
７）が操作ユに応じた同じ量だけ右に傾けられ、同時に
、後側の２つのファン（Ｆ２）　（Ｆ３）のヨーベーン
（７）が上記と同じ量だけ左に傾けられる。これにより
、前側のファン（Ｆｌ）　（Ｆ４）については、推力が
左斜め上方を向いて、ｙ軸負方向のカが作用し、後側の
ファン（Ｆ２）　（Ｆ３）については、推力が右斜め上
方を向いて、ｙ軸止方向の力が作用する。このため、飛
行体（１）に、２軸まわりのヨー角ψの負方向のモーメ
ントが働き、飛行体０〉はこの方向に旋回する。

そして、ヨー・スティック（１５）を中立位置に戻すと
、４つのファン（Ｆ）のヨーベーン（７）　カ中立位置
に戻され、飛行体（１）の旋回が停止する。ヨー・ステ
ィック（１５）が中立位置にある状態でも、飛行体（１
）のヨー角ψが中立状態から負方向に変化すると、上記
のようにヨー角ψの正方向のモーメントが生じるように
前側のファン（ＰＩ）（Ｆ４）のヨーベーン（７）と後
側のファン（Ｆ２）　（Ｆ３）のヨーベーン（７〉が逆
方向に制御され、飛行体（１）のヨー角ψが中立状態か
ら正方向に変化すると、上記のようにヨー角ψの負方向
のモーメントが生じるように前側のファン（ＰＬ）　（
Ｆ４）のヨーベーン（７）と後側のファン（Ｆ２）　（
Ｆ３）のヨーベーン（７）が逆方向に制御され、飛行体
（１）は中立状態に保たれる。

これまでの説明においては、各スティック（１３）（１
４）　（１５）　（１６）を個別に操作する場合を示し
たが、複数のスティック（１３）　（１４）　（１５）
　（１Ｂ）を同時に操作した場合の動作は、上記の動作
を合わせたものになる。

次に、上記の制御動作をさらに詳細に説明する。

まず、飛行体（１）のロール角φおよびピッチ角θの制
御について説明すると、制御に必要なモーメントを得る
ための右側、左側、前側および後側のファン（Ｆ）のブ
レード（６）のピッチ角の制御量δは、次の式（１）〜
（４）のようになる。

なお、この制御量δは、必要なモーメントを得るための
推力に比例している。

δ、、−Ｋ−ｒｆ　（φ０−φ）ｄｔ −ＫＩＰ、Ｊ’（φ。−φ） Ｋ−ａｄ／ｄｔ（φ０−φ）　　・−・−（１）δ１．
−　　　Ｋ−ｒｌ　　（φ０−φ）ｄｔ十に−Ｐｆ　（
φ０−φ） ＋に−Ｄｄ／ｄｔ（φ０−φ）　　・・・−（２）δｚ
−Ｋ−ｒｆ　　（δ０−〇）ｄｔ ＋ＫＹ、ｆ　（θ。−θ） 十ＫｒＤｄ／ｄｔ　（θ０−θ）　−−−−・−（３）
δ＋、Ｗ　　　Ｋ−ＩＪ’　　（θ。−θ）ｄｔＫｙＰ
、ｌ’（δ０−〇） Ｋ　ｙｏｄ　／　ｄ　　ｔ　　（θ。−θ）・・・・・
・（４〉δの添字ｔｒ　（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｒｉ
ｇｈｔ）　％　ｔｌ　（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　１ｅｆ
ｔ　）　、Ｉｆ　（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｆｒｏ
ｎｔ）およびｌｒ　（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｒｅ
ａｒ　）はそれぞれ右側、左側、前側および後側を表わ
している。Ｋはコントロールゲインであり、Ｋヨｉおよ
びＫＦＩはＰＩＤ制御要素のうちの積分要素のゲイン、
ＫｘＰおよびに、Ｐは比例要素のゲイン、ＫｘＤおよび
に、０は微分要素のゲインをそれぞれ表わしている。

φとθの添字０は目標値を表わしている。また、φとθ
の添字のないものは、測定値（現在値）を表わしている
。これは、以下の説明においても同様である。

式（１）〜〈４〉より明らかなように、右側の推力δ１
．と左側の推力δ１．とは方向（符号）が反対で絶対値
が等しく、前側の推力δ１１と後側の推力δ１．とは方
向（符号）が反対で絶対値が等しい。

４つのファン（Ｐ）のブレード（Ｂ）のピッチ角の制御
量δβ１は、その位置に対応して、式（１）、〜（４）
の２つを加えたものであり、次の式（５）〜（８〉のよ
うになる。

δβ１−δ、＋δ■・・・・・・（５）δβ２−δ１２
＋δ、ｔ・・・・・・（６）δβ、−δ、＋δ６．・・
・・・・（７〉δβ４−δ１．＋δ、・・・・・・（８
）δβの添字１は第１フアン（ＰＬ）、２は第２フアン
（Ｆ２）、３は第３フアン（Ｆ３）、４は第４フアン（
Ｆ４）をそれぞれ表わしている。第１フアン〈Ｆｌ〉は
右前に位置しているので、第１フアン（ＰＩ）のブレー
ド（６）のピッチ角の制御量δβ、は右側の制御量δ１
．と前側の制御量δ１ｆとを加えたものになっている。

他のファン（Ｆ２）　（Ｆ３）（Ｆ４）についても、同
様である。

このようなＰＩＤ制御においては、通常、目標値φ。お
よびθ。とじて、ロール・スティック（Ｉ３）の指令値
φ、およびピッチ・スティック（１４）の指令値θ、が
用いられる。

前述のように飛行体（１）を中立状態に保持する制御の
場合は、これでも差支えないが、前述のようにロール・
スティック（１３）およびピッチ・スティック（１４）
の操作により飛行体（１）を傾けて水平方向に移動させ
る場合は、これでは、スティック（１３）（１４）を中
立位置に戻したときに飛行体（１）がすぐに停止せず、
オーバーランが生じるため、位置の制御が困難である。

このような問題を解決するため、この実施例では、ロー
ル角およびピッチ角の目標値φ０およびθ。に、次のよ
うに、指令値φ１、θ、から傾きに対応する水平方向の
飛行体（１）の速度Ｖ、Ｕに比例する分を差引いた値を
用いている。

φｏ　−−Ｋ　６　ｏ　Ｖ十φ、・・・・・・（９）θ
。−Ｋ、。Ｕ十θ、・・・・・・（ｌＯ）このため、ス
ティック（１３）　（１４）を中立位置に戻したときに
飛行体（１）がすぐに停止し、オーバーランが生じない
ため、位置の制御が容易になる。

ただし、微分要素の目標値φ。およびθ。には、次のよ
うに、スティック（１３）　（１４）からの指令値φ、
およびθ、をそのまま使用してもよい。

φ、。−φ、　・・・・・・（１１） θ。−θ、　・・・・・・０２） 次に、飛行体（１）のヨー角ψの制御について説明する
と、制御に必要なモーメントを得るための４つのファン
（Ｆ）のヨーベーン角の制御量δα、は、次の式（１３
〉〜（１６）のようになる。

δα１−　　Ｋ−＋ｊ　（ψ０−ψ）ｄｔ＋に、Ｐ、１
’（ψ０−ψ） ＋　Ｋ　＝ｏｄ　／　ｄ　ｔ　　（ψ０−ψ）　−−−
−・−（１３）δα２−　　Ｋ−ＩＪ’　（ψ。−ψ）
ｄｔＫ、Ｐ、１’（ψ。−ψ） −Ｋ　、ｏｄ　／　ｄ　　ｔ　　（ψ。−ψ）　　・−
・・・（１４）δα、−−に、ｌＪ’　　（ψ。−ψ）
ｄｔ−に−ｐｆ　　（ψ０−ψ） −に、、ｄ／ｄｉ　　（ψ。−ψ）・・・・・・（１５
）δα４　　”　　　Ｋ−＋、ｌ’　　（ψ０−ψ）ｄ
ｔ＋に、ｐＪ’（ψ０−ψ） ＋　Ｋ　、ｏｄ　／　（ｌ　ｔ　　（ψ。−ψ）・・・
・・・（１６）これらの式より明らかなように、第１フ
アン（Ｆｌ）と第４フアン（Ｆ４）のヨー角は方向およ
び絶対値が同じであり、第２フアン（Ｆ２）と第３フア
ン（Ｆ３〉のヨー角は方向および絶対値が同じである。

また、第１および第４フアン（ＰＬ）（Ｆ４）のヨー角
と第２および第３フアン（Ｆ２）　（Ｆ３）のヨー角と
は、方向が反対で絶対値が等しい。

なお、この場合の目標値ψ。には、ヨー・スティック（
１５）からの指令値ψ、がそのまま用いられる。

次に、飛行体（１〉の高度の制御について説明すると、
高度の誤差（Ｈｏ　　Ｈ）に伴うエンジン回転数の補正
値ΔＮを次のように表わす。

ΔＮ＝に一＋ｆ　（ｔ（ｏ　−Ｈ）　ｄ　ｔ＋に、Ｐ（
ＨＯ−Ｈ） ＋　Ｋ　、ｏｄ　／　ｄ　ｔ　（Ｈｏ　−Ｈ）　−・・
・（１７）Ｈｏは、高度の目標値であり、高度スティッ
ク（１６）からの指令値Ｈｌがそのまま用いられる。

そして、エンジン（５〉のスロットル開度の制御量δＴ
ｌ＋は、次のようになる。

δｔｏ−Ｋｌ＋ｆ（Ｎｏ＋ΔＮ−Ｎ）ｄｔ十Ｋ　Ｉ　Ｐ
　ＣＮ　ｏ＋ΔＮ−Ｎ）・・・・・・（１８）Ｎｏは、
ブレード（６〉のピッチ角が中立値のときにファン（Ｐ
）が重力に匹敵する推力を発生するエンジン回転数であ
る。ブレード（６〉のピッチ角の中立値は両方向に十分
余裕があるように決められ、これが定まると、Ｎｏが計
算または実験によって求められる。

一方、高度の誤差の補正には、即応性を重視して、ファ
ン（Ｐ）のブレード（６）のピッチ角も変化させること
にし、その制御量δ、を次のように表わす。

δｂ−Ｋｘｆ　　（Ｈｏ　　　Ｈ）　　ｄ　　ｔ＋に＋
ｐ（Ｈｏ　　　Ｈ） ＋に＋ｏｄ／　ｄ　　ｔ　　（Ｈａ　　　Ｈ）−−（１
９）したがって、最終的なピッチ角の制御量δβは、式
（５）〜（８）と式（１９）とを加え合わせて、次のよ
うになる。

δβ１−δ１．十δ、ｆ十６．・・・・・・（２０）δ
β２−δ、＋δ＋、＋δ、・・・・・・（２１）δβ、
−δ、＋６５．＋δ、・・・・・・（２２〉δβ４−δ
、１＋δ、＋δ、・・・・・・（２３）このように、フ
ァン（Ｐ）のブレード（６〉のピッチ角とエンジン（５
〉の回転数の両方を制御することによって飛行体（１）
の高度を制御するので、ブレード（６）のピッチ角を広
範囲に変える必要がない。したがって、ロスが小さくて
、失速のおそれもなく、エンジン（５）を小型化できる
。

上記実施例にはダクテッドファンが４つのものを示した
が、ダクテッドファンの数は適宜変更可能である。また
、ヨーベーンについても、１対のヨーベーンを１枚のヨ
ーベーンに置換えてもよい。

発明の効果 この発明の方法によれば、上述のように、飛行体の傾斜
角の目標値と現在値の差が大きくならず、外部からの指
令を中立位置に戻すと飛行体がすぐに停止し、オーバー
ランが生じないので、位置の制御が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す垂直離着飛行体の斜視
図、第２図は同平面図、第３図は同一部切欠き側面図、
第４図は同一部切欠き背面図、第５図は飛行体とその遠
隔操縦装置の電気ブロック図である。 （１）・・・垂直１ｌｌ１着飛行゛体、（２）・・・遠
隔操縦装置、（６）・・・ブレード、（９）・・・慣性
航法装置、（１２）・・・飛行制御装置、（１３）・・
・ロール・スティック、（１４）・・・ピッチ◆スティ
ック、（Ｆｌ）　（Ｐ２）　（Ｆ３）（Ｆ４）・・・ダ
クテッドファン。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ブレードのピッチ角が可変の複数のダクテッドファンが
   第１の水平軸に対して対称に配置された垂直離着飛行体
   において、第１の水平軸と直交する第２の水平軸方向の
   飛行体の位置を制御するために、ダクテッドファンのブ
   レードのピッチ角を変えて第１の水平軸を中心とする飛
   行体の傾斜角を制御する方法であって、 飛行体の上記傾斜角の目標値と測定値の差に基いて、Ｐ
   ＩＤ制御により、ダクテッドファンのブレードのピッチ
   角を制御し、上記ＰＩＤ制御の少なくとも比例要素およ
   び積分要素の上記傾斜角の目標値として、上記傾斜角の
   外部からの指令値から飛行体の第２の水平軸方向の速度
   に比例する値を差引いたものを用いることを特徴とする
   垂直離着飛行体の飛行制御方法。