JPH0641278B2 - 航空機の操縦空力面設定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は航空機の操縦装置に係り、一層詳細には、航空
機のパラメータ基準信号を航空機の実際のパラメータ信
号（例えば姿勢）に同期化するための手段の改良に係
る。

航空機操縦装置には、通常、慣性センサ、対気速度セン
サ等に応答して航空機を所望の態様に飛行させる自動操
縦装置が用いられている。自動操縦に関係する操縦パラ
メータ（例えばピッチ姿勢）を示す信号と所望のパラメ
ータ（例えば所望の航空機ピッチ姿勢）を示す基準値と
の間の偏差が、航空機の姿勢を制御する操縦空力面（舵
翼、フラップ、ヘリコプタロータに於けるブレードピッ
チ等）に姿勢修正指令を与えるための誤差信号を生ず
る。所望の基準値を得る一つの方法は、手動により航空
機を所望のパラメータ（例えば所望のピッチ姿勢）にて
飛行している状態とし、次いでトリム解除装置を作動さ
せて基準値をそのときの実際値に同期化させる方法であ
る。大きな擾乱（例えば突風など）を受けていない理想
的な状態では、自動操縦装置により航空機は所望のパラ
メータにて飛行するので、誤差は通常実質的に零であ
る。

しかし、大気中の擾乱（例えば突風や空気の剪断的流
れ）、飛行条件の変化、燃料消費の結果生ずる航空機バ
ランスの変化などのため、航空機は、しばしば基準パラ
メータと実際パラメータとの間にかなりの大きさの差を
生じている状態、即ちかなりの大きさの誤差信号が生じ
ている状態で、所望のパラメータを保ちつつ飛行してい
る。このような状態にあるとき操縦者がトリム解除装置
を動作させて一旦自動操縦を解除した後再度自動操縦装
置を作動させると、誤差信号が直ちになくなるため自動
操縦装置にステップ関数的擾乱が生じ、操縦者は航空機
の所望のパラメータでの飛行状態になるよう操縦を調整
する再トリミングの追加的作業を必要とする。

他方、操縦者が、外側ループアクチュエータの力に抗し
てサイクリックピッチ操縦桿を動かすことによりピッチ
を調節し、次いでトリム解除スイッチ（又はボタン）を
押すという方法によってピッチ姿勢を調整するときに
は、操縦を終了してトリム解除スイッチを押す時に自動
的にステップ関数的擾乱が生ずる。

多くのトリム装置では、同期化の間に航空機の実際パラ
メータに基準パラメータが瞬間的に追従し、トリム解除
スイッチを離す瞬間に所望の基準パラメータがセットさ
れることが強く要望される。もし同期化の間（トリム解
除の間）に航空機の実際パラメータに対する基準パラメ
ータの追従が遅れるならば、遅れ時間が経過し、最終姿
勢（又は速度など）が達成され、最早トリムの必要がな
くなる時期を、操縦者予測することが非常に困難にな
る。

従って、一方では基準信号の瞬間的な変化は操縦装置に
擾乱を惹起し、他方では基準信号の緩やかな変化は航空
機が新しいトリム点に安定した後に追加調節を必要と
し、操縦者の作業負担を大きくする。

本発明の目的は、航空機の実際パラメータへの基準パラ
メータの同期化の仕方を改良した操縦装置を提供するこ
とである。

本発明によれば、航空機操縦装置に於て航空機の実際パ
ラメータに基準パラメータを追従させるための同期化回
路は、その時定数を二種類に切換えられるように構成さ
れており、同期化（トリム解除）時間のうち初期時間中
は比較的大きな時定数で作動して基準パラメータを実際
パラメータに向けて緩やかに変化させ、初期時間の経過
後は比較的小さな時定数で作動して基準パラメータを実
際パラメータに向けて急速に変化させる。それにより、
同期化開始時に於けるステップ関数的擾乱が緩和され、
引続いて実際パラメータへの基準パラメータの急速な追
従が行なわれる。

本発明は姿勢（例えばピッチ及びロール姿勢）同期化回
路に特によく適しているが、他の航空機パラメータに対
する同期化回路にも適用可能である。

本発明は以下の開示から当業者によって明らか理解され
るであろう装置及び技術を用いて、アナログ、ディジタ
ル又は計算機による信号処理により実施され得るもので
ある。

本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は以下にその
典型的な実施例を図面により詳細に説明する中で一層明
らかになろう。

さて第１図を参照すると、本発明を有利に実施すること
のできるヘリコプタのピッチ姿勢制御用の縦サイクリッ
クピッチ制御装置は一対の内側ループ縦サイクリックピ
ッチアクチュエータ１２、１３を含んでおり、これらの
アクチュエータは適当なリンク機構１４により互いに接
続され、また適当なリンク機構１５により主ロータブレ
ードピッチ角スウォッシュプレートミキサ（図示せず）
に接続されている。アクチュエータの各々はそれぞれサ
ーボループを構成する増幅器１６、１７により駆動され
る。これらの増幅器はそれぞれ導線２０、２１上のピッ
チ指令信号と、それぞれアクチュエータ位置センサ２
４、２５により導線２２、２３上に与えられアクチュエ
ータの到達位置を示す信号との間の差を示す加算器１
８、１９からの信号、即ち誤差信号に応答する。アクチ
ュエータ１２、１３が導線２０、２１上のピッチ指令信
号に相当する位置に到達すると、加算器１８、１９から
増幅器１６、１７に与えられる誤差信号は零となり、ア
クチュエータは導線２０、２１上の信号が変更されるま
で（または導線２２、２３にドリフトが生ずるまで）静
止状態にとどまる。

またアクチュエータ１２、１３はリンク機構２６によ
り、トリム位置ばね２９の作用に抗して前方及び後方運
動可能にジンバル２８内に枢支されているサイクリック
ピッチ操縦桿２７に接続されている。一対のスイッチ３
１、３２がそれぞれの方向にばね２９に抗する操縦桿２
７の運動を検出するためアクチュエータ３７の上に配置
されている。スイッチ３１、３２の何れかが閉路すると
二つの導線３３のうち対応する導線上に信号が与えら
れ、それによりオア回路３４の出力導線３５にピッチ信
号が生ずる。実施態様によっては、回路３４により得ら
れるオア機能は、当業者に周知のように、スイッチ３
１、３２の接続関係により簡単に実現される。

アイクリックピッチ操縦桿２７は、リンク機構３６及び
ばね２９によりピッチ外側ループトリムアクチュエータ
３７に接続されている。ピッチ外側ループトリムアクチ
ュエータ３７は、ピッチ外側ループ積分回路４１により
与えられる導線４０上の信号によって、ピッチパルサー
回路３９及びピッチ自動遮断回路３８を通じて駆動され
る。これらの回路は本願出願人と同一の出願人により同
一日付で出願された「航空機の舵面操縦装置」という名
称の特願昭５７−５３６４９号の明細書に詳細に説明さ
れている。これらの回路は、アクチュエータ１２、１３
の運動の結果として、リンク機構１５に与えられている
実際指令を示す位置へアイクリックピッチ操縦桿２７を
再位置決めする役割をする。ピッチ自動遮断回路３８は
導線４２上にピッチ外側ループ遮断信号を与える。サイ
クリックピッチ操縦桿２７は、導線４５上にトリム解除
信号を与えるため親指その他の指により閉じられ得るト
リム解除スイッチ４４を有する。また、操縦桿２７は、
ビープ信号を与えるため前方又は後方（又は右方又は左
方）に動かされる“クーリーハット”型の４軸ビーパー
スイッチ４６を有する。ここに説明する形式の装置で
は、ビープ信号は基準姿勢信号に小さな変化を与える信
号である。

導線２０、２１上のピッチ指令信号はそれぞれ導線５
２、５３上のピッチレート信号、導線５４、５５上のピ
ッチ姿勢及び対気速度制御信号並びに導線５６、５７上
の外側ループ補償信号を加算する加算器５０、５１によ
り与えられる。外側ループ補償信号は、導線４０上のピ
ッチ外側ループ積分器４１の出力信号により駆動される
一次遅れ増幅器５８、５９により与えられる。

導線５２〜５５上の信号は、高ピッチ姿勢デマンド変化
を検出するためピッチ外側ループ積分器４１に与えられ
る。導線５４及び５５上のピッチ姿勢信号は加算器６０
に与えられ、その出力信号は導線６１を経てピッチ外側
ループ積分器４１に与えられる。

導線５２、５３上の信号はそれぞれ鉛直ジャイロ６８、
６９のピッチ軸出力により導線６６、６７上に与えられ
るジャイロピッチ信号から微分器６４、６５により与え
られる。また導線６６、６７上の信号はピッチ姿勢同期
化及びビープ回路７０、７１で基準姿勢信号と比較され
る。回路７０、７１で同期化が行なわれる時、基準姿勢
信号はそれぞれヘリコプタの実際ピッチ角を示す導線６
６、６７上の信号に追従する（それと等しくされる）。
ビーピングが行なわれる時、基準姿勢信号は一層大きな
ピッチ角又は一層小さなピッチ角に等しくなるように強
制される。回路７０、７１で同期化が行なわれない時、
これらの回路はそれぞれ導線７３、７４上にヘリコプタ
の実際ピッチ角と所望のヘリコプタピッチ姿勢との間の
差を示すピッチ誤差信号を与える。論理回路７２はピッ
チ姿勢同期化及びビープ回路７０、７１に、それらの作
動を制御するべく接続されている。ここに開示する形式
の装置では、導線７３、７４上の信号はそれぞれ加算器
７６、７７で導線７５上の信号と加算され、その結果は
それぞれリミッタ回路７８、７９に与えられ、それらの
出力導線５４、５５に全操縦許容限界（トータルパイロ
ットオーソリティ）の２．５％に制限されたピッチ姿勢
及び対気速度制御信号が与えられる。こうして、アクチ
ュエータ１２、１３により与えられる短時間のピッチ軸
内側ループの自動制御は全操縦許容限界の±５％（全体
で１０％）に制御されている。

適当な周知の形式のピトー静圧管による対気速度測定装
置８０が導線８３を経て対気速度制御回路８４に実際対
気速度信号を与える。図面では、対気速度をＡ／Ｓと略
記してある。また、対気速度制御回路８４は導線７３、
７４上のピッチ姿勢誤差信号に応答して、対気速度制御
回路８４が連結されている時には導線７５を経て姿勢制
御のゲインを増大させる。導線８３上の対気速度信号
は、コンパレータ及び単安定マルチバイブレータを含む
回路又は他の信号移行検出回路８６で複数の導線８７〜
９０上にそれぞれ、対気速度が６０ノットよりも大きい
こと、対気速度が４５ノットよりも大きいこと、対気速
度が４５ノット以下から４５ノット以上へ移行すること
（アップ移行）、対気速度が４５ノット以上から４５ノ
ット以下へ移行すること（ダウン移行）を示す信号を与
える。この回路は１９８０年８月８日に出願された米国
特許出願第１７６、８３２号に開示されている形式又は
他の形式のハードウェア又はソフトウェアにより実施可
能である。

第１図中の論理回路７２は第２図及び第３図に示されて
いる。まず第２図について説明する。ビーパースイッチ
４６は適当な電圧源１００に接続されており、ビーパー
接点４６ｆの閉路時には導線１０１上に前方ビープ要求
信号を与え、また接点４６ａの閉路時には導線１０２上
に後方ビープ要求信号を与える。オア回路１０３は導線
１０１上若しくは導線１０２上の信号に応答して、導線
１０４上にピッチビープ信号を与える。インバータ１０
５は導線１０４上の信号に応答して、アンド回路１０６
の作動を阻止する。導線１０４上に信号が存在しなけれ
ば、アンド回路１０６は導線３５上のピッチ力信号に応
答して、導線１０７上にピッチ操縦桿信号を与える。導
線１０７上のピッチ操縦桿信号は、操縦者により操縦桿
が何れかの方向に十分に動かされてスイッチ３１、３２
の何れかが閉じられているが、ビーパースイッチ４６は
押されていないことを示す。これにより、ビーパースイ
ッチ４６を押し過ぎた結果として生ずる導線３５上のピ
ッチ力信号とピッチ操縦桿を通じて操縦者により与えら
れた制御入力を示す導線３５上のピッチ力信号との識別
が可能にされている。

導線３５上のピッチ力信号は、導線１０９上にピッチ力
延長信号を生じさせるためのオア回路１０８に与えられ
る。このピッチ力延長信号は導線３５上にピッチ力信号
が存在することを示し、また導線３５上のピッチ力信号
が６秒間に亙りピッチ力信号が導線１０９上に生じ続け
る事を示す。このようなピッチ力延長信号を得るため
に、オア回路１０８は双安定回路１１０に接続されてお
り、この双安定回路は導線３５上のピッチ力信号とリセ
ット可能な６秒単安定マルチバイブレータ１１２の出力
との同時存在に応答して作動するアンド回路１１１の出
力によりセットされる。単安定マルチバイブレータ１１
２はそのセット入力端で導線３５上のピッチ力信号の出
現により始動され、始動後はその反転出力端に接続され
ている導線１１３上にそれまで与えていた信号を消滅さ
せるが、始動から６秒間経過した後には、それ以前に導
線３５上のピッチ力信号の消滅によりインバータ１１４
からの信号によってリセットされていない限り、再び導
線１１３上に信号を与える。この導線１１３は、導線３
５と共にアンド回路１１１の他方の入力端に接続されて
おり、その出力により双安定回路１１０がセットされる
ことは上記の通りである。従って、もし導線３５上のピ
ッチ力信号が６秒間以下しか継続しなければ、双安定回
路１１０はセットされない。しかし、もしピッチ力信号
が６秒間以上継続すれば、双安定回路１１０はセットさ
れる。ピッチ力信号が導線３５から消滅すると、インバ
ータ１１４を介して別の６秒単安定マルチバイブレータ
１１５が始動され、始動後はその反転出力端に接続され
ている導線１１６にそれまで与えていた信号を消滅させ
る。しかし、始動から６秒間経過した後には、再び導線
１１６上に信号を与えるようになり、この信号の立上り
により双安定回路１１０をリセットする。従って、オア
回路１０８から導線１０９にピッチ力延長信号が与えら
れるのは、導線３５上にピッチ力信号が存在する時間
と、もしピッチ力信号が６秒間以上に亙り継続するなら
ば、ピッチ力信号の消滅から６秒間経過するまでの時間
とである。後で第４図により一層完全に説明するよう
に、これにより、操縦者がピッチ操縦桿により入力を与
えている間及びその完了後に６秒経過するまでの間は、
対気速度制御回路８４による対気速度誤差信号の積分は
阻止される。

導線１０９上のピッチ力延長信号は操縦者によりなかり
の制御入力がピッチ軸に与えられたことを示すためにも
用いられ、この制御入力は（もし後方への操作であれ
ば）ヘリコプタの対気速度を低下させ（後で一層完全に
説明する）自動対気速度保持機能が連結されるべき対気
速度以下まで減ずる。例えば、もし操縦者がかなりの機
首上げ又は減速操作を行なえば、対気速度は４５ノット
（対気速度保持機能を連結する条件の例として用いられ
ている値）以下に低下するであろう。しかし、使用者又
は政府の規定により、対気速度保持機能が連結されてい
る間に開始された操縦者による操作に続いて操縦桿から
力が除かれた時には、元の対気速度基準信号が自動的に
回復されなければならないと規定されていることが多
い。従って、対気速度保持機能は、もしそれが臨界対気
速度以下への低下以前に連結されていたならば、連結を
切離されてはならない。従って、導線１０９上のピッチ
力延長信号は、対気速度が４５ノットよりも大きいこと
を示す導線８８上の信号が存在する時には常に作動可能
化されているアンド回路１２０にも与えられている。ア
ンド回路１２０は双安定回路１２２をセットし、そのセ
ット出力信号はオア回路１２３に与えられ、このオア回
路１２３は対気速度が４５ノットよりも大きいことを示
す導線８８上の信号にも応答する。オア回路１２３は、
対気速度が４５ノットよりも大きい時又は操縦桿に力が
加えられた時点で対気速度が４５ノットよりも大きい時
には常に、導線１２４上に対気速度連結可能化信号を与
える。双安定回路１２２は、−３ノットを基準値とする
コンパレータ１２６からアンド回路１２５の入力端に発
せられる信号により対気速度が実質的に初期対気速度に
回復したことが示されるまで、セットされた状態に留ま
る。コンパレータ１２６は導線１２７上の対気速度誤差
信号（基準対気速度と実際対気速度との間の差を示す信
号）に応答して、対気速度誤差が−３ノット以内である
時に出力信号を生ずる。即ち、コンパレータ１２６の出
力信号は、航空機が元の基準対気速度よりも３ノット以
上低くない速度に回復したことを示す。以上に説明した
論理動作の結果、双安定回路１２２は、もし力が操縦者
により加えられれば対気速度が４５ノットよりも大きい
時にセットされ、その後は、力が除かれ且対気速度が基
準対気速度の−３ノット以内に回復するまで、セットさ
れた状態に留まる。こうして対気速度連結可能化信号
は、対気速度が４５ノットよりも大きい時、又は対気速
度が４５ノットよりも大きい時に操縦桿に力が加えられ
てから航空機が元の対気速度−３ノット以内の対気速度
にまだ回復していない時には、常に導線１２４上に存在
している。

導線１２４上の対気速度連結可能化信号は、コンパレー
タ１３２から導線１３１上に与えられる信号にも応答す
るオア回路１３０に与えられている。コンパレータ１３
２は全操縦許容限界の±１％と等価な基準電圧を有し、
それと導線７５上の対気速度指令信号とを比較する。従
って、導線７５上の対気速度指令信号がほぼ零でない場
合には、導線１３１上に信号が存在している。それによ
り、ピッチ指令信号に突変を生じさせるような大きな対
気速度指令信号が存在する間に対気速度の４５ノット以
下への移行により対気速度保持機能が切離されることが
回避される。オア回路１３０の出力はアンド回路１３４
に与えられ、このアンド回路１３４はピッチ外側ループ
遮断信号が導線４２上に存在する時には常にインバータ
１３５により阻止状態にされる。従って、ピッチ外側ル
ープが作動しており、且対気速度が４５ノットよりも大
きい時には常に、導線１３６上に対気速度連結信号が現
れている。導線１３６上の対気速度連結信号は、もし力
が操縦桿に加えられているならば、たとえ対気速度が４
５ノット以下に低下しても存在し続ける。４５ノット以
下で対気速度連結信号を存在し続けさせる上記の条件
は、対気速度誤差が−３ノット以内になるまで、即ち現
在の対気速度が力が加えられる以前の元の対気速度から
３ノット以内の値になるまで、継続する。

第２図の最下部に示されているように、導線４５上のト
リム解除信号は０．７秒単安定マルチバイブレータ１３
７に与えられ、その出力信号はアンド回路１３８を作動
可能にして、導線４５上にトリム解除信号が出現してか
ら最初の０．７秒間だけ導線１３９上に初期トリム解除
信号を与える。この０．７秒が経過すると、単安定マル
チバイブレータ１３７の出力信号は消滅し、アンド回路
１３８を阻止状態として、導線１３９上の初期トリム解
除信号を終了させる。

次に第３図を参照すると、オア回路１４３は導線８９上
の対気速度アップ移行信号、導線１０４上のピッチビー
プ信号又は導線４５上のトリム解除信号に応答して導線
１４４上に信号を与え、この信号は、導線１４７上に信
号が存在しない状態でインバータ１４６により導通可能
状態とされるアンド回路１４５を通過して、導線１４８
上に与えられる。導線１４８上の信号はオア回路１４９
を通過して、導線１５０上に同期化要求信号として与え
られる。導線１４８上の信号はインバータ１５５にも与
えられており、インバータ１５５が導線１４８上の信号
の消滅に伴い２５秒単安定マルチバイブレータ１５６の
セット入力端を付勢するので、そのセット出力信号が導
線１５７を経てオア回路１４９に与えられる。このこと
は、通常の場合、一旦同期化要求信号が導線１４８上の
信号により導線１５０上に発せられると、その同期化要
求信号が、導線１４８から信号が消滅した後に２５秒間
に亙り現われる導線１５７上の信号により、導線１４８
上の信号の消滅時点から２５秒間に亙り維持されること
を意味する。

導線１４７上の信号はオア回路１６０により、導線１０
７上のピッチ操縦桿信号（操縦者により操縦桿に力が加
えられたことを示す信号）、導線４２上のピッチ外側ル
ープ遮断信号（もはやミキサにピッチ外側ループ入力が
与えられていないことを示す信号）又は導線１６１上の
インバータ１６２の出力信号（導線１２４上に対気速度
連結可能化信号が存在しないことを示す信号）に応答し
て与えられる。従って、導線１４７上の信号は、対気速
度保持機能が切離されているか又は間もなく切離される
こと、操縦者により操縦桿に力が加えられたこと、又は
ピッチ外側ループ入力がミキサに与えられていないこと
を示す。導線１４７上の信号はシンバータ１４６と単安
定マルチバイブレータ１５６のリセット入力端とに与え
られているので、導線１４７上に信号が存在する時には
オア回路１４９から導線１５０上に同期化要求信号が発
せられない。もし同期化要求信号が発せられているなら
ば、導線１０７、４２及び１６１上の信号の何れによっ
ても同期化要求信号は消滅する。同期化要求信号の主な
機能は、オア回路１６４を通じて導線１６５上に対気速
度同期化信号を与えることである。この信号は導線４２
又は１６１上の信号に応答しても導線４５上のトリム解
除信号に応答しても与えられ得る。後記のように、導線
１６５上の対気速度同期化信号は、それが存在している
時には常に、対気速度基準信号をその都度の対気速度に
等しくさせる。従って、操縦者がトリム解除スイッチを
押す時には常に、サイクリックピッチ自動制御機能（対
気速度、ピッチ姿勢及びロール姿勢）は中断され、トリ
ム解除スイッチが押されている間は新しい基準信号が確
立される。自動対気速度保持が完了（又はほぼ完了）し
た時には常に、対気速度誤差信号は導線１６５上の対気
速度同期化信号により零におたらされている（このこと
は自動操縦装置に対気速度入力が与えられないことを意
味する）。ピッチ外側ループが遮断されている時には、
対気速度保持は許されない。他の場合には、ピッチビー
プ信号、トリム解除信号、対気速度アップ移行信号の何
れかの発生にオア回路１４３が応答することにより対気
速度同期化信号が与えられ、それが上記事象の終了後も
２５秒間に亙り維持される。

対気速度積分器リセット信号は、導線４２、１６１又は
４５上の三つの信号の何れかに応答して、又は導線１６
９上の自動同期化信号に応答して、オア回路１６８によ
り導線１６７上に与えられる。導線１６９上の自動同期
化信号は、導線１７２上の対気速度積分器出力信号を全
操縦許容限界の８％と等価な正及び負の基準電圧と比較
するウインドコンパレータ１７１から出力信号が発せら
れた時には常に０．５秒単安定マルチバイブレータ１７
０により発せられるパルスである。それにより、後で第
４図により説明するように、対気速度積分ゲイン経路が
全操縦許容限界の±８％に等しい信号を与えている時に
は常に、対気速度積分器の出力信号は姿勢同期化回路の
積分器の出力信号と共に０．５秒間に亙り緩やかに減少
する。その結果、対気速度積分器の出力信号とピッチ姿
勢誤差信号とはそれぞれの操縦許容限界に対して同じ割
合で減少する。

導線１６９上の自動同期化信号はオア回路１７５にも与
えられ、それによりオア回路１７５はリセット可能な
０．５秒単安定マルチバイブレータ１７６をセットす
る。そのセット出力信号は導線１７７を経てオア回路１
７９に与えられる。従って、オア回路１７９は導線１７
８上に、自動同期化信号が発せられてから０．５秒間に
亙り（その間に導線１０７上のピッチ操縦桿信号により
単安定マルチバイブレータ１７６がリセットされる特殊
な場合を除いて）ピッチ姿勢同期化信号を与える。オア
回路１７９は導線４５上のトリム解除信号にも応答する
ので、ピッチ姿勢同期化信号はトリム解除中は連続的に
導線１７８上に存在する。また、オア回路１７５は導線
９０上の対気速度ダウン移行信号にも応答するので、４
５ノット以上から４５ノット以下への移行時には０．５
秒間に亙りピッチ姿勢同期化信号が導線１７８上に与え
られる。更に、オア回路１７５は導線１５０上の同期化
要求信号をインバータ１８１で反転した信号にも応答す
るので、同期化要求信号の終了時には、０．５秒間に亙
りピッチ姿勢同期化信号が導線１７８上に与えられる。
同期化要求信号は、第３図の最上部の回路のところで説
明したように、トリム解除信号の終了から２５秒間が経
過した時点で終了するので、トリム解除中に存在してい
たピッチ姿勢同期化信号がトリム解除信号の終了と同時
に消滅してから２５秒後には０．５秒間のピッチ姿勢同
期化信号が出現する。これらの信号の用途及び目的は後
で第４図により一層完全に説明する。

第３図の最下部を参照すると、複数個のコンパレータ１
８３〜１８６が導線５４、５５上のピッチ姿勢及び対気
速度制御信号に応答して、導線５４、５５上の信号が操
縦許容限界の±２．５％よりも大きい時には常に導線１
９０〜１９３上に信号を与える。もし導線５４、５５上
の信号が共に全操縦許容限界の±２．５％を越えていれ
ば、導線１９０及び１９２上に信号が現われ、それによ
りアンド回路１９５が作動し、インバータ１９６を介し
てアンド回路１９７を阻止状態にする。他方、もし導線
５４、５５上の信号が共に全操縦許容限界の−２．５％
を越えていれば、導線１９１及び１９３上に信号が現わ
れ、それによりアンド回路２００が作動し、インバータ
２０１を介してアンド回路２０２を阻止状態にする。こ
れは、既に飽和しているピッチ姿勢及び対気速度制御信
号と同一の方向にビープする試みを防ぐためのビープ禁
止機能である。即ち、第１図中の２．５％リミッタ回路
７８、７９と同様の目的で、応動能力を越えた指令が操
縦装置に与えられることは防止されている。一例とし
て、もし航空機が離陸してから速度を得るために機首を
下げるならば、擬似の空気力学的効果により航空機は、
最大５％の操縦許容限界に指令されている姿勢よりも水
平に近い姿勢を保つ。操縦者が対気速度を一層大きくす
るため機首を更に下げるようにビープしようと試みる
と、内側ループピッチアクチュエータは数秒又はそれ以
上の比較的長時間に亙り追加的な機首下げ姿勢を指令す
ることができない。機首を更に下げるようにビープする
試みは単に、航空機の応動可能な限界を越えて基準姿勢
電圧をビルドアップするだけである。航空機が姿勢を回
復する際、機首上げ（尾部下げ）に望ましくない行き過
ぎを生じ得る。従って、航空機のピッチチャネルが内側
ループを最大可能限界まで駆動している時には、行き過
ぎ指令条件が生ずるのを防ぐため、その方向へのビーピ
ング（基準値の移動）は許されない。

次に第４図を参照すると、その上半部に示されているピ
ッチ姿勢同期化及びビープ回路７０は前記米国特許出願
第１７６，８３２号に開示されているもののように、当
業者に周知の形式の典型的な積分フィードバック回路を
独得に変形したものである。加算器２０６は導線６６上
の第一鉛直ジャイロのピッチ軸出力信号から導線２０７
上のピッチ基準姿勢信号を差引いて、導線７３上にピッ
チ誤差信号を与える。導線２０７上の基準信号は積分器
２０８により確立され且保持され、該積分２０８はリレ
ーのコイル２１０が付勢された時に閉じる蒸気開路接点
２０９により入力を制御される。接点２０９が閉じてお
り、且スイッチ２１０ａが付勢されて導通している時、
導線７３上の誤差信号は可変ゲイン増幅器２１１を通じ
て積分器２０８の入力側にフィードバックされる。従っ
て、増幅器２１１のゲインとそれが積分器２０８の入力
側に接続されている時間とに関係して、積分器２０８は
その導線２０７上の出力電圧が導線６６上のピッチ電圧
と等しくなり導線７３上のピッチ誤差信号が零になるま
で積分を行ない、その後は積分を行なわない。これが同
期化と呼ばれている。同期化は、導線１７８上のピッチ
姿勢同期化信号がオア回路２１２を介してコイル２１０
を付勢して接点２０９を閉じ、同時にスイッチ２１０ａ
を導通させて、増幅器２１１及び積分器２０８を相互に
接続することにより開始される。

増幅器２１１は、入力抵抗２１５とフィードバック抵抗
との関係によりゲインが定まる演算増幅器２１４からな
っている。通常はフィードバック抵抗として抵抗器２１
６のみが接続されている。しかし、特定の条件下では、
他の抵抗器が抵抗器２１６と並列に接続され、それによ
りフィードバック抵抗が低められ、ゲインが減少する。
即ち、もし抵抗器２１７が導線１３９上の初期トリム解
除信号に応答するスイッチ２１８の閉路によりフィード
バック回路に入れられれば、フィードバック抵抗は抵抗
器２１６と２１７の並列接続により低下する。従って、
トリム解除信号が第３図中のオア回路１７９を通じて導
線１７８上にピッチ姿勢同期化信号を生じさせる信号で
ある時、増幅器２１１は、導線１３９上の初期トリム解
除信号の出現によりスイッチ２１８が閉じて抵抗器２１
７を接続してフィードバック抵抗を大幅に低めることに
より、初期の０．７秒の間は比較的小さなゲインを有す
る。この０．７秒の後、導線１３９上の信号は消滅し、
大きなゲインが回復される。積分器２０８の実効時定数
は増幅器２１１のゲインに反比例するので、トリム解除
中の時定数は初期の０．７秒の間はそれ以後に比べて比
較的大きい。例えば、増幅器２１１のゲインは、初期時
定数を５００msとし、０．７秒経過後の時定数を１６ms
に減少させるように調節されていてよい。この機能の目
的は、トリム解除スイッチが離された時、基準電圧従っ
てまた誤差電圧を初期には、内側ループの指令信号を滑
らかに移行させるように比較的緩やかに変化させること
である。しかし、初期時間（０．７秒）の後は、同期化
回路は、航空機ピッチ姿勢の変化の結果として導線６６
上のピッチ軸電圧に生ずる変化に非常に迅速に応答す
る。トリム解除信号が消滅すると、小さな時定数での同
期化により航空機の現在のピッチ角が正確に反映され、
トリム解除信号の消滅時に導線７３上に存在したピッチ
誤差信号をほぼ零にする。後で一層完全に説明するよう
に、別の抵抗器２２０が導線１６９上の自動同期化信号
に応答するスイッチ２２１の閉路により抵抗器２１６に
対して並列に接続される。入力増幅器２１１のゲインを
変更する代わりに、それと同一の効果が、当業者に周知
のように、積分器２０８の中の積分増幅器のフィードバ
ックキャパシタンスを選択的に切換えることによっても
得られる。

同期化回路の他の機能は、積分器２０８への入力をビー
プさせる場合に導線２０７上の基準信号のゆっくりした
変化を可能にすることである。そのため、導線１０４上
のピッチビープ信号に応答するオア回路２１２の出力に
よりコイル２１０が付勢され、接点２０９が閉じられる
（スイッチ２１０ａは閉じられない）。次いで、それぞ
れ電圧源２２４、２２５からの小さな正又は負の直流電
圧が導線２０３上の前方ビープ指令信号に応答する前方
ビープ指令スイッチ２２６の閉路又は導線２０４上の後
方ビープ指令信号に応答する後方ビープ指令スイッチ２
２７の閉路により接点２０９を通じて積分器２０８の入
力端に与えられる。第３図中の回路１８３〜２０４のと
ころで説明したように、積分器２０８は、導線７３上の
ピッチ誤差信号が２．５％リミッタ回路７８、７９（第
１図）を飽和値まで駆動している時にはその方向にそれ
以上駆動されることを許されていない。従って、ビープ
スイッチが閉じられて導線１０１、１０２（第３図）上
に前方又は後方ビープ要求信号が生じたとしても、ビー
プ指令信号はスイッチ２２６、２２７の何れにも与えら
れないので、それ以上の誤差は生じない。それにより、
航空機が空気力学的効果により妥当な時間内に所望の姿
勢をとり得ないことの結果として望まれる値を越えて基
準信号が増大することは避けられる。

第４図の下半部に示されている対気速度制御回路８４
は、ピッチ姿勢同期化及びビープ回路７０のところで説
明したものと同様の原理で構成された対気速度同期化回
路を含んでいる。加算器２３０は導線２３１上の対気速
度基準信号と導線８３上の実際対気速度信号との間の差
として導線１２７上に対気速度誤差信号を与える。導線
２３１上の対気速度基準信号は積分増幅器２３２により
与えられる。この積分増幅器は第４図の上半部の増幅器
２１１及び積分器２０８の組合せと等価なものであって
もよいし、当業者は周知のように入力抵抗及びフィード
バックキャパシタンスを有する簡単な積分器であっても
よい。積分増幅器２３２の入力側には、スイッチ２３３
が導線１６５上の対気速度同期化信号により閉じられて
いる時には常に、導線１２７上の対気速度誤差信号が与
えられる。スイッチ２３３が閉じられている時、積分増
幅器２３２はそのゲイン及び時定数に基いて導線２３１
上に、導線１２７上の対気速度誤差信号を零にするよう
な対気速度基準信号を生じ、それにより航空機の現在の
対気速度への対気速度基準の同期化が行なわれる。基準
信号の漏洩をなくすため、スイッチ２３３の代りにリレ
ーが用いられてもよい。

対気速度誤差信号は比例ゲイン回路２４０及び積分ゲイ
ン回路２４１を通じて加算器２４２に与えられ、その導
線２４３上の出力信号は、対気速度保持機能が導線１３
６上の信号に応じてピッチ姿勢保持機能に連結されてい
る時には常に、スイッチ２４４を通じて導線７５上に対
気速度指令信号として与えられる。比例ゲイン回路２４
０は増幅器２４６及びその後に接続されている±３．７
ノットリミッタ回路２４７からなっている。これは、大
きな対気速度誤差に応答してオーバシュートすることな
く、トリム対気速度に近くで比較的高いゲインを許す。
積分ゲイン回路２４１は、増幅器２４８に入力抵抗とし
ての抵抗器２４９とフィードバックキャパシタンスとし
てのコンデンサ２５０とを接続した積分器を含んでい
る。スイッチ２５２が閉じられると、導線１２７上の対
気速度誤差信号は±２ノットリミッタ回路２５３を通じ
て積分器に与えられる。このリミッタ回路の役割は、大
きな対気速度誤差信号による積分器での急速なビルドア
ップによって積分回路２４１の作用が航空機に所望の対
気速度からの行き過ぎを生じさせるほど大きくなるのを
防ぐことである。もしリミッタ回路２５３が用いられて
いなければ、導線８３上の対気速度信号が強い突風又は
操縦者による入力の結果として非常に大きく変化する際
に、積分器に於ける誤差のビルドアップによって対気速
度の補償が過大に行なわれ、その結果、対気速度が定常
値に落着くまでに対気速度（及び航空機のピッチング）
にゆっくりした振動が惹起される。同じ理由で、操縦者
により入力が与えられている時には常に、導線１０９上
のピッチ力延長信号がインバータ２５５を介してスイッ
チ２５２（リレーであってもよい）を開くので、積分器
には入力が与えられなくなり、従って操縦者による入力
によって生ずる誤差が長期間に亙り積分器で連続的にビ
ルドアップすることはない。操縦者により入力が与えら
れている間にビルドアップする導線１２７上の対気速度
誤差信号は、操縦者による入力の終了時に航空機を所望
の対気速度に戻すように作動する。積分回路２４１内の
ビルドアップが禁止されている間は、操縦者による入力
に従って基準対気速度が回復される際に対気速度のオー
バシュート又はその結果としての振動は極く僅かしか生
じない。もし操縦者による入力が長く（６秒以上）続く
と、積分器は操縦者による入力の終了後６秒間に亙り切
離され、対気速度のなかりの減少を許し、積分器は初期
の大きな誤差で駆動されず、また誤差が積分される時間
が減ぜられる。

第１図で説明したように、対気速度保持機能が連結され
ている時、導線７５上の対気速度指令信号は導線７３上
の姿勢誤差信号（並びに導線７４上の姿勢誤差信号）と
加算される。従って、ピッチ姿勢同期化及びビープ回路
７０と対気速度制御回路８４との間には相互関係があ
る。第４図には、操縦者が所望の対気速度にビープし得
る唯一の道は姿勢のビーピングによるものであることが
示されている。

もし例えば強い長時間の正面突風が対気速度を減ずる
と、対気速度誤差が積分器２４１でビルドアップして、
対気速度を回復するように姿勢を変化させる。姿勢の変
化は導線７３上に姿勢誤差信号を生ずる。これらの互い
に逆方向の効果は、これらの入力が等大逆方向に飽和さ
れるような点へビルドアップし得る。このような場合、
全装置の再トリミングが必要とされるので、操縦者は対
気速度保持能力が喪失したと感ずる。それを避けるた
め、対気速度積分器出力が全操縦許容限界の±８％に達
する時には常に、前記のように、導線１６９上に自動同
期化信号が発せられる。第３図で、導線１６９上の自動
同期化信号は導線１６７上に対気速度積分器リセット信
号を生じさせ、それがスイッチ２５８（第４図）に与え
られる。スイッチ２５８の閉路により抵抗器２５９がコ
ンデンサ２５０と並列に接続され、コンデンサ２５０は
０．５秒の等価時定数で放電する。同時に、導線１６９
上の自動同期化信号はスイッチ２２１に与えられ、その
閉路により抵抗器２２０が抵抗器２１６と並列に接続さ
れ、増幅器２１１のゲインを減少させるので、増幅器２
１１及び積分器２０８の組合せが同様に０．５秒の時定
数で導線７３上のピッチ姿勢誤差信号を部分的に同期化
する。こうして導線７３上のピッチ姿勢誤差信号が対気
速度積分経路２４１の出力信号と同時に等大逆方向の速
さで減ぜられる。この過程は０．５秒間しか行なわれな
い。何故ならば、導線１６９上の自動同期化信号は０．
５秒単安定マルチバイブレータ１７０（第３図）により
発せられ、またピッチ姿勢同期化信号は導線１６９上の
自動同期化信号に応答して０．５秒単安定マルチバイブ
レータ１７６により発せられるからである。これらの回
路は０．５秒間に亙り０．５秒の時定数で動作するの
で、基準電圧はそれにより元の値の６３％だけ減ぜられ
る。たとえ同期化回路７０が逆方向ゲインの半分しか与
えないとしても同率の減少がバランスして生じ、ピッチ
姿勢同期化及びビープ回路７１（第１図）が他の半分の
逆方向ゲインを与える。こうして、対気速度積分器２４
１の出力信号は、ピッチ姿勢誤差信号が操縦許容限界の
±４％から操縦許容限界の約１．５％へ減少するにつれ
て、操縦許容限界の±８％から操縦許容限界の約３％へ
減少する。従って、飽和した等大逆方向の動作は自動的
に避けられ、たとえトリムピッチ姿勢への対気速度誤差
の導入が対気速度保持能力を喪失に通ずるような大きな
ピッチ姿勢誤差を生じ得るとしても、全制御能力が容易
に保たれる。

対気速度制御装置が連結されている時に動的安定性の追
加のためにピッチチャネルのゲインを大きくするため、
一対の増幅器２６２、２６３が導線７３及び７４上のピ
ッチ誤差信号を増幅して加算器２４２に与える。

以上に説明した装置の一つの特徴は、対気速度制御装置
が対気速度の関係として自動的に連結され且自動的に切
離されることである。外側ループが遮断される場合を除
いて、対気速度制御装置が急に切離されることを確実に
防ぐため、対気速度制御装置は、ピッチチャネルへの出
力信号が、第２図中の１％コンパレータ１３２により示
されるように、非常に小さい時以外には切離されないよ
うになっている。従って、もし操縦者が意図的に航空機
の速度を４５ノット以下に下げ且新しい対気速度へのト
リミングを試みるならば、ピッチ姿勢チャネルの再同期
化により直ちに対気速度及びピッチ姿勢の誤差を再同期
させ、対気速度成分器をリセットする（第３図の最上部
の回路による）。この同期化及びリセットに伴い、導線
７３（第４図）上のピッチ姿勢誤差信号がほぼ零になり
（それによる増幅器２６２を通じての寄与が小さくな
り）また導線１２７上の対器速度誤差信号がほぼ零にな
る（それによる比例回路２４０及び積分回路２４１を通
じての寄与が小さくなる）ので、対気速度指令信号によ
る内側ループへの寄与はほぼ零になる。従って、導線１
３６上の対気速度連結信号が消滅し、スイッチ２４４が
開かれ、航空機はそれまでの対気速度及び姿勢制御の組
合せから単なる姿勢制御に復帰する。

以上に説明した装置では本発明は、第２図中の単安定マ
ルチバイブレータ１３７及びアンド回路により初期トリ
ム解除信号を発生させ、また第４図中の積分器２０８の
実効時定数を増幅器２１１のゲインの調節により調節す
るためそのフィードバック回路の抵抗を切換えることに
よって非常に簡単に実施され得る。積分器２０８の実効
時定数の調節はそのフィードバック回路のコンデンサの
切換によっても行なわれ得る。初期トリム解除信号の時
間（航空機の実際パラメータに基準パラメータが徐々に
しか追従しない時間）は、本発明が実施される航空機又
はそのパラメータチャネルの飛行特性及び回路ゲインな
どに適するように調節され得る。同様に、時定数も、こ
こに例として用いられた初期に於ける０．５秒の実効時
定数及びその後に於ける１６msの時定数とは異なる所望
の値に選定され得る。また、本発明を航空機操縦装置の
ピッチ姿勢同期化装置に用いるものとして説明したが、
本発明は勿論他の同期化装置、例えばロール姿勢同期化
装置、更には、非同期化方向ジャイロが用いられている
場合には、機首方向同期化装置にも用いられ得る。

以上には、本発明による装置の回路構成を、簡単な正論
理による論理回路を用いるものとして、また信号経路の
開閉用にリレー接点若しくはスイッチ、信号の加算用に
加算器（適当な増幅器の反転又は非反転入力端に抵抗を
組合せたもの）、信号の継続時間決定用に単安定マルチ
バイブレータ（リセット機能有り又は無し）、信号の２
値記憶用に双安定回路というように個々の回路要素を用
いるものとして説明してきた。説明した機能の多くのも
のが、インバータを必要としないように相補性出力を生
ずる論理素子を用いることにより、一層簡単に実現され
得ることは明らかである。多くの場合、説明した正論理
により論理回路は、利用し得るハードウェアチップに適
した負論理による論理回路に容易に置換され得る。従っ
て、説明した機能と同一又は等価の機能が当業者により
種々に変形された回路で実現され得ることは理解されよ
う。更に、本発明による装置の機能は、機械的機能及び
それと直接にインターフェイスする機能を除いて、適当
にプログラムを作成されたディジタル計算機を利用して
容易に実現され得る。説明したディスクリート又はアナ
ログ機能から計算機ソフトウェアによるディジタル機能
への置換は、特に前記米国特許出願第１７６，８３２号
による開示を参照して、当業者により容易に行なわれ得
よう。

本発明は一重チャネル、二重チャネル又はそれ以上の多
重チャネルの内側ループ又は外側ループを有する自動操
縦装置で実施され得る。例示した条件、値の大きさ、継
続時間及び相互関係は勿論本発明の用途に適合するよう
に変更され得る。本発明の特徴は、ここで例として説明
した機能に加えて、種々の機能の自動制御にも有用であ
る。

本発明をその典型的な実施例について図示し説明してき
たが、本発明の範囲内で上記及び他の種々の変更、省略
及び追加が行なわれ得ることは当業者により理解されよ
う。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が実施可能は航空機自動操縦装置の概要
を示すブロック図である。 第２図及び第３図は第１図の自動操縦装置に制御信号を
与えるための理論回路７２の概要を示すブロック図であ
る。 第４図は第１図の自動操縦装置のピッチ姿勢同期化及び
ビーピング回路並びに対気速度制御回路の概要を示すブ
ロック図である。 １２、１３……内側ループ縦サイクリックピッチアクチ
ュエータ，１４、１５……リンク機構，１６、１７……
サーボ増幅器，１８、１９……加算器，２４、２５……
アクチュエータ位置センサ，２６……リンク機構，２７
……サイクリックピッチ操縦桿，２８……ジンバル，２
９……トリム位置ばね，３１、３２……スイッチ，３４
……オア回路，３６……リンク機構，３７……ピッチ外
側ループトリムアクチュエータ，３８……ピッチ外側ル
ープ自動遮断回路，３９……ピッチパルサー回路，４１
……ピッチ外側ループ積分回路，４４……トリム解除ス
イッチ，４６……４軸ビーパスイッチ，５１……加算
器，５８、５９……一次遅れ増幅器，６０……加算器，
６４、６５……微分器，６８、６９……鉛直ジャイロ，
７０、７１……ピッチ姿勢同期化及びビープ回路，７２
……論理回路，７６、７７……加算器，７８，７９……
リミッタ回路，８０……対気速度測定装置（ピトー静圧
管），８４……対気速度制御回路，８６……信号切換検
出回路（コンパレータ及び単安定マルチバイブレー
タ），１００……電圧源，１０３……オア回路，１０５
……インバータ，１０６……アンド回路，１０８……オ
ア回路，１１０……双安定回路，１１１……アンド回
路，１１２……単安定マルチバイブレータ，１１４……
インバータ，１２０……アンド回路，１２２……双安定
回路，１２３……オア回路，１２５……アンド回路，１
２６……コンパレータ，１３０……オア回路，１３２…
…コンパレータ，１３４……アンド回路，１３５……イ
ンバータ，１３７……単安定マルチバイブレータ，１３
８……アンド回路，１４３……オア回路，１４５……ア
ンド回路，１４６……インバータ，１４９……オア回
路，１５５……インバータ，１５６……単安定マルチバ
イブレータ，１６０……オア回路，１６２……インバー
タ，１６４、１６８……オア回路，１７０……単安定マ
ルチバイブレータ，１７１……ウインドウコンパレー
タ，１７５……オア回路，１７６……単安定マルチバイ
ブレータ，１７９……オア回路，１８３〜１８６……コ
ンパレータ，１９６……インバータ，１９７〜２０２…
…アンド回路，２０７……加算器，２０８……積分器，
２０９……スイッチ接点，２１０……スイッチコイル，
２１０ａ……スイッチ、２１１……増幅器，２１２……
オア回路，２１４……演算増幅器，２１５〜２１７……
抵抗器，２１８……スイッチ、２２０……抵抗器，２２
１……スイッチ，２２４、２２５……電圧源，２２６…
…前方ビープ指令スイッチ，２２７……後方ビープ指令
スイッチ，２３０……加算器，２３２……積分増幅器，
２３３……スイッチ，２４０……比例ゲイン経路，２４
１……積分ゲイン経路，２４２……加算点，２４４……
スイッチ，２４６……増幅器，２４７……リミッタ回
路，２４８……増幅器，２４９……抵抗器，２５０……
コンデンサ，２５２……スイッチ，２５３……リミッタ
回路，２５８……スイッチ，２５９……抵抗器，２６
２、２６３……増幅器

フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム・クリスチヤン・フイツシヤ− アメリカ合衆国コネチカツト州モンロ−・ ウイリアム・ヘンリ−・ドライヴ23 (72)発明者 デヴイツド・ジヨン・ヴア−ゼラ アメリカ合衆国コネチカツト州ギルフオ− ド・ホワイト・バ−チ・ドライヴ348

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】航空機の姿勢を制御する操縦空力面を設定
   するための操縦空力面設定装置にして、 航空機の姿勢に関する一つの制御軸線に関する実際の姿
   勢を示す実姿勢信号を供給する実姿勢信号供給手段（６
   ８、６９）と、 航空機の操縦者によって選択的に操作されてトリム解除
   信号を供給するトリム解除手段（４４）と、 前記操縦空力面を設定するために供給された指令入力信
   号に応答するアクチュエータ装置（１２、１３）と、 前記トリム解除信号の存在中に前記実姿勢信号に応答し
   て前記姿勢制御軸線に関する航空機の望ましい姿勢を指
   示する基準姿勢信号を生成し、前記基準姿勢信号と前記
   実姿勢信号の間の差を示す姿勢誤差信号を生成し、前記
   姿勢誤差信号に応答して航空機の姿勢の望ましい変化を
   指示する姿勢指令信号を前記アクチュエータ装置へ供給
   する信号処理手段（７０、７１、７３、７８、７９、８
   ４）と、 を含み、前記信号処理手段は更に、 前記トリム解除信号の供給が開始されると、それに応答
   してその後所定期間に亙って前記基準姿勢信号を前記実
   姿勢信号に第一の同期化速度にて同期化させるように前
   記基準姿勢信号を変化させつつ生成し、前記所定期間経
   過後前記第一の同期化速度より実質的に大きい第二の同
   期化速度にて前記基準姿勢信号を前記実姿勢信号に同期
   化させるように前記基準姿勢信号を変化させつつ生成す
   る手段（２１１）を含んでいることを特徴とする航空機
   の操縦空力面設定装置。