JPS608197A - 回転翼航空機のための過度傾き姿勢警報装置 - 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】 本発明は一般に航空機のための対地接近警報装置に関わ
り、特に、航空機の尾部が大地もしくは地面と衝突する
危険があるような飛行状態の場合に航空機の操縦者もし
くはパイロットに対して警報を与えるヘリコプタのよう
な回転翼航空機のための警報装置に関する。

従来技術 切迫した尾部衝突をパイロットに警報する装置を含め、
ヘリコプタのような回転翼航空機のための対地接近警報
装＠（ま知られている。このような装置の例として、米
国特許第ｊ，９７！？／７号および第１１．０．２１１
１．３ｇ号明細細書に開示されているものがある。

これら米国特許明細＠に開示されている装置においては
、航空機の対地高度および縦揺れもしくは縦方向の１１
イ１き、即ちピッチを監視して、航空機のピッチがｆｌ
に行しているｉＸ（ｔ　川に対して過度である場合に警
報が発生される。装置は、また航空機の降下率を監視し
て警報が発生される高度を降下率の関数として増加し、
それによりパイロットが矯正動作をとるのに充分な時間
が与えられるよう充分に早期ＶＣＮ報が発生されること
全確保している。別のＷ報装置においては、警報が発生
される高度は、航空機の降下率およびピッチ角変化率の
関数である航空機の尾部の垂直運動の関数として変えら
れ、それによりざらに警報時間の改良を図っている。

これらの警報装置は、尾部衝突が切迫していることを表
わす警報を発生するが、実際に尾部が地面ＶＣ衝突する
危険がないａ常の飛行状態下でも偽警報もしくは有害Ｍ
報を発生する傾向を有し、そのためにパイロットが実際
の警報を無視し勝ちとなるために警報の効果性が失われ
ている。

よって、本発明の目的は、従来の警報装置の欠点の多く
を克服する回転具航空機のための改良された対地接近警
報装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、切迫した尾部の衝突に関しヘリコ
プタのような回転翼航空機の操縦者もしくはパイロット
に警報を与えるが、発生される偽もしくＱよ有害鮪報の
数を最小限度に抑圧することができる対地接近４ｉ！ｒ
報装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、警報が発生される前に許さ
れるピンチの大きさを、感知し得るほどの数の偽もしく
は有害警報を発生することな（充分な警報時間を与える
ような仕方で航空機の対地高度の関数として調整する対
地接近警報装置を提供することにある。

ヘリコプタのような垂直方向に離陸および着陸する回転
翼航空機と開運する１つの問題は、このような航空機は
特に着陸および空中タキシフグ中に、比較的高いピッチ
角に達し得ると言う点てあり、航空機が高いピッチ角で
飛行中に過度に低レベルに降下すると、航空機の尾部は
地面と衝突してしまう。このような地面との衝突は危険
であり、潜在的に航空機を破壊する可能性がある。この
ような危険は、ヘリ°コプタの尾部よりも下方にまで延
びろ回転羽根を有する尾部回転翼を備えた型のヘリコプ
タの場合に待て大きい。

したがって、本発明によれは、航空機のピッチ角ならび
に航空機の対地高度を監視して航空機のピンチが飛行中
の高度に対して過度である場合に警報を発生する改善さ
れた対地接近警報装置が提案される。警報を発生するの
に必要なピンチ角は、感知し得るほどの数の偽もしくは
有害警報を発生することなく充分適切な警報を与えるよ
うに対地高度の関数として最適化される。例えば８度の
ような予め定められたピッチ角以下では総ての警報は阻
止されて、高いビッチ姿勢が通常化ずるＪｌい風空中タ
キシンメ中に起り得るようなりｈ警報が排除される。さ
らに、警報が与えられる対地高度は、相当大きな降−ド
率およびピッチ率となった時、ｆ」加的な吉報時間を与
えるように、降下率およびピッチアップ率の関数として
増加される。

本発明の」二に述べた目的および他の目的ならびに利点
は、添付図面を参照しての以下の詳細な説明を考察する
ことにより容易に明らかとなろう。

過度の偽警報を発生することな（、上述の警報を与える
ことができる本発明による陽報装置は第１図に示されて
おり、参照数字１０で全体的に表わされている。本発明
による装置ｔθは、第１図には、説明の便宜上、一連の
ゲート、比較器および同様物から構成されるものとして
機能もしくは論理ブロックダイヤグラム膨頭で示されて
いるが、本発明の論理の実際の実現は、第１図に示した
態様以外の態様で行なうことが術による実現が可能であ
るものと理解されたい。

ここで述べる警報装置で用いられる信号には、電波高度
信号、高度変化率信号、航空機の縦揺れもしくはピッチ
を表わす信号、航空機の縦揺れ変化率もしくはピッチ変
化率を表わす信号ならびにいろいろな有効信号が含まれ
る。

警報装置が設置される航空機の型式に依存して、第１図
に示した信号は、電波高度計７．２、　゛気圧高度計１
３、気圧高度変化率信号回路／＋〔この回路は例えば、
気圧高度計７３からの信号の変化率を表わす信号を発生
する微分回路から構成することができる〕、ピッチジャ
イロ／Ａ、ピッチ変化率回路／ｇ（この回路もまた微分
器から構成することができる）のような個々の計器から
得ることができるものであり、そしてさらに主禁止（Ｍ
ＡＳＴＥＲＩＮＨＩＢＩＴ）信号として合成することが
できるいろいろな有効信号が含まれる。別法として、こ
れら信号は、最近の成る種の航空機においてはディジタ
ルデータ母線がら得ることができるようになっている。

航空機の縦ｎ１１れもしくはピッチが、当該航空機が飛
行しつつある高度に対して過度であるか否かを判定する
ために、ピッチジャイロ／ｌおよび電波高度計７．２か
らの航空機のピッチを表わす信号ｉ６よび航空機の対地
高度を表わす信号がモード比較器−〇に印加される。な
お電波高度計／、２からの信号は合成もしくは結合回路
、２．２を介してモード比較器、２０に印加されるも　
゛のであり、そして該合成回路コニの機能に関しては迫
って説明する。説明の便宜上過度のピッチ状態とは、航
空機の機首が縦方向に上がっており、そしで尾部が下が
っておって、現在飛行しているピッチ角で航空機が過度
に低い高度にまで降下した場合には尾部が地面ＶｃＩｉ
ｊ突する可能性がある過度のピッチアップ（機首が上る
縦揺れ）状態と定義する。

さらに、気圧高度変化率を表わす信号も、気圧高度変化
率回路ｔりから、合成もしくは結合回路２ｑおよびココ
をも介してモード比較器コＯに印加される。さらにピッ
チ変化率回路／ｇも、スケーラ回路、２６および結合回
路、２コおよび一グを介してモード比較器−０て接続さ
れている。ピッチジャイロ／Ａには８度比較器が接続さ
れており、そして電波高度計λ、２ＶＣはｇｏフィート
比較器ＪＯが接続されている。比較器、２０＋、２ｇお
よび３ｏの出力はアンドゲート３２に供給されろ。この
アンドゲート３．２は、変換器もしくはトランスジュー
サＪＡに「尾部が低過ぎる」または類似の音声警報信号
を印加する音声発生器Ｊ４’を制御する。トランスジュ
ーサ３乙は、イヤホーンまたは拡声器とすることができ
、「尾部が低過ぎろ」信号発生器から直接または機内通
信システムを介して間接的に「尾部が低過ぎる」信号を
受けることができろ。

アンドゲート３λばまた警報うンプグ。を制御する獅報
ランプ駆動回路Ｊｇを制御するのにも用いることができ
る。

動作において、モード比較器、２０はピンチジャイロ／
Ａからの航空機のピンチ角を表わす信号を、電波高度用
／、ｌからの航空機の対地高度を表わす信号と比較する
。航空機のピッチおよび高度が一定に留っていると仮定
すると、モード比較器は航空機のピッチをめて、単にピ
ッチ角および高度をＪｉｌｉに、航空機が飛行している
電波高度に対しピッチ−が過度である場合に警報を発生
せしめる。し、かじながら、ピッチおよび高度が一定で
ない典型的な飛行状部においては、航空機の尾部の垂直
速度が、尾部の衝突が切迫しているかどうかを判定する
のて重要である。

この垂直速度は、一つの因子の関数である。そのうちの
１つの因子ｔよ、尾部の垂直速度に直接比例する航空鵜
の降下率である。尾部の垂直速度を決定する他の因子は
、航空機のピッチ変化率と、航空機の重心および航空機
の尾部間の距離によって定義されるモーメント腕（アー
ム）との関数である。したがって、ピッチの関数として
の尾部垂直速度は、スケーラ回路、２ＡＶＣよりピッチ
変化率信号回路から受けるピッチ変化率信号を較正する
ことによってめられる。なお該スケーラ回路、２Ａは航
空機のモーメント腕もしくは尾部の長さの関数としてピ
ッチ変化率信号を較正して、尾部の垂直速度を表わす信
号を発生する働きをなす。なお、５ｉｋｏｒｓｋｙ　Ｃ
Ｈ！；、３のような大型ヘリコプタおよび類似の大型ヘ
リコプタでは、ピッチモーメントＣま、ピッチ７度当り
尾部が垂直方向に約ｌフィート運動するような大きさで
ある。

気圧高度変化率回路／りおよびスケ−ラ回路、２６から
の信号は、結合回路、２４ｔによって結合されて、該回
路−リからは、航空機の降下率およびピッチ変化率の合
成から生ずる尾部の垂直運動を表わす信号が発生される
。この結合もしくは合成回路、２グは、降下率およびピ
ッチアップ（機首が上る縦揺れ）だけが結合されるよう
に設計されており、上昇率および尾部を持上げるような
ピンチ変化は無視される。この合成信号はさらに結合回
路コ、２′／こより、モード比較器、２２に印加される
見掛は電波高度信号を減少するような仕方で電波高度計
７．２からの電波高度信号と結合される。この結果、航
空機の尾部を下げる傾向の降下率およびピッチ変化率が
存在する場合には、より高い高度で警報が発生せしめら
れろ。図示の実施例においては結合回路、２コおよび、
２ケは、較正されたピッチ変化率および降下率信号を結
合して、モード比較器ＪＯに印加される電波高度信号の
大きさを調ＮｊＬ、以ってピッチアップおよび降下状態
が存在する場合には警報発生高度を太き（するのに用い
られるものである。しかしながら、ピッチ変化率および
気圧高度変化率回路／ｇおよび／りは、上記の補償を行
なうディジタルまたはアナログ回路を備えることができ
るモード比較器−〇に直接印加することもできよう。ま
た、電波高度変化率信号を気圧高度変化率信号の代りに
用いて高度調節を行なうことも可能であろう。

本発明の他の重要な様相に従かえば、ピッチジャイロ１
６からの信号は比較器、２１１により８度のピンチアッ
プを表わす基準信号と比較されろ。この比較器−ｇは航
空機のピッチを監視しておつて、該航空機のピッチが８
度のピッチアップ角を越えた場合にのみアンドゲート３
コに対して可能化信号を供給する。この様相は特に重要
である。と言うのは、例えば、航空機が地上数フィート
のところでタキシングしている空中タキシングの場合の
ように成る種の低高度運航においては、ピッチ角は容易
に８度に接近し得るからである。特にこのことは、航空
機の水平速度を減少するために航空機の機首をピッチア
ップしなければならない追風空中タキシングの場合に当
嵌る。したがって、３度比較器、２ｇはこのような飛行
状態下での偽もしくは有害警報を回避するために、ピッ
チ角が８度より小さい限りにおいて警報装置を不能化も
しくは禁止（阻止）する。

ｇｏフィート比較器Ｊｏは、電波高度計／、２からの信
号を、予め定められた最大航行高度、例えばｇｏフィー
トを表わす基準信号と比較して、航空機が上記予め定め
られた上記最大高度未満で飛行している時にのみゲー）
３．２ｆ！：可能化する。これは、航空機が、尾部と地
面との衝突が不可能となるような充分に高い高度にまで
上昇した時には、警報モードは必要でなくなるためでお
り、しかも、スプリアス信号または通常でない飛行状態
によって発生し得ろ有害警報全回壁するためである。最
後に、主禁止信号がアンドゲート３コに印加されるが、
この主禁止信号は、警報装置に信号を供給する計器のう
ちのいずれかが故障した場合にアンドゲート３２を不能
化もしくは禁止する鋤をなすものであるしたがって、主
禁止信号が存在せず、航空機のピッチ角が８度よりも大
きく且つ航空機がｇｏフィート未満の対地高度で飛行し
ている場合には、ゲート３コは、航空機が危険な飛行状
態で飛行している場合にゲートコ、２をして警報を起動
せしめるモード比較器、２０の制御下にある。このよう
な警報装置は一般に他の警報装置と関連して用いられる
ものであるので、操縦者に対しては直ちに該危険な状態
を診断して矯正動作音とることができるような特定の警
報を与えるのが望ましい。本実施例の場合、例えば、「
尾部が低過ぎる」のような音声警報が用いられて実在す
る特定の危険な状態に関し操縦者の注意を換起するよう
にしている。しかしながら、他の類似の警報を与え得る
ことは言うまでもない。さらニ、警報ランプドライバも
しくは駆動回路３ｇによって駆動されるランプＩＩｏの
ような警報灯による可視表示を与えることもできる。

警報を発生するのに要求される対地高度もしくは′電波
高度とピッチアンプの大きさとの間と正確な関係が、第
一図の斜影を付けた部分によって示されている。第２図
に示したグラフにおいて、最も内側の曲線は、上昇率と
ピッチ変化率との結合から尾部の垂直運動が存在しない
ことが判明した場合ｌｌ′ｉｃ警報を発生するのに必要
とされる条件を表わす。広汎な分析により第２図に示さ
れている２つの勾配を有する曲線が、充分な警報時間と
有害もしくは偽警報との間の最適なバランスもしくは均
衡を与えることが判明した。

第２図に示したグラフＶｃおいて、電波高度／１フィー
ト未満における警報境界を画定する直線分は次の式で定
砂される。

ＨＷＡＲＮ＝、２　／　＋、？　ＸＰＩＴＣ’Ｈ上式中
、ＨＷＡＲＮ　は警報が発生される電波高度を表わし、
そしてＢＩＴＣｆ（は航空機のピッチアップ角を度で表
わす。この線分は、約３フイート電波高度で、垂直８度
カットオフ線と交差している。

電波高度ｌＳフィートを越えている場合には警報発生基
準はより大きなピッチ角を許容するように繰和される。

この警報境界を定める線分は次式で定へされる。

ＨＷＡＲＮ＝　／、！；　！ｒ＋／、／　ＪＸＰＩＴＣ
Ｈこの線分は、約７２度のピッチ角で下側の線分と交差
し、約７０度のピンチ角でｇ０フィートカットオフ線分
と交差している。下側の線分は、上側の線分よりも急峻
である。と言うのは、ピッチ角１度当りの尾部の垂直変
位は、大きいピッチ角の場廿より小さいピッチ角におけ
る方が大きいからである。

既に述べたように、澹報が発生される高度は、航空機の
降下およびピンチによって生ぜしめられる尾部の垂直連
動を補償するために該航空機の降下率およびピッチ変化
率の関数として増加される。本実施例においては、警報
が与えられる高度は、尾部を持上げる傾向となる上昇率
およびピッチ変化率をは無視して、降下率お−よびピッ
チ変化率の合成もしくは結合から得られる尾部の７秒当
りｌフィートの垂直運動に対しｌフィートずつ増加され
る。例えば、降下率だけが存在してピッチ変化率は存在
しないものとすると、警報曲線５ｏは毎秒ｌフィートの
各降下率でｌフィートだけ高められ、したがって操縦者
には追加の１秒の警報時間が与えられることになる。同
様にして、降下率は存在せずピッチ変化率だけが存在す
る場合には、警報曲線ＳＯは、〔モーメント腕が１度毎
にｌフィートの垂直尾部運動を生せしめるようなもので
あると仮定した場合９１秒当り１度のピッチアップ率で
ｌフィートずつ上昇（上方変位）されることになる。こ
の場合にも操縦者には追加の１秒の警報時間が与えられ
ることになる。ピッチ変化率および降下率双方が共に存
在する場合には、警報包結線は、降下率およびピッチ変
化率の結合もしくは合成を基にして調節されろことにな
る。

例えば、先の例の場合のように、降下率が毎秒ｌフィー
トであり、ピッチアンプ率が毎秒７度であるとすると、
その合成で尾部の垂直運動は毎秒コフィートと言うこと
になり、したがって警報包結線はコフィートだけ増加さ
れて、操縦者には追加の２秒の警報時間が与えられろこ
とになる。しかしながら、毎秒ｌフィートの上昇率およ
び毎秒１度のピンチアンプ変化率がある場合には、この
上昇率は無視され、そして曲線Ｓθはピッチアップ変化
率を補償するようにｌフィートだけ持ち上げられること
になる。同様にして、尾部を持ち上げる傾向を有するピ
ンチ変化率も無視される。この効果は、第一図の曲線５
．２およびＳヶによって図解されている。こび、２０フ
イートの尾部の合成垂直運動によって生ぜしめられる警
報高度の７０フイートおよびλＯｌフィート増分を表わ
している。しかしながら、ざ０フイートカツトオフレベ
ルは不変に留まっている点に注意されたい。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、上
に開示した本発明の教示に鑑み数多の変形および変更が
可能である。したがって、本発明は、その範囲を逸脱す
ることな（ここに特定的に述べた仕方以外の仕方で実施
し得るものと理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による警報装置の一実施例を示す機能
ブロックダイヤグラム、そして第２図は警報を発生する
”のに航空機が達しなければならない電波高度とピッチ
アップとの間の関係を図解するグラフを示す図である。 １０・・警報装置、ｌコ・・電波高度計、１３・・気圧
高度計、ｌり曽・気圧高度変化率信号回路、１６・０ピ
ツチジヤイロ、ｉｇ・・ピッチ変化率信号発生回路、２
０・・モード比較器１．２．２．．２ｑＩＩＩ＋結合回
路、コロ囃・スケーラ回路、＋２１ｒＩＩＩＩｇ度比較
器、３ｏ−−ｇ。 フィート比較器１．？コ・嚇アンドゲート、Ｊり・・「
尾部が低過ぎる」警報発生器、３６・・トランスジュー
サ、３ｇ・・ｈ報うンプ駆動回路、ｑｏ・・警報ランプ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／）航空機の尾部と地面との切迫した接触に関する警報
   を発生するための回転翼航空機のための警報装置におい
   て、航空機の対地高度を表わす信号を発生するための手
   段と、航空機の降下率を表わす信号を発生するための手
   段と、航空機のピッチ角を表わす信号を発生するための
   手段と、航空機のピッチ角の変化率を表わす信号を発生
   するための手段と、前記対地高度信号発生手段、前記降
   下率信号発生手段、前記ピッチ角信号発生手段および前
   記ピンチ角変化率信号発生手段に応答して、ピッチ角が
   約ｇ度よりも大きく１つ高度、ピッチ角、降下率および
   ピッチ角変化率間の関係から尾部の対地衝突が切迫して
   いる場合に、切迫した尾部衝突の警報を発生するための
   警報発生手段とを含む回転翼航空機のための警報装置。 ２）警報発生手段が、ピッチ角が約ｇ度の時に約３フイ
   ートの対地高度で特報を発生するための手段と、ピンチ
   角が約７．２度の時に約３フイートの対地高度で警報を
   発生するための手段と、ピッチ角が約７０度の時に約３
   フイートの対地高度で警報を発生するための手段とを含
   む特許請求の範囲第１項記載の回転翼航空機のための警
   報装置。 ３）吉報発生手段がピッチ′ｊ！Ｊｇ度と７．２度との
   間およびピッチ角／Ｕ度と７０度との間で、前記ピッチ
   角の関数として、警報を発生するのに要求される高度を
   線形的に増加する手段を備えている特許請求の範囲第コ
   項記載の回転翼航空機のための警報装置。 リ　警報発生手段が、警報が与えられる高度を、毎秒／
   フィートの降下率毎ｌ／Ｃｌフィートずつ上げる手段を
   備えている特許請求の範囲第２項記載の回転翼航空機の
   ための警報装置。 幻　警報発生手段が、警報が発生される高度を航空機の
   尾部を地面に接近させる傾向を有する毎秒７度のピッチ
   角変化率に対してｌフィートずつ上げる手段を備えてい
   る特許請求の範囲第グ項記載の回転翼航空機のための警
   報装置。 ６〕　警報発生手段が、警報が発生される高度を、航空
   機の尾部を地面に接近させる傾向を有する毎秒１度のピ
   ッチ角変化率毎に／フィート上げる手段を備えている特
   許請求の範囲第２項記載の回転翼航空機のための警報装
   置。 り）高度信号発生手段が、電波高度計を備え、降下率信
   号発生手段が、航空機の気圧計降下率を表わす信号を発
   生するための手段を備えている特Ｍ’＋請求の範囲第１
   項記載の回転翼航空機のための警報装置。 ｇ）航空機の尾部と地面との切迫した接触に関する警報
   を発生するための回転翼航空機のための警報装置におい
   て、航空機の対地高度を表わす信号を発生するための手
   段と、航空機のピッチ角を表わす信号を発生するための
   手チ角信号発生手段に応答して、ピッチ角が約３度より
   も大きく且つ航空機の対地高度が約３フイートより小さ
   い場合、ピンチ角が約７．２度より大きく航空機の対地
   高度が約３フイートよりも小さい場合、およびピンチ角
   が約７０度よりも大きく航空機の対地高度が約３フイー
   トよりも小さい場合て、切迫し７た尾部の接触に関する
   警報を発生するための警報発生手段とを有する回転翼航
   空機のための警報装置。 ｑ）警報発生手段が、ピッチ角５度と７．２度との間お
   よびピンチ角１２度と７０度との間で前記ピンチ角の関
   数として、警報を発生するのに要求されろ高度を線形的
   て増加する手段を備えている特許請求の範囲第ｇ項記載
   の回転翼航空機のための警報装置。 １０）航空機の降下率を表わす信号を発生するための手
   段をさらに備えており、警報発生手段は、前記降下率信
   号発生手段に応答して警報が発生される高度金、航空機
   の毎秒ｌフィートの変化率毎にｌフィートずつ上げろた
   めの手段を備えている特許請求の範囲第９項記載の回転
   翼航空機のための警報装置。 ／／）　降下率信号発生手段が、航空機の気圧計降下率
   を表わす信号を発生するための手段を備えている特許請
   求の範囲第１Ｏ項記載の回転翼航空機のための警報装置
   。 ７．２）航空機のピッチ角変化率を表わす信号を発生す
   るための手段をさらに備えており、そして警報発生手段
   は、ピッチ角変化率信号発生手段に応答して、警報が発
   生される高度を、尾部を降下させる傾向を有するピッチ
   角変化率の約毎秒ｌフィートの増分毎にｌフィートずつ
   増加するための手段を備えている特許請求の範ｖＪｉ第
   ７０項記載の回転翼航空機のための警報装置。 ／３）　航空機のピッチ変化率を表わす信号を発生する
   ための手段金さらに備えており、警報発生手段は、前記
   ピッチ変化率信号発生手段に応答して、警報が発生され
   ろ高度を、尾部を約毎秒ｌフィート降丁する傾向を有す
   るピンチ変化率の増分毎１１１ｍ／フィートずつ増加す
   る手段を備えている特許請求の範囲第９項記載の回転翼
   航空機のための警報装置。 ｌり航空機のピッチ変化率を表わす信号を発生するため
   の手段を備え、善報発生手段は該ピッチ変化率信号発生
   手段に応答して、陶報が発生される対地高度を、航空機
   の尾部を地面に向けて降下する傾向を有する毎秒１度の
   ピンチ変化率毎にｌフィートずつ上げるための手段を備
   えている特許請求の範囲第デ項記載の回転翼航空機のた
   めの警報装置。 ／ｊ）　航空機の降下率を表わす信・けを発生するため
   の手段と、航空機のピンチ変化率を表わす信号を発生す
   るための手段と、前記降下率信号発生手段および前記ピ
   ッチ変化率信号発生手段に応答して航空機の尾部の垂直
   速度を表わす合成信号を発生するための手段とをさらに
   備え、驚報発去手段は前記合成信号に応答して、警報が
   発生される高度を航空機の尾部の毎秒ｌフィートの下降
   速度に対しｌフィートずつ増加する特許請求の範囲第９
   項記載の回転翼航空機のための警報装置。