JPS6240B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的には航空機の飛行制御に関
し、更に詳細には「風のシヤ」が存在することに
より起る航空機制御の問題を解決するのに役立つ
装置に関する。

天候と風とは航空機のパイロツトにとつて常に
非常に重要なものであつた。ライト兄弟（飛行実
験のためによい風と天候とを有する場所を選ん
だ）から、現代のジエツトパイロツトに至るまで
の経験から、大抵の天候のフアクターは高高度、
レーダーの使用および空気力学と云う進歩した学
問を背景とする技術と現代ジエツト旅客機の環境
により解決された。

大型の飛行機が進歩するとともに、「風のシ
ヤ」という領域の問題が起つて来た。これは航空
の初期からあつたことであるが、大型機がその処
理を加速に依存するようになつてから大きな問題
となつた。その結果、風のシヤに関係する事故が
多発し、多くは風のシヤが原因のようであるが、
風のシヤが原因とはされなかつた。最近になつて
ようやくその重要さが認められて来た。多くの情
報を集めれば集める程、風のシヤが非常に重大な
問題であることがわかる。それは非常に複雑で、
簡単な容易に理解される解答は得られない。

パイロツトは既知の風のシヤの状態に応ずるた
めに幾らか対気速度を上げるのが普通であるが、
今日の航空では予期しない風のシヤに対し用意す
るものはない。パイロツトが受けることの出来る
唯一の事前警告は、実際に通過したという他のパ
イロツトの報告から得られるものに過ぎない。事
前の警告を受けても、パイロツトはその対策とし
ては自分の当て推量によるしかなく、実際に遭遇
する時までに状態は変化し逆の状態になるかもし
れない。現在、機上装置としてパイロツトに風の
シヤについてのその時の状態を知らせる装置はな
く、将来の状態を知らせる装置はもちろん無い。
パイロツトは、手動であれ自動操縦装置であれ、
進入飛行時の対気速度を一定に維持することを全
面的に委ねられている。これらの問題はオートパ
イロツトおよびオートスロツトルを使用すること
により、更に複雑となる。

飛行機を地面近くで推力不足の状態にする風の
シヤは以下に述べるように特に危険である。

飛行機の最終進入時の下降中に、確実に増大す
る追い風に遭遇すると、対気速度を一定に維持す
るために通常必要とするパワーより若干大きなパ
ワーが要求される。これはオートスロツトルを用
いても手動で制御するときも起る。滑走路の或距
離だけ手前で追い風が減じると、対気速度は上昇
し対気速度を所要値に般持するにはパワーを減じ
なければならない。僅かではあるが着実な向い風
を滑走路の手前で受けると、パワーが低いから対
気速度が急激に減じ、パイロツトは滑走路に着陸
するためにパワーを増強しなければならないが、
エンジンの加速には時間がかゝる。パイロツトは
認められた手順に従いあらゆることを行つたが、
パイロツトが滑走路に着くまでの対気速度が充分
でなかつたので、「パイロツトのミス」が原因と
される今一つの予期しない事態が起つた。この種
の風のシヤは、特に著しい撹乱なしに、僅かに認
められるような徐々の変化で起り得るものである
から、特に油断のならないものとなる。この種の
事故が最近数件あつた。

これは風のシヤに伴う諸問題の唯一つの説明に
過ぎない。本発明の目的は、この様な問題を解決
し、可能な限り上記の諸問題を根本的に解決する
装置を提供することにある。

本発明の主たる目的は、広範な種々の風のシヤ
の状態の下に、安全な態様で着陸進入又は離陸を
行うために必要な航空機のパワー要求値をパイロ
ツトが迅速、正確に決定できるような信頼すべき
情報を提供するための簡単な装置を提供するにあ
る。

この点について、飛行機の飛行中瞬間毎に（常
時）、対気速度、風速の成分および対地速度の間
には一つの量的関係がある。各瞬間毎に、対気速
度、風速の成分、および対地速度は互に関し計算
できる値を有する。これらの３つの値の１つが変
化すると他方の２つの片方又は両方に常時瞬間的
な変化がある。対地速度を瞬間的に変化させるこ
とはできない。これは自動車を80mph（128Km／
ｈ）で走らせ、その速度を40mph（64Km／ｈ）ま
で瞬間的に変化させることができないのと同じで
ある。最終進入時に空気の異つた層を通過すると
風速成分が瞬間的に変化し、従つて対気速度が瞬
間的に変化する。又パイロツトは対気速度を元へ
戻す為に飛行機を加速、減速する。これらの瞬間
的な変化がその飛行機の作動範囲およびパイロツ
トの熟練度を越えない限り、これらのパラメータ
ーの範囲内で作動することができる。対気速度の
変動が制御できる飛行状態の範囲を越える時があ
る。これが地面近くで起ると、悲劇的となる可能
性がある。対気速度は風速成分に起る変化によつ
て完全に決まる。風速成分が20ノツト（36Km／
ｈ）だけ突然下がると対気速度は20ノツトだけ下
がる。対地速度は飛行機の加速度の限界により変
化を生じ得るに過ぎない。

基本的には、本発明は対地速度の情報を利用
し、それを通常の進入対気速度の情報に、着陸す
る際の安全な進入の為の附加的な最小限のパラメ
ーターとして加えることを意図するものである。
この目的のために用い得る対地速度情報は現在は
慣性航法（INS）からしか得られない。INS情報
は所望の総合ベクトルを用いれば、より容易且完
全に自動進入方式に加えることが出来る。所望の
総合ベクトルは、滑走路の方向と通常予期される
進入対地速度から地表向い風の風速成分の2/3を
差引いた予期される対地速度とを用いて計算す
る。第一次の基準としてINSに挿入した上記の予
期された総合ベクトルを用い、ローカライザー情
報の修正とグライドスロープ情報の修正とを加え
ることは、INS情報を進入の問題に与える最良の
方法であろう。この説明の他の部分では主とし
て、本発明により進入時の風のシヤーの問題を解
決するため、パイロツトは手動で進入するものと
仮定している。しかし、同じ原理は応用可能な任
意の自動進入方式にも適用できる。

本発明は、対地速度を対気速度と一緒にデイス
プレーすることを意図し、同一の速度目盛に指示
を行う共軸の針の形態で同一計器上にデイスプレ
ーするか、対気速度目盛上に読むように明らかに
動くL.E.D.指示指標をとりつけるかは問わな
い。L.E.D.指示指標の取付けは計器の中、附加
したガラス又は透明な前面の上を問わない。或い
は又、対気速度指示器の中又はそれに密接したデ
ジタルな読み、又は対気速度に加えた対地速度の
任意の種類のデイスプレー又は利用を問わない。
而して、説明した装置は、目視装置によるか自動
接近装置に加えるかして利用し、又は頭上のデイ
スプレーのような任意の他のデイスプレーにも用
いられる。

本発明は、着陸進入時に航空機エンジンの動力
を制御するための装置において、(a)着陸進入時の
実際の対地速度の所望対地速度からの正又は負の
差異に対応する信号を発する第１のコンパレータ
ーおよび、着陸進入時の実際の対気速度の所望対
気速度からの正又は負の差異に対応する信号を発
する第２のコンパレーターと、(b)上記第１および
第２のコンパレーターに接続され、上記第１コン
パレーターが発する上記信号と上記第２コンパレ
ーターが発する上記信号とを比較し、「上記実際
の対気速度と上記実際の対地速度とのうち、それ
ぞれの上記所望速度に対し相対的により低速な実
際の対気又は対地速度」（後述の説明を参照）を
選択し、該選択された実際の対気又は対地速度に
対する上記信号を発する第３のコンパレーター
と、(c)該第３のコンパレーターに接続され、実際
の対気速度および対地速度が、いづれも、それぞ
れの所望速度より低速とならないように航空機の
動力を制御すべき時を指示するための指示器とか
ら成る装置を提供する。

上述の「実際の対気速度と実際の対地速度との
うち、それぞれの上記所望速度に対し相対的によ
り低速な実際の対気又は対地速度」とは、換言す
れば、(イ)実際の対気および対地接度がいづれもそ
れぞれの所望速度より高速である場合−実際の対
気又は対地速度とそれぞれの所望速度との差異が
小さい方の実際の（対気又は対地）速度、(ロ)実際
の対気および対地速度のいづれか片方がその所望
速度より高速で、他方がその所望速度より低速で
ある場合−後者（他方）の実際の（対気又は対
地）速度、(ハ)実際の対気および対地速度がいづれ
もそれぞれの所望速度より低速である場合−実際
の対気又は対地速度とそれぞれの所望速度との差
異（の絶対値）が大きい方の実際の（対気又は対
地）速度、をそれぞれ意味するものである。

本発明により、風のシヤー条件がある着陸進入
時に、航空機に加える動力の適切な決定が可能と
なる。

以下図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に
説明する。

此の種の方式を用いるには、正常進入指示対気
速度および所定の対地速度を進入の基準として用
いることが必要である。これらの２つの基準値
は、対地速度が例えば５ノツト以上真の対気速度
を越える場合にパイロツトに警告するために、進
み／遅れ指示器および自動スロツトル装置や「追
い風注意」警告装置に、進入時に指令関数を送
る。この警告装置が作動すると、パイロツトは進
入を取止め、その時の地表風および偏流により決
る別の方向からの進入を行う。この条件は飛行高
度での追風の成分により生じる。該追風の成分の
比はパイロツトが対気速度の指示と対地速度の指
示から決めることができる。

第１図を見ると、対気速度および対地速度の複
合計器１０はハウジング１１とダイヤル面１２を
有し、ダイヤル面１２はノツトの速度目盛を有す
る。計算した即ち指標の対地速度の値を、例えば
指針軸２０のまわりの回動みぞ１５のマーク１４
を動かすノブ１３を調節することによつて、計器
上にセツトする。又、例えば指針軸２０のまわり
の回動みぞ１８のマーク１７を動かすノブ１６を
調節することによつて、計算した、即ち指標の対
気速度の値を計器上にセツトする。マーク１４お
よび１７はダイヤル面の速度目盛に隣接してい
る。

この場合、対気速度の指標値は通常の方法で正
常進入指示対気速度にセツトする。又、対地速度
の指標値は普通次のようにしてセツトする。先
づ、正常進入指示対気速度から飛行場の高度修正
および温度修正を用いて真の対気速度を求め、次
に地表の向い風成分の2/3（20ノツト以下）を減
じる。これらは、単なる代表的な値であり、本発
明の範囲を制限するものではない。又、離陸時の
対地速度の指標値をセツトするには、同様な修正
をV2速度（所期のリフト・オフ速度および初期
クライム・アウト速度）に施し、パイロツトはこ
れらの指針と指標との関係を監視する。最終進入
時の対地速度と対気速度とを用いるという上述の
説明は、この方式の一般的な説明と考えられ、こ
の形式の手順の使用を制限するものではない。例
えば、対地速度は滑走路に対するものでもよい
し、航空母艦の甲板に対するものでもよい。又異
つた速度値を上述の手順の基本的な考え方を変え
ずに用いることができる。

実際の対地速度（指示対地速度）は第１図の指
針２１の位置で示し、対気速度（指示対気速度）
は、共軸の指針２２の位置で示す。両指針の適当
な駆動手段を２３，２３ａに示す。

第２図を説明すると、指示対気速度の信号２４
はピトー管およびその変換装置のような感知手段
２５が与えることができる。同様に実際の対地速
度の信号２６は感知手段２７で与えることができ
る。後者の感知手段は、INSでもよく、或いはド
プラー・レーダー装置の一部であつてもよく、
又、最終進入路のすぐ近くに該進入路に沿つて配
置したDMEステーシヨンと組合わせたものでも
よい。更に又、地上発信局（例えばILS）が最新
のもので、精密な１つの周波数を発信し続け、航
空機の受信機が精密な１つの周波数に同調してい
ると、周波数の差を検出するように組合わせた装
置でドプラー差を対地速度として読取ることがで
きる。これは多分、発信機に温度制御クリスタル
を必要とし、又周波数差を対地速度として検出し
読み取る航空機の受信機およびそれに組合わせた
装置にも温度制御クリスタルが必要である。しか
し、本発明は、充分正確である限り対地速度検出
方式の形式の如何を問わず、利用することができ
る。

第２図では、所望対地速度入力１３および実際
の対地速度の入力２６を第１のコンパレーター２
８で比較し、所望対気速度入力１６および指示対
気速度入力２４を第２コンパレーター２９で比較
する。この２つのコンパレーターの出力（正又は
負）３０および３１を次に第３のコンパレーター
３２で比較し、３０および３１の出力信号のうち
代数的に小さい方の値の信号を選択して該信号を
進み／遅れ指示器３４に指令入力３３として与え
る。例えば、指令入力３３を第１図の表示比例駆
動手段３３ａに送つてもよい。デイジタルな表示
と駆動手段とを代替的に用いることができる。表
示が「遅れ」を示すならば、パイロツトは航空機
エンジンのパワーを増しこれを、表示が「零」を
示すまで続ける。又、反対に、表示が「進み」を
示すならば、パイロツトは航空機エンジンのパワ
ーを減じて表示を「零」にもどす。

第３図に示すもつと完全な方式を説明すると、
第３図でも第２図に示した構成要素は同じ参照数
字を用いる。又、第３のコンパレーター３２の出
力を３３ａで（指示器３４からの信号は５９で）
自動スロツトル制御装置６０へ送る。自動スロツ
トル制御装置６０はエンジンのパワーを制御す
る。これはパワーを調節して「進み／遅れ」指示
器３４の読みを「零」に戻すことを目的としてい
る。

さて第４図を見ると、何れの例も、パワーを正
確に制御して「進み／遅れ」表示を「零」に維持
するというパイロツトの理想を実現している。

ケース １ 左側のグラフは飛行場の標高（5000フイート即
ち約1500ｍ）と7000フイート（約2100ｍ）の高度
との間に追い風も向い風もない状態を示してい
る。右側のグラフは、対地速度の指標マーク１４
を164ノツト（即ち標高5000フイート、20℃に対
して）にセツトしている。種々の標高に対する実
際の対地速度の指針の読みは直線４０で示す。こ
の直線は高度修正を示して僅かに傾斜している。
対気速度の指標マーク１７は150ノツトにセツト
し、指示対気速度の破線４１は全ての高度に対し
常に150ノツトである。「進み／遅れ」指示器はこ
の例では対気速度コンパレーター２９の読みから
指令を受ける（例えば、この読みは最低（零）で
ある）。この例の目的は、これらの値の高度に対
する関係を明瞭にすることに過ぎない。以下の例
では標準状態における海面上の即ち標高零の飛行
場に対する関係を簡単に示す。

ケース ２ 左側のグラフでは、直線３９は、海面上の飛行
場の上空高度2000フイート（約600ｍ）に40ノツ
トの向い風があり、飛行場表面には15ノツトの向
い風がある（航空機の進入方向に関して）ことを
示している。パイロツトは、対気速度指標マーク
を150にセツトし、対地速度指標マークを140
（150−2/3×15）にセツトする。直線４０は、下
降中実際の対地速度は140ノツトに維持され「進
み／遅れ」指示器の読みを「零」に保つ。これは
対地速度コンパレーター２８が「進み／遅れ」指
示器に指令を与えていることを示唆する。（対気
速度の破線４１は2000フイート（約600ｍ）の高
度で指標値より26ノツト高いことを示す。即ち
180−150＝30ノツトこれを高度と温度について修
正して26ノツトとする）。以下のケースでは簡単
のため高度修正を行わない。高度修正値＝1000フ
イート（300ｍ）の高度につき２ノツト。

ケース ３ 左側のグラフは高度2000フイート（600ｍ）の
40ノツトの向い風が、1000フイート（300ｍ）の
高度では20ノツトの追い風に変ることを示してい
る。その後、風は飛行場の地表で24ノツトの向い
風となつている。右側のグラフでは、パイロツト
は対気速度指標マークを150ノツトにセツトし、
対地速度指標マークを134ノツト（150−2/3×
24）にセツトしている。指示対気速度は2000フイ
ート（300ｍ）の高度で174ノツト（134＋40）で
ある。高度1600フイート（480ｍ）迄下降する際
に、対地速度コンパレーターの出力は「進み／遅
れ」指示器に指令を与える。高度1600フイート
（480ｍ）に達すると、向い風が弱まるため、指示
対気速度は150ノツトに低下し、対気速度コンパ
レーターの出力は零となり「進み／遅れ」指示器
に指令を与える。更に下降を続けると、追い風が
増大し、実際の対地速度は実線４０ａで示すよう
に増加する。実際の対地速度が真の対気速度
（150ノツト）より５ノツト大きい値に達すると、
即ち155ノツトに達すると該直線は追い風警告線
（鎖線）４３と交叉し、追い風警告灯をトリガー
して点灯し（この点について第３図を見よ）、対
地速度感知装置２７の実際の対地速度出力２６′
を第４のコンパレーター４４でTAS４６の出力
４５と比較する。これは第４図のケース３の鎖線
４３のしきい値をセツトする。第４コンパレータ
ー４４の出力４７は警告灯などの警告装置４８を
制御するスイツチ４７ａをトリガーする。これは
パイロツトに着陸の中止を考慮すべきことを指示
する。パイロツトがそうするかどうかは、風のシ
ヤを安全に処理するため高度の余裕を考えて判断
する問題である。第１図も参照されたい。

ケース３では、対地速度は追い風20ノツト（高
度1000フイート即ち300ｍ）で170ノツトまで増加
する。更に降下すると、追い風が減じ、対地速度
は破線４３以下に下り、警告灯４８は消える。対
気速度コンパレーター２９の出力は実際の対地速
度がその指標セツト値134ノツトに下る迄「進
み／遅れ」指示器の支配を続ける。実際の対地速
度がその指標セツト値１３４迄低下すると、対地
速度コンパレーターの出力は「進み／遅れ」指示
器の指令を引継ぎ、実際の対地速度は134ノツト
に止まる（即ち、パイロツトが対地速度をその値
に維持するようにパワーを調節する。即ち、「進
み／遅れ」指示器を零に保つ）。指示対気速度は
接地時に156ノツトに達するように破線４１ｂで
上昇する。

ケース ４ 海面上には風がないから、２つの指標セツトは
同じ150ノツトである。高度2000フイート（600
ｍ）に20ノツトの追い風があり、実際の対地速度
の実線４０は170ノツトを示す。指示対気速度は
150ノツトであり、「進み／遅れ」指示器に指令を
与える。追い風警告灯４８が点灯する。この状態
が高度1000フイート（300ｍ）迄続くと、パイロ
ツトは着陸を取止め、反対方向から滑走路に進入
しなければならない（ケース５に示すように）。
もし着陸を取止めなければ、最初に述べたように
危険な進入を冒すことになる。本発明によりパイ
ロツトは進入開始時にこの事を知ることができ
る。

ケース ５ 「進み／遅れ」指示器は対地速度コンパレータ
ーの出力から指令を受ける。パイロツトは向い風
の減少に従いパワーを減じ安全に着陸する。指示
対気速度は170ノツトであるが、パイロツトは滑
走路に対する速度は正常な150ノツトであること
を知つており、進入の継続が安全であることを知
つており、且現在の位置と滑走路との間で風のシ
ヤに遭遇することを予知している。パイロツトは
又、指示対気速度が減じ始めるとその指示を直ち
に得る。接地する迄はずつと、対地速度は「進
み／遅れ」指示器に指令を与えつづける。

離陸前に、パイロツトは本発明の手順に従い対
気速度の指標をV2にセツトする。対地速度の指
標は同様にして進入のセツトに合わせなければな
らない。V2の速度は、飛行場の高度および温度
の修正を行つて向い風成分の2/3を差引くことに
より真の対気速度に変換する。離陸時に、「進
み／遅れ」指示器は対気速度の指標（V2）によ
つて指令を受けることができるに過ぎない。しか
し、対地速度の針および対気速度の針（又はそれ
らの指示）は相互に対しおよびそれらの指標に対
し比較して監視し、離陸時常に実際の瞬間風速成
分を決定することができる。もし指針が正しい相
対的に比例する値を維持しなければ、パイロツト
は風速の成分が離陸前に計算した値と異ることの
警告を受ける。特に、V1の速度（決定速度）に
達する前に追い風の風速成分を有するときこれを
パイロツトに知らせる。

【図面の簡単な説明】

第１図は航空機の計器の配置図。第２図は第１
図の「進み／遅れ」指示器を作動させる系の簡単
化したブロツクダイアグラム。第３図は他の装置
と共に「進み／遅れ」指示器を作動するための系
の比較的安全なブロツクダイアグラム。第４図は
風の状態が異る５つのケースについて指標と実際
の指示との対気速度および対地速度の値を示すグ
ラフ。 ２８……第１コンパレーター、２９……第２コ
ンパレーター、３２……第３コンパレーター、３
４……指示器、４４……第４コンパレーター、４
８……警告装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 着陸進入時に航空機エンジンの動力を制御す
   るための装置において、(a)着陸進入時の実際の対
   地速度の所望対地速度からの正又は負の差異に対
   応する信号を発する第１のコンパレーター２８お
   よび、着陸進入時の実際の対気速度の所望対気速
   度からの正又は負の差異に対応する信号を発する
   第２のコンパレーター２９と、(b)上記第１および
   第２のコンパレーターに接続され、上記第１コン
   パレーターが発する上記信号と上記第２コンパレ
   ーターが発する上記信号とを比較し、上記実際の
   対気速度と上記実際の対地速度とのうち、それぞ
   れの上記所望速度に対し相対的により低速な実際
   の対気又は対地速度を選択し、該選択された実際
   の対気又は対地速度に対する上記信号を発する第
   ３のコンパレーター３２と、(c)該第３のコンパレ
   ーターに接続され、実際の対気速度および対地速
   度が、いづれも、それぞれの所望速度より低速と
   ならないように航空機の動力を制御すべき時を指
   示するための指示器３４とから成る装置。 ２ 特許請求の範囲第１項の装置において、第４
   のコンパレーター４４を備え、該第４のコンパレ
   ーターに実際の対地速度の信号と真の対気速度の
   信号とが入力され、実際の対地速度が真の対気速
   度を所定値以上越えるとき該第４コンパレーター
   が、追い風警告装置４８を作動させる信号を発す
   るようになされた装置。