Method and apparatus for aircraft maneuvering during taxiing

本発明は、地上走行中における航空機操縦のための方法と装置、およびそのような装置を備える航空機に関する。

地上での航空機操縦、すなわち航空機の偏揺れ(yaw)制御は、主に方向舵と、機首近辺に配置されていて、操縦可能な(一般的に「ノーズホイール(nose wheel)」と称される)前輪によってなされるということが知られている。 この目的のために、その方向舵と操縦可能な前輪は、操縦士の意思で方向舵バーによって制御される。 例えば、方向舵バーを右方向へ押し下げることによって、航空機の機首を右方向へ動かそうとする偏揺れモーメントを引き起こしたいという操縦士の望みが伝達され、この偏揺れモーメントが、方向舵と操縦可能な前輪とを右方向へ向けて得られる。

さらに、航空機の地上ブレーキは、着陸装置脚部の車輪に取り付けられたブレーキと、車輪ブレーキの有効性が増すように航空機の抗力を増加し、航空機を地上にしっかりと保持することのできるスポイラー・フラップ(エアブレーキ)と、及び／または、逆進力装置とによって確実になり、その車輪ブレーキは、操縦士又は自動装置より出される指令を考慮することのできるシステムによって制御されるということもすでに知られている。 地上走行中の飛行機にブレーキをかけるために、操縦士は、方向舵バーに取り付けられていて、航空機の長手方向軸の両側に配置されている車輪のブレーキと各々連携している２つのペダルを有する。 このように、右ペダルは、航空機の右側に配置されたブレーキを制御し、左ペダルは左側に配置されたブレーキを制御することができる。 もし操縦士がこの２つのブレーキペダルに異なるブレーキ作用をかけると、操縦士は、航空機の長手方向軸の両側に配置された車輪装置の間で差動ブレーキを生じさせ、この差動ブレーキが、航空機の偏揺れモーメントを引き起こす。

したがって、そのような差動ブレーキによって航空機の地上操縦もなされる。 よって、航空機の操縦士が地上での航空機の横移動を修正することを望む場合、操縦士は、方向舵と操縦可能な前輪とを必要とするためには方向舵バーを、及び／または、差動ブレーキを生じさせるためにはブレーキペダルを操作することができる。

しかし、強い横風やエンジン故障などのある種の状況の下では、ブレーキペダルのみによる操作では、航空機の横移動を制御し、航空機を誘導路に向うように操縦するには不十分である。

さて、そのような状況は、方向舵バーが故障した場合にも起こり得る。 特に、この場合は、航空機の地上走行中、その偏揺れコントロールのためには、ブレーキペダルしか使えない。

本発明は、この欠点を解消することと、ブレーキペダルの不均衡作用のみにより航空機に生じる偏揺れモーメントを増加させることを可能にすることを目的としている。

この目的のために、本発明によれば、地上走行中における航空機操縦のための方法が提供されており、前記航空機は、
− 操縦可能な前輪と、
− 前記航空機の後部に配置された方向舵と、
− 偏揺れしている前記航空機を制御するために、航空機の操縦士の意思で、 複合制御指令を、前記操縦可能な前輪と前記方向舵とに伝達することを可能にする方向舵バーと、
− 航空機の長手方向の垂直中央平面に対して相互に対称である少なくとも２本の着陸装置脚部であって、その着陸装置脚部の車輪がブレーキを備えているものと、
− 前記着陸装置脚部に各々連携している、前記操縦士の意思で操作される２本のブレーキ制御要素であって、各々が、その連携された着陸装置脚部の車輪ブレーキを制御するためにブレーキ指令を出すものからなり、
− 前記ブレーキ指令の間に差異が生じ、
− そのブレーキ指令の差異が、前記方向舵と前記操縦可能な前輪のための補助制御指令に変換され、
− 前記補助制御指令が、前記方向舵と前記操縦可能な前輪に、以下の二つの条件で与えられ、
− ブレーキ指令の前記差異が、第１の閾値(threshold)より大きく、
− 前記方向舵バーによって前記方向舵と前記操縦可能な前輪に伝達された 、 複合制御指令が第２の閾値(threshold)より小さいことを特徴とする。

このように、本発明によれば、その方向舵バーが、それの２本のレバーがニュートラルの位置の近くでロックされた状態で故障した場合、操縦士の側の差動ブレーキ操作で、方向舵と操縦可能な前輪を適切な方向へ回転させ、地上での航空機の移動の偏揺れをコントロールすることができる。 その一方で、地上での航空機が、操縦士に方向舵バーでもって、場合によっては差動ブレーキ操作でもって、航空機の移動を制御することを強いるような強い横風を受ける場合、差動ブレーキ操作では、方向舵の位置にも、操縦可能な前輪の位置にも、補足的な効果を及ぼすことはできないだろう。

ある既知の方法では、各ブレーキ制御要素の最大行程の値は、ニュートラルの位置と最大ブレーキ位置の間にあり、特に、この最大行程は、(前記ニュートラルの位置では)ゼロに等しい回転値の角度と、(前記最大ブレーキ位置の)回転値の最大角度の間の前記ブレーキ制御要素の回転に対応する。

前記第１の閾値は、１／３と２／３の間にある、ブレーキ制御要素の前記最大行程の分数に対応するのが望ましく、前記最大行程の少なくとも約半分に対応する、すなわち、前記第１の閾値が回転値の前記最大角度の半分に等しいことが好ましい。

本発明の望ましい実施方法においては、方向舵のための補助制御指令への前記変換より先に第１の閾値を考慮するために、ブレーキ指令の前記差異は、第１の関数に変換され、その関数はその値０を前記第１の閾値まで取り、前記第１の閾値から、好ましくは直線的に、そのブレーキ指令の前記差異の(回転値の最大角度に等しい)最大値に対して取得される最大値まで増加する。 前記第１の関数の最大値は、ブレーキ指令の前記差異の前記最大値に等しい。

前記ブレーキ制御要素と同様に、方向舵バーの各レバーの最大回転行程は、(回転のゼロ角度に相当する)ニュートラルの位置と、(角度の最大値に相当する)方向舵の最大偏向に対応する位置の間にある。

方向舵への補助制御指令にブレーキ指令の差異を変換するには、前記第１の関数に、前記ブレーキ制御要素の最大行程に対する方向舵バーのレバーの最大行程の率に等しい係数を掛けるのが望ましい。

前記第２の閾値を考慮するために、このようにして得られた前記補助制御指令は、前記複合制御指令へ追加する前に、前記第２の閾値を利用して、その外側では前記補助制御指令がゼロであり、その内側では前記補助制御指令が方向舵と操縦可能な前輪に対して限られた権限しか持たない領域を形成する制限を受ける。

前記領域の輪郭は、前記複合制御指令が前記第２の閾値に等しいときはゼロであり、前記複合制御指令がゼロであって、これらの数値の間で直線的に変化するときには前記第２の閾値に等しい関数に対応する。

前記第２の閾値は、方向舵バーのレバーの前記最大行程の、例えば２／３の、分数に相当する。

用心のため、各前記ブレーキ指令は、それらの差異の形成前に制限されている。 同様に、前記複合制御指令と前記制限された補助制御指令の合計が、前記方向舵と前記操縦可能な前輪への適用前に、制限されることが望ましい。

本発明はさらに、地上走行中における航空機操縦のための装置にも関しており、前記航空機は、
− 操縦可能な前輪と、
− 前記航空機の後部に配置された方向舵と、
− 偏揺れしている前記航空機を制御するために、前記操縦可能な前輪と前記方向舵とに、 複合制御指令を伝達することを可能にする、航空機の操縦士のが思い通りにする方向舵バーと、
− 航空機の長手方向の垂直中央平面に対して互いに対称である少なくとも２本の着陸装置脚部であって、その着陸装置脚部の車輪がブレーキを備えているものと、
− 前記着陸装置脚部に各々に連携していて、各々が、その連携された着陸装置脚部の車輪ブレーキを制御するためにブレーキ指令を出す、前記操縦士の意思で操作される、２本のブレーキ制御要素からなる。

好ましい実施例によると、本発明の装置は、
− 前記ブレーキ指令間の差異を形成する手段と、
− 前記差異を、値０を第１の閾値まで取り、その第１の閾値から先へ、ブレーキ指令の前記差異の最大値に対して取得された最大値まで増加する関数へ変換する関数発生器と、− 前記関数を、前記方向舵と前記操縦可能な前輪のための補助制御指令に変換する手段と、
− 前記補助制御指令を制限することができて、第２の閾値を利用して、その外側では前記補助制御指令がゼロであり、その内側では前記補助制御指令の権限が方向舵と操縦可能な前輪上に限られた権限しか持たない領域を形成する制限手段と、
− 前記複合制御指令と、前記第２の関数発生器によって制限された補助制御指令の合計を形成する手段と、
− 前記合計を前記方向舵と前記操縦可能な前輪に適用する方法とからなることを特徴とする。

添付図面の図は、本発明が実施される方法を説明する。 これらの図では、同一符号は同一要素を示している。
図１および２において図式的に示され、地上Ｓを滑走する航空機１は、それぞれ、２対の車輪トレイン２Ｇ、２Ｄと３Ｇ、３Ｄおよび航空機１の機首近くに配置された操縦可能な(一般的に「ノーズホイール(nose wheel)」と称される)前輪４を備える。

航空機１の左側と右側に各々配置された２つの車輪トレイン２Ｇおよび２Ｄは、航空機１の長手方向の垂直中央平面Ｖ−Ｖに対して相互に対称である。 同様に、航空機１の左側と右側に各々配置された２つの車輪トレイン３Ｇおよび３Ｄも、前記平面Ｖ−Ｖに対して相互に対称である。 他方、２つの車輪トレイン２Ｇおよび２Ｄは、前記平面Ｖ−Ｖに対して車輪トレイン３Ｇおよび３Ｄより(従って互いに)近い。

近接する車輪２Ｇおよび２Ｄの各車輪５は(図４の符号９で図式的に図示されている)個別のブレーキを備え、そのトレイン２Ｇ又は２Ｄの各個別のブレーキは、各々制御装置６Ｇ又は６Ｄによって制御される。

同様に、離れているトレイン３Ｇ又は３Ｄの各車輪７も(図４の符号１０で図式的に図示されている)個別のブレーキを備え、そのトレイン３Ｇ又は３Ｄの各個別のブレーキは、各々制御装置８Ｇ又は８Ｄによって制御される。

制御装置６Ｇ、６Ｄ、８Ｇおよび８Ｄは、それら自体、ブレーキ配分装置１１によって制御され、操縦士の意思で操作される、左１２Ｇおよび右１２Ｄの２つの要素に各々連携している２つの変換器１４Ｇおよび１４Ｄのための左ＦＧおよび右ＦＤのブレーキに対する指令をライン１５Ｇ、１５Ｄを介して各々受け取る。

既知の方法では、左ブレーキ指令ＦＧは、左の離れたトレイン３Ｇの車輪７にブレーキをかけるために特にもっとも利用され、近接する左のトレイン２Ｇの車輪５にブレーキをかけるために利用されることが可能である。 同様に、右ブレーキ指令ＦＤは、右の離れたトレイン３Ｄの車輪７にブレーキをかけるために特にもっとも利用され、近接する右のトレイン２Ｄの車輪５にブレーキをかけるために利用されることが可能である。

その他のブレーキ要素(図示略)は、航空機１の副操縦士の思い通りに置かれるのが好ましい。

図４によって図式的に示されるように、前記ブレーキ要素１２Ｇおよび１２Ｄは、航空機１の方向舵バー１３のレバー１３Ｇおよび１３Ｄの自由端に各々連接された回転ペダルからなる。

操縦士が左足(又は右足)で左ペダル１２Ｇ(又は右ペダル１２Ｄ)を回転させるとき、前記ペダルの回転は、左変換器１４Ｇ(又は右変換器１４Ｄ)によって検知され、その変換器は、前記ブレーキ配分装置１１に向けられる、対応する左ブレーキ指令ＦＧ(又は、右ブレーキ指令ＦＤ)を出す。 各ペダル１２Ｇ又は１２Ｄの回転角度αは、０(休止したペダル)からαmax(最大回転)までの間であり、対応するブレーキ指令ＦＧ又はＦＤは、前記回転角度αの値に依存する。

既知の方法では、方向舵バー１３は、航空機が地上走行中は、航空機１の方向舵１６(図２参照)と、航空機１の操縦可能な前輪４の方向を制御するように意図されている。 この目的のために、２つの変換器１７Ｇおよび１７Ｄは、左方向のＬＧＣと右方向のＬＤＣの複合偏揺れ制御指令を各々発生させるために、方向舵バー１３の２本のレバー１３Ｇおよび１３Ｄに各々連携されている。 方向舵バー１３の各レバー１３Ｇ又は１３Ｄの回転角度βは、０(休止したペダル)からβmax(最大回転)までの間であり、 複合制御指令ＬＧＣおよびＬＤＣは、作動装置１８および１９によって各々、前記方向舵１６および前記操縦可能な前輪４に与えられる。

本発明によると、変換器１７Ｇおよび１７Ｄから各々生じる偏揺れ制御指令ＬＧＣおよびＬＤＣ、ならびに、変換器１４Ｇおよび１４Ｄから各々生じるブレーキ指令ＦＧおよびＦＤは、差動ブレーキが大きくて指令ＬＧＣ又はＬＤＣが弱い場合に、方向舵１６と操縦可能な前輪４に対して補助制御指令Ｄ２ｌを発生させることのできる処理装置２０に伝達される。

この処理装置２０は減算器２１を備え、この減算器に対し、ライン１５Ｇおよび１５Ｄを利用して、完全に誤った入力データを減算器２１に伝えることを避けるように意図された各リミッタ２２Ｇおよび２２Ｄによってブレーキ指令ＦＧおよびＦＤが出される。

よって、減算器２１はその出力で、例えば、もしＦＧがＦＤより大きければプラスと、逆の場合はマイナスと考えられる差動ブレーキ指令Ｄ１を伝える。 差動ブレーキ指令Ｄ１は、差動ブレーキ指令Ｄ１を関数Ｆ(Ｄ１)に変換することのできる関数発生器２３に伝達され、その一例は図５に示されている。 この例では、関数Ｆ(Ｄ１)は、ペダル１２Ｇおよび１２Ｄの最大行程の半分(αmax／２)より下のゼロであって、前記最大行程の半分αmax／２と最大行程αmaxの間で直線的に増加するＤ１の関数である。 Ｄ１がαmaxに等しいとすると、関数Ｆ(Ｄ１)もまたαmaxにある。

よって、関数Ｆ(Ｄ１)は、閾値αmax／２より上の高差動ブレーキ指令に制限され、方向舵１６への指令へ変換することのできる変換器２４へ伝達される。 例えば、前記変換器２４は、関数Ｆ(Ｄ１)に、ブレーキペダル１２Ｇおよび１２Ｄの最大回転αmaxに対する方向舵バー１３のレバーの最大偏向βmaxの率に等しい係数Ｋを掛ける。

したがって、変換器２４の出力において、方向舵１６と操縦可能な前輪４のための補助偏向指令Ｄ２が得られる。 この補助偏向指令Ｄ２はリミッタ２５に伝達され、リミッタ２５は、方向舵バー１３に連携している変換器１７Ｇおよび１７Ｄから生じる制御指令ＬＧＣおよびＬＤＣを受け取り、指令Ｄ２の作用の領域を弱方向舵偏向指令１６へ制限し、方向舵１６と操縦可能な前輪４のブレーキペダル１２Ｇおよび１２Ｄの力を制限することのできる関数ＬｉｍＤ２を発生させる。

図６では、リミッタ２５により発生せられた制限領域２６の一例が示されている。 領域２６は、 複合制御指令ＬＧＣまたはＬＧＤが、方向舵バー１３のレバー１３Ｇおよび１３Ｄの偏向βの角度の最大値βmaxの２／３に等しい閾値２・βmax／３に等しいとき、ゼロであって、前記複合制御指令がゼロのとき、前記閾値２・βmax／３に等しい関数を満足する輪郭２７によって制限される。

上記制限領域２６の外側では、リミッタ２５は補助偏向指令Ｄ２をゼロにするが、前記領域の内側では、 補助偏向指令Ｄ２は、 複合制御指令ＬＧＣ又はＬＧＤへ逆変させられる。

よって、その出力では、リミッタ２５は、合計器２８で適切な複合制御指令ＬＧＣ又はＬＧＤに加えられる、制限された補助偏向指令Ｄ２ｌを伝達する。

よって、得られたその合計はリミッタ２９に伝達され、例えば、その合計を領域−βmax、＋βmaxに制限し、その後で方向舵１６と操縦可能な前輪４の作動装置１８および１９に伝達される。

任意で、指令Ｄ２ｌは、また、(図示略の、スポイラー・フラップのような)航空機１の空気力学的表面へ伝達され、その航空機１は、地上走行中に偏揺れモーメントを増やすことができる。

よって、強い横風の際には、航空機１の操縦士は、方向舵バー１３で、もし必要であればペダル１２Ｇ、１２Ｄでの差動ブレーキ操作で、航空機１の移動の経路を制御する。 方向舵バー１３は大いに偏っており、差動ブレーキは、方向舵１６の位置にも、操縦可能な前輪４にも補足的な影響をなさない。

同じ条件の下で、レバー１３Ｇおよび１３Ｄがロックされている場合、それらのレバーはニュートラルの位置に近く、その結果、差動ブレーキ作用は、ブレーキと、方向舵１６と操縦可能な前輪４の位置に作用し、よって航空機１の移動経路を制御できる。

本発明によって、 補助偏向指令Ｄ２ｌは、連続的かつ斬新的な方法で、方向舵バー１３から生じる指令ＬＧＣまたはＬＧＤの関数として制限され、その指令ＬＧＣまたはＬＧＤがある閾値(２・βmax／３)に到達すると、この補助偏向指令Ｄ２ｌが、実際にゼロに等しくなり、常にＬＧＣまたはＬＧＤの指令を優先する。

本発明が利用される、機体の広い民間航空機の端面図である。

図１に示す航空機の側面図である。

図１および２の民間航空機の上方からの部分図であって、ブレーキ装置と地上発生の偏揺れ制御装置とを有するさまざまな車輪トレインの位置を示すために、航空機の輪郭のみ表されている。

本発明による地上発生の偏揺れ制御装置の実施の概略図を示す。

図４に示す実施例の操作を図式的かつ部分的に説明するチャート(図表)である。

図４に示す実施例の操作を図式的かつ部分的に説明するチャート(図表)である。

１…航空機、２Ｇ・２Ｄ・３Ｇ・３Ｄ…着陸装置脚部、４…前輪、５・７…着陸装置脚部の車輪、９・１０…ブレーキ、１２Ｇ・１２Ｄ…ブレーキ制御部材、１３…方向舵バー、１６…方向舵、１８・１９…合計を前輪に伝達する手段、２１…ブレーキ指令の差異を形成する手段、２３…関数発生器、２４… 補助制御指令に変換する手段、２５…領域を形成する制限手段、２６…領域、２７…領域の輪郭、２８…合計を形成する手段、Ｓ…地上、Ｖ−Ｖ…航空機の長手方向の垂直中央平面、ＦＧ・ＦＤ…ブレーキ指令、Ｄ１…ブレーキ指令の差異、Ｄ２… 補助制御指令、Ｄ２ｌ… 補助制御指令、Ｆ(Ｄ１)…第１の関数。