How to control the center of gravity of the aircraft

本発明は、航空機の総重量の変化に依存した予め定められた燃料移送シーケンスを採用することによって、航空機の総重量の重心（ＧＷＣＧ）を制御する方法に関する。

複数の燃料タンクを備えた航空機において、飛行中に燃料が使用されるときに別個のタンク間で燃料を自動的に移送することは一般的な慣行である。 燃料移送の制御は、様々なタンク内における燃料の量に依存するが、他の要因も考慮されうる。 斯かる要因の一つは航空機の総重量の重心（ＧＷＣＧ）である。 燃料が使用されるとき、ＧＷＣＧは航空機の中心軸線に沿って前後に移動しうる。 ＧＷＣＧが所定の限界値を超えて移動せしめられる場合、航空機を制御するパイロットの能力が損なわれることがある。 航空機における種々のタンク間での燃料の移送は、ＧＷＣＧの移動を制御し且つ前方及び後方の限界値が越えられることを妨げるのに用いられる。

いくつかの航空機は、航空機の後部の方へ、例えばテール区域の水平尾翼内において、又は貨物領域の後部の方へ配設された１以上の燃料タンクを有する。 この燃料タンクは航空機の末端部に配設されるので、この範囲内に保持された燃料の重量は全体として航空機のＧＷＣＧに大きな影響を及ぼす。

通常、航空機のＧＷＣＧは各別個の燃料タンク内における燃料の質量を用いて計算され、燃料の質量は各燃料タンクについて燃料量の計器（ＦＱＩ）によって与えられる。 前方及び後方の限界値の範囲内にＧＷＣＧを維持すべく、燃料の移送はとりわけこの計算値に基づいて制御される。 しかしながら、１以上のＦＱＩが故障した場合、特にトリムタンクについてのＦＱＩが故障した場合、報告された燃料の質量に基づいてＧＷＣＧを直接計算することができず、このため、この原理でＧＷＣＧを制御すべく燃料の移送を直接制御することができない。

本発明の一つの態様によれば、複数の燃料タンクを有する航空機の重心を制御する方法において、予め定められたシーケンスに従って１以上の燃料タンクから燃料を移送することを含み、シーケンスのタイミングが航空機の総重量の減少に依存する、方法が提供される。

予め定められたシーケンスは、予め定められた前方限界値と、予め定められた後方限界値との間に航空機の重心を維持するように構成される。

複数の燃料タンクは好ましくはトリムタンクを含み、且つ、シーケンスは、総重量が第１の量だけ減少するのにかかる時間の間にトリムタンク以外の１以上の燃料タンクから燃料を移送することと、総重量が第２の量だけ減少するのにかかる時間の間にトリムタンクから燃料を移送することとを交互に繰り返すことを含み、第２の量は第１の量よりも少ない。

航空機の総重量は、積載燃料がゼロの状態の航空機の重量について予め定められた値と、最新の積載燃料についての値との合計として計算されうる。

加えて、最新の積載燃料についての値は、積載燃料の初期量（ＦＯＢinit）から、使用された燃料の量を減算した値として計算されうる。

加えて、積載燃料の初期量（ＦＯＢinit）についての値は、航空機の全てのエンジンが起動した時点において、各燃料タンク内における燃料の合計として決定されうる。 各燃料タンク内における燃料の量は手入力されうる。

代替的に、各燃料タンクは、関連する燃料量の計器を有することができ、且つ、積載燃料の初期量（ＦＯＢinit）についての値は、航空機の全てのエンジンが起動した時点において、故障した関連する燃料量の計器を有する各燃料タンクについて割り当てられる燃料の値の合計に残りの各燃料タンク内における燃料の合計を加算したものして決定されてもよい。

好ましくは、割り当てられる値はゼロから燃料タンクの最大容量までの範囲内である。

割り当てられる値は、機能している燃料量の計器を有する残りの燃料タンクのうちの一つのタンク内における燃料の量に等しくなるように自動的に設定されうる。 代替的に、割り当てられる値は手入力され且つゼロであってもよい。

代替的に、航空機の総重量の減少が、使用された燃料の重量に等しいと見なされてもよい。

加えて又は代替的に、燃料移送のシーケンスは、トリムタンクが空であることが宣告されるまで続いてもよい。 トリムタンク内に配設された燃料ポンプからの燃料圧信号が、所定の時間よりも長い間、閾値よりも小さいときに、トリムタンクが空であることが宣告されてもよい。

図１は、航空機の燃料タンクの考えられる配置を概略的に示す。

図２は、燃料移送が本発明の実施形態に従って作動した状態の、航空機のＧＷＣＧの変化を示す。

本発明の実施形態が、以下、添付の図面を参照して、限定されるものではない例のみの目的で記述される。 航空機の燃料システム内における、別個の燃料タンクの典型的な構成が図１において概略的に図示され、この図１では、明確化のために、燃料タンクを含む航空機の部分、すなわち翼区域及びテール区域のみが図示される。 二対の燃料タンク（全部で四つの別個のタンク）、すなわち内側の対４ａ、４ｂ及び外側の対５ａ、５ｂが航空機の翼２内に配設される。 更なる二つのタンク６ａ、６ｂも翼内に配設され、実際には、各エンジンに供給される燃料は二つのタンク６ａ、６ｂから取り込まれる。 これらタンクは供給タンクと称される。 典型的には、航空機によって運ばれる燃料の大部分は翼のタンク内に保持される。 単一の中央タンク７が航空機の翼間の胴体内に配設される。 加えて、単一のトリムタンク８が、航空機のテール領域内、より具体的には水平尾翼１０内に配設される。 当然のことながら、図示された燃料タンクの構成は単に例として示され、他の構成も可能である。 例えば、いくつかの航空機は、航空機の貨物室内に配設される追加のタンクを有してもよい。

対応する燃料量の計器（ＦＱＩ）が各別個の燃料タンクに関連付けられ且つ各タンク内における燃料の量についての報告値を提供し、この値は概してキログラム単位で与えられる。 実際には、航空機の姿勢に関する情報と、燃料タンクの形状に関する更なる情報と一緒に、多数の別個の燃料センサーからの測定値が各燃料タンクについて得られ、これらが適切なデータプロセッサによって結合されると、燃料タンク内に含まれる、報告される燃料の量について、単一の値が提供される。 しかしながら、明確にして理解を容易にする目的で、各燃料タンクについてのＦＱＩは単一ユニットとして見なされうる。 全ての別個の燃料タンクについて各ＦＱＩによって報告される値は、通常、燃料管理システムを含む航空機制御システムの他の部分に提供されるだけでなく、航空機のコックピットにおける適切な表示器によって航空乗務員に報告される。 上記されたように、航空機の総重量の重心（ＧＷＣＧ）は各別個のタンクについての燃料の質量値を使用して計算されうる。 次いで、ＧＷＣＧの値は、航空機について予め定められた安全な制限値内にＧＷＣＧを維持すべく、燃料管理システムによって別個の燃料タンク間で燃料を自動的に移送するのに使用される。 しかしながら、ＦＱＩが万が一故障した場合、ＧＷＣＧについての値をこの手段で直接計算することがもはや不可能である。

本発明の実施形態によれば、１以上の燃料タンクのＦＱＩが万が一故障した場合、航空機における燃料の重量の変化、ひいては航空機の全重量の変化に基づく、燃料移送のストラテジー（strategy）が、燃料が使用されるときに採用される。 ストラテジーは、１以上の主燃料タンク、すなわち翼の燃料タンク又は中央の燃料タンクから供給タンクへ燃料を移送することと、ＧＷＣＧに最も大きな影響を与える燃料タンクから供給タンクへ燃料を移送することとを交互に行うことであり、各移送は、航空機の積載燃料の全重量が、予め定められた量だけ減少するのにかかる時間に等しい継続時間を有する。 本発明の一つの実施形態によれば、燃料は、積載燃料の全重量、ひいては航空機の総重量が３００００ｋｇ（３０メートルトン）だけ減少するのにかかる時間の長さの間に翼のタンクから移送され、その後、総重量が５０００ｋｇ（５メートルトン）だけ減少するのにかかる時間の間にトリムタンクから移送される。 その後、このパターンが繰り返される。 航空機のＧＷＣＧに最も大きな影響を与える燃料タンクは、燃料タンクの構成に応じて航空機毎に変わるであろう。 例えば、その燃料タンクは、水平尾翼内に配設されたトリムタンク又は後部の貨物タンクかもしれない。

燃料移送のパターン及びこれらの継続時間は、航空機のＧＷＣＧが、ＦＱＩの故障時において最初は十分に前方及び後方の限界値内にあるという仮定に基づいて、この航空機についての前方及び後方の設定限界値内にとどまることを確実なものとすべく、予め定められる。 この仮定は、ＧＷＣＧが燃料移送の正常作動時において所要のマージンで前方及び後方の限界値の範囲内にあるように制御されるので有効である。 図２は、上述された本発明の実施形態に従って燃料移送が作動せしめられるときの、航空機の実際のＧＷＣＧの変化をグラフで示す。 縦軸は航空機（この特定の場合、大型旅客機）の総重量を表し、一方、上下の両方の横軸は航空機の重心を表し、航空機の重心は、空力平均翼弦（ＭＡＣ）の前縁からのＭＡＣのパーセンテージの単位及びメートルトン／メーターの単位でそれぞれ測定された。 太い実線は、考えられうる様々な航空機の総重量について予め定められた航空機のＧＷＣＧの限界値を表し、考えられうる様々な航空機の総重量の範囲内において、ＧＷＣＧは、航空機が安全に制御されることを確実なものとすべくこれら限界値内にとどまることが義務付けられる。 これら限界値は、典型的には、航空機の新しい設計について数値的にモデル化され且つ実際の試験飛行データによって検証され、このため航空機の設計毎に変わるであろう。 ＧＷＣＧの前方限界値は、矢印１２及び１４によって示される実線の左側の要素によって表され、一方、後方の限界値は矢印１６によって示される。 ＧＷＣＧの前方限界値と後方限界値との間にプロットされた細線１８が、本発明の実施形態に従って燃料移送が行われている状態で燃料が使用されるとき、ひいては航空機の総重量が減少するときの航空機の実際のＧＷＣＧを時間の経過とともに表す。 プロット線の上端は、ＦＱＩの故障が報告されたときの時間点を表し、この時間点は、図示された例では、約３７００００ｋｇ（約３７０メートルトン）の航空機の総重量に対応する。 上述された本発明の実施形態によれば、翼タンクからの燃料移送が開始されて航空機の総重量が（燃料の使用を通して）３００００ｋｇ（３０メートルトン）だけ減少するまで続く。 このことは図２上で矢印２０によって示される。 この点において翼タンクからの移送が停止され、矢印２２によって示されるように、トリムタンクからの移送が開始されて航空機の総重量が更に５０００ｋｇ（５メートルトン）だけ減少するまで続く。 その後、このパターンが繰り返される。 （矢印２２、２４、及び２６によって示される）トリムタンクからの燃料移送が（矢印２０、２８、３０、及び３２によって示される）翼タンクからの燃料移送よりも航空機のＧＷＣＧにはるかに大きな影響を与えることが図２から見られることができる。

航空機が着陸の前にその降下を始めるとき又はトリムタンクが空であることが宣告されるときに移送のパターンは停止される。 トリムタンクのＦＱＩからの報告値に基づいて、又は、トリムタンクのＦＱＩが故障した場合には、トリムタンク内に配設された１以上の燃料ポンプが、予め定められた時間よりも長い間、低い燃料圧の測定値（トリムタンク内に残っている燃料が正常なポンプ作動には不十分であることを示している）を報告するときにトリムタンクが空であることが宣告されうる。

ＦＱＩが万が一故障した場合、航空機の総重量における変化を測定するために、多数の方法が本発明の実施形態に従って使用されうる。 斯かる方法の一つは、出願人の同時係属中の特許出願（出願人整理番号ＸＡ２９３９）において提供された方法を使用して、航空機の総重量についての値、すなわちＡＧＷ＿Ｆａｉｌｅｄ＿ＦＱＩを計算することである。 この方法では、以下のようにＡＧＷ＿Ｆａｉｌｅｄ＿ＦＱＩが計算される。
ＡＧＷ＿ＦａｉｌｅｄＦＱＩ＝ＦＯＢ＿ＦａｉｌｅｄＦＱＩ＋ＺＦＷ
ここで、ＺＦＷは、（典型的には航空乗務員によって燃料管理システムに手入力される、）積載燃料がゼロの状態の航空機の重量について予め定められた値であり、且つＦＯＢ＿Ｆａｉｌｅｄ＿ＦＱＩは、航空機の積載燃料の量について計算された値である。 ＦＯＢ＿Ｆａｉｌｅｄ＿ＦＱＩの計算は以下のように行われる。
ＦＯＢ＿ＦａｉｌｅｄＦＱＩ＝ＦＯＢinit−Ｆｕｅｌ＿Ｕｓｅｄ
Ｆｕｅｌ＿Ｕｓｅｄは、航空機の全てのエンジンが起動されて完全に作動している時点から航空機のエンジンによって使用される燃料の値であり、且つ、各航空機のエンジンに関連付けられた、燃料使用の計器によって提供される値の合計から決定される。

ＦＯＢinitは、航空機の全てのエンジンが航空機の派遣（dispatch）前に完全に作動している時点、すなわちＦｕｅｌ＿Ｕｓｅｄが記録され始める時間と同一の時点における、積載燃料の初期量についての値である。 航空機についての全てのＦＱＩが航空機の派遣の時点で機能している場合、その後、ＦＯＢinitの値は、各ＦＱＩによって報告される燃料量の値の合計として与えられる。 その後にＦＱＩが故障した場合、ＦＯＢ＿Ｆａｉｌｅｄ＿ＦＱＩについての値は、その後、航空機の飛行中に燃料管理システムによって連続して計算され、この場合、ＦＯＢ＿Ｆａｉｌｅｄ＿ＦＱＩについて計算された値がＦＯＢの正常値に置き換わる。

航空機が派遣される前にＦＱＩの故障が生じた場合、その後、ＦＯＢinitについての値は代替的な方法で測定される。 いくつかの実施形態によれば、ＦＯＢinitについての値は、作動しているＦＱＩによって報告される値の合計に、故障したＦＱＩに関連する燃料タンク内における燃料の量について割り当てられる値を加算したものとして決定される。 割り当てられる値は、単に、故障したＦＱＩのタンク内において予期される燃料の量についての航空乗務員の知識に基づいて航空乗務員によって手入力される値であってもよい。 代替的に、割り当てられる値は、故障したＦＱＩに関連する燃料タンクの位置に応じて自動的に決定されてもよい。 例えば、故障したＦＱＩに関連する燃料タンクが翼のタンク（４ａ、５ａ）の一つである場合、その後、割り当てられる値は、反対側の翼内に配設された対応する姉妹タンク（sister tank）（４ｂ、５ｂ）について報告されるＦＱＩの値に等しくなるように設定される。 故障したＦＱＩに関連する燃料タンクがトリムタンクである場合、その後、割り当てられる値はゼロに設定される。 １つよりも多いＦＱＩの故障が生じる場合には、その後、関連するタンクのそれぞれについて割り当てられる値は、上述された方法のいずれかに従って決定され、例えば、それぞれの割り当てられる値を決定する、１つよりも多い方法が同時になされうる。

ＦＯＢinitについての値を決定する更なる代替方法は、各燃料タンクについて（これらの関連するＦＱＩが故障したか否かに関わらず）推定値を手入力して全ての推定値を合計することである。

ＡＧＷ＿Ｆａｉｌｅｄ＿ＦＱＩの変化は、ＦＱＩが万が一故障した場合にＡＧＷ＿Ｆａｉｌｅｄ＿ＦＱＩについての値を計算する上記の方法を使用して決定され、本発明の実施形態に係る燃料の移送パターンを制御するのに使用されうる。

他の実施形態では、代替的に、ＦＯＢ＿Ｆａｉｌｅｄ＿ＦＱＩについての値が、航空機の総重量の変化を決定し且つこれによって燃料の移送パターンを制御するのに使用されてもよい。

更なる実施形態では、使用された燃料の値は、各エンジンによって使用された燃料の、関連する燃料使用の計器からの報告値を合計することによって決定されるので、航空機の総重量の変化を直接決定し且つこれによって燃料の移送統制（transfer regime）を制御するのに使用されてもよい。

上記のように且つ理解されるように、各燃料移送の継続時間は航空機の種々の設計について異なるであろう。 しかしながら、いかなる場合でも、移送の継続時間は、燃料移送がこの航空機について前方及び後方の設定限界値の範囲内にＧＷＣＧを維持することを確実なものとするように、（図２において示される例のように）公知のＧＷＣＧ特性に基づいて決定されるであろう。