JP6391924B2 - 航空機内で乱気流状態を判定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、航空機内で乱気流状態を判定する方法に関する。

現代の航空機は、情報を収集し、そのような情報を航空機の操縦士に提供できる、さまざまなセンサを有することができる。例えば、さまざまなセンサからの情報は、航空機の検出された乱気流および方位の表示を航空機搭乗員に提供するために使用することができる。そのようなシステムは、扱いにくく重量があり、単一のセンサの故障によりシステムが不能になる可能性がある。

米国特許第５６０１２５６号明細書

一実施形態では、本発明は、ハンドヘルド装置が航空機の内部に配置される間に、ジャイロスコープ、検震器、および加速度計のうちの少なくとも１つから出力を受信すること、受信された出力を受信された出力用の乱気流の閾値と比較すること、ならびに比較により受信された出力が乱気流の閾値を超えることが示された場合、乱気流状態の指示を提供することを含む、ジャイロスコープ、検震器、および加速度計のうちの少なくとも１つを有するハンドヘルド装置を用いて航空機内で乱気流状態を判定する方法に関する。

本発明の実施形態が実行される環境の一例を提供する航空機のコックピットの概略図である。 その中にハンドヘルド装置が配置された図１のコックピットの一部の拡大図である。 航空機内で搭乗員が手に持っているハンドヘルド装置の概略図である。 本発明の実施形態により図１の航空機内で乱気流状態を判定する方法を示す流れ図である。

図１は、コックピット１２を有する航空機１０の一部を示す。民間航空機が図示されたが、本発明の実施形態は、これらに限定されないが、例えば、固定翼、回転翼、ロケット、個人用航空機、および軍用航空機などの任意のタイプの従来の航空機内で使用することができると考えられる。第１のユーザ（例えばパイロット）は、コックピット１２の左側にあるシート１４に存在することができ、別のユーザ（例えば副操縦士）は、シート１６でコックピット１２の右側に存在することができる。さまざまな計器２０を有するフライトデッキ１８および複数の多機能フライトディスプレイ２２は、パイロットおよび副操縦士の前に配置することができ、航空機１０を飛ばす際に助けになる情報を航空機搭乗員に提供することができる。

フライトディスプレイ２２は、主要なフライトディスプレイまたは多機能ディスプレイを含むことができ、航空機１０の操縦および制御で使用される、広範囲の航空機情報、フライト情報、ナビゲーション情報、および他の情報を表示することができる。フライトディスプレイ２２は、カラーグラフィックスおよびテキストをユーザに表示することができる場合がある。フライトディスプレイ２２は、ディスプレイを少なくするかまたは多くすることを含む、任意の方式でレイアウトすることができ、同一平面上である必要も、また同じサイズである必要もない。タッチスクリーンディスプレイまたはタッチスクリーン面２４はフライトディスプレイ２２の中に含むことができ、パイロットおよび副操縦士を含む１人または複数の航空機搭乗員が使用して、航空機１０のシステムと対話することができる。マウスなどの１つまたは複数のカーソル制御装置２６、および１つまたは複数の多機能キーボード２８は、コックピット１２の中に含むことができ、やはり１人または複数の航空機搭乗員が使用して、航空機１０のシステムと対話できると考えられる。

コントローラ３０は、フライトディスプレイ２２、タッチスクリーン面２４、カーソル制御装置２６、およびキーボード２８を含む航空機１０の構成部品に、動作可能なように結合することができる。コントローラ３０はメモリ３２を含むことができ、メモリには、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、または、ディスク、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、などの１つもしくは複数のさまざまなタイプの携帯型電子メモリ、またはこれらのタイプのメモリの任意の適切な組合せが含まれ得る。コントローラ３０はプロセッサ３４を含むことができ、プロセッサ３４は任意の適切なプログラムを走らせて、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）およびオペレーティングシステムを実装することができる。これらのプログラムは、通常、オプションを選択すること、コマンドおよび他のデータを入力すること、ファイルを選択し開くこと、ならびにタッチスクリーン面２４を介してアイコンを移動すること、などの機能を、ユーザがタッチスクリーン面２４上で実行することを可能にするデバイスドライバを含む。コントローラ３０は、ＦＭＳの一部であり得るか、またはＦＭＳに動作可能なように結合することができる。

コンピュータ検索可能な情報データベースはメモリ３２に格納され、プロセッサ３４によってアクセス可能であり得る。プロセッサ３４は一組の実行可能命令を走らせて、データベースを表示するか、データベースにアクセスすることができる。あるいは、コントローラ３０は、情報データベースに動作可能なように結合することができる。例えば、そのようなデータベースは、代替のコンピュータまたはコントローラに格納することができる。データベースは、複数のデータセットを有する単一のデータベース、一緒にリンクされた複数の不連続なデータベース、または単純なデータ表さえ含む、任意の適切なデータベースであり得ることが理解されよう。

また、コントローラ３０は航空機１０の他のコントローラ（図示せず）と接続することができる。コントローラ３０は、無線通信リンク３６を介して他のシステムまたは装置と無線でリンクできる場合があり、無線通信リンク３６は航空機１０の中に含まれ、コントローラ３０と通信可能なように結合することができ、その結果コントローラ３０は、無線通信リンク３６を介して無線で接続された装置およびシステムと情報を転送することができる。そのような無線通信リンク３６には、パケット無線、衛星アップリンク、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｆｉｄｅｌｉｔｙ（ＷｉＦｉ）、ＷｉＭａｘ、ＡｅｒｏＭＡＣＳ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ(商標）、ＺｉｇＢｅｅ、３Ｇ無線信号、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）無線信号、グローバルシステムフォアモバイルコミュニケーション（ＧＳＭ(商標））、４Ｇ無線信号、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）信号、イーサネット(商標）、またはそれらの任意の組合せが含まれ得るが、これらに限定されない。

図２を参照すると、さまざまなセンサ４２を有するハンドヘルド装置４０を航空機１０内に配置することができる。図示されたように、ハンドヘルド装置４０はコックピット１２の内部に存在することができる。あるいは、ハンドヘルド装置４０は、航空機の電子装置および装置格納室の内部か、または航空機１０の全体にわたって他の場所に存在することができる。ハンドヘルド装置４０は航空機１０の内部に取り付けることができ、例えば、ハンドヘルド装置はブラケット４３または他の適切なメカニズムを介して、フライトデッキ１８に取り付けることができる。あるいは、ハンドヘルド装置は航空機搭乗員が手に持つことができる。限定的でない例として、ハンドヘルド装置４０に含まれたセンサ４２は、３軸ジャイロスコープ、検震器、傾斜センサ、加速度計、振動センサ、共振器、などを含む、任意の数の適切なセンサを含むことができる。

ディスプレイ４４もハンドヘルド装置４０に含むことができる。ディスプレイ４４はタッチスクリーン４６である場合があり、その結果ユーザがタッチスクリーン４６を介してディスプレイ４４と対話できると考えられる。ハンドヘルド装置４０はタッチスクリーン４６を有するスマートフォンとして図示されたが、ハンドヘルド装置４０は、ＰＤＡ、タブレットＰＣ、または、特定の目的のために製造されたハンドヘルド装置などの他の適切な装置であり得ることが理解されよう。キーボードまたはカーソル制御装置もハンドヘルド装置４０の中に提供されて、ディスプレイ４４とのユーザ対話を可能にすることができる。

他のシステムおよび装置と無線でリンクすることを可能にするために、ハンドヘルド装置４０は、他の装置およびシステムと無線でリンクできる任意の適切な無線通信リンク４８も含むことができる。特定のタイプまたはモードの無線通信は本発明に不可欠ではなく、後に開発される無線ネットワークは確実に本発明の範囲内と考えられることも理解されよう。コントローラ３０は、有線接続を介して、または、無線通信リンク３６および無線通信リンク４８を介した無線のいずれかで、ハンドヘルド装置４０に動作可能なように結合できると考えられる。したがって、ハンドヘルド装置４０と航空機１０はデータ通信状態になることができると考えられる。コントローラ５０はハンドヘルド装置４０に含むことができ、センサ４２、ディスプレイ４４、タッチスクリーン４６、および無線通信リンク４８を含む、ハンドヘルド装置４０の構成部品に動作可能なように結合することができる。コントローラ５０は任意の適切なメモリおよび処理装置を含むことができ、それらは任意の適切なプログラムを走らせて、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）およびオペレーティングシステムを実装することができる。

航空機１０のハンドヘルド装置４０およびコントローラ３０のうちの１つは、乱気流状態を判定するための実行可能命令セットを有するコンピュータプログラムの全部または一部を含むことができる。ハンドヘルド装置４０またはコントローラ３０が乱気流状態を判定するためのプログラムを走らせるかどうかにかかわらず、プログラムには、そこに格納されたマシン実行可能命令またはデータ構造を搬送または有するマシン可読媒体を含むことができる、コンピュータプログラム製品が含まれ得る。そのようなマシン可読媒体は、汎用もしくは専用のコンピュータ、またはプロセッサを有する他のマシンによってアクセスできる任意の入手可能な媒体であり得る。一般に、そのようなコンピュータプログラムには、特定の作業を実行することの技術的効果を有するか、または特定の抽象データ型を実装する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、アルゴリズム、などが含まれ得る。マシン実行可能命令、関連するデータ構造、およびプログラムは、本明細書に開示された情報交換を実行するためのプログラムコードの例を表す。マシン実行可能命令は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または専用処理装置に、ある特定の機能または機能のグループを実行させる命令およびデータを含むことができる。

動作中、ハンドヘルド装置４０のセンサ４２はデータを収集することができ、そのようなデータは、ハンドヘルド装置４０のコントローラ５０または航空機１０のコントローラ３０のいずれかに提供することができる。コントローラ３０またはコントローラ５０のうちの１つは、センサ４２の出力に基づいて乱気流状態を判定するためのプログラムを実行することができる。すなわち、乱気流状態を判定するプログラムは、センサ４２から受信された出力に基づいて、航空機１０が乱気流に遭遇しているかどうか、または航空機１０が乱気流に遭遇しようとしているかどうかの結論を引き出すことができる。

ハンドヘルド装置４０が航空機１０の内部で搭乗員によって保持されている場合、ハンドヘルド装置４０は、航空機の姿勢に対して決定されたハンドヘルド装置４０の姿勢に基づいて、センサ４２の出力を調整する修正フィードバックを有することができる。図３は、ハンドヘルド装置４０が第１の座標系６０を有することができ、航空機１０が第２の座標系６２を有することができることを示す。変換マトリクスは、ハンドヘルド装置４０と航空機１０の相対姿勢を決定する際に、第１の座標系６０と第２の座標系６２を関係づけるために生成することができる。このように、ハンドヘルド装置４０と航空機１０の相対姿勢は補償できると考えられる。

本発明の実施形態は、航空機内で乱気流状態を判定することを含む。本発明の実施形態によれば、図４は、ハンドヘルド装置４０を用いて航空機１０内で乱気流状態を判定するために使用できる方法１００を示す。方法は、１０２で、ハンドヘルド装置４０が航空機１０の内部に配置される間に、少なくとも１つのセンサ４２から出力を受信することで始まる。１０４で、センサ４２から受信された出力は、受信された出力用の乱気流の閾値と比較することができる。１０６で、比較により、受信された出力が乱気流の閾値を超えることが示された場合、乱気流状態の指示を提供することができる。

出力を受信することは、航空機のピッチ、ロール、およびヨーの角度のうちの少なくとも１つを示す、ジャイロスコープなどのセンサ４２の１つからの角度出力を受信することを含むことができると考えられる。角度出力から、ピッチ、ロール、およびヨーの角度のうちの少なくとも１つについての変化率を決定することができる。決定された変化率に基づいて比較を行うことができ、比較は、変化率を対応する変化率の閾値と比較することを含むことができる。比較に基づいて、乱気流状態があるかどうかを判定することができる。あるいは、出力を受信することは、検震器などのセンサ４２の１つから運動出力を受信することを含むことができ、そのような運動出力は航空機１０の垂直方向の運動を示すことができる。また、出力を受信することは、加速度計などのセンサ４２の１つから加速度出力を受信することを含むことができる。加速度出力は、航空機１０の垂直方向の運動の加速度を示すことができる。

さらに、出力はさまざまなセンサ４２から受信することができる。例えば、センサ４２から出力を受信することは、航空機のピッチ、ロール、およびヨーの角度を示す、ジャイロスコープからの角度出力を受信すること、検震器から運動出力を受信すること、および加速度計から加速度出力を受信することを含むことができる。そのような場合、センサ４２のうちの３つからの出力は、角度出力、運動出力、および加速度出力から垂直方向の航空機１０の運動および運動の変化率のうちの少なくとも１つを決定するために、コントローラ３０またはコントローラ５０によって使用できると考えられる。上述したように、ソフトウェアは、航空機１０のハンドヘルド装置４０およびコントローラ３０のうちの１つで実行することができる。ソフトウェアは、角度出力、運動出力、および加速度出力を入力として受信することができ、次いで、運動および／または運動の変化率を計算するために実行することができる。運動および／または運動の変化率が決定されると、それは対応する運動の閾値および運動の変化率の閾値と比較することができる。これは、それを対応する運動の閾値および運動の変化率の閾値と比較するソフトウェアを含むことができる。これらの比較に基づいて、乱気流状態があるかどうかを判定することができる。こうして、比較は受信された出力が乱気流の閾値を超えたかどうかの判定を含むことができると理解することができる。閾値が超えられなかった場合、１０２で、ハンドヘルド装置４０が航空機の内部に位置する間、センサ４２のうちの少なくとも１つから出力を受信することで、方法１００を継続することができる。閾値が超えられた場合、１０６で指示を行うことができる。

また、受信された出力は閾値とある期間にわたり比較できると考えられる。こうして、受信された出力におけるさまざまなパターンを判定し、評価することができる。閾値に対する受信された出力のある期間にわたる比較は、乱気流を示す場合がある。比較が乱気流を示した場合、１０６で指示を提供することができる。

乱気流状態がある場合、その状態は１０６で航空機搭乗員に示すことができる。これは、ハンドヘルド装置４０上で指示を提供することを含むことができる。例えば、指示はハンドヘルド装置４０のディスプレイ４４に表示することができる。別の例として、ハンドヘルド装置４０から音響指示を発することができる。さらに、乱気流状態の判定がコントローラ３０ではなく、ハンドヘルド装置４０によって行われた場合、乱気流状態の指示を提供することは、ハンドヘルド装置４０から航空機１０に乱気流信号を伝送することを含むことができる。次いで、コントローラ３０は、ハンドヘルド装置４０から伝送された乱気流信号に応答して、航空機１０のフライトデッキ１８上のディスプレイ２２に指示を提供することができる。あるいは、フライトデッキ１８は、ハンドヘルド装置４０によって提供された乱気流信号に応答して、音響指示を発することができる。

また、本発明の実施形態は、センサ４２からの出力に基づいて航空機１０が乱気流状態に入るかどうかを予測できると考えられる。コントローラ３０またはコントローラ５０は、センサ４２からの出力を比較でき、危機的な角度を識別することにより、および／または出力をデータベースパターンのデータベースにある情報と比較することにより、コントローラ３０またはコントローラ５０によって走らされたプログラムは、航空機１０が乱気流状態に入る可能性を予測できると考えられる。そのような判定と同時に、ディスプレイ２２を介して予防手段を航空機搭乗員に提案することができる。

また、航空機１０が制御不能な進路変更または致命的なピッチ−ロール−ヨー角度にいつ入る可能性があるかを判定するために、センサ４２からの出力はコントローラ３０またはコントローラ５０によって使用できると考えられる。例えば、ジャイロスコープなどのセンサ４２の１つからの角度出力は、危機的な角度についての閾値と比較することができる。検知された値が閾値を超えた場合、指示を航空機搭乗員に提供することができる。また、センサ４２からの出力に基づいて、航空機が制御不能または致命的な角度にいつ入るかを予測できると考えられる。そのような判定と同時に、ディスプレイ２２を介して航空機搭乗員に、警報を表示することができ、回避手段を提案することができる。こうして、どのように航空機１０が動いているか、またはどのように航空機１０がセンサ４２の出力に基づいて動くのかをモデル化することができる。例として、事例に基づく推論および統計的手法は、制御不能状況が起こるかどうかを判定するために使用することができる。

上述された閾値は、コントローラ３０のメモリ３２に配置されたデータベースに保存することができる。閾値は、航空機１０のタイプおよび飛行任務のタイプについてカスタマイズすることができる。閾値は、任意の適切な所定の値であり得る。また、強度値を決定することができ、強度値は、検知された値によって閾値がどれだけ大きく超されたか、かつ閾値がどれだけ速く超されたかを示すことができる。より高い強度は、航空機１０の制御不能モードのより高い確率と相関がある可能性がある。さらに、閾値と強度値の組合せは制御不能状況を判定する値を提供することができる。

上述された実施形態の技術的効果は、乱気流がハンドヘルド装置上のセンサを使用して検出することができ、上記の実施形態が高い基盤と実装のコストを必要とせず、搭載されている機器用のソフトウェアとハードウェアの開発コストを最小化することを含む、さまざまな利点をハンドヘルド装置が提供することを含む。その上、そのようなハンドヘルド装置は広く入手可能であり、従来のセンサシステムに比べてコストが削減される。さらに、上述された実施形態は、従来のセンサシステムに比べて重量が削減される。この結果、航空機を飛行させる運航コストが削減される。さらに、上述された実施形態は、ハンドヘルド装置を使用して乱気流を検出し、制御不能な航空機の状況を予測する航空機を提供する。

この明細書は、最良の形態を含む例を使用して本発明を開示し、また任意の装置またはシステムを作成し使用すること、および任意の組み込まれた方法を実施することを含み、当業者が本発明を実践することも可能にする。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって規定され、当業者が思いつく他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違の無い構成要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違の無い均等な構成要素を含む場合、特許請求の範囲内にあると意図される。

１０ 航空機
１２ コックピット
１４ シート
１６ シート
１８ フライトデッキ
２０ 計器
２２ フライトディスプレイ
２４ タッチスクリーンディスプレイ
２６ カーソル制御装置
２８ キーボード
３０ コントローラ
３２ メモリ
３４ プロセッサ
３６ 無線通信リンク
４０ ハンドヘルド装置
４２ センサ
４３ ブラケット
４４ ディスプレイ
４６ タッチスクリーン
４８ 無線通信リンク
５０ コントローラ
６０ 座標系
６２ 座標系
１００ 方法
１０２ センサ４２から出力を受信する
１０４ 出力を乱気流の閾値と比較する
１０６ 乱気流状態の指示を提供する

Claims (5)

1. ジャイロスコープ、検震器、および加速度計の内の少なくとも２つを有するハンドヘルド装置を用いて航空機内で乱気流状態を判定する方法であって、
   前記ハンドヘルド装置が前記航空機の内部に配置される間に、前記ジャイロスコープ、検震器、および加速度計の内の少なくとも２つから第１及び第２の出力を受信するステップと、
   プロセッサが、前記第１の出力を第１の閾値と比較し、前記第２の出力を第２の閾値と比較するステップと、
   前記比較により前記第１及び第２の出力がそれぞれ前記第１及び第２の閾値を超えることが示された場合、乱気流状態の指示を前記ハンドヘルド装置にプロセッサが提供するステップと
   を含む、方法。
2. 前記出力を受信する前記ステップが、前記航空機のピッチ、ロール、およびヨーの角度のうちの少なくとも１つを示す、前記ジャイロスコープからの角度出力を受信するステップと、
   前記角度出力から前記ピッチ、ロール、およびヨーの角度のうちの少なくとも１つについての変化率を決定するステップと、
   前記比較するステップが、前記変化率を対応する変化率の閾値と比較するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１及び第２の出力を受信する前記ステップが、
   前記検震器から前記航空機の振動運動を示す、運動出力を受信するステップ、
   または、
   前記加速度計から多次元運動における加速度を示す、加速度出力を受信するステップ
   を含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記乱気流状態の前記指示を提供する前記ステップが、前記ハンドヘルド装置から前記航空機に乱気流信号を伝送するステップを含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. ある期間にわたり前記受信された出力を閾値と比較するステップ、および前記比較が乱気流を示した場合、乱気流状態の指示を提供するステップをさらに含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。