JP4673076B2

JP4673076B2 - 航空機タービンエンジンの残存出力余裕を表示する装置

Info

Publication number: JP4673076B2
Application number: JP2005027419A
Authority: JP
Inventors: シモーニマウリッツォ
Original assignee: アグスタソチエタペルアツィオニ
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2025-02-03
Also published as: EP1562022A1; JP2005248951A; ITTO20040050A1; US7322178B2; CA2495862A1; EP1562022B1; US20060064959A1; CA2495862C

Description

本発明は、少なくとも一基のタービンエンジンを備えた航空機の残存出力余裕を表示する装置に関する。

周知のように、現代のタービンエンジン付き航空機は、航空機の姿勢及び運転状態の双方を表示する多数のパラメータを常に監視することを必要としている。このため、種々の計測器及び参照表示器が通常設けられて、必要な飛行制御情報の全てを操縦士に与える。飛行安全性に関する最も重要なパラメータ値を操縦士に明瞭に表示するように、表示器は航空機の計器盤上に目立つように設けられなければならないが、一方、二次的な表示器は周辺領域に設けても良い。

特に、エンジン残存出力を評価し、飛行条件がエンジン効率に適合しているか否か及びいかなる操縦が実施できるか否か、を安全に決定するのに十分な情報が操縦士に与えられることが極めて重要である。タービンエンジン付き航空機において、各エンジンの運転状態は、三つのエンジンパラメータ、即ち出力トルク、タービン回転速度及びタービン入口（又は基準）温度により基本的に形成される。これらのパラメータは、出力に関連しており、エンジン速度及び環境条件（例えば、高度と共に大きく変化する圧力及び温度）に左右される種々の運転限界値を持っている。換言すれば、エンジンの要求出力を変更すると、三つのエンジンパラメータの全てにエンジン速度と環境条件に左右される量の変化が生ずる。結果として、それぞれの運転限界値を越える第１パラメータは、飛行条件により、必ずしも常に同じである必要はなく、二つのパラメータの変化量の関係は更に、運転条件により影響を受ける。

しかし、通常型の計器は、各エンジンの出力を基本的にトルクの読み取りの形で表示するが、操縦士はこれを多かれ少なかれ直感的に解釈する。しかし、トルクは使用できる残存出力余裕の絶対表示を与えない。実際、運転状態により計器が残存出力余裕をなお表示しているにも拘わらず、他の二つのエンジンパラメータの一方がそれぞれの運転限界値を越えることがある。換言すれば、出力余裕及びエンジン運転状態の評価は、操縦士の経験と種々の表示器の監視の組合せに依存している。しかし、危機的な飛行状態において、このような評価は余りに長い時間を要し、従って危険状態を構成し、そして誤った判断さえ生ずる。更に、監視しなければならないパラメータは多数あるので、計器盤は計器で一杯になり、全ての表示器が二重でなければならないことを意味する二重制御の場合には特にそうである。結果として、計器の読取りは困難となり、更に重要なことには操縦士は主要計器（それ自身数が多い）にのみ瞬間的に集中することが困難なので、読取りは遅くなる。困難な又は更に緊急時の飛行状態において、かかる状態は非常に危険である。

従って、本発明の目的は、上述の欠点を解消することである。

本発明によれば、請求項１に記載されているような、タービンエンジンの残存出力余裕を表示する装置が提供される。

図１は、少なくとも１基のタービンエンジンを備えた航空機、この場合はツインエンジン２ａ、２ｂを装備したヘリコプター（図示されない）、の残存出力余裕を表示する装置１を示し、この発明は少なくとも一基のタービンエンジンを装備した任意の型の航空機に有利に使用されるので、ヘリコプターへの言及は、以下の記述では純粋に非制限的な一例としてなされる。

装置１は、制御器３と、ヘリコプターの計器盤（図示されない）上のデジタルディスプレイ４と、制御器３に連結し、状態センサ５、高度計６及びエンジンパラメータ計測ステージ７を含む多くのセンサとを有する。

状態センサ５は、正常運転状態（ＡＥＯ、全エンジン作動時）を示す第１論理値と、異常運転状態、即ちエンジン２ａ、２ｂの一方の故障（ＯＥＩ、一つのエンジンが非作動時）を示す第２論理値とを持つ状態信号ＡＥＯ／ＯＥＩを制御器３に送信する。

高度計６は、ヘリコプターの高度を示す高度信号Ｈｐを制御器３に送信する。

ヘリコプターの各エンジン２ａ、２ｂについて、計測ステージ７は、トルクＴＱ、タービン回転速度ＮＧ、及びタービン入口ガス温度ＩＴＴを得て制御器３に送信する。周知のように、以上のエンジンパラメータは、エンジン２ａ、２ｂの瞬間的な出力を示し、以下に説明するように互いに関連している。

制御器３は、メモリ８と多くの処理ステージ、即ち等価計算ステージ１０、限界値計算ステージ１１、スケール変換ステージ１２、指標選択ステージ１４、及びスケール変換ステージ１５、とを有する。

メモリ８は、状態センサ５から状態信号ＡＥＯ／ＯＥＩを受信し、エンジン２ａ、２ｂのトルクＴＱ、速度ＮＧ及び温度ＩＴＴの運転限界値に関する数値セットＬＩＭＳＥＴを等価計算ステージ１０に供給する。
より詳しく言えば、この運転限界値は、
−時間制限なしに連続して供給可能な最大出力を示す連続出力限界値ＴＱＬ１、ＮＧＬ１、ＩＴＴＬ１と、
−それぞれの連続出力限界値ＴＱＬ１、ＮＧＬ１、ＩＴＴＬ１より大きく、たかだか一定の時間の間隔をおいて供給できる最大出力（例えばＡＥＯ状態における、最大離陸出力即ちＴＯＰ）を示す間隔出力限界値ＴＱＬ２、ＮＧＬ２、ＩＴＴＬ２と、
−それぞれの間隔出力限界値ＴＱＬ２、ＮＧＬ２、ＩＴＴＬ２より大きく、かつ、非常事態操縦のために短い過渡時のみにそして予め設定された時間を越えないで供給できる最大出力を示す過渡出力限界値ＴＱＬ３、ＮＧＬ３、ＩＴＴＬ３と、
−最大限界ＴＱＬ４、ＮＧＬ４、ＩＴＴＬ４と、からなる。

数値セットＬＩＭＳＥＴはエンジン２ａ、２ｂの運転状態に左右され、状態信号ＡＥＯ／ＯＥＩの値の関数として選択することができる。

以下に、簡略化のために、エンジン２ａ、２ｂの一方に関する出力指標を計算しかつ表示する手順について言及するが、各エンジンの出力指標を得るために、同じ手順が両エンジン２ａ、２ｂについて並行して行われる。

選択された数値セットＬＩＭＳＥＴ及び高度計６からの高度信号Ｈｐに基づいて、等価計算ステージ１０がトルクＴＱの予め設定された変化量に対する速度の相対変化量ＤＮＧ及び温度の相対変化量ＤＩＴＴを計算する。上述のように、エンジンパラメータＴＱ、ＮＧ、ＩＴＴは相互に関連し、相対変化量は運転状態、特にヘリコプターの高度、により影響を受ける。換言すれば、トルクＴＱにおける同じ変化量は、高度に左右される、速度ＮＧ及び温度ＩＴＴの異なる変化量に対応する。トルクＴＱ、速度ＮＧ、及び温度ＩＴＴの変化量の関係を再構築するために、図２に示すような参照表が等価計算ステージ１０内に蓄えられ、この参照表は、所定高度かつ連続出力限界値ＴＱＬ１、ＮＧＬ１、ＩＴＴＬ１に近いエンジン２ａ、２ｂの運転状態におけるエンジンパラメータＴＱ、ＮＧ、ＩＴＴの変化量の関係を含んでいる。等価計算ステージ１０は、高度信号Ｈｐの値に基づいて、図２の表の値を内挿することにより速度の相対変化量ＤＮＧと温度の相対変化量ＤＩＴＴを計算する。

限界値計算ステージ１１は、速度の相対変化量ＤＮＧと温度の相対変化量ＤＩＴＴを受け取り、それらを使用して速度ＮＧ、及び温度ＩＴＴのそれぞれの相対限界値ＳＮＧ、ＳＩＴＴを算出する。特に、相対限界値ＳＮＧ、ＳＩＴＴは後述の式に従い、速度ＮＧの連続出力限界値ＮＧＬ１と温度ＩＴＴの連続出力限界値ＩＴＴＬ１の関数としてそれぞれ定義される。
ＳＮＧ＝ＮＧＬ１（１−αＤＮＧ）（１）
ＳＩＴＴ＝ＩＴＴＬ１（１−αＤＩＴＴ）（２）
ここで、αはパーセント値を表すパラメータ（好ましくは１５％）である。

スケール変換ステージ１２は、計測ステージ７からトルクＴＱ、速度ＮＧ及び温度ＩＴＴを、そして限界値計算ステージ１１から相対限界値ＳＮＧ、ＳＩＴＴを受け取り、そして区間線形スケール変換を用いて等価トルクＥＴＱ、等価速度ＥＮＧ、及び等価温度ＥＩＴＴを共通の同一スケールで計算する。該スケールにおいて、運転限界値が基準として用いられる。より詳しくいうと（図３から図５）、スケール変換は、等価トルクＥＴＱ、等価速度ＥＮＧ、及び等価温度ＥＩＴＴに対して、間隔出力限界値ＴＱＬ２、ＮＧＬ２、ＩＴＴＬ２の値及び過渡出力限界値ＴＱＬ３、ＮＧＬ３、ＩＴＴＬ３の値が、それぞれの連続出力限界値ＴＱＬ１、ＮＧＬ１、ＩＴＴＬ１の値の１１０％及び１２０％にそれぞれ等しく、速度ＮＧ及び温度ＩＴＴの相対限界値ＳＮＧ、ＳＩＴＴの値は、それぞれ、連続出力限界値ＮＧＬ１、ＩＴＴ１の値の８５％に等しい。換言すれば、エンジンパラメータＴＱ、ＮＧ、ＩＴＴの各々の連続出力限界値に対して、１００の値が同一スケールで割り当てられれば、間隔及び過渡出力限界値はそれぞれ常に１１０及び１２０に等しい。等価トルクＥＴＱ、等価速度ＥＮＧ、及び等価温度ＥＩＴＴは等質であり、従って互いに比較できる。同一スケールにおいて、等価トルクＥＴＱ、等価速度ＥＮＧ、及び等価温度ＥＩＴＴの現在値とそれぞれの運転限界値との差は、各運転限界値の残存出力余裕をパーセント値で表している。換言すれば、等価トルクＥＴＱ、等価速度ＥＮＧ、及び等価温度ＥＩＴＴの最高値は最低残存出力余裕に対応し、操縦士の指令による出力増大時に超過するであろう次の運転限界値を示す。

指標選択ステージ１４は、等価トルクＥＴＱ、等価速度ＥＮＧ、及び等価温度ＥＩＴＴを受け取り、図６を参照して以下に説明する等価指標ＥＩを選択する。先ず、等価出力指標ＥＩは、等価トルクＥＴＱに等しくされる（ブロック１００）。それからテストが行われて（ブロック１１０）、等価速度ＥＮＧ及び等価温度ＥＩＴＴが（１００以下の）所定値Ｋより小さいか否かを決定する。それらが（ブロック１１０のイエス出力）であれば、選択等価指標ＥＩは更新されず、スケール変換ステージ１５（ブロック１１５、図１も参照）へ供給される、反対に（ブロック１１０のノー出力）であれば、等価指標は等価温度ＥＩＴＴと比較される（ブロック１２０）。もし等価指標ＥＩがその二つの小さい方であれば（ブロック１２０のイエス出力）、更新されて等価温度ＥＩＴＴの値に等しくされ（ブロック１３０）、反対に（ブロック１２０のノー出力）であれば、等価指標ＥＩは更新されず、等価速度ＥＮＧと比較される（ブロック１４０）。同様に、もし等価指標ＥＩがその二つの小さい方であれば（ブロック１４０のイエス出力）、それは等価速度ＥＮＧと等しくされ（ブロック１５０）、反対であれば（ブロック１４０のノー出力）、それは更新されずに伝達される。

換言すれば、等価速度ＥＮＧと等価温度ＥＩＴＴが値Ｋより小さくない限り、スケール変換ステージ１５に供給される等価指標ＥＩは、等価トルクＥＴＱ、等価速度ＥＮＧ、及び等価温度ＥＩＴＴの最高値に等しい。そうでない場合、即ちエンジン２ａ、２ｂの連続運転時には、等価指標ＥＩは最も重要なパラメータであり、かつ操縦士により最も容易に理解される等価トルクＥＴＱに等しい。

スケール変換ステージ１５は、指標選択ステージ１４から等価指標ＥＩを、そして状態センサ５から状態信号ＡＥＯ／ＯＥＩを受け取り、状態信号ＡＥＯ／ＯＥＩの値に相関された区間線形スケール変換を用いて決定された出力指標ＰＩをディスプレイ４に供給する。より詳しく言えば、出力指標ＰＩのスケールは、運転限界値を含む数値範囲内で拡大され、そしてその範囲の外で、以下に説明するように、出力指標ＰＩの次のグラフ形式の表示データにより最も危機的な事態（即ち運転限界値の一つを超過したとき）におちいっていることを操縦士がより容易に認識するように圧縮される。前記数値範囲内のスケールの拡大は、エンジン２ａ、２ｂの正常運転中、即ち状態信号ＡＥＯ／ＯＥＩが第１論理値を取るとき、より大きくなる。

上述したように、装置１は、各エンジン２ａ、２ｂに関する第１及び第２出力指標ＰＩａ、ＰＩｂを計算するための手順を採用しており、出力指標ＰＩａ、ＰＩｂはその後ディスプレイ４へ供給される。図７に示すように、ディスプレイ４は、出力スケールを形成すると共にその両側に沿って移動可能な第１及び第２カーソル２１ａ、２１ｂを持つ目盛付きコラム２０を含み、そのカーソルの位置は第１及び第２出力指標ＰＩａ、ＰＩｂの現在値をそれぞれ表示する。コラム２０は更に、連続運転限界値ＰＬ１、間隔運転限界値ＰＬ２、及び過渡運転限界値ＰＬ３をそれぞれ示す、出力指標ＰＩａ、ＰＩｂの三つの基準インジケータ２３、２４、２５を持っている。ディスプレイ４は好ましくは更に、状態信号ＡＥＯ／ＯＥＩが第２論理値を取るときに「ＯＥＩ」と読める状態ウィンドウ２６、現在の出力指標ＰＩａ、ＰＩｂがどのエンジンパラメータＴＱ、ＮＧ、ＩＴＴに関連するのか（図示の例では、それぞれＩＴＴとＴＱ）を表示するパラメータウィンドウ２８ａ、２８ｂ、及び対応するウィンドウ２８ａ、２８ｂに示されたパラメータの絶対値を示すウィンドウ２７ａ、２７ｂを含んでいる。

運転限界値ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３は常に、第１及び第２出力指標ＰＩａ、ＰＩｂを決定するために選択されたエンジンパラメータ（ＴＱ、ＮＧ、ＩＴＴ）の運転限界値に一致する。例えば、任意の時点において、指標選択ステージ１４が、第１出力指標ＰＩａを決定するためにエンジン２ａの等価速度ＥＮＧを選択したと仮定する。この場合、連続運転限界値ＰＬ１、間隔運転限界値ＰＬ２、及び過渡運転限界値ＰＬ３はそれぞれ、エンジン２ａの速度ＮＧに関する連続出力限界値ＮＧＬ１、間隔出力限界値ＮＧＬ２、及び過渡出力限界値ＮＧＬ３に対応する。

換言すれば、ディスプレイ４は出力指標ＰＩａ、ＰＩｂが運転限界値を越える前の残存出力余裕を表示する。該余裕が、カーソル２１ａ、２１ｂの現在位置と運転限界値ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３に関する基準インジケータ２３、２４、２５の差によりそれぞれ可視的に表示される。第１出力指標ＰＩａに関連し、エンジン２ａの速度に従って、第１カーソル２１ａは、（簡略化のためにディスプレイ４の一部が省略されている図８ａから図８ｃ）
−第１出力指標ＰＩａが第１運転限界値ＰＬ１より小さい場合、連続出力余裕Ｍ１（第１カーソル２１ａと基準インジケータ２３との距離−図８ａ）と、
−第１出力指標ＰＩａが第１運転限界値ＰＬ１より大きく、第２運転限界値ＰＬ２より小さい場合、間隔出力余裕Ｍ２（第１カーソル２１ａと基準インジケータ２４との距離−図８ｂ）と、
−第１出力指標ＰＩａが第２運転限界値ＰＬ２より大きく、第３運転限界値ＰＬ３より小さい場合、過渡出力余裕Ｍ３（第１カーソル２１ａと基準インジケータ２５との距離−図８ｃ）と、を表示する。
示された余裕は、各エンジン２ａ、２ｂの最も危機的なエンジンパラメータ、即ち未だ越えられていない次の運転限界値に最も近いもの（指標選択ステージ１４は、事実上、等価指標ＥＩとしての同一スケールにおけるエンジンパラメータの最高値を選択する）を示す。

従って、第１及び第２カーソル２１ａ、２１ｂは、コラム２０及び基準インジケータと協働して操縦士に出力指標ＰＩａ、ＰＩｂの現在値とエンジン２ａ、２ｂの残存出力余裕Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を同時に示す。

説明した装置は以下の利点を有する。

第１に、出力指標ＰＩａ、ＰＩｂは操縦士に各エンジンの運転状態の簡潔で容易に読取れる表示及び要求可能な残存出力余裕を提供する。特に、単一の計器を読取ることにより、操縦士が最も危機的な監視エンジンパラメータ（トルクＴＱ、速度ＮＧ、温度ＩＹＹ）、即ち次の運転限界値に関して最も少ない余裕を持つパラメータ、を常に監視下に置くことができることが利点である。特に、緊急事態において、操縦士はそのために利用可能な出力余裕を即座に知らされ、安全に関して決定的である計器の混同により生ずる操縦士のエラーの可能性が殆ど無くなる。

第２に、出力指標ＰＩａ、ＰＩｂは、連続監視のエンジンパラメータに基づいてのみ決定されるので、エンジンの実際の出力及び残存出力余裕に直接関係している。従って供給される情報は常時信頼でき、そして例えばトランスミッション部材により、あるいは二次的な搭乗客用機内装置による出力吸収により、生ずる誤差要因の影響を受けない。更に詳しく言えば、出力指標ＰＩａ、ＰＩｂの精度は、出力要求がより大きくかつ操縦士が可能な限り信頼性のある情報を必要とする過渡的な緊急操縦時又は離陸中に損なわれることさえ無い。

第３に、コンパクトではあるが、ディスプレイは、全てのエンジンの出力指標を同時に表示し、その結果、操縦士は、全ての個別のエンジン運転状態について十分にかつ確実に情報を入手可能となる。

しかし、特許請求の範囲に規定された本願発明の範囲から離れることなく、本明細書中で説明した装置について変更が可能なことは明らかである。

特に、スケール変換ステージ１２及びスケール変換ステージ１５によるスケール変換は、区間線形変換だけではなく種々のクラスの非線形変換を含むことができる。

本発明による表示装置の簡略ブロック線図である。図１の装置に記憶された表である。図１の装置に関する量のグラフである。図１の装置に関する量のグラフである。図１の装置に関する量のグラフである。図１の装置により遂行される手順の流れ図である。図１の装置の構成要素の正面図である。異なる運転状態における図７の構成要素を示す。異なる運転状態における図７の構成要素を示す。異なる運転状態における図７の構成要素を示す。

Claims

エンジン（２ａ、２ｂ）出力に関するいくつかの第１パラメータ（ＴＱ、ＮＧ、ＩＴＴ）を検出するために航空機エンジン（２ａ、２ｂ）の少なくとも１基に関連付けられた検出手段（７）と、
前記第１パラメータ（ＴＱ、ＮＧ、ＩＴＴ）に基づいて前記エンジン（２ａ、２ｂ）の前記出力を示す第２パラメータ（ＰＩ、ＰＩａ、ＰＩｂ）を少なくとも一つ計算するために前記検出手段に関連付けられた計算手段（３）と、
ディスプレイ手段（４）と、
を有する航空機用タービンエンジンの残存出力余裕を表示する装置であって、
前記ディスプレイ手段（４）は、
前記エンジン（２ａ、２ｂ）の運転限界値（ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３）を示す基準インジケータ（２３、２４、２５）を少なくとも一つ持つ出力スケール（２０）と、
前記第２パラメータ（ＰＩ、ＰＩａ、ＰＩｂ）の現在値と前記エンジン（２ａ、２ｂ）の利用可能な出力余裕（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）を同時に表示するための前記出力スケール（２０）及び前記基準インジケータ（２３、２４、２５）と協働する少なくとも一つのカーソル（２１ａ、２１ｂ）と、を含み、
前記計算手段（３）は、前記第１パラメータ（ＴＱ、ＮＧ、ＩＴＴ）のそれぞれに関連している第３パラメータ（ＥＴＱ、ＥＮＧ、ＥＩＴＴ）を供給する第１スケール変換手段（１２）を含み、前記第３パラメータ（ＥＴＱ、ＥＮＧ、ＥＩＴＴ）は等質であって互いに比較可能であり、
前記計算手段（３）は、前記第１スケール変換手段（１２）に関連付けられた選択手段（１４）であって、第１運転状態における前記第３パラメータ（ＥＴＱ、ＥＮＧ、ＥＩＴＴ）の最高値と、第２運転状態における前記第３パラメータ（ＥＴＱ、ＥＮＧ、ＥＩＴＴ）の所定パラメータと、に選択的に関連付けられた第４パラメータ（ＥＩ）を供給するように構成された前記選択手段（１４）を含むことを特徴とする、装置。
前記第２運転状態において、前記第４パラメータ（ＥＩ）は前記エンジン（２ａ、２ｂ）により発生するトルク（ＴＱ）に関係していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記計算手段（３）は、前記選択手段（１４）と関連付けられ、かつ前記第４パラメータ（ＥＩ）に基づいて前記第２パラメータ（ＰＩ、ＰＩａ、ＰＩｂ）を供給する第２スケール変換手段（１５）を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
前記第１スケール変換手段（１２）と前記第２スケール変換手段（１５）は、区間線形であることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
前記第１スケール変換手段（１２）と前記第２スケール変換手段（１５）は、非線形であることを特徴とする、請求項３又は４に記載の装置。
前記出力スケール（２０）は、各々が前記エンジン（２ａ、２ｂ）のそれぞれの運転限界値（ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３）を示すいくつかの基準インジケータ（２３、２４、２５）を含み、前記ディスプレイ手段（４）は、前記エンジン（２ａ、２ｂ）のいくつかの利用可能な出力余裕（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）を表示するために前記出力スケール（２０）及び前記基準インジケータ（２３、２４、２５）と協働するカーソル（２１ａ、２１ｂ）を少なくとも一つ有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。