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特許7437169速度補償機能を有する航空機用補助動力装置（ＡＰＵ）制御システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-14
(45)【発行日】2024-02-22
(54)【発明の名称】速度補償機能を有する航空機用補助動力装置（ＡＰＵ）制御システム
(51)【国際特許分類】
B64D 41/00 20060101AFI20240215BHJP
F01D 17/04 20060101ALI20240215BHJP
F01D 17/08 20060101ALI20240215BHJP
【ＦＩ】
B64D41/00
F01D17/04
F01D17/08 A
【請求項の数】
15
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2020006522
(22)【出願日】2020-01-20
(65)【公開番号】P2020125105
(43)【公開日】2020-08-20
【審査請求日】2022-10-06
(31)【優先権主張番号】16/260,305
(32)【優先日】2019-01-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】500520743
【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100135389
【弁理士】
【氏名又は名称】臼井 尚
(74)【代理人】
【識別番号】100086380
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 稔
(74)【代理人】
【識別番号】100103078
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 達也
(74)【代理人】
【識別番号】100130650
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 泰光
(74)【代理人】
【識別番号】100168099
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 伸太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100168044
【弁理士】
【氏名又は名称】小淵 景太
(74)【代理人】
【識別番号】100200609
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 智和
(72)【発明者】
【氏名】ジェフリー ジェイ．ホワイト
【審査官】諸星 圭祐
(56)【参考文献】
【文献】欧州特許出願公開第０３１７９０７７（ＥＰ，Ａ１）
【文献】欧州特許出願公開第０３１０１２５２（ＥＰ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００３／０１２６８６４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００８－１３２９７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００８／００５８９９８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１６－５３６１９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／００５４７１８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００７５４４２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２０４５４４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２０５３０２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０６７７７８２２（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２８３９０８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１３７３０７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００８－２７４８７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２７３４５８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６４Ｄ ４１／００
Ｆ０１Ｄ １７／０４
Ｆ０１Ｄ １７／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
航空機用の補助動力装置（ＡＰＵ）制御システムであって、ＡＰＵを含むとともに、１つ以上のプロセッサと、
前記１つ以上のプロセッサに接続されたメモリと、を備え、前記メモリは、データベース及びプログラムコードを含むデータを格納しており、前記プログラムコードは、前記１つ以上のプロセッサにより実行されると、前記ＡＰＵ制御システムに、
空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を受け取ることと、
前記空気密度値に基づいて、前記ＡＰＵの可変回転速度を決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、を実行させるものであり、前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成するとともに、前記空気密度値が低下した場合でも、出力される動力を一定に維持するものであり、
前記１つ以上のプロセッサは、
前記航空機が地上にあるかを判定するよう指示する命令と、
前記航空機が地上にあると判定した場合に、個々の主体によって指定された離散的な回転速度、又は、回転速度の範囲であるユーザ指定速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示する命令と、を実行する、ＡＰＵ制御システム。
【請求項2】
前記１つ以上のプロセッサは、温度信号及び高度信号を受け取るよう指示する命令と、
前記温度信号及び前記高度信号に基づいて、前記空気密度値を特定するよう指示する命令と、を実行する、請求項１に記載のＡＰＵ制御システム。
【請求項3】
航空機用の補助動力装置（ＡＰＵ）制御システムであって、ＡＰＵを含むとともに、１つ以上のプロセッサと、
前記１つ以上のプロセッサに接続されたメモリと、を備え、前記メモリは、データベース及びプログラムコードを含むデータを格納しており、前記プログラムコードは、前記１つ以上のプロセッサにより実行されると、前記ＡＰＵ制御システムに、
空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を受け取ることと、
前記空気密度値に基づいて、前記ＡＰＵの可変回転速度を決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、を実行させるものであり、前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成し、
前記ＡＰＵの出力軸によって駆動される１つ以上の発電機をさらに備え、前記１つ以上のプロセッサは、
前記１つ以上の発電機の電気負荷需要を示す電気負荷信号を受け取るよう指示する命令と、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を調整するよう指示する命令と、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要が増加しているか、又は、減少しているかを判定するよう指示する命令と、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要が増加していると判定した場合に、前記電気負荷需要と前記ＡＰＵの前記可変回転速度との比例関係に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を増加させるよう指示する命令と、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要が減少していると判定した場合に、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を減少させるよう指示する命令と、を実行する、ＡＰＵ制御システム。
【請求項4】
前記１つ以上のプロセッサは、最小回転速度と最大回転速度の間で調整可能な前記ＡＰＵの所与の空気密度値における前記可変回転速度を、前記電気負荷需要の大きさに比例して動的に調整するよう指示する命令を実行し、前記最小回転速度は、前記１つ以上の発電機の最小電力需要閾値に対応し、前記最大回転速度は、前記１つ以上の発電機の最大電力需要閾値に対応する、請求項３に記載のＡＰＵ制御システム。
【請求項5】
航空機用の補助動力装置（ＡＰＵ）制御システムであって、ＡＰＵを含むとともに、１つ以上のプロセッサと、
前記１つ以上のプロセッサに接続されたメモリと、を備え、前記メモリは、データベース及びプログラムコードを含むデータを格納しており、前記プログラムコードは、前記１つ以上のプロセッサにより実行されると、前記ＡＰＵ制御システムに、
空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を受け取ることと、
前記空気密度値に基づいて、前記ＡＰＵの可変回転速度を決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、を実行させるものであり、前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成し、
前記メモリは、前記航空機の飛行計画を格納し、前記１つ以上のプロセッサは、
前記航空機の油圧負荷を変化させる操縦翼面に係る需要に基づく予測電気負荷を、前記飛行計画に基づいて算出するよう指示する命令と、
前記予測電気負荷に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を調整するよう指示する命令と、を実行する、ＡＰＵ制御システム。
【請求項6】
航空機用の補助動力装置（ＡＰＵ）制御システムであって、ＡＰＵを含むとともに、１つ以上のプロセッサと、
前記１つ以上のプロセッサに接続されたメモリと、を備え、前記メモリは、データベース及びプログラムコードを含むデータを格納しており、前記プログラムコードは、前記１つ以上のプロセッサにより実行されると、前記ＡＰＵ制御システムに、
空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を受け取ることと、
前記空気密度値に基づいて、前記ＡＰＵの可変回転速度を決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、を実行させるものであり、前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成し、
前記１つ以上のプロセッサは、
所与の空気密度値の空気中における音速に比較した航空機速度を示す速度信号を受け取るよう指示する命令と、
前記航空機速度が最大値未満であるかを判定するよう指示する命令と、
前記航空機速度が前記最大値未満であると判定した場合に、前記航空機速度と前記ＡＰＵの前記可変回転速度との線形的な反比例の関係に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を調整するよう指示する命令と、を実行する、ＡＰＵ制御システム。
【請求項7】
航空機用の補助動力装置（ＡＰＵ）制御システムであって、ＡＰＵを含むとともに、１つ以上のプロセッサと、
前記１つ以上のプロセッサに接続されたメモリと、を備え、前記メモリは、データベース及びプログラムコードを含むデータを格納しており、前記プログラムコードは、前記１つ以上のプロセッサにより実行されると、前記ＡＰＵ制御システムに、
空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を受け取ることと、
前記空気密度値に基づいて、前記ＡＰＵの可変回転速度を決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、を実行させるものであり、前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成し、
前記１つ以上のプロセッサは、
所与の空気密度値の空気中における音速に比較した航空機速度を示す速度信号を受け取るよう指示する命令と、
前記航空機速度が最大値であるかを判定するよう指示する命令と、
前記航空機速度が前記最大値であると判定した場合に、前記ＡＰＵの前記可変回転速度をそのまま維持するよう指示する命令と、を実行する、ＡＰＵ制御システム。
【請求項8】
航空機用の補助動力装置（ＡＰＵ）制御システムであって、ＡＰＵを含むとともに、１つ以上のプロセッサと、
前記１つ以上のプロセッサに接続されたメモリと、を備え、前記メモリは、データベース及びプログラムコードを含むデータを格納しており、前記プログラムコードは、前記１つ以上のプロセッサにより実行されると、前記ＡＰＵ制御システムに、
空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を受け取ることと、
前記空気密度値に基づいて、前記ＡＰＵの可変回転速度を決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、を実行させるものであり、前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成し、
前記１つ以上のプロセッサは、
所与の空気密度の空気の絶対湿度を示す環境湿度信号を受け取るよう指示する命令と、
前記環境湿度信号に基づいて、前記空気の絶対湿度を特定するよう指示する命令と、
前記ＡＰＵの動力出力と反比例の関係にある前記絶対湿度に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を調整するよう指示する命令と、を実行する、ＡＰＵ制御システム。
【請求項9】
航空機用の補助動力装置（ＡＰＵ）制御システムであって、ＡＰＵを含むとともに、１つ以上のプロセッサと、
前記１つ以上のプロセッサに接続されたメモリと、を備え、前記メモリは、データベース及びプログラムコードを含むデータを格納しており、前記プログラムコードは、前記１つ以上のプロセッサにより実行されると、前記ＡＰＵ制御システムに、
空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を受け取ることと、
前記空気密度値に基づいて、前記ＡＰＵの可変回転速度を決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、を実行させるものであり、前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成し、
前記１つ以上のプロセッサは、
前記航空機が地上にあるかを判定するよう指示する命令と、
前記航空機が地上にあると判定した場合に、航空機地上支援機材の電源に適応する分布幅を有する回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示する命令と、を実行する、ＡＰＵ制御システム。
【請求項10】
前記１つ以上のプロセッサは、前記航空機が地上にあるかを判定するよう指示する命令と、
前記航空機が地上にあると判定した場合に、個々の主体によって指定された離散的な回転速度、又は、回転速度の範囲であるユーザ指定速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示する命令と、を実行する、請求項３～８のいずれかに記載のＡＰＵ制御システム。
【請求項11】
航空機におけるＡＰＵの可変回転速度を調整する方法であって、空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を、コンピュータによって受け取ることと、
前記ＡＰＵの可変回転速度を前記空気密度値に基づいて、前記コンピュータによって決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、を含み、前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成するものであるとともに、前記空気密度値が低下した場合でも、出力される動力を一定に維持するものであり、
前記コンピュータは、
前記航空機が地上にあるかを判定し、
前記航空機が地上にあると判定した場合に、個々の主体によって指定された離散的な回転速度、又は、回転速度の範囲であるユーザ指定速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示する、方法。
【請求項12】
温度信号及び高度信号を受け取ることと、前記温度信号及び前記高度信号に基づいて、前記空気密度値を特定することと、をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記ＡＰＵに駆動可能に接続された１つ以上の発電機の電気負荷需要を示す電気負荷信号を受け取ることと、前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を動的に調整することと、をさらに含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項14】
航空機におけるＡＰＵの可変回転速度を調整する方法であって、空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を、コンピュータによって受け取ることと、
前記ＡＰＵの可変回転速度を前記空気密度値に基づいて、前記コンピュータによって決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、
１つ以上の発電機の電気負荷需要が増加しているか、又は、減少しているかを判定することと、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要が増加していると判定した場合に、前記電気負荷需要と前記ＡＰＵの前記可変回転速度との比例関係に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を増加させることと、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要が減少していると判定した場合に、前記電気負荷需要と前記ＡＰＵの前記可変回転速度との前記比例関係に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を減少させることと、を含み、
前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成する、方法。
【請求項15】
航空機におけるＡＰＵの可変回転速度を調整する方法であって、空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を、コンピュータによって受け取ることと、
前記ＡＰＵの可変回転速度を前記空気密度値に基づいて、前記コンピュータによって決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、
所与の空気密度値の空気中における音速に比較した航空機速度を示す速度信号を受け取ることと、
前記航空機速度が最大値未満であるかを判定することと、
前記航空機速度が前記最大値未満であると判定した場合に、前記航空機速度と前記ＡＰＵの前記可変回転速度との線形的な反比例の関係に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を調整することと、を含み、
前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、航空機用の補助動力装置（ＡＰＵ）制御システムに関する。より具体的には、本開示は、ＡＰＵの回転速度を補償することで動力の出力を実質的に一定に維持するためのＡＰＵ制御システムに関する。
【背景技術】
【0002】
航空機は、補助動力装置（ＡＰＵ）としてガスタービンを備える。大型の民間航空機のＡＰＵには、電力だけでなく抽気を供給するものもある。抽気は、ＡＰＵの負荷圧縮機によって抽出される。ただし、ＡＰＵが抽気を供給するのは、地上において、或いは、高度が非常に低い場合のみに限られる。別の構成として、電力推進航空機は、電力のみを供給するＡＰＵを備える。電力推進航空機のＡＰＵは、負荷圧縮機を備えておらず、よって、抽気を供給することはできない。なお、電力推進航空機について記載しているが、このような構成は、推進系以外のすべてのシステムに電力を使用する航空機においても採用される。
【0003】
ガスタービンは、通常は、一定の出力速度で動作して、動力と、少なくともある種の航空機においては、抽気を供給する。ガスタービンの性能は、環境条件（ambient conditions）の影響を受ける。具体的には、ガスタービンの動力の出力及び効率は、高度、大気温度、湿度、及び、空気密度などの環境条件に依存する。ガスタービンからの動力の出力は、高度の上昇に比例して減少する。例えば、海抜ゼロ地点における空気密度は、高度４０，０００フィート（約１２，１９２メートル）における空気密度の約４倍である。空気密度が低いと、ガスタービンに流れ込む空気の質量流量が減少する。したがって、高度４０，０００フィートでは、ガスタービンは、海抜ゼロ地点の約１／４の動力しか生成できない。
【0004】
航空機に使用されている既存のＡＰＵは、負荷需要（load demand）が短時間のうちに大幅に増加した場合に発生する衝撃負荷（shock load）の可能性に備えて、通常、大きめに設定されている。より具体的には、タービンは、衝撃負荷が発生した場合でも回転速度が所定の回転数を下回ることのないように、十分なロータ慣性を有するようなサイズに設定されている。しかしながら、大きめのＡＰＵの搭載は、航空機の質量の増加を意味する。
【0005】
本開示は、これらの事項を考慮して、また、その他の事項を考慮して成されたものである。
【発明の概要】
【0006】
いくつかの態様によれば、航空機用の補助動力装置（ＡＰＵ）制御システムが開示されている。前記ＡＰＵ制御システムは、ＡＰＵと、１つ以上のプロセッサと、前記１つ以上のプロセッサに接続されたメモリと、を備える。前記メモリは、データベース及びプログラムコードを含むデータを格納しており、前記プログラムコードは、前記１つ以上のプロセッサにより実行されると、前記ＡＰＵ制御システムに、空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を受け取ることを実行させる。さらに、前記ＡＰＵの可変回転速度を前記空気密度値に基づいて決定することを、前記システムに実行させる。さらに、に前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに命令することを、前記システムに実行させる。前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成する。
【0007】
本開示の別の態様によれば、航空機が開示されている。前記航空機は、補助動力装置（ＡＰＵ）制御システムと、出力軸を含むＡＰＵと、前記ＡＰＵの前記出力軸に駆動可能に接続された１つ以上の発電機と、前記ＡＰＵに電気的に接続された１つ以上のプロセッサと、前記１つ以上のプロセッサに接続されたメモリと、を備える。前記メモリは、データベース及びプログラムコードを含むデータを格納しており、前記プログラムコードは、前記１つ以上のプロセッサにより実行されると、前記ＡＰＵ制御システムに、空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を受け取ることを実行させる。さらに、前記ＡＰＵの可変回転速度を前記空気密度値に基づいて決定するようことを、前記システムに実行させる。さらに、前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに命令することを、前記システムに実行させる。前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成する。
【0008】
本開示のさらに別の態様によれば、航空機におけるＡＰＵの可変回転速度を調整する方法が開示されている。本方法は、空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を、コンピュータによって受け取ることを含む。本方法は、さらに、前記ＡＰＵの可変回転速度を前記空気密度値に基づいて、前記コンピュータによって決定することを含む。本方法は、さらに、前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに命令することを含む。前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成する。
【0009】
上述の特徴、機能、利点は、様々な実施例において個別に達成することも可能であるし、他の実施例と組み合わせて達成することも可能である。その詳細は、以下の説明及び図面を参照すれば明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本明細書に記載する図面は、あくまでも例示を目的としたものであり、本開示の範囲を限定することを意図したものではない。
【0011】
【図1】本開示の例示的な実施例による補助動力装置（ＡＰＵ）を含む航空機の概略図である。
【図3】例示的な実施例による、電力推進航空機用の別のＡＰＵの概略図である。
【図4】例示的な実施例による、空気密度に基づく速度補償曲線を示すグラフである。
【図6】本開示の例示的な実施例によるＡＰＵのタービン速度曲線を示すグラフである。
【図8】例示的な実施例による、ＡＰＵの回転速度を調整するための方法を示すフロー図である。
【図9】例示的な実施例による、電力推進航空機における速度補償のための方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本開示は、航空機用の補助動力装置（ＡＰＵ）制御システムに関し、この場合の補助動力装置は、ガスタービンである。ＡＰＵ制御システムは、ＡＰＵの性能に影響を与える、航空機の環境条件及び動作パラメータ（operating parameter）が変化した場合でも、ＡＰＵの回転速度を変化させることで、動力の出力を実質的に一定に維持する。具体的には、例えば、空気密度、外気温度、湿度、及び、高度などの環境条件の変化は、ＡＰＵの性能に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、航空機の高度が上昇すると、空気密度が低下するため、ＡＰＵに供給される空気の質量流量が減少する。ＡＰＵ制御システムは、ＡＰＵの回転速度を調整することで、空気密度の低下を補償する。したがって、入口空気密度が低下しても、ＡＰＵの動力出力を実質的に一定に維持することができる。ＡＰＵ制御システムは、空気密度だけでなく、例えば、航空機速度及び湿度など、他の環境条件にも基づいて、ＡＰＵの回転速度を調整する。
【0013】
また、ＡＰＵ制御システムは、電気負荷需要（electrical load demand）に基づく回転速度の補償も行うので、これによりＡＰＵの効率が改善される。具体的には、全負荷需要（full-load demand）がある状態では、ＡＰＵの回転速度を増加させるが、負荷需要が小さい場合には、ＡＰＵの回転速度を小さくする。これにより、本開示のＡＰＵ制御システムは、動作速度が固定されたガスタービンを用いる従来のシステムと同様の機能を、より小さなＡＰＵで実現することができる。一実施例では、本開示のＡＰＵ制御システムは、電力推進航空機、或いは、推進系以外の全システムにおいて電力を使用する航空機に利用可能である。
【0014】
以下の説明は、あくまでも例示的な性質のものに過ぎず、本開示、本出願、或いは、その用途を限定することを意図したものではない。
【0015】
図１を参照すると、航空機２０の補助動力装置（ＡＰＵ）制御システム１８の概略図が示されている。ＡＰＵ制御システム１８は、ＡＰＵ２２と、ＡＰＵ２２によって駆動される１つ以上の発電機２４と、ＡＰＵ２２及び発電機２４に電気的に接続された制御モジュール２８と、を含む。ＡＰＵ２２は、燃料を機械的エネルギーに変換するよう構成されたガスタービンである。なお、図１では、ＡＰＵ２２に駆動可能に接続された１つ以上の発電機２４が示されているが、ＡＰＵ２２が他の機器を駆動する構成も可能である。例えば、ＡＰＵ２２には、空気圧縮機又は油圧ポンプなどの機器が駆動可能に接続されていてもよい。制御モジュール２８は、航空機２０における１つ以上の他の制御モジュール４０にも電気的に接続されている。一実施例では、制御モジュール４０は、フライトコンピュータ制御モジュールを含む。
【0016】
詳細については後述するが、ＡＰＵ制御システム１８は、航空機２０の環境条件及び操作パラメータに基づいて、ＡＰＵ２２の回転速度を動的に調整する。具体的には、ＡＰＵ制御システム１８は、ＡＰＵ２２の回転速度を調整することで、動力の出力を実質的に一定に維持する速度補償モードを有する。一実施例では、ＡＰＵ制御システム１８は、速度補償モードに加えて、可変速地上モード又はメンテナンスモード、或いは、可変速地上モードとメンテナンスモードの両方を有する。可変速地上モード及びメンテナンスモードは、いずれも、航空機２０が地上にある場合にのみ実行される。これに対し、速度補償モードは、航空機が地上にあるときでも、飛行中でも実行可能である。
【0017】
図２は、ＡＰＵ２２及び発電機２４の例示的な実施例の概略図である。図２に示す実施例では、ＡＰＵ２２は、動力圧縮機（power compressor）４２と、燃焼器４４と、動力タービン（power turbine）４６と、ＡＰＵ２２に駆動可能に接続された負荷圧縮機（load compressor）４８と、を含む。なお、図２は、あくまでも例示的な性質のものに過ぎず、異なる構成のガスタービンも使用可能である。例えば、図３に示す別の実施例では、ＡＰＵ２２は、負荷圧縮機を含んでいない。後述するように、図３に示すＡＰＵ２２は、例えば、電力推進航空機、又は、推進系以外の全システムにおいて電力を使用する航空機など、航空機２０における１つ以上の空気圧負荷６８に抽気を供給しない航空機の一部を構成する。空気圧負荷６８としては、例えば、環境制御システム（ＥＣＳ）、及び、１つ以上の主エンジンを始動させるための空気が含まれる。
【0018】
図２を再び参照すると、ＡＰＵ２２の動作中、動力圧縮機４２は、外気Ａを入口５０から取り込み、外気Ａを圧縮し、燃焼器４４に圧縮空気を供給する。燃焼器４４は、動力圧縮機４２から圧縮空気の供給を受けるとともに、燃料調節弁６２から燃料Ｆの供給を受ける。燃料Ｆと圧縮空気は、燃焼器４４内で混合及び燃焼される。これにより、燃焼ガスが生成され、動力タービン４６に供給される。燃焼ガスは、膨張しながら動力タービン４６を通過して、タービン羽根（図示せず）に吹き付けられて、動力タービン４６を回転させる。
【0019】
動力タービン４６は、動力圧縮機４２、負荷圧縮機４８、及び、発電機２４を駆動する出力軸６４を含む。ＡＰＵ２２は、この出力軸６４によって発電機２４に駆動可能に接続されている。なお、図２では、出力軸６４が発電機２４に接続された一軸構成を示しているが、別の実施例では、発電機２４と負荷圧縮機４８とを別々の出力軸で駆動する二軸構成を用いてもよい。さらに別の実施例では、補機歯車装置を用いて発電機２４と負荷圧縮機４８を駆動してもよい。負荷圧縮機４８は、複数の入口案内翼６７によって入口６６から外気Ａを取り込んで、外気Ａを圧縮する。圧縮された外気は、抽気弁７０によって空気圧負荷６８に供給される。なお、図３に示した実施例は、航空機２０の空気圧負荷６８に抽気を供給するための負荷圧縮機４８を含まない構成である。図３に示すＡＰＵ２２は、航空機２０が電動の客室用空気圧縮機（つまり、電動モータ駆動型の空気圧縮機）を用いる構成である場合に利用される。図３に示す実施例では、ＡＰＵ２２には、発電機２４だけが接続されている。一実施例では、航空機２０は、空気圧負荷６８に必要な空気を供給するために、負荷圧縮機の代わりに、電動圧縮機７２を含んでもよい。
【0020】
図１及び図２を参照すると、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の全体の動作を制御するよう構成されている。具体的には、制御モジュール２８は、後で詳しく説明するように、ＡＰＵ２２の出力軸６４の回転速度を、航空機の様々な環境条件及び動作パラメータに基づいて制御する。なお、ＡＰＵ２２の出力軸６４の回転速度は、回転速度信号に基づいて制御可能なことは理解されよう。ただし、出力軸６４の回転速度は、他の操作パラメータによっても制御可能である。例えば、制御モジュール２８は、燃焼器４４に供給される燃料流量を制御したり、発電機２４の電力出力３８を制御したり、或いは、出力軸６４の動力出力を制御することによって、出力軸６４を特定の回転速度にすることができる。
【0021】
制御モジュール２８は、航空機２０の様々な環境条件及び動作に関するデータを入力として受け取る。具体的には、制御モジュール２８は、空気密度値を示す環境信号、環境湿度信号、航空機速度信号、電気負荷信号７６、ＡＰＵ２２の（出力軸６４において測定された）回転速度を示す信号、ＡＰＵ２２の（出力軸６４における）出力トルクを示す信号、及び、１つ以上のフライトデッキコマンドのうちの１つ以上を入力として受け取る。制御モジュール２８への入力信号は、航空機２０に搭載された１つ以上のセンサ８４から、或いは、他の制御モジュール４０（例えば、飛行制御モジュール）から送られる。
【0022】
一実施例では、空気密度値を示す環境信号は、測定値を示す。換言すると、空気密度値は、計測機器によって直接に測定された値である。例えば、アネロイド気圧計を用いて、空気密度を直接に測定することができる。或いは、別の実施例では、空気密度値は、算出して得た値でもよい。具体的には、空気密度値を示す環境信号は、温度信号と高度信号であってもよい。制御モジュール２８は、入力として、空気密度信号を受け取るか、或いは、温度信号と高度信号を受け取る。制御モジュール２８は、温度信号と高度信号に基づいて、空気密度値を算出する。さらに、一実施例では、測定された空気密度値（即ち、アネロイド気圧計によって測定された空気密度）と、算出された（即ち、高度及び温度に基づく）空気密度値とを比較して、冗長性を確保する。例えば、空気密度値を測定するための１つ又は複数のセンサが動作不能になった場合には、制御モジュール２８は、温度信号及び高度信号に基づいて空気密度信号を算出することができる。
【0023】
電気負荷信号７６は、制御モジュール２８によって、或いは、航空機２０における他の制御モジュール４０によって決定される。電気負荷信号７６は、発電機２４の電気負荷需要を示す。電気負荷信号７６には、励磁電流及び励磁制御などの特性を含んでもよい。一実施例では、電気負荷信号７６は、発電機制御モジュール７８から受信される電力伝送ペンディング信号（power transfer pending signal）８６を含む。発電機制御モジュール７８は、航空機２０における１つ以上の主発電機８０に接続されている。主発電機８０は、ＡＰＵ２２の出力軸６４によって駆動される。電力伝送ペンディング信号８６は、航空機２０の主発電機８０から発電機２４への電力伝送を示す。なお、航空機２０の主発電機８０が、航空機２０の主エンジン８２によって駆動されることは理解されよう。電力伝送の間、発電機２４の電気負荷は、無負荷（或いは、比較的低負荷）状態から高負荷に遷移する。電気負荷信号７６は、電力伝送ペンディング信号８６を含む。したがって、制御モジュール２８は、主発電機８０からの電力伝送による負荷の増加を予測して、ＡＰＵ２２の動作を調整するよう構成されている。
【0024】
次に、可変速地上モード及びメンテナンスモードでの動作について説明する。航空機２０が地上にある場合、ＡＰＵ制御システム１８は、これらのモードのいずれかで動作する。可変速地上モードでは、ＡＰＵ２２は、燃料を節約するよう機能する。先ず、制御モジュール２８は、航空機２０が地上において、乗客が航空機２０に搭乗するためのゲート又は待機エリアに駐機中であるかを判定する。次いで、制御モジュール２８は、航空機２０において地上支援機材が使用されることの通知を受け取る。制御モジュール２８は、地上支援機材が間もなく使用されることの通知を受け取ると、可変速地上モードを開始する。いくつかの実施例では、地上支援機材には、限定するものではないが、掃除機、及び、航空貨物の取扱機器が含まれる。可変速地上モードでは、制御モジュール２８は、分布幅を有する回転速度（bandwidth rotational speed）で動作するようＡＰＵ２２に指示する。分布幅を有する回転速度は、航空機の地上支援機材（例えば、掃除機、及び、航空貨物の取扱機器）の電源に対応した回転速度の範囲を含む。一実施例では、限定するものではないが、分布幅を有する回転速度は、約３７０ヘルツから約４４０ヘルツの範囲の周波数で動作する地上支援機材に電力を供給するよう構成されている。ただし、当然ながら他の範囲も使用可能である。
【0025】
メンテナンスモードで動作する場合、ＡＰＵ制御システム１８は、ＡＰＵ２２の健全性監視チェックを実行する。制御モジュール２８は、先ず、航空機２０が地上にあるかを判定する。制御モジュール２８は、次いで、メンテナンスモードが間もなく開始される旨の通知を受け取る。メンテナンスモードが間もなく開始される旨の通知を受け取ると、制御モジュール２８は、ユーザ指定の速度で動作するようＡＰＵ２２に指示する。ユーザ指定の速度は、ユーザ生成信号（user-generated signal）によって示される。ユーザ指定の速度は、例えば、メンテナンス担当者などの個々の主体よって指定された、離散的な回転速度、又は、回転速度の範囲である。例えば、特定の回転速度、又は、回転速度範囲において、望ましくない振動や共鳴が発生する場合には、ＡＰＵ２２の不具合を解消するような速度又は速度範囲をユーザ生成信号で指定することができる。
【0026】
次に、速度補償モードについて説明する。図２に示した実施例では、航空機２０は、負荷圧縮機（即ち、負荷圧縮機４８）を含む。図３に示した実施例とは異なり、図２の航空機２０は、１つ以上の空気圧負荷６８に抽気を供給するよう構成されている。なお、速度補償モードでは、航空機２０が地上にある間も、飛行中も、刻々と変化する航空機２０の様々な環境パラメータ及び動作パラメータに基づく補償が実行される。例えば、航空機２０の上昇飛行中であれば、高度が上がるのにともなって、空気密度及び温度が低くなる。ただし、航空機２０が飛行中でなくとも、航空機２０が位置する空港の標高や地上の地形によって、空気密度及び温度は変化する。例えば、海抜ゼロ地点での空気密度は、温度が－４０oＣ（－４０oＦ）のときは、同じ高度であっても約４８．９oＣ（１２０oＦ）のときと比べて、約３５パーセント高くなる。速度補償モードで動作するＡＰＵ制御システム１８は、ＡＰＵ２２の回転速度を変化させて状況の変化に対して補償することで、動力出力を実質的に一定に維持する。具体的には、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の回転速度を、少なくとも空気密度値に基づいて調整する。
【0027】
図４は、例示的な速度補償曲線８８を示すグラフ９０であり、ＡＰＵ２２（図１）の可変回転速度と空気密度値との関係を表している。空気密度値が最小値９２（例えば、０．３ｋｇ／ｍ3）に近づくと、ＡＰＵ２２の回転速度の補償が大きくなる。同様に、空気密度値が最大値９４（例えば、１．５１ｋｇ／ｍ3）に近づくと、ＡＰＵ２２の回転速度の補償が小さくなる。速度補償曲線８８には、最大タービン動作速度９６と最小タービン動作速度９８との間の値が含まれる。速度補償曲線８８には、ＡＰＵ２２の公称動作点（nominal operating point）１００も含まれる。ＡＰＵ２２の可変回転速度は、空気密度値に反比例する。換言すると、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の可変回転速度と空気密度値との反比例の関係に基づいて、ＡＰＵ２２の可変回転速度を決定する。なお、寒い日の海抜ゼロ地点での空気密度の値（１．５１ｋｇ／ｍ3）と、高度４０，０００フィートでの空気密度の値（０．３ｋｇ／ｍ3）は、約５対１の比率で異なる。したがって、一定の速度で動作する従来のＡＰＵの場合、高い高度（即ち、４０，０００フィート）で生成される動力は、海抜ゼロ地点での動力の出力に比べて約８０パーセント少なくなる。これに対し、本開示のＡＰＵ制御システム１８は、高度の上昇に伴う空気密度の低下を、回転速度を上げることで補償することができる。
【0028】
限定するものではないが、図４に示す実施例では、速度補償曲線８８は、線形的である。ただし、図４は、あくまでも例示的な性質のものに過ぎず、ＡＰＵ２２（図１）の可変回転速度と空気密度値との関係は、線形的でない場合もありうる。ＡＰＵ２２の回転速度と空気密度値との具体的な関係は、ガスタービンの種類又は型式に依存する。したがって、空気密度値と可変回転速度との関係は、ガスタービンの具体的な特性によって変わる。さらに、図４では、１つの速度補償曲線８８のみが示されているが、当然ながら、曲線群や複数の曲線を設定し、それぞれの曲線が特定の動作点に対応しているとすることも可能である。空気密度値と可変回転速度との関係に影響を及ぼすガスタービンの特性には、空気取り入れ口の形状や構成が含まれる。加えて、ガスタービンにおける動翼のサイズ、形状、数、案内翼の数、及び、動力圧縮機４２の段数も、空気密度と可変回転速度との関係に影響を及ぼす可能性がある。
【0029】
次に、空気密度値に基づいたＡＰＵ２２の回転速度の調整について説明する。図１、図２及び図４を参照すると、制御モジュール２８は、空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、ＡＰＵ２２により生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を受け取る。上述したように、環境信号は、空気密度値を示す測定値（即ち、アネロイド気圧計によって測定された値）であるか、或いは、環境信号は、温度信号と高度信号に基づいて算出される。一実施例では、動力信号は、出力軸６４の回転速度を示す速度信号、及び、出力軸６４の出力トルクを示すトルク信号を含む。制御モジュール２８は、出力軸６４の回転速度と出力トルクに基づいて、ＡＰＵ２２により生成された動力の特定の大きさを算出する。或いは、制御モジュール２８は、発電機２４の出力電圧と電流から、出力軸６４の動力を算出する。
【0030】
制御モジュール２８は、空気密度値に基づいて、ＡＰＵ２２の可変回転速度を決定する。具体的には、図４に示すように、速度補償曲線８８において、空気密度値には、ＡＰＵ２２の特定の回転速度値が対応する。ＡＰＵ２２の回転速度が決定されると、制御モジュール２８は、その可変回転速度で動作するようＡＰＵ２２に指示する。ＡＰＵ２２は、当該可変回転速度で動作する間は、特定の大きさの動力を継続的に生成する。換言すると、制御モジュール２８は、環境パラメータ及び操作パラメータが変化した場合でも、ＡＰＵ２２の回転速度を変えることで、動力の出力を実質的に一定に維持する。高度が増加して外気の空気密度が下がれば、これに比例して、ＡＰＵ２２の回転速度を増加させる。
【0031】
図１及び図２を参照すると、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２に送られた調速信号１１０に基づく可変回転速度で動作するようＡＰＵ２２に指示する。一実施例では、調速信号１１０は、ＡＰＵ２２の出力軸６４の回転速度を調節するように設定されている。ただし、別の実施例では、燃料調節弁６２の位置を制御して燃焼器４４に供給される燃料流量を調節することによって、ＡＰＵ２２を同様に制御することができる。或いは、別の実施例では、発電機２４の電力出力を調節するか、或いは、出力軸６４の動力出力を調整することによっても、ＡＰＵ２２を同様に制御することができる。
【0032】
ＡＰＵ２２の可変回転速度は、空気密度値だけでなく、発電機２４の電気負荷需要に基づいても動的に調整される。制御モジュール２８は、電気負荷信号７６を受け取る。制御モジュール２８は、発電機２４の電気負荷需要に基づいて、ＡＰＵ２２の可変回転速度を調整する。なお、ＡＰＵ２２の回転速度は、先ずは、空気密度について補償するように調整されることは理解されよう。例えば、一手法においては、ＡＰＵ２２の回転速度は、先ず、約４０，０００フィートという高い高度に基づいて調整される。この際に、発電機２４の電気負荷需要は、比較的低い可能性がある。例えば、発電機２４にかかる負荷が、公称電力の約２０パーセントのみであるとする。したがって、ＡＰＵ２２の回転速度は、次に、発電機２４の負荷需要が低いことに基づいて調整される（即ち、減速される）。これにより、燃料効率が向上する。
【0033】
図５は、速度補償曲線８８、例示的な最大電力調整曲線１２０、及び、例示的な最小電力調整曲線１２２を示している。後述するように、制御モジュール２８は、電気負荷需要とＡＰＵ２２の可変回転速度との比例関係に基づいて、ＡＰＵ２２の可変回転速度を増加或いは減少させるよう構成されている。制御モジュール２８は、電力需要が増加すれば、ＡＰＵ２２の可変回転速度を速度補償曲線８８に対して増加させて適応するよう構成されている。同様に、制御モジュール２８は、電力需要が減少すれば、ＡＰＵ２２の可変回転速度を速度補償曲線８８に対して減少させて適応するよう構成されている。
【0034】
図１、図２及び図５を参照すると、一実施例では、制御モジュール２８は、電気負荷需要を示す電気負荷信号７６を受け取る。いくつかの実施例では、制御モジュール２８は、発電機２４の電気負荷需要が増加しているかを判定する。発電機２４の電気負荷需要が増加していると判定すると、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の可変回転速度を増加させる。図５を参照すると、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の所与の空気密度値１３０における可変回転速度が最大回転速度１３２に到達するまで、可変回転速度を継続して引き上げることができる。つまり、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の所与の空気密度値における可変回転速度を段階的に調整して、ＡＰＵ２２が現在生成している大きさの動力を維持するよう構成されている。最大回転速度１３２は、最大電力調整曲線１２０上に位置している。ＡＰＵ２２の最大回転速度１３２は、最大電力需要値閾値に関連する。
【0035】
いくつかの実施例では、制御モジュール２８は、発電機２４の電気負荷需要が減少しているかを判定する。発電機２４の電気負荷需要が減少していると判定すると、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の可変回転速度を減少させる。具体的には、図５に示すように、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の所与の空気密度値１３０における可変回転速度が最小回転速度１３４に到達するまで、ＡＰＵ２２の可変回転速度を継続的に引き下げることができる。最小回転速度１３４は、最小電力調整曲線１２２上に位置しており、最小電力需要閾値に関連する。したがって、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の所与の空気密度値１３０における可変回転速度を、電気負荷需要の大きさに比例して動的に調整する。なお、ＡＰＵ２２の可変回転速度は、最小回転速度１３４と最大回転速度１３２との間で調整可能である。最小回転速度１３４は、発電機２４の最小電力需要閾値に対応し、最大回転速度１３２は、発電機２４の最大電力需要閾値に対応する。
【0036】
最大電力需要値閾値、及び、最小電力需要閾値の値は、１つ以上の要因に依存し、具体的には、航空機の種類又は型式、発電機２４のサイズ、発電機２４の最大電力出力、発電機２４の力率、発電機２４の電力供給を受ける装置の負荷の種類、及び、最大電力需要値及び最小電力需要閾値のそれぞれに対応する負荷の組み合わせのうちの１つ以上の要因に依存する。発電機２４の電力供給を受ける負荷の種類には、抵抗負荷、及び、無効負荷（即ち、電動モータを含んでおり、始動時により多くの電力を必要とする負荷）が含まれる。一実施例では、限定するものではないが、最大電力需要値閾値は、発電機２４の最大出力電力の約６０パーセントから約８０パーセントの範囲であり、最小電力需要閾値は、発電機２４の最大出力電力の約２０パーセントから約４０パーセントの範囲である。ただし、これらの値は、あくまでも例示的な性質のものに過ぎない。さらに別の実施例では、最大及び最小の電力需要閾値は、ルックアップテーブルに基づいて決定される。さらに別の実施例では、最大及び最小の電力需要閾値は、航空機２０の飛行計画に基づいて変わる。
【0037】
図５に示した例では、限定するものではないが、最大電力調整曲線１２０及び最小電力調整曲線１２２は、いずれも速度補償曲線８８に沿っている。換言すると、最大電力調整曲線１２０及び最小電力調整曲線１２２は、いずれも速度補償曲線８８の変化量と同じだけ値が変化する。ただし、当然ながら、最大電力調整曲線１２０及び最小電力調整曲線１２２は、速度補償曲線８８とは異なる割合で変化してもよい。換言すると、最大電力調整曲線１２０、最小電力調整曲線１２２、及び、速度補償曲線８８は、傾きがそれぞれ異なっていてもよい。さらに、別の実施例では、速度補償曲線８８は、線形的でなくてもよく、また、最大電力調整曲線１２０、及び、最小電力調整曲線１２２も線形的でなくてもよい。
【0038】
図６は、ＡＰＵ２２のタービン速度曲線１３８の例を示すグラフ１２８である。タービン速度曲線１３８は、エンジンモデルによるシミュレーションに基づいて、また、テストデータに基づいて決定される。なお、図６に示すタービン速度曲線１３８は、あくまでも例示的な性質のものに過ぎず、タービン速度曲線の具体的な形状は、限定するものではないが、例えば、タービンのサイズ及びスプールの数などの要素によって異なる。図６に示す実施例では、比較的低い高度１４０（例えば、海抜約２，０００フィート、即ち、６０９．６メートル）でＡＰＵ２２の回転速度を増加させると、比較的高い高度１４２でＡＰＵの回転速度を同じだけ増加させるよりも、出力は大きく増加する。比較的高い高度としては、約３５，０００フィート（１０，６６８メートル）を超える任意の値である最大高度値も含まれる。例えば、比較的低い高度１４０においてＡＰＵ２２の回転速度を約１０パーセントから約２３パーセントに引き上げると、出力が２０パーセント増加する。これに対し、比較的高い高度１４２では、ＡＰＵ２２の回転速度をエンジン速度で約４０パーセント分、引き上げても、出力の増加は同じ（即ち、２０パーセント）である。タービン速度曲線１３８は、航空機速度や湿度などの環境条件に基づいて変化する。したがって、タービン速度曲線１３８は、環境条件に基づいて再計算される。
【0039】
別の実施例では、制御モジュール２８は、航空機２０の飛行計画に基づいて、ＡＰＵの可変回転速度を調整する。一実施例では、飛行計画は、飛行制御モジュールのメモリに格納されており、制御モジュール２８に送られる。制御モジュール２８は、飛行計画に基づいて推定又は予測される電気負荷を算出するよう構成されている。この予測電気負荷は、航空機２０の油圧負荷を変化させる、操縦翼面に係る需要（control surface demand）に基づくものである。制御モジュール２８は、この予測電気負荷に基づいて、ＡＰＵ２２の可変回転速度を調整する。航空機の油圧負荷は、限定するものではないが例えば、フラップの展開及び退避、逆推力の生成（thrust reverse）、及び、自動ギャップフラップ駆動（auto-gap flap actuation）などの操縦翼面コマンドによって増減する。自動ギャップフラップ駆動は、航空機２０の迎角、対気速度、及び、フラップ位置に基づいて、自動でフラップを動作させる機能を表す。
【0040】
なお、電力推進航空機は、空力フラップなどの操縦翼面を備えない可能性がある。その場合、制御モジュール２８は、航空機２０の姿勢又は角速度を制御するために実行する複数の電動モータの速度変化に基づいて予測負荷を算出するよう構成されている。具体的には、電力推進航空機は、モータからの推力の向きを操作することで姿勢又は角速度を制御する推力偏向（thrust vectoring）と呼ばれる方法に基づいて操縦される。よって、制御モジュール２８は、航空機２０の電動モータの需要に基づいて。ＡＰＵ２２の可変回転速度を調整する。
【0041】
さらに別の実施例では、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の可変回転速度を、航空機速度に基づいて調整する。一実施例では、航空機速度は、音速との比であるマッハの単位で表される。図７は、例示的な速度調整ライン１５０を示す図であり、航空機速度とＡＰＵ２２の可変回転速度との線形的な反比例の関係を示している。航空機速度が増加すれば、それに伴ってＡＰＵ２２の可変回転速度を低下させるが、ＡＰＵ２２は、略同じ動力を変わらずに出力する。航空機速度が最大値１５４である０．８マッハに到達すると、その後のＡＰＵ２２の可変回転速度は、そのまま維持される。同様に、航空機速度が減少すれば、これに伴って、ＡＰＵの可変回転速度を増加させる。
【0042】
図１、図２及び図７を参照すると、一実施例では、制御モジュール２８は、所与の空気密度値の空気中における音速との比で航空機速度を示す速度信号を受け取る。制御モジュール２８は、航空機速度に基づいて、ＡＰＵ２２の可変回転速度を調整する。航空機速度とＡＰＵ２２の可変回転速度との関係（即ち、速度調整ライン１５０）は、航空機速度の最小値１５２と最大値１５４のそれぞれにおいて、ＡＰＵ２２に供給される空気の入口質量流量の比率に基づく。図７に示すように、航空機速度の最小値１５２は、マッハ約０．３であり、航空機速度の最大値１５４は、マッハ約０．８である。限定するものではないが、図示の例では、ＡＰＵ２２に供給される空気の入口質量流量の比率は、１．９６：１である。つまり、マッハ０．８のときのＡＰＵ２２の入口質量流量は、マッハ０．３のときの入口質量流量の１．９６倍である。なお、この比率１．９６：１は、高度の変化に関わらず、実質的に一定である。したがって、速度調整ライン１５０は、高度に関わらず同じである。なお、当然ながら、入口空気の質量流量の比率１．９６は、航空機２０の最大速度及び最小速度に基づいて変わる。
【0043】
図７に示すように、最大タービン速度係数１５６は、航空機速度の最小値１５２に関連し、最小タービン速度係数１５８は、航空機速度の最大値１５４に関連する。一実施例では、制御モジュール２８は、航空機速度が最大値１５４未満であるかを判定する。航空機速度が最大値１５４未満であると判定すると、制御モジュール２８は、航空機速度とＡＰＵ２２の可変回転速度との線形的な反比例の関係に基づいて、ＡＰＵ２２の可変回転速度を調整する。これに対し、別の実施例では、制御モジュール２８は、航空機速度が最大値１５４であるかを判定する。航空機速度が最大値１５４であると判定すると、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の可変回転速度をそのまま維持すると決定する。換言すると、ＡＰＵ２２の可変回転速度は、最小タービン速度係数１５８を１．０として、調節される。
【0044】
図１及び図２を参照すると、さらに別の実施例では、ＡＰＵ２２の可変回転速度を、環境湿度に基づいてさらに調整する。環境湿度とガスタービンの動力出力とは、反比例の関係にある。したがって、環境湿度が高くなると、ＡＰＵ２２の動力出力はこれに比例して減少する。なお、環境湿度は、所与の体積又は質量の空気中に含まれる水蒸気の総量である絶対湿度を表す。制御モジュール２８は、所与の空気密度の空気の絶対湿度を示す環境湿度信号を受け取る。制御モジュール２８は、環境湿度信号に基づいて絶対湿度を特定する。次いで、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の動力出力と反比例の関係にある絶対湿度に基づいてＡＰＵ２２の可変回転速度を調節する。一実施例では、湿度信号は、降雨、着氷、降雪などの降水（precipitation）の発生及びその量を表す。制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の可変回転速度に対し、降水の発生及びその量に基づく調整も行う。
【0045】
図８は、速度補償モードにおいて、ＡＰＵ２２の可変回転速度を調整する例示的な方法２００の処理フロー図である。なお、方法２００のブロック２０８、２１０、２１２、２１４、２１６及び２１８は、任意であり、実施例によっては、省略することも可能である。概ね図１、図２、図４及び図８を参照すると、方法２００は、ブロック２０２で開始される。ブロック２０２において、制御モジュール２８は、空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、ＡＰＵ２２により生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を入力として受け取る。上述したように、環境信号は、測定値（即ち、アネロイド気圧計によって測定された値）であるか、或いは、算出された値（即ち、温度信号と高度信号に基づく値）である。一実施例では、冗長性を確かめるため、測定により得た空気密度値を、算出により得た空気密度値と比較する。方法２００は、次に、ブロック２０４に進む。
【0046】
ブロック２０４において、制御モジュール２８は、ＡＰＵの可変回転速度を空気密度値に基づいて決定する。一実施例では、図４に示す速度補償曲線８８を用いて、ＡＰＵの可変回転速度を空気密度値に基づいて決定する。方法２００は、次に、ブロック２０６に進む。
【0047】
ブロック２０６において、制御モジュール２８は、当該可変回転速度で動作するようＡＰＵ２２に指示する。ＡＰＵ２２は、当該可変回転速度で動作する間は、特定の大きさの動力を継続的に生成する。一実施例では、その後、方法２００を終了し、ＡＰＵ２２は、次に地上メンテナンスモードで動作する。ただし、実施例によっては、制御モジュール２８は、発電機２４の電気負荷需要、航空機速度、又は、湿度に基づく速度補正、或いは、負荷、航空機速度、又は、湿度の任意の組み合わせに基づく速度補正も実行する。なお、図８は、ＡＰＵ２２の可変回転速度を特定の順序で調整する処理を含むが、実行順序は特に限定されない。したがって、一実施例では、方法２００は、次にブロック２０８に進むことも可能である。
【0048】
ブロック２０８において、制御モジュール２８は、１つ以上の発電機２４の電気負荷需要を示す電気負荷信号７６を受け取る。方法２００は、次に、ブロック２１０に進む。
【0049】
ブロック２１０において、制御モジュール２８は、１つ以上の発電機２４の電気負荷需要に基づいて、ＡＰＵ２２の可変回転速度を調整する。なお、この処理は、図５に示して既に説明したものである。方法２００は、次に、ブロック２１２に進む。
【0050】
ブロック２１２において、制御モジュール２８は、航空機２０の速度を空気中の音速との比で示した速度信号を受け取る。方法２００は、次に、ブロック２１４に進む。
【0051】
ブロック２１４において、制御モジュール２８は、航空機２０の速度に基づいて、ＡＰＵ２２の可変回転速度を調整する。なお、この処理は、図６に示して既に説明したものである。方法２００は、次に、ブロック２１６に進む。
【0052】
ブロック２１６において、制御モジュール２８は、環境湿度を示す環境湿度信号を受け取る。方法２００は、次に、ブロック２１８に進む。
【0053】
ブロック２１８において、制御モジュール２８は、環境湿度に基づいてＡＰＵ２２の可変回転速度を調整する。なお、この処理は、既に説明したものである。方法２００は、その後、終了するか、ブロック２０２に戻る。
【0054】
次に、図１、図３及び図９を参照して、電力推進航空機用の、或いは、推進系以外のすべてのシステムにおいて電力を使用する航空機用のＡＰＵ２２の可変回転速度の補償について説明する。具体的には、電力推進の航空機２０の場合には、ＡＰＵ２２の可変回転速度は、先ず、空気密度値に基づいて調整される。次いで、可変回転速度は、航空機２０の速度及び環境湿度など、他の条件に基づいて調節される。次に、ＡＰＵ２２の可変回転速度は、発電機２４の電気負荷需要に基づいて調整される。このようにする理由は、空気密度値、航空機２０の速度、及び、湿度などの環境条件の値は、通常は、突然大きく変化或いは変動をしないからである。例えば、航空機の上昇飛行時には、空気密度は徐々に低くなる。これに対し、発電機２４の電気負荷需要は、突如増加する可能性がある。よって、変化が段階的である環境条件に基づく調整を先に行うことによって、ＡＰＵ２２の可変回転速度（及び、それに伴う電力機能（power capability））が、急激な負荷の変化に対して、固定速度のＡＰＵの場合に比べて容易に対応可能である。制御モジュール２８が、飛行計画に基づいて電気負荷を予測する構成であれば、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の可変回転速度を予測電気負荷に基づいて決定することができる。
【0055】
制御モジュール２８は、先ず、空気密度値に基づく補償を実行すべく、第１可変回転速度で動作するようＡＰＵ２２に指示する。制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２に第１可変回転速度での動作を指示した後、航空機２０の１つ以上の環境条件に基づいて、ＡＰＵ２２の第１可変回転速度を調整する。具体的には、航空機２０の環境条件は、限定するものではないが、空気中の音速との比で表した航空機２０の速度、及び、環境湿度を含む。航空機２０の環境条件に基づく補償を行った後、制御モジュール２８は、発電機２４の電気負荷需要に基づく補償を実行すべく、第２可変回転速度で動作するようＡＰＵ２２に指示する。換言すると、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の第１可変回転速度を航空機２０の環境条件に基づいて調整した場合にのみ、ＡＰＵ２２の第２可変回転速度を決定する。つまり、第２可変回転速度は、空気密度値、航空機の環境条件、及び、発電機２４の電気負荷需要に基づくものである。
【0056】
次に、図９を参照すると、同図は、電力推進航空機におけるＡＰＵ２２の回転速度を調整するための例示的な方法３００を示す例示的な処理フロー図である。概ね図１、図３及び図９を参照すると、方法３００は、ブロック３０２で開始される。ブロック３０２において、制御モジュール２８は、空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、ＡＰＵ２２により生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を入力として受け取る。方法３００は、次に、ブロック３０４に進む。
【0057】
ブロック３０４において、制御モジュール２８は、空気密度値に基づいてＡＰＵの第１可変回転速度を決定する。方法３００は、次に、ブロック３０６に進む。
【0058】
ブロック３０６において、制御モジュール２８は、第１可変回転速度で動作するようＡＰＵ２２に指示する。ＡＰＵ２２は、当該可変回転速度で動作する間は、特定の大きさの動力を継続的に生成する。方法３００は、次に、ブロック３０８に進む。
【0059】
判定ブロック３０８では、ＡＰＵ２２の可変回転速度を別の環境条件に基づいてさらに補償する場合には、方法は、ブロック３１０に進む。そうでない場合には、方法３００は、ブロック３２０に進み、発電機２４の電気負荷需要に基づく補償を行う。
【0060】
ブロック３１０において、制御モジュール２８は、航空機２０の速度を空気中の音速との比で示す速度信号を受け取る。方法３００は、次に、ブロック３１２に進む。
【0061】
ブロック３１２において、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の第１回転速度を、航空機２０の速度に基づいて調整する。なお、この処理は、図６に示して既に説明したものである。方法３００は、次に、ブロック３１４に進む。
【0062】
ブロック３１４において、制御モジュール２８は、環境湿度を示す環境湿度信号を受け取る。方法３００は、次に、ブロック３１６に進む。
【0063】
ブロック３１６において、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の第１回転速度を、環境湿度に基づいて調整する。なお、この処理は、既に説明したものである。方法３００は、次に、ブロック３１８に進む。
【0064】
ブロック３１８において、制御モジュール２８は、１つ以上の発電機２４の電気負荷需要を示す電気負荷信号７６を受け取る。方法３００は、次に、ブロック３２０に進む。
【0065】
ブロック３２０において、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の第２回転速度を、１つ以上の発電機２４の電気負荷需要に基づいて決定する。換言すると、制御モジュール２８は、ＡＰＵ２２の可変回転速度を、先ず、環境条件（例えば、空気密度、湿度、航空機２０の速度）に基づいて調整し、次に、ＡＰＵ２２の可変回転速度を、電気負荷需要に基づいて調整する。方法３００は、次に、ブロック３２２に進む。
【0066】
ブロック３２２において、制御モジュール２８は、第２回転速度で動作するようＡＰＵ２２に指示する。方法３００は、その後、終了するか、ブロック３０２に戻る。
【0067】
すべての図面を参照すると、本開示のＡＰＵ制御システムの技術的効果及び利点としては、固定速度のＡＰＵに比べて、ガスタービンが小型かつ軽量であり、必要な燃料が少なくて済むことがある。具体的には、本開示のＡＰＵによれば、動力の出力に悪影響を及ぼす環境条件を打ち消すことができる。したがって、より小型のガスタービンを用いても、より重量のある固定速度のガスタービンと同様の機能を実行することができる。加えて、本開示のＡＰＵ制御システムは、電気負荷需要に基づいて回転速度を補償する機能も備えており、これによりＡＰＵの効率が改善される。
【0068】
次に、図１０を参照すると、ＡＰＵ制御システム１８は、例示的なコンピュータシステム１０３０などの、１つ以上のコンピュータ装置又はコンピュータシステムにおいて実現することができる。コンピュータシステム１０３０は、プロセッサ１０３２、メモリ１０３４、大容量記憶装置１０３６、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１０３８、及び、ヒューマンマシンインタフェース１０４０を含む。コンピュータシステム１０３０は、１つ以上の外部リソース１０４２に、ネットワーク１０２６又は入出力インターフェース１０３８を介して動作可能に接続される。外部リソースとしては、限定するものではないが例えば、サーバ、データベース、大容量記憶装置、周辺機器、クラウドベースのネットワークサービス、又は、コンピュータシステム１０３０によって利用可能な他の適当なコンピュータリソースが含まれる。
【0069】
プロセッサ１０３２には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコンピュータ、中央処理装置、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブル論理デバイス、状態マシン、論理回路、アナログ回路、デジタル回路、又は、メモリ１０３４に格納された動作命令にしたがって信号（アナログ又はデジタル）を操作可能な他の適当なデバイスが含まれる。メモリ１０３４には、１つ又は複数のメモリデバイスが含まれる。メモリデバイスには、限定するものではないが例えば、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、フラッシュメモリ、キャッシュメモリ、又は、情報を格納可能な他のデバイスが含まれる。大容量記憶装置１３６には、ハードドライブ、光学ドライブ、テープドライブ、揮発性又は不揮発性のソリッドステートドライブ、又は、情報を格納可能な他の適当なデバイスなどの、データ記憶装置が含まれる。
【0070】
プロセッサ１０３２は、メモリ１０３４に含まれるオペレーティングシステム１０４６の制御下で動作する。オペレーティングシステム１０４６は、コンピュータリソースを管理して、メモリ１０３４に含まれるアプリケーション１０４８などのコンピュータソフトウェアアプリケーションの１つ以上において具体化されたコンピュータプログラムコードの命令をプロセッサ１０３２に実行させる。別の実施例では、プロセッサ１０３２は、アプリケーション１０４８を直接実行してもよい。この場合、オペレーティングシステム１０４６は、不要になる。メモリ１０３４には、１つ以上のデータ構造１０４９も含まれており、データの格納あるいは処理に際して、プロセッサ１０３２、オペレーティングシステム１０４６、又は、アプリケーション１０４８によって使用される。
【0071】
入出力インターフェース１０３８は、例えば、ネットワーク１０２６又は外部リソース１０４２などの他のデバイス及びシステムに対して、プロセッサ１０３２を動作可能に接続するマシンインターフェスを提供する。これにより、アプリケーション１０４８は、入出力インターフェース１０３８を経由した通信を介してネットワーク１０２６又は外部リソース１０４２と協同して機能して、本開示の実施例を構成する様々な特徴、用途、プロセス、又は、モジュールを提供する。アプリケーション１０４８は、１つ以上の外部リソース１０４２によって実行されるプログラムコードも含み、或いは、コンピュータシステム１０３０の外部にある他のシステムやネットワークのコンポーネントによって提供される機能や信号に依存する。実際のところ、利用可能なハードウェア構成及びソフトウェア構成はほぼ無限にあるので、当業者であれば、コンピュータシステム１０３０の外部に位置するアプリケーション、複数のコンピュータ又は他の外部リソース１０４２に分散されたアプリケーション、或いは、クラウドコンピューティングサービスなど、ネットワーク１０２６経由のサービスであるコンピュータリソース（ハードウェア及びソフトウェア）によって提供されるアプリケーションが本開示の実施例に包含されうることは理解されよう。
【0072】
ＨＭＩ１０４０は、コンピュータシステム１０３０のプロセッサ１０３２に、既知の態様で、動作可能に接続されており、ユーザがコンピュータシステム１０３０と直接にやり取りを行うことを可能にする。ＨＭＩ１０４０には、映像や英数字ディスプレイ、タッチスクリーン、スピーカ、及び、ユーザにデータを提示可能な他の適当な音声及び映像表示機器が含まれる。また、ＨＭＩ１０４０には、ユーザから命令や入力を受け付け、入力された内容をプロセッサ１０３２に伝送することのできる入力装置及びコントローラが含まれ、例えば、英数字キーボード、ポインティングデバイス、キーパッド、押しボタン、操作ノブ、マイクなどが含まれる。
【0073】
データベース１０４４は、大容量記憶装置１０３６に存在してもよく、本明細書に記載の様々なシステム及びモジュールによって使用されるデータを収集及び管理するために使用することができる。データベース１０４４は、例えば、データと、当該データを格納、管理するための補助データ構造と、を含む。具体的には、データベース１０４４は、任意の構成又は構造のデータベースとして構成することができ、限定するものではないが例えば、リレーショナルデータベース、階層型データベース、ネットワークデータベース、又は、その組み合わせを含む。プロセッサ１０３２上で命令群として実行されるコンピュータソフトウェアアプリケーションの形態のデータベース管理システムは、クエリを受けて、データベース１０４４のレコードに記録された情報やデータにアクセスする際に利用することができる。クエリは、例えば、オペレーティングシステム１０４６、他のアプリケーション１０４８、又は、１つ以上のモジュールによって動的に決定され、実行される。
【0074】
本開示は、下記の付記による実施例も包含する。
【0075】
１． 航空機（２０）用の補助動力装置（ＡＰＵ）制御システム（１８）であって、ＡＰＵ（２２）を含むとともに、
１つ以上のプロセッサ（１０３２）と、
前記１つ以上のプロセッサに接続されたメモリ（１０３４）と、を備え、前記メモリは、データベース（１０４４）及びプログラムコードを含むデータを格納しており、前記プログラムコードは、前記１つ以上のプロセッサにより実行されると、前記ＡＰＵ制御システムに、
空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を受け取ることと、
前記空気密度値に基づいて、前記ＡＰＵの可変回転速度を決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、を実行させるものであり、前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成する、ＡＰＵ制御システム。
１つ以上のプロセッサ（１０３２）と、
前記１つ以上のプロセッサに接続されたメモリ（１０３４）と、を備え、前記メモリは、データベース（１０４４）及びプログラムコードを含むデータを格納しており、前記プログラムコードは、前記１つ以上のプロセッサにより実行されると、前記ＡＰＵ制御システムに、
空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を受け取ることと、
前記空気密度値に基づいて、前記ＡＰＵの可変回転速度を決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、を実行させるものであり、前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成する、ＡＰＵ制御システム。
【0076】
２． 前記１つ以上のプロセッサ（１０３２）は、
温度信号及び高度信号を受け取るよう指示する命令と、
前記温度信号及び前記高度信号に基づいて、前記空気密度値を特定するよう指示する命令と、を実行する、付記１に記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
温度信号及び高度信号を受け取るよう指示する命令と、
前記温度信号及び前記高度信号に基づいて、前記空気密度値を特定するよう指示する命令と、を実行する、付記１に記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
【0077】
３． 前記ＡＰＵ（２２）の出力軸（６４）によって駆動される１つ以上の発電機（２４）をさらに備え、前記１つ以上のプロセッサ（１０３２）は、
前記１つ以上の発電機の電気負荷需要を示す電気負荷信号（７６）を受け取るよう指示する命令と、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を調整するよう指示する命令と、を実行する、付記１又は２に記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
前記１つ以上の発電機の電気負荷需要を示す電気負荷信号（７６）を受け取るよう指示する命令と、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を調整するよう指示する命令と、を実行する、付記１又は２に記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
【0078】
４． 前記１つ以上のプロセッサ（１０３２）は、
前記１つ以上の発電機（２４）の前記電気負荷需要が増加しているか、又は、減少しているかを判定するよう指示する命令と、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要が増加していると判定した場合に、前記電気負荷需要と前記ＡＰＵ（２２）の前記可変回転速度との比例関係に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を増加させるよう指示する命令と、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要が減少していると判定した場合に、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を減少させるよう指示する命令と、を実行する、付記３に記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
前記１つ以上の発電機（２４）の前記電気負荷需要が増加しているか、又は、減少しているかを判定するよう指示する命令と、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要が増加していると判定した場合に、前記電気負荷需要と前記ＡＰＵ（２２）の前記可変回転速度との比例関係に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を増加させるよう指示する命令と、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要が減少していると判定した場合に、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を減少させるよう指示する命令と、を実行する、付記３に記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
【0079】
５． 前記１つ以上のプロセッサ（１０３２）は、
最小回転速度（１３４）と最大回転速度（１３２）の間で調整可能な前記ＡＰＵ（２２）の所与の空気密度値における前記可変回転速度を、前記電気負荷需要の大きさに比例して動的に調整するよう指示する命令を実行する、付記３に記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
最小回転速度（１３４）と最大回転速度（１３２）の間で調整可能な前記ＡＰＵ（２２）の所与の空気密度値における前記可変回転速度を、前記電気負荷需要の大きさに比例して動的に調整するよう指示する命令を実行する、付記３に記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
【0080】
６． 前記最小回転速度（１３４）は、前記１つ以上の発電機（２４）の最小電力需要閾値に対応し、前記最大回転速度（１３２）は、前記１つ以上の発電機の最大電力需要閾値に対応する、付記５に記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
【0081】
７． 前記メモリ（１０３４）は、前記航空機（２０）の飛行計画を格納し、前記１つ以上のプロセッサ（１０３２）は、
前記航空機の油圧負荷を変化させる操縦翼面に係る需要に基づく予測電気負荷を、前記飛行計画に基づいて算出するよう指示する命令と、
前記予測電気負荷に基づいて、前記ＡＰＵ（２２）の前記可変回転速度を調整するよう指示する命令と、を実行する、付記１～６のいずれかに記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
前記航空機の油圧負荷を変化させる操縦翼面に係る需要に基づく予測電気負荷を、前記飛行計画に基づいて算出するよう指示する命令と、
前記予測電気負荷に基づいて、前記ＡＰＵ（２２）の前記可変回転速度を調整するよう指示する命令と、を実行する、付記１～６のいずれかに記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
【0082】
８． 前記１つ以上のプロセッサ（１０３２）は、
所与の空気密度値の空気中における音速に比較した航空機速度を示す速度信号を受け取るよう指示する命令と、
前記航空機（２０）速度が最大値未満であるかを判定するよう指示する命令と、
前記航空機速度が前記最大値未満であると判定した場合に、前記航空機速度と前記ＡＰＵ（２２）の前記可変回転速度との線形的な反比例の関係に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を調整するよう指示する命令と、を実行する、付記１～７のいずれかに記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
所与の空気密度値の空気中における音速に比較した航空機速度を示す速度信号を受け取るよう指示する命令と、
前記航空機（２０）速度が最大値未満であるかを判定するよう指示する命令と、
前記航空機速度が前記最大値未満であると判定した場合に、前記航空機速度と前記ＡＰＵ（２２）の前記可変回転速度との線形的な反比例の関係に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を調整するよう指示する命令と、を実行する、付記１～７のいずれかに記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
【0083】
９． 前記１つ以上のプロセッサ（１０３２）は、
所与の空気密度値の空気中における音速に比較した航空機速度を示す速度信号を受け取るよう指示する命令と、
前記航空機（２０）速度が最大値であるかを判定するよう指示する命令と、
前記航空機速度が前記最大値であると判定した場合に、前記ＡＰＵ（２２）の前記可変回転速度をそのまま維持するよう指示する命令と、を実行する、付記１～７のいずれかに記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
所与の空気密度値の空気中における音速に比較した航空機速度を示す速度信号を受け取るよう指示する命令と、
前記航空機（２０）速度が最大値であるかを判定するよう指示する命令と、
前記航空機速度が前記最大値であると判定した場合に、前記ＡＰＵ（２２）の前記可変回転速度をそのまま維持するよう指示する命令と、を実行する、付記１～７のいずれかに記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
【0084】
１０． 前記１つ以上のプロセッサ（１０３２）は、
所与の空気密度の空気の絶対湿度を示す環境湿度信号を受け取るよう指示する命令と、
前記環境湿度信号に基づいて、前記空気の絶対湿度を特定するよう指示する命令と、
前記ＡＰＵ（２２）の動力出力と反比例の関係にある前記絶対湿度に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を調整するよう指示する命令と、を実行する、付記１～９のいずれかに記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
所与の空気密度の空気の絶対湿度を示す環境湿度信号を受け取るよう指示する命令と、
前記環境湿度信号に基づいて、前記空気の絶対湿度を特定するよう指示する命令と、
前記ＡＰＵ（２２）の動力出力と反比例の関係にある前記絶対湿度に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を調整するよう指示する命令と、を実行する、付記１～９のいずれかに記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
【0085】
１１． 前記１つ以上のプロセッサ（１０３２）は、
前記航空機（２０）が地上にあるかを判定するよう指示する命令と、
前記航空機が地上にあると判定した場合に、航空機地上支援機材の電源に適応する分布幅を有する回転速度で動作するよう前記ＡＰＵ（２２）に指示する命令と、を実行する、付記１～１０のいずれかに記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
前記航空機（２０）が地上にあるかを判定するよう指示する命令と、
前記航空機が地上にあると判定した場合に、航空機地上支援機材の電源に適応する分布幅を有する回転速度で動作するよう前記ＡＰＵ（２２）に指示する命令と、を実行する、付記１～１０のいずれかに記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
【0086】
１２． 前記１つ以上のプロセッサ（１０３２）は、
前記航空機（２０）が地上にあるかを判定するよう指示する命令と、
前記航空機が地上にあると判定した場合に、個々の主体よって指定された離散的な回転速度、又は、回転速度の範囲であるユーザ指定速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示する命令と、を実行する、付記１～１０のいずれかに記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
前記航空機（２０）が地上にあるかを判定するよう指示する命令と、
前記航空機が地上にあると判定した場合に、個々の主体よって指定された離散的な回転速度、又は、回転速度の範囲であるユーザ指定速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示する命令と、を実行する、付記１～１０のいずれかに記載のＡＰＵ制御システム（１８）。
【0087】
１３． 補助動力装置（ＡＰＵ）制御システム（１８）を含む航空機（２０）であって、
出力軸（６４）を含むＡＰＵ（２２）と、
前記ＡＰＵの前記出力軸に駆動可能に接続された１つ以上の発電機（２４）と、
前記ＡＰＵに電気的に接続された１つ以上のプロセッサ（１０３２）と、
前記１つ以上のプロセッサに接続されたメモリ（１０３４）と、を備え、前記メモリは、データベース（１０４４）及びプログラムコードを含むデータを格納しており、前記プログラムコードは、前記１つ以上のプロセッサにより実行されると、前記ＡＰＵ制御システムに、
空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を受け取ることと、
前記空気密度値に基づいて、前記ＡＰＵの可変回転速度を決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、を実行させるものであり、前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成するものである、航空機。
出力軸（６４）を含むＡＰＵ（２２）と、
前記ＡＰＵの前記出力軸に駆動可能に接続された１つ以上の発電機（２４）と、
前記ＡＰＵに電気的に接続された１つ以上のプロセッサ（１０３２）と、
前記１つ以上のプロセッサに接続されたメモリ（１０３４）と、を備え、前記メモリは、データベース（１０４４）及びプログラムコードを含むデータを格納しており、前記プログラムコードは、前記１つ以上のプロセッサにより実行されると、前記ＡＰＵ制御システムに、
空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を受け取ることと、
前記空気密度値に基づいて、前記ＡＰＵの可変回転速度を決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、を実行させるものであり、前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成するものである、航空機。
【0088】
１４． 前記１つ以上のプロセッサ（１０３２）は、
温度信号及び高度信号を受け取るよう指示する命令と、
前記温度信号及び前記高度信号に基づいて、前記空気密度値を特定するよう指示する命令と、を実行する、付記１３に記載の航空機（２０）。
温度信号及び高度信号を受け取るよう指示する命令と、
前記温度信号及び前記高度信号に基づいて、前記空気密度値を特定するよう指示する命令と、を実行する、付記１３に記載の航空機（２０）。
【0089】
１５． 前記１つ以上のプロセッサ（１０３２）は、
前記１つ以上の発電機（２４）の電気負荷需要を示す電気負荷信号（７６）を受け取るよう指示する命令と、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要に基づいて、前記ＡＰＵ（２２）の可変回転速度を動的に調整するよう指示する命令と、を実行する、付記１３又は１４に記載の航空機（２０）。
前記１つ以上の発電機（２４）の電気負荷需要を示す電気負荷信号（７６）を受け取るよう指示する命令と、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要に基づいて、前記ＡＰＵ（２２）の可変回転速度を動的に調整するよう指示する命令と、を実行する、付記１３又は１４に記載の航空機（２０）。
【0090】
１６． 航空機（２０）におけるＡＰＵ（２２）の可変回転速度を調整する方法であって、
空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を、コンピュータ（１０３０）によって受け取ることと、
前記ＡＰＵの可変回転速度を前記空気密度値に基づいて、前記コンピュータによって決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、を含み、前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成するものである、方法。
空気密度値を示す１つ以上の環境信号、及び、前記ＡＰＵにより生成された特定の大きさの動力を示す１つ以上の動力信号を、コンピュータ（１０３０）によって受け取ることと、
前記ＡＰＵの可変回転速度を前記空気密度値に基づいて、前記コンピュータによって決定することと、
前記可変回転速度で動作するよう前記ＡＰＵに指示することと、を含み、前記ＡＰＵは、前記可変回転速度で動作中は、前記特定の大きさの動力を継続的に生成するものである、方法。
【0091】
１７． 温度信号及び高度信号を受け取ることと、
前記温度信号及び前記高度信号に基づいて、前記空気密度値を特定することと、をさらに含む、付記１６に記載の方法。
前記温度信号及び前記高度信号に基づいて、前記空気密度値を特定することと、をさらに含む、付記１６に記載の方法。
【0092】
１８． 前記ＡＰＵ（２２）に駆動可能に接続された１つ以上の発電機（２４）の電気負荷需要を示す電気負荷信号（７６）を受け取ることと、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を動的に調整することと、をさらに含む、付記１６又は１７に記載の方法。
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を動的に調整することと、をさらに含む、付記１６又は１７に記載の方法。
【0093】
１９． 前記１つ以上の発電機（２４）の前記電気負荷需要が増加しているか、又は、減少しているかを判定することと、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要が増加していると判定した場合に、前記電気負荷需要と前記ＡＰＵ（２２）の前記可変回転速度との比例関係に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を増加させることと、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要が減少していると判定した場合に、前記電気負荷需要と前記ＡＰＵの前記可変回転速度との前記比例関係に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を減少させることと、をさらに含む、付記１８に記載の方法。
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要が増加していると判定した場合に、前記電気負荷需要と前記ＡＰＵ（２２）の前記可変回転速度との比例関係に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を増加させることと、
前記１つ以上の発電機の前記電気負荷需要が減少していると判定した場合に、前記電気負荷需要と前記ＡＰＵの前記可変回転速度との前記比例関係に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を減少させることと、をさらに含む、付記１８に記載の方法。
【0094】
２０． 所与の空気密度値の空気中における音速に比較した航空機速度を示す速度信号を受け取ることと、
前記航空機（２０）速度が最大値未満であるかを判定することと、
前記航空機速度が前記最大値未満であると判定した場合に、前記航空機速度と前記ＡＰＵ（２２）の前記可変回転速度との線形的な反比例の関係に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を調整することと、をさらに含む、付記１６～１９のいずれかに記載の方法。
前記航空機（２０）速度が最大値未満であるかを判定することと、
前記航空機速度が前記最大値未満であると判定した場合に、前記航空機速度と前記ＡＰＵ（２２）の前記可変回転速度との線形的な反比例の関係に基づいて、前記ＡＰＵの前記可変回転速度を調整することと、をさらに含む、付記１６～１９のいずれかに記載の方法。
【0095】
本開示の説明は、あくまでも例示的な性質のものに過ぎず、本開示の要旨から逸脱しない変形も、本開示の範囲に包含されるべきである。そのような変形は、本開示の思想及び範囲から逸脱すると解釈されるべきではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】