飛行制御システム

航空機の「頭脳」とも言える機体。センサー、ソフトウェア、アクチュエータを用いて飛行姿勢、速度、方向を制御します。気象や航空交通状況に応じて調整することで、安定した安全な飛行を実現します。

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飛行制御システム（FCS）は、航空機全体を制御するユニットであり、装置の安定性を確保し、任務を正確に遂行することを可能にします。これは航空機の頭脳であり神経中枢であり、最も重要な部分です。このシステムは、事前にロードされたコマンドと環境入力とともに、離陸、巡航、任務遂行、着陸の各プロセスにおいて、機体の向き、位置、速度などのリアルタイムデータを用いて、自動またはパイロットの支援により、実行器官（動力システム、操縦翼面、プロペラなど）を制御し、姿勢安定化と軌道制御を実現します。

異なる制御方法とシナリオに基づく飛行制御システムは、3 つのクラスに分けられます。リモートコントローラーでコマンドを送信するパイロットに依存し、システムは姿勢の安定のみを支援する手動飛行制御 (例: 消費者向け航空写真ドローンの姿勢モード)、限られた数の自律機能 (例: 自動離陸、自動帰還) を備え、複雑な操作には依然として手動による介入が必要な半自動飛行制御 (例: 産業用農業植物保護ドローンのルートアシスタンスモード)、手動による介入なしで動作し、ルート計画、ミッション実行、緊急時の処理を独自に行うことができるシステムである全自動飛行制御 (例: 偵察攻撃統合ドローン、軍の無人有人航空機)。

用途:

飛行制御システムは、その機能を果たすために、航空機の種類とミッションの性質に合わせて特別にカスタマイズされた設計が必要です。そのため、民生用、産業用、軍用という3つの主要なセクターに応用されています。

1. コンシューマーグレードのシナリオ: コンシューマーグレードのデバイスの飛行制御システムは、主に「簡単な操作」と「安全性」という目的を果たします。

消費者向け航空機搭載デバイスの飛行制御システムの主な機能は、操作を簡素化し、初心者にとってプロセスを安全にすることです。最も重要な機能は次のとおりです。

ワンクリック離陸/ホーム復帰: 初心者ユーザーは、ドローン飛行の複雑な操作を完全に理解する必要はありません。離陸ボタンをクリックすると、ドローンは自動的に離陸してその場所の上空にホバリングします。一方、ホーム復帰ボタンをクリックすると、機体は自動的に離陸地点まで飛行するため、損失は許されません。

姿勢安定制御：PIDアルゴリズムによって機体の傾きの変化が適時補正されます。パイロットのミス（例えば、意図せずジョイスティックを押してしまった場合）でも、システムは機体を迅速に水平状態に戻すことができます。

スマート障害物回避：視覚センサーで前方の障害物を検知し、自動的に回避または停止することで衝突を回避します。2024年時点で、トップクラスのコンシューマー向けドローンの飛行制御システムの障害物回避効率は99%に達し、初心者の衝突リスクを大幅に低減しました。

2. 産業グレードのシナリオ: 産業グレードの航空機の飛行制御システムが成功するには、精度とミッションのコラボレーションという課題を解決する必要があります。

産業用航空機（例：農作物保護用ドローン、物流用ドローン、電力検査用ドローン）の飛行制御システムは、「高精度操作」および「複雑な環境への適応性」という要件を満たす必要があります。これらのシステムは、一般的に以下の用途に使用されます。

農業用ドローンの飛行制御システムは、農薬散布を均一に行うために、重複のない経路と安定した高度を提供する必要があります。RTK測位と地形追従技術を採用することで、曲がりくねった山間果樹園でも、経路偏差5cm以下の高度を1.5メートルに維持できます。1ムーあたりの農薬廃棄率は、従来の手作業の20%から3%未満にまで低減しました。ドローン1台で1日500ムーを散布できるため、これは20人の手作業員が行う作業と同等の成果です。

物流ドローンの飛行制御システムは、貨物の損傷を防ぐために、困難な環境（住宅地や村落など）に正確に着陸する必要があります。LiDARと視覚測位を活用することで、ドローンの飛行制御システムは、GPS信号が届かない都市部でも配送プラットフォーム（1m×1m）の位置を特定し、10cm未満の誤差で着陸することができます。2024年には、雲南省の農村部で300万件以上の医薬品や農業用品の配送が行われ、飛行制御エラーによる貨物の損傷は発生しませんでした。

電力検査ドローンの飛行制御システムは、線路の欠陥を確実に特定するために、線路に沿って飛行し、遠景をクローズアップして撮影する必要があります。国家電網の線路追従モードをサポートする電力検査ドローン飛行制御システムは、線路から5メートルの距離を自動的に維持し、鉄塔に沿って移動することができます。さらに、絶縁体やコネクタなどの部品に対してカメラを操作します。検査効率は手作業の6倍で、人が気づきにくい微細な欠陥も発見できます。2024年には、全国の電力検査ドローンの飛行制御システムによって検出された線路欠陥の総数は1万2000件を超えました。

3. 軍事シナリオ: 軍用機の飛行制御システムは、まず第一に、強力な妨害防止能力と自律戦闘能力を発揮する必要があります。

軍用戦闘機（例：偵察ドローン、偵察攻撃統合ドローン、戦闘機）のミドルウェアの中核機能は、強力な妨害耐性と複雑なミッションの自律実行です。例えば、システムには以下の機能を含めることができます。

電子妨害対策: 敵の電子妨害による制御不能を回避するため、システムは周波数ホッピング通信と暗号化されたデータ伝送を行います。

自律ミッション計画: この機能により、複数のルートの事前設定やさまざまなミッションウェイポイントが可能になり、さらに、システム自体が、人間のオペレーターの介入なしに、離陸 - 偵察 - ターゲット識別 - 帰還のすべての手順を実行します。

緊急フォールトトレラント制御: 実行機構の一部が故障した場合でも、飛行制御システムは残りの電力を使用して、緊急帰還または緊急着陸の機能を実行できるため、戦場での生存の可能性が高まります。