JP2002264898A - 飛行船の姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望の姿勢が、ガストなどの外乱の影響を受
けても素早く得られる飛行船の姿勢制御装置を提供す
る。 【解決手段】 船首の下方傾斜を検知したセンサからの
信号に基づくマイクロプロセッサからの指令で、図２
（Ｂ），（Ｃ）に示す連結点ａ_１１，ａ_２１，ａ_{３ １}，
ａ_４１等の各電動モータ７は、その拘束点ａ_１，ａ_２，
ａ_３，ａ_４等からの離隔割合で索体６を巻戻す一方、そ
の他の連結点の各電動モータ７は、当該連結点から拘束
点ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４等までの離隔割合で索体６を
巻取る。図２（Ｄ），（Ｅ）に示す連結点ｄ_１１，ｄ
_２１，ｄ_３１，ｄ_４１等の各電動モータ７は、その拘束
点ｄ_１，ｄ_２，ｄ_３，ｄ_４等からの離隔割合で索体６を
巻取る一方、その他の連結点の各電動モータ７は、当該
連結点から拘束点ｄ_１，ｄ_２，ｄ _３，ｄ_４等までの離隔
割合で索体６を巻戻す。すると、これにダイヤフラム３
が応動して図２（Ａ）のように船首を直ちに上げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、飛行船に装着さ
れ、面形状を自在に変えながら浮揚気体と空気とを仕切
るダイヤフラムをアクティブに制御することによって、
飛行船のピッチ制御やロール制御などの姿勢制御を行う
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】飛行船における、例えばピッチ制御やロ
ール制御などの姿勢制御には、従来から種々のやり方が
あり、そのうちの一つは、例えば特開昭６３−１５４４
９６号公報に開示されるようなプロペラ羽根で行うやり
方がある。この公報では、飛行船の船首又は船尾に取り
付けられたロータ組立体のプロペラ羽根は、そのピッチ
が調節できるようになっており、適宜に調節されたプロ
ペラ羽根によって適宜方向のスラスト力を発生させ、こ
れによって飛行船の姿勢制御ができるようにしている。
また、もう一つのやり方は、所謂ダイヤフラム方式の軟
式飛行船で行われているもので、ダイヤフラムによって
仕切られた浮揚気体（例えばヘリウム）及び空気に対
し、これら気体の飛行船内における容積割合を変えるこ
とによって飛行船の姿勢制御が行われるようにしている
ものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、姿勢制
御をプロペラ羽根で行うタイプの飛行船においては、プ
ロペラ羽根を含むロータ組立体及びその駆動装置などが
搭載され、飛行船としては航空機の構造により近づいた
本格的なものとなるために簡易な構造とはなり難く、コ
ストも高くなるという問題がある。また、ダイヤフラム
方式の軟式飛行船は、飛行船としての構造は簡易であ
る。しかるに、従来のダイヤフラム方式の飛行船では姿
勢制御はできず、浮揚気体や空気が外部の影響を直接受
けるために、例えばガストなどの外乱の影響で浮揚気体
や空気が不安定な状態になるときには所定の姿勢を維持
することが不可能である。実際、成層圏上空での停留状
態にあるときは、飛行船１００は図４（Ｄ）のような姿
勢で安定している。しかし、上昇するようなときに、飛
行船１００を同図（Ａ）のような水平姿勢に維持して行
うことはできず、また、同図（Ｂ）のように垂直姿勢で
上昇している場合、ガストなどの外乱の影響を受ける
と、同図（Ｃ）のように船体が逆さまになったりする。
尚、これら図中の１０１は浮揚気体と空気とを仕切るダ
イヤフラム、また、１０２は方向舵である。

【０００４】本発明の目的は、所望の姿勢を維持するこ
とができ、ガストなどの外乱の影響を受けても素早く得
られる飛行船の姿勢制御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に係る飛行船の姿勢制御装置は、
飛行船内に充填されたヘリウムなどの浮揚気体と空気と
を仕切るダイヤフラムの面上の複数部位を飛行船の船体
外皮の複数部位に索体を介して連結し、これら索体を、
例えば飛行船の船体外皮に配設されたモータなどの駆動
装置で適宜に巻取り・巻戻しすることによってダイヤフ
ラムを応動させるようにしたもので、ダイヤフラムを索
体によってアクティブに制御しているために、ガストな
どの外乱で浮揚気体や空気が不安定な状態にあっても、
これら気体の飛行船内における容積割合を素早く変えら
れ、所望の姿勢が直ちに得られるようになる。ところ
で、ダイヤフラムの面上の複数部位と飛行船体の外皮の
複数部位との索体による連結態様は、ピッチ制御やロー
ル制御などの姿勢制御の対象によって、また、制御の疎
密度合いなどによって最適なものが選定される。

【０００６】また、本発明の請求項２に係る飛行船の姿
勢制御装置において、飛行船が側面視略楕円形をなし、
ダイヤフラムが上記楕円形の長軸を含む平面で形成され
る場合に、ダイヤフラムの面上の複数部位とは、このダ
イヤフラム面に略垂直な複数の平面が当該ダイヤフラム
と交わる各線分上の拘束点であり、また、飛行船の船体
外皮の複数部位とは、その拘束点の線分を含む、ダイヤ
フラム面に略垂直な平面が飛行船体の外皮と交わる各曲
線上の連結点であり、このような連結点に上記索体を巻
取り・巻戻しするための駆動装置としての電動モータを
配設する構成を採ったもので、飛行船の姿勢が所望の状
態になるように、例えばマイクロプロセッサからの指令
を受けた適宜位置の電動モータが正転又は逆転し、この
正転又は逆転で索体が巻取り・巻戻しされることによっ
てダイヤフラムが応動するようになるので、飛行船内に
おける上記気体の容積割合を素早く変えられ、所望の姿
勢が直ちに得られる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の飛行船の姿勢制御装置に
係る実施の形態を図１及び２を参照して説明する。本姿
勢制御装置１は、図１（Ａ）に示すような側面視略楕円
形をなす飛行船２内に配設されたダイヤフラム３を、後
述するように索体６を介してアクティブに制御するもの
である。ダイヤフラム３は、上記楕円形の長軸３ａを含
み、且つ、ヘリウム（浮揚気体）収容部４と空気収容部
５とを仕切る平面で形成されるフレキシブルな隔膜であ
る。尚、８は、操舵機である。

【０００８】本姿勢制御装置１では、このようなダイヤ
フラム３に対し、当該ダイヤフラム３の面に略垂直な５
つの平面Ａ〜Ｅ（図１（Ａ）では、線分で表示されてい
る）がこのダイヤフラム３と交わる各線分上に、上記索
体６の拘束点が略等間隔に４つそれぞれ設けられている
（例えば、図１（Ａ）のＸ−Ｘ断面の同図（Ｂ）では、
ｃ_１〜ｃ_４で表示されている）。したがって、ダイヤフ
ラム３の面上の複数部位とは、拘束点ｃ_１〜ｃ_４のよう
な各線分上に設けられた４つの拘束点である。そして、
上記拘束点ｃ_１〜ｃ_４に関して言えば、拘束点ｃ_１〜ｃ
_４の各点は、当該拘束点ｃ_１〜ｃ_４の線分を含む、ダイ
ヤフラム３の面に略垂直な平面、即ち平面Ｃが飛行船２
の船体外皮２ａと交わる曲線（本実施の形態では、略円
周となる）上に配される連結点の３点ずつと索体６を介
して連結されており、例えば上記拘束点ｃ_１〜ｃ_４のう
ちの拘束点ｃ_１は連結点ｃ_１１，ｃ_１２，ｃ_１３と連結
され、また、拘束点ｃ_２は連結点ｃ_２１，ｃ_２２，ｃ
_２３と連結されている（図１（Ｂ））。したがって、飛
行船２の船体外皮２ａの複数部位とは、各円周上に設け
られたｃ_１１，ｃ_１２，ｃ_１３・・・のような連結点で
ある。更に、本姿勢制御装置１では、これら連結点に上
記索体６を巻取り・巻戻しするための電動モータ（駆動
装置）７がそれぞれ配設されている。

【０００９】本姿勢制御装置１による姿勢制御のうちピ
ッチ制御について図１及び２を参照して説明するが、ロ
ール制御などもピッチ制御に準じたやり方でなされるの
で、その説明は割愛する。尚、図２（Ｂ）は同図（Ａ）
のＡ平面による断面図、図２（Ｃ）は同図（Ａ）のＢ平
面による断面図、図２（Ｄ）は同図（Ａ）のＤ平面によ
る断面図、図２（Ｅ）は同図（Ａ）のＥ平面による断面
図である。上記図１（Ａ）の状態にある飛行船２が、同
図中の矢印方向からガストなどの外乱を受けて船首が下
方を向く事態になったとき、本姿勢制御装置１におい
て、これを回避すべく図２（Ａ）のように船首を上げる
ピッチ制御がなされる。即ち、船首側でダイヤフラム３
より下にある索体６を巻取り、ダイヤフラム３より上の
索体６を巻戻し、船尾側ではこれと逆の操作を行う。本
ピッチ制御は、ダイヤフラム３を索体６によってアクテ
ィブに制御するために、換言すれば、ダイヤフラム３を
索体６によって直接動かすために、上記気体の飛行船２
内における容積割合が素早く変わり、これによって船首
を直ちに上げることができる。

【００１０】具体的には、船体に設置されたセンサ（図
示せず）が船首の下方傾斜を検知し、その信号がマイク
ロプロセッサ（図示せず）に供給されると、マイクロプ
ロセッサからの指令を受けた電動モータ７では、船首側
の船体天井にある連結点ａ_{１ １}，ａ_２１，ａ_３１，ａ
_４１の各電動モータ７は、図２（Ｂ）に示すように、そ
の拘束点ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４からの隔たりに応じた
割合で索体６を巻戻しする一方、船底にある他の連結点
の各電動モータ７は、当該連結点から拘束点ａ_１，
ａ_２，ａ_３，ａ_４までの隔たりに応じた割合で索体６を
巻取る。また、連結点ｂ_１１，ｂ_２１，ｂ_３１，ｂ_４１
の各電動モータ７においても、図２（Ｃ）に示すよう
に、図２（Ｂ）の各電動モータ７と同様な索体６の巻取
り・巻戻しがなされるが、図２（Ｃ）に示す各電動モー
タ７の巻取り・巻戻し量が、図２（Ｂ）に示す各電動モ
ータ７の巻取り・巻戻し量とは異なるように制御される
ことはもちろんである。

【００１１】一方、船尾側では、船体天井の連結点ｄ
_１１，ｄ_２１，ｄ_３１，ｄ_４１の各電動モータ７は、図
２（Ｄ）に示すように、その拘束点ｄ_１，ｄ_２，ｄ_３，
ｄ_４からの隔たりに応じた割合で索体６を巻取る一方、
船底の他の連結点の各電動モータ７は、当該連結点から
拘束点ｄ_１，ｄ_２，ｄ_３，ｄ_４までの隔たりに応じた割
合で索体６を巻戻しする。また、連結点ｅ_１１，
ｅ_２１，ｅ_３１，ｅ_４１の各電動モータ７においても、
図２（Ｅ）に示すように、図２（Ｄ）の各電動モータ７
と同様な索体６の巻取り・巻戻しがなされるが、図２
（Ｅ）に示す各電動モータ７の巻取り・巻戻し量が、図
２（Ｄ）に示す各電動モータ７の巻取り・巻戻し量とは
異なるように制御されることは言うまでもない。このよ
うな各電動モータ７による索体６の巻取り・巻戻しにダ
イヤフラム３が応動する結果、上記気体の、飛行船２内
における容積割合が素早く変わり、図２（Ａ）のように
船首を直ちに上げることが可能になる。尚、本ピッチ制
御では、船体中央の拘束点ｃ_１〜ｃ_４と連結される連結
点ｃ_{１ １}，ｃ_１２，ｃ_１３〜ｃ_４１，ｃ_４２，ｃ_４３に
配設される電動モータ７にはマイクロプロセッサからの
巻取り・巻戻し指令はなされていない。

【００１２】ところで、上述のピッチ制御やロール制御
のような姿勢制御はもとより、飛行船２の下降・上昇制
御において、ダイヤフラム３全体を図１（Ａ）において
上方に移動させるように適宜電動モータ７を正逆転さ
せ、浮揚気体の体積を減少させれば、飛行船２は下降す
るし、逆に、ダイヤフラム３全体を上方に移動させれば
飛行船２は上昇する。しかも、このような下降や上昇に
際しその速度も制御できる。更には、上記図４（Ｂ）の
ような状態で急上昇する場合にも、船首部がヘリウム収
容部４に、また、船尾部が空気収容部５になるようにダ
イヤフラム３を素早く応動させ、これを維持させること
ができるので、ガストなどの外乱を受けても姿勢制御が
不可能となることはない。

【００１３】上述した実施の形態では、図１（Ｂ）に示
すように、例えば拘束点ｃ_１が３つの連結点ｃ_１１，ｃ
_１２，ｃ_１３と索体６を介してそれぞれ連結され、連結
点ｃ _１１が連結点ｃ_１２，ｃ_１３とダイヤフラム３を介
して隔てられているような態様のものを説明したが、図
３に示す姿勢制御装置１０のように、例えば拘束点ｃ _１
が２つの連結点ｃ_１１，ｃ_１２と索体６を介してそれぞ
れ連結され、これらの連結点がダイヤフラム３を介して
隔てられているような態様のものとして簡便化を図って
もよい。ここで、図３において、図１中の構成部材と同
一部材には同一の番号を付し、その説明は割愛する。但
し、図３（Ｂ）は、同図（Ａ）のＹ−Ｙ断面図である。

【００１４】尚、拘束点が設けられる線分は５本に限ら
ないことはもとより、当該拘束点が４つに限らないこと
は言うまでもない。また、線分上の拘束点の数が各線分
において同一である必要はなく、適宜異なるようにして
よいことはもちろんである。更に、隣接する連結点同
士、即ち、電動モータ７間の隔たりは、制御の疎密度合
いなどによって適宜選定することができる。

【００１５】

【発明の効果】本発明の飛行船の姿勢制御装置によれ
ば、ダイヤフラムをアクティブに制御しているので、ガ
ストなどの外乱の影響を受けても直ちに所望の姿勢を回
復することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係る飛行船の姿勢制御
装置の構成を示す模式図である。

【図２】 本姿勢制御装置による姿勢制御の説明図であ
る。

【図３】 図２とは異なる索体構成による姿勢制御の説
明図である。

【図４】 従来のダイヤフラム方式の飛行船における姿
勢制御の説明図である。

【符号の説明】

１，１０ 本姿勢制御装置 ２ 飛行船 ２ａ 船体外皮 ３ ダイヤフラム ６ 索体 ７ 電動モータ（駆動装置） ｃ_１〜ｃ_４等 拘束点 ｃ_１１，ｃ_１２，ｃ_１３等 連結点

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 飛行船内に充填された浮揚気体と空気と
   を仕切るダイヤフラムの面上の複数部位を前記飛行船の
   船体外皮の複数部位に索体を介して連結し、該索体を駆
   動装置で適宜に巻取り・巻戻しすることによって前記ダ
   イヤフラムを応動させることを特徴とする飛行船の姿勢
   制御装置。
2. 【請求項２】 前記飛行船が側面視略楕円形をなし、前
   記ダイヤフラムが前記楕円形の長軸を含む平面で形成さ
   れる場合に、前記ダイヤフラムの面上の複数部位を、こ
   のダイヤフラム面に略垂直な複数の平面が当該ダイヤフ
   ラムと交わる各線分上の拘束点とし、また、前記飛行船
   の船体外皮の複数部位を、前記拘束点の線分を含む前記
   平面が前記外皮と交わる各曲線上の連結点とし、また、
   前記駆動装置を、前記連結点に配設される電動モータと
   してなることを特徴とする請求項１に記載の飛行船の姿
   勢制御装置。