JP2003212191A

JP2003212191A - 水陸両用多回転翼式航空機

Info

Publication number: JP2003212191A
Application number: JP2002054935A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Toida; 一弘樋田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】回転翼を動力で回転させて揚力を得る多回
転翼式航空機（ヘリコプター）関するもので、近距離の
拠点間を、比較的高速で、より安易に、大量の人や、資
材を運搬するのに適した輸送手段として用いられ、空港
面積の小さい場所においても利用される多回転翼式航空
機に関したものである。【解決手段】ドーナッツ状の気密性の高いキャビン１
と、副駆動翼本体４に連設し複数の主回転翼３（Ａ，
Ｂ，Ｃ）の上方位置に配置した主回転翼２（Ｄ）と、駆
動エンジン５に連設し、複数のキャビン１の周辺３分割
点上に配設した主回転翼３（Ａ，Ｂ，Ｃ）と、複数の燃
料タンク６から成っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】回転翼を動力で回転させて揚
力を得る多回転翼式航空機（ヘリコプター）に関するも
ので、近距離の拠点間ばかりか、積雪が多く交通が途絶
した地方での災害時にも、比較的高速でより安易に、大
量の人や資材を運搬するのに適した輸送手段として用い
られ、空港面積の小さい場所においても、安全に運航さ
れ、水陸両用機としても離発着水出来ることから、遭難
救助および消火活動、遊覧飛行、航行、陸地保全、防
災、交通整理、資源探査など多面的に活躍出来る多回転
翼式航空機に関したものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転翼式航空機（ヘリコプター）
は、前進するには回転面を前に傾け、その前向きの成分
を推力として利用しているが、同様にして進行、後進、
側進、上昇、下降、斜行、空中停止など、空中を自由に
飛行することができるが、人または資材の運搬に対して
は、大型航空機に比べ、少量しか資材が積載できず、非
効率であった。

【０００３】形式としては、揚力を生ずる回転翼の数で
区分され、回転翼が１つの単回転翼式、回転翼が２つの
双回転翼式、回転翼が３つ以上の多回転翼式が知られ、
単回転翼式では、尾部に小さな反トルク尾部回転翼を持
つものと、尾部回転翼がなく翼端で回転翼を駆動するも
のとが知られ、双回転翼式では、配列の仕方で同軸反転
式（２つの回転翼が同じ軸のまわりに互いに反対の方向
に回転するもの。）串形式（２つの回転翼が串形に並ん
でいるもの。）、併列式（２つの回転翼が左右に並列に
ついてもの。）などが知られている。

【０００４】回転翼の形式によって完全間接翼（回転翼
に回転方向の前後に羽根が動くためのヒンジ、回転面の
上下に羽根が動くためのヒンジ、羽根のピッチをかえる
ヒンジ、をもっているもの）、セミ・リジッド・ロータ
ー（回転翼に回転面の上下に羽根が動くためのヒンジ、
羽根のピッチをかえるヒンジ、をもっているもの）、リ
ジッド・ローター（回転翼に羽根のピッチをかえるヒン
ジをもっているもの）などがある。

【０００５】原動機としては、ピストン発動機のほか、
プレッシャー・ジェット、タービン発動機などが使用さ
れているが、タービン発動機が、重量も軽く大馬力が出
せることや、馬力に比べて小型になるばかりか、振動も
少ないことなどから多く使われている。

【発明が解決しようとする課題】

【０００６】回転翼航空機は、物流の広域化や緊急輸送
の必要から、比較的高速で、航空輸送量を増大させる必
要が増してくる中で、空港面積の少ない場所を利用し、
より安全な水陸両用多回転翼式航空機としての目的を達
成させ、常時、発着水が行えるようにし、万一の事故に
も対応し、かつ、緊急不時着着水時の水没遭難防止をも
図る必要があった。

【０００７】多回転翼式航空機の運航中にエンジントラ
ブルが発生すると、運航上致命的な危険な状態になるの
で、高度で極限の信頼性が必要とされるが、本発明では
エンジンの数を多くして多回転翼式とし、機体をドーナ
ッツ状の構造とすることにより、エンジントラブル時に
は重心移動が可能となる構造とし、致命的な欠点を解消
し、航空輸送用として安全な運航を図る必要があった。

【０００８】また、わが国においては、四方、海に囲ま
れているので、万一の場合の緊急着水が必要であり、安
全に水面上に着水、浮遊することができるばかりか、水
面からの容易な離水も必要となっている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上のような
課題を解決するために提案するもので、図面に従って詳
細に説明すると、断面が円筒状で、外形がドーナッツ状
で気密性の高いキャビン１と、動力伝達部１１を介して
駆動エンジン５と連結し、副回転翼支持腕９を介してキ
ャビン１と連結され、主回転翼（Ａ）３，主回転翼
（Ｂ）１２、主回転翼（Ｃ）１３の上方位置に配置した
副回転翼（Ｄ）２と、駆動エンジン５に連設しキャビン
１の周辺３分割点上に配設した主回転翼（Ａ）３，主回
転翼（Ｂ）１２，主回転翼（Ｃ）１３と、複数の外部燃
料タンク６から成りたっており、外部燃料タンク６は、
駆動エンジン５の位置から６０度離れた外周３ヵ所か、
または機体内部に内蔵して配置しておくものである。

【００１０】キャビン１は、客室７と貨物室８を併存さ
せる貨客両用とし、外形をドーナッッ状としているた
め、従来の球形や棒状のものに比べ、客貨混載が簡単
で、体積効率も良く、より多くの物資輸送が可能になる
ばかりか、浮上しやすく、着地や着水も簡単になった。

【００１１】また、回転翼数が多いことで、従来のよう
な大きな機体振動が極めて小さくなるから精密機器、危
険物の搬送にとって経済的に有利になった。

【００１２】外形構造は、副回転翼（Ｄ）２と、主回転
翼（Ａ）３，主回転翼（Ｂ）１２，主回転翼（Ｃ）１３
の回転と進行に伴って、気流および運航時の向かい風を
浮力補助に利用できるよう、上面はドーム状で、下面は
着水時の衝撃緩和と離水時の容易な水面ばなれを考慮し
て上面より下面が扁平に近い形にしているが、着地面の
キャビン底面１０を中心寄りから周側にかけて広く安定
的に斜面構造とし、水面との吸着性を減少させることに
している。

【００１３】副回転翼（Ｄ）２は、キャビン１との間を
副回転翼支持腕９に支持され機体中心部に配設されてい
るが、後方に配置した主回転翼（Ｃ）１３による回転に
伴って発生する反力トルクを相殺して機体の回転を止め
る制御と浮力を同時に司ることになっている。実際の運
航では、正常に飛行中でも４回転翼それぞれの反力が風
向や気圧など微妙に異なるため、機体が傾斜したり、時
計、反時計に微妙に回転力を生ずる。この瞬時的変位の
微調整には、エンジン排出ガスの吐出を左右方向で補正
を行えばよい。揺動に対する対応制御についても、モー
メント効果が大であり、排出ガスの吐出方向を上下方向
への制御で行い、その出口は回転翼の下部に配置してあ
るから速動的浮力調整効果は大きい。

【００１４】副回転翼（Ｄ）２による下向きの風によっ
てキャビン１上部に突き当たり結果として浮力低下が心
配になるが、この場合、風が抵抗なくキャビン１下部へ
導入するダクトを設けることで、浮上力の低下を防止
し、走行時の乱流による空気抵抗も小さくできる。

【００１５】本発明の水陸両用多回転翼式航空機は、キ
ャビン１の周辺３分割点上に配設された３個の駆動エン
ジン５により主回転翼（Ａ）３，主回転翼（Ｂ）１２，
主回転翼（Ｃ）１３を駆動し、副回転翼（Ｄ）２におい
ては駆動エンジン５からの動力の一部を使って伝達駆動
させるようになっている。これは飛行体にとって、非常
に重要で実用化にとり、３ヵ所からの動力伝達で個々の
伝達トルクを分散するから小型化と信頼性が向上すると
ともに、浮上する機体が如何に軽量化できるのかの鍵に
なっている。当然ではあるが、４ヵ所の回転翼による浮
上力は１回転翼の４倍の浮力を持っている。

【００１６】進行方向に平行に対応する主回転翼（Ａ）
３，主回転翼（Ｂ）１２は，対照的にお互いに反転を
し、つぎに主回転翼（Ｃ）１３、副回転翼（Ｄ）はこれ
も対照的な回転をするが、主回転翼（Ａ）３，主回転翼
（Ｂ）１２とは回転方向で関連することはない。全体と
して前述の機体のローテーショントルクは発生しない。

【００１７】さらに、この構造においては、３ヵ所の回
転翼が主懸垂しているので姿勢の安定性と制御はロータ
ーのベクトル回転数制御のみを行えばよく、ホバリン
グ、加速、減速、回転の解析も同様に単純な回転数制御
により行うことができる。そしてさらに進行速度の増大
による機体の平衡が変化することなく、回転翼の回転ス
ピード制御のみで、従来から採用している多重カムによ
る複雑な回転翼の制御機構が不要になる。

【００１８】副駆動翼本体４は、動力伝達部１１を介し
て駆動エンジン５と連結し、副回転翼支持腕９を介して
気密性の高いキャビン１に固定され、副回転翼（Ｄ）２
は主回転翼（Ａ）３，主回転翼（Ｂ）１２、主回転翼
（Ｃ）１３の上方位置に配置して機体中心部に配設され
ている。

【００１９】主回転翼（Ａ）３，主回転翼（Ｂ）１２、
主回転翼（Ｃ）１３は、キャビン１の周辺３分割点上に
配設され、機体中心部には多目的制御（機体回動補正お
よび浮上用）の副回転翼（Ｄ）２が配設され、主回転翼
（Ａ）３，主回転翼（Ｂ）１２，主回転翼（Ｃ）１３と
ともに、副回転翼（Ｄ）２が回転することで、発生する
反力トルクは、ａ＋ｂ＋ｃ＝（−ｄ）となるようになっ
ている。発生する反力トルクは、正しくはａ＋ｂ＋ｃ＋
ｄ＝０ともなっている。

【００２０】副回転翼（Ｄ）２の目的としては、主回転
翼（Ａ）３，主回転翼（Ｂ）１２，主回転翼（Ｃ）１３
の３台の回転によって、発生する反力トルクを打ち消
し、機体の回転を止める制御と浮力を発生することにな
っている。なお、簡単な構造の小型機体の場合は、副回
転翼（Ｄ）２の反トルクは、円周上に配置した他の機能
でも代替が可能である。

【００２１】燃料タンク６は、キャビン１の周辺３分割
点に配設された駆動エンジン５の位置から６０度離れた
外周３ヵ所、または機体内部に任意に配置されており、
機体の水平維持に関与して燃料タンク６内の航空燃料を
相互に移動させるようにしており、そのための燃料配置
用制御機器は、油量計、重量計、傾斜計、送油機などを
搭載し、油量計と重量計で航空燃料の減量と重量を計測
し、傾斜計で航空燃料の減少に伴う機体の傾斜を把握
し、機体の水平維持に航空燃料が均一になるように燃料
タンク６を相互に航空燃料の移送ができるようになって
いる。

【００２２】なお、簡単、軽量を目的とする構造の小型
機体の場合は、機体中央部に配置した副回転翼（Ｄ）２
の浮上、反トルク機構を省くことができる。そして円周
上に配置した浮力の総和の３分の１の反力補正能力でよ
いから、従来のヘリ用補助回転翼構造で、または３エン
ジンの噴射ガスの吐出反力でも代替ができる。

【００２３】浮上するための主回転翼（Ａ）３、主回転
翼（Ｂ）１２，主回転翼（Ｃ）１３が、中心より離れた
円周上の３カ所にあるのは、水平安定性を確保する有効
な手段で、３点での補正がもっとも少ない要素で、制御
システムは単純で経済的であり、水平方向の距離モーメ
ントの効果が大きいこともあって、個々の回転数調整に
よる単純な制御で、姿勢が安定するので、構造および制
御も簡単になった。

【００２４】エンジントラブルが発生すると、運航上致
命的な危険な状態になるので、本発明ではエンジンの数
を多くして多回転式とし、エンジントラブル時には重心
移動を速やかに図る構造とし、致命的な欠点を解消し、
航空輸送用として高度で極限の信頼性が増し、安全な運
航を図れるようになった。

【００２５】理論上どの方向を向いて飛行しても構わな
いが、もっとも解析が簡単で安定な進行は、進行方向に
平行に、主回転翼（Ａ）３、主回転翼（Ｂ）１２を互い
に反転する回転方向で飛行させる。

【００２６】外周に設置するエンジンは、直径の０．９
倍位置あたりでキャビンの上部に置き、中心部に設置す
る副回転翼およびエンジンなどは、キャビン水平センタ
ーより上部に置き、普通の着水時や緊急の着水時、飛散
水の侵入の影響を受けない場所と構造としている。

【００２７】エンジントラブルを考慮し、キャビン１内
のペイロード（荷重）を動かせる構造が必要である。１
例として、燃料タンク６の位置は駆動エンジン５の位置
から６０度離れた外周、３ヵ所に配置し、燃料は燃料タ
ンク６を連結して急速移動するようにしている。これは
重量配分が主な目的であるが、エンジントラブル時には
積み荷のほか、速やかな燃料の移動を行い姿勢の平衡を
保つ重要な要素となっている。また、機体の内部に装着
する場合でも、同様な機能と効果がみられるようになっ
た。

【００２８】大型化の利点は、キャビンの慣性が増し、
種々の機構や設備が充実するので、揺れや振動が少なく
なり、そのために乗り心地がよくなり、長時間の安定飛
行に寄与することになった。

【００２９】このほか、機体がドーナッツ状のため、座
席や積載物のスライド移動も可能となり、円周上を円滑
に移動することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、水陸両用としているた
め着地場所に対する制限が少なくなるという利点が生じ
た。水面上での活動も安定し、着水や離水も簡単にでき
るようになった。

【００３１】機体の大型化が可能となったので、大量の
物資運搬ができるようになり、物流コストが低減でき、
キャビンの慣性が増すことによって、揺れや振動が少な
くなり、そのために乗り心地がよくなり、長時間の安定
飛行に寄与することになっている。

【００３２】回転翼の回転数制御とエンジン排出ガス吐
出反力制御によるのみで、運航が可能となった。

【００３３】従来、多用したカム機構の使用数が低減
し、信頼性の向上と機体価格のコスト低下に貢献するこ
とができるようになった。

【００３４】浮上するための回転翼は、副回転翼（Ｄ）
２と、主回転翼（Ａ）３、主回転翼（Ｂ）１２、主回転
翼（Ｃ）１３があり、主回転翼（Ａ）３、主回転翼
（Ｂ）１２、主回転翼（Ｃ）１３は中心より離れた場所
に配置されているため、水平方向の距離モーメントが大
きいこともあり、水平姿勢制御が簡単で、主回転翼
（Ａ）３、主回転翼（Ｂ）１２、主回転翼（Ｃ）１３に
よる３辺釣り上げは、主回転翼（Ａ）３、主回転翼
（Ｂ）１２、主回転翼（Ｃ）１３の間隔が長大になり、
てこの原理から偶力が小さくなり、結果として小さい浮
力補正で済むから姿勢の安定が向上することになった。

【００３５】偶力は、力対ともいわれ、大きさが等し
く、方向が反対で、互いに平行な二つの力が物体に働く
とき、偶力といわれている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水陸両用多回転翼式航空機の平面
図。

【図２】本発明の水陸両用多回転翼式航空機のＡ−
Ａ’断面図。

【図３】放射状に区画された居住空間の断面図。

【図４】環状に区画された居住空間の断面図。

【符号の説明】

１：キャビン２：副回転翼（Ｄ）３：主回転翼（Ａ）４：副駆動翼本体５：駆動エンジン６：燃料タンク７：客室８：貨物室９：副回転翼支持腕１０：キャビン底面１１：動力伝達部１２：主回転翼（Ｂ）１３：主回転翼（Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断面が円筒状で外形がドーナッツ状で気密
性の高いキャビンと、動力伝達部を介して駆動エンジン
と連結し、副回転翼支持腕を介してキャビンと連結され
主回転翼（Ａ），主回転翼（Ｂ），主回転翼（Ｃ）の上
方位置に配置した副回転翼（Ｄ）と、駆動エンジンに連
設しキャビンの周辺３分割点上に配設した主回転翼
（Ａ），主回転翼（Ｂ），主回転翼（Ｃ）と、駆動エン
ジンの位置から６０度離れた外周３ヵ所または機体内部
に配置した燃料タンク、とから成り、キャビンは客室と
貨物室を併存させるドーナッツ状の貨客両用キャビンと
し、副回転翼（Ｄ）はキャビンとの間を副回転翼支持腕
に支持されて機体中心部に配置され、主回転翼（Ａ），
主回転翼（Ｂ），主回転翼（Ｃ）はキャビンの周辺３分
割点上に配設し、副回転翼（Ｄ）と主回転翼（Ａ），主
回転翼（Ｂ），主回転翼（Ｃ）が回転することで、発生
する反力トルクが、ａ＋ｂ＋ｃ＝（−ｄ）となるように
した副回転翼（Ｄ）と複数の主回転翼（Ａ），主回転翼
（Ｂ），主回転翼（Ｃ）の４つの浮上運航用回転翼およ
びそれらを駆動させるエンジンからなる水陸両用多回転
翼式航空機。
【請求項２】副回転翼（Ｄ）と主回転翼（Ａ），主回転
翼（Ｂ），主回転翼（Ｃ）の回転数を制御し、回転駆動
を調整して機体の進行、後進、側進、上昇、下降、斜
行、空中停止などの運航を自由にした水陸両用多回転翼
式航空機。
【請求項３】ドーナッツ状で気密性の高いキャビンを、
放射状、または環状に区画された客室と貨物室とし、重
量に対応して回動させ、傾く機体を水平に保つよう補正
するために、重心制御、浮上力制御、中心回転翼の反力
制御などを行う水陸両用多回転翼式航空機。
【請求項４】キャビンの気密性を高め、底面を中心寄り
から周側にかけて広く安定的に斜面構造とし、水面との
吸着性を減少させた水陸両用多回転翼式航空機。
【請求項５】機体の水平維持に関与して燃料タンクの航
空燃料を適正移動させるための燃料配置用制御機器とし
て油量計、重量計、傾斜計、送油機などを搭載した水陸
両用多回転翼式航空機。