JP2006327219A - ヘリコプタ - Google Patents

Abstract

【課題】 機体にテールロータを設けたり二重反転ロータのような２つのメインロータを用いることなく機体の回転を防止し、かつスウォッシュプレート機構を用いることなく機体の姿勢制御を可能としたヘリコプタを提供する。
【解決手段】 機体１に設けたメインロータ２の下方に３枚以上の飛行調整翼３をメインロータ軸２ａと同軸で概略放射状に設け、該飛行調整翼３により機体１の回転防止及び機体の方向変更を可能にするとともに、メインロータの迎角制御と各飛行調整翼３の迎角αの個別制御により、任意の飛行方向への推力を発生可能とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヘリコプタのメインロータの反トルクによる機体の回転を防止するための回転防止装置の改良に関する。

ヘリコプタは機体に設けたメインロータにより発生する揚力を利用して、空中に浮揚する。機体は移動することなく一定位置での浮遊（ホバリング）が可能であるとともに、向きを一定にしたまま前後左右方向に移動可能である。

ホバリング中は、メインロータのエンジン出力のコントロールにより、揚力を調整して上下に移動可能である。また、この揚力を機体に対して前後左右の斜め下向きに発生させることにより、機体の姿勢を制御すると共に、前後左右方向への推進力として利用して飛行する。

このようなヘリコプタは、メインロータの回転反トルクによる機体の回転を防止するための機構が必要である。また、メインロータの揚力の方向調整により機体の姿勢及び飛行方向を制御するための移動方向制御機構が必要である。

従来の回転防止装置として、通常機体後部のテールボディ後端にテールロータを設け、テールロータの回転推力により、機体に対しメインロータからの反トルクに対抗する回転反力を付与していた。また、このテールロータの推力の調整により、機体の方向を調整していた。

また、従来の移動方向制御装置として、例えば操縦桿に連結されたスウォシュ装置が用いられていた。このスウォッシュ装置は、例えばメインロータのブレードが１回転（３６０度）の回転中に操縦桿の操作方向に応じた回転角度位置の時に、メインロータのブレードの回転面に対する傾きの角度である迎角を変えることにより、メインロータが生じる揚力の方向を変えるものである。これにより、機体が傾いて姿勢が変わるとともに、機体が傾いた方向に推力を発生する。

しかしながら、従来のテールロータによる機体の回転防止装置では、メインロータの駆動力の一部をテールロータの駆動力として用いる機構あるいはテールロータ専用の駆動手段が必要になり構造が複雑になるとともに、機体後部にテールボディを設けるため、形状が大型化し重量も増大する。

また、スウォッシュ装置による飛行移動制御装置では、ブレードの１回転中に操縦桿の操作方向に応じた回転角度位置に応じてブレードの傾き角を変えるという動作をメインロータの回転運動中に繰り返すため、大きなエネルギー損失が生じる。また、機構自体が複雑になり制御構造も複雑で高価なものになる。

以下、従来の機体回転防止装置についてさらに説明する。
図１３は一般的なテールロータ式のヘリコプタ４００を示している。このヘリコプタ４００は、機体４０１に設けたメインロータ４０２の回転により発生する揚力で浮遊する。機体４０１をメインロータ４０２の回転方向とは逆方向に回転しようとする反トルクに対抗するため、テールボディ４０３の後端部にテールロータ４０４が備わる。該テールロータ４０４を回転させることにより、反トルクを打消す方向に推力を発生させ、機体４０１が回転することを防止する。なお、図１３中の符号４０５はメインロータ４０２の軸、符号４０６は機体の姿勢を安定させるために設けられた尾翼であり、符号４０７は着地用のスキッドである。

また、図１４はその他の方法として、互いに逆方向に回転するメインロータ４０２（４０２ａ，４０２ｂ）を上下同軸に２つ設けた二重反転型ロータを有するヘリコプタ４１０である。これは、メインロータ４０２ａ，４０２ｂを同軸的に上下に互いに逆方向に回転するように設けることにより、それぞれメインロータ４０２ａ，４０２ｂの回転による発生する反トルクを相殺して、テールボディ４０３後方のテールロータ４０４をなくしたものである。このヘリコプタ４１０と同様の考え方を適用したものとして、２つの反転式のメインロータ４０２を前後に配置したタンデム式（図示せず）のものも知られている。

しかし、このようにテールロータ４０４を設けたり、メインロータ４０２を複数設けたものでは、メインロータ４０２とは別にテールロータ４０４を駆動する構造が必要であったり、２つのメインロータ４０２を駆動する構造が必要となるなど、構造が複雑になることはもちろん、重量が増大するという別の問題を生じる。

一方、これらを解決するため、図１５に示すようなメインロータ４０２の反トルクを抑制する構造を備えたヘリコプタ４２０が特許文献１に記載されている。

この特許文献１に記載されたヘリコプタ４２０は、メインロータ４０２からの下向きの空気流が当る部位のテールボディ４０３のほぼ上下に、横方向の空気力を発生するテールブレード４０８を設けたものである。このテールブレード４０８によって生じる空気の偏流が上記横方向の空気力、すなわち、横方向の推進力をメインロータ４０２の回転による反トルクを打消す向きに発生させて、テールロータ４０４の反トルクを打消す作用を補助するようにしたものである。

さらに、このヘリコプタ４２０では、前記テールブレード４０８の姿勢を別途図外に設けた姿勢変更手段によって変動させ、前記テールブレード４０８によって生じる偏流の向きを制御することにより、機体４０１の姿勢そのものを変更することもできるというものである。

しかしながら、このヘリコプタ４２０では、テールブレード４０８がテールボディにのみ設けられているため、メインロータの反トルクを打ち消すトルクを生成しようとすると、同時に機体を傾かせる運動も生じ、それらを打ち消すためにさらにスウォッシュプレートを用いた機体姿勢制御を行うことが必要になるなどバランスがよくない。そのため、この装置はテールロータの機能の補助的な作用を生じるものとしてしか機能しないものである。

一方、機体の姿勢をバランスよく安定させることのできるヘリコプタが特許文献２に記載されている。

この特許文献２のヘリコプタは、２枚の可変整流翼をメインロータの下側に設けてその傾き角を変えることにより、メインロータの浮力の一部を反動トルクのコントロール及び方向変更に使ったものである。すなわち、可変整流翼がメインロータからの回転力に対抗する回転反力を機体に付与して機体の回転を防止するとともに、回転反力の調整により機体の方向を変更するものである。これによりテールロータ及びテールボディは不要になる。

しかし、この可変整流翼はヘリコプタのヨー軸回りの回転防止を行うためにのみ機能する装置である。そのため、機体の回転を防止したあとには任意の方向に向かう推力を得るために他の姿勢制御機構を必要とする。つまり、通常使用されるスウォッシュプレート機構を装備しておくことがこの装置でも必要である。しかし、このスウォッシュプレート機構は、前述のようにロータ回転中に高速にそのロータブレードの迎角を変動し続けることで揚力の方向を変える装置であるため、大きな回転エネルギが損失してしまう問題があった。

特開平６−２８６６９６号公報 特開平１１−７０８９８号公報

本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、機体にテールロータを設けたり、二重反転ロータやタンデムロータの様に２つのメインロータを用いることなく機体の回転を防止し、同時に現在のヘリコプタで通常使用される姿勢制御用のスウォッシュプレートを使用せずに、任意の飛行方向への推力が得られるヘリコプタの提供を目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１の発明は、機体に設けた複数枚のロータブレードからなるメインロータを有し、該メインロータの下方に３枚以上の飛行調整翼をメインロータの軸を中心として略放射状に設け、機体の回転防止及び姿勢変更を前記飛行調整翼の迎角の個別の調整によって行うことを特徴とするヘリコプタを提供する。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記メインロータの複数枚のロータブレードの迎角を同時に変える機構を有し、前記飛行調整翼の迎角の個別の調整と前記メインロータの迎角の調整を組み合わせることにより機体の飛行制御を行うことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記飛行調整翼の外縁側の周囲に、メインロータ及び飛行調整翼を保護する保護リングを設けたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記保護リングは下向きテーパ状に設けられたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、前記飛行調整翼の内縁側の機体部周囲に、上向きテーパ状の整流リングを設けたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、メインロータの下方に設けた飛行調整翼がメインロータからの下向きの気流を受けて機体に対するメインロータの反トルクと反対方向の反力を機体に付与するため、メインロータからの下向き風力をそのまま利用して機体に対する回転トルクを相殺し、機体の回転を防止できる。また、飛行調整翼は、メインロータの回転軸に対して概略放射状に設けられるため、バランスよく反トルクのみに対抗して回転を防止できる。そして、飛行調整翼の迎角を変えれば機体に対する回転トルクが変わるため機体の方向を変えることができる。さらに、３枚以上ある飛行調整翼のそれぞれの迎角を個別に制御すれば、メインロータからの下向きの気流全体の流れ方向を任意の方向に変えることができる。

請求項２の発明によれば、各飛行調整翼の迎角を個別に制御するとともに、この飛行調整翼の個別制御とメインロータの迎角制御とを組合わせることにより任意の飛行方向への推力が得られる。

請求項３の発明によれば、保護リングにより飛行調整翼やその上にあるメインロータ及び周囲の建造物その他の物が保護される。

請求項４の発明によれば、メインロータからの下向きに絞られた気流に沿って保護リングを縮径させて下向きテーパ形状にすることにより、メインロータが周囲の物と衝突することを防止するとともに、気流を円滑に整流して外縁側でのリング内への渦の巻き込みや発生を抑制し、エネルギ損失を抑えて効率のよい飛行を達成できる。

請求項５の発明によれば、飛行調整翼の内縁側の機体周囲の整流リングを、メインロータからの下向きに絞られた気流に沿って拡径させて上向きテーパ状にすることにより、気流を円滑に整流して内縁側での渦の巻き込みや発生を抑制し、エネルギ損失を抑えて効率のよい飛行を達成できる。

図１は、本発明の実施形態の基本構成説明図である。
機体１の上部に２枚のロータブレード２０からなるメインロータ２がメインロータ軸２ａを介して回転可能に取付けられる。各ロータブレード２０はブレード長手方向の軸Ｄ廻りに回転して迎角を調整可能である。各ロータブレード２０の根元部のメインロータ軸２ａ部に通常のヘリコプタに備わるスウォッシュプレートに代えて、迎角調整機構２１が備わり、両方のロータブレード２０の迎角を同時に同じ角度に調整する。これによりメインロータは、各ロータブレードが同じ一定迎角のまま回転する。すなわち、スウォッシュプレートを用いた場合と異なり、ロータの一回転中に迎角は変化せず、調整された一定の迎角で回転する。このような迎角調整機構２１は、単にロータブレードの角度を変えるだけであるため、簡単なリンク機構等により構成できる。

メインロータ２の下方で機体１の側面には、３枚の飛行調整翼３がメインロータ軸２ａに対しほぼ同軸的に放射状に取付けられる。各飛行調整翼３は、それぞれ軸ｃ廻りに矢印Ａのように回転可能であり、機体１が水平状態での水平面Ｈ−Ｈに対する傾き角（迎角）αが可変である。

メインロータ２の回転により下向きの気流が発生して機体１に対し揚力が付与されるとともに、機体１をメインロータ軸２ａ廻りに回転させるメインロータ２からの回転反力が作用する。３枚の飛行調整翼３は、メインロータ２からの下向きの気流を受けて、機体１に対しメインロータ２からの回転反力に対抗する方向に回転力を付与するように翼の傾き方向が設定されている。したがって、飛行調整翼３の迎角αを適当に選定することにより、機体１の回転を防止して一定の向きに静止させることができる。また、迎角αを変えてメインロータ２からの回転反力と異ならせることにより、機体１の方向を変更することができる。

さらに、本発明の飛行調整翼３は放射状に３枚備わるため、それぞれの迎角αを調節することにより、メインロータ２からの下向きの気流全体の方向を任意の方向に偏向させることができる。これにより、機体１を下向き気流の方向と反対の方向に進ませる推力が発生する（第１の飛行推力作用）。また、１つの飛行調整翼３の迎角αを他の飛行調整翼の迎角αより大きく（又は小さく）してその飛行調整翼３の位置の揚力を大きく（又は小さく）すれば、その位置の機体が上がり（又は下がり）、機体が傾斜する。これにより、機体１が下がった方向に機体を進ませる推力が発生する（第２の飛行推力作用）。これらの第１及び第２の飛行推力作用が相まって、機体１を任意の方向に飛行させることができる。なお、飛行調整翼３は、３枚に限らず３枚以上であれば何枚でもよい。

従来のヘリコプタは、このような姿勢制御をメインロータ軸に装備したスウォッシュプレートによって行っていた。しかし、スウォッシュプレートはメインロータが１回転する間にメインロータの迎角を繰り返し変えるものであるため、回転中に大きなエネルギー損失が発生していた。
これに対し、本発明では、静止している飛行調整翼の迎角及び全てのメインロータブレードの迎角を同時に変えることにより姿勢制御ができるためはるかに効率が良い。

図２は、本発明の別の実施形態の斜視図である。
この例は、メインロータ２の下方に６枚の飛行調整翼３ａ，３ｂを設けたものである。６枚のうち３枚は可変飛行調整翼３ａであり、他の３枚は固定飛行調整翼３ｂである。可変飛行調整翼３ａは、前述の図１の例と同様に、軸ｃ廻りに回転可能であって、迎角αが可変である。固定飛行調整翼３ｂは、迎角αが一定のまま機体１に固定される。なお、６枚全て可変飛行調整翼３ａとしてもよい。その他の構成及び作用効果は上記図１の例と同様である。

図３は、本発明のさらに別の実施形態の斜視図である。
この例は、前述の図２のヘリコプタのメインロータ２及び飛行調整翼３ａ，３ｂの外周縁を囲んで保護リング４を設けたものである。保護リング４は、固定飛行調整翼３ｂの外端に固定される。可変飛行調整翼３ａの外端側の軸ｃはこの保護リング４に支持される。このような保護リング４を設けることにより、飛行中にメインロータ２及び飛行調整翼３ａ，３ｂが外部の建造物や樹木などと接触することが防止され、ヘリコプタ及び外部の建造物等が保護される。その他の構成及び作用効果は図２の例と同様である。

図４は、本発明のさらに別の実施形態の斜視図及び気流説明図である。
この例は、メインロータ２及び飛行調整翼３の外縁側を覆う保護リング４を下向きテーパ状に縮径させたものである。（Ｂ）に示すように、メインロータ２の回転により発生する下向きの気流Ｆは、メインロータ２により流速が付与されるため、メインロータ２を通過した下方近傍で通過面積が小さくなり下向きに絞られた気流になる。したがって、保護リング４を下向きテーパ状に縮径させておくことにより、メインロータからの下向きに絞られた気流が保護リング４に沿って円滑に流れ、リング下縁でリング外から内側への渦の巻き込みを防止し、エネルギー損失を抑えて効率のよい飛行を達成できる。

図５は、本発明のさらに別の実施形態の説明図である。
（Ａ）の例は、メインロータ２及び飛行調整翼３外縁側の保護リング４は、テーパを付けずに真直ぐな円筒状とし、飛行調整翼３の内縁側に上向きテーパ状の（下向きに径が広がる）整流リング５を設けたものである。このように飛行調整翼３の内縁側に気流の流路を絞るような上向きテーパ状の整流リング５を設けることによって、前述の図４の例と同様に、メインロータからの下向きに絞られた気流が内縁側で整流リング５に沿って円滑に流れ、リング下縁でリング外から内側への渦の巻き込みを防止し、エネルギー損失を抑えて効率のよい飛行を達成できる。

（Ｂ）の例は、保護リング４及び整流リング５をともに下向きに絞られる気流Ｆに沿って傾斜するようにテーパ状に形成したものである。また、機体１の上部形状を略円錐状に形成して整流リング５の径を小さくし、両リング４，５間の流路面積を広げてメインロータ２により発生する気流Ｆ全体を有効に利用したものである。

図６は、本発明のさらに別の実施形態の斜視図である。
この例は、飛行調整翼３を取り付けるための中央部の機体１ａの下方に距離を隔ててエンジンや機材等を収容するための主機体１ｂを設けたものである。主機体１ｂは、上方の調整翼取付用の機体１ａから、メインロータ２の気流に与える影響を少なくするように下げる。これにより、メインロータ２からの気流を中央のブレード根元部まで含めて充分に飛行調整翼３に当てて効率よく飛行制御に利用できる。この例では、６つの飛行調整翼３のうち３つが可変飛行調整翼（図２の例と同様）であり、それぞれアクチュエータロッド６を介して主機体１ｂ内に搭載された駆動装置（不図示）に連結され、迎角αが制御される。主機体１ｂ内には、迎角制御用の駆動装置の他、例えばメインロータ駆動用のエンジンや監視カメラその他の機材が搭載される。７は着地用の脚である。

本発明が適用されるヘリコプタのさらに別の実施形態について、以下さらに説明する。なお、以下の各例において、同一の部品には同一符号を付し、重複する説明はできるだけ省略する。

図７、本発明が適用されるヘリコプタ１００を示す実施例であり、この実施例では、後述するように飛行調整翼が4つ設けられた場合を示している。

１は、ヘリコプタ１００の機体を示す。機体１の上部には、エンジン１０の駆動力を受け、メインロータ軸２ａを介して回転するメインロータ２が配置されている。また、前記メインロータ２の下方の空気流が吹き下す部分には、該メインロータ２の中心軸に対して略放射状に４つの飛行調整翼９が前記機体１の側面部から外方に向けて突設するように配置されている。なお、図７中の符号７は着地用の脚を示している。

前記飛行調整翼９は、その機体１への付け根部分が図外の駆動系によって駆動される駆動シャフト１１（図８）を介して回動制御可能に配置され、図外の操縦桿またはリモコン操縦機の操作に連携して該駆動系を介して該飛行調整翼９の迎角（シャフト１１を含む水平面に対する傾き角）を変動させることができる。この迎角を変動させることにより、前記メインロータ２からの下向きの空気流を整流制御し、該メインロータ２の反トルクによる機体１の回転を防止するとともに、機体１の姿勢制御及び移動制御を行なう。

すなわち、メインロータ２からの下向きの風力を各回転防止翼９が受けて、機体1に対しメインロータ２の反トルクによる回転方向と逆方向の反力を付与するため、機体1の回転が防止される。このとき飛行調整翼９の迎角を変えることにより機体1の回転防止反力の大きさが変わる。これにより機体1を回転させて機体１の向きを変えることができる。

機体１の姿勢についてみると、搭載物の重量バランス等により、機体１が傾くと傾いた方向の回転防止翼９が下がりその反対側の飛行調整翼９が上がる。このとき下がった方の飛行調整翼９の迎角を大きくする（９０°に近くして垂直に立てる）ことにより、メインロータ２の揚力が大きくなる（飛行調整翼９の反力は小さくなる）。これにより下がった方の飛行調整翼９を上げる方向に揚力が作用する。さらに上がった方の飛行調整翼９の迎角を小さくする（水平に近くする）ことにより、メインロータ２の揚力が小さくなる（飛行調整翼９の反力は大きくなる）。これにより、上がった方の飛行調整翼９を下げる方向に揚力が作用する。このように、飛行調整翼９の迎角を調整することにより、重量バランスの不均衡で傾いた機体を水平に（メインロータ２の軸２ａを垂直に）戻すことができる。

機体１の移動方向についてみると、機体１は傾いた方向に進む。すなわち、メインロータ２を前下がりに傾ければ前方に移動し、右下がりに傾ければ、右に移動する。したがって移動する方向の飛行調整翼９の迎角を変えることにより、その方向のメインロータ２の揚力を変化させ、機体１を傾けてその方向に移動することができる。例えば右に移動する場合には、右の飛行調整翼９の迎角を水平に近くして揚力を小さくする。あるいは（またはこの右の飛行調整翼９の迎角を変化させると共に）左の飛行調整翼９の迎角を垂直に近くして揚力を大きくする。これにより、機体１は右下がりに傾き、メインロータ２からの風力が左斜め後方に向くため、機体１は右に移動する。

以下、更に本発明の飛行調整翼９による回転防止機能、姿勢制御機能、及び移動方向制御機能について説明する。図８は図７のヘリコプタ１００の上面図であり、図９は図７のヘリコプタ１００の後面図である。

（１） 機体の回転防止及び向き変更制御
はじめに図８を用いて、飛行調整翼９による機体１の垂直軸（メインロータ軸２ａ）廻りの回転制御の原理を説明する。

ヘリコプタ１００を浮上させるためにメインロータ２にメインロータ軸２ａを介してエンジン１０の力を伝達して矢印Ｒの方向（図の反時計回り）に回転させると、その反力により機体１には矢印Ｒ1の方向に回転させようとする反トルクがかかる。これを防止するためには、この反トルク（矢印Ｒ1）とは逆の方向すなわちＲの方向に回転トルクを与える必要がある。そこで、本実施形態では、メインロータ２からの空気流をその吹き下し部分に設定した飛行調整翼９に当てることで、符号ＦＲで示す反力を得てこれらによって前記反トルクに対抗するトルク力を得るようにしている。この状態が一般的に初期状態となる。これにより、メインロータ２の反トルクＲ1と等しい反力を逆向きに発生させて機体1の回転を防止できる。

さらに、この反力ＦＲの大きさを制御することで、機体１の水平面内での回転動作を制御して向きを変えることができる。すなわち、図中実線で示すように符号ＦＲで示す反力を各飛行調整翼９から均等に得ている状態で且つ機体１に働く前記飛行調整翼９から得られる反力と前記メインロータ２からの反トルクとが均衡を保っているときは、前後左右の移動もなく停止して機体1の向きが一定に保たれたホバリング状態である。一方、機体１の向きを変えたい場合には、前記飛行調整翼９の迎角を制御することで、前記飛行調整翼９から得られる反力と前記メインロータ２の反トルクとのバランスを崩す。これにより機体1を左右に回転させることができる。例えば、図８に示す実施例の場合、前記飛行調整翼９から得られる反力を前記メインロータ２の反トルクよりも小さくすれば右方向（時計回り）に機体１を回転させることができ、逆に前記飛行調整翼９から得られる反力を前記メインロータ２の反トルクよりも大きくすれば左方向（反時計回り）に機体１を回転させることができる。このとき、機体１をその場にホバリングした状態のまま回転のみさせるためには、各飛行調整翼９のそれぞれで発生させる反力ＦＲを均等にする。

（２） 機体の移動制御（水平方向）
次にヘリコプタ１００を移動させたい場合について、図８の図面上下を前後方向、図面左右を左右方向として説明する。ここでは、右に進みたい場合を例にとって説明する。

機体１を右に進めたい場合、図８中の左右に位置する飛行調整翼９の迎角を変更する。具体的には、前述の初期状態から右側の飛行調整翼９の角度を寝かせた状態（９ａ）にするとともに、左側の飛行調整翼９の角度を立たせた状態（９ｂ）にする。なお、前後の飛行調整翼９の迎角は初期状態のままである。

こうすることで、右側の飛行調整翼９にメインロータ２からの空気流がより多くあたるので発生する反力が大きく（Ｆ1＞Ｆ）なり、機体1をメインロータ２の反トルクに抗して逆方向に回転させる力が大きくなる。このときメインロータ２の揚力についてみると、メインロータからの風が飛行調整翼９で遮られるため、その揚力は低下する。したがって、機体1が右下がりとなるようにメインロータ２の風力が作用する。一方、左側の飛行調整翼９にあたる空気流が少なくなるので発生する反力が小さく（Ｆ２＜Ｆ）なり、機体1をメインロータ２の反トルクに抗して逆方向に回転させる力が小さくなる。このときメインロータ２の揚力についてみると、メインロータ2からの風は飛行調整翼９でほとんど遮られないので、揚力は増加する。したがって、機体１が左上がりとなるようにメインロータ2の風力が作用する。

このように、左右の飛行調整翼９の作用により、機体1が右下がりに傾く。これにより、メインロータ軸２ａは右に傾き、メインロータ２からの風は左斜め下方に向かう。したがって、機体１は右に移動する。このとき、左右の飛行調整翼9による機体１に対する回転作用についてみると、右の飛行調整翼９の回転作用が大きくなり、左の飛行調整翼９の回転作用が小さくなるため、結局全体としては回転作用は変化しない。したがって、機体１がメインロータ軸２ａ廻りに回転することはなく、すなわち、機体１は向きを変えることなく、右に移動する。

なお、前後方向の移動についても、前後の飛行調整翼９の迎角を上記左右方向と同様に制御して、機体1を前後に傾けることにより、前後に移動できる。また、斜め方向への移動については、前後左右の飛行調整翼９の迎角をそれぞれ調整することにより、機体１をその方向に傾けることにより移動できる。

（３） 機体の姿勢制御
次に、図９を用いて、飛行調整翼９による前後方向と左右方向の傾きに対する機体１の姿勢制御の原理を説明する。
前述のように初期状態において、飛行調整翼９にはメインロータ２からの空気流が当たっている。このとき下向きの力ｆが均等に各飛行調整翼９にかかり、バランスが保たれ、ピッチングもローリングもなく機体１は水平状態に保たれている。

図９の図面に垂直を前後方向、図面左右を左右方向として説明する。例えば、重量物の搭載位置により、機体１が左下がりになった場合に、これを水平に戻すために機体1に対し右下がりになる方向にローリングしたい場合を例にとって説明する。このように機体１を矢印Ｒ2で示す方向にローリングさせたい場合、図９中の左右に位置する飛行調整翼９の迎角を変更する。具体的には、前述の初期状態から右側の飛行調整翼９の角度を寝かせた状態（９ａ）に制御するとともに、左側の飛行調整翼９の角度を立たせた状態（９ｂ）に制御する。また、前後の飛行調整翼９の角度（ピッチ）は初期状態のままである。なお、この状態は、前述の移動制御の場合の例と同じである。

これにより、前述の通りメインロータ２の揚力は右側が低下し、左側が増加する。したがって、機体１は図９の矢印Ｒ２方向に回転する作用を受ける。これにより、左下がりに崩れた姿勢を水平に戻すことができる。

図１０は、本発明の別の実施例の斜視図である。この実施例では、飛行調整翼９が３つ設けられた場合を示している。

１は、へリコプタ２００の機体を示しており、この実施例における機体１はその中心にエンジン１０が搭載されたＹ字状のフレーム部材１Ａと、外周部に設けられた円環状の保護リング１Ｂから成っている。該フレーム部材１Ａは側部に延びるように突設された３つの端部１Ｃを有しており、該端部１Ｃには飛行調整翼９の駆動シャフト１１が側方に向けて配置されている。そして、この駆動シャフト１１を介して、前記フレーム部材１Ａと保護リング１Ｂとが一体に接続されている。また、保護リング１Ｂの下部には着地用の脚７が等間隔に３つ設けられている。

また、この実施例では、前記メインロータ２を駆動するエンジン１０のシリンダ１２を、該メインロータ２の下方で、かつ、メインロータ軸２ａに対して略放射状に６個配置したいわゆる星型エンジンを用いている。各エンジン１０のシリンダ１２に設けた放熱フィン１３を、前記メインロータ２からの下向きの空気流にさらしている。

以下、この実施例における飛行調整翼９による動作原理を図１１に基づいて説明する。図１１は図１０のヘリコプタ２００の上面図であり、前述の図７の実施例における図８に相当する。

（４） 機体の回転防止及び向き変更制御
図１０の実施例の飛行調整翼９による水平面内での機体１の回転防止及び向き変更制御の原理は、前述の図７の実施例とほぼ同じである。すなわち、ヘリコプタ２００を浮上させるためにメインロータ２にメインロータ軸２ａを介してエンジン１０の力を伝達して矢印Ｒの方向（図の反時計回り）に回転させると、その反力により機体１には矢印Ｒ3の方向に回転させようとする反トルクがかかる。これを防止するためには、この反トルク（矢印Ｒ3）とは逆の方向すなわちＲの方向に回転トルクを与える必要がある。そこで、メインロータ２からの空気流をその吹き下し部分に設けた飛行調整翼９に当てることで、符号ＦＲで示す反力を得てこれらによって前記反トルクに対抗する反力を得るようにしている。この状態が一般的な初期状態となる。これにより、機体１の回転を防止できる。

さらに、この反力ＦＲの大きさを制御することで、機体１の水平面内での回転動作を制御できることや、そのとき、機体１をその場にホバリングした状態のまま回転のみさせるためには、各飛行調整翼９のそれぞれで発生させる力ＦＲが均等であること等も前述の実施例と同様である。

（５） 機体の移動制御
次にヘリコプタ２００を移動させたい場合について、図１１の図面上下を前後方向、図面左右を左右方向として説明する。ここでは、左方向に進みたい場合を例にとって説明する。

機体１を左方向に進めたい場合、この実施例のように飛行調整翼９を奇数個備えた場合では、図１１中のすべての飛行調整翼９の迎角を変更する。
要するに、機体１を左下がりに傾斜させる。このためには、全ての（または一部の）飛行調整翼９の迎角を調整して機体１の左側の揚力を低下させ（及び／または右側の揚力を増加させて）機体１を左下がりに傾ければよい。これにより、機体１は左に移動する。

前述の通り、メインロータ２の揚力を低下させるには飛行調整翼９を寝かせ、揚力を増加させるには飛行調整翼９を立たせればよい。３つの飛行調整翼９の迎角をそれぞれ調整してメインロータ２の揚力を調整し、機体１の進行方向側が下がるように機体１を傾ければよい。これにより機体１を任意の方向に移動させることができる。

（６） 機体の姿勢制御
この実施例の飛行調整翼９による機体の姿勢制御の原理は、前述実施例と事実上同じである。
以上ような実施例によれば、前述の実施例の効果に加え、エンジン１０の各シリンダ１２に設けた放熱フィン１３を、前記メインロータ２からの下向きの空気流にさらしているため、エンジン１０の空冷効率を格段に向上することができる。

図１２は、本発明が適用されたヘリコプタ３００を示す別の実施例の要部であるメインロータ２の周辺部を示すものである。
この実施例のへリコプタ３００は、メインロータ２を駆動するエンジン１０のシリンダ１２を、該メインロータ２の下方で、かつ、メインロータ軸２ａに対して略放射状に８個配置したいわゆる星型エンジンを用いている。前述の図１０の実施例と同様に前記シリンダ１２に設けた放熱フィン１３を、前記メインロータ２からの下向きの空気流にさらしている。

また、この実施例では、各シリンダ１２の端部１４に飛行調整翼９の駆動シャフト１１が外側に向けて配置されている。さらに、前記端部１４には、前記エンジン１０の排気口１５が設けられる。該排気口１５の排気方向は、排気ガスの放出反力がメインロータ２の回転反トルクを抑制する方向である。すなわち、ヘリコプタ３００を浮上させるためにメインロータ２にメインロータ軸２ａを介してエンジン１０の力を伝達して矢印Ｒの方向に回転させると、その反力により機体には矢印Ｒ4の方向に回転させようとする反トルクがかかる。これを防止するためには、この反トルク（矢印Ｒ4）とは逆の方向すなわち矢印Ｒ5の方向に回転トルクを与える必要がある。そこで、排気口１５からの排気ガスを矢印Ａに示す方向に排出して、これによって飛行調整翼９の反力に加えて前記メインロータ２の反トルクに対抗するトルクを得るようにしている。

機体の回転制御、機体の移動制御及び機体の姿勢制御の原理に関しては、前述の図８及び図１１の実施例と同様である。

本発明を適用したヘリコプタは、特に定置飛行（ホバリング）性能に優れているため、乗用の小型航空機に適用できるほか、ラジコンやリモコン等による玩具や農薬散布、航空写真撮影等の産業用無人ヘリコプタ、及び被災地等の調査や監視用のカメラなどを搭載した無人ヘリコプタとして利用できる。

本発明の実施形態の構成及び作用説明図。 本発明の別の実施形態の斜視図。 本発明のさらに別の実施形態の斜視図。 本発明のさらに別の実施形態の構成及び作用説明図。 本発明のさらに別の実施形態の作用説明図。 本発明のさらに別の実施形態の斜視図。 本発明が適用されるヘリコプタの斜視図。 図７のヘリコプタの上面図。 図７のヘリコプタの後面図。 本発明が適用されるヘリコプタの別の例の斜視図。 図１０のヘリコプタの作用説明図 本発明が適用されるヘリコプタのさらに別の例の斜視図。 従来の一般的なテールロータ式のヘリコプタの説明図。 従来のヘリコプタの別の例の説明図。 従来のヘリコプタのさらに別の例の説明図。

符号の説明

１：機体、１ａ：飛行調整翼取付け用の機体、１ｂ：機材等の収納用の機体、１Ａ：フレーム部材、１Ｂ：保護リング、２：メインロータ、２ａ：メインロータ軸、３：飛行調整翼：３ａ：可変飛行調整翼、３ｂ：固定飛行調整翼、４：保護リング、５：整流リング、６：アクチュエータロッド、７：着地用の脚、９：飛行調整翼、１０：エンジン、１１：駆動シャフト、１２：シリンダ、１３：放熱フィン、１４：端部、１５：排気口、２０：ロータブレード、２１：迎角調整機構。

Claims (5)

1. 機体に設けた複数枚のロータブレードからなるメインロータを有し、該メインロータの下方に３枚以上の飛行調整翼をメインロータの軸を中心として略放射状に設け、機体の回転防止及び姿勢変更を前記飛行調整翼の迎角の個別の調整によって行うことを特徴とするヘリコプタ。
2. 前記メインロータの複数枚のロータブレードの迎角を同時に変える機構を有し、前記飛行調整翼の迎角の個別の調整と前記メインロータの迎角の調整を組み合わせることにより機体の飛行制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のヘリコプタ。
3. 前記飛行調整翼の外縁側の周囲に、メインロータ及び飛行調整翼を保護する保護リングを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のヘリコプタ。
4. 前記保護リングは下向きテーパ状に設けられたことを特徴とする請求項３に記載のヘリコプタ。
5. 前記飛行調整翼の内縁側の機体部周囲に、上向きテーパ状の整流リングを設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヘリコプタ。
   

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