JP2007137074A

JP2007137074A - 急速風量発生風向変更装置を機体の側面や側壁に直接、密着固定させて作成した航空機

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Publication number: JP2007137074A
Application number: JP2004227322A
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Inventors: Kaido Ikeda; 快堂池田
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Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2007-06-07
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Abstract

【要約】
【課題】風量は自在に変更可能なリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼、その吹き出し方向を自在に変更可能にすることによって、風量と風向の両方を自在に変更できる装置の作成を行い、作成した風量と風向を自在に変更できる装置を航空機の機体に取り付け、装置の風量と風向をコントロールすることによって、大量輸送と自在な飛行と安全な運行を省エネルギーで実現する。
【解決手段】本発明は、直径が１０ｍや２０ｍを超える大型や超大型の急速風量発生風向変更装置を、機体の側面もしくは側壁に、片方当たり少なくとも１基、両方の側面もしくは側壁の合計で２基以上を取り付け、風量と風向を自在にコントロールできる急速風量発生風向変更装置の仕組みによって、大量の貨客輸送、空中での自在な飛行及び操縦容易で安全な省エネルギーの航空機を実現する。
【選択図】図１５

Description

本発明は、プロペラやファン（以下、プロペラ等）の回転翼の駆動力の発生と吹き出し方向の変更において、風量を自在に変更できるリニアモーターの駆動原理をプロペラ等の回転翼の翼端部付近に適用するためのシュラウドを有する回転翼（以下、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼）を１軸の周りに３６０度で迅速・正確に風向を変更できる急速風向変更装置に取り付けて一体化した急速風量発生風向変更装置を、機体の側面もしくは側壁に固着するように複数基取り付け、各急速風量発生風向変更装置の風量と風向をコントロールすることにより、空中において人員・貨物を運搬するヘリコプターもしくは空飛ぶプラットホームと同じ回転翼を用いる現場において、従来のそれらよりもはるかに大量の貨客の運搬と自在な飛行と安全な運行を省エネルギーで実現することを目指し、あたかも空中におけるフェリーの役割を果たすことのできる航空機の実現方法に関する。

実用がなされ現実に飛行している従来のプロペラ等の回転翼を有する大部分の航空機は、その原動機を回転翼の回転の中心付近に配置して回転翼を駆動させるので、莫大なエネルギーを必要とし、大型のエンジンの割には、運搬できる貨客は少量に限定されていた。また、回転翼を回転軸の１カ所のみで支持して、翼端は空中に浮遊する開放翼端となることから、回転翼を構成するプロペラ等のブレードの回転半径を著しく大きなものにしようとすると、ブレードの中心部と翼端部のそれぞれの迎角あるいは翼幅の与え方を複雑にし、ブレードの材質、特に柔軟性と剛性の選択等にも困難な問題を生じていた。

実用がなされ現実に飛行している従来のヘリコプターでは、安全にティルトできる範囲は、垂直軸に対し１５度程度が限界であって、通常、最大でも４〜５度程度のティルトをもって運用し、空飛ぶプラットホームでは、乗員の立つ床部分にティルトなしの自由度のない状態で設置されることが多く、いずれの場合もティルトに関して自由度の乏しい状態の運用であった。

従来の開放翼端のヘリコプターは、ほぼ水平に回転するメインローターにおいて、前進する方向に向かう側（以下、前進側または上り）のブレードと、後方に向かう側（以下、後退側または下り）のブレードでは、対気速度が異なるため、前進側の揚力が増加し、後退側の揚力が低下して、揚力の不均を生じたり、ジャイロ効果（ジャイロ歳差）による９０度遅れに対してブレードの迎角の変更を適切に調整する装置を必要としたり、また、開放翼端のために複数あるローターブレード中の１本が他のローターブレードの回転面よりも上がるまたは下がることによって、回転半径が短くなるとブレードの回転速度の増加による進みとその反動による遅れが生じ、その対処も必要なので、それらの影響を除去する装置が必要であって、安定した飛行を継続できるためには、フラッピングヒンジ、フェザリングヒンジ、ドラッキングヒンジ（リードラグヒンジともいう）等の複雑で脆弱な各種ヒンジを必要としていた。

従来の開放翼端のヘリコプターは、ローターブレードを回転軸であるローターマストの１カ所で支えていたが、特許文献１０と特許文献１４は、駆動は回転軸の中央付近に配置された原動機であるが、回転する翼端部分を固定リングガイドやリング状部材（ブレード支えパイプ）で支えて、ローターブレードを回転の中心部と翼端部の２カ所で支えている。特許文献１０の実施例１は、ローターブレードの上下が開放されているので、ローターブレードの前進側と後退側の揚力不均衡が生じるし、回転デスク面を傾けることができないので、ブレードの迎角を変更することによって前進するための分力を発生することが必要なことから、フェザリング軸とフェザリングヒンジは不可欠である。しかしながら、フラッピングヒンジとドラッキングヒンジは不要と見積もられる。また、実施例２では、複数のローターで揚力不均衡を相殺可能で、かつ相互のローターの揚力の差分で前進後退や左右の移動が可能であるから、フェザリングヒンジを含めて、複雑で脆弱なすべてのヒンジがなくても飛行可能となると推定できる。また、特許文献１４は、下面を方向舵で覆って前進時の外気との直接接触がないので、少なくともローター下面の前進側と後退側の対気速度の差は、考慮する必要がなく、また、外側ローターフレームと内側ローターフレームを膜状や板状の物体で覆った場合（それ以外に、金網のような大気が通過可能な物体で覆う例が記載されていてこの場合では考慮が必要）には、さらにローターブレードの前進側と後退側の揚力の不均衡は解消されることから、フラップングヒンジ、フェザリングヒンジ及びドラッキングヒンジのいずれも不要であって、ローター上面が開放していることによるローターブレードの前進側と後退側の揚力の不均衡は一部残るが、ローター下面に設置した推力微動方向舵によって補償できるので、各ヒンジが不要となる。しかしながら、これらの発明を成り立たせるためには、それぞれの回転の外端部に接続したローラーもしくは翼端が、固定リングガイドのガイド中やリング状部材（ブレード支えパイプ）のパイプ中に常時位置を占めて、回転軸を第１の支え点とすれば、第２の支え点として確実に保持できることが不可欠である。そのためにはローターブレードの伸縮、中でも自重によるたわみやゆがみや飛行中の振動によるゆがみに対処できて、ガイド中をローラーが、パイプ中を翼端が、それぞれスムースに滑走できる仕組みを有していなければならないが、特許文献１０の仕組みでは、自重の影響としてはローターブレードの外端部に接続するローラーが固定リングガイドのコの字形の内側下面（内底面）に接触（当接）すると述べられるだけで、伸縮対処はなされていない。特許文献１４については、翼端を支える仕組みは、これまでのヘリコプターの技術分野にはない初めての試みであると考えられるにもかかわらず、翼端がかなりの速度でパイプ内を滑走通過する仕組みやローターブレードの伸縮をリング状部材（ブレード支えパイプ）がどのように対応するかも、また、本体とともにブレードがティルトする際のリング状部材（ブレード支えパイプ）とブレード翼端の位置関係が開示されていないので、実行が著しく困難である。さらに特許文献１０では、正常に飛行している際の回転外端部のローラーは、コの字形の固定リングガイドの内部の下面（内底面）や内部の上面（内上面）に当接することなく、どこにも触れずに空中に浮遊して回転していることとしているが、グラスウール、カーボン繊維、ケブラー繊維等と金属板の積層構造を持つ通常の材料選択を行ったローターブレードの場合には、回転をすると漏斗形（逆円錐形）に中心部より翼端部が上がる状態での遠心力の作用を含めて揚力の有効利用を行うことができるのであるが、それでも極端に翼端が上がることを防止するため、対気速度が速い翼端の迎角を浅くするか翼幅を少なくして揚力の発生を相対的に少なくし、対気速度が遅い中心部の迎角を大きくするか翼幅を大きくして相対的に揚力を多くして、ブレード全体で均一な揚力の発生を企図しているのが通常であるにもかかわらず、逆に特許文献１０では、翼端の翼幅を極端に大きくすることによって、翼端部の揚力を著しく増加しているので極端な漏斗形（逆円錐形）が発生するわけであるから、通常のヘリコプター以上に回転の外端部は、上方に持ち上げられ、外端部のローラーは、コの字形の固定リングガイド内部の天井部分にあたる内上面に強烈な力で押しつけられる。特許文献１０のローラー部の強度は、ローラーが何らかの事故や故障で回転困難となったときに折れるような材質をあえて選択しているので、ほぼ全揚力がローラーを経由して機体に伝達される際には、強度的に折れることとなり、飛行に必要な各種ヒンジを有しない特許文献１０は、飛行不能となる。よって、従来の開放翼端のヘリコプターが回転軸を経由して揚力を機体に伝達するために、各種の脆弱で複雑なヒンジを必要としたところと異なり、特許文献１０と特許文献１４では、ヒンジを不要とする新たなヘリコプターの可能性を呈示したことにはなるが、そのための揚力を発生する主体のローターブレードの伸縮対処と、第２の支点となる重要な翼端部がガイドやパイプの内部を滑走する仕組みについて充分な開示がなされてないので、現状での開示のままでは、著しく実行困難である。

特許文献４、特許文献５、特許文献９、特許文献１５及び非特許文献１は、巡航時の揚力の大部分を発生する固定翼を有し、プロペラ等の回転翼をもって、離着陸時の揚力や巡航時の推力を得て飛行する垂直離着陸機であり、駆動に関しては、特許文献５、特許文献９、特許文献１５及び非特許文献１は、いずれもプロペラ等の回転翼の回転の中心に動力を作用させ、特許文献４は、ファンの回転の中心にある燃焼室でジェット燃料の爆発的燃焼をもって駆動力や推進力を得て、プロペラ等の回転翼を駆動させるが、それらの駆動には、莫大なエネルギーを消費している。

駆動に関し、特許文献１、特許文献３、特許文献６及び特許文献１１は、プロペラ等の回転翼の回転の中心に莫大なエネルギーを消費しつつ動力を接続するという従来からの方式をやめ、最小のエネルギーで効率の良いトルク（回転トルク）を得ることができる回転翼の翼端部付近にリニアモーターの駆動原理を適用してプロペラ等の回転翼を回転させるシュラウド付回転翼の仕組みを提案した。リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼の駆動力は、回転翼の翼端部付近で発生する関係上、シュラウド側の固定子となる磁石と翼端部側（円環や回転ダクトを含む）の回転子となる磁石との間に発生する力の大きさと、シュラウドの半径との積によって、その回転トルクの大きさが決定するので、シュラウドの開口部の大きさ（以下、口径）が大きなものほど、有効な揚力や推力を発生できる。しかし、特許文献１１は、プロペラ等の回転翼を構成するブレードの伸縮について全く考慮されておらず、特許文献６は、ブレードの伸縮を、遠心力と温度変化の２つのみの考慮で、ブレードを長大にし、水平位置で使用した際のブレードの自重から生じるたわみやゆがみについては考慮されておらず、また、もともと直径１．２ｍ（半径０．６ｍ）程度までを想定して作られた発明であるのでブレード等の伸縮対処が不十分で、大きな口径ほど有利な効果を発揮できるリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼ではあるが、その開示された仕組みを拡張し一般化しても、直径が概ね３ｍ（半径が概ね１．５ｍ）を超えるような口径のシュラウド付回転翼を作成することは著しく困難である。特許文献３は、ブレードの翼厚中にブレードの大きな伸縮にも対応できるための電気機械的な仕組みを有しているが、吹き出し方向の急速な変更には脆弱な部分を有しているので、回転ディスク面を傾けることなく、回転面の任意の位置のブレードの迎角を摺動装置等で変えながら揚力を調整したり、２重反転にして使用する等、強烈なジャイロ効果の影響が少ない環境で使用することが望ましい。特許文献１は、大口径ほど有利な効果を持つリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼の特性の、その有利な効果の最大限の発揮を可能とするために、ブレード上の途中途中にブレードの自重によるたわみやゆがみを抑える回転支持部を有し、回転支持部をもってしても残るブレードの遠心力と熱による伸縮は回転ダクトが吸収する等、ブレードの伸縮対策がなされているため、理論的には、無限の大口径のシュラウド付回転翼の作成が可能であり、また、吹き出し方向の急速な変更を実施する環境でも、使用可能である。

ティルトに関し、特許文献２、特許文献５、特許文献９、特許文献１３、特許文献１５及び非特許文献１は、垂直面上で１軸の周りにティルトする方式で、ティルトの方式は、電動モーター、歯車装置、遊星歯車装置、ラックピニオン装置、油圧装置、ラックピニオン形シリンダ装置及び急速風向変更装置によって行われるが、急速風向変更装置を除けば、ティルトは徐々に行われるものであって、たとえば特許文献９では、９０度のティルトに１２９秒〜６０秒を要し、速いものでも数秒、通常、１分を超える程度の速度である。特許文献４は、２軸のティルト機構をラックピニオン形シリンダ装置によって実現しているが、強烈なジャイロ効果に打ち勝って吹き出し方向を変更するためには、大きな力を必要とし、その分、回動速度が抑えられることから、最速で見積もっても９０度のティルトには数秒かかるものと推定され、また、ラックピニオン形シリンダ装置のティルト可能な角度範囲は、シリンダを有する構造上、限界のある有限なので、ティルト方向を限定される場合を生ずることもあり、２軸でありながら自在とはいい難い上に、そのファンエンジンから出る後流は、きわめて高熱で長大なため、機体側を遮蔽板によって防護するといえども、機体に後流が当たる方向へ向けることは、著しく危険性をともなうので事実上実施できず大きな制限を有する。

本発明は、大量輸送と自在な飛行と安全な運行を省エネルギーで実施できることを重視しているが、その結果、本発明の特許請求の範囲の請求項２の形状は、特許文献１２の図６、図７及び図９がローターの周りをダクトで覆ったダクテッドローターを機体の横部に配しているため、外形が相互に酷似している。しかし、特許文献１２の駆動力の供給源は回転翼の回転の中心たる回転軸からであり、翼端部にリニアモーターの駆動原理を適用するものではなく、回転翼は回転軸の一カ所で保持されている。本発明が、回転翼を機体の両側（壁）に強固に固定して配するのは、ブレードの前進側と後退側で発生する揚力不均衡を機体を介して相殺し、各種の脆弱で複雑なヒンジを不要にする意義とメリットを有するからであるが、そのためには回転翼を少なくとも２カ所、たとえば回転軸の上部と下部、あるいは回転軸と翼端等で保持して、揚力不均衡時の強力な応力によって、回転軸を欠損することのない仕組みを有した上に、機体の側面（壁）に強固に固定できることが不可欠である。しかし、特許文献１２は、それらの仕組みは有していないので、特許文献１２の左右の回転翼には、他の多ローター方式と何ら異なる特徴を有せず、他の多ローター方式に比較した場合に優れた効果もない。また、ダクトは機体に接続した４本の棒状のダクト取付装置で取り付けられた簡単なもので、さらに取り付けを強化する場合には、索とターンバックル等によってぴんときっちり引っ張ってより完全にする、と記載されていて、回転翼とともにティルトできるものではない。ローターの取り付け位置は、バランスを考慮して取り付けることになっているが、たとえ進行方向から見た場合の前後のバランスの良い重心位置に取り付けられたとしても、図６や図７の上下の重心位置については、図に示されたダクテッドローター駆動部の重量が、かなりあるとしても、バランスがとれる形状ではない。図６や図７の場合の機体の前進要領は、特に示されていないが、一般のヘリコプターに用いられるスウォッシュプレートを有していて回転ディスク面を前傾して前進するとすれば、時を同じくして機体は後傾して墜落する可能性が高く、回転ディスク面を傾けずに推進用のプロペラもしくはダクテッドプロペラを用いる図９の方が、多少現実味が出る程度で、実行が困難である。一方、ヘリコプターの分野で９０度のティルトを初めて実施した特許文献１３は、ヘリコプターのメインローターを油圧または電動モーターで９０度ティルトできる仕組みを開示しているが、メインローターの揚力で機体が空中の一定高度まで上がった後、９０度のティルトによってメインローターを傾けた場合には、ヘリコプターの揚力を発生する装置が無くなるため、あとは墜落を待つのみである。よって特許文献１３は、重心的に不安定なため安全な飛行が著しく困難でローターを前方に傾けると機体が後傾して回転墜落する可能性がきわめて高い特許文献１２の図６、図７及び図９の場合以上に、特許制度を用いたブラックユーモアともいえる。

また、大量輸送においては、特許文献８は、構造物の側面（球形建物の全周）に円盤状プロペラ装置を配して、本発明よりもさらに大量輸送が可能なような内容となっており、特許文献７は、水上と陸上の両方での運用を記述しているが、いずれも具体性に欠けており空想の域を出ていない。

巡航時の操縦に関しては、特許文献４、特許文献５、特許文献９、特許文献１５及び非特許文献１は、左右のプロペラ等の推力の独立的な変更は慣用技術として可能ではあっても、進行方向の変更に際しては、原則、翼を操作して実施する。特許文献４のファンエンジンは、２軸のティルトを持つので、飛行場での小移動時には、ファンエンジンの向きを下方の左右に向けて、進行方向を変えることが可能であるが、ジェット燃料を燃焼するファンエンジンは、エンジン出力の微細な調整が困難な上に、出力のアップ・ダウンの指示に対する時間遅れが大きく、また、超高速で回転するファンエンジンのブレードには、迎角を変更して風量を調整する仕組みを構成することは著しく困難であるので、機体の進行方向を変える際に、ファンエンジンの左右の向きの変更と出力の増減をもって、自在な飛行をすることは著しく困難である。たとえコンピュータを介することによって操作を容易にすることはできても、ファンエンジンの応答速度やティルト装置の回動速度を早めることにはならないことから、操縦性の向上を図ることはできない。

ヘリコプターもしくは空飛ぶプラットホームと同じ回転翼を用いる現場において、本発明が目指す大量輸送と自在な飛行と安全な運行を実現するために、本発明者が呈示した以外の発明を寄せ集めこれを実施しようとする場合、特許文献１２の図７のような機体の両側に揚力や推力を発生する回転翼を複数基必要とする。この際に取り付けた回転翼のいくつかは、概ね水平面において回転しつつ前進することになるので、回転翼の前進側と後退側の揚力不均衡を生ずることになる。揚力不均衡対処としては、従来の各種ヒンジによって対処することも選択できるが、回転翼を機体の両側面もしくは両側壁に対称的に固着することによって左右の揚力不均衡を相殺する方がメリットが大きい。そのための回転翼は、ローターブレードの支持をローターマストの１カ所で支持するタイプでは、強度が不足してローターマストを欠損することになるので、ローターブレードを２カ所以上で支持できてローターマストへの負荷を低減できることが必要で、それを可能とする候補としては、特許文献６のダクテッドファンや特許文献１１のシュラウド付回転翼や特許文献１０の固定リングガイドで回転の外端部を保持するローター及び特許文献１４のローターフレーム中のリング状部材（ブレード支えパイプ）で翼端を支持するローターである。しかし、いずれもローターブレードの伸縮対処が不十分で、大口径で水平位置での使用は困難であって実施できない。中でも、特許文献６及び特許文献１１は、翼端部において駆動力を発生させる関係上、固定（子）側と回転（子）側の磁石間隔に影響が大きいブレードの伸縮対処の不備は致命的であるので、直径が概ね３ｍ（半径が概ね１．５ｍ）を超えた運用は著しく困難である。特許文献１０は、外端部のローラーに荷重がかかると運用できなくなるおそれがある。けれども、特許文献１４は、翼端を支えるリング状部材（ブレード支えパイプ）の構造と具体的機能は開示されていないので、この中にブレードの伸縮やブレードの翼端がスムースに滑走できる仕組みがなされていると仮定すると、特許文献１４のローターを、特許文献１２の機体の側面（壁）にいくつか並べて設置することを想定することができる。さらに自在な飛行のためには、特許文献１４のローターを３６０度で迅速にティルトできる構造と機能が必要なので、ティルト速度が比較的速い特許文献４のラックピニオン形シリンダ装置を使用することができるが、特許文献４のラックピニオン形シリンダ装置は、ティルトできる角度に制限と限界があり、また、速いといっても９０度のティルトに数秒要し、回動速度が充分でない。以上から、特許文献１４のローターでは、駆動は従来通り回転軸に作用させるので省エネルギーとならず、また、特許文献４のティルト装置では、ティルト角度の制限や限界に加えて、回動速度が遅いので、本発明者の課題や目的を達することはできない。

特願２００４−０４８６８６号（請求項１、図４、図６）特願２００３−２９０８７３号（請求項１、図１３）特願２００２−３８３０３１号（請求項１、図１、図２、図４、図６）特開２００３−１３７１９２号公報（請求項１、請求項２、請求項５、図１、図２、図５、図６、図８、図９、図１０、図１１、図１２）特開２００２−２０５６９４号公報（請求項１、請求項２、請求項３、図１、図７、図８、図９）特開２００１−０９７２８８号公報（請求項６、図７、図８）特開２００１−０４８０９８号公報（請求項１、図１、図２）特開２００１−０２６２９５号公報（請求項１、図１、図２）特表平１１−５１３６３５号公報（請求項１、請求項２、請求項７、請求項１０、請求項１１、請求項２３、請求項２４、請求項２６、図１、図２、図３、図６、図９、図１２）特開平９−１４２３９２号公報（請求項１、００１１、００１３、図１、図２、図３、図４、図５）特開平７−２０５８９７号公報（請求項１、０００１、０００８、図１、図２、図３）特開平６−０９２２９４号公報（請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、図６、図７、図９）特開平５−３３０４９１号公報（請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８）特開平５−３０１６００号公報（請求項１、００１４、００１５、００２０、００２１、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４）特開平５−０７７７８９号公報（請求項１、図１、図２）西川渉、"航空の現代：４発ティルトローター機"、［ｏｎｌｉｎｅ］、「日本航空新聞」２０００年９月２１日付掲載、［平成１６年４月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ２ｇ．ｂｉｇｌｏｂｅ．ｎｅ．ｊｐ／〜ａｖｉａｔｉｏｎ／ｑｔｒ０００９２１．ｈｔｍｌ＞

軽量で風量の自在な変更が可能なリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼の吹き出し方向を、迅速・正確に変更できることによって、風量と風向を自在に変更できる装置の作成を行い、その風量と風向を自在に変更できる装置を機体に取り付けてその風量と風向をコントロールすることによって、大量輸送と自在な飛行と安全な運行を省エネルギーで実現することが解決しようとする課題である。

本発明は、これまでのローターブレードの中心付近に設置した原動機の駆動力を回転の中心軸に作用させてローターブレードを回転し揚力や推力を得るというエネルギー消費の大きい従来方式をやめ、翼端部付近にリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼を原動機とする。

リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、その構造上、回転翼のブレード部分を円盤もしくは円筒に置き換えることによってターンテーブルを作成することができる。そのターンテーブルの円盤もしくは円筒の表面にシュラウド付回転翼を取り付けられるような装置を準備したものを急速風向変更装置とする。リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼をこれを取り付けることによって、揚力もしくは推力の発生源たるシュラウド付回転翼は、１軸の周りに３６０度任意の方向に迅速・正確に向きを変えることができる。

リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼を、１軸の周りに３６０度自在に回動できる急速風向変更装置上に直交するように設置して一体化したものを、急速風量発生風向変更装置とする。このようにした急速風量発生風向変更装置は、自在な風量の変更が可能であると同時に迅速・正確な風向の変更が可能となる。

本発明は、風量と風向を自在に変更可能な急速風量発生風向変更装置を、これまでは考えにくかったか、もしくは考えたとしても強力なジャイロ効果や重量等から不可能であった機体の側面（壁）に、片方当たり少なくとも１基、両方の側面（壁）で合計２基以上を取り付けることによって、各急速風量発生風向変更装置の風量と風向を自在にコントロールして、大量の貨客の輸送、空中での自在な飛行及び安全でありながら簡単な操縦が可能な省エネルギーの航空機を実現することを可能にすることができる。

リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、構造簡単、軽量、省燃費であり、しかも、翼端が開放していないために、翼端が機体の前進方向で起こす爆音状の衝撃波の発生がなく、ヘリコプターや空飛ぶプラットホームにこれを用いる場合、大変有効であるが、これを機体の側面（壁）に直接取り付けることができるようにして、自在に風量と風向の変更を可能にした急速風量発生風向変更装置として複数基運用すると、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼の特性を遺憾なく発揮できて固定翼や気球（以下、固定翼等）の揚力手段に依存することなく大量輸送が可能となる上に、優れた操縦性と安全性を確保できるばかりでなく、省エネルギーで、かつ従来の回転翼に必要とされた各種ヒンジを不要とするので製造と保守を容易にすることができる。

本発明によるリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼には、ブレードの自重によるたわみやゆがみを防止する回転支持部を有し、回転支持部によっても吸収できないブレードの伸縮については回転ダクトをもって吸収して、回転半径の大きなシュラウド付回転翼の作成を可能にした特許文献１の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を使用する。また、回転ダクト方式シュラウド付回転翼を設置して吹き出し方向を自在に変更するための急速風向変更装置は、回転ダクト方式シュラウド付回転翼のブレード部分を円盤もしくは円筒で置き換えてターンテーブルを作成し、回転ダクト方式シュラウド付回転翼を取り付ける取付固定具をターンテーブル上に備えたものを急速風向変更装置とする。急速風量発生風向変更装置は、回転ダクト方式シュラウド付回転翼を、その外周が急速風向変更装置のターンテーブルに接する形で直交するように一体化して取り付け作成する。

本発明の急速風量発生風向変更装置は、フラットな底板を有し、機体の側面（壁）にしっかりと固着できるので、シュラウド付回転翼の有するジャイロ効果や、ジャイロ効果から生じる強烈な応力を機体の側面（壁）で吸収できるばかりでなく、回転ダクト方式シュラウド付回転翼の揚力や推力が、ブレードの翼端部経由で機体に伝達されることを容易にする。これを機体の左右対称的位置に取り付けると、従来の開放翼端のヘリコプターが前進する際に生ずるブレードの前進側と後退側の揚力の不均衡は、機体の側面（壁）を介して完全に吸収できるので、従来の開放翼端のヘリコプターに必要であったフラッピングヒンジやフェザリングヒンジやドラッキングヒンジを不要とするので、構造が簡単で信頼性を高めることができる。

本発明の急速風量発生風向変更装置を機体に取り付ける要領は、機体たる飛行に適する構造物の側面（壁）が概ね垂直面を形成しているときには、急速風量発生風向変更装置の底板をそのまま機体の側面（壁）に平行するように取り付けて、回転ダクト方式シュラウド付回転翼の回転面が概ね水平となるようにする。ただし、機体の飛行時の安定性能を重視する場合には、回転ダクト方式シュラウド付回転翼の回転面が水平に対し機体に近い側が低く機体から遠い側が高くなるように傾けて、回転ダクト方式シュラウド付回転翼の吹き出し方向が外側に開くようキャンバー角を付けて取り付けると安定性が向上する。反対に、機体の飛行時の左右への運動性能の向上を目的とする場合には、回転ダクト方式シュラウド付回転翼の回転面を機体に近い側を高く機体から遠い側を低くなるように傾け、回転ダクト方式シュラウド付回転翼の吹き出し方向が内側に向くよう逆キャンバー角を付けて取り付けると運動性が向上する。また、回転ダクト方式シュラウド付回転翼のブレードの回転方向は、機体に近い側が前進側となり、機体から遠い側が後退側となる方向で回転するように配置すると急速風向変更装置上に回転ダクト方式シュラウド付回転翼を取り付けた場合の取付固定具にかかるジャイロ効果の応力を軽減できる。

本発明の急速風量発生風向変更装置を機体に取り付ける数量は、機体となる構造物の片方の側面（壁）に１基、両方の側面（壁）で計２基から航空機を構成できるが、人員・貨物を大量に輸送する実用機の場合には、安全性を考慮し、機体に取り付けられた急速風量発生風向変更装置の総数の半数でも飛行可能なように考慮する。具体的には、人員が乗る場合には、急速風量発生風向変更装置の取り付け数量を航空機の片面当たり４基以上とし、供給電源や操縦装置等の安全に関する装置を半数ずつ独立させた運用として、万一、急速風量発生風向変更装置のいくつかに故障を生じても、残余の急速風量発生風向変更装置で安全に降着できるように配慮する。

図１〜図４は、特許文献１に示された回転ダクト方式シュラウド付回転翼を用いる場合の実施例である。

図５、図６は、特許文献１に示された回転ダクト方式シュラウド付回転翼のブレード部分を円盤状のターンテーブルに置き換えた急速風向変更装置の実施例である。

図７〜図１４は、回転ダクト方式シュラウド付回転翼を急速風向変更装置上に直交するように設置した急速風量発生風向変更装置の実施例である。

図１５〜図３５は、安全を重視し、飛行に適する大型の構造物の片方の側面に４基ずつ、両方の側面合計８基の急速風量発生風向変更装置を付けた航空機で、あたかも空中フェリーとして運用する場合の実施例である。

大型のものは、空中フェリーとしての社会的価値を持つが、図３６のように中・小型のものは、無人空中観測機／偵察機として、人員が行くことが困難や危険を生ずる、例えば、火山活動の観測等に使用することができる。ごく小型のものは、無線操縦模型飛行機として、ホビーとしての活用ができる場合の実施例である。

急速風量発生風向変更装置を機体の側面（壁）に取り付けて航空機として運用することは、大きな輸送量と自在な運動性と容易な操縦性を持つ安全な航空機を省エネルギーで実現できることとなり、輸送を中心とした分野において、社会の進歩に多大な貢献ができる。

特許文献１の回転ダクト方式シュラウド付回転翼の実施例の平面図である。特許文献１の回転ダクト方式シュラウド付回転翼の実施例の水平断面図である。特許文献１の回転ダクト方式シュラウド付回転翼の実施例の正面図（側面図も同じ）である。特許文献１の回転ダクト方式シュラウド付回転翼の実施例の垂直断面図である。特許文献１の回転ダクト方式シュラウド付回転翼のブレード部分を円盤状のターンテーブルに置き換え、ターンテーブルに回転ダクト方式シュラウド付回転翼を取り付けるための取付固定具を具備した急速風向変更装置の正面図である。特許文献１の回転ダクト方式シュラウド付回転翼のブレード部分を円盤状のターンテーブルに置き換え、ターンテーブルに回転ダクト方式シュラウド付回転翼を取り付けるための取付固定具を具備した急速風向変更装置の垂直断面図である。図中の２３は、強化プラスチックや金属の接続具でも性能に影響はないが、免震接続具を使用すると急速風向変更装置や回転ダクト方式シュラウド付回転翼を組み合わせて急速風量発生風向変更装置として運用する際に発生する微振動が機体に伝わるのを軽減できる。特許文献１の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を、急速風向変更装置上に直交するように取り付けて一体化した急速風量発生風向変更装置を底板を下にして地上に置いた際の正面図である。特許文献１の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を、急速風向変更装置上に直交するように取り付けて一体化した急速風量発生風向変更装置を底板を下にして地上に置いた際の垂直断面図である。急速風量発生風向変更装置を機体の側面（壁）に取り付けた場合の正面図である。急速風量発生風向変更装置を機体の側面（壁）に取り付けた場合の側面図である。急速風量発生風向変更装置を機体の側面（壁）に取り付けた場合の平面図である。通常の急速風量発生風向変更装置に補強板を付け、荒天時や戦場等の厳しい環境下での運用に耐えるように作られた急速風量発生風向変更装置を機体の側面（壁）に取り付けた場合の正面図である。通常の急速風量発生風向変更装置に補強板を付け、荒天時や戦場等の厳しい環境下での運用に耐えるように作られた急速風量発生風向変更装置を機体の側面（壁）に取り付けた場合の側面図である。通常の急速風量発生風向変更装置に補強板を付け、荒天時や戦場等の厳しい環境下での運用に耐えるように作られた急速風量発生風向変更装置を機体の側面（壁）に取り付けた場合の平面図である。機体の片方の側面（壁）に４基、両方の側面（壁）で合計８基の急速風量発生風向変更装置を取り付けた航空機の平面図である。機体の形状が紡錘型に近い場合の航空機の側面図である。機体の形状が翼型に近い場合の航空機の側面図である。航空機の正面図である。紡錘型に近い形状の航空機が、離陸浮上する際の急速風量発生風向変更装置の運用状況を示す航空機の側面図である。紡錘型に近い形状の航空機が、急速風量発生風向変更装置の内側の２つの吹き出し方向を傾けて前進する際の運用状況を示す航空機の側面図である。紡錘型に近い形状の航空機が、急速風量発生風向変更装置の内側の２つの吹き出し方向を水平にして前進する際の運用状況を示す航空機の側面図である。紡錘型に近い形状の航空機が、４つの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を全て傾けて前進する際の運用状況を示す航空機の側面図である。翼型に近い形状の航空機が、機体そのものの構造による浮力を利用しながら前進する際の急速風量発生風向変更装置の運用状況を示す側面図である。この場合は、前３つが水平方向に推力のみを発生し、後ろの１つが、浮力による機体後部の浮き上がりを押さえるため、負の揚力を発生している。航空機の左右側面の推力の差によって、ゆっくりと時計方向に旋回する場合（右への緩旋回）の急速風量発生風向変更装置の運用状況を示す平面図である。進行方向に対して航空機の速度をある程度維持しつつ、左右側面の推力の差によって、ゆっくりと時計方向に旋回する場合（右への緩旋回）の急速風量発生風向変更装置の運用状況を示す平面図である。航空機の片側のみで推力を発生し、急速に時計方向に旋回する場合の急速風量発生風向変更装置の運用状況を示す平面図である。静止したままこれを行った場合は、航空機の右側を基点として回転する信地旋回となる。航空機の両側で互いに逆方向の推力を発生し、急速に時計方向に旋回する場合の急速風量発生風向変更装置の運用状況を示す平面図である。静止したままこれを行った場合は、航空機の中央を基点として回転する超信地旋回となる。航空機の左右の浮力の差によって、横移動する場合の急速風量発生風向変更装置の運用状況を示す正面図である。この場合は、向かって右に横移動する。航空機の左右の浮力の差によって、横移動する場合の急速風量発生風向変更装置の運用状況を示す正面図である。この場合は、向かって左に横移動する。航空機の天井部分は、通常広い面積を持つ。この天井部分に太陽光発電装置を取り付けて動力源の補助とする場合の平面図である。航空機の天井部分を強化し、飛行甲板とした場合の平面図である。航空機の飛行甲板は、空中において小型機の発着、グライダーの発進等に利用できる。ここでは浮揚した状態の当該航空機の飛行甲板を他の航空機が利用している状況を示す平面図である。水上からの離着陸、または水上への降着の可能性のある飛行ルートに対応できるように、底面を船底とした場合の航空機の底面図である。底面を船底とした場合の航空機の側面図である。底面を船底とした場合の航空機の正面図である。飛行に適する小型の構造物の片方の側面（壁）に３基、両方の側面（壁）で合計６基の急速風量発生風向変更装置を取り付け、ＧＰＳや無線操縦装置や観測装置を搭載した無人観測／偵察機の平面図である。特に小型のものは、ホビー用となる。

符号の説明

１回転ダクト方式シュラウド付回転翼
２急速風向変更装置
３急速風量発生風向変更装置
１１（固定）支持部
１２シュラウド
１３回転ダクト
１４（ローター）ブレード
１５回転支持部
１６ハブ
１７電磁石
１８永久磁石
１９ベアリング
２０ターンテーブル
２１取付固定具
２２底板
２３接続具または免震接続具
２４補強板
２５乗員室
２６貨客室
２７貨物室
２８太陽光発電装置
２９飛行甲板
３０飛行甲板を使用中の航空機
３１船底
３２ＧＰＳ
３３無線操縦アンテナ
３４データ送信アンテナ
３５急速風量発生風向変更装置によって作られる風量と風向

従来の開放翼端のヘリコプターは、ほぼ水平に回転するメインローターにおいて、前進する方向に向かう側（以下、前進側または上り）のブレードと、後方に向かう側（以下、後退側または下り）のブレードでは、対気速度が異なるため、前進側の揚力が増加し、後退側の揚力が低下して、揚力の不均衡を生じたり、ジャイロ効果（ジャイロ歳差）による９０度遅れに対してブレードの迎角の変更を適切に調整する装置を必要としたり、また、開放翼端のために複数あるローターブレード中の１本が他のローターブレードの回転面よりも上がるまたは下がることによって、回転半径が短くなるとブレードの回転速度の増加による進みとその反動による遅れが生じ、その対処も必要なので、それらの影響を除去する装置が必要であって、安定した飛行を継続できるためには、フラッピングヒンジ、フェザリングヒンジ、ドラッギングヒンジ（リードラグヒンジやドラッグヒンジともいう）等の複雑で脆弱な各種ヒンジを必要としていた。

従来の開放翼端のヘリコプターは、ローターブレードを回転軸であるローターマストの１カ所で支えていたが、特許文献１０と特許文献１４は、駆動は回転軸の中央付近に配置された原動機であるが、回転する翼端部分を固定リングガイドやリング状部材（ブレード支えパイプ）で支えて、ローターブレードを回転の中心部と翼端部の２カ所で支えている。特許文献１０の実施例１は、ローターブレードの上下が開放されているので、ローターブレードの前進側と後退側の揚力不均衡が生じるし、回転デスク面を傾けることができないので、ブレードの迎角を変更することによって前進するための分力を発生することが必要なことから、フェザリング軸とフェザリングヒンジは不可欠である。しかしながら、フラッピングヒンジとドラッギングヒンジは不要と見積もられる。また、実施例２では、複数のローターで揚力不均衡を相殺可能で、かつ相互のローターの揚力の差分で前進後退や左右への移動が可能であるから、フェザリングヒンジを含めて、複雑で脆弱なすべてのヒンジがなくても飛行可能となると推定できる。また、特許文献１４は、下面を方向舵で覆って前進時の外気との直接接触がないので、少なくともローター下面の前進側と後退側の対気速度の差は、考慮する必要がなく、また、外側ローターフレームと内側ローターフレームを膜状や板状の物体で覆った場合（それ以外に、金網のような大気が通過可能な物体で覆う例が記載されていてこの場合では考慮が必要）には、さらにローターブレードの前進側と後退側の揚力の不均衡は解消されることから、フラップングヒンジ、フェザリングヒンジ及びドラッギングヒンジのいずれも不要であって、ローター上面が開放していることによるローターブレードの前進側と後退側の揚力の不均衡は一部残るが、ローター下面に設置した推力微動方向舵によって補償できるので、各ヒンジが不要となる。しかしながら、これらの発明を成り立たせるためには、それぞれの回転の外端部に接続したローラーもしくは翼端が、固定リングガイドのガイド中やリング状部材（ブレード支えパイプ）のパイプ中に常時位置を占めて、回転軸を第１の支え点とすれば、第２の支え点として確実に保持できることが不可欠である。そのためにはローターブレードの伸縮、中でも自重によるたわみやゆがみや飛行中の振動によるゆがみに対処できて、ガイド中をローラーが、パイプ中を翼端が、それぞれスムースに滑走できる仕組みを有していなければならないが、特許文献１０の仕組みでは、自重の影響としてはローターブレードの外端部に接続するローラーが固定リングガイドのコの字形の内側下面（内底面）に接触（当接）すると述べられるだけで、伸縮対処はなされていない。特許文献１４については、翼端を支える仕組みは、これまでのヘリコプターの技術分野にはない初めての試みであると考えられるにもかかわらず、翼端がかなりの速度でパイプ内を滑走通過する仕組みやローターブレードの伸縮をリング状部材（ブレード支えパイプ）がどのように対応するかも、また、本体とともにブレードがティルトする際のリング状部材（ブレード支えパイプ）とブレード翼端の位置関係が開示されていないので、実行が著しく困難である。さらに特許文献１０では、正常に飛行している際の回転外端部のローラーは、コの字形の固定リングガイドの内部の下面（内底面）や内部の上面（内上面）に当接することなく、どこにも触れずに空中に浮遊して回転していることとしているが、グラスウール、カーボン繊維、ケブラー繊維等と金属板の積層構造を持つ通常の材料選択を行ったローターブレードの場合には、回転をすると漏斗形（逆円錐形）に中心部より翼端部が上がる状態での遠心力の作用を含めて揚力の有効利用を行うことができるのであるが、それでも極端に翼端が上がることを防止するため、対気速度が速い翼端の迎角を浅くするか翼幅を狭くして揚力の発生を相対的に少なくし、対気速度が遅い中心部の迎角を深くするか翼幅を広くして相対的に揚力を多くして、ブレード全体で均一な揚力の発生を企図しているのが通常であるにもかかわらず、逆に特許文献１０では、翼端の翼幅を極端に広くすることによって、翼端部の揚力を著しく増加しているので極端な漏斗形（逆円錐形）が発生するわけであるから、通常のヘリコプター以上に回転の外端部は、上方に持ち上げられ、外端部のローラーは、コの字形の固定リングガイド内部の天井部分にあたる内上面に強烈な力で押しつけられる。特許文献１０のローラー部の強度は、ローラーが何らかの事故や故障で回転困難となったときに折れるような材質をあえて選択しているので、ほぼ全揚力がローラーを経由して機体に伝達される際には、強度的に折れることとなり、飛行に必要な各種ヒンジを有しない特許文献１０は、飛行不能となる。よって、従来の開放翼端のヘリコプターが回転軸を経由して揚力を機体に伝達するために、各種の複雑で脆弱なヒンジを必要としたところと異なり、特許文献１０と特許文献１４では、ヒンジを不要とする新たなヘリコプターの可能性を呈示したことにはなるが、そのための揚力を発生する主体であるローターブレードの伸縮対処と、ローターブレードの第２の支点として重要である翼端部がガイドやパイプの内部を滑走する仕組みについて、充分な開示がなされてないので、現状の開示のままでは、著しく実行困難である。

駆動に関し、特許文献１、特許文献３、特許文献６及び特許文献１１は、プロペラ等の回転翼の回転の中心に莫大なエネルギーを消費しつつ動力を接続するという従来からの方式をやめ、最小のエネルギーで効率の良いトルク（回転モーメント、ねじり偶力）を得ることができる回転翼の翼端部付近にリニアモーターの駆動原理を適用してプロペラ等の回転翼を回転させるシュラウド付回転翼の仕組みを提案した。リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼の駆動力は、回転翼の翼端部付近で発生する関係上、シュラウド側の固定子となる磁石と翼端部側（円環や回転ダクトを含む）の回転子となる磁石との間に発生する力の大きさと、シュラウドの半径との積によって、その回転トルクの大きさが決定するので、シュラウドの開口部の大きさ（以下、口径）が大きなものほど、有効な揚力や推力を発生できる。しかし、特許文献１１は、プロペラ等の回転翼を構成するブレードの伸縮について全く考慮されておらず、特許文献６は、ブレードの伸縮を、遠心力と温度変化の２つのみの考慮で、ブレードを長大にし、水平位置で使用した際のブレードの自重から生じるたわみやゆがみについては考慮されておらず、また、もともと直径１．２ｍ（半径０．６ｍ）程度までを想定して作られた発明であるのでブレード等の伸縮対処が不十分で、大きな口径ほど有利な効果を発揮できるリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼ではあるが、その開示された仕組みを拡張し一般化しても、直径が概ね３ｍ（半径が概ね１．５ｍ）を超えるような口径のシュラウド付回転翼を作成することは著しく困難である。特許文献３は、ブレードの翼厚中にブレードの大きな伸縮にも対応できるための電気機械的な仕組みを有しているが、吹き出し方向の急速な変更には脆弱な部分を有しているので、回転ディスク面を傾けることなく、回転面の任意の位置のブレードの迎角を摺動装置等で変えながら揚力を調整したり、２重反転にして使用する等、強烈なジャイロ効果の影響が少ない環境で使用することが望ましい。特許文献１は、大口径ほど有利な効果を持つリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼の特性の、その有利な効果の最大限の発揮を可能とするために、ブレード上の途中途中にブレードの自重によるたわみやゆがみを抑える回転支持部を有し、回転支持部をもってしても残るブレードの遠心力と熱による伸縮は回転ダクトが吸収する等、ブレードの伸縮対策がなされているため、理論的には、無限の大口径のシュラウド付回転翼の作成が可能であり、また、吹き出し方向の急速な変更を実施する環境でも、使用可能である。

本発明は、大量輸送と自在な飛行と安全な運行を省エネルギーで実施できることを重視しているが、その結果、本発明の特許請求の範囲の請求項２の形状は、特許文献１２の図６、図７及び図９がローターの周りをダクトで覆ったダクテッドローターを機体の横部に配しているため、外形が相互に酷似している。しかし、特許文献１２の駆動力の供給源は回転翼の回転の中心たる回転軸からであり、翼端部にリニアモーターの駆動原理を適用するものではなく、回転翼は回転軸の一カ所で保持されている。本発明が、回転翼を機体の両側（壁）に強固に固定して配するのは、ブレードの前進側と後退側で発生する揚力不均衡を機体を介して相殺し、各種の複雑で脆弱なヒンジを不要にする意義とメリットを有するからであるが、そのためには回転翼を少なくとも２カ所、たとえば回転軸の上部と下部、あるいは回転軸と翼端等で保持して、揚力不均衡時の強力な応力によって、回転軸を欠損することのない仕組みを有した上に、機体の側面（壁）に強固に固定できることが不可欠である。しかし、特許文献１２は、それらの仕組みは有していないので、特許文献１２の左右の回転翼には、他の多ローター方式と何ら異なる特徴を有せず、他の多ローター方式に比較した場合に優れた効果もない。また、ダクトは機体に接続した４本の棒状のダクト取付装置で取り付けられた簡単なもので、さらに取り付けを強化する場合には、索とターンバックル等によってぴんときっちり引っ張ってより完全にする、と記載されていて、回転翼とともにティルトできるものではない。ローターの取り付け位置は、バランスを考慮して取り付けることになっているが、たとえ進行方向から見た場合の前後のバランスの良い重心位置に取り付けられたとしても、図６や図７の上下の重心位置については、図に示されたダクテッドローター駆動部の重量が、かなりあるとしても、バランスがとれる形状ではない。図６や図７の場合の機体の前進要領は、特に示されていないが、一般のヘリコプターに用いられるスウォッシュプレートを有していて回転ディスク面を前傾して前進するとすれば、時を同じくして機体は後傾して墜落する可能性が高く、回転ディスク面を傾けずに推進用のプロペラもしくはダクテッドプロペラを用いる図９の方が、多少現実味が出る程度で、実行が困難である。一方、ヘリコプターの分野で９０度のティルトを初めて実施した特許文献１３は、ヘリコプターのメインローターを油圧または電動モーターで９０度ティルトできる仕組みを開示しているが、メインローターの揚力で機体が空中の一定高度まで上がった後、９０度のティルトによってメインローターを傾けた場合には、ヘリコプターの揚力を発生する装置が無くなるため、あとは墜落を待つのみである。よって特許文献１３は、重心的に不安定なため安全な飛行が著しく困難でローターを前方に傾けると機体が後傾して回転墜落する可能性がきわめて高い特許文献１２の図６、図７及び図９の場合以上に、特許制度を用いたブラックユーモアともいえる。

リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、その構造上、回転翼のブレード部分を円盤もしくは円筒に置き換えることによってターンテーブルを作成することができる。そのターンテーブルの円盤もしくは円筒の表面にシュラウド付回転翼を取り付けられるような装置を準備したものを急速風向変更装置とする。この急速風向変更装置にリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼を取り付けることによって、揚力もしくは推力の発生源たるシュラウド付回転翼は、１軸の周りに３６０度任意の方向に迅速・正確に向きを変えることができる。

本発明の急速風量発生風向変更装置は、フラットな底板を有し、機体の側面（壁）にしっかりと固着できるので、シュラウド付回転翼の有するジャイロ効果や、ジャイロ効果から生じる強烈な応力を機体の側面（壁）で吸収できるばかりでなく、回転ダクト方式シュラウド付回転翼の揚力や推力が、ブレードの翼端部経由で機体に伝達されることを容易にする。これを機体の左右対称的位置に取り付けると、水平に回転する回転翼が前進速度を帯びた際に生ずるブレードの前進側と後退側の揚力の不均衡は、機体の側面（壁）を介して完全に吸収できるので、従来の開放翼端のヘリコプターに必要であったフラッピングヒンジやフェザリングヒンジやドラッギングヒンジを不要とするので、構造が簡単で信頼性を高めることができる。

本発明の急速風量発生風向変更装置を機体に取り付ける要領は、機体たる飛行に適する構造物の側面（壁）が概ね垂直面を形成しているときには、急速風量発生風向変更装置の底板をそのまま機体の側面（壁）に平行するように取り付けて、回転ダクト方式シュラウド付回転翼の回転面が概ね水平となるようにする。ただし、機体の飛行時の安定性能を重視する場合には、回転ダクト方式シュラウド付回転翼の回転面が水平に対し機体に近い側が低く機体から遠い側が高くなるように傾けて、回転ダクト方式シュラウド付回転翼の吹き出し方向が外側に開くようキャンバー角を付けて取り付けると安定性が向上する。反対に、機体の飛行時の左右への運動性能の向上を目的とする場合には、回転ダクト方式シュラウド付回転翼の回転面を機体に近い側を高く機体から遠い側を低くなるように傾け、回転ダクト方式シュラウド付回転翼の吹き出し方向が内側に向くよう逆のキャンバー角を付けて取り付けると運動性が向上する。また、回転ダクト方式シュラウド付回転翼のブレードの回転方向は、機体に近い側が前進側となり、機体から遠い側が後退側となる方向で回転するように配置すると、急速風向変更装置上に回転ダクト方式シュラウド付回転翼を取り付けた場合の取付固定具にかかる前進時の揚力不均衡からくる応力を軽減できる。

図１５〜図３５は、安全を重視し、飛行に適する大型の構造物の片方の側面（壁）に４基ずつ、両方の側面（壁）で合計８基の急速風量発生風向変更装置を付けた航空機で、あたかも空中フェリーとして運用する場合の実施例である。

本発明は、プロペラやファン（以下、プロペラ等）の回転翼の駆動力の発生と吹き出し方向の変更において、風量を自在に変更できるリニアモーターの駆動原理をプロペラ等の回転翼の翼端部付近に適用するためのシュラウドを有する回転翼（以下、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼）を１軸の周りに３６０°で迅速・正確に風向を変更できる急速風向変更装置に取り付けて一体化した急速風量発生風向変更装置を、機体の側面もしくは側壁に固着するように複数基取り付け、各急速風量発生風向変更装置の風量と風向をコントロールすることにより、空中において人員・貨物を運搬するヘリコプターもしくは空飛ぶプラットホームと同じ回転翼を用いる現場において、従来のそれらよりもはるかに大量の貨客の運搬と自在な飛行と安全な運行を省エネルギーで実現することを目指し、あたかも空中におけるフェリーの役割を果たすことのできる航空機の実現方法に関する。

実用がなされ現実に飛行している従来のヘリコプターでは、安全にティルトできる範囲は、垂直軸に対し１５°程度が限界であって、通常、最大でも４〜５°程度のティルトをもって運用し、空飛ぶプラットホームでは、乗員の立つ床部分にティルトなしの自由度のない状態で設置されることが多く、いずれの場合もティルトに関して自由度の乏しい状態の運用であった。

従来の開放翼端のヘリコプターは、ほぼ水平に回転するメインローターにおいて、前進する方向に向かう側（以下、前進側または上り）のブレードと、後方に向かう側（以下、後退側または下り）のブレードでは、対気速度が異なるため、前進側の揚力が増加し、後退側の揚力が低下して、揚力の不均衡を生じたり、ジャイロ効果（ジャイロ歳差）による９０°遅れに対してブレードの迎角の変更を適切に調整する装置を必要としたり、また、開放翼端のために複数あるローターブレード中の１本が他のローターブレードの回転面よりも上がるまたは下がることによって、回転半径が短くなるとブレードの回転速度の増加による進みとその反動による遅れが生じ、その対処も必要なので、それらの影響を除去する装置が必要であって、安定した飛行を継続できるためには、フラッピングヒンジ、フェザリングヒンジ、ドラッギングヒンジ（リードラグヒンジやドラッグヒンジともいう）等の複雑で脆弱な各種ヒンジを必要としていた。

ティルトに関し、特許文献２、特許文献５、特許文献９、特許文献１３、特許文献１５及び非特許文献１は、垂直面上で１軸の周りにティルトする方式で、ティルトの方式は、電動モーター、歯車装置、遊星歯車装置、ラックピニオン装置、油圧装置、ラックピニオン形シリンダ装置及び急速風向変更装置によって行われるが、急速風向変更装置を除けば、ティルトは徐々に行われるものであって、たとえば特許文献９では、９０°のティルトに１２９秒〜６０秒を要し、速いものでも数秒、通常、１分を超える程度の速度である。特許文献４は、２軸のティルト機構をラックピニオン形シリンダ装置によって実現しているが、強烈なジャイロ効果に打ち勝って吹き出し方向を変更するためには、大きな力を必要とし、その分、回動速度が抑えられることから、最速で見積もっても９０°のティルトには数秒かかるものと推定され、また、ラックピニオン形シリンダ装置のティルト可能な角度範囲は、シリンダを有する構造上、限界のある有限なので、ティルト方向を限定される場合を生ずることもあり、２軸でありながら自在とはいい難い上に、そのファンエンジンから出る後流は、きわめて高熱で長大なため、機体側を遮蔽板によって防護するといえども、機体に後流が当たる方向へ向けることは、著しく危険性をともなうので事実上実施できず大きな制限を有する。

本発明は、大量輸送と自在な飛行と安全な運行を省エネルギーで実施できることを重視しているが、その結果、本発明の特許請求の範囲の請求項２の形状は、特許文献１２の図６、図７及び図９がローターの周りをダクトで覆ったダクテッドローターを機体の横部に配しているため、外形が相互に酷似している。しかし、特許文献１２の駆動力の供給源は回転翼の回転の中心たる回転軸からであり、翼端部にリニアモーターの駆動原理を適用するものではなく、回転翼は回転軸の一カ所で保持されている。本発明が、回転翼を機体の両側（壁）に強固に固定して配するのは、ブレードの前進側と後退側で発生する揚力不均衡を機体を介して相殺し、各種の複雑で脆弱なヒンジを不要にする意義とメリットを有するからであるが、そのためには回転翼を少なくとも２カ所、たとえば回転軸の上部と下部、あるいは回転軸と翼端等で保持して、揚力不均衡時の強力な応力によって、回転軸を欠損することのない仕組みを有した上に、機体の側面（壁）に強固に固定できることが不可欠である。しかし、特許文献１２は、それらの仕組みは有していないので、特許文献１２の左右の回転翼には、他の多ローター方式と何ら異なる特徴を有せず、他の多ローター方式に比較した場合に優れた効果もない。また、ダクトは機体に接続した４本の棒状のダクト取付装置で取り付けられた簡単なもので、さらに取り付けを強化する場合には、索とターンバックル等によってぴんときっちり引っ張ってより完全にする、と記載されていて、回転翼とともにティルトできるものではない。ローターの取り付け位置は、バランスを考慮して取り付けることになっているが、たとえ進行方向から見た場合の前後のバランスの良い重心位置に取り付けられたとしても、図６や図７の上下の重心位置については、図に示されたダクテッドローター駆動部の重量が、かなりあるとしても、バランスがとれる形状ではない。図６や図７の場合の機体の前進要領は、特に示されていないが、一般のヘリコプターに用いられるスウォッシュプレートを有していて回転ディスク面を前傾して前進するとすれば、時を同じくして機体は後傾して墜落する可能性が高く、回転ディスク面を傾けずに推進用のプロペラもしくはダクテッドプロペラを用いる図９の方が、多少現実味が出る程度で、実行が困難である。一方、ヘリコプターの分野で９０°のティルトを初めて実施した特許文献１３は、ヘリコプターのメインローターを油圧または電動モーターで９０°ティルトできる仕組みを開示しているが、メインローターの揚力で機体が空中の一定高度まで上がった後、９０°のティルトによってメインローターを傾けた場合には、ヘリコプターの揚力を発生する装置が無くなるため、あとは墜落を待つのみである。よって特許文献１３は、重心的に不安定なため安全な飛行が著しく困難でローターを前方に傾けると機体が後傾して回転墜落する危険性がきわめて高い特許文献１２の図６、図７及び図９の場合以上に、さらに一層、危険な乗物となっている。

ヘリコプターもしくは空飛ぶプラットホームと同じ回転翼を用いる現場において、本発明が目指す大量輸送と自在な飛行と安全な運行を実現するために、本発明者が呈示した以外の発明を寄せ集めこれを実施しようとする場合、特許文献１２の図７のような機体の両側に揚力や推力を発生する回転翼を複数基必要とする。この際に取り付けた回転翼のいくつかは、概ね水平面において回転しつつ前進することになるので、回転翼の前進側と後退側の揚力不均衡を生ずることになる。揚力不均衡対処としては、従来の各種ヒンジによって対処することも選択できるが、回転翼を機体の両側面もしくは両側壁に対称的に固着することによって左右の揚力不均衡を相殺する方がメリットが大きい。そのための回転翼は、ローターブレードの支持をローターマストの１カ所で支持するタイプでは、強度が不足してローターマストを欠損することになるので、ローターブレードを２カ所以上で支持できてローターマストへの負荷を低減できることが必要で、それを可能とする候補としては、特許文献６のダクテッドファンや特許文献１１のシュラウド付回転翼や特許文献１０の固定リングガイドで回転の外端部を保持するローター及び特許文献１４のローターフレーム中のリング状部材（ブレード支えパイプ）で翼端を支持するローターである。しかし、いずれもローターブレードの伸縮対処が不十分で、大口径で水平位置での使用は困難であって実施できない。中でも、特許文献６及び特許文献１１は、翼端部において駆動力を発生させる関係上、固定（子）側と回転（子）側の磁石間隔に影響が大きいブレードの伸縮対処の不備は致命的であるので、直径が概ね３ｍ（半径が概ね１．５ｍ）を超えた運用は著しく困難である。特許文献１０は、外端部のローラーに荷重がかかると運用できなくなるおそれがある。けれども、特許文献１４は、翼端を支えるリング状部材（ブレード支えパイプ）の構造と具体的機能は開示されていないので、この中にブレードの伸縮やブレードの翼端がスムースに滑走できる仕組みがなされていると仮定すると、特許文献１４のローターを、特許文献１２の機体の側面（壁）にいくつか並べて設置することを想定することができる。さらに自在な飛行のためには、特許文献１４のローターを３６０°で迅速にティルトできる構造と機能が必要なので、ティルト速度が比較的速い特許文献４のラックピニオン形シリンダ装置を使用することができるが、特許文献４のラックピニオン形シリンダ装置は、ティルトできる角度に制限と限界があり、また、速いといっても９０°のティルトに数秒要し、回動速度が充分でない。以上から、特許文献１４のローターでは、駆動は従来通り回転軸に作用させるので省エネルギーとならず、また、特許文献４のティルト装置では、ティルト角度の制限や限界に加えて、回動速度が遅いので、本発明者の課題や目的を達することはできない。

特願２００４−０４８６８６号（請求項１、図４、図６）特願２００３−２９０８７３号（請求項１、図１３）特願２００２−３８３０３１号（請求項１、図１、図２、図４、図６）特開２００３−１３７１９２号公報（請求項１、請求項２、請求項５、図１、図２、図５、図６、図８、図９、図１０、図１１、図１２）特開２００２−２０５６９４号公報（請求項１、請求項２、請求項３、図１、図７、図８、図９）特開２００１−０９７２８８号公報（請求項６、図７、図８）特開２００１−０４８０９８号公報（請求項１、図１、図２）特開２００１−０２６２９５号公報（請求項１、図１、図２）特表平１１−５１３６３５号公報（請求項１、請求項２、請求項７、請求項１０、請求項１１、請求項２３、請求項２４、請求項２６、図１、図２、図３、図６、図９、図１２）特開平９−１４２３９２号公報（請求項１、００１１、００１３、図１、図２、図３、図４、図５）特開平７−２０５８９７号公報（請求項１、０００１、０００８、図１、図２、図３）特開平６−０９２２９４号公報（請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、図６、図７、図９）特開平５−３３０４９１号公報（請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８）特開平５−３０１６００号公報（請求項１、００１４、００１５、００２０、００２１、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４）特開平５−０７７７８９号公報（請求項１、図１、図２）特開２００３−１７０８９８号公報（請求項１、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、図１）特表２００３−５１２２５３号公報（請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１８、請求項１９、０００２、０００６、０００７、０００８、０００９、００１０、００１１、００１２、００１３、００１５、００１７、００１８、００１９、００２２、００２３、００２４、００２５、００２６、００２７、００２８、００２９、００３０、００３１、００３３、００３６、図１、図２、図３、図４）西川渉、"航空の現代：４発ティルトローター機"、［ｏｎｌｉｎｅ］、「日本航空新聞」２０００年９月２１日付掲載、［平成１６年４月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ２ｇ．ｂｉｇｌｏｂｅ．ｎｅ．ｊｐ／〜ａｖｉａｔｉｏｎ／ｑｔｒ０００９２１．ｈｔｍｌ＞

リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、その構造上、回転翼のブレード部分を円盤もしくは円筒に置き換えることによってターンテーブルを作成することができる。そのターンテーブルの円盤もしくは円筒の表面にシュラウド付回転翼を取り付けられるような装置を準備したものを急速風向変更装置とする。この急速風向変更装置にリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼を取り付けることによって、揚力もしくは推力の発生源たるシュラウド付回転翼は、１軸の周りに３６０°任意の方向に迅速・正確に向きを変えることができる。

リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼を、１軸の周りに３６０°自在に回動できる急速風向変更装置上に直交するように設置して一体化したものを、急速風量発生風向変更装置とする。このようにした急速風量発生風向変更装置は、自在な風量の変更が可能であると同時に迅速・正確な風向の変更が可能となる。

符号の説明

Claims

プロペラやファン（以下、プロペラ等）の回転翼の駆動力の発生と吹き出し方向の変更において、
（１）リニアモーターの駆動原理をプロペラ等の回転翼の翼端部付近に適用するためのシュラウドを有する回転翼（以下、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼）。
（２）リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼のブレード部分を円盤もしくは円筒で置き換えたターンテーブル。
（３）ターンテーブル上にリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼を取り付けるための装置を有するところの急速風向変更装置。
（４）リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼を、急速風向変更装置上に直交するように取り付け一体化。
以上のようにすることによって、揚力もしくは推力を自在に発生し、かつその風向を１軸の周りに３６０度で制限も限界もなく任意の方向に迅速・正確に変更可能なことを特徴とする急速風量発生風向変更装置。
請求項１の急速風量発生風向変更装置を、機体の片方の側面当たり少なくとも１基、両方の側面で合計２基以上の複数基取り付け、取り付けた各急速風量発生風向変更装置の風量または吹き出し方向をコントロールすることによって、揚力と推力の両方をともに得て、固定翼や気球の揚力手段に依存することなく自在な飛行をなすことを特徴とする航空機。