JP2010047109A - 無人機システム及びその運用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、無人機及び有人機が結合した状態で離陸又は着陸することが可能な無人機システム、無人機システムで使用される無人機、無人機システムで使用される有人機、及び無人機システムの運用方法を提供することである。
【解決手段】無人機システムは、有人機１００と、無人機２００とを具備する。有人機１００は、有人機主翼１２０と、有人機胴体１１０と、有人機降着系統と、有人機胴体１１０の底部１１１に設けられた有人機結合機構１８０とを備える。無人機２００は、無人機主翼２２０と、無人機胴体２１０と、無人機降着系統２７０と、無人機胴体２１０の天井部２１１に設けられた無人機結合機構２８０とを備える。有人機結合機構１８０及び無人機結合機構２８０は分離可能に結合する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無人機及び有人機が空中で結合又は分離する無人機システム、無人機システムで使用される無人機、無人機システムで使用される有人機、及び無人機システムの運用方法に関する。

特許第２７８５７７８号公報は、母機及び小型無人プラットフォーム機を用いる空対空ミサイル発射方法を開示している。上空において、ミサイルを搭載した小型無人プラットフォーム機が母機から分離される。小型無人プラットフォーム機は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）航法によって予め設定された飛行コースに沿って自動旋回する。小型無人プラットフォーム機は、旋回しながら敵機を捜索し、捕捉する。小型無人プラットフォーム機は、捕捉した敵機にミサイルを発射する。

米国特許第６５４０１７９号公報によれば、無人機の離着陸は地上管制官と無人機との必要な通信についての問題を引き起こす。典型的な空港からの無人機の運用は他の航空機や人口密集地域に対する潜在的な安全問題を引き起こすため、従来の無人機を貨物輸送に用いることは魅力的ではなかった。空港又は空軍基地からの無人機の運用には、地上基地職員を無人機の着陸、離陸、及び地上支援について特別に訓練することも必要とされる。

米国特許第６５４０１７９号公報は、支援航空機及び無人機を備えた無人機システムを開示している。背面状態の無人機の荷物室と支援航空機の荷物室とが向き合うように無人機及び支援航空機が飛行中にドッキングされる。無人機の荷物室は無人機の胴体の底部に設けられている。支援航空機の荷物室は支援航空機の胴体の底部に設けられている。支援航空機は無人機に荷を積み込む。その後、支援航空機及び無人機は分離し、独立して飛行する。

米国特許第６６４１０８２号公報は、航空機空輸システムを開示している。図１を参照して、航空機空輸システムの飛行制御システムを説明する。航空機空輸システムは、大型の空輸機１４と、翼端において空輸機１４に結合される小型の被空輸機１０及び１２を備える。航空機１４、１０及び１２は、それぞれＶＭＳ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ）３８Ａ〜３８Ｃを備える。ＶＭＳ３８Ａ〜３８Ｃは、それぞれＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔｓ）３９Ａ〜３９Ｃを備える。航空機１４、１０及び１２は、それぞれ、ＣＰＵ３９Ａ〜３９Ｃに接続されたＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）４０Ａ〜４０ＣとＩＮＳ（Ｉｎ‐Ｆｌｉｇｈｔ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）４１Ａ〜４１Ｃとを備える。航空機１４、１０及び１２の間の通信のため通信リンク４２が用いられる。通信リンク４２は、図示されないアンテナを備えるＩＦＤＬ（Ｉｎ Ｆｌｉｇｈｔ Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ）４３Ａ〜４３Ｃである。

航空機１４、１０及び１２は、それぞれ、パイロット入力を対応するＶＭＳに転送するコックピットインターフェース４６Ａ〜４６Ｃを備える。ＶＭＳ入力はエフェクタコマンドロジック回路４８Ａ〜４８Ｃにそれぞれ提供される。エフェクタコマンドロジック回路４８Ａ〜４８Ｃは、それぞれ、航空機１４、１０及び１２のエフェクタ（ラダー、フラップなど）にコマンドを送る。空輸機１４は、翼に設けられた荷重センサ５０を備える。荷重センサ５０は、空輸機１４に作用する荷重を測定し、ＣＰＵ３９Ａに入力を提供する。ＶＭＳ３８Ｂとエフェクタコマンドロジック回路４８Ｂの間に位置するスイッチ５２Ａは、被空輸機１０が空輸機１４に結合された場合、ＶＭＳ３８Ｂを切り離してエフェクタコマンドロジック回路４８ＢをＩＦＤＬ４３Ｂに接続する。ＶＭＳ３８Ｃとエフェクタコマンドロジック回路４８Ｃの間に位置するスイッチ５２Ｂは、被空輸機１２が空輸機１４に結合された場合、ＶＭＳ３８Ｃを切り離してエフェクタコマンドロジック回路４８ＣをＩＦＤＬ４３Ｃに接続する。ＶＭＳ３８Ａは、複数の制御システムプログラムを備える。第１のプログラムは空輸機１４の右翼に航空機が取り付けられている場合用であり、第２のプログラムは空輸機１４の左翼に航空機が取り付けられている場合用であり、第３のプログラムは空輸機１４の両翼に航空機がそれぞれ取り付けられている場合用であり、第４のプログラムは空輸機１４に航空機が取り付けられていない場合用である。被空輸機１０及び１４が空輸機１４の翼に結合されたことを示す信号をセンサ７０がＶＭＳ３８Ａに送り、ＣＰＵ３９Ａがプログラムを選択する。

航空機１４、１０及び１２が接続されている場合、荷重センサ５０は、飛行中の空輸機１４に作用する荷重が過度であるか判断する。過度である場合、ＣＰＵ３９Ａはエフェクタコマンドロジック回路４８Ａに信号を送り、エフェクタコマンドロジック回路４８Ａは空輸機１４の適当なエフェクタを動かして荷重を弱める。ＣＰＵ３９Ａは、ＩＦＤＬ４３Ａを介して被空輸機１０及び１２の一方又は両方に信号を送り、エフェクタコマンドロジック回路４８Ｂ及び４８Ｃに適当なエフェクタ（ラダー、エルロン、エレベータなど）を動かしめて空輸機１４の空力荷重を弱める。

米国特許第６８６９０４２号公報は、大型の運搬用航空機とＵＡＶ（ＵｎｍａｎｎｅｄＡｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）とを備えたシステムを開示している。ＵＡＶは、大型の運搬用航空機の翼の下側に分離可能に結合される。

特許第２７８５７７８号公報 米国特許第６５４０１７９号公報 米国特許第６６４１０８２号公報 米国特許第６８６９０４２号公報

本発明の目的は、無人機及び有人機が結合した状態で離陸又は着陸することが可能な無人機システム、無人機システムで使用される無人機、無人機システムで使用される有人機、及び無人機システムの運用方法を提供することである。

以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による無人機システムは、有人機（１００）と、無人機（２００）とを具備する。前記有人機は、有人機主翼（１２０）と、有人機胴体（１１０）と、有人機降着系統（１７０）と、前記有人機胴体の底部（１１１）に設けられた有人機結合機構（１８０）とを備える。前記無人機は、無人機主翼（２２０）と、無人機胴体（２１０）と、無人機降着系統（２７０）と、前記無人機胴体の天井部（２１１）に設けられた無人機結合機構（２８０）とを備える。前記有人機結合機構及び前記無人機結合機構は分離可能に結合する。

前記有人機結合機構は、第１結合棒（１８１）と、第２結合棒（１８１）と、第１アクチュエータ（１８２）と、第２アクチュエータ（１８２）と、有人機当接部（１８３）とを備えることが好ましい。前記無人機結合機構は、第１結合穴（２８２）が形成された第１結合穴部（２８１）と、第２結合穴（２８２）が形成された第２結合穴部（２８１）と、第１係止部（２８３）と、第２係止部（２８３）と、無人機当接部（２８４）とを備えることが好ましい。前記第１アクチュエータは、前記第１結合棒を第１方向に動かして前記第１結合穴に挿入する。前記第２アクチュエータは、前記第２結合棒を前記第１方向に動かして前記第２結合穴に挿入する。前記第１係止部は、前記第１結合棒が前記第１結合穴から抜けないように前記第１結合棒を係止する。前記第２係止部は、前記第２結合棒が前記第２結合穴から抜けないように前記第２結合棒を係止する。前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータは、前記第１結合棒及び前記第２結合棒を前記第１方向の逆方向に動かして前記第１当接部を前記第２当接部に当接させる。

前記有人機は、パイロット（１０１）に操作される操縦インターフェース（１３１）を備えることが好ましい。前記無人機は、無人機飛行センサ（２３４）と、無人機操縦舵面系統（２５０）と、無人機推進系統（２６０）とを備えることが好ましい。前記有人機及び無人機が結合されているとき、前記操縦インターフェースは結合時パイロットコマンド信号を生成し、前記無人機飛行センサは前記無人機の飛行状態を示す無人機結合時飛行状態信号を生成し、前記無人機操縦舵面系統又は前記無人機推進系統は前記結合時パイロットコマンド信号及び前記無人機結合時飛行状態信号に基づいて動作する。

前記操縦インターフェースは、降着系統制御パイロットコマンド信号を生成することが好ましい。前記有人機及び前記無人機が分離されているとき、前記有人機降着系統は前記降着系統制御パイロットコマンド信号に基づいて動作し、前記無人機降着系統は前記降着系統制御パイロットコマンド信号に基づいて動作しない。前記有人機及び前記無人機が結合されているとき、前記有人機降着系統は前記降着系統制御パイロットコマンド信号に基づいて動作せず、前記無人機降着系統は前記降着系統制御パイロットコマンド信号に基づいて動作する。

前記有人機は、有人機飛行センサ（１３４）と、有人機飛行制御計算機（１４０）と、有人機操縦舵面系統（１５０）と、有人機推進系統（１６０）とを備えることが好ましい。前記無人機は、無人機飛行制御計算機（２４０）を備えることが好ましい。前記有人機及び前記無人機が分離されているとき、前記操縦インターフェースは分離時パイロットコマンド信号を生成し、前記有人機飛行センサは前記有人機の飛行状態を示す有人機分離時飛行状態信号を生成し、前記有人機飛行制御計算機は前記分離時パイロットコマンド信号、前記有人機分離時飛行状態信号、及び有人機分離時飛行制御則に基づいて有人機分離時飛行制御信号を生成し、前記有人機操縦舵面系統又は前記有人機推進系統は前記有人機分離時飛行制御信号に基づいて動作し、前記無人機飛行センサは前記無人機の飛行状態を示す無人機分離時飛行状態信号を生成し、前記無人機飛行制御計算機は飛行計画信号、前記無人機分離時飛行状態信号、及び無人機分離時飛行制御則に基づいて無人機分離時飛行制御信号を生成し、前記無人機操縦舵面系統又は前記無人機推進系統は前記無人機分離時飛行制御信号に基づいて動作する。前記有人機及び前記無人機が結合されているとき、前記有人機飛行センサは前記有人機の飛行状態を示す有人機結合時飛行状態信号を生成し、前記有人機飛行制御計算機は前記結合時パイロットコマンド信号、前記有人機結合時飛行状態信号、及び有人機結合時飛行制御則に基づいて有人機結合時飛行制御信号を生成し、前記有人機操縦舵面系統又は前記有人機推進系統は前記有人機結合時飛行制御信号に基づいて動作し、前記無人機飛行制御計算機は前記有人機結合時飛行制御信号、前記無人機結合時飛行状態信号、及び無人機結合時飛行制御則に基づいて無人機結合時飛行制御信号を生成し、前記無人機操縦舵面系統又は前記無人機推進系統は前記無人機結合時飛行制御信号に基づいて動作する。

前記有人機は、有人機飛行センサ（１３４）と、有人機飛行制御計算機（１４０）と、有人機操縦舵面系統（１５０）と、有人機推進系統（１６０）とを備えることが好ましい。前記無人機は、無人機飛行制御計算機（２４０）を備えることが好ましい。前記有人機及び前記無人機が分離されているとき、前記操縦インターフェースは分離時パイロットコマンド信号を生成し、前記有人機飛行センサは前記有人機の飛行状態を示す有人機分離時飛行状態信号を生成し、前記有人機飛行制御計算機は前記分離時パイロットコマンド信号、前記有人機分離時飛行状態信号、及び有人機分離時飛行制御則に基づいて有人機分離時飛行制御信号を生成し、前記有人機操縦舵面系統又は前記有人機推進系統は前記有人機分離時飛行制御信号に基づいて動作し、前記無人機飛行センサは前記無人機の飛行状態を示す無人機分離時飛行状態信号を生成し、前記無人機飛行制御計算機は飛行計画信号、前記無人機分離時飛行状態信号、及び無人機分離時飛行制御則に基づいて無人機分離時飛行制御信号を生成し、前記無人機操縦舵面系統又は前記無人機推進系統は前記無人機分離時飛行制御信号に基づいて動作する。前記有人機及び前記無人機が結合されているとき、前記有人機飛行センサは前記有人機の飛行状態を示す有人機結合時飛行状態信号を生成し、前記有人機飛行制御計算機は前記結合時パイロットコマンド信号、前記有人機結合時飛行状態信号、前記無人機結合時飛行状態信号、及び有人機結合時飛行制御則に基づいて有人機結合時飛行制御信号を生成し、前記有人機操縦舵面系統又は前記有人機推進系統は前記有人機結合時飛行制御信号に基づいて動作し、前記無人機飛行制御計算機は前記有人機結合時飛行制御信号及び無人機結合時飛行制御則に基づいて無人機結合時飛行制御信号を生成し、前記無人機操縦舵面系統又は前記無人機推進系統は前記無人機結合時飛行制御信号に基づいて動作する。

前記有人機は、有人機信号変換装置（１４１）と、前記第１結合棒の先端に位置する光信号出射面（１４２）とを備えることが好ましい。前記無人機は、無人機信号変換装置（２４１）と、前記第１結合穴の底に位置する光信号入射面（２４２）とを備えることが好ましい。前記有人機結合時飛行制御信号は第１電気信号として生成される。前記有人機信号変換装置は前記第１電気信号を光信号に変換する。前記光信号は、前記光信号出射面から出射されて前記光信号入射面に入射する。前記無人機信号変換装置は前記光信号を第２電気信号に変換する。前記無人機飛行制御計算機は、前記第２電気信号に基づいて前記無人機分離時飛行制御信号を生成する。

前記第１係止部は前記第１結合棒を機械的に係止し、前記第２係止部は前記第２結合棒を機械的に係止することが好ましい。

前記第１係止部は前記第１結合棒を電磁的に係止し、前記第２係止部は前記第２結合棒を電磁的に係止することが好ましい。

前記有人機は、前記底部に設けられたカメラ（１３３）と、コックピット（１３０）に設けられた表示装置（１３２）とを備えることが好ましい。前記表示装置は前記カメラが撮影した画像を表示する。

前記有人機は、パイロット（１０１）の操作に基づいて降着系統制御パイロットコマンド信号を生成する操縦インターフェース（１３１）を備えることが好ましい。前記有人機及び前記無人機が結合されているとき、前記無人機降着系統は前記降着系統制御パイロットコマンド信号に基づいて動作する。

本発明による無人機は、上記無人機システムに使用される。

本発明による有人機は、上記無人機システムに使用される。

本発明による無人機システムの運用方法は、有人機（１００）及び無人機（２００）が結合した状態で離陸するステップと、前記有人機及び前記無人機が空中で分離するステップとを具備する。前記有人機は、有人機主翼（１２０）と、有人機胴体（１１０）と、有人機降着系統（１７０）と、前記有人機胴体の底部（１１１）に設けられた有人機結合機構（１８０）とを備える。 前記無人機は、無人機主翼（２２０）と、無人機胴体（２１０）と、無人機降着系統（２７０）と、前記無人機胴体の天井部（２１１）に設けられた無人機結合機構（２８０）とを備える。前記離陸するステップにおいて、前記有人機結合機構及び前記無人機結合機構が結合した状態であり、前記無人機降着系統が使用される。前記分離するステップにおいて、前記有人機結合機構及び前記無人機結合機構が分離する。

本発明による無人機システムの運用方法は、有人機（１００）及び無人機（２００）が空中で結合するステップと、前記有人機及び前記無人機が結合した状態で着陸するステップとを具備する。前記有人機は、有人機主翼（１２０）と、有人機胴体（１１０）と、有人機降着系統（１７０）と、前記有人機胴体の底部（１１１）に設けられた有人機結合機構（１８０）とを備える。前記無人機は、無人機主翼（１２０）と、無人機胴体（１１０）と、無人機降着系統（２７０）と、前記無人機胴体の天井部（２１１）に設けられた無人機結合機構（２８０）とを備える。前記結合するステップにおいて、前記有人機結合機構及び前記無人機結合機構が結合する。前記着陸するステップにおいて、前記有人機結合機構及び前記無人機結合機構が結合した状態であり、前記無人機降着系統が使用される。

本発明によれば、無人機及び有人機が結合した状態で離陸又は着陸することが可能な無人機システム、無人機システムで使用される無人機、無人機システムで使用される有人機、及び無人機システムの運用方法が提供される。

添付図面を参照して、本発明による無人機システム、無人機、有人機、及び無人機システムの運用方法を実施するための最良の形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る無人機システムは、有人機１００と無人機２００を備える。有人機１００は、胴体１１０と、主翼１２０と、胴体１１０の底部１１１に設けられた結合機構１８０と、降着系統を備える。図２において、有人機１００の降着系統は、胴体１１０内又は主翼１２０内に格納されている。結合機構１８０は、機首側の結合機構１８０と、機尾側の結合機構１８０を備える。無人機２００は、胴体２１０と、主翼２２０と、胴体２１０の天井部２１１に設けられた結合機構２８０と、降着系統２７０を備える。結合機構２８０は、機首側の結合機構２８０と、機尾側の結合機構２８０を備える。結合機構１８０及び結合機構２８０が結合することで、有人機１００及び無人機２００は有人機１００に搭乗したパイロットによって操縦される一つの機体（有人機）を形成する。有人機１００及び無人機２００が結合した状態で離陸及び着陸するとき、降着系統２７０が使用され、有人機１００の降着系統は使用されない。

図３に示すように、結合機構１８０及び結合機構２８０が分離され、したがって有人機１００及び無人機２００が分離されている場合、有人機１００及び無人機２００はそれぞれ独立して飛行可能である。

本実施形態に係る無人機システムの運用方法の例を以下に説明する。この例において、本実施形態に係る無人機システムが使用する飛行場上の空域において無人機の飛行が禁止されている。

有人機１００及び無人機２００は、互いに結合した状態で飛行場から離陸する。有人機１００及び無人機２００は、結合した状態のまま飛行して、無人機の飛行が禁止されている空域から出る。無人機の飛行が禁止されている空域外において、結合機構１８０及び結合機構２８０が分離することで有人機１００及び無人機２００が空中で（飛行中に）分離する。

分離後、無人機２００は任務を行う。無人機２００は、人間の生理的限界を超える長時間の任務が可能である。無人機２００の任務終了まで、有人機１００は飛行場又は空中において待機する。

無人機２００の任務終了後、有人機１００及び無人機２００は、それぞれ、無人機の飛行が禁止されている空域外の合流点に向かって飛行する。合流した後、有人機１００及び無人機２００は結合機構１８０及び結合機構２８０が結合することで空中で（飛行中に）結合する。

有人機１００及び無人機２００は、互いに結合した状態で、飛行場まで飛行し、飛行場に着陸する。

結合された有人機１００及び無人機２００が有人機１００に搭乗するパイロットよって操縦される有人機を形成するため、結合された有人機１００及び無人機２００は無人機の飛行が禁止されている空域であっても飛行可能である。また、飛行場の航空管制官は、有人機１００のパイロットに指示を出すことで、有人機１００及び無人機２００が結合した機体を誘導することが可能である。

また、有人機１００及び無人機２００が結合している場合の離着陸において降着系統２７０が使用されるため、無人機２００が有人機１００に比べて非常に大きい場合でも離着陸が可能である。

図４Ａを参照して、底部１１１は、フレーム１１２と、フレーム１１２に支持された外板１１３を備える。各結合機構１８０は、フレーム１１２に支持されたアクチュエータ１８２と、アクチュエータ１８２によって駆動される結合棒１８１と、外板１１３に設けられたパッド１８３を備える。結合棒１８１には凹部１８１ａが形成されている。信号変換装置１４１は、電気信号を面１４２から出射される光信号に変換し、又は、面１４２に入射した光信号を電気信号に変換する。面１４２は結合棒１８１の先端に位置する。信号変換装置１４１は、結合棒１８１内又は胴体１１０内に配置される。信号変換装置１４１が結合棒１８１の先端に配置されない場合、信号変換装置１４１と面１４２は光ファイバを介して接続される。

図４Ａを参照して、天井部２１１は、フレーム２１２と、フレーム２１２に支持された外板２１３を備える。各結合機構２８０は、フレーム２１２に支持された結合穴部２８１と、一対の係止部２８３と、外板２１３の表面の一部としての当接部２８４を備える。結合穴部２８１には結合穴２８２が形成されている。信号変換装置２４１は、面２４２に入射した光信号を電気信号に変換し、又は、電気信号を面２４２から出射される光信号に変換する。面２４２は、結合穴２８２の底に位置する。信号変換装置２４１は、結合穴部２８１内又は胴体２１０内に配置される。信号変換装置２４１が結合穴２８２の底に配置されない場合、信号変換装置２４１と面２４２は光ファイバを介して接続される。

結合機構１８０及び２８０の結合の際の動作を説明する。

図４Ｂを参照して、アクチュエータ２８２は、結合棒１８１を第１方向に動かして結合穴２８２に挿入する。結合棒１８１が結合穴２８２に挿入されると、一対の係止部２８３は、結合棒１８１を挟むように凹部１８１ａに挿入されて、結合棒１８１が結合穴２８２から抜けないように結合棒１８１を機械的に係止（ロック）する。結合棒１８１が係止された状態で、面１４２と面２４２とが対向する。なお、係止部２８３は結合棒１８１を電磁的に係止してもよい。

図４Ｃを参照して、結合棒１８１が係止されると、アクチュエータ１８２は結合棒１８１を第１方向の逆方向の第２方向に動かす。すると、底部１１１と天井部２１１とが接近し、パッド１８３が当接部２８４に当接する。アクチュエータ１８２は、結合棒１８１に第２方向の力を加え続けることで、パッド１８３及び当接部２８４を互いに押し付け続ける。

このようにして、有人機１００及び無人機２００が剛に結合する。結合棒１８１の挿入及び係止は、機首側と機尾側とで別々のタイミングで実行されてもいが、同じタイミングで実行されることが好ましい。結合棒１８１を第２方向に動かしてパッド１８３及び当接部２８４を当接させることは、機首側と機尾側とで同時に実行される。

結合機構１８０及び結合機構２８０の分離（結合解除）の際の動作を説明する。

アクチュエータ１８２は、結合棒１８１を第１方向に動かして、底部１１１と天井部２１１とを離す。その後、一対の係止部２８３が凹部１８１ａから抜かれて結合棒１８１の係止が解除されると、有人機１００及び無人機２００が分離する。ここで、機首側と機尾側とで、同じタイミングで結合棒１８１が第１方向に動くことが好ましく、同じタイミングで結合棒１８１の係止が解除されることが好ましい。有人機１００及び無人機２００が分離された後、アクチュエータ１８２が結合棒１８１を第２方向に動かして胴体１１０内に収納することが好ましい。

図５を参照して、有人機１００の飛行制御システムを説明する。有人機１００は、パイロット１０１が搭乗するコックピット１３０と、コックピット１３０に設けられた操縦インターフェース１３１及び表示装置１３２と、底部１１１に設けられたカメラ１３３及び結合センサ１３５と、飛行センサ１３４と、飛行制御計算機１４０と、操縦舵面系統１５０と、推進系統１６０と、降着系統１７０を備える。操縦インターフェース１３１は、操縦かん、スロットル、降着系統操作スイッチ、及び結合機構操作スイッチを含み、パイロット１０１によって操作される。飛行センサ１３４は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機及び慣性航法装置を含む。飛行制御計算機１４０は、コンピュータプログラムとしての飛行制御則Ａ及びＡ’を記憶部に記憶している。操縦舵面系統１５０は、エルロン、エレベータ、ラダー及びフラップを含む。推進系統１６０は、エンジンを含む。降着系統１７０は、車輪及び脚を含む。表示装置１３２は、カメラ１３３が撮影した画像を表示する。結合センサ１３５は、例えば後述する結合センサ２３５と信号を授受することにより、有人機１００と無人機２００との結合及び分離を検出する。飛行制御計算機１４０は、結合センサ１３５が有人機１００と無人機２００との分離を検出した場合に飛行制御則Ａを飛行制御に使用すべきプログラムとして選択し、結合センサ１３５が有人機１００と無人機２００との結合を検出した場合に飛行制御則Ａ’を飛行制御に使用すべきプログラムとして選択する。飛行制御則Ａは、有人機１００単独の場合の空力係数等に適合している。飛行制御則Ａ’は、有人機１００及び無人機２００が結合している場合の空力係数等に適合している。

有人機１００及び無人機２００が分離している場合における有人機１００の飛行制御を説明する。操縦インターフェース１３１は、パイロット１０１の操作に応答して分離時パイロットコマンド信号を生成する。飛行センサ１３４は、有人機１００の飛行状態を示す有人機分離時飛行状態信号を生成する。飛行制御計算機１４０は、分離時パイロットコマンド信号、有人機分離時飛行状態信号、飛行制御則Ａに基づいて有人機分離時飛行制御信号を生成する。操縦舵面系統１５０又は推進系統１６０は有人機分離時飛行制御信号に基づいて動作する。また、降着系統１７０は、操縦インターフェース１３１がパイロット１０１の操作に応答して生成した降着系統制御パイロットコマンド信号に基づいて動作する。

図６を参照して、無人機２００の飛行制御システムを説明する。無人機２００は、飛行センサ２３４と、天井部２１１に設けられた結合センサ２３５と、飛行制御計算機２４０と、操縦舵面系統２５０と、推進系統２６０と、降着系統２７０を備える。飛行センサ２３４は、ＧＰＳ及び慣性航法装置を含む。飛行制御計算機２４０は、コンピュータプログラムとしての飛行制御則Ｂ及びＢ’を記憶部に記憶している。操縦舵面系統２５０は、エルロン、エレベータ、ラダー及びフラップを含む。推進系統２６０は、エンジンを含む。降着系統２７０は、車輪及び脚を含む。結合センサ２３５は、例えば結合センサ１３５と信号を授受することにより、有人機１００と無人機２００との結合及び分離を検出する。飛行制御計算機２４０は、結合センサ２３５が有人機１００と無人機２００との分離を検出した場合に飛行制御則Ｂを飛行制御に使用すべきプログラムとして選択し、結合センサ２３５が有人機１００と無人機２００との結合を検出した場合に飛行制御則Ｂ’を飛行制御に使用すべきプログラムとして選択する。飛行制御則Ｂは、無人機２００単独の場合の空力係数等に適合している。飛行制御則Ｂ’は、有人機１００及び無人機２００が結合している場合の空力係数等に適合している。

有人機１００及び無人機２００が分離している場合における無人機２００の飛行制御を説明する。飛行センサ２３４は、無人機２００の飛行状態を示す無人機分離時飛行状態信号を生成する。飛行制御計算機２４０は、飛行計画信号、無人機分離時飛行状態信号、及び飛行制御則Ｂに基づいて無人機分離時飛行制御信号を生成する。飛行計画信号は、飛行計画データに基づいて無人機２００内で生成され、又は、遠隔制御装置から無線通信を介して提供される。操縦舵面系統２５０又は推進系統２６０は、無人機分離時飛行制御信号に基づいて動作する。また、降着系統２７０は、飛行計画信号に基づいて動作し、降着系統制御パイロットコマンド信号に基づいて動作しない。

有人機１００及び無人機２００が結合する際の飛行制御を説明する。無人機２００は、等速直線飛行を示す飛行計画信号に基づいて、水平面内で等速直線飛行を行う。有人機１００は、無人機２００の直上を無人機２００と同速度で並行飛行する。パイロット１０１は、表示装置１３２に表示された画像を見ながら、結合機構１８０と結合機構２８０との位置合わせを行う。パイロット１０１は、結合機構１８０と結合機構２８０との位置があったら、操縦インターフェース１３１を操作して結合棒１８１を結合穴２８２に挿入する。その後、パイロット１０１は、操縦インターフェース１３１を操作して結合棒１８１を第２方向に動かしてパッド１８３と当接部２８４とを密着させる。なお、結合機構１８０と結合機構２８０との位置合わせに飛行センサ１３４及び２３４のＧＰＳ受信機を利用してもよい。

図７を参照して、有人機１００及び無人機２００が結合している場合における飛行制御を説明する。操縦インターフェース１３１は、パイロット１０１の操作に応答して結合時パイロットコマンド信号を生成する。飛行センサ１３４は、有人機１００の飛行状態を示す有人機結合時飛行状態信号を生成する。飛行センサ２３４は、無人機２００の飛行状態を示す無人機結合時飛行状態信号を生成する。飛行制御計算機１４０は、結合時パイロットコマンド信号、有人機結合時飛行状態信号、及び飛行制御則Ａ’に基づいて、有人機結合時飛行制御信号を生成する。操縦舵面系統１５０又は推進系統１６０は、有人機結合時飛行制御信号に基づいて動作する。飛行制御計算機２４０は、有人機結合時飛行制御信号、無人機結合時飛行状態信号、及び飛行制御則Ｂ’に基づいて無人機結合時飛行制御信号を生成する。飛行制御計算機２４０は、飛行計画信号に基づかないで無人機結合時飛行制御信号を生成する。操縦舵面系統２５０又は推進系統２６０は、無人機結合時飛行制御信号に基づいて動作する。

本実施形態によれば、有人機１００及び無人機２００が結合した機体の飛行制御に無人機結合時飛行状態信号が用いられるため、有人機１００及び無人機２００が結合した機体の飛行制御が優れている。この効果は、無人機２００が大型であるほど顕著である。無人機２００が大型の場合、有人機１００及び無人機２００が結合した機体の重心位置は無人機２００の重心位置の近くになるため、無人機結合時飛行状態信号が示す速度及び加速度は有人機結合時飛行状態信号が示す速度及び加速度に比べて有人機１００及び無人機２００が結合した機体の飛行状態をよく表す。なお、有人機１００及び無人機２００が結合した機体の飛行制御に無人機結合時飛行状態信号及び有人機結合時飛行状態信号の両方を用いることは、有人機１００及び無人機２００の結合が完全に剛でない場合に有効である。

有人機１００及び無人機２００が結合している場合、降着系統１７０は操縦インターフェース１３１がパイロット１０１の操作に応答して生成した降着系統制御パイロットコマンド信号に基づいて動作せず、降着系統２７０は降着系統制御パイロットコマンド信号に基づいて動作する。降着系統２７０は、飛行計画信号に基づかないで動作する。

有人機結合時飛行制御信号の飛行制御計算機１４０から飛行制御計算機２４０への伝達を説明する。有人機結合時飛行制御信号は、第１電気信号として生成される。信号変換装置１４１は、第１電気信号を第１光信号に変換する。第１光信号は、面１４２から出射されて面２４２に入射する。信号変換装置２４１は第１光信号を第２電気信号に変換する。飛行制御計算機２４０は、第２電気信号に基づいて無人機結合時飛行制御信号を生成する。

有人機１００及び無人機２００が分離する際の飛行制御を説明する。有人機１００及び無人機２００が結合した機体は、水平面内で等速直線飛行を行う。パイロット１０１は、操縦インターフェース１３１を操作して結合棒１８１を第１方向に動かして底部１１１と天井部２１１とを離す。その後、係止部２８３が結合棒１８１の係止を解除することで、有人機１００及び無人機２００が分離する。

（第２の実施形態）
図８を参照して、本発明の第２の実施形態に係る無人機システムを説明する。本実施形態に係る無人機システムは、無人機結合時飛行状態信号が飛行制御計算機２４０ではなく飛行制御計算機１４０に入力されることを除いて、第１の実施形態に係る無人機システムと同じである。

有人機１００及び無人機２００が結合している場合における飛行制御を説明する。操縦インターフェース１３１は、パイロット１０１の操作に応答して結合時パイロットコマンド信号を生成する。飛行センサ１３４は、有人機１００の飛行状態を示す有人機結合時飛行状態信号を生成する。飛行センサ２３４は、無人機２００の飛行状態を示す無人機結合時飛行状態信号を生成する。飛行制御計算機１４０は、結合時パイロットコマンド信号、有人機結合時飛行状態信号、無人機結合時飛行状態信号、及び飛行制御則Ａ’に基づいて、有人機結合時飛行制御信号を生成する。操縦舵面系統１５０又は推進系統１６０は、有人機結合時飛行制御信号に基づいて動作する。飛行制御計算機２４０は、有人機結合時飛行制御信号及び飛行制御則Ｂ’に基づいて無人機結合時飛行制御信号を生成する。操縦舵面系統２５０又は推進系統２６０は、無人機結合時飛行制御信号に基づいて動作する。

本実施形態においても、有人機１００及び無人機２００が結合した機体の飛行制御に無人機結合時飛行状態信号が用いられるため、有人機１００及び無人機２００が結合した機体の操縦性が優れている。無人機２００が有人機１００に比べて非常に大きい場合、飛行制御計算機１４０は、有人機結合時飛行状態信号に基づかないで有人機結合時飛行制御信号を出力してもよい。なお、有人機１００及び無人機２００が結合した機体の飛行制御に無人機結合時飛行状態信号及び有人機結合時飛行状態信号の両方を用いることは、有人機１００及び無人機２００の結合が完全に剛でない場合に有効である。

本実施形態において、有人機結合時飛行制御信号は、第１の実施形態と同様に、機首側及び機尾側の一方の結合機構１８０及び結合機構２８０に設けられた面１４２及び面２４２を介して飛行制御計算機１４０から飛行制御計算機２４０へ伝達される。

本実施形態において、無人機結合時飛行状態信号は、機首側及び機尾側の一方又は他方の結合機構１８０及び結合機構２８０に設けられた面１４２及び面２４２を介して飛行センサ２３４から飛行制御計算機１４０へ伝達される。無人機結合時飛行状態信号は、第３電気信号として生成される。信号変換装置２４１は、第３電気信号を第２光信号に変換する。第２光信号は、面２４２から出射されて面１４２に入射する。信号変換装置１４１は第２光信号を第４電気信号に変換する。飛行制御計算機１４０は、第４電気信号に基づいて有人機結合時飛行制御信号を生成する。

上記各実施形態において、結合機構１８０及び結合機構２８０のかわりに、他の結合機構を底部１１１と天井部２１１との結合に適用してもよい。また、飛行制御計算機１４０から飛行制御計算機２４０に無線を介して有人機結合時飛行制御信号を伝達してもよく、飛行センサ２３４から飛行制御計算機１４０に無線を介して無人機結合時飛行状態信号を伝達してもよい。

図１は、３機の航空機のための従来の飛行制御システムの概略図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る有人機及び無人機が結合した状態を示す。 図３は、有人機及び無人機の分離した状態を示す。 図４Ａは、有人機及び無人機の結合機構を示す。 図４Ｂは、有人機及び無人機の結合機構を示す。 図４Ｃは、有人機及び無人機の結合機構を示す。 図５は、分離時における有人機の飛行制御システムを示す概略図である。 図６は、分離時における無人機の飛行制御システムを示す概略図である。 図７は、結合時における有人機及び無人機の飛行制御システムの概略図である。 図８は、本発明の第２の実施形態に係る飛行制御システムの概略図である。

符号の説明

１０、１２…被空輸機
１４…空輸機
３８Ａ〜３８Ｃ…ＶＭＳ
３９Ａ〜３９Ｃ…ＣＰＵ
４０Ａ〜４０Ｃ…ＧＰＳ
４１Ａ〜４１Ｃ…ＩＮＳ
４２…通信リンク
４３Ａ〜４３Ｃ…ＩＦＤＬ
４６Ａ〜４６Ｃ…コックピットインターフェース
４８Ａ〜４８Ｃ…エフェクタコマンドロジック回路
５０…荷重センサ
５２Ａ、５２Ｂ…スイッチ
７０…センサ
１００…有人機
１０１…パイロット
１１０…胴体
１１１…底部
１１２…フレーム
１１３…外板
１２０…主翼
１３０…コックピット
１３１…操縦インターフェース
１３２…表示装置
１３３…カメラ
１３４…飛行センサ
１３５…結合センサ
１４０…飛行制御計算機
１４１…信号変換装置
１４２…面
１５０…操縦舵面系統
１６０…推進系統
１７０…降着系統
１８０…結合機構
１８１…結合棒
１８１ａ…凹部
１８２…アクチュエータ
１８３…パッド
２００…無人機
２１０…胴体
２１１…天井部
２１２…フレーム
２１３…外板
２２０…主翼
２３４…飛行センサ
２３５…結合センサ
２４０…飛行制御計算機
２４１…信号変換装置
２４２…面
２５０…操縦舵面系統
２６０…推進系統
２７０…降着系統
２８０…結合機構
２８１…結合穴部
２８２…結合穴
２８３…係止部
２８４…当接部

Claims (16)

1. 有人機と、
   無人機と
   を具備し、
   前記有人機は、有人機主翼と、有人機胴体と、有人機降着系統と、前記有人機胴体の底部に設けられた有人機結合機構とを備え、
   前記無人機は、無人機主翼と、無人機胴体と、無人機降着系統と、前記無人機胴体の天井部に設けられた無人機結合機構とを備え、
   前記有人機結合機構及び前記無人機結合機構は分離可能に結合する
   無人機システム。
2. 前記有人機結合機構は、第１結合棒と、第２結合棒と、第１アクチュエータと、第２アクチュエータと、有人機当接部とを備え、
   前記無人機結合機構は、第１結合穴が形成された第１結合穴部と、第２結合穴が形成された第２結合穴部と、第１係止部と、第２係止部と、無人機当接部とを備え、
   前記第１アクチュエータは、前記第１結合棒を第１方向に動かして前記第１結合穴に挿入し、
   前記第２アクチュエータは、前記第２結合棒を前記第１方向に動かして前記第２結合穴に挿入し、
   前記第１係止部は、前記第１結合棒が前記第１結合穴から抜けないように前記第１結合棒を係止し、
   前記第２係止部は、前記第２結合棒が前記第２結合穴から抜けないように前記第２結合棒を係止し、
   前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータは、前記第１結合棒及び前記第２結合棒を前記第１方向の逆方向に動かして前記第１当接部を前記第２当接部に当接させる
   請求項１の無人機システム。
3. 前記有人機は、パイロットに操作される操縦インターフェースを備え、
   前記無人機は、無人機飛行センサと、無人機操縦舵面系統と、無人機推進系統とを備え、
   前記有人機及び無人機が結合されているとき、
   前記操縦インターフェースは、結合時パイロットコマンド信号を生成し、
   前記無人機飛行センサは、前記無人機の飛行状態を示す無人機結合時飛行状態信号を生成し、
   前記無人機操縦舵面系統又は前記無人機推進系統は前記結合時パイロットコマンド信号及び前記無人機結合時飛行状態信号に基づいて動作する
   請求項２の無人機システム。
4. 前記操縦インターフェースは、降着系統制御パイロットコマンド信号を生成し、
   前記有人機及び前記無人機が分離されているとき、
   前記有人機降着系統は前記降着系統制御パイロットコマンド信号に基づいて動作し、
   前記無人機降着系統は前記降着系統制御パイロットコマンド信号に基づいて動作せず、
   前記有人機及び前記無人機が結合されているとき、
   前記有人機降着系統は前記降着系統制御パイロットコマンド信号に基づいて動作せず、
   前記無人機降着系統は前記降着系統制御パイロットコマンド信号に基づいて動作する
   請求項３の無人機システム
5. 前記有人機は、有人機飛行センサと、有人機飛行制御計算機と、有人機操縦舵面系統と、有人機推進系統とを備え、
   前記無人機は、無人機飛行制御計算機を備え、
   前記有人機及び前記無人機が分離されているとき、
   前記操縦インターフェースは、分離時パイロットコマンド信号を生成し、
   前記有人機飛行センサは、前記有人機の飛行状態を示す有人機分離時飛行状態信号を生成し、
   前記有人機飛行制御計算機は、前記分離時パイロットコマンド信号、前記有人機分離時飛行状態信号、及び有人機分離時飛行制御則に基づいて有人機分離時飛行制御信号を生成し、
   前記有人機操縦舵面系統又は前記有人機推進系統は前記有人機分離時飛行制御信号に基づいて動作し、
   前記無人機飛行センサは、前記無人機の飛行状態を示す無人機分離時飛行状態信号を生成し、
   前記無人機飛行制御計算機は、飛行計画信号、前記無人機分離時飛行状態信号、及び無人機分離時飛行制御則に基づいて無人機分離時飛行制御信号を生成し、
   前記無人機操縦舵面系統又は前記無人機推進系統は前記無人機分離時飛行制御信号に基づいて動作し、
   前記有人機及び前記無人機が結合されているとき、
   前記有人機飛行センサは、前記有人機の飛行状態を示す有人機結合時飛行状態信号を生成し、
   前記有人機飛行制御計算機は、前記結合時パイロットコマンド信号、前記有人機結合時飛行状態信号、及び有人機結合時飛行制御則に基づいて有人機結合時飛行制御信号を生成し、
   前記有人機操縦舵面系統又は前記有人機推進系統は前記有人機結合時飛行制御信号に基づいて動作し、
   前記無人機飛行制御計算機は、前記有人機結合時飛行制御信号、前記無人機結合時飛行状態信号、及び無人機結合時飛行制御則に基づいて無人機結合時飛行制御信号を生成し、
   前記無人機操縦舵面系統又は前記無人機推進系統は前記無人機結合時飛行制御信号に基づいて動作する
   請求項３又は４の無人機システム。
6. 前記有人機は、有人機飛行センサと、有人機飛行制御計算機と、有人機操縦舵面系統と、有人機推進系統とを備え、
   前記無人機は、無人機飛行制御計算機を備え、
   前記有人機及び前記無人機が分離されているとき、
   前記操縦インターフェースは、分離時パイロットコマンド信号を生成し、
   前記有人機飛行センサは、前記有人機の飛行状態を示す有人機分離時飛行状態信号を生成し、
   前記有人機飛行制御計算機は、前記分離時パイロットコマンド信号、前記有人機分離時飛行状態信号、及び有人機分離時飛行制御則に基づいて有人機分離時飛行制御信号を生成し、
   前記有人機操縦舵面系統又は前記有人機推進系統は前記有人機分離時飛行制御信号に基づいて動作し、
   前記無人機飛行センサは、前記無人機の飛行状態を示す無人機分離時飛行状態信号を生成し、
   前記無人機飛行制御計算機は、飛行計画信号、前記無人機分離時飛行状態信号、及び無人機分離時飛行制御則に基づいて無人機分離時飛行制御信号を生成し、
   前記無人機操縦舵面系統又は前記無人機推進系統は前記無人機分離時飛行制御信号に基づいて動作し、
   前記有人機及び前記無人機が結合されているとき、
   前記有人機飛行センサは、前記有人機の飛行状態を示す有人機結合時飛行状態信号を生成し、
   前記有人機飛行制御計算機は、前記結合時パイロットコマンド信号、前記有人機結合時飛行状態信号、前記無人機結合時飛行状態信号、及び有人機結合時飛行制御則に基づいて有人機結合時飛行制御信号を生成し、
   前記有人機操縦舵面系統又は前記有人機推進系統は前記有人機結合時飛行制御信号に基づいて動作し、
   前記無人機飛行制御計算機は、前記有人機結合時飛行制御信号及び無人機結合時飛行制御則に基づいて無人機結合時飛行制御信号を生成し、
   前記無人機操縦舵面系統又は前記無人機推進系統は前記無人機結合時飛行制御信号に基づいて動作する
   請求項３又は４の無人機システム。
7. 前記有人機は、有人機信号変換装置と、前記第１結合棒の先端に位置する光信号出射面とを備え、
   前記無人機は、無人機信号変換装置と、前記第１結合穴の底に位置する光信号入射面とを備え、
   前記有人機結合時飛行制御信号は第１電気信号として生成され、
   前記有人機信号変換装置は前記第１電気信号を光信号に変換し、
   前記光信号は、前記光信号出射面から出射されて前記光信号入射面に入射し、
   前記無人機信号変換装置は前記光信号を第２電気信号に変換し、
   前記無人機飛行制御計算機は、前記第２電気信号に基づいて前記無人機分離時飛行制御信号を生成する
   請求項５又は６の無人機システム。
8. 前記第１係止部は前記第１結合棒を機械的に係止し、
   前記第２係止部は前記第２結合棒を機械的に係止する
   請求項２乃至７のいずれかに記載の無人機システム。
9. 前記第１係止部は前記第１結合棒を電磁的に係止し、
   前記第２係止部は前記第２結合棒を電磁的に係止する
   請求項２乃至７のいずれかに記載の無人機システム。
10. 前記有人機は、前記底部に設けられたカメラと、コックピットに設けられた表示装置とを備え、
    前記表示装置は前記カメラが撮影した画像を表示する
    請求項１乃至９のいずれかに記載の無人機システム。
11. 前記有人機は、パイロットに操作される操縦インターフェースを備え、
    前記無人機は、無人機飛行センサと、無人機操縦舵面系統と、無人機推進系統とを備え、
    前記有人機及び無人機が結合されているとき、
    前記操縦インターフェースは、結合時パイロットコマンド信号を生成し、
    前記無人機飛行センサは、前記無人機の飛行状態を示す無人機結合時飛行状態信号を生成し、
    前記無人機操縦舵面系統又は前記無人機推進系統は前記結合時パイロットコマンド信号及び前記無人機結合時飛行状態信号に基づいて動作する
    請求項１の無人機システム。
12. 前記有人機は、パイロットの操作に基づいて降着系統制御パイロットコマンド信号を生成する操縦インターフェースを備え、
    前記有人機及び前記無人機が結合されているとき、前記無人機降着系統は前記降着系統制御パイロットコマンド信号に基づいて動作する
    請求項１の無人機システム。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の無人機システムに使用される無人機。
14. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の無人機システムに使用される有人機。
15. 有人機及び無人機が結合した状態で離陸するステップと、
    前記有人機及び前記無人機が空中で分離するステップと
    を具備し、
    前記有人機は、有人機主翼と、有人機胴体と、有人機降着系統と、前記有人機胴体の底部に設けられた有人機結合機構とを備え、
    前記無人機は、無人機主翼と、無人機胴体と、無人機降着系統と、前記無人機胴体の天井部に設けられた無人機結合機構とを備え、
    前記離陸するステップにおいて、前記有人機結合機構及び前記無人機結合機構が結合した状態であり、前記無人機降着系統が使用され、
    前記分離するステップにおいて、前記有人機結合機構及び前記無人機結合機構が分離する
    無人機システムの運用方法。
16. 有人機及び無人機が空中で結合するステップと、
    前記有人機及び前記無人機が結合した状態で着陸するステップと
    を具備し、
    前記有人機は、有人機主翼と、有人機胴体と、有人機降着系統と、前記有人機胴体の底部に設けられた有人機結合機構とを備え、
    前記無人機は、無人機主翼と、無人機胴体と、無人機降着系統と、前記無人機胴体の天井部に設けられた無人機結合機構とを備え、
    前記結合するステップにおいて、前記有人機結合機構及び前記無人機結合機構が結合し、
    前記着陸するステップにおいて、前記有人機結合機構及び前記無人機結合機構が結合した状態であり、前記無人機降着系統が使用される
    無人機システムの運用方法。

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