JP2012533476A - 再構成可能な航空機 - Google Patents

Abstract

胴体及び翼を形成する一連の翼セグメントを持つ再構成可能な航空機、及び、その翼の部分である翼セグメントと互換性がある余分の翼セグメント。翼セグメントは、翼セグメントの互換性を考慮に入れると、胴体から直ちに取付け及び取外し可能である。その２つの互換性のある翼セグメントのうちの少なくとも１つは、１つの種類（タイプ）の任務に特有の装置で構成され、そして、素速い航空機の再構成を考慮すれば、他は、第２の種類の任務に特有の装置で構成されてよい。或いは、その２つの互換性のある翼セグメントは、同じ任務に特有の装置で各々構成され、任務に特有の装置が、フライト・スケジュールに干渉することなくサービスを受ける。追加の胴体及び翼を形成する翼セグメントのセットで、任務が連続的に飛ばされてよい。

Description

本願は、２００９年７月２２日に出願された米国仮出願番号第６１／２７１，５９１号の利益を主張し、その内容は、すべての目的のために参照によってここに組込まれる。

本発明は一般に航空機に関し、そして、より詳しくは、目的に特有の互換性のある翼セグメントを備える航空機に関する。

［発明の背景］
高高度無人航空機は、多種多様な作戦任務のために望ましい。そのような任務は、古典的な諜報活動、監視、及び偵察（ＩＳＲ）、通信及びデータの中継、近接不能の場所へのテレビ又はラジオ放送のような心理作戦（ＰｓｙＯｐｓ）、復帰能力（衛星隊に対する敵対行為からの復帰）、災害復旧（素早い監視及び通信インフラを要求するハリケーン後のシナリオのようなもの）、大気圏及び気象の観測、衛星攻撃兵器（ＡＳＡＴ）、電子諜報（非コミュニケーション電磁信号の傍受から導かれる諜報）（ＥＬＩＮＴ）、信号諜報（信号の傍受による諜報収集）（ＳＩＧＩＮＴ）、国立海洋大気圏局の国立気象局の地図のためのような、進路マッピングのための又はマッピングセンサのためのカメラを含む。

各任務は、その任務と関連したユニークなペイロード（積載物）を有する。典型的に、そのような航空機ペイロードは、航空機の種々の場所にマウント可能な１つ以上のアンテナ、胴体内で運ばれる支援装置、及びその支援装置をそのアンテナに接続する広範囲な配線という形態になっている。この支援装置は、コンピュータ、データ処理ハードウェア、データ記憶装置などと同様に、種々のトレイ、ラックなどを含む。

そのような航空機のための高い高度への上昇は、かなり多くの燃料を要求し得るので、航空機が長い間そのステーション（すなわち、近似高度及び場所）を維持することができることは望ましい。従って、軽量というのは有利なことである。それにもかかわらず、満たすことが要求されるかもしれない、広範囲にわたる任務に対して素早く順応するような汎用性をそのような航空機は必要とする。

従って、広範囲にわたる任務の要求に直ちに適応することができるが、長期間ステーションを維持するのに十分軽いものである航空機が必要性とされてきた。本発明の好ましい実施例は、これら及び他のニーズを満たして、更に関連する利点を提供する。

［発明の要約］
種々の実施例において、広範囲にわたる任務の要求に直ちに適応可能なものであって、しかも、長期間ステーションを維持するのに十分に軽い航空機を提供することにより、本発明は上述するニーズの全て又は幾らかを解決する。

特に、幾つかの実施例の下、本発明は、航空機の胴体及び複数の翼セグメントを含む、再構成可能な航空機を提供する。これらの翼セグメントは、１つの翼を形成するために、航空機の胴体から容易に脱着可能である。複数の翼セグメントの中に、翼セグメントからなる１つの翼セットがあり、少なくとも追加の翼セグメントがある。複数の翼セグメントのうち２つの翼セグメントはお互いに互換性があり、そして、その２つの互換性のある翼セグメントの少なくとも１つは、任務に特有の装置で構成される。

有利なことに、互換性のある翼セグメントを単に交換することによって航空機が素早く再構成されることを許し、異なる任務特有の装置（器材）を持つために、又は、他方ではなくその一方において任務特有の装置を持つために、互換性のある翼セグメントをこの構成は提供してもよい。或いは、任務に特有の装置が定期的に取り外されてサービス（整備）されたとしても、その航空機が繰り返し飛ばされることを許し、この構成は同じ任務に特有の装置を持つように互換性のある翼セグメントを提供してもよい。更に、任務に特有の装置について整備が定期的に必要であるにしても、第２の胴体及び翼セットの翼セグメントを追加することにより、連続的に進行する任務を提供するようにシステムが形成される。構成毎に必要な任務特有の装置だけを運ぶので、乗り物の重量及び燃料コストが最小化され、飛行時間が最大化されることができる。

発明の他の特徴及び有利な点は、本発明の原理を、例示して解説する、添付される図面と共に、好ましい実施例の以下の詳細な記述から明らかになるであろう。

図１は、本発明を具現化する航空機の上面図である。

図２は、図１に描かれる航空機の正面図である。

図３は、図１に描かれる航空機の側面図である。

図４は、図１に描かれる航空機の変形例の上面図である。

図５は、図４に描かれる航空機の正面図である。

図６は、図４に描かれる航空機の側面図である。

図８は、図１に描かれる航空機からの翼セグメントの部分の上面からの断面図である。

図９は、図８に描かれる翼セグメントの部分の正面断面図である。

図１０は、図８に描かれる翼セグメントの一部の側面断面図である。

図１１は、図１に描かれる航空機からのコントロール・システムのシステムレ・イアウトである。

図１２は、連続する航空機システムを提供する方法のフローチャートである。

図１３は、連続する航空機システムを運用（運営）する方法のフローチャートである。

［好ましい実施例の詳細な説明］
上述のように要約され列挙されるクレームで定義される発明は、付随する図面と共に読まれるべきである、以下の詳細な説明を参照することにより、よく理解されるであろう。本発明の特定の実施を構築し及び使用することを当業者ができるように説明する、本発明の特定の好ましい実施例の詳細な記述は、列挙されるクレームを限定するつもりではなく、むしろ、それらの特定の例を提供するつもりである。

本発明の典型的な実施例は、任務に特有のペイロード（例えば、任務に特有の装置）を必要としている種々の任務に関し使用するための再構成可能な航空機システムにある。このシステムは、非常にカスタマイズされた航空機の構成及び航空機の素早い再構成を提供する。

航空機

図１から図３を参照して、およそ６５，０００フィート以上の高度で、１週間以上のオーダーの期間に、関心のある領域の上に持続的な空中偵察装置を維持するように構成される、高高度の、長い持久力を持つ、無人航空機として、この実施例の航空機は、基本形において、意図されている。本実施例は、航空機の胴体１０１、航空機の翼１０３、航空機の尾部１０５、及び複数の（例えば、４つの）翼搭載の電動機１０７を含む。航空機尾部１０５は、エレベーター１１５及びラダー１１７だけでなく、垂直安定板１１１及び水平安定板１１３を含む。尾部１０５に対する重要なモーメント・アームを提供しつつ、重量を最小にするために、胴体１０１から後方に延びる実質的に剛性の軽量ブーム１１９の後端に、これらの表面はマウントされる。各モーター１０７は、航空機推力を提供するために、プロペラ１２１を備えている。

電気を発生させる発電装置（powerplant）及びその発電装置のための完全な燃料供給を、胴体１０１は備えている。より詳細には、それぞれが液体水素を含む２つの燃料タンク１２３と、及び、モーター１０７、飛行システム、及びペイロードが機能するように電気を生成する、空気中の酸素を使用して水素を燃焼させるように構成される水素エンジン１２５と、がある。他の実施例は、他の種類（タイプ）の燃料を用いて、燃料電池技術を用いて、及び／又は、ソーラー・パワーのような他の動力源を用いて、機能してもよい。その胴体１０１はまた、コンピュータや高高度の電子光学／赤外線（ＥＯ／ＩＲ）イメージング・システム１２９のような環境に敏感な航空機の飛行装置のための加圧アビオニクス室（pressurized avionics bay）１２７を備える。そのようなシステムは市販されている。

翼１０３は、大きな、比較的軽く充填（load）される「乾燥」構造であり（即ち、燃料は翼に貯蔵されない）、フライ・バイ・ワイヤーの補助翼１４３を含んでいる。モーター１０７及び翼にマウントされた表面（即ち、補助翼）以外、アンテナ及び関連する高周波エレクトロニクス（図示せず）のような、任務に特有の装置を、翼１０３は主に運ぶ。

その航空機翼１０３は、中央のセグメント１３１、中間のポート・セグメント１３３、外側のポート・セグメント１３５、中間の右舷セグメント１３７、及び外側の右舷セグメント１３９を含む、翼セグメントからなる１つの翼セットを形成する５つの分離した翼セグメントからなる。この特許の目的のため、１つの翼セットは、１つの翼１０３を形成するような適切なセットとして定義される。各外側のセグメント１３５、１３９は、補助翼１４３で構成され、ウイングチップ翼セグメントとみなされる。２台のモーター１０７は、各々の中間のセグメント１３３、１３７に取り付けられる。

この具体例では、各々の翼セグメントは、その指定された場所だけにおいて使用可能である。それにもかかわらず、両方の中間の及び外側の翼セグメントとして、及び／又は、左及び右の両側の翼セグメントとして、使用ができる汎用の翼セグメントは、本発明の範囲内に存する。同様に、２つの中間のセグメントがいずれの側にもある翼のように、多くのセグメントを備える翼は、更なる重複を許し、構成の柔軟性を許す。

描かれるように、翼１０３は、翼長のその部分を通して翼１０３の全翼弦に広がるように、縦方向に直列につながる翼セグメントの１つの翼セットによって形成される。それにもかかわらず、他の翼セグメント（例えば、翼１０３の翼弦いっぱいには広がらないが、その代わり１又はそれ以上の他のセグメントの翼長を共有する翼セグメント）から垂れ下がるサブセグメントに翼セグメントがなるようにする、又は、別の全翼の翼セグメントと置換可能である、１つの大きな取外し可能な翼セグメントに、その翼がなるようにすることも、本発明の範囲内にある。２つ以上の翼セグメントを置換できる１つの翼セグメントを有する、或いは、逆に１つの翼セグメントを置換できる２つ以上の翼セグメントを有することは、本発明の範囲内である。例えば、適切なサイズと形の１つの翼セグメントは、中間の及び外側の翼セグメントの組合せを置換することができるであろう。１つの翼セグメントで保持されるよりも、より大きな容量の任務に特有の装置が一方の側に必要とされるときに、又は、一方の側には任務に特有の装置が必要でないときに、このことは構造重量を減少させるであろう。ある場合では、このことは、翼の一方側から他方側に渡って対称ではない構成へと導くであろう。

翼セグメント１３１−１３９は、お互いに直ちに取付可能であり取外し可能であり、そして、直接的に又は間接的に（中央の翼セグメントを介して）航空機の胴体１０１に対して、直ちに取付可能である。翼セグメントの間の取付ポイントは、すべての飛行中の荷を運ぶように構成される構造コネクション１４１と、モーター１０７、補助翼、及び全ての翼にマウントされる任務に特有の装置を機能するように構成される、電力、フライ・バイ・ワイヤーのフライト・コントロール及びデータコネクション（例えば、イーサネット（登録商標）接続３４１、図１１参照）を含む電気的コネクション（図１−図３に図示されない）と、の両方を含む。翼セグメントは、統合された航空機の部品（例えば、補助翼）を運ぶであろう際に、個々のフライトに対して必要な完全なセットの装置を欠いており（胴体１０１無しで）、電力（モーター電力及び任務に特有の装置のための電力の両方）だけでなく、フライト・コマンド、コントロール、及び安定性のために胴体１０１に依存する。

幾つかの翼セグメント（即ち、任務に特有の翼セグメント）は、電子的に詳しく調べられたアンテナ及び関連するエレクトロニクスのような任務に特有の装置で構成される。これらの翼セグメントは、また典型的に、任務に特有の翼セグメントの操作必要条件に関する操作パラメータを提供するコンピュータで読取り可能なデータを伝達するコンピュータで読取り可能な媒体を含む。

描かれるように、この実施例の翼セグメントは、限定された上反角のみを有し、そして、それは主に外側の翼セグメントについてである。しかし、翼セグメント及び翼接続ポイントは、比較的柔軟であり、そして、フライトの間、これらの軽く構成された翼セグメントは、外側の翼セグメントについて特に、追加の上反角を発展させる。多くの任務のために、直線よりもむしろ側部へと部分的に向くようなアンテナを使用することが好ましいかもしれない。このことは、ターゲットを超えて飛んでしまうことができない、又は、別様には許されない任務に対して特に真実である。そのような任務のために、外側の（ウィングチップ）翼セグメントにおける任務に特有の装置を持つことは、横向きの視角が重要であるかもしれないので、特に有益であろうし、非常に好ましい。

中央のセグメント１３１は、置換可能な任務に特有の装置を持つ中間の及び／又は外側のセグメントと共にする場合に限り、胴体１０１に永久的に固定されることができる。その場合は、中央のセグメントは、乾燥状態ではないかもしれない。実際のところ、必要な燃料ライン接続及び関連する燃料管理装置に関し複雑さを導入するであろうところ、取外し可能な翼セグメントは、本発明の最大の範囲内において乾燥状態でないかもしれない。好ましい実施例において、中央の翼セグメントは、輸送又は保管のために分離可能であるが、任務に特有の装置を含まない。

航空機１０１は、航空機胴体１０１（即ち、１つの翼セットに加えて、少なくとも更に１つの翼セグメントを備える）（例えば、図７参照）に関し、一度に使用可能な量より多くの翼セグメントを備えている。複数の翼セグメントの少なくとも２つの翼セグメントは、互いに互換性があり、それらの１つである追加の翼セグメントの１つとも互換性がある。例えば、２つの中間のポート翼セグメントがあり得る。この２つの互換性のある翼セグメントは、互いに異なる任務に特有の装置で構成されるかもしれず、同一の任務に特有の装置で構成されるかもしれず、或いは、一方が任務に特有の装置を含むが他方が含まないかもしれない。また、その２つの互換性のある翼セグメントは、異なるフライト特性（例えば、より高い速度の任務の翼セグメント及びより低い低速の任務の翼セグメント）を持つ任務のための柔軟性を提供するために、互いに、例えば異なるエアフォイル形状及び／又は翼弦（即ち、翼弦長）のような、異なる空気力学的形状で構成されるかもしれず、或いは、同一の空気力学的形状で構成されるかもしれない。

そのような１つの構成可能性の下、その２つの互換性のある翼セグメントの第１は、第１の任務に特有の構成のための任務に特有の装置を含むが、第２の任務に特有の構成（即ち、第１の任務に特有の構成のためではない）のためにのみ要求される任務に特有の装置を含まない。その２つの翼セグメント、即ち、交換のための翼セグメントの第２は、第２の任務に特有の構成のために任務に特有の装置を含むが、第１の任務に特有の構成（即ち、第２の任務に特有の構成のためではない）だけのために要求される任務に特有の装置を含まない。

翼セグメントのこの組合せは、航空機の残り（例えば、胴体１０１）からその２つの互換性のある翼セグメントの１つの接続を単に切ることによって、そして、接続が切られた翼セグメントを置換翼セグメントで置換することによって、再構成可能であるような航空機を提供する。もし、中間の翼セグメントが交換されるならば、そのそれぞれの外側の翼セグメントは取り外され、置換翼セグメントに取付けられなければならず、或いは、置換翼セグメントはそれ自身の外側の翼セグメントを有しなければならない。

そのような構成可能性の下において、２つの互換性のある翼セグメントの各々は、定期的にサービス、即ち、修理、メンテナンス、又はその他の調整を必要とする精密装置を持つようなものである、単一の任務に特有の構成のための任務に特有の装置を含む。この構成は、必要なサービス作業を待つ必要もなく、置換翼セグメントで再装備され直ぐに再配置される航空機を提供する。

更に別の１つの構成可能性の下で、その２つの互換性のある翼セグメントの１つは、１つの任務に特有の構成のために任務に特有の装置を含むが、一方、他方は含まない。この構成は、時に任務に特有の装置の１セットより多くを同時に運ぶかもしれない航空機に関するように、時に任務に特有の装置を備えて飛ばされ、時に任務に特有の装置を備えずに飛ばされる航空機を提供する。

そして、更にもう１つの構成可能性の下で、その２つの互換性のある翼セグメントは、異なるエアフォイル形状を持つことができ、そして、各エアフォイルは、任務に特有のフライトの要件のために選択される。例えば、１つのエアフォイルが低速の任務において燃料効率がよい飛行のために設計され、別のエアフォイルが高速の任務で燃料効率がよい飛行のために設計され得る。これらのセグメントは、任務に特有の装置を持っているかもしれないが、持っていないかもしれない。一般的に、そのような互換性のある翼セグメントは、組になって生じ（即ち、２組の互換性のある翼セグメント）、翼の各サイドが同じエアフォイル形状を持つ翼セグメントを用いて変更され得る。

これらの構成のどれに対しても、モーターのマウントは、重要な構造を必要とするであろうし、それにより、中間の翼セグメントにおいて任務に特有の装置のための使用可能な空間を減らすかもしれない。その上、中間の翼セグメントがモーターを運ぶので、各々の互換性のある中間の翼セグメントは、モーターを要求するか、或いは、モーターが交換毎に何時でも置換される翼セグメントの上に移動されなければならないであろう。更に、中間の翼セグメントを変えることは、外側の翼セグメントとの接続を切り若しくは置換することを内在的に含む。これらの理由は、外側の翼セグメントの前述の有益な横側視野特性（side-viewing properties）と組み合わせて、多くの構成に対して好ましい互換性のある翼セグメントとして、外側の翼セグメントを一般的に活用するであろう。

上述のバリエーションを考慮し、そして、図４から図６を参照して、もう１つの実施例において、翼１０３は、燃料を中央部１５１に保存させるという大きな「湿った」構造であり、フライ・バイ・ワイヤーの補助翼１５３を含む。航空機翼１０３は、翼の中央セグメントからアウトボード（船外の）端へと延びるポート・セグメント１５５、中間の右舷のセグメント１５７、後方インボード・サブセグメント１５９、後方アウトボード・サブセグメント１６１、この後方アウトボード・サブセグメント１６１に横方向に整列した前方アウトボード・サブセグメント１６３、及び外側の右舷のセグメント１６５を含む、翼セグメントの１つの翼セットを形成する６つの分離した追加の翼セグメントから更に成っている。最も外側のセグメント１５５、１６５の各々は、補助翼１５３で構成されており、そして、ウィングチップ翼セグメントとみなされる。２台のモーター１６７は、ポート・セグメント１５５及び中間の右舷セグメント１５７である、中間のセグメントに取り付けられる。モーターは、プロペラ又は他のファンのような装置を駆動してよい。胴体１６９及び尾部１７１は、典型的な航空機設計の下で、作られる。

図面において明らかであるように、サブセグメントは、翼長の一部だけから成るかもしれず、もう１つのセグメントよって全体として運ばれ得る（例えば、後方インボード・サブセグメント１５９は右舷の中間のセグメントによって全体として運ばれる）。サブセグメントの各々は、任務に特有の装置のペイロードをオプションとして備えることができ、構造荷重を運ぶように構成され得る（例えば、前方アウトボード・サブセグメント１６３は、外側の右舷セグメント１６５から構造荷重を運ぶように備えられるかもしれない）。

図８〜図１０を参照して、各翼セグメントは、多種多様な任務のためにカスタマイズされることができる、一般的な軽量設計で製造される。このように、航空機は、多種多様な任務に特有の構成のために使用されることができる翼セグメント間の構造的な及び電子的な接続の両方で構成される。これらの接続は、比較的基本的な装置で操作するフィールド技術者によって素速く取付及び取外しがされるように構成される。従って、航空機は、比較的短い中断時間において現地で速く再構成されるかもしれない。

典型的な翼セグメント２０１は、航空機の翼を設計する技術分野において知られるように、プライマリ・スパー２０３、セカンダリ・スパー２０５、複数のリブ２０７、及びスキン２０９を含んでよい。描かれたスパーは、概念的であり、縮尺通りには描かれてない。スパー及びリブの構成は、任務に特有の装置を運ぶのに適切な複数の装置ベイ（即ち、構造に限定される装置の場所）を提供するようにレイアウトされる。翼をカスタマイズするために、複数の装置ベイ２１１のうちの１つ以上は、任務に特有の装置を運ぶために特定され、開口２１３は、１つ以上の装置ベイ２１１にアクセスするように翼−セグメント・スキンにより作られる。装置は、装置ベイ２１１に据え付けられ、最後に据え付けられるのは典型的に前記開口に広がるアンテナ、及びそのアンテナをカバーしエアフォイル型に適合するレードームである。

任務に特有の装置は、送信装置（例えば、テレビ放送機、ラジオ放送機、レーダ信号送信機等）、知覚装置（例えば、多様なスペクトルのためのカメラ、多様なアンテナを含む電磁気波の受信機等）、データ管理装置（例えば、記憶装置、データ処理装置、リアルタイムを基本に任務を調節する任務コントロール・システム等）を含むＩ／Ｏ（入／出力）装置を含む多様な装置を含んでよい。有利なことに、任務データを翼セグメントに保存して、翼セグメントが、互換性がありフライトの準備が整っている翼セグメントと、交換されるとき、そのデータは自動的に回収される。更に、先行技術においてデータ管理装置を支持するような典型的なトレイやラックの多くの代わりに、翼構造が使用可能である。

１つの典型的な任務に特有の構成は、主スパーの前方の受信機−送信機２２１、主スパーの後部のビーム走査用電子機器２２３、１つのリブから次のリブへと及び主スパーからセカンダリ・スパーへと電子的に走査されたアンテナ２２５、及び保護を提供する電子的に走査されたアンテナと隣接するレードーム２２７を含むかもしれない。多くの構成は、１種及びその他の種類のアンテナを持つであろうし、その各々がエアフォイルの外部形状に適合するので過度な引きずり抵抗を予防できるレードームを好ましくは持つであろう。交換パネルのエアフォイル形はオリジナルのパネルのそれにマッチし、追加の有害抵抗も一般に生成せず、全抵抗の増加は最小化されるであろう。ビーム・ステアリング・エレクトロニクス及び受信機−送信機は、構造上の及び構造−動的な懸念を最小化するように翼に全体に荷重を広げるように開口面積上に縦方向に間隔を空けられるかもしれない。

オプションとして、航空機は、翼の異なるセグメントに異なる任務に特有の装置を提供することによって、高いレベルの柔軟性を提供することができる。例えば、合成開口レーダは、ポートの外側の翼セグメントに組込まれることができ、一方、通信リレーパッケージが右舷の外側の翼セグメントに組込まれることができる。航空機は、任務に特有の装置を持っていなかった右舷及びポート外側翼セグメントを更に含むであろう。この組合せで、航空機は構成されることができ、合成開口レーダだけを必要としている任務（例えば、電子諜報又は信号諜報任務）のために、通信リレー・パックだけを必要としている任務（例えば、地上軍のためのサポート）のために、又は両者を必要とする任務のために送られ得る。各任務を行うために必要な最小限の装置で航空機を構成することによって、飛行時間は最大化され、原価及び燃料使用は最小化され得る。

連続する任務の航空機システム

この実施例の航空機が、素速く再構成され、修理及び再配置され得るので、連続的な作戦任務を実施するように構成された連続する任務航空機システムにおける使用のために十分に適する。より特定的に図７を参照して、システムの１つの実施例は、胴体及び翼セグメントの１つの翼−セットを各々が含む、少なくとも２つの互換性のある航空機セットを含む。好ましくは、システムは更に追加の翼セグメントを含む。より詳しくは、この実施例は、２つの胴体２５１、２つの中央の翼セグメント２５３、３つの右舷の中間の翼セグメント２５７、３つのポートの中間の翼セグメント２５９、３つの右舷の外側の翼セグメント２６１、及び３つのポートの外側の翼セグメント２６３を備えている。このように、複数の翼セグメントは、少なくとも２つの翼−セット、即ち、２つの航空機のための完全な翼を形成するのに十分な翼セグメント、そして好ましくはより多くの数の翼−セットを含む。翼セグメントは、各位置に対して少なくとも２つの、好ましくは３つの互換性のある翼セグメントを含み、互換性のある翼セグメントの各々が、作戦任務のための任務に特有の同じ種類（タイプ）の装置（又はその欠如）で構成される。

構成コントローラ

図１１を参照して、加圧したアビオニクス・ベイ１２７（図３参照）は、航空機を運用するように構成されるフライト・コントロール・システム３０３、如何に任務が行われるかをコントロールするように構成される任務コントロール・システム３０５、及び関連する任務の必要条件を含む取付けられた翼セグメントに対する適切な操作パラメータで、フライト・コントロール・システム３０３及び任務コントロール・システム３０５をプログラムするように構成される構成コントローラ３０７、で構成される、コントロール・システム３０１（例えば、コンピュータ）を含む。コントロール・システム構成コントローラは、イーサネット（登録商標）接続３４１（又は、他の配線若しくはネットワーク・アーキテクチャー）を通して任務に特有の翼セグメントのコンピュータで読取り可能な媒体３１１からコンピュータで読取り可能なデータ３０９を読み込むように、そして、そのコンピュータで読取り可能なデータに照らして航空機を運用するための操作パラメータを供給するように、構成される。

例えば、最初の任務に特有の翼セグメント３２１（コントロール・システムに接続されて示される）のために、コンピュータで読取り可能なデータは、第1の翼セグメントに特有のウェイト・アンド・バランス情報、第１の翼セグメントに特有のトリム情報、第１の翼セグメントに特有のオートパイロット・ゲイン情報、及び第１の翼セグメントを使っている任務を行う任務に特有の装置のためのフライト必要条件を含んでよい。第２の任務に特有の翼セグメント３２３（コントロール・システムに接続されない状態で示される）のために、コンピュータで読取り可能なデータは、第２の翼セグメントに特有の異なるウェイト・アンド・バランス情報、第２の翼セグメントに特有のトリム情報、第２の翼セグメントに特有のオートパイロット・ゲイン情報、及び第２の翼セグメントを使っている任務を行う任務に特有の装置のためのフライト必要条件を含んでよい。コンピュータで読取り可能なデータの使用は、新しい翼セグメントが取り付けられるとき、航空機が自動的にそれ自身のプログラミングを再構成することを許す。このように、翼セグメントは、事実上プラグ・アンド・プレイ装置であってもよい。

オプションとして、翼セグメントにおけるコンピュータで読取り可能な媒体は、その任務を行うために、航空機に必要なソフトウェアを含むこともできる。それにもかかわらず、多様な任務のために航空機にソフトウェアを提供することが、かなり航空機の重量を増すとは予期できず、そして、各胴体１０１が、広く多くの任務のためのソフトウェアの備えられた記憶機器を一般に有することが予期される。オプションとして、構成コントローラは、複数の異なる任務に特有の翼-セグメント・タイプのための操作パラメータを持つことができるであろう。その場合、翼セグメントにおけるコンピュータで読取り可能な媒体は、構成コントローラが適切な操作パラメータをフライト及び任務コントローラに届けることができるように、任務及び／又は翼セグメントの種類を特定するコンピュータで読取り可能なデータを、備えているかもしれない。

このように、本発明のもう１つの実施例は、航空機の胴体及び複数の翼セグメントを持つ再構成可能な航空機システムのための翼セグメント・システムにおいて見出されるかもしれない。翼セグメント・システムは、航空機の胴体から、直ちに取付及び取外し可能な接続システム、任務に特有の装置、及び、任務に特有の翼セグメントの操作必要条件に関係している操作パラメータを特定する情報を含むコンピュータで読取り可能な媒体で、構成される任務に特有の翼セグメントを含む。任務に特有の装置を持っていないが、翼セグメントが任務に特有の装置を持っていないことを示す情報を持っているコンピュータで読取り可能なデータ媒体を持っている翼セグメントもそれに含まれる。この情報は、すべての取付けられた翼セグメントが利用できることを確かめて、接続不良が任務に特有の翼セグメントを任務に特有の装置のない翼セグメントであるように見えさせるというエラーを避ける能力を、航空機に提供する。

最後に、再構成可能な航空機システムのための翼セグメント・システムでの使用のために構成される胴体において、もう１つの実施例が見つかるかもしれない。胴体は、翼セグメントの１つ以上からコンピュータで読取り可能な媒体を読み込むように構成されるコントローラを含むが、このコンピュータで読取り可能な媒体は、翼セグメントの操作必要条件に関係している操作パラメータを特定する情報を含む。コンピュータで読取り可能なメディアから読み込まれるデータに基づくフライト・コントロール及び任務コントロールを提供するように、コントロール・システムは更に構成される。

方法

一般的な形態で購入されるか、若しくは、カスタムメイドの生産物として購入される、伝統的な航空機と違って、図１２及び図１３を参照して、本発明は、事実上モジュラー（モジュール式）で、航空機販売のために以前に想定されてきた方式では売ることはできない。特に、複数の異なる作戦任務のために構成可能である航空機を市場に出す方法のもと、売り手は、着脱可能に１つ以上の航空機翼セグメントを受けるように構成される航空機の胴体を売りに出すかもしれない４０１。別に、売り手は、航空機の胴体のために完全な翼−セットを作ることができる１つ以上の翼セグメントを売りに出すかもしれない４０３。その１以上の翼セグメントは、異なる種類の任務に特有の装置で構成される少なくとも幾つかの、互換性のある翼セグメントの複数を含むが、ここで、各種の任務に特有の装置は、複数の異なる作戦任務の１つに対して適切である。

有利なことに、この航空機は、高い信頼性及び／又は大幅に低下されたコストで遂行される連続的な任務を提供する航空機システムにおいて使用され得る。より詳細には、少なくとも1機の航空機でこのシステムを用いることは、常時ステーションにいることができる（即ち、その現地で又は計画した飛行経路において）。

より詳しくは、第１の及び第２の胴体は、航空機システムの購入者に購入され提供される４０５。同様に、複数の翼セグメントは、購入者に購入され提供される４０７。この多数は２つの完全な翼のために十分な翼セグメントを含み（即ち、２つの翼−セットの翼セグメントがある）、更に、少なくとも１つの余分の翼部分を含む。その余分の翼部分は、所定の種類の任務に特有の装置で構成される少なくとも３つの互換性のある翼セグメントの重複するサブセットを形成するために、各翼−セットから少なくとも１つの翼セグメントと互換性がある。

翼セグメントの第１の翼−セットは、組み立てられて、互換性のある翼セグメントの１つを含む第１の航空機を形成するために、第１の胴体に接続される５０１。同様に、翼セグメントの第２の翼−セットは、組み立てられて、互換性のある翼セグメントの１つを含む第２の航空機を形成するために、第２の胴体に接続される５０５。互換性のある翼セグメントのうち1つは、現在使っていないままである。第１の航空機は、発進され、作戦任務を行うための任務パラメータのもとで運用されるが５０３、それは即ち発進され、その指定されたステーションへ飛ばされ、そして、その意図された目的のために任務に特有の装置が使われる。

第１の航空機がその飛行期間の終わりに近づいているとき、第２の航空機はそれに取って代わるために飛ばされる。より詳しくは、第２の航空機が、作戦任務を行うための任務パラメータの下で運用される５０７。第２の航空機の発進は、新しく発進される航空機が他方の航空機の出発の前にステーションに到着するようにタイミングが調節される。新しく発進する第２の航空機がステーションに着いたならば、その新しく発進する航空機が発進されたときに飛んでいた第１の航空機は地上に戻されて着陸する５０９。第１の着陸した航空機は、点検され、燃料補給され、飛行に備える。着陸した航空機の任務に特有の装置が点検等を必要とするならば、それから、着陸した航空機の互換性のある翼セグメントが直ちにその接続を切られ５１１、現在のところ未使用の互換性のある翼セグメントに交換される５１３。

典型的には、この交替翼セグメントは、それが代わった翼セグメントと同じ任務に特有の装置を持っている。とって代わられた翼セグメントは、それから、第１の航空機のフライト・スケジュールに干渉されることなくサービスを受けられる。このように、任務に特有の装置の修理、メンテナンス、又は他の調整は、任務の連続性をさえぎることなくなされ得る。

交換翼セグメントは、交換された翼セグメントに代わって航空機の胴体に接続される５１５。それから、現在飛んでいる航空機がその飛行期間の終わりに近づいているとき、着陸した航空機は、再び発進され得、現在飛んでいる航空機に置き換わるように運用され得る５０３。もう１つの翼セグメントの交換が必要となる前に、翼セグメントがサービスされ得る限りは、このサイクルは果てしなく繰り返され得る。

オプションとして、本発明下の航空機の実施例は、オプションとして翼セグメントの少なくとも１つの翼−セットと共に、余分の胴体を含んでもよい。１の胴体が修理を必要とするならば、第２の胴体は、第１の胴体から、任務に特有の翼セグメント及び多分すべての翼セグメントを受け取ることができ、このようにして、胴体についての修理の必要性にもかかわらず、任務のためカバーすることを提供できる。

その上、本発明下の航空機の実施例は、１つ以上の任務に特有の翼セグメントの新しいセットを単に提供することによって、及び／又は、翼セグメントの任務に特有の装置を変更するようにサービスを提供することによって、新しい任務に特有の装置を必要とする新しい任務に早急にアップグレードすることができる。このプロセスは、アップグレードされる航空機の第１について、任務に特有の翼セグメントを、切り離し、交換し、接続することを含む。２つの航空機を持つ連続する任務のために、１つの航空機は最初にアップグレードされて、そして、ステーションに飛ばされる。第２の航空機は、第１の航空機がステーションに着いた後に着陸し、同様にアップグレードされる（即ち、任務に特有の翼−セグメントは、切り離され、交換され、接続される）。

そのような航空機システムを提供する方法の一部は、連続する任務の航空機システムが運用を継続しつつ、現在のところ使用していない翼セグメントの任務に特有な構成を変えることができる、集中翼-セグメント再構成サービスの提供を含んでもよい４０９。

これらの異なるバリエーションの間で以下のようなステップ（種々の命令において）が共通する。航空機を着陸させるステップ、航空機の胴体から１以上の翼セグメントの接続を切り離すステップ、１以上の任務に特有の翼セグメントを含むステップ、翼セグメント及び／又は胴体を交換するステップ、交換された部分及び交換されなかった部分の両方を含む航空機を組み立てるステップ、及び組み立てた航空機をステーションへ飛ばすステップである。

本発明が、航空機システム自身の装置及び方法のみならず、航空機を設計し及び生産するための方法や装置をも含むことは理解されるべきである。上記の開示された特徴は、本発明の予期される範囲以内で、多種多様な構成に組み合わされ得る。

発明の特定の形態が例示され記述されているところ、いろいろな変更が本発明の精神及び範囲から逸脱することなくなされ得ることは明らかであろう。このように、本発明は好ましい実施例をただ参照することにより詳細に述べられてきたが、いろいろな変更が本発明の範囲から逸脱しないでなされ得ることを、本技術分野における通常の技術を持つ者は認識するであろう。したがって、本発明は上記の論述によって限定されることを意図せず、本発明は以下のクレームを参照して定義される。

Claims (22)

1. 航空機の胴体と、
   複数の翼セグメントと、を含む構成可能な航空機であって、
   前記複数の翼セグメントは、翼を形成するように航空機の胴体から直ちに取付及び取外し可能であり、
   前記複数の翼セグメントは、１つの翼−セットの翼セグメントと、少なくとも１つの追加の翼セグメントを含み、
   前記複数の翼セグメントの少なくとも２つは、互いに互換性があり、そして、
   前記少なくとも２つの翼セグメントの少なくとも１つは任務に特有の装置を含むことを特徴とする、構成可能な航空機。
2. 前記翼は長手方向の翼セグメントにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の構成可能な航空機。
3. 前記互換性のある翼セグメントは、最もアウトボードの翼セグメントとして機能するように各々構成されることを特徴とする請求項２に記載の構成可能な航空機。
4. 前記互換性のある翼セグメントは、同じ機能を果たすように構成された任務に特有の装置を各々含むことを特徴とする請求項１に記載の構成可能な航空機。
5. 各互換性のある翼セグメントは、他の互換性のある翼セグメントの任務に特有の装置から機能的に異なる任務に特有の装置で構成されることを特徴とする請求項１に記載の構成可能な航空機。
6. 各互換性のある翼セグメントは、同じ任務に特有の装置で構成されることを特徴とする請求項１に記載の構成可能な航空機。
7. 任務に特有の装置を持つ翼セグメントはまた、その任務に特有の翼セグメントに関連する操作パラメータ情報を提供するように構成されたコンピュータで読取り可能なデータを運ぶコンピュータで読取り可能な媒体を含み、そして、
   前記胴体は、任務に特有の翼の装置を持つ翼セグメントのコンピュータで読み取り可能な媒体からコンピュータで読み取り可能なデータを読み込むように構成されたコントロール・システムを含むことを特徴とする請求項１に記載の構成可能な航空機。
8. 所定の翼セグメントのコンピュータ読み取り可能なデータが、その翼セグメントに特有のウェイト・アンド・バランス情報、その翼セグメントに特有のトリム情報、及びオートパイロット・ゲイン情報からなる群より選択される少なくとも１つのパラメータ種類を含むことを特徴とする請求項７に記載の構成可能な航空機。
9. 前記胴体は、電気を発生する発電装置及びその発電装置に対する燃料供給を含み、
   翼セグメントの少なくとも１つは、少なくとも１つの電気モータ及びその発電装置からの電気を使って推力を供給可能なプロペラを持つことを特徴とする請求項１に記載の構成可能な航空機。
10. 作戦任務を行うための連続する任務の航空機システムであって、
    請求項１の構成可能な航空機の形式における第１の航空機と、
    第１の航空機の胴体と互換性のある第２の航空機の胴体と、を含み、
    前記複数の翼セグメントは、２つの翼−セットの翼セグメント及び少なくとも１つの追加の翼セグメントを含み、
    前記複数の翼セグメントは、３つの互換性のある翼セグメントを含み、その互換性のある翼セグメントの各々は作戦任務を行うために作動する任務に特有の装置で構成されていることを特徴とする航空機システム。
11. 連続する航空機の作戦任務を行う方法であって、
    ａ）請求項１０の連続する任務の航空機システムを提供するステップと、
    ｂ）任務に特有の装置で作戦任務を行うように第１の航空機を発進し運用するステップと、
    ｃ）第１の航空機を着陸させるステップと、
    ｄ）着陸した航空機から任務に特有の翼セグメントの接続を切り離すステップと、
    ｅ）着陸した航空機の飛行準備ができるように、任務に特有の翼セグメントを現在のところ使用されていない互換性のある翼セグメントに交換するステップと、
    ｆ）任務に特有の装置で作戦任務を行うように第１の航空機を発進し運用するステップと、及び、
    ｇ）連続する航空機の作戦任務が継続する限りは、（ｃ）から（ｇ）のステップを繰り返すステップと、を備える方法。
12. 連続する航空機の作戦任務を行う方法であって、
    ａ）請求項１０の連続する任務の航空機システムを提供するステップと、
    ｂ）互換性のある翼セグメントの１つを含む第１の胴体に、１つの完全な翼−セットの翼セグメントを接続するステップと、
    ｃ）互換性のある翼セグメントの１つを含む第２の胴体に、１つの完全な翼−セットの翼セグメントを接続するステップと、
    ｄ）任務に特有の装置で作戦任務を行うように第１の航空機を発進し運用するステップと、
    ｅ）任務に特有の装置で作戦任務を行うように第２の航空機を発進し運用するステップと、ここで、この新しく発進した航空機の発進は、他方の航空機の出発の前にその新しく発進した航空機がステーションに着くようにタイミングが調整されるが、
    ｆ）その新たに発進した航空機が発進した時に飛行していた航空機を着陸させるステップと、
    ｇ）着陸した航空機の任務に特有の装置がサービスを要求するならば、その場合は、着陸した航空機からその任務に特有の翼セグメントの接続を切り離し、その着陸した航空機の飛行準備が整うように、その任務に特有の翼セグメントを現在のところ使用されていない互換性のある翼セグメントに交換し、その切り離された任務に特有の翼セグメントにサービスを供与するステップと、
    ｈ）任務に特有の装置で作戦任務を行うように着陸した航空機を発進し運用するステップと、ここで、この新しく発進する航空機の発進は、他方の航空機の出発前にその新しく発進する航空機がステーションに着くようにタイミングが調整されるが、
    ｉ）連続する航空機の作戦任務が継続する限り、ステップ（ｆ）から（ｉ）を繰り返すステップとからなる方法。
13. 航空機の胴体及び複数の翼セグメントを持つ構成可能な航空機システムのための翼セグメント・システムであって、
    その航空機の胴体から直ちに取付又は取外し可能に構成される翼セグメントを含み、
    前記任務に特有の翼セグメントは、翼セグメントの操作必要条件に関する操作パラメータを特定する情報を含むコンピュータで読取り可能な媒体を含むことを特徴とする翼セグメント・システム。
14. 前記翼セグメントは、任務に特有の装置で構成される任務に特有の翼セグメントであり、前記翼セグメントのコンピュータで読取り可能な媒体は、任務に特有の翼セグメントのための操作必要条件に関する操作パラメータを特定する情報を含むことを特徴とする請求項１３に記載の翼セグメント・システム。
15. 前記翼セグメントは、任務に特有の装置を運ばず、前記翼セグメントのコンピュータで読取り可能な媒体は、前記翼セグメントが任務に特有の装置を運ばないことを特定する情報を含むことを特徴とする請求項１３に記載の翼セグメント・システム。
16. 前記所定の翼セグメントのコンピュータで読取り可能なデータは、その翼セグメントに特有のウェイト・アンド・バランス情報、その翼セグメントに特有のトリム情報、及びオートパイロット・ゲイン情報からなる群から選択される１つのパラメータ種類を提供することを特徴とする請求項１３に記載の翼セグメント・システム。
17. 複数の翼セグメントを持つ構成可能な航空機システムのための胴体システムであって、
    前記複数の翼セグメントから直ちに取付及び取外し可能に構成される胴体を含み、
    前記胴体は、１以上の翼セグメントからコンピュータで読取り可能な媒体を読み込むように構成されるコントロール・システムを含み、そして、このコンピュータで読取り可能な媒体はその翼セグメントの操作必要条件に関する操作パラメータを特定する情報を含み、そして
    前記胴体システムは、そのコンピュータで読取り可能な媒体から読み込まれるデータに基づいてフライト・コントロール及び任務コントロールを提供するように更に構成される胴体システム。
18. 第１のセットの任務に特有の装置を持つ第１の任務に特有の構成から、前記第１のセットの任務に特有の装置とは異なる第２のセットの任務に特有の装置を持つ第２の任務に特有の構成へと航空機を再構成する方法であって、ここで、前記航空機は航空機の胴体及び複数の翼セグメントを含み、前記翼セグメントは前記航空機の胴体から直ちに取付及び取外し可能であり、そして、前記複数の翼セグメントは、前記航空機の胴体で完全な航空機を形成するために要求されるよりも非常に多くの数の翼セグメントを含むが、
    前記胴体から前記複数の翼セグメントの１つの翼セグメントとの接続を切り離すステップと、ここで、切り離された翼セグメントは、第１の任務に特有の構成のための任務に特有の装置を含むが、しかし第２の任務に特有の構成のためだけに要求される任務に特有の装置を含まないが、
    切り離された翼セグメントを、前記複数の翼セグメントからの置換翼セグメントで置き換えるステップと、ここで、置換翼セグメントは第２の任務に特有の構成のための任務に特有の装置を含むが、しかし、第１の任務に特有の構成のためだけに要求される任務に特有の装置を含まないが、
    前記胴体へ置換翼セグメントを接続するステップと、を含む方法。
19. 航空機の作戦任務を行う方法であって、前記航空機は航空機の胴体及び１以上の翼セグメントを含み、前記１以上の翼セグメントは前記航空機の胴体から直ちに取付及び取外し可能であり、そして、前記１以上の翼セグメントは作戦任務のための異なる任務に特有の装置で構成されるが、
    前記胴体へ前記１以上の翼セグメントを接続するステップと、及び
    作戦任務を完了するように航空機及び任務に特有の装置を運用するステップと、を含む方法。
20. 航空機の胴体と、
    複数の翼セグメントと、を含む構成可能な航空機であって、
    前記複数の翼セグメントは、翼を形成するように前記航空機の胴体から直ちに取付及び取外し可能であり、
    前記複数の翼セグメントは、１つの翼−セットの翼セグメント及び少なくとも１つの追加の翼セグメントを含み、
    前記複数の翼セグメントのうち少なくとも２つは互いに互換性があり、
    その２つの互換性のある翼セグメントは異なる空気力学的形状で構成される、構成可能な航空機。
21. 異なるエアフォイル形状は、異なるエアフォイル形状によって特徴付けられることを特徴とする請求項２０に記載の構成可能な航空機。
22. 異なるエアフォイル形状は、異なる翼弦によって特徴付けられることを特徴とする請求項２０に記載の構成可能な航空機。

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