JP2013010466A

JP2013010466A - 垂直離着陸機

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Publication number: JP2013010466A
Application number: JP2011145525A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Tsunekawa; 正善恒川; Tetsuya Tamura; 哲也田村
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2031-06-30
Also published as: US20140110533A1; US9561850B2; EP2727833A4; JP5920557B2; EP2727833A1; NZ619528A; AU2012276578B2; EP2727833B1; AU2012276578A1; WO2013002383A1

Abstract

【課題】簡便な構成で推力制御を行うことができ、障害物が存在している狭い空間においても安全に離着陸することができる垂直離着陸機を提供する。
【解決手段】揚力及び推力を発生させるファン２１を有する推進器２と、推進器２に動力を供給する原動機３と、推進器２及び原動機３を連結するフレーム４と、フレーム４に対して前後方向に回動可能に接続されるとともにフレーム４に吊下げ支持された座席５と、フレーム４に接続されたハンドル６と、座席５に接続された接地脚７と、を有し、推進器２は、着陸時にファン２１の駆動軸が鉛直方向となるようにフレーム４に接続されており、ハンドル６を操作することによって、座席５に対してフレーム４を相対移動させ、推進器２の向きを変更するようにしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、垂直離着陸機に関し、特に、滑走せずに揚力を発生させることができる垂直離着陸機に関する。

現在、滑走せずに揚力を発生させることができる垂直離着陸機として代表的なものは、ヘリコプターである。ヘリコプターは、機体に比して大きなローターを有し、かかるローターを回転させることによって揚力と推力を発生している。また、数少ない実例としては、ジェットエンジンの推力を偏向して垂直離着陸を行う戦闘機も存在している。

ヘリコプターは、機体そのものが比較的大きいうえに、機体よりも大きなメインローターや機体後部にテールローターを有していることから、建築物や樹木等の障害物が存在している狭い空間において、離着陸や姿勢制御を行うと、メインローターやテールローターが障害物と接触してしまうため、離着陸のために広い空間が必要となる。

垂直離着陸可能な戦闘機は、ジェットエンジンを使用しており、ジェット排気が高温であるとともに排気量が多いことから、離着陸時に人が戦闘機に近付くことができない。また、離着陸時に石等の小さな物体がジェット排気により吹き飛ばされ、周囲の建築物等を傷つけてしまう。したがって、かかる戦闘機の場合も離着陸のために広い空間が必要となる。

そこで、狭い空間であっても安全に離着陸することができる垂直離着陸機（ＶＴＯＬ:Vertical Take-off and Landing）が既に提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）。特許文献１及び特許文献２に記載された垂直離着陸機は、円筒形のダクトやナセルの中にプロペラ状のファンが配置されたダクテッドファンを備えている。

特開２００５−２０６０１５号公報特開２００６−５６３６４号公報

しかしながら、従来のダクテッドファンを有する垂直離着陸機は、推力制御の方法が複雑であり、例えば、制御翼を必要としたり、ファンのみをアクチュエータ等により傾動させたりしなければならず、機体の価格が高くなる傾向にあった。

本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、簡便な構成で推力制御を行うことができ、障害物が存在している狭い空間においても安全に離着陸することができる垂直離着陸機を提供することを目的とする。

本発明によれば、揚力及び推力を発生させるファンを有する推進器と、該推進器に動力を供給する原動機と、前記推進器及び前記原動機を連結するフレームと、該フレームに対して前後方向に回動可能に接続されるとともに前記フレームに吊下げ支持された座席と、前記フレームに接続されたハンドルと、前記フレーム又は前記座席に接続された接地脚と、を有し、前記推進器は、着陸時に前記ファンの駆動軸が鉛直方向となるように前記フレームに接続されており、前記ハンドルを操作することによって、前記座席に対して前記フレームを相対移動させ、前記推進器の向きを変更するようにした、ことを特徴とする垂直離着陸機が提供される。

前記座席は、前部座席及び後部座席を有していてもよい。また、前記フレームは、左右方向に延設された枢動軸を有し、前記座席は、前記枢動軸を挿通可能な挿通部を有していてもよい。

前記推進器は、例えば、前記座席よりも左側に配置される左側ファンと、前記座席よりも右側に配置される右側ファンと、を有する。さらに、前記推進器は、前記座席の後部に配置される後部ファンを有していてもよい。また、前記推進器は、前記座席の上部に配置されていてもよいし、下部に配置されていてもよいし、隣接部に配置されていてもよい。前記推進器は、例えば、ダクテッドファンである。

上述した本発明の垂直離着陸機によれば、推進器が配置されたフレームに対して、前後方向に相対的に回動可能に座席を接続したことにより、座席に対してフレームを相対移動（相対回動）させるだけで推進器の向きを容易に変更することができ、機体に対して揚力及び推力を発生させることができる。したがって、簡便な構成で推力制御を行うことができ、障害物が存在している狭い空間においても安全に離着陸することができる。

また、座席を前後に二人乗り可能な構成とすることにより、前部座席を操縦席とし、後部座席を荷物置場に使用したり、救助者や護衛を着座させたりすることができる。

本発明の第一実施形態に係る垂直離着陸機を示す図であり、（ａ）は機体全体を示す側面図、（ｂ）は座席とフレームの位置関係を示す側面図、（ｃ）はヒンジ部の拡大図、である。図１に示した垂直離着陸機の飛行状態を示す図であり、（ａ）はホバリング時、（ｂ）は前進時、を示している。図１に示した垂直離着陸機の飛行状態を示す図であり、（ａ）は右旋回時、（ｂ）は左旋回時、を示している。第一実施形態に係る垂直離着陸機の飛行原理を示す図であり、（ａ）はホバリング時、（ｂ）はホバリング外乱発生時、を示している。第一実施形態に係る垂直離着陸機の飛行原理を示す図であり、（ａ）は前進時、（ｂ）は左旋回時、を示している。本発明の第二実施形態に係る垂直離着陸機を示す図であり、（ａ）は機体全体を示す側面図、（ｂ）は座席とフレームの位置関係を示す側面図、（ｃ）はヒンジ部の拡大図、である。本発明の他の実施形態に係る垂直離着陸機を示す図であり、（ａ）は第三実施形態、（ｂ）は第四実施形態、を示している。第三実施形態に係る垂直離着陸機の飛行原理を示す図であり、（ａ）はホバリング時、（ｂ）はホバリング外乱発生時、を示している。第三実施形態に係る垂直離着陸機の飛行原理を示す図であり、（ａ）は前進時、（ｂ）は左旋回時、を示している。第四実施形態に係る垂直離着陸機の飛行原理を示す図であり、（ａ）はホバリング時、（ｂ）はホバリング外乱発生時、を示している。第四実施形態に係る垂直離着陸機の飛行原理を示す図であり、（ａ）は前進時、（ｂ）は左旋回時、を示している。

以下、本発明の実施形態について図１〜図１１を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る垂直離着陸機を示す図であり、（ａ）は機体全体を示す側面図、（ｂ）は座席とフレームの位置関係を示す側面図、（ｃ）はヒンジ部の拡大図、である。図２は、図１に示した垂直離着陸機の飛行状態を示す図であり、（ａ）はホバリング時、（ｂ）は前進時、を示している。図３は、図１に示した垂直離着陸機の飛行状態を示す図であり、（ａ）は右旋回時、（ｂ）は左旋回時、を示している。

本発明の第一実施形態に係る垂直離着陸機１は、図１〜図３に示したように、揚力及び推力を発生させるファン２１を有する推進器２と、推進器２に動力を供給する原動機３と、推進器２及び原動機３を連結するフレーム４と、フレーム４に対して前後方向に回動可能に接続されるとともにフレーム４に吊下げ支持された座席５と、フレーム４に接続されたハンドル６と、座席５に接続された接地脚７と、を有し、推進器２は、着陸時にファン２１の駆動軸が鉛直方向となるようにフレーム４に接続されており、ハンドル６を操作することによって、座席５に対してフレーム４を相対移動させ、推進器２の向きを変更するようにしたものである。

前記推進器２は、原動機３の両側に配置される２つのファン２１を有する。具体的には、座席５よりも左側に配置される左側ファン２１ａと、座席５よりも右側に配置される右側ファン２１ｂと、を有する。ファン２１（左側ファン２１ａ及び右側ファン２１ｂ）は、例えば、ダクテッドファンにより構成されるが、かかる構成に限定されるものではなく、プロペラやエジェクター等であってもよい。また、図１（ａ）に示したように、推進器２は、例えば、座席５の上部に配置される。

前記原動機３は、ファン２１（左側ファン２１ａ及び右側ファン２１ｂ）に動力を伝達する駆動源であり、例えば、電動モータやレシプロエンジン等により構成され、過給機を有していてもよい。原動機３から各ファン２１に動力を伝達する動力伝達機構は、各機器の配置構成等により、適宜設定される。動力伝達機構は、例えば、原動機３の出力軸の先端に接続された傘歯車と、両端に傘歯車を備えた一対のシャフトと、各ファン２１の駆動軸に接続された傘歯車と、を有し、傘歯車を介して出力軸の回転を駆動軸に伝達するように構成される。動力伝達機構には、その他の歯車機構を使用してもよいし、減速機を介在させるようにしてもよい。また、各ファン２１の回転数を個別に制御したい場合には、各ファン２１に個別に原動機３を接続するようにしてもよい。

前記フレーム４は、図３に示したように、原動機３と左側ファン２１ａ及び右側ファン２１ｂとを接続する構成部品である。また、図１（ｂ）では、原動機３及びファン２１の図を省略してある。図１（ｂ）及び（ｃ）に示したように、フレーム４は、左右方向に延設された枢動軸４１を有し、枢動軸４１は、支持部材４２によりフレーム４に連結されている。枢動軸４１をフレーム４に直接連結できる場合には、支持部材４２を省略するようにしてもよい。枢動軸４１は、例えば、ファン２１の揚力の作用点と一致する位置に配置することが好ましい。

前記座席５は、例えば、図１（ａ）に示したように、乗員が着座する腰掛部５１と、乗員の背面を支持する背もたれ部５２と、乗員の頭部を支持するヘッドレスト５３、乗員の足を支持するフットレスト５４と、乗員を座席５に拘束するシートベルト５５と、を有する。また、座席５は、前部座席５ａ及び後部座席５ｂを有する。前部座席５ａは、操縦者が着座する座席５であり、後部座席５ｂは、救助者や護衛が着座する座席である。後部座席５ｂは、物資等を載置する荷物置場に使用することもできる。また、前部座席５ａの前方には整流手段であるカウル５ｃが接続されている。カウル５ｃの一部は、視界を確保するために透明の部材により構成される。また、前部座席５ａとカウル５ｃとの接続部５ｄは、コンソールボックスとして使用するようにしてもよいし、原動機３の操作スイッチや操作レバーを配置する制御部として使用するようにしてもよい。

また、座席５は、フレーム４に接続された枢動軸４１を挿通可能な挿通部５６を有する。前部座席５ａ及び後部座席５ｂは、それぞれ支持フレーム５７を有し、支持フレーム５７は、挿通部５６に接続されている。フレーム４の枢動軸４１と座席５の挿通部５６によりヒンジを構成し、フレーム４及び座席５は、枢動軸４１に沿って互いに回動可能、すなわち、相対移動可能に構成されている。座席５は、枢動軸４１に吊下げ支持された構成となっているが、前後方向の重量を調節することによって、通常時は平行を維持することができるようにバランス調整されている。また、一人乗りの場合や二人乗りの場合等のように、飛行時の積載重量に応じてバランスウェイトを適宜加減して、その都度バランス調整するようにしてもよい。なお、後部座席５ｂの支持フレーム５７には、尾翼５８を配置するようにしてもよい。

前記ハンドル６は、フレーム４から斜め下方に向かって延出されるようにフレーム４に接続される。ハンドル６は、図１（ｂ）及び（ｃ）に示したように、支持部材４２に接続するようにしてもよい。かかる構成により、前部座席５ａに着座した乗員（操縦者）が、ハンドル６を身体に近付けたり遠ざけたりすることによって、座席５に対してフレーム４を相対移動（回動）させることができ、推進器２の向き（ファン２１の駆動軸の前後方向角度）を変更することができる。

前記接地脚７は、着陸時に地面等に接地する脚部である。接地脚７は、例えば、図１（ａ）に示したように、座席５の下部に接続されている。また、図３（ａ）及び（ｂ）に示したように、左右一対の接地脚７を有している。

ここで、上述した垂直離着陸機１の飛行状態（ホバリング時、前進時、右旋回時、左旋回時）について、図２及び図３を参照しつつ説明する。各図において、垂直離着陸機１には、前部座席５ａに操縦者Ｍのみが搭乗（一人乗り）しているものとする。

ホバリング時は、図２（ａ）に示したように、操縦者Ｍは、推進器２（ファン２１）の駆動軸が略鉛直方向となるようにハンドル６を操作する。かかる操作によって、推進器２の推力は機体に揚力のみを発生させ、機体に推力を発生しないようにすることができる。また、ホバリング時は、推進器２の揚力と機体の重力とが略一致するように原動機３の出力を調整する。ホバリングは、空中で垂直離着陸機１を停止させた状態であるが、鉛直方向に離着陸するときの上昇時や下降時もホバリングと実質的に同じ姿勢となる。すなわち、離陸時は、推進器２の揚力が機体の重力よりも大きくなるように原動機３の出力を調整し、着陸時は、推進器２の揚力が機体の重力よりも小さくなるように原動機３の出力を調整すればよい。

前進時は、図２（ｂ）に示したように、操縦者Ｍは、ハンドル６を身体に近付けて座席５に対してフレーム４、すなわち、推進器２（ファン２１）を前方に傾動させる。かかる操作により、推進器２（ファン２１）は、斜め後方に向かって空気を噴出することができ、推進器２の推力の前後方向成分により、機体を前進させることができる。また、前方に直進したい場合には、推進器２の推力の鉛直方向成分（揚力）と機体の重力とが略一致するように原動機３の出力を調整すればよい。

右旋回時は、図３（ａ）に示したように、操縦者Ｍから見て右側に操縦者Ｍが体重移動することによって、機体を右側に傾ける。かかる操作によって、機体の左側に向かって推力を発生させることができ、右に旋回することができる。

左旋回時は、図３（ｂ）に示したように、操縦者Ｍから見て左側に操縦者Ｍが体重移動することによって、機体を左側に傾ける。かかる操作によって、機体の右側に向かって推力を発生させることができ、左に旋回することができる。

続いて、上述した垂直離着陸機１の飛行原理について、図４及び図５を参照しつつ説明する。ここで、図４は、第一実施形態に係る垂直離着陸機の飛行原理を示す図であり、（ａ）はホバリング時、（ｂ）はホバリング外乱発生時、を示している。図５は、第一実施形態に係る垂直離着陸機の飛行原理を示す図であり、（ａ）は前進時、（ｂ）は左旋回時、を示している。各図において、ファン２１以外の機体の図を省略し、機体の重心をＧとし、揚力の作用点をＦとしている。第一実施形態に係る垂直離着陸機１では、重心Ｇよりも作用点Ｆは上方に位置している。

図４（ａ）はホバリング時の飛行原理を示している。図４（ａ）において左図は側面図、右図は正面図を示している。図４（ａ）に示したように、ホバリング時には、ファン２１の駆動軸は鉛直方向に向いており、作用点Ｆと重心Ｇとを結ぶ機体軸ＦＧも鉛直方向に向いている。このとき、ファン２１は、鉛直方向上方に推力ｆを発生し、この推力ｆが揚力として機体に作用する。また、機体には、鉛直方向下方に重力ｇが生じている。したがって、ホバリング時には、推力ｆ（揚力）と重力ｇとが同じ大きさを有し、釣り合った状態となっている。

図４（ｂ）はホバリング外乱発生時の飛行原理を示している。図４（ｂ）において左図は側面図、右図は正面図を示している。まず、図４（ｂ）の側面図に示したように、ホバリング時に風等の外乱を受けて機体が前方に傾いた場合を想定する。この場合、ファン２１の駆動軸及び機体軸ＦＧは、前方に傾斜した状態となる。このとき、ファン２１の推力ｆの鉛直方向成分ｆｖは揚力として機体に作用し、この鉛直方向成分ｆｖ（揚力）は重力ｇと釣り合うように調整される。また、機体軸ＦＧが前方に傾斜していることから、重力ｇは機体軸ＦＧ方向の軸方向成分ｇａと傾斜方向成分ｇｔとに分離することができる。この傾斜方向成分ｇｔは、重心Ｇを作用点Ｆに対して前方向に移動させることとなるため、復元力として機体に作用する。

次に、図４（ｂ）の正面図に示したように、ホバリング時に風等の外乱を受けて機体が左側に傾いた場合を想定する。この場合も同様に、推力ｆの鉛直方向成分ｆｖ（揚力）は重力ｇと釣り合うように調整され、重力ｇの傾斜方向成分ｇｔは、重心Ｇを作用点Ｆに対して左方向に移動させることとなるため、復元力として機体に作用する。

図５（ａ）は前進時の飛行原理を示している。図５（ａ）は側面図を示している。図５（ａ）に示したように、前進時には、機体軸ＦＧに対してファン２１の駆動軸は前方に傾斜しており、ファン２１は駆動軸方向に推力ｆを発生している。このとき、推力ｆの鉛直方向成分ｆｖは揚力として機体に作用し、この鉛直方向成分ｆｖ（揚力）は重力ｇと釣り合うように調整される。また、推力ｆの水平方向成分ｆｈは、機体軸ＦＧを前方に移動させるように作用し、この水平方向成分ｆｈは機体の推力として作用し、機体を前方に移動（前進）させる。

図５（ｂ）は左旋回時の飛行原理を示している。図５（ｂ）は正面図を示している。図５（ｂ）に示したように、左旋回時には、ファン２１の駆動軸及び機体軸ＦＧは、左側に傾斜している。このとき、ファン２１の推力ｆの鉛直方向成分ｆｖは揚力として機体に作用し、この鉛直方向成分ｆｖ（揚力）は重力ｇと釣り合うように調整される。また、推力ｆの水平方向成分ｆｈは、作用点Ｆを左側に移動させるように向心力として作用し、その反作用として重心Ｇを右側に移動させるように遠心力ｆｃが作用する。その結果、機体は姿勢を維持したまま左旋回することとなる。なお、右旋回時の飛行原理は、左旋回時の飛行原理を左右反転させた場合と同じであるため、ここでは説明を省略する。

続いて、上述した飛行原理と同じ飛行原理を有する第二実施形態に係る垂直離着陸機１について、図６を参照しつつ説明する。ここで、図６は、本発明の第二実施形態に係る垂直離着陸機を示す図であり、（ａ）は機体全体を示す側面図、（ｂ）は座席とフレームの位置関係を示す側面図、（ｃ）はヒンジ部の拡大図、である。なお、上述した第一実施形態に係る垂直離着陸機１と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。

図６（ａ）〜（ｃ）に示した第二実施形態に係る垂直離着陸機１は、接地脚７をフレーム４に接続したものである。接地脚７を座席５ではなく、フレーム４に接続することにより、座席５の重量を軽くすることができ、ヒンジ（枢動軸４１及び挿通部５６）に係る負荷を軽減することができる。具体的には、接地脚７は、フレーム４に接続された支持フレーム４３に接続されている。支持フレーム４３は、例えば、略台形状のフレームにより構成されており、接地脚７が台形の下底を構成するように配置されている。また、支持フレーム４３は、図６（ｃ）にその一部を記載したように、下方に向かって左右の間隔が広くなるように形成されており、座席５の両側に支持フレーム４３が配置されるように構成されている。なお、ハンドル６は、支持フレーム４３に接続するようにしてもよい。

次に、本発明の他の実施形態に係る垂直離着陸機１について、図７を参照しつつ説明する。ここで、図７は、本発明の他の実施形態に係る垂直離着陸機を示す図であり、（ａ）は第三実施形態、（ｂ）は第四実施形態、を示している。なお、上述した第一実施形態又は第二実施形態に係る垂直離着陸機１と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。

図７（ａ）に示した第三実施形態に係る垂直離着陸機１は、原動機３を座席５の下部に配置し、推進器２（ファン２１）を座席５の隣接部に配置したものである。他の構成については、第二実施形態に係る垂直離着陸機１と同じ構成であるため、詳細な説明を省略する。また、図示しないが、推進器２（ファン２１）は、座席５の下部に配置された原動機３の隣接部に配置して座席５よりも下部に配置するようにしてもよい。

図７（ｂ）に示した第四実施形態に係る垂直離着陸機１は、推進器２が座席５の後部に配置される後部ファン２２を有するものである。他の構成については、第三実施形態に係る垂直離着陸機１と同じ構成であるため、詳細な説明を省略する。後部ファン２２は、例えば、ファン２１（左側ファン２１ａ及び右側ファン２１ｂ）よりも小型のダクテッドファンにより構成される。例えば、後部ファン２２が一基の場合には、左側ファン２１ａ、右側ファン２１ｂ及び後部ファン２２は、三角形の頂点を形成する位置に配置され、フレーム４は、三角形の各辺を構成するように形成される。また、例えば、後部ファン２２が二基の場合には、左側ファン２１ａ、右側ファン２１ｂ及び後部ファン２２は、四角形（例えば、正方形、長方形、台形等）の頂点を形成する位置に配置され、フレーム４は、四角形の各辺を構成するように形成される。

また、後部ファン２２の駆動軸は、ファン２１（左側ファン２１ａ及び右側ファン２１ｂ）の駆動軸と平行となるように配置してもよいし、図示したように、後部ファン２２の駆動軸を前方に傾斜するように配置してもよい。なお、ファン２１を座席５の下部又は隣接部に配置した場合には、ファン２１及び後部ファン２２の駆動軸を内側に傾斜させるように、すなわち、正面視したときにファン２１及び後部ファン２２が略Ｖ字形状を構成するように配置して、静安定を保持し易くするようにしてもよい。

続いて、第三実施形態に係る垂直離着陸機１の飛行原理について、図８及び図９を参照しつつ説明する。ここで、図８は、第三実施形態に係る垂直離着陸機の飛行原理を示す図であり、（ａ）はホバリング時、（ｂ）はホバリング外乱発生時、を示している。図９は、第三実施形態に係る垂直離着陸機の飛行原理を示す図であり、（ａ）は前進時、（ｂ）は左旋回時、を示している。各図において、ファン２１以外の機体の図を省略し、機体の重心をＧとし、揚力の作用点をＦとしている。第三実施形態に係る垂直離着陸機１では、重心Ｇは作用点Ｆよりもわずかに下方に位置しているものとする。また、ファン２１（左側ファン２１ａ及び右側ファン２１ｂ）は、正面視したときに略Ｖ字形状を構成するように配置されているものとする。

図８（ａ）はホバリング時の飛行原理を示している。図８（ａ）において左図は側面図、右図は正面図を示している。図８（ａ）に示したように、ホバリング時には、ファン２１の駆動軸は鉛直方向に向いており、作用点Ｆと重心Ｇとを結ぶ機体軸ＦＧも鉛直方向に向いている。このとき、ファン２１は、鉛直方向上方に推力ｆを発生し、この推力ｆが揚力として機体に作用する。なお、正面図に示したように、ファン２１の推力ｆは、左側ファン２１ａの推力ｆａと右側ファン２１ｂの推力ｆｂの合力によって求められる。また、機体には、鉛直方向下方に重力ｇが生じている。したがって、ホバリング時には、推力ｆ（揚力）と重力ｇとが同じ大きさを有し、釣り合った状態となっている。

図８（ｂ）はホバリング外乱発生時の飛行原理を示している。図８（ｂ）において左図は側面図、右図は正面図を示している。まず、図８（ｂ）の側面図に示したように、ホバリング時に風等の外乱を受けて機体が前方に傾いた場合を想定する。この場合、ファン２１の駆動軸及び機体軸ＦＧは、前方に傾斜した状態となる。このとき、ファン２１の推力ｆの鉛直方向成分ｆｖは揚力として機体に作用し、この鉛直方向成分ｆｖ（揚力）は重力ｇと釣り合うように調整される。また、機体軸ＦＧが前方に傾斜していることから、重力ｇは機体軸ＦＧ方向の軸方向成分ｇａと傾斜方向成分ｇｔとに分離することができる。この傾斜方向成分ｇｔは、重心Ｇを作用点Ｆに対して前方向に移動させることとなるため、復元力として機体に作用する。

次に、図８（ｂ）の正面図に示したように、ホバリング時に風等の外乱を受けて機体が左側に傾いた場合を想定する。この場合も同様に、推力ｆの鉛直方向成分ｆｖ（揚力）は重力ｇと釣り合うように調整され、重力ｇの傾斜方向成分ｇｔは、重心Ｇを作用点Ｆに対して左方向に移動させることとなるため、復元力として機体に作用する。また、ファン２１（左側ファン２１ａ及び右側ファン２１ｂ）が略Ｖ字形状に配置されていることから、左側ファン２１ａの推力ｆａは略鉛直方向に生じており、右側ファン２１ｂの推力ｆｂは内側に傾斜した方向に生じている。したがって、左側ファン２１ａの推力ｆａは揚力として機体に作用し、右側ファン２１ｂの推力ｆｂの鉛直方向成分ｆｂｖは揚力として機体に作用する。いま、左側ファン２１ａ及び右側ファン２１ｂの推力ｆは同じ大きさに調整されているとすれば、推力ｆａ＞鉛直方向成分ｆｂｖの関係が成り立つ。この揚力の差分（ｆａ−ｆｂｖ）は、左側ファン２１ａを上方に押し上げるように作用し、復元力として機体に作用する。

図９（ａ）は前進時の飛行原理を示している。図９（ａ）は側面図を示している。図９（ａ）に示したように、前進時には、機体軸ＦＧに対してファン２１の駆動軸は前方に傾斜しており、ファン２１は駆動軸方向に推力ｆを発生している。このとき、推力ｆの鉛直方向成分ｆｖは揚力として機体に作用し、この鉛直方向成分ｆｖ（揚力）は重力ｇと釣り合うように調整される。また、推力ｆの水平方向成分ｆｈは、機体軸ＦＧを前方に移動させるように作用し、この水平方向成分ｆｈは機体の推力として作用し、機体を前方に移動（前進）させる。

図９（ｂ）は左旋回時の飛行原理を示している。図９（ｂ）は正面図を示している。図９（ｂ）に示したように、左旋回時には、機体軸ＦＧは左側に傾斜している。また、ファン２１（左側ファン２１ａ及び右側ファン２１ｂ）が略Ｖ字形状に配置されており、左側ファン２１ａの推力ｆａは略鉛直方向に生じ、右側ファン２１ｂの推力ｆｂは内側に傾斜した方向に生じているものとする。このとき、左側ファン２１ａの推力ｆａは揚力として機体に作用し、右側ファン２１ｂの推力ｆｂの鉛直方向成分ｆｂｖは揚力として機体に作用する。そして、ファン２１の推力ｆ（推力ｆａと推力ｆｂの合力）の鉛直方向成分ｆｖ（すなわち、推力ｆａと鉛直方向成分ｆｂｖの合力）は揚力として機体に作用し、この鉛直方向成分ｆｖ（揚力）は重力ｇと釣り合うように調整される。また、推力ｆの水平方向成分ｆｈ、すなわち、右側ファン２１ｂの推力ｆｂの水平方向成分ｆｂｈは、作用点Ｆを左側に移動させるように向心力として作用し、その反作用として重心Ｇを右側に移動させるように遠心力ｆｃが機体に作用する。その結果、機体は姿勢を維持したまま左旋回することとなる。なお、右旋回時の飛行原理は、左旋回時の飛行原理を左右反転させた場合と同じであるため、ここでは説明を省略する。

続いて、第四実施形態に係る垂直離着陸機１の飛行原理について、図１０及び図１１を参照しつつ説明する。ここで、図１０は、第四実施形態に係る垂直離着陸機の飛行原理を示す図であり、（ａ）はホバリング時、（ｂ）はホバリング外乱発生時、を示している。図１１は、第四実施形態に係る垂直離着陸機の飛行原理を示す図であり、（ａ）は前進時、（ｂ）は左旋回時、を示している。各図において、ファン２１及び後部ファン２２以外の機体の図を省略し、機体の重心をＧとし、揚力の作用点をＦとしている。第四実施形態に係る垂直離着陸機１では、重心Ｇは作用点Ｆよりもわずかに上方に位置しているものとする。また、ファン２１（左側ファン２１ａ及び右側ファン２１ｂ）は、正面視したときに略Ｖ字形状を構成するように配置されているものとする。また、後部ファン２２はファン２１に対して前方に傾斜した状態に配置されているものとする。

図１０（ａ）はホバリング時の飛行原理を示している。図１０（ａ）において左図は側面図、右図は正面図を示している。図１０（ａ）に示したように、ホバリング時には、ファン２１の推力ｆ１と後部ファン２２の推力ｆ２の合力が作用点Ｆに対して鉛直方向の推力ｆを発生させるように機体の姿勢が調整される。具体的には、ファン２１の駆動軸は後方側に傾斜し、後部ファン２２の駆動軸は前方側に傾斜した状態に維持される。なお、正面図に示したように、ファン２１の推力ｆ１は、左側ファン２１ａの推力ｆａと右側ファン２１ｂの推力ｆｂの合力によって求められる。また、作用点Ｆと重心Ｇとを結ぶ機体軸ＦＧも鉛直方向に向いており、機体には鉛直方向下方に重力ｇが生じている。したがって、ホバリング時には、推力ｆ（揚力）と重力ｇとが同じ大きさを有し、釣り合った状態となっている。

図１０（ｂ）はホバリング外乱発生時の飛行原理を示している。図１０（ｂ）において左図は側面図、右図は正面図を示している。まず、図１０（ｂ）の側面図に示したように、ホバリング時に風等の外乱を受けて機体が前方に傾いた場合を想定する。この場合、ファン２１の推力ｆ１と後部ファン２２の推力ｆ２の合力である推力ｆ及び機体軸ＦＧは、前方に傾斜した状態となる。このとき、推力ｆの鉛直方向成分ｆｖは揚力として機体に作用し、この鉛直方向成分ｆｖ（揚力）は重力ｇと釣り合うように調整される。また、ファン２１及び後部ファン２２が前方に傾斜した結果、ファン２１の揚力（推力ｆ１の鉛直方向成分）は大きくなり、後部ファン２２の推力ｆ２の鉛直方向成分ｆ２ｖは小さくなる。したがって、ファン２１の揚力の増加分は機体の前部を上方に押し上げるように作用し、後部ファン２２の揚力の減少分は機体の後部を下方に押し下げるように作用する。すなわち、この揚力の変動分は、機体に対して復元力として作用することとなる。なお、図では、ファン２１の推力ｆ１が鉛直方向に向いている場合を図示している。

次に、図１０（ｂ）の正面図に示したように、ホバリング時に風等の外乱を受けて機体が左側に傾いた場合を想定する。この場合も同様に、推力ｆの鉛直方向成分ｆｖ（揚力）は重力ｇと釣り合うように調整される。また、ファン２１（左側ファン２１ａ及び右側ファン２１ｂ）が略Ｖ字形状に配置されていることから、左側ファン２１ａ及び右側ファン２１ｂが左側に傾斜した結果、左側ファン２１ａの揚力（推力ｆａの鉛直方向成分）は大きくなり、右側ファン２１ｂの推力ｆｂの鉛直方向成分ｆｂｖは小さくなる。したがって、左側ファン２１ａの揚力の増加分は機体の左側を上方に押し上げるように作用し、右側ファン２１ｂの揚力の減少分は機体の右側を下方に押し下げるように作用する。すなわち、この揚力の変動分は、機体に対して復元力として作用することとなる。なお、図では、左側ファン２１ａの推力ｆａが鉛直方向に向いている場合を図示している。

図１１（ａ）は前進時の飛行原理を示している。図１１（ａ）は側面図を示している。図１１（ａ）に示したように、前進時には、機体軸ＦＧが前方に傾斜した状態に固定されており、ファン２１及び後部ファン２２の駆動軸も前方に傾斜した状態になっている。このとき、ファン２１の推力ｆ１は鉛直方向成分ｆ１ｖ及び水平方向成分ｆ１ｈに分離することができ、後部ファン２２の推力ｆ２は鉛直方向成分ｆ２ｖ及び水平方向成分ｆ２ｈに分離することができる。鉛直方向成分ｆ１ｖと鉛直方向成分ｆ２ｖの合力は、推力ｆの鉛直方向成分ｆｖを構成し、この鉛直方向成分ｆｖ（揚力）は重力ｇと釣り合うように調整される。また、水平方向成分ｆ１ｈと水平方向成分ｆ２ｈの合力は、推力ｆの水平方向成分ｆｈを構成し、この水平方向成分ｆｈは機体の推力として作用し、機体を前方に移動（前進）させる。

図１１（ｂ）は左旋回時の飛行原理を示している。図１１（ｂ）は正面図を示している。図１１（ｂ）に示したように、左旋回時には、機体軸ＦＧは左側に傾斜している。また、ファン２１（左側ファン２１ａ及び右側ファン２１ｂ）が略Ｖ字形状に配置されており、左側ファン２１ａの推力ｆａは略鉛直方向に生じ、右側ファン２１ｂの推力ｆｂは内側に傾斜した方向に生じているものとする。このとき、左側ファン２１ａの推力ｆａは揚力として機体に作用し、右側ファン２１ｂの推力ｆｂの鉛直方向成分ｆｂｖは揚力として機体に作用する。そして、ファン２１の推力ｆ（推力ｆａと推力ｆｂの合力）の鉛直方向成分ｆｖ（すなわち、推力ｆａと鉛直方向成分ｆｂｖの合力）は揚力として機体に作用し、この鉛直方向成分ｆｖ（揚力）は重力ｇと釣り合うように調整される。また、推力ｆの水平方向成分ｆｈ、すなわち、右側ファン２１ｂの推力ｆｂの水平方向成分ｆｂｈは、作用点Ｆを左側に移動させるように向心力として作用し、その反作用として重心Ｇを右側に移動させるように遠心力ｆｃが機体に作用する。その結果、機体は姿勢を維持したまま左旋回することとなる。なお、ここでは、説明の便宜上、後部ファン２２の作用を無視している。また、右旋回時の飛行原理は、左旋回時の飛行原理を左右反転させた場合と同じであるため説明を省略する。

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１垂直離着陸機
２推進器
３原動機
４フレーム
５座席
５ａ前部座席
５ｂ後部座席
６ハンドル
７接地脚
２１ファン
２２後部ファン
４１枢動軸
５６挿通部

Claims

揚力及び推力を発生させるファンを有する推進器と、
該推進器に動力を供給する原動機と、
前記推進器及び前記原動機を連結するフレームと、
該フレームに対して前後方向に回動可能に接続されるとともに前記フレームに吊下げ支持された座席と、
前記フレームに接続されたハンドルと、
前記フレーム又は前記座席に接続された接地脚と、を有し、
前記推進器は、着陸時に前記ファンの駆動軸が鉛直方向となるように前記フレームに接続されており、
前記ハンドルを操作することによって、前記座席に対して前記フレームを相対移動させ、前記推進器の向きを変更するようにした、ことを特徴とする垂直離着陸機。
前記座席は、前部座席及び後部座席を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の垂直離着陸機。
前記フレームは、左右方向に延設された枢動軸を有し、前記座席は、前記枢動軸を挿通可能な挿通部を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の垂直離着陸機。
前記推進器は、前記座席の左側に配置される左側ファンと、前記座席の右側に配置される右側ファンと、を有することを特徴とする請求項１に記載の垂直離着陸機。
前記推進器は、前記座席の後部に配置される後部ファンを有する、ことを特徴とする請求項４に記載の垂直離着陸機。
前記推進器は、前記座席の上部、下部又は隣接部に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の垂直離着陸機。
前記推進器は、ダクテッドファンである、ことを特徴とする請求項１に記載の垂直離着陸機。