JP2013252756A - 飛行体の重心移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成部材の形状及び配置に大きな自由度を持たせて占有スペースを最小限とし、限られた機内スペースを有効活用するとともに、重心位置を大きく移動させて飛行性能を高め、意匠性の向上にも資する飛行体の重心移動装置を提供する。
【解決手段】飛行体（羽ばたき飛行体９）の飛行姿勢を制御するための重心移動装置１であって、飛行体９に配設され、バラスト液が流入または流出して飛行体９の重心位置を移動させ、内部のバラスト液量が一定量を越えたときバラスト液に圧力を付与する複数のバラストタンク６１〜６４と、バラストタンク６１〜６４へバラスト液を流入または流出させて、バラストタンク６１〜６４間にバラスト液を移送させるバラスト液移送部（送水ポンプ４５、調整弁部７、コントローラ、及び配管７１〜７６）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、飛行体の飛行姿勢を制御するための重心移動装置に関する。

近年、昆虫などを模した羽ばたき翼を備える飛行体が考えられている。この種の飛行体では、操舵翼や昇降舵を備えず、重心移動による飛行姿勢の制御によって操向制御を行う場合が多く、その一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１の小型飛行装置は、胴体の左右位置に設けられ独立して駆動できる複数の羽ばたき翼と、胴体の所要位置に設けられ錘の移動に伴い重心位置を変位させることができる重心移動装置とを備えている。重心移動装置は、２つの重心移動アクチュエータを胴体の前後方向と左右方向に配置して、錘を前後方向及び左右方向に移動させるものである。これにより、飛行速度及び飛行高度を自在に変更できるとともに、左右方向への旋回飛行を自在に行うことができ、高度な飛行性能を達成することができる、と記載されている。

特開２００６−１４２９１３号公報

ところで、操舵翼や昇降舵を備えない特許文献１の小型飛行体は、重心移動によって操向制御を行っている。そのため、重心移動範囲や重心移動速度が飛行性能を左右する。つまり、重心位置を大きく移動させて急旋回や急上昇及び急下降を行うためには、大掛かりな重心移動装置が必要となる。ところが、特許文献１では、重心移動装置の２つの重心移動アクチュエータにより錘を二次元方向に移動させるので、錘の移動範囲に他の部材を配置することができない。このため、機体に大きなデッドスペースが発生して大きな障害となる。また、所望する錘の移動長よりも２つの重心移動アクチュエータの全長が大きくなることから飛行体への搭載が難しくなる。さらに、錘の移動方向の直線上にアクチュエータを延設しなければならないという重心移動装置の搭載位置の制約のため、機体デザイン（意匠）の低下も生じている。

本発明は上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、構成部材の形状及び配置に大きな自由度を持たせて占有スペースを最小限とし、限られた機内スペースを有効活用するとともに、重心位置の移動範囲を拡大して飛行性能を高め、意匠性の向上にも資する飛行体の重心移動装置を提供することを解決すべき課題とする。

本発明の飛行体の重心移動装置は、飛行体の飛行姿勢を制御するための重心移動装置であって、前記飛行体に配設され、バラスト液が流入または流出して前記飛行体の重心位置を移動させ、内部のバラスト液量が一定量を越えたとき前記バラスト液に圧力を付与する複数のバラストタンクと、前記バラストタンクへ前記バラスト液を流入または流出させて、前記バラストタンク間に前記バラスト液を移送させるバラスト液移送部と、を備える。

さらに、前記バラストタンクは、容積を可変して変形する、ことが好ましい。

また、前記バラスト液移送部は、前記飛行体の飛行の揚力または推進力の発生手段を駆動する駆動源に連動駆動される送液ポンプを含む、ことが好ましい。

さらに、前記バラスト液は前記駆動源を冷却するための冷却液を兼ね、前記送液ポンプは前記バラスト液を前記駆動源に送給する、ことが好ましい。

また、前記バラスト液移送部は、前記バラスト液を高圧で蓄積したアキュームレータを含む、ことでもよい。

本発明の飛行体の重心移動装置では、飛行体に配設された複数のバラストタンクの内部のバラスト液量をバラスト液移送部で調整して重心位置を移動させる。このため、複数のバラストタンク及びバラスト液移送部のレイアウトは、特許文献１に例示された錘を移動させる従来技術と比較して自由度が大きい。例えば、本発明では、飛行体の機体の中央から離れかつ他の機材の邪魔にならない任意の位置に複数のバラストタンクを配置し、タンク間を結ぶ任意のルートをバラスト液移送部で連結して、重心移動装置を構成することができる。一方、特許文献１では錘を二次元方向に移動させる範囲に他の部材を配置することができず大きなデッドスペースが発生する。したがって、本発明によれば、機体の他の機材の邪魔にならない位置に重心移動装置を配設でき、限られた機内スペースを有効活用できる。

また、飛行体の中立姿勢の重心位置からバラストタンクを大きく離して取り付けることで重心位置を大きく移動できるので、特許文献１に例示されるアクチュエータの延設範囲内でしか重心位置の調整を行えない従来技術と比較して、急旋回や急上昇、急下降などの飛行性能を高めることができる。

さらに、バラストタンクの内部のバラスト液量が一定量を越えたときバラスト液に圧力を付与するので、圧力によりバラスト液の流出が容易になって、バラスト液の移送が迅速に行われる。これにより、重心位置を迅速に移動できるので、飛行性能を高めることができる。逆の見方をすれば、バラストタンクの圧力によって液移送がアシストされるので、バラスト液移送部のパワーを低減して簡素化できる。

なお、バラスト液量が一定量を越えたときバラスト液に圧力を付与するバラストタンクとしては、例えば、伸縮性を有する素材で形成され、素材の伸長が始まる直前の内容積が前記一定量である袋状のタンクを用いることができる。仮に、バラストタンクをシリンダ及び付勢されたピストンで構成して常時付勢圧力を付与していると、バラスト液を流入させるために付勢圧力に対向する圧力が必要になり、バラスト液移送部の所要パワーが増大する。また、特定のバラストタンクのバラスト液量が一定量を越えている状態は、重心位置が極端に傾いている状態であることが多い。そして、傾いている重心位置を中立位置あるいは他の重心位置に速やかに移動させる必要性が往々に生じ得る。これらを考慮すると、バラストタンクがバラスト液に常時圧力を付与する構成や、圧力を全く付与しない構成と比較して、本発明は重心位置を迅速に移動でき、かつバラスト液移送部を簡素化できる。

さらに、バラストタンク及びバラスト液移送部のレイアウトの自由度が大きいことに加えて、バラストタンクの形状自体にも自由度があるので、意匠性の向上に適した形状を採用できる。

また、バラストタンクが容積を可変して変形する態様では、バラスト液の流入により飛行体の重心位置から離れた方向へ膨張変形することが可能になる。これにより、バラスト液を含んだバラストタンク個々の重量が増加すると同時に、バラストタンク個々の重心位置が飛行体の重心位置から遠ざかって二重の効果が生じ、重心移動範囲が格段に拡がる。

また、バラスト液移送部が飛行用の駆動源に連動駆動される送液ポンプを含む態様では、重心移動用の駆動源が不要になるので、バラスト液移送部を簡素化でき、重心移動装置を簡素化して小形軽量化できる。

さらに、バラスト液が駆動源を冷却するための冷却液を兼ね、送液ポンプがバラスト液を駆動源に送給する態様では、駆動源を冷却できるので長時間の飛行が可能になる。また、専用の冷却装置が不要になり、飛行体の全体構成を簡素化して軽量化できる。

また、バラスト液移送部がバラスト液を高圧で蓄積したアキュームレータを含む態様では、アキュームレータからバラストタンクへとバラスト液を高速で流入させて重心位置を迅速に移動できるので、飛行性能を高めることができる。

なお、本発明は、背景技術で例示説明した羽ばたき形の小型飛行体に適用範囲を限定するものではなく、操舵翼や昇降舵を備えない飛行体であれば大きさや構造を問わず適用可能であり、上述した各効果が発生する。

第１実施形態の重心移動装置を搭載した羽ばたき飛行体の平面部分断面図である。 第１実施形態の重心移動装置を搭載した羽ばたき飛行体の側面部分断面図である。 第１実施形態の重心移動装置を搭載した羽ばたき飛行体の正面部分断面図である。 羽ばたき飛行体から胴体及び重心移動装置を取り外した状態の斜視図である。 第１実施形態の飛行体の重心移動装置の各部の配管接続及び制御の構成を示すシステム構成図である。 バラストタンク及び調整弁部の具体的な構成例を説明する図であり、前側バラストタンクを例にして、（１）は内部の水量が最小の状態、（２）は内部の水量が最大の状態を示す。 重心位置の前後方向の移動による姿勢制御の作用を概念的に説明する図であり、（１）は中立姿勢、（２）は下降姿勢、（３）は上昇姿勢を示している。 重心位置の左右方向の移動による姿勢制御の作用を概念的に説明する図であり、（１）は中立姿勢、（２）は右旋回姿勢、（３）は左旋回姿勢を示している。 重心位置を移動させる調整弁部の水流制御作用を模式的に説明する図であり、（１）は中立姿勢、（２）は下降姿勢、（３）は上昇姿勢、（４）は右旋回姿勢、（５）は左旋回姿勢をそれぞれ示している。 第２実施形態の飛行体の重心移動装置の各部の配管接続及び制御の構成を示すシステム構成図である。 バラストタンクの変形例１の断面図であり、（１）は内部の水量が最小の状態、（２）は内部の水量が最大の状態を示す。 バラストタンクの変形例２の断面図であり、（１）は内部の水量が最小の状態、（２）は内部の水量が最大の状態を示す。 バラストタンクの変形例３の断面図であり、（１）は内部の水量が最小の状態、（２）は内部の水量が最大の状態を示す。 バラストタンクの変形例４の断面図であり、（１）は内部の水量が最小の状態、（２）は内部の水量が最大の状態を示す。

本発明の第１実施形態の飛行体の重心移動装置１を搭載した羽ばたき飛行体９の全体構成について、図１〜図４を参考にして説明する。図１は第１実施形態の重心移動装置１を搭載した羽ばたき飛行体９の平面部分断面図、図２は羽ばたき飛行体９の側面部分断面図、図３は羽ばたき飛行体９の正面部分断面図である。また、図４は、羽ばたき飛行体９から胴体２及び重心移動装置１を取り外した状態の斜視図である。図示されるように、羽ばたき飛行体９は、胴体２、４枚の羽ばたき翼３１〜３４、及び尾翼５で構成され、重心移動装置１は胴体２の内部に配設されている。

胴体２は、略矩形の箱形状であり、軽量な樹脂などを用いて形成されている。胴体２の前部上側に、４枚の羽ばたき翼３１〜３４が揺動可能に配設されている。４枚の羽ばたき翼３１〜３４は、概ね同一形状の薄板であり、前縁３Ｆは胴体２に直角な直線状で、後縁３Ｂは曲線状になっている。４枚の羽ばたき翼３１〜３４の前後方向の幅は、胴体２に近い基部３Ｋで広く、胴体２から離れた端部３Ｔに向かうにつれて徐々に狭まり、端部３Ｔは尖端になっている。羽ばたき翼３１〜３４は、図には明瞭に示されていない曲率を有して湾曲しており、飛行に適した揚力及び推進力を発生できるように形成されている。

１枚目と３枚目の羽ばたき翼３１、３３の前縁３Ｆの胴体２寄りの部分は、図４に示されるように、Ｖ字状の連結材３５によって連結されている。同様に、２枚目と４枚目の羽ばたき翼３２、３４の前縁３Ｆの胴体２寄りの部分も、別のＶ字状の連結材３５によって連結されている。２つの連結材３５のＶ字状の根元には、径差を有する筒状の揺動軸３６がそれぞれ前後方向に立設され、同軸内外に配置されている。さらに、２つの揺動軸３６は、相対回転可能に胴体２に軸承されている。

胴体２の前部上側には駆動源としてのモータ４が配設されている。また、胴体２の後部上側にはモータ４の電源となるバッテリ４９が配設され、図略の配線材でモータ４に配線接続されている。モータ４の出力軸は、前後方向に延在しており、出力軸の前側に配設された飛行駆動部４１を駆動するとともに、出力軸の後側に配設された送水ポンプ４５を駆動する。送水ポンプ４５とモータ４との間には、往復する冷却配管４８（図５参照）が延設されている。モータ４は、送水ポンプ４５から冷却配管４８を介して送給される冷却水により水冷される。

飛行駆動部４１は、図４に示されるように、減速機構４２、出力ギヤ４３、及び２本の駆動ロッド４４で構成されている。減速機構４２は、胴体２の前端に配置されており、複数のギヤの噛み合いでモータ４の出力軸の回転を減速して出力ギヤ４３に伝達する。出力ギヤ４３は胴体２の前端下部に配置されており、胴体２の幅方向の垂直面内で回転する。出力ギヤ４３の軸心から偏心して、前向きに偏心軸４３１が立設されている。２本の駆動ロッド４４の一端４４１は、出力ギヤ４３の偏心軸４３１に相対回転可能に連結されている。一方の駆動ロッド４４の他端４４２は、１枚目と３枚目の羽ばたき翼３１、３３を連結した連結材３５の端部に相対回転可能に連結されている。同様に、他方の駆動ロッド４４の他端４４３は、２枚目と４枚目の羽ばたき翼３２、３４を連結した連結材３５の端部に相対回転可能に連結されている。

上述の構成により、モータ４が回転すると、出力ギヤ４３が回転して２本の駆動ロッド４４が上下動する。これにより、連結材３５が駆動され、羽ばたき翼３１〜３４は、揺動軸３６を中心に揺動して羽ばたく。かつ、１枚目と３枚目の羽ばたき翼３１、３３及び２枚目と４枚目の羽ばたき翼３２、３４がそれぞれ連動し、概ね左右対称の羽ばたき動作となる。

一方、胴体２の後部上側から、後上方に傾斜しつつ翼幅が徐々に増加する尾翼５が配設されている。尾翼５は、羽ばたき飛行体９の飛行姿勢を安定化するためのものである。

次に、第１実施形態の飛行体の重心移動装置１の構成について説明する。図５は、第１実施形態の飛行体の重心移動装置１の各部の配管接続及び制御の構成を示すシステム構成図である。図中の太い矢印は、バラスト液（後述する水）の流れる方向を示している。重心移動装置１は、前述した送水ポンプ４５、４個のバラストタンク６１〜６４、調整弁部７、コントローラ８、及び配管７１〜７６などで構成されている。重心移動装置１は、４個のバラストタンク６１〜６４内のバラスト液の液量を調整して飛行体９の重心位置Ｇを前後方向及び左右方向に移動させる装置であり、バラスト液には水を用いる。

図１〜図３に示されるように、４個のバラストタンク６１〜６４は、互いに同一形状であり、胴体２の前後左右の下側にそれぞれ配設されている。すなわち、前側バラストタンク６１は胴体２の最前部のモータ４の下方に配設され、後側バラストタンク６２は胴体２の最後部のバッテリ４９の下方に配設されている。前側バラストタンク６１及び後側バラストタンク６２は、羽ばたき飛行体９の中立姿勢の重心位置Ｇから前後に大きく離れて配設されている。また、右側バラストタンク６３及び左側バラストタンク６４は、胴体２の中央下側の左右の胴体内壁に近接してそれぞれ配設されている。右側バラストタンク６３及び左側バラストタンク６４は、羽ばたき飛行体９の中立姿勢の重心位置Ｇから左右に大きく離れて配設されている。さらに、各バラストタンク６１〜６４は、他の機材の邪魔にならない位置が選ばれて取り付けられている。

調整弁部７は、胴体２の送水ポンプ４５とバッテリ４９の間で中央よりも若干前寄りに配設されている。調整弁部７は、送水ポンプ４５の吐出側の配管７５と吸入側の配管７６とに接続されている。また、調整弁部７は、各バラストタンク６１〜６４と配管７１〜７４により接続されている。これらの配管７１〜７６は、軽量でフレキシビリティを有する素材、例えば樹脂製チューブで形成されている。したがって、胴体２内での配設ルートの自由度が大きく、他の機材の邪魔にならないように配設されている。図５に示されるように、送水ポンプ４５から吐出される水は分流し、冷却配管４８を介してモータ４に送給されるとともに、配管７５を介して調整弁部７に送給される。また、バラストタンク６１〜６４のバラスト液となる水は、モータ４の冷却水を兼ねている。本実施形態ではバラスト液に水を用い冷却水を兼ねるようにしているが、これに限定されることなく、バラスト液にオイルなどの流体を用いても構わない。

調整弁部７の内部の水の流れを制御するために、コントローラ８が設けられている。コントローラ８は、４個のバラストタンク６１〜６４における水の流入状態、流出状態、及び閉止状態を独立して制御できるようになっている。さらに、コントローラ８には、姿勢センサ８１及び無線受信機８２が接続されている。姿勢センサ８１は羽ばたき飛行体９の飛行姿勢を検知して、検知情報をコントローラ８に送出する。無線受信機８２は、地上の操縦者からの指令無線信号を受信してコントローラ８に送出する。コントローラ８は、現在の飛行姿勢及び指令無線信号に基づいて次の飛行姿勢を演算し、これに必要となるバラストタンク６１〜６４の水量配分を演算して調整弁部７に制御指令を発する。

図６は、バラストタンク６１及び調整弁部７の具体的な構成例を説明する図であり、前側バラストタンク６１を例にして、（１）は内部の水量が最小の状態、（２）は内部の水量が最大の状態を示す。前側バラストタンク６１には、伸縮性を有する素材、例えば合成ゴムなどで形成された袋状のタンクが用いられている。前側バラストタンク６１は、素材の伸長が始まる直前までは内部の水に圧力を付与せず、流入した水が一定量を越えて素材の伸長が始まると内部の水に圧力を付与し、容積を可変して膨張変形及び縮小変形するようになっている。具体的に、バラストタンク６１は、図６の（１）に示される水量が最小の状態で小さな楕円球状に縮小し、（２）に示される水量が最大の状態で大きな球状に膨張する。また、バラストタンク６１は、（２）に例示されるように内部の水量が一定量を越えたときに、内部の水に圧力を付与するようになっている。これにより、一定量を越えているときの水の流出が容易になり、送水ポンプ４５に過大な吸入性能が不要となる。

また、調整弁部７は、各バラストタンク６１〜６４ごとに図６に示される三方弁７７を設けて、合計４個の三方弁７７により構成することができる。三方弁７７は、例えば、バッテリ４９から供給される電力により駆動される電磁弁とすることができる。三方弁７７の流入ポート７７ｉは配管７５を介して送水ポンプ４５の吐出側に連通され、流出ポート７７ｏは配管７６を介して送水ポンプ４５の吸入側に連通されている。そして、三方弁７７の共通ポート７７ｃは配管７１を介して前側バラストタンク６１に連通されている。三方弁７７は、コントローラ８からの制御指令により、流入状態、流出状態、及び閉止状態のいずれかに制御される。

図６の（２）から（１）に移行する水の流出では、（１）に示されるように三方弁７７の内部が流出ポート７７ｏと共通ポート７７ｃとに連通した流出状態となり、前側バラストタンク６１から送水ポンプ４５へと水が吸入される。このとき、前側バラストタンク６１の内部の水量が一定量を越えていれば、素材の圧縮力で水に圧力が作用して前側バラストタンク６１からの水の流出が促進される。また、図６の（１）から（２）に移行する水の流入では、（２）に示されるように三方弁７７の内部が流入ポート７７ｉと共通ポート７７ｃとに連通した流入状態となり、送水ポンプ４５から前側バラストタンク６１に水が圧送される。図略の三方弁７７の閉止状態では、共通ポート７７ｃは流入ポート７７ｉにも流出ポート７７ｏにも連通されずに閉止され、前側バラストタンク６１の内部の水量が維持される。

本第１実施形態において、送水ポンプ４５、調整弁部７、コントローラ８、及び配管７１〜７６により、本発明のバラスト液移送部が構成されている。

次に、第１実施形態の飛行体の重心移動装置１の重心移動の作用について説明する。図７は、重心位置Ｇの前後方向の移動による姿勢制御の作用を概念的に説明する図であり、（１）は中立姿勢、（２）は下降姿勢、（３）は上昇姿勢を示している。図７で、重心位置Ｇは中立姿勢における位置を示し、前側及び後側バラストタンク６１、６２の膨張変形及び縮小変形は省略して内部の水量変化のみを模式的に図示している。なお、中立姿勢の重心位置Ｇは、便宜的に胴体２の中央としたが、実際には胴体２内の各部材の配置を適宜変更することで位置調整可能である。

図７の（１）に示されるように前側及び後側バラストタンク６１、６２の内部の水量が等しいとき、羽ばたき飛行体９は前後に水平な中立姿勢をとる。また、このときの重心位置Ｇが中立姿勢における重心位置Ｇである。これに対し、図７の（２）に示されるように前側バラストタンク６１の水量が後側バラストタンク６２の水量よりも多くなると、重心位置Ｇが矢印ＧＦで示されるように前方に移動する。これにより、羽ばたき飛行体９は、矢印ＦＤで示されるように前側が下方に俯いた下降姿勢をとる。逆に、図７の（３）に示されるように前側バラストタンク６１の水量が後側バラストタンク６２の水量よりも少なくなると、重心位置Ｇが矢印ＧＢで示されるように後方に移動する。これにより、羽ばたき飛行体９は、矢印ＦＨで示されるように前側が上方を仰ぐ上昇姿勢をとる。

上述した中立姿勢、下降姿勢、及び上昇姿勢の飛行姿勢制御と、羽ばたき翼３１〜３４が発生する推進力及び揚力の制御との組合せにより、羽ばたき飛行体９は前進及び後退、上昇及び下降、ならびにホバリングを自在に行える。

なお、図７の（２）及び（３）では、前側及び後側バラストタンク６１、６２の水量を０％と１００％とに制御して最大俯角及び最大仰角を実現するが、これに限定されない。つまり、前側及び後側バラストタンク６１、６２の水量の比率を適宜配分することで、所望する俯角及び仰角に自在に制御できる。

図８は、重心位置Ｇの左右方向の移動による姿勢制御の作用を概念的に説明する図であり、（１）は中立姿勢、（２）は右旋回姿勢、（３）は左旋回姿勢を示している。図８で、中立姿勢における重心位置Ｇは便宜的に胴体２の中央とし、右側及び左側バラストタンク６３、６４の膨張変形及び縮小変形は省略して内部の水量変化のみを模式的に図示している。

図８の（１）に示されるように右側及び左側バラストタンク６３、６４の内部の水量が等しいとき、羽ばたき飛行体９は左右に水平な中立姿勢となって直進飛行を維持し、このときの重心位置Ｇが中立姿勢における重心位置Ｇとなる。これに対し、図８の（２）に示されるように右側バラストタンク６３の水量が左側バラストタンク６４の水量よりも多くなると、重心位置Ｇが矢印ＧＲで示されるように右方に移動する。これにより、羽ばたき飛行体９は、矢印ＦＲで示されるように右側バラストタンク６３方向に傾いた右旋回姿勢となり、右旋回しながら飛行する。逆に、図８の（３）に示されるように右側バラストタンク６３の水量が左側バラストタンク６４の水量よりも少なくなると、重心位置Ｇが矢印ＧＬで示されるように左方に移動する。これにより、羽ばたき飛行体９は、矢印ＦＬで示されるように左側バラストタンク６４方向に傾いた左旋回姿勢となり、左旋回しながら飛行する。

なお、右側及び左側バラストタンク６３、６４の水量の比率を０％と１００％とに制御すれば最大限の急旋回となり、比率を適宜配分することで所望する旋回姿勢として旋回半径を自在に調整できる。また、図７と図８とを併用することもでき、例えば、下降しながらの右旋回飛行や、上昇しながらの左旋回飛行などが可能である。

次に、第１実施形態の飛行体の重心移動装置１で重心位置Ｇを移動させるコントローラ８及び調整弁部７の水流制御作用について説明する。図９は、重心位置Ｇを移動させる調整弁部７の水流制御作用を模式的に説明する図である。図９で、（１）は中立姿勢、（２）は下降姿勢、（３）は上昇姿勢、（４）は右旋回姿勢、（５）は左旋回姿勢をそれぞれ示している。

図９の（１）中立姿勢で、コントローラ８及び調整弁部７は、４個のバラストタンク６１〜６４の内部の水量がそれぞれ２５％で均等になるように制御する。ここで、水量１００％は、モータ４５の冷却に用いられる冷却水の分を除いた重心移動用に用いることのできる全水量を意味する。（２）の下降姿勢では前側バラストタンク６１の水量１００％で他の３個のバラストタンク６２、６３、６４の水量０％に制御し、（３）の上昇姿勢では後側バラストタンク６２の水量１００％で他の３個のバラストタンク６１、６３、６４の水量０％に制御する。同様に、（４）の右旋回姿勢では右側バラストタンク６３の水量１００％で他の３個のバラストタンク６１、６２、６４の水量０％に制御し、（５）の左旋回姿勢では左側バラストタンク６４の水量１００％で他の３個のバラストタンク６１、６２、６３の水量０％に制御する。本第１実施形態では、水を貯留するアキュームレータタンクを有さないので、４個のバラストタンク６１〜６４の内部の水量の和は常に一定量１００％となる。

一定の飛行姿勢を維持するときには、コントローラ８は、調整弁部７の全体を閉止状態とする制御指令を発する。これにより、送水ポンプ４５から吐出される全ての水が冷却水としてモータ４に送給される。また、例えば、水平直進飛行から下降飛行に移行するときには、図９の（１）の中立姿勢から（２）の下降姿勢に移行するようにコントローラ８から調整弁部７に制御指令を発する。調整弁部７は、水量が不足になっている前側バラストタンク６１に水が流入できる状態に制御され、水量が余分になっている他の３つのバラストタンク６２、６３、６４から水が流出できる状態に制御される。これにより、３つのバラストタンク６２、６３、６４から、前側バラストタンク６１に水が移送される。

他の飛行姿勢の移行についても同様であり、水量が余分なバラストタンクから水量が不足したバラストタンクに水が移送される。また、図７と図８とを併用した場合、例えば下降しながらの右旋回飛行では、前側バラストタンク６１の水量５０％として下降姿勢を確保しつつ、右側バラストタンク６３の水量５０％として右旋回姿勢を重畳して確保する。その他、４個のバラストタンク６１〜６４に適宜水量配分することで、所望する任意の飛行姿勢を実現できる。

上述のように構成された第１実施形態の飛行体の重心移動装置１によれば、４個のバラストタンク６１〜６４、調整弁部７、及びコントローラ８は、胴体２内の他の機材の邪魔にならない任意の位置に配設でき、配管７１〜７６の連結ルートや電気配線の配線ルートも任意に配設できる。したがって、特許文献１に例示された錘を移動させる従来技術と比較して自由度が大きく、胴体２内の限られた機内スペースを有効活用できる。これにより、例えば、接近が困難な場所を調査するためのカメラやセンサなどを、胴体２内に自由に搭載配置できる。

また、中立姿勢の重心位置Ｇからバラストタンク６１〜６４を大きく離して取り付けており、重心位置Ｇの移動範囲を大きくできるので、急旋回や急上昇、急下降などの飛行性能を高めることができる。さらに、バラストタンク６１〜６４の内部の水量が一定量を越えたとき、内部の水に圧力を付与するので、水の流出が容易になり、水の移送が迅速に行われる。これにより、重心位置Ｇを迅速に移動でき、飛行性能を高めることができる。逆の見方をすれば、送水ポンプ４５に過大な吸入性能が不要となり、重心移動装置１を簡素化できる。

また、バラスト液移送部が飛行用の駆動源に連動駆動される送液ポンプ４５を含むので、重心移動用の駆動源が不要になっている。加えて、バラスト液となる水がモータ４を冷却するための冷却水を兼ね、重心移動用の送液ポンプ４５が水をモータ４に送給する。これらの総合的な効果により、重心移動装置１を簡素化して小形軽量化でき、羽ばたき飛行体９の全体構成を簡素化して軽量化できる。また、軽量化とともにモータ４を冷却する効果により、長時間の飛行が可能になる。

次に、バラスト液移送部にアキュームレータ４７を含む第２実施形態の飛行体の重心移動装置１Ａについて説明する。図１０は、第２実施形態の飛行体の重心移動装置１Ａの各部の配管接続及び制御の構成を示すシステム構成図である。図１０を図５と比較すれば分かるように、第２実施形態では、送水ポンプ４５の吐出側と調整弁部７とを接続する配管７５の途中に、アキュームレータ４７が追加されている。アキュームレータ４７は、水を高圧で貯留する容積可変のタンクであり、胴体２の中立姿勢における重心位置Ｇ付近に配設されている。第２実施形態のその他の部分は、第１実施形態と同一構造が採用されている。

アキュームレータ４７は、例えば図示されるように、密閉された筒状のシリンダ容器４７１と、シリンダ容器４７１の内部を区画しつつ軸方向に摺動する板状のピストン４７２と、ピストン４７２を付勢して区画された一方の内部空間４７４を高圧に保持する付勢ばね４７３とで構成することができる。水を高圧で貯留する一方の内部空間４７４は、配管４７により送水ポンプ４５の吐出側及び調整弁部７に連通されている。

アキュームレータ４７は、飛行姿勢を移行しないときに予め送水ポンプ４５により貯水されており、飛行姿勢を移行するときに送水ポンプ４５と協働して調整弁部７に水を圧送する。なお、送水ポンプ４５の吐出側とアキュームレータ４７とを接続した配管７５の冷却配管４８が分岐した以降に電磁弁を追加配設して、配管７５を開閉制御できるようにしてもよい。これにより、飛行姿勢を移行する際にアキュームレータ４７単独で水を圧送したり、アキュームレータ４７に貯水するタイミングを制御したりできる。

アキュームレータ４７と送水ポンプ４５が協働して調整弁部７に水を圧送する態様では、重心位置Ｇを迅速に移動でき、飛行性能が高められる。また、アキュームレータ４７単独で水を圧送する態様では、飛行駆動部４１と送水ポンプ４５とで重負荷となる時間帯をずらすことができ、送水ポンプ４５及びモータ４を小容量に簡素化できる。

例えば、水平直進飛行から上昇飛行に移行する場合、第１実施形態では、飛行駆動部４１の高速動作と送水ポンプ４５による重心位置Ｇの移動とを並行駆動する必要が有り、モータ４は重負荷に陥っていた。これに対し、第２実施形態では、モータ４は飛行駆動部４１の高速動作のみを駆動すればよく、重心位置Ｇの移動はアキュームレータ４７によって駆動されるので、モータ４は重負荷に陥らない。

また、羽ばたき翼３１〜３４を下げて揚力を発生するときにモータ４は相対的に重負荷になり、羽ばたき翼３１〜３４を上げるときにモータ４は軽負荷になる。したがって、羽ばたき動作に同期してアキュームレータ４７への貯水動作をオンオフ制御すれば、モータ４の軽負荷の時間帯を利用して貯水することができる。

第２実施形態における、上記以外の動作、作用、及び効果は第１実施形態と同様であり、説明は省略する。

次に、バラストタンクの構造変形例について説明する。図１１〜図１４は、それぞれバラストタンク６ａ〜６ｄの変形例１〜４の断面図であり、それぞれの図で（１）は内部の水量が最小の状態、（２）は内部の水量が最大の状態を示す。各バラストタンク６ａ〜６ｅは、第１実施形態のバラストタンク６１〜６４と同様に、容積を可変して変形し、かつ内部の水量が一定量を越えたときに内部の水に圧力を付与するようになっている。また、各図において、羽ばたき飛行体９の重心位置Ｇは、図中の左方に位置している。

図１１に示される変形例１のバラストタンク６ａは、（１）の最小水量で不定形にしぼんでおり、（２）の最大水量で横向き棒状に膨張して容積が増加する。図１２に示される変形例２のバラストタンク６ｂは、伸縮する蛇腹状筒部を有する横向き円柱状であり、（１）の最小水量で蛇腹状筒部が縮み、（２）の最大水量で蛇腹状筒部が伸長して容積が増加する。図１３に示される変形例３のバラストタンク６ｃは、渦巻き状及び太棒状に変形可能な形状であり、（１）の最小水量で渦巻き状に縮み、（２）の最大水量で太棒状に伸長して容積が増加する。図１４に示される変形例４のバラストタンク６ｄは、伸縮する蛇腹状筒部を有する横向き円柱状のタンク６ｄを付勢ばね６ｅで圧縮するものであり、（１）の最小水量で蛇腹状筒部が圧縮され、（２）の最大水量で蛇腹状筒部が付勢ばね６ｅに抗して伸長し容積が増加する。

図１１〜図１４のいずれのバラストタンク６ａ〜６ｄを用いても、第１及び第２実施例と同様の作用及び効果が発生する。さらに、バラストタンク６ａ〜６ｄは、バラスト液が流入すると羽ばたき飛行体９の重心位置Ｇから離れた図中の右方向へ膨張変形する。これにより、バラスト液を含んだバラストタンク６ａ〜６ｄ個々の重量が増加すると同時に、バラストタンク６ａ〜６ｄ個々の重心位置が羽ばたき飛行体９の重心位置Ｇから遠ざかって二重の効果が生じ、重心移動範囲が格段に拡がる。

なお、重心移動装置１を搭載する飛行体は羽ばたき飛行体９に限定されず、小型飛行体でなくとも操舵翼や昇降舵を備えない飛行体であれば大きさや構造を問わない。例えば、モータ４及びバッテリ４９に代えて、エンジン及び燃料タンクを搭載した飛行体でも、同様の効果が発生する。また、３個のバラストタンクを三角配置して前後方向及び左右方向に重心位置を移動することも可能である。さらに、尾翼５の前後方向及び左右方向の少なくとも一方の傾きを可変に制御できるようにして、重心位置Ｇの移動と併用して操向制御を行うようにしてもよい。本発明は、その他さまざまな変形や応用が可能である。

１、１Ａ：重心移動装置
２：胴体
３１〜３４：羽ばたき翼 ３５：連結材 ３６：揺動軸
４：モータ ４１：飛行駆動部 ４５：送水ポンプ
４７：アキュームレータ ４８：冷却配管 ４９：バッテリ
５：尾翼
６１〜６４：前側、後側、右側、及び左側バラストタンク
６ａ〜６ｅ：バラストタンク
７：調整弁部 ７１〜７６：配管 ７７：三方弁
８：コントローラ
９：羽ばたき飛行体

Claims (5)

1. 飛行体の飛行姿勢を制御するための重心移動装置であって、
   前記飛行体に配設され、バラスト液が流入または流出して前記飛行体の重心位置を移動させ、内部のバラスト液量が一定量を越えたとき前記バラスト液に圧力を付与する複数のバラストタンクと、
   前記バラストタンクへ前記バラスト液を流入または流出させて、前記バラストタンク間に前記バラスト液を移送させるバラスト液移送部と、を備える飛行体の重心移動装置。
2. 前記バラストタンクは、容積を可変して変形する請求項１に記載の飛行体の重心移動装置。
3. 前記バラスト液移送部は、前記飛行体の飛行の揚力または推進力の発生手段を駆動する駆動源に連動駆動される送液ポンプを含む請求項１または２に記載の飛行体の重心移動装置。
4. 前記バラスト液は前記駆動源を冷却するための冷却液を兼ね、前記送液ポンプは前記バラスト液を前記駆動源に送給する請求項３に記載の飛行体の重心移動装置。
5. 前記バラスト液移送部は、前記バラスト液を高圧で蓄積したアキュームレータを含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の飛行体の重心移動装置。

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