JP2018135025A - 無人機輸送用飛しょう体及び無人航空機の輸送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成で好適に無人航空機を輸送して飛行開始させる。【解決手段】無人機輸送用飛しょう体１は、無人機ＵＡＶを収容するとともに、当該無人機ＵＡＶが挿通可能な開口部２１を有するキャニスタ２と、当該無人機輸送用飛しょう体１が飛行しているときにキャニスタ２を減速させるドラッグシュート４と、ドラッグシュート４によりキャニスタ２が減速された後に、開口部２１を鉛直方向下方向きに開口させて、無人機ＵＡＶを当該開口部２１からキャニスタ２外に落下させる開口制御手段とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、無人航空機を輸送する技術に関し、特に、無人航空機を目標空域まで高速で輸送して好適に飛行開始させるのに有用な技術である。

一般に、一定時間の滞空が可能な無人航空機は、軽量化等のために高動圧環境に耐え得る構造強度を有していない。そのため、この種の無人航空機は飛行速度が比較的に遅く、目標空域までの進出に時間を要してしまう。
他方、高速飛行が可能な無人航空機は、短時間で目標空域に到達可能ではあるが、高重量等のために目標空域での滞空時間が短くなってしまう。
つまり、無人航空機自体の飛行性能では、目標空域への短時間での進出と目標空域での一定時間の滞空とを両立させることが難しい。

この問題に対しては、人工衛星などのペイロードをロケット打ち上げ時にフェアリングで保護する構造（例えば、特許文献１参照）を応用することが考えられる。
すなわち、一定時間滞空可能な無人航空機をフェアリングで保護した状態で高速輸送し、目標空域に到達した時点でフェアリングを分割・分離させて無人航空機を露出させたうえで、当該無人航空機を輸送体から離脱させればよい。

特開２０１１−２３５７９３号公報

しかしながら、このフェアリング構造を適用した場合、ロケットでの運用と異なりフェアリングの分割・分離が大気圏内で行われるため、分離させたフェアリングが無人航空機と衝突するおそれがある。また、フェアリングの分割機構を必要とするため構造が煩雑になるといったデメリットもある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、簡便な構成で好適に無人航空機を輸送して飛行開始させることを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、無人航空機を輸送する無人機輸送用飛しょう体であって、
前記無人航空機を収容するとともに、当該無人航空機が挿通可能な開口部を有する収容部材と、
当該無人機輸送用飛しょう体が飛行しているときに前記収容部材を減速させる減速手段と、
前記減速手段により前記収容部材が減速された後に、前記開口部を鉛直方向下方向きに開口させて、前記無人航空機を当該開口部から前記収容部材外に落下させる開口制御手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無人機輸送用飛しょう体において、
前記減速手段は、前記収容部材内に収容されるとともに、当該無人機輸送用飛しょう体が飛行しているときに前記開口部から前記収容部材外に放出されて当該収容部材を減速させ、
前記開口制御手段は、前記減速手段により前記収容部材が減速された後に、前記開口部が鉛直方向下方向きに開口するように前記収容部材の姿勢を変化させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の無人機輸送用飛しょう体において、
前記減速手段は、
傘体を広げて前記収容部材を減速させるドラッグシュートであって、前記収容部材のうち前記開口部の周縁に連結された第一連結部と、前記収容部材のうち前記開口部とは反対側の端部に連結された第二連結部とを有し、
前記収容部材を減速させた後に、前記開口部を鉛直方向上方に向けた状態で前記第一連結部により当該収容部材を吊支しつつ降下させ、
前記開口制御手段は、
前記減速手段により前記収容部材が降下しているときに、前記第一連結部の連結を解除して、前記第二連結部により前記端部が前記減速手段に吊支された状態に前記収容部材の姿勢を変化させる連結解除手段を有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の無人機輸送用飛しょう体において、
前記開口制御手段は、前記無人航空機を当該開口部から前記収容部材外に自由落下させることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の無人機輸送用飛しょう体において、
前記開口部を閉塞しつつ、前記収容部材に分離可能に結合された蓋部材と、
前記蓋部材を前記収容部材から分離させて前記開口部を開口させる分離手段と、
をさらに備えることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の無人機輸送用飛しょう体において、
前記開口部が前記収容部材の飛行方向とは反対向きに開口していることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の無人機輸送用飛しょう体と同様の特徴を具備する無人航空機の輸送方法である。

本発明によれば、収容部材内に無人航空機を収容した当該無人機輸送用飛しょう体が飛行しているときに、減速手段により当該収容部材が減速される。そして、収容部材が減速された後に、収容部材の開口部が鉛直方向下方向きに開口して、無人航空機が当該開口部から収容部材外に落下する。
これにより、無人航空機を収容部材内に保護した状態で安全に輸送したうえで、この収容部材を分割させることなく、下方向きの開口部から落下させて無人航空機を収容部材から離脱させることができる。
したがって、フェアリング構造を適用した場合と異なり、簡便な構成で好適に無人航空機を輸送して飛行開始させることができる。

実施形態における無人機輸送用飛しょう体を示す図であって、（ａ）がドラッグシュートをキャニスタ内に収容した状態を示す図であり、（ｂ）がドラッグシュートを放出した状態を示す図である。 実施形態における無人機輸送用飛しょう体の概略の制御構成を示すブロック図である。 実施形態における無人機輸送用飛しょう体の動作を説明するための図である。 実施形態における無人機輸送用飛しょう体の動作を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

［無人機輸送用飛しょう体の構成］
まず、本実施形態における無人機輸送用飛しょう体（以下、単に「輸送用飛しょう体」という。）１の構成について説明する。
図１は、輸送用飛しょう体１を示す図であって、（ａ）が後述のドラッグシュート４をキャニスタ２内に収容した状態を示す図であり、（ｂ）がドラッグシュート４を放出した状態を示す図である。なお、図１では、キャニスタ２を断面で図示している。

図１（ａ）に示すように、輸送用飛しょう体１は、無人機ＵＡＶを高速輸送するためのものである。無人機ＵＡＶは、自律飛行可能な無人航空機であり、特に限定はされないが、低速での一定時間の滞空飛行が可能な機体である。
具体的に、輸送用飛しょう体１は、キャニスタ２と、蓋部材３と、ドラッグシュート（パラシュート）４とを備えている。

キャニスタ２は、略円錐状に形成された収容部材であり、その内部が無人機ＵＡＶを収容する収容室２ａとなっている。収容室２ａ内には、無人機ＵＡＶが翼を折り畳んで機体後方をキャニスタ２の先端側に向けた状態で収容されている。このキャニスタ２は、先端側を飛行方向前側として、その飛行方向に対応した翼を有するとともに、高速での飛行に耐える十分な強度を有している。
また、キャニスタ２の底部（後端部）には、主に無人機ＵＡＶを収容室２ａに収容及び取出すための後方向きの開口部２１が、当該底部の略全面に亘って形成されている。ただし、この開口部２１は、少なくとも無人機ＵＡＶが挿通可能な大きさであればよい。
なお、以下の説明では、輸送用飛しょう体１（キャニスタ２）の向きについて、その飛行方向と対応させて、キャニスタ２の先端側を「前（前側）」、底部側を「後（後側）」と記載する。

蓋部材３は、キャニスタ２後端部の開口部２１を閉塞するとともに、飛行時におけるキャニスタ２後流の空気の流れを整流するためのものである。この蓋部材３は、後述の分離機構１１を介すことにより、キャニスタ２から分離可能なようにキャニスタ２に結合されている。

ドラッグシュート４は、飛行する輸送用飛しょう体１（キャニスタ２）を減速させるための減速手段である。このドラッグシュート４は、未使用時には折り畳まれた状態で収容室２ａ内の後部に収容されており、図１（ｂ）に示すように、使用時には後述の放出機構１２により開口部２１からキャニスタ２外に放出され、キャノピー（傘体）４１を広げてキャニスタ２を減速させる。

また、ドラッグシュート４は、キャニスタ２の互いに異なる部分と連結された第一ライザー４２及び第二ライザー４３を有している。
このうち、第一ライザー４２は、キャニスタ２の後端部（開口部２１の周縁）に連結されている。この第一ライザー４２は、後述の連結解除機構１３により、キャニスタ２の後端部との連結が解除されるようになっている。
一方、第二ライザー４３は、キャニスタ２の外側を周って当該キャニスタ２の先端部（前端部）に連結されている。この第二ライザー４３は、ドラッグシュート４未使用時には、キャニスタ２の外面に沿わせた状態で開口部２１から収容室２ａ内に引き込まれている。また、第二ライザー４３は第一ライザー４２よりも長尺に設けられており、ドラッグシュート４による減速荷重がキャニスタ２の前端部には作用せずに後端部のみに作用するようになっている。

続いて、輸送用飛しょう体１の制御構成について説明する。
図２は、輸送用飛しょう体１の概略の制御構成を示すブロック図である。

この図に示すように、輸送用飛しょう体１は、分離機構１１と、放出機構１２と、連結解除機構１３と、制御部１５とを備えている。

分離機構１１は、蓋部材３をキャニスタ２から分離する機構である。
放出機構１２は、ドラッグシュート４をキャニスタ２の収容室２ａ内から開口部２１を通じて放出する機構である。
連結解除機構１３は、第一ライザー４２を切断するなどして、ドラッグシュート４とキャニスタ２の後端部との連結を解除する機構である。
なお、これらの各種機構には、従来より公知の技術を適用することができる。例えば、分離機構１１及び連結解除機構１３には、火薬や爆発ボルト、セパレーションナットなどが適用できる。また、放出機構１２には、キャニスタ２から分離された蓋部材３にドラッグシュート４を引き出させる構造や、ガス噴射構造などが適用できる。

制御部１５は、上記各種機構の動作を制御する。具体的に、制御部１５は、例えばタイマーを備えるシーケンサなどであり、後述するように、上記各種機構を所定の順序で個別に動作させる。
なお、制御部１５に代えて、収容室２ａ内の無人機ＵＡＶの飛行制御部（図示省略）に上記各種機構の動作を制御させてもよい。また、上記各種機構として機械的に動作タイミングを制御できるものを適用した場合には、当該機構は制御部１５に動作制御させなくともよい。

［無人機輸送用飛しょう体の動作］
続いて、無人機ＵＡＶを高速輸送する際の輸送用飛しょう体１の動作について説明する。
図３及び図４は、この輸送用飛しょう体１の動作を説明するための図である。

図３（ａ）に示すように、まず輸送用飛しょう体１は、例えば高速で飛行する航空機ＡＰによって所定の飛行軌道に投入されることにより、高速での飛行（飛しょう）を開始する。

そして、輸送用飛しょう体１が所定の減速ポイントに到達するなどした後に、制御部１５は、図３（ｂ）に示すように、分離機構１１を動作させて蓋部材３をキャニスタ２から分離させる。これにより、キャニスタ２後端部の開口部２１が後方向きに開口する。

開口部２１を開口させた後、制御部１５は、図３（ｃ）に示すように、放出機構１２を動作させてドラッグシュート４を開口部２１からキャニスタ２後方へ放出させる。
すると、図３（ｄ）に示すように、ドラッグシュート４はキャノピー４１を広げて輸送用飛しょう体１（キャニスタ２）を減速させていく。そして、キャニスタ２が十分に減速されると、図４（ａ）に示すように、キャニスタ２は後端の開口部２１を上方（鉛直方向上方）に向けた状態で、ドラッグシュート４の第一ライザー４２により吊支されつつ降下していく。
なお、本実施形態において「ドラッグシュート４による輸送用飛しょう体１（キャニスタ２）の減速」とは、航空機ＡＰによる投入後の飛行方向に対する速度低減を指し、その後の降下時におけるものを含まないこととする。

その後、制御部１５は、図４（ｂ）に示すように、連結解除機構１３を動作させてドラッグシュート４の第一ライザー４２とキャニスタ２の後端部との連結を解除する。
すると、キャニスタ２は、後端部の支持を失って、第二ライザー４３により前端部がドラッグシュート４に吊支された状態に、姿勢が変化する。つまり、キャニスタ２は、上下反転するように姿勢が変化して、開口部２１を下方（鉛直方向下方）向きに開口させた状態となる。

その結果、図４（ｃ）に示すように、キャニスタ２が第二ライザー４３によってドラッグシュート４に吊支される一方で、無人機ＵＡＶは支持を失って開口部２１からキャニスタ２外に自由落下する。
これにより、無人機ＵＡＶは、独立して飛行可能な状態となり、折り畳んでいた翼を展開させて自律飛行を開始する。

［効果］
以上のように、本実施形態によれば、キャニスタ２内に無人機ＵＡＶを収容した輸送用飛しょう体１が飛行しているときに、ドラッグシュート４により当該キャニスタ２が減速される。そして、キャニスタ２が減速された後に、キャニスタ２の開口部２１が下方向きに開口して、無人機ＵＡＶが当該開口部２１からキャニスタ２外に落下する。
これにより、無人機ＵＡＶをキャニスタ２内に保護した状態で安全に輸送したうえで、このキャニスタ２を分割させることなく、下方向きの開口部２１から落下させて無人機ＵＡＶをキャニスタ２から離脱させることができる。
したがって、フェアリング構造を適用した場合と異なり、簡便な構成で好適に無人機ＵＡＶを輸送して飛行開始させることができる。ひいては、一定時間滞空可能な無人機ＵＡＶを、高速で目標空域まで輸送することができる。

また、ドラッグシュート４によりキャニスタ２が減速された後に、当該ドラッグシュート４を放出させた開口部２１が下方向きに開口するように、キャニスタ２の姿勢が変化される。
したがって、キャニスタ２の姿勢を変化させることで、開口部２１をドラッグシュート４放出用と無人機ＵＡＶ落下用とに兼用させることができる。

また、ドラッグシュート４は、キャニスタ２のうち開口部２１の周縁に連結された第一ライザー４２と、開口部２１とは反対側の前端部に連結された第二ライザー４３とを有している。このドラッグシュート４は、キャニスタ２を減速させた後に、開口部２１を上方に向けた状態で第一ライザー４２により当該キャニスタ２を吊支しつつ降下させる。そして、この降下時に、連結解除機構１３により第一ライザー４２の連結が解除されて、第二ライザー４３により前端部がドラッグシュート４に吊支された状態にキャニスタ２の姿勢が変化する。
したがって、ドラッグシュート４とキャニスタ２との連結部とその連結解除手段を利用することで、キャニスタ２の姿勢を好適に変化させて、無人機ＵＡＶをキャニスタ２から離脱させることができる。

また、無人機ＵＡＶが自由落下によりキャニスタ２から離脱するため、例えば無人機ＵＡＶを押し出して離脱させる場合等と異なり、この離脱に伴う荷重を無人機ＵＡＶに作用させることがない。
したがって、離脱時の破損等を防いで無人機ＵＡＶを安全に輸送することができる。

［変形例］
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、キャニスタ２を姿勢変化させることにより、開口部２１を鉛直方向下方に向けて無人機ＵＡＶを落下させることとした。しかし、当該開口部２１は、キャニスタ２が減速された後に、鉛直方向下方向きに開口して無人機ＵＡＶをキャニスタ２外に落下させるものであれば、その構成は特に限定されない。したがって、例えば開閉可能な開口部を無人機ＵＡＶの下方に設け、キャニスタ２の減速後に当該開口部を開口させるように開閉制御してもよい。また、当該開口部は、ドラッグシュート４放出用と無人機ＵＡＶ落下用とで別のものであってよいし、キャニスタ２のうち後端部以外の部分に設けられていてもよい。

また、無人機ＵＡＶは、開口部２１からキャニスタ２外に落下して離脱すれば、その落ち方は自由落下でなくともよく、例えば無人機ＵＡＶを収容室２ａ内から押し出す機構などをキャニスタ２に設けてもよい。

また、本発明に係る減速手段は、収容部材（キャニスタ２）を減速可能なものであればよく、ドラッグシュート（パラシュート）に限定されない。

１ 無人機輸送用飛しょう体
２ キャニスタ（収容部材）
２１ 開口部
３ 蓋部材
４ ドラッグシュート（減速手段）
４２ 第一ライザー（第一連結部）
４３ 第二ライザー（第二連結部）
１１ 分離機構（分離手段）
１２ 放出機構
１３ 連結解除機構（連結解除手段）
１５ 制御部
ＵＡＶ 無人機

Claims (7)

1. 無人航空機を輸送する無人機輸送用飛しょう体であって、
   前記無人航空機を収容するとともに、当該無人航空機が挿通可能な開口部を有する収容部材と、
   当該無人機輸送用飛しょう体が飛行しているときに前記収容部材を減速させる減速手段と、
   前記減速手段により前記収容部材が減速された後に、前記開口部を鉛直方向下方向きに開口させて、前記無人航空機を当該開口部から前記収容部材外に落下させる開口制御手段と、
   を備えることを特徴とする無人機輸送用飛しょう体。
2. 前記減速手段は、前記収容部材内に収容されるとともに、当該無人機輸送用飛しょう体が飛行しているときに前記開口部から前記収容部材外に放出されて当該収容部材を減速させ、
   前記開口制御手段は、前記減速手段により前記収容部材が減速された後に、前記開口部が鉛直方向下方向きに開口するように前記収容部材の姿勢を変化させることを特徴とする請求項１に記載の無人機輸送用飛しょう体。
3. 前記減速手段は、
   傘体を広げて前記収容部材を減速させるドラッグシュートであって、前記収容部材のうち前記開口部の周縁に連結された第一連結部と、前記収容部材のうち前記開口部とは反対側の端部に連結された第二連結部とを有し、
   前記収容部材を減速させた後に、前記開口部を鉛直方向上方に向けた状態で前記第一連結部により当該収容部材を吊支しつつ降下させ、
   前記開口制御手段は、
   前記減速手段により前記収容部材が降下しているときに、前記第一連結部の連結を解除して、前記第二連結部により前記端部が前記減速手段に吊支された状態に前記収容部材の姿勢を変化させる連結解除手段を有することを特徴とする請求項２に記載の無人機輸送用飛しょう体。
4. 前記開口制御手段は、前記無人航空機を当該開口部から前記収容部材外に自由落下させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の無人機輸送用飛しょう体。
5. 前記開口部を閉塞しつつ、前記収容部材に分離可能に結合された蓋部材と、
   前記蓋部材を前記収容部材から分離させて前記開口部を開口させる分離手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の無人機輸送用飛しょう体。
6. 前記開口部が前記収容部材の飛行方向とは反対向きに開口していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の無人機輸送用飛しょう体。
7. 無人機輸送用飛しょう体に無人航空機を輸送させる無人航空機の輸送方法であって、
   前記無人機輸送用飛しょう体は、
   前記無人航空機を収容するとともに、当該無人航空機が挿通可能な開口部を有する収容部材と、
   当該無人機輸送用飛しょう体が飛行しているときに前記収容部材を減速させる減速手段と、
   前記開口部の位置又はその開閉を制御する開口制御手段と、
   を備え、
   前記減速手段が前記収容部材を減速させた後に、前記開口制御手段が、前記開口部を鉛直方向下方向きに開口させて、前記無人航空機を当該開口部から前記収容部材外に落下させることを特徴とする無人航空機の輸送方法。

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