JP2020069881A - 飛行体用安全装置、および、飛行体用安全装置を備えた飛行体 - Google Patents
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Abstract
【課題】動作時の揺れを従来よりも低減することができる飛行体用安全装置と、この飛行体用安全装置を備えた飛行体を提供する。【解決手段】射出装置８０は、アクチュエータ８８と、パラグライダー１と、射出装置８０とを備えている。アクチュエータ８８は、駆動部８４と、凹部８２および凹部８２と一体的に形成されたピストンヘッド８３を有するピストン８１と、ピストン８１を収容しピストン８１の推進方向を規制するハウジング８６とを備えている。駆動部８４は、ハウジング８６外に設けられ、オン／オフスイッチを有した電源部８４ａと、装置作動前の凹部８２の内部に設けられ、電源部８４ａと電気的に接続されている電熱線８４ｂと、初期状態の凹部８２内に充填された相転移物質８４ｃとを備えている。【選択図】図１
Description
本発明は、飛行体用安全装置、および、飛行体用安全装置を備えた飛行体に関するものである。
近年、自律制御技術および飛行制御技術の発展に伴って、飛行体の産業上における利用が加速しつつある。この飛行体の一例として、ドローンが挙げられる。ドローンは、例えば複数の回転翼を同時にバランスよく回転させることによって飛行し、上昇および下降は回転翼の回転数の増減によって行い、前進および後進は回転翼の回転数の増減を介して機体を傾けることによって成し得るものである。
一方で、上記のような飛行体の落下事故のリスクが危険視されており、飛行体の普及の妨げとなっている。こうした落下事故のリスクを低減するために、安全装置としてパラシュートまたはパラグライダー等の被展開体の射出装置およびエアバッグ装置などが製品化されつつある。例えば、特許文献１には、バネの反発力を利用して、筒内でピストン部を動作させ、このピストン部の動作によって揚力発生部材（被展開体の布部）を開口部から外部へ射出し、開傘させる無人航空機（飛行体）が開示されている。
しかしながら、上記従来の飛行体における飛行体用安全装置では、駆動源にばねを用いており、射出時にはばねの反動で飛行体および飛行体用安全装置自体が大きく揺れてしまうことがあった。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、動作時の揺れを従来よりも低減することができる飛行体用安全装置と、この飛行体用安全装置を備えた飛行体を提供することを目的とする。
（１） 本発明の飛行体用安全装置は、飛行体本体に取付可能な飛行体用安全装置であって、空中に射出されることによって展開可能な被展開体と、前記被展開体を空中に向けて射出するための射出装置と、一端が前記被展開体に連結されているとともに、他端が前記飛行体本体または前記飛行体用安全装置に連結されている連結部材と、を備え、前記射出装置は、開口部が一端部側に設けられた格納部と、前記格納部内に設けられ、前記被展開体が載置される発射台を前記格納部の開口部側に有しているとともに、前記格納部の内壁に沿って移動可能な移動部材と、前記格納部の内壁と前記移動部材の少なくとも一部とに囲まれた空間に、接触によって化学反応する一の物質と別の物質とが接触可能に設けられ、または、装填された相転移物質を加熱可能な熱源の加熱部が少なくとも設けられ、前記移動部材を前記格納部の開口部側に向けて移動可能な駆動部と、を有していることを特徴とする。
ここで、被展開体は、展開した状態において揚力または浮力が発生することで飛行体を減速させることができるものであれば如何なる形態のものでもよく、前記被展開体としては、例えば丸型パラシュート、多角形型パラシュート、パラフォイル、ロガロ型パラグライダー、ロガロ型パラシュート、トライアングル型パラグライダー、トライアングル型パラシュート等が挙げられる。前記揚力発生部材とは、展開状態において揚力または浮力が発生するものであり、前記被展開体の一つであるパラグライダー、トライアングル型パラシュート、ロガロ型パラシュートの布部（キャノピー）などが具体例として挙げられる。なお、上述のパラグライダーの中には、ラムエアを利用して翼形状を保つために、パラグライダーは、エアインテークのあるものが主流であるが、無いもの（シングルサーフェスなど）も存在する。安定した飛行を行うためには、エアインテーク付のパラグライダーがより好ましい。さらに、プロペラ等の推進装置をつけて、強制的に推進力を得て飛行できるパラグライダーでもよい。
（２） 上記（１）の飛行体用安全装置においては、前記一の物質と前記別の物質とは、酸性物質と塩基性物質とであることが好ましい。
（３） 上記（２）の飛行体用安全装置においては、前記酸性物質と前記塩基性物質とはそれぞれ固体であって、前記駆動部は、初期状態で所定の容器内に密封されている溶媒と、前記駆動部の起動時に、前記容器内から前記溶媒を流出させ、前記酸性物質と前記塩基性物質とを溶解して接触させる流出機構と、を有していることが好ましい。
（４） 別の観点として、上記（１）の飛行体用安全装置においては、前記相転移物質が、前記熱源によって気化させられるものであることが好ましい。
（５） 本発明の飛行体は、上記（１）〜（４）のうちいずれかの飛行体用安全装置を備えたものである。
本発明の飛行体用安全装置によれば、動作時の揺れをバネ式の飛行体用安全装置よりも低減することができるだけでなく、軽量化することも可能である。また、本発明の飛行体用安全装置を備えた飛行体によれば、産業用の大型飛行体に適用しても、十分に本発明の飛行体用安全装置が奏する効果を達成することができる。
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図４に基づいて、飛行体用安全装置の一例であるパラグライダー（被展開体の一例）の射出装置について説明する。
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図４に基づいて、飛行体用安全装置の一例であるパラグライダー（被展開体の一例）の射出装置について説明する。
作動前のパラグライダーの射出装置８０は、図１に示したように、アクチュエータ８８と、パラグライダー１と、とを備えている。アクチュエータ８８は、たとえば電力で駆動する駆動部８４と、凹部（凹状部材）８２および当該凹部８２と一体的に形成されたピストンヘッド８３（発射台）を有するピストン８１（移動部材）と、ピストン８１を収容し当該ピストン８１の推進方向を規制する有底筒状のハウジング８６（格納部）とを備えている。
ピストン８１およびハウジング８６は、断熱部材を用いたもの、または、表面に断熱部材が被覆されているものであることが好ましい。また、図１の状態において、凹部８２の先端部とハウジング８６の底面部との接触面はシールされており、後述の相転移物質８４ｃが液体であっても凹部８２内から漏れ出さないようになっている。
また、パラグライダーの射出装置８０は、図２に示したように、飛行体３０における飛行体本体３１の上部に設けられている。なお、飛行体３０は、パラグライダーの射出装置８０の他に、飛行体本体３１に結合され、当該飛行体本体３１を推進させる１つ以上の推進機構（例えばプロペラ等）３２と、飛行体本体３１の下部に設けられた複数の脚部３３と、を備えている。
パラグライダー１は、図１に示したように、空気をはらむことにより全体で翼型を成すキャノピー１ａと、展開時にキャノピー１ａから下方に向かって延びて、ハウジング８６または後述の飛行体３０に連結される複数の吊下索（図示せず）とを備えている。なお、通常時（展開前）のパラグライダーの射出装置８０のパラグライダー１と吊下索（図示せず）とは、円筒状のハウジング８６内において折り畳まれて収納されており、緊急時において飛行体３０の制御部６（図３参照）から異常信号を受信したアクチュエータ８８の駆動部８４などの起動によりハウジング８６内から外部に射出された後、展開され、使用されるものである。
駆動部８４は、ハウジング８６外に設けられ、オン／オフスイッチ（図示せず）を有した電源部８４ａと、装置作動前の凹部８２の内部（図１参照）に設けられ、熱源である電源部８４ａと電気的に接続されている電熱線（加熱部）８４ｂと、初期状態の凹部８２（図１参照）内に充填された相転移物質８４ｃとを備えている。電源部８４ａは、信号を受信できるように後述する制御部６と接続可能な部位であり、制御部６と接続されている場合において制御部６からの命令信号によりオン／オフスイッチを作動させてオンにして、電熱線（加熱部）８４ｂに電力を供給するものである。電熱線（加熱部）８４ｂは、ニクロム線、鉄クロム線、白金−イリジウム線、などが挙げられるが、通電によって、相転移物質８４ｃを相転移（気化など）させることができるほど高温になるものであれば、どのようなものであってもよい。なお、駆動部８４を駆動させるには、電源部８４ａの電力の代わりに、バッテリ７の電力を用いてもよい。
相転移物質８４ｃは、図１および図４では水の場合を例示しているが、水の代わりに、有機溶媒、などの液体、ドライアイス、ヨウ素などの固体などを用いてもよい。なお、相転移物質８４ｃは、相転移することによって、体積が急激に増加するものであれば、どのようなものであってもよい。
このような構成において、ピストン８１の推進によりパラグライダー１を直接押し出して展開させることができる。なお、ハウジング８６の開口端部は初期状態で蓋８７により閉じられており、パラグライダー１の押し出しにより上記開口端部から外れるようになっている。
また、図３に示したように、この飛行体３０は、障害物検知部５、制御部６、バッテリ７、制御部６から送信された情報を記憶する記憶部８、コントローラ４０からの操作信号を受信し、飛行体３０の情報をコントローラ４０に送信する送受信部９などを備えている。
障害物検知部５は、飛行体３０の高度を検出し、検出した高度情報である高度検出信号を制御部６に出力するようになっている。また、障害物検知部５は、飛行体本体３１または障害物検知部５から所定距離内に存在する障害物を検知した場合、障害物検知信号を制御部６に出力するとともに、飛行体本体３１と障害物との距離を検出し、検出した距離情報である距離検出信号を制御部６に出力するようになっている。また、障害物検知部５は、飛行体３０の異常を検出し、検出した情報に基づいて、異常信号を制御部６に出力するようになっている。なお、障害物検知部５としては、必要に応じて、加速度センサ、ジャイロセンサ、気圧センサ、ＧＰＳ（全地球測位システム）、レーザーセンサ、超音波センサ、赤外線センサ、ミリ波レーダー、サブミリ波レーダー、速度センサ、および風向検知センサのうち少なくとも１つ以上を含むものであることが好ましい。
制御部６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコンピュータであって、必要に応じて作動信号を送信して射出装置８０を制御するものであり、例えば、射出装置８０の駆動部８４を作動させる信号を出力するようになっている。また、制御部６は、障害物検知部５からリアルタイムで障害物検知信号、距離検出信号、高度検出信号（飛行体３０の高度の情報を含む）を受信し、これらの受信した各信号に応じて射出装置８０を作動させるか否かの判断を行うようになっている。たとえば、制御部６は、障害物検知信号を受信した場合、または、受信した距離検出信号に含まれる距離の情報が所定の距離以下であった場合において、射出装置８０に制御信号を送信し、射出装置８０を作動させて飛行体３０を障害物から回避する制御などを行う。
コントローラ４０は、操作者によって飛行体３０を操作するためのものであり、操作者の入力に基づいて操作信号を送受信部９に送信するものである。これにより、通常時の飛行体３０の操作だけでなく、緊急時において射出装置８０を操作することもできる。また、コントローラ４０は、送受信部９から飛行体３０の飛行状態（異常状態を含む）などの各種情報を受信することができる。
続いて、パラグライダーの射出装置８０の動作について説明する。
まず、飛行中に飛行体３０が緊急事態に陥った場合、障害物検知部５が異常状態を検知し、異常信号を制御部６に送信する。異常信号を受信した制御部６は、パラグライダーの射出装置８０の駆動部８４に動作信号を送信する。この動作信号を受信した駆動部８４は、電源部８４ａを作動させ（電源をオンにさせ）、電熱線８４ｂに電力を供給する。その後、電熱線８４ｂは発熱し、相転移物質８４ｃを相転移（たとえば気化）させる。これにより、図４に示した状態を経て、パラグライダー１をハウジング８６の外部へと射出する。
本実施形態の射出装置８０によれば、動作時の揺れをバネ式の射出装置よりも低減することができるだけでなく、軽量化することも可能である。また、射出装置８０を備えた飛行体３０によれば、産業用の大型飛行体に適用しても、十分に上記効果を達成することができる。
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る射出装置について説明する。なお、本実施形態において、上述の第１実施形態と下２桁が同じ符号の部位は、特に説明する場合を除き、第１実施形態で説明したものと同様であるので説明を省略する。また、特に説明していない部位は、第１実施形態と同様であるので、説明および図示を省略することがある。また、第２実施形態においては、原則として、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
次に、第２実施形態に係る射出装置について説明する。なお、本実施形態において、上述の第１実施形態と下２桁が同じ符号の部位は、特に説明する場合を除き、第１実施形態で説明したものと同様であるので説明を省略する。また、特に説明していない部位は、第１実施形態と同様であるので、説明および図示を省略することがある。また、第２実施形態においては、原則として、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
図５に示したように、本実施形態の射出装置１８０においては、駆動部８４の代わりに駆動部１８４が用いられている点で、第１実施形態と異なっている。
駆動部１８４は、凹部１８２の開口部側においてハウジング１８６の底部と接触した状態で貯留されている第１物質１８４ａと、上記実施形態の制御部６と同様の制御部（図示せず）からの命令信号の受信により熱を発するように動作する加熱部（図示せず）を含む熱源１８４ｂと、熱源１８４ｂの加熱部の発熱によって融解する密封板１８４ｃと、凹部１８２の底部と密封板１８４ｃとに囲まれた空間に密封された第２物質１８４ｄと、を備えている。
第１物質１８４ａと第２物質１８４ｄとは、いずれか１つが酸性物質であり、もう一方は塩基性物質である。したがって、第１物質１８４ａと第２物質１８４ｄとが接触した場合には、化学反応によって、ガス（たとえば二酸化炭素、アンモニアなど）が発生する。この発生したガスによってピストン１８１がハウジング１８６の開口部へ移動し、図６に示した状態を経て、パラグライダー１０１はハウジング１８６から射出される。
化学反応を起こす酸性物質および塩基性物質の組み合わせの例としては、酸性物質が塩酸、硫酸、硝酸などの無機酸、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウムなどの無機酸塩、リンゴ酸、フマル酸、コハク酸、オレイン酸を含む有機酸であり、塩基性物質が炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸セシウム、炭酸水素セシウム、炭酸カルシウム、炭酸水素カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどの無機塩、モノアルキルアミン、ジアルキルアミン、トリアルキルアミン、アルキルアミン誘導体、芳香族アミン、ピリジン、ピリジン誘導体、イミダゾール、イミダゾール誘導体、ジアザビシクロウンデセン（DBU）、DBU誘導体、ピリミジン、ピリミジン誘導体、ピラジン、ピラジン誘導体、グアニジン、グアニジン誘導体などの有機塩基、が挙げられる。
本実施形態の射出装置１８０によれば、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、射出装置１８０を備えた飛行体によれば、産業用の大型飛行体に適用しても、十分に上記効果を達成することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用および効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
たとえば、第２実施形態における第１物質１８４ａと第２物質１８４ｄとが固体であって、凹部１８２内において近傍に設置されている場合、溶媒（水または有機溶媒など。第１物質１８４ａおよび第２物質１８４ｄの種類によって、適宜変更する。）を容器に入れておいて、当該容器を破裂または容器の向きを変える流出機構により、当該溶媒を第１物質１８４ａと第２物質１８４ｄとに浴びせることによっていずれも溶解し、接触させることとしてもよい。これによっても、第１物質１８４ａと第２物質１８４ｄとが反応し、ガスを発生させることができる。
また、第２実施形態においては、熱源１８４ｂと、熱源１８４ｂの加熱部の発熱によって融解する密封板１８４ｃを用いたが、これらの代わりに、密閉板１８４ｃが扉方式で開くことによって、第２物質１８４ｂが落下し、第１物質１８４ａと接触するような機構であってもよい。
また、上記実施形態の射出装置は、一端をパラグライダーなどの被展開体に連結し、他端をリールに取り付けたブレークコードをサーボモータによって巻き取る操作、または、リールからブレークコードを繰り出す操作を適宜行うことができるブレークコード引張装置を備えていてもよい。この場合、制御部の指示によって、ブレークコードを巻き取るまたは繰り出すことにより、ブレークコードの引っ張り具合を自動調整可能である。すなわち、このような構成をも備えた飛行体は、容易に、障害物と衝突しそうな場合には障害物を自動回避することができ、仮に障害物に衝突したとしても衝突前に下降速度を十分に減速させることができるので、衝突の衝撃を自動緩和させることができる。特に、ブレークコード引張装置によって、着陸直前時において、下降速度を十分に減速させることができるので、軟着陸することが可能となり、着陸場所との衝突の衝撃を自動緩和できる。
１、１０１ パラグライダー
１ａ、１０１ａ キャノピー
７ バッテリ
８ 記憶部
９ 送受信部
３０ 飛行体
３１ 飛行体本体
３３ 脚部
４０ コントローラ
８０、１８０ パラグライダーの射出装置
８１、１８１ ピストン
８２、１８２ 凹部
８３、１８３ ピストンヘッド
８４、１８４ 駆動部
８６、１８６ ハウジング
８７、１８７ 蓋
８８、１８８ アクチュエータ
Ｓ 空間
１ａ、１０１ａ キャノピー
７ バッテリ
８ 記憶部
９ 送受信部
３０ 飛行体
３１ 飛行体本体
３３ 脚部
４０ コントローラ
８０、１８０ パラグライダーの射出装置
８１、１８１ ピストン
８２、１８２ 凹部
８３、１８３ ピストンヘッド
８４、１８４ 駆動部
８６、１８６ ハウジング
８７、１８７ 蓋
８８、１８８ アクチュエータ
Ｓ 空間
Claims (5)
- 飛行体本体に取付可能な飛行体用安全装置であって、
空中に射出されることによって展開可能な被展開体と、
前記被展開体を空中に向けて射出するための射出装置と、
一端が前記被展開体に連結されているとともに、他端が前記飛行体本体または前記飛行体用安全装置に連結されている連結部材と、
を備え、
前記射出装置は、
開口部が一端部側に設けられた格納部と、
前記格納部内に設けられ、前記被展開体が載置される発射台を前記格納部の開口部側に有しているとともに、前記格納部の内壁に沿って移動可能な移動部材と、
前記格納部の内壁と前記移動部材の少なくとも一部とに囲まれた空間に、接触によって化学反応する一の物質と別の物質とが接触可能に設けられ、または、装填された相転移物質を加熱可能な熱源の加熱部が少なくとも設けられ、前記移動部材を前記格納部の開口部側に向けて移動可能な駆動部と、
を有していることを特徴とする飛行体用安全装置。 - 前記一の物質と前記別の物質とは、酸性物質と塩基性物質とであることを特徴とする請求項１に記載の飛行体用安全装置。
- 前記酸性物質と前記塩基性物質とはそれぞれ固体であって、
前記駆動部は、
初期状態で所定の容器内に密封されている溶媒と、
前記駆動部の起動時に、前記容器内から前記溶媒を流出させ、前記酸性物質と前記塩基性物質とを溶解して接触させる流出機構と、
を有していることを特徴とする請求項２に記載の飛行体用安全装置。 - 前記相転移物質は、前記熱源によって気化させられるものであることを特徴とする請求項１に記載の飛行体用安全装置。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の飛行体用安全装置を備えた飛行体。
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- 2018-10-30 JP JP2018204550A patent/JP7134837B2/ja active Active
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