JP2020108983A

JP2020108983A - 揚力発生装置

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Publication number: JP2020108983A
Application number: JP2019000012A
Authority: JP
Inventors: 昌一望月; Shoichi Mochizuki
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-01-01
Filing date: 2019-01-01
Publication date: 2020-07-16
Anticipated expiration: 2039-01-01
Also published as: JP6535424B1

Abstract

【課題】コアンダ効果を用いた揚力発生装置において、高出力のモータや大型のモータ等を用いることなく高出力の揚力を発生させることができる揚力発生装置を提供する。【解決手段】送風装置２００によって第１吸気口２０３から吸入された空気は第１円筒体２４０を介して、コアンダ効果を発生させる第２円筒体２６０の内周面に沿って第３排気口２６６から排出される。第２円筒体２６０の送風口２６２の近傍に第１吸気口２０３を設ける。【選択図】図４

Description

本発明は、飛行体、特にホバリング飛行が可能な飛行体に設けられる揚力発生装置に関する。

従来、ホバリング飛行が可能な飛行体、いわゆるドローンの揚力発生装置としてコアンダ効果によって増幅させた気流を利用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７−２１３９５１号公報

しかし、このようにコアンダ効果によって気流が増幅させられるとはいえ、ドローンを飛行させるための安定的な揚力を得るためには高出力のモータ等を搭載する必要があるところ、このような高出力のモータ等は消費電力が大きくなるためバッテリーの消費が激しく、またこのようなモータ等は大型なものとなりやすいため、ドローンの飛行可能時間が短くなってしまうといった問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑み、消費電力の大きい高出力のモータや大型のモータを用いることなく安定的な揚力を得られることが可能な飛行体の揚力発生装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、コアンダ効果によって、開口が設けられた所定方向に向かって流れる空気流以上の空気流を前記所定方向に向かって発生させ前記所定方向とは逆方向への揚力を発生可能な第一円筒体を有した揚力発生装置であって、前記揚力発生装置は、前記所定方向に流れる空気流を発生させる送風機構を有し、前記送風機構は、吸気部から吸い込んだ空気を排気部に向かって送風するものであり、前記排気部から送風された空気は、前記所定方向に流れる空気流として前記第一円筒体の内周面に沿って送風され、前記吸気部は前記開口の近傍に配置されていることを特徴とする。

このように構成することで、所定方向に向かって流れる空気流の下流側に負圧を発生させることができ、所定方向に向かって流れる空気流量を更に増やすことができる。

また、前記吸気部は、前記第一円筒体の内周面に開口し、前記排出部よりも前記所定方向側に配置されていてもよい。

また、前記送風機構と前記排気口との間に第二円筒体を有し、前記第二円筒体は、コアンダ効果によって、前記送風機構から送風された空気流以上の空気流を前記排気部に向けて発生させるようにしてもよい。

このように構成することで、第一円筒体に送り込まれる空気流量を増加させることができる。つまり、送風機構から送り出される空気を二段階で増幅させることができる。

本発明によれば、コアンダ効果を用いた揚力発生装置において、消費電力の大きい高出力のモータや大型のモータを用いることなく安定的な揚力を発生させることが可能となる。

本実施形態における消防用ドローンの斜視図である。本実施形態における消防用ドローンの上面図である。揚力発生ユニットを示す側面図および斜視図である。図２のＡ−Ａ断面図である。揚力発生ユニットの支持体の動作を示す概要図である。揚力発生ユニット内の空気の流れを示す概略図である。本実施形態における消防用ドローンの底面図である。キャリアユニットを示す側面図である。キャリアユニットの動作を示す側面図である。本実施形態における消防用ドローンの適用例を示す図である。揚力発生ユニットの別例を示す概略図である。本実施形態における消防用ドローンの応用例を示す図である。本実施形態における消防用ドローンの別形態を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態における寸法、材料、その他具体的な数値等は発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。

図１に本発明を消防用の飛行体、いわゆる消防用ドローンに適用した実施例を示す。

本実施例における消防用ドローン１は、図１に示すように、本体ユニット１０を備え、この本体ユニット１０の外周側面に４基の揚力発生ユニット２０が設けられる。なお、揚力発生ユニット２０の設置数は、４基以上であれば特に限定されるものではなく、消防用ドローンの仕様に応じて種々の設置数を採用することができる。

４基の揚力発生ユニット２０は、図２に示すように互いに所定の間隔（たとえば、本実施例では９０度）をおいて本体ユニット１０の外周側面に接続されている。また、本体ユニット１０の下部にはキャリアユニット３０が設けられる。キャリアユニット３０には各種ノズルやホースが接続可能となっており、図示せぬ取付部３１により本体ユニットの底面部に着脱自在に固定される。

本体ユニット１０は、略円盤状の本体部１０１の内部に中央処理装置であるＣＰＵや、ＲＡＭ／ＲＯＭ等の各種記憶装置を少なくとも備えた電子制御部１０２や、所定の操作信号や電波を送受信可能な送受信部１０３、電源供給用のバッテリー１０４等を内蔵している。電子制御部１０２は、送受信部から受信した所定の操作信号等に応じて揚力発生ユニット２０やキャリアユニット３０の動作を制御可能に構成される。

揚力発生ユニット２０は、図３、図４に示すように、送風装置２００、支持体２２０、第１円筒体２４０、第２円筒体２６０を有する。

送風装置２００は、図４に示すように、送風ケース２０１と、この送風ケース２０１に収納され、電子制御部１０２によって回転動作可能に制御される回転機構部２０２とを備える。

送風ケース２０１は、図４に示すように、内部に収納空間を有する中空の円筒体であり、第２円筒体２６０は、図４に示すように、略円筒形状の筒体である。そして、第２円筒体２６０には、内周面に沿って長溝環状に形成され送風ケース２０１の収納空間と連通し、当該収納空間内に空気を吸い込む第１吸気口２０３が設けられている。また、送風ケース２０１には、第１吸気口２０３から吸い込まれた空気を送り出す第１排気口２０４が設けられている。

回転機構部２０２は、図４に示すように、複数の羽根を持つ２つのプロペラ体２０５、２０６が互いの回転軸が同軸上になるように配置され、正逆いずれの方向へも回転可能に構成されている。この回転機構部２０２は、送風ケース２０１内において、第１吸気口２０３と第１排気口２０４との間に位置した状態で収納されている。

また、プロペラ体２０５、２０６は、電子制御部１０２によって、それぞれのプロペラ体２０５、２０６の回転量（回転速度）が独立的かつ可変的に制御可能に構成されている。この際、プロペラ体２０５、２０６が互いに異なる方向に回転するように制御すると、それぞれのプロペラ体２０５、２０６の回転によって生じるねじれが打ち消されるため、安定した風量を供給可能となり好適である。

このように構成された送風装置２００によれば２つのプロペラ体２０５、２０６が電子制御部１０２によって回転駆動されると、送風ケース２０１に設けられた第１吸気口２０３から空気が吸い込まれ第１排気口２０４へと向かって送り出される（送風される）こととなる。

なお、プロペラ体の数は２つに限らず、１つのプロペラ体を単独で用いても良いし、３つ以上にしても良い。また、上述のような回転機構部２０２に代えて電動コンプレッサ等を用いて、圧縮した空気を送り出すように構成してもよい。

支持体２２０は、図３、図４に示すように、一端が送風ケース２０１に接続され、他端が第１円筒体２４０に接続される支持ケース２２１と、支持ケース２２１に設けられ、電子制御部１０２によって制御される可動アーム部２２２とを備える。

支持ケース２２１は、図４に示すように、その内部に空気の流路となる送風通路２２３が設けられており、送風ケース２０１の第１排気口２０４と第１円筒体２４０の第２吸気口２４５とを接続するように構成される。そのため、第１排気口２０４から送り出された空気は支持ケース２２１の送風通路２２３を通って第２吸気口２４５へと送り出される。

可動アーム部２２２は、図５に示すように、直線状のアーム体２２４と可動式ジョイント部２２５とを備える。アーム体２２４の一端側は可動式ジョイント部２２５を介して本体部１０１に連結され、他端側が揚力発生ユニット２０に固定されている。

可動式ジョイント部２２５は、電子制御部１０２に制御される図示せぬ駆動機構を備えており、電子制御部１０２の制御に応じてアーム体２２４を回転させたり、上下左右に角度を変更させたりする可変制御が可能となっている（図５参照）。ここで、アーム体２２４の他端側は揚力発生ユニット２０に固定されている為、電子制御部１０２によってアーム体２２４が可変制御されると、揚力発生ユニット２０も可変することとなる。つまり、アーム体２２４を可変制御することによって揚力方向を変化させることが可能となっている。

第１円筒体２４０は、一端側（図４中右側）に第１開口部２４１を備え、他端側（図４中左側）が第２円筒体２６０に接続された略円筒形状で構成されている。

第１円筒体２４０の内方には、空気の流路となる第１送風流路２４２が貫通形成されている。第１送風流路２４２の一端側（図４中右側）は第１開口部２４１と連通し、他端側（図４中左側）は第３吸気口２６７と連通するように構成される。また、第１円筒体２４０の内部は中空構造となっており、第１円筒体２４０の周方向に沿って環状の第１中空領域２４３が形成されている。

第１中空領域２４３は、図４に示すように、一端側（図４中右側）の領域が広く、他端側（図４中左側）に向かって徐々に狭くなるような、断面略涙滴形状の環状空間となるように画定されている。また、これに対応して第１送風流路２４２は、図４に示すように、一端側（図４中右側）が狭く、他端側（図４中左側）に向かって末広がりとなるように緩やかに拡径したテーパー形状となっている。

第１中空領域２４３の一端側（図４中右側）には、第１中空領域２４３と第１送風流路２４２とを連通する第２排気口２４４が設けられ、他端側には送風通路２２３と連通する第２吸気口２４５が設けられる。

第２排気口２４４は第１中空領域２４３の延在方向に沿って環状にスリット形成された第１ノズル２４６を有している。第１ノズル２４６は、第２排気口２４４から排出される空気を第１送風流路２４２の内周壁面に沿って他端側に排出させるような形状となっている。そのため、第２吸気口２４５を通過した空気は第１中空領域２４３内を還流した後、第２排気口２４４から排出され、第１ノズル２４６によって第１送風流路２４２の内周壁面に沿って他端側の第３吸気口２６７へと排出されることとなる。

第２円筒体２６０は、一端側（図４中上側）に第２開口部２６１を備え、他端側（図４中下側）に送風口２６２が設けられるとともに、第１円筒体２４０よりも大きい径寸法を有する略円筒形状の筒体となっている。

第２円筒体２６０の内方には、空気の流路となる第２送風流路２６３が貫通形成されている。第２送風流路２６３の一端側（図４中上側）は第２開口部２６１と連通し、他端側（図４中下側）は送風口２６２と連通するように構成される。また、第２円筒体２６０の内部は中空構造となっており、第２円筒体２６０の周方向に沿って環状の第２中空領域２６４が形成されている。

第２中空領域２６４は、図４に示すように、一端側（図４中上側）の領域が広く、他端側（図４中下側）に向かって徐々に狭くなるような、断面略涙滴形状の環状空間となるように画定されている。また、これに対応して第２送風流路２６３は、図４に示すように、一端側（図４中上側）が狭く、他端側（図４中下側）に向かって末広がりとなるように緩やかに拡径したテーパー形状となっている。

また、送風口２６２の縁部には第２円筒体２６０の外周方向に向かって鍔状に張り出した環状リブ２６５が形成されている。

第２中空領域２６４の一端側（図４中上側）には、第２中空領域２６４と第２送風流路２６３とを連通する第３排気口２６６が設けられ、他端側（図４中下側）には、第２中空領域２６４と第１送風流路２４２とを連通する第３吸気口２６７が設けられる。

第３排気口２６６は第２中空領域２６４の延在方向に沿って環状にスリット形成された第２ノズル２６８を有している。第２ノズル２６８は、第３排気口２６６から排出される空気を第２送風流路２６３の内周壁面に沿って他端側（図４中下側）に噴出させるような形状となっている。そのため、第３吸気口２６７を通過した空気は第２中空領域２６４内を還流した後、第３排気口２６６から排出され、第２ノズル２６８によって第２送風流路２６３の内周壁面に沿って送風口２６２へと送り出されることとなる。

この送風口２６２から下方に向かって噴出される空気流によって揚力が発生し、消防用ドローン１は飛行することが可能となっている。

このように構成された揚力発生ユニット２０においては、第１円筒体２４０の第１送風流路２４２を流れる空気流量および第２送風流路２６３を流れる空気流量は、いわゆるコアンダ効果によって第２排気口２４４から排出される空気流量および第３排気口２６６から噴出される空気流量よりも多くなっている。以下、図６を用いて説明する。

まず、電子制御部１０２によってプロペラ体２０５、２０６が回転制御されると第１吸気口２０３より空気が吸入され、第１排気口２０４から送風通路２２３へと送り出される。送風通路２２３に流入した空気は第２吸気口２４５から吸入され第１中空領域２４３を還流しつつ、第２排気口２４４から排出される。この第２排気口２４４から排出された空気は第１ノズル２４６によって第１送風流路２４２の内周壁面に向かって排出される。

このとき、コアンダ効果によって第１送風流路２４２の内周壁面に沿う空気の流れが発生し、空気の巻き込み（吸引）が生じ、第１開口部２４１から吸引された空気の一端側（図４中右側）から他端側（図４中左側）へと向かう空気流が生じる。これにより第１ノズル２４６から排出される空気流に、この空気流によって第１開口部２４１から巻き込まれた空気の空気流が加わるため、第１送風流路２４２を流れる空気流量が増幅される。

この第１円筒体２４０によって増幅された空気は第２円筒体２６０の第３吸気口２６７から吸入され第２中空領域２６４を還流して第３排気口２６６から排出される。ここで、第３排気口から排出された空気は第２ノズル２６８によって第２送風流路２６３の内周壁面に向かって排出される。

このとき、第１送風流路２４２と同様、コアンダ効果によって第２送風流路２６３の内周壁面に沿う空気の流れが発生し、空気の巻き込み（吸引）が生じ、第２開口部２６１から吸引された空気の一端側（図４中上側）から他端側（図４中下側）に向かう空気流が生じる。これにより第２ノズル２６８から排出される空気流に、この空気流によって第２開口部２６１から巻き込まれた空気の空気流が加わるため、第２送風流路２６３を流れる空気流量は増幅されて送風口２６２から排出される。

ここで、第２ノズル２６８から排出される空気流は第１送風流路２４２によって増幅された空気流となっているため、より多くの巻き込みが生じ得る。また、第１吸気口２０３が送風口２６２の近傍、すなわち、第２送風流路２６３の下流側に設けられていることにより、第１吸気口２０３から空気を吸引すればするほど、第１吸気口２０３の周辺に負圧を発生させることが可能となる。風は圧力の低い方向に流れるため、第１吸気口２０３周辺、つまり、送風口２６２から流れ出る空気流をより加速させることができ、これによっても第２送風流路２６３を流れる空気流量をより増幅させることが可能となっている。

また、送風口２６２の縁部に設けた環状リブ２６５も、いわゆる風レンズ効果によって送風口２６２近傍に負圧を発生させることで、第２送風流路２６３を流れる空気流量をより増幅させることを可能としている。

キャリアユニット３０は、フレーム３００と、フレーム３００に取り付けられる減衰装置３４０と、放水ノズル３６０とホース部３８０とを有する。
フレーム３００は、図７および図８に示すように、前フレーム３０１と後フレーム３０２とを備える。

前フレーム３０１は、図８（ａ）に示すように、本体ユニット１０の底面から鉛直下方側に向かって延長された一対の前脚部３０３、３０３と、これら一対の前脚部３０３、３０３同士を繋ぐ前板部３０４と、それぞれの前脚部３０３、３０３及び前板部３０４から延設されたノズル支持部３０５とを含む。

一対の前脚部３０３、３０３の基端側には、左右方向（図７における左右方向）に伸びる軸部３０６，３０６を有し、遊端側には前板取付部３０７が設けられる。一対の前脚部３０３、３０３は、軸部３０６，３０６を介して、本体ユニット１０の底面に並列配置された一対の基端側軸受部３０８に軸支され、前後方向（図７における上下方向）に傾動自在に構成されている。

前板部３０４は、図８（ｂ）に示すように、略横長形状の板状体で、その長手方向の左右端部に対して一対の前脚部３０３、３０３の各前板取付部３０７が取り付けられる。そのため、一対の前脚部３０３、３０３の一方もしくは他方の前脚部が前後に傾動するのに同期して他方もしくは一方の前脚部も前後に傾動するように構成されている。

また、前板部３０４の長手方向中央付近には前後に貫通した取付開口３０９が設けられている。また、前板部３０４の後面（図７における下方向側）には基端側に設けられた軸部３０６，３０６と平行な方向に開口したねじ孔３１０を有するダンパー取付部３１１が設けられ、前板部３０４の左右端部の底面に接地用の足部３１２、３１２が設けられている。

ノズル支持部３０５は円形状に前後に開口した筒状のノズルホルダ３１３と、ノズルホルダ３１３を支持する支持脚３１４とを備える。支持脚３１４のそれぞれの一端側は、一対の前脚部３０３、３０３のそれぞれの基端側近傍及び前板部３０４の左右端に固定され、他端側は、一対の前脚部３０３、３０３よりも前方に位置するノズルホルダ３１３の外周面に固定される。

後フレーム３０２は、図８（ａ）に示すように、本体ユニット１０の底面から鉛直下方側に向かって延長された一対の後脚部３１５、３１５と、これら一対の後脚部３１５、３１５同士を繋ぐ後板部３１６とを有する。

一対の後脚部３１５、３１５には、基端側に左右方向（図７における左右方向）に伸びる軸部３１７、３１７を有し、遊端側にもこの基端側の軸部３１７、３１７の軸線と平行な軸部３１７、３１７が設けられている。一対の後脚部３１５、３１５は、基端側に設けられた軸部３１７、３１７を介して本体ユニット１０の底面に並列配置された一対の基端側軸受部３１８に軸支され、一対の前脚部３０３、３０３と同様、前後方向（図７における上下方向）に傾動自在に構成されている。また、一対の後脚部３１５、３１５は伸縮自在な構造となっており、電子制御部１０２に制御される図示せぬ駆動機構によってその長さを伸縮させることが可能となっている。なお、一対の後脚部３１５、３１５を伸縮させる際は、それぞれの後脚部３１５、３１５の長さが同じ長さとなるように伸縮制御される。

後板部３１６は、図８（ｂ）に示すように、略横長形状の板状体で、その長手方向の左右端部の天面側には遊端側軸受部３１９が設けられており、一対の後脚部３１５、３１５の遊端側に設けられた軸部３１７、３１７を回動自在に軸支している。また、一対の後脚部３１５、３１５についても、一対の前脚部３０３、３０３と同様、一対の後脚部３１５、３１５のそれぞれが同期して前後に傾動するように構成されている。

また、後板部３１６の長手方向中央付近には前後に貫通した取付開口３２０が設けられている。また、後板部３１６の前面（前板部３０４と対向する面。図７における上方向側）には、遊端側に設けられた軸部３１７、３１７と平行な方向に開口したねじ孔３２１を有するダンパー取付部３２２が設けられ、後板部３１６の左右端部の底面には接地用の足部３２３が設けられている。

減衰装置３４０はダンパー３４１と、コイルスプリング３４２とを有する。ダンパー３４１は内部にオイルとガスが充填された単筒式のシリンダ３４３と、このシリンダ３４３内を摺動自在に挿入されたピストンロッド３４４とを備える。コイルスプリング３４２はダンパー３４１の外周を覆うように巻回されている。コイルスプリング３４２の一端はシリンダ３４３に設けられたスプリング受け部３４５に接合され、コイルスプリング３４２の他端はピストンロッド３４４に設けられたスプリング受け部３４５に接合されている。また、それぞれのスプリング受け部３４５の先端には前板部３０４および後板部３１６に設けられたダンパー取付部３１１、３２２のねじ孔３１０、３２１に対応した図示せぬ開口部３４６が設けられている。減衰装置３４０は、これらのねじ孔３１０、３２１および図示せぬ開口部３４６を介してボルト等によって回動自在に取り付けられることにより、前板部３０４および後板部３１６との間に傾動自在に取り付けられている。

なお、図８（ａ）に示す減衰装置３４０の状態は、軸方向に一番伸長した無負荷状態であり、ピストンロッド３４４のストローク長が一番長い状態である。常態においてはこの無負荷状態の最大ストローク長（図８（ａ）中のＸ線分）を維持した状態となっている。
また、減衰措置３４０として単筒式のダンパー３４１に代えて複筒式のダンパーを用いてもよいし、ゴム等の弾性体によるものを用いてもよい。

放水ノズル３６０は、内部に流水路３６４が貫通形成された円筒状のノズル本体３６１と、ノズル側ジョイント３６２とを有する。

ノズル本体３６１は、図８に示すように、放出口３６３に向かって先細り形状となるように形成されており、内部に形成された図示せぬ流水路３６４も放出口３６３に向かうにつれ狭くなるように構成される。また、ノズル本体３６１には電子制御部１０２によって制御される図示せぬ放水状態切替機構３６５が設けられており、少なくとも、直線状に放水する棒状放水状態、放射状に放水する広角放水状態、噴霧状に放水を行う噴霧放水状態の３つの放水状態および放水を行わない放水停止状態とのそれぞれに切り替え可能に構成されている。
ノズル側ジョイント３６２は、図８に示すように、外周面にネジ溝が切られたオス側ジョイントとして機能し、ホース部３８０に設けられたメス側ジョイント３８４と螺合し連結可能に構成されている。

ホース部３８０は、中間ホース３８１と、送水ホース３８２とを有する。中間ホース３８１および送水ホース３８２は、綿、合成繊維等の糸を円織り機や平織り機等で筒状に織った織物の内面にゴムや合成樹脂等によってライニング加工を施して流路を形成した消防用のジャケットホースと同様の構造となっており、送水ポンプ車や各種消火栓から送られてくる加圧水の圧力に耐えうる強度を有している。なお、ホース部３８０に用いるホースは消防用のジャケットホース以外のホース、例えば、消防用の保形ホースや濡れホース等を用いてもよい。また、消防用以外のホース、例えば、土木用や工業用、園芸用のホースを用いてもよい。

中間ホース３８１は、その両端部が前板部３０４および後板部３１６の取付開口３０９、３２０のそれぞれに固定されておりアタッチメント３８３として機能する。また、中間ホース３８１の両端部のそれぞれには結合用ジョイントとしてメス側ジョイント３８４が設けられている（図９参照）。メス側ジョイント３８４はねじ式の結合金具のメス側として機能し、オス側のジョイントとなるノズル側ジョイント３６２および送水ホース側ジョイント３８５を挿入後、所定方向に回転させることでオス側・メス側のそれぞれのジョイントが強固に螺合し連結されるように構成される（図８（ａ）参照）。

中間ホース３８１の長さは、常態における前板部３０４と後板部３１６との長さＸよりも若干長くなるように構成されている。つまり、中間ホース３８１は、図８、図９に示すように、若干撓んだ状態で取り付けられている。このような撓みをもたすことにより、放水開始時や放水停止時に生じる急激な加圧や減圧による膨張や収縮のショックを緩和することができ、飛行時の安定性の向上が見込めることとなり好適となる。

送水ホース３８２の一端側にはオス側の結合用ジョイントとなる送水ホース側ジョイント３８５が設けられている。送水ホース側ジョイント３８５は、外周面にネジ溝が切られたオス側ジョイントとして機能し、中間ホース３８１に設けられたメス側ジョイント３８４と螺合し連結されるように構成される（図８（ａ）参照）。送水ホース３８２の他端側には送水ポンプ車や各種消火栓等と連結可能な図示せぬ所定の結合用ジョイントが設けられている。

なお、放水ノズル３６０および各ホースの結合金具はねじ式の結合金具に限らず、取り外し等の利便性に優れる差込式（町野式）の結合金具を用いてもよい。また、各ホースに取り付けられるオス側ジョイントおよびメス側ジョイントは相互に入れ替えて設けてもよい。また、それぞれの結合用ジョイントはそれぞれ共通の型式、例えば、所定の認定機関や団体等において予め定められた汎用的な型式で揃えられていることが望ましい。同一の型式であれば、ホース間の組み合わせ等が容易になり好適となるからである。

以上のように、本実施形態におけるキャリアユニット３０には減衰装置３４０が設けられ、この減衰装置３４０は前板部３０４および後板部３１６との間を連結するとともに、その取付角度が変異可能となるよう傾動自在に取り付けられている。そのため、常態においては図９（ａ）に示すように略水平方向を維持した状態となるが、一対の後脚部３１５、３１５が短縮駆動された場合においては、図９（ｂ）に示すように、最大ストローク長を維持したまま前方側（図９中左側）に向かって下傾した状態となる。

また、この減衰装置３４０の下傾動作に伴い、連結されている前板部３０４が後方（図９中右側）に引っ張られ、一対の前脚部３０３、３０３の軸部３０６、３０６を中心に後方（図９中右側）に向かって傾動する。そして、前板部３０４の傾動に伴い前板部３０４に取り付けられた放水ノズル３６０も下方（図９中下側）に傾動し、放出口３６３が下向きに変化することになる。これにより、消防用ドローン１のホバリング状態を維持したまま、放水方向を調整することが可能となる。なお、放出口３６３を上向きにする場合には、上述とは逆に、図９（ａ）に示す略水平方向を維持した状態から一対の後脚部３１５、３１５を伸長駆動させればよい。また、減衰装置３４０の最大ストローク長を維持したまま放出口３６３の向きを変更可能としているので、いずれの向きにおいても減衰装置３４０における減衰力を最大限発揮することが可能となる。

本実施形態における揚力発生ユニット２０およびキャリアユニット３０を搭載した消防用ドローン１の活用例を、図１０を用いて説明する。

図１０においては、家４０に火災が発生した状況を想定している。このような状況において、まず消防用ドローン１の中間ホース３８１に放水ノズル３６０と送水ホース３８２を装着する。次に、送水ポンプ車６０と送水ホース３８２とを接続し、送水ホース３８２および中間ホース３８１に水を充填させる。なお、飛行前に水を充填させておく方が飛行中に水を充填させるよりも消防用ドローン１の飛行動作に与える影響が少なくなるため好ましい。

そして、消防用ドローン１を離陸させ、対象となる家４０よりも高い位置まで飛行させる。所望の位置まで飛行したらその場でホバリング状態とさせ、放水停止状態から放水状態へと切り替え、送水ポンプ車６０から送られてくる加圧水を対象に向けて放出する。このとき、放水開始による反作用として放水反力が前板部３０４を介して消防用ドローン１に作用するものと考えられるが、この反作用は減衰装置３４０によって吸収もしくは減衰される。このように減衰装置３４０は、消防用ドローン１への影響を低減し、放水の開始や停止、放水タイプの切り替え等による飛行への影響を低減させている。

また、図示せぬ障害物等により、飛行高度が制限される場合など、消防用ドローン１の高度を変更することで放水位置を調整できないような場合には、一対の後脚部３１５、３１５を伸縮制御することによって放水方向を調整すればよい。また、重点的に放水を行いたい場合には棒状放水、広範囲に放水を行いたい場合には広角放水にするなど適宜状況に応じて放水態様を切り替えながら消火活動を行えばよい。

また、窓４０１から家４０内に消防用ドローン１を突入させ、内部から消火活動を行うことも可能である。このような場合には消防用ドローン１に図示せぬカメラ等を搭載し、送受信部１０３を介して外部に設けられた表示装置等に画像をリアルタイムで送信するようにすればよい。また、消防用ドローン１に図示せぬマイクやスピーカ等を搭載し、所定の操作者と被災者との間で音声通信が可能となるようにしてもよい。また、この場合、所定の操作者の操作に応じて消防用ドローン１を制御することが望ましい。このような構成とすることで表示装置等を介して消火活動を行うことが可能となり消防士等が内部に突入することなく、安全かつ的確に消火活動を行うことができる。

以上のように、本実施例における揚力発生ユニット２０は、送風装置２００から発生させた風を第１円筒体２４０によるコアンダ効果によって、増幅された空気流として第２円筒体２６０に供給する。そして、第２円筒体２６０においては、増幅された空気流を、第２円筒体２６０によるコアンダ効果によって更に増幅させた空気流として第２送風流路２６３を流下させ送風口２６２から噴出させることで、揚力を発生させる。また、送風装置２００に空気を供給する第１吸気口２０３が第２送風流路２６３内に設けられていることによって、送風口２６２周辺に負圧を発生させ、第２送風流路２６３から送風口２６２に向かって流れる空気流の勢いをより増幅させている。

このように構成した揚力発生ユニット２０によれば、コアンダ効果を用いた揚力発生装置において、コアンダ効果の効率をより一層高めた高効率の揚力を発生させることが可能となる。また、コアンダ効果を発生させる複数の円筒体（第１円筒体２４０、第２円筒体２６０）を組み合わせることで高出力のモータ等の送風装置によることなく、高出力の揚力を発生させることができる。これにより、軽量かつ電力消費効率に優れた揚力発生装置を実現することができる。また、高出力のモータ等を用いないため、飛行可能時間がより多くなることが期待される。また、回転機構部２０２が露出していないため、風切り音が生じず静粛性が高い揚力発生装置とすることができ、加えて、障害物に強く、森林等の枝葉が多い飛行環境下においても制限を受けることなく安定した揚力を発生させることも可能となる。

以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、第１吸気口２４２を第２送風流路２６３内に設ける例を挙げているが、第１吸気口２４２を設ける位置はこれに限らない。例えば、図１１に示すように送風ケース２０１の底面側に第１吸気口２４２を設けてもよい。このように構成しても送風ケース２０１の底面側に負圧が発生することにより、送風口２６２から流れ出る空気を巻き込むため、結果として、送風口２６２から流れ出る空気流をより加速させることができる。つまり、送風口２６２の下流側に負圧を発生させることができる位置であればよい。
また、上記のような位置に設けた第１吸気口２４２に加えて、送風ケース２０１における第２円筒体２６０と反対側の側面に他の吸気口を設けてもよい。このように構成した場合には、第１吸気口２４２からの空気の取り込みにより送風口２６２の下流側に負圧を発生させつつ、他の吸気口からの空気の取り込みにより第２送風流路２６３へ取り込まれる空気量を増加させることができる。

また、上記実施形態においては、消防用ドローン１のみで消火活動を行う例を挙げた。しかし、実際の現場において、より多くの放水量を確保したい場合や、より長尺のホースを用いたい場合等においては、消防用ドローン１のみでは足りないことも想定される。そのような場合には、図１２に示すように、消防用ドローン1の他にもう一機の中継用ドローン２を用いた複数のドローンの連携によって消火活動を行ってもよい。

この中継用ドローン２は、主に放水ノズル３６０およびノズル支持部３０５を備えていない以外は本発明の消防用ドローン１と同様の構成を備えている。この中継用ドローン２と消防用ドローン１とは中継用ホース３８６で連結される。この中継用ホースは本実施形態の消防用ドローン１に用いられる連結金具と同様の型式のものであり、互いに連結可能となっている。また、中継用ドローン２の数は１機に限られず２機以上の複数であってもよい。

また、上記実施形態においては、揚力発生ユニット２０のそれぞれに回転機構部２０２を有する例を挙げたが、これに限らない。例えば、本体ユニット内に回転機構部２０２を設け、それぞれの揚力発生ユニット２０に送風する機構としてもよい。

また、図１３に示すように、本実施形態における揚力発生ユニット２０に代えて複数の回転翼８０の回転流によって揚力を発生させるようにしてもよい。

１消防用ドローン
１０本体ユニット
２０揚力発生ユニット
３０キャリアユニット
２００送風装置
２２０支持体
２４０第１円筒体
２６０第２円筒体
３０１前フレーム
３０２後フレーム
３０３前脚部
３０４前板部
３１５後脚部
３１６後板部
３４０減衰装置
３４１ダンパー
３４２コイルスプリング
３４３シリンダ
３４４ピストンロッド
３４５スプリング受け部
３６０放水ノズル
３８１中間ホース
３８２送水ホース

上記目的を達成するために、本発明は、コアンダ効果によって、上流側開口から下流側開口へと向かう所定方向に向かって流れる空気流以上の空気流を前記所定方向に向かって発生させ前記所定方向とは逆方向への揚力を発生可能な第一円筒体を有した揚力発生装置であって、前記揚力発生装置は、前記所定方向に流れる空気流を発生させる送風機構を有し、前記送風機構は、吸気部から吸い込んだ空気を排気部に向かって送風するものであり、前記排気部は、前記上流側開口の近傍の前記第一円筒体の内周面に設けられ、前記送風機構から送風された空気を、前記所定方向に流れる空気流として前記第一円筒体の内周面に沿って送風することによって前記コアンダ効果を発生し得るものであり、前記吸気部は、前記下流側開口の近傍の前記第一円筒体の内周面に設けられ、前記空気流の一部を吸気可能に構成されていることを特徴とする。

Claims

コアンダ効果によって、開口が設けられた所定方向に向かって流れる空気流以上の空気流を前記所定方向に向かって発生させ前記所定方向とは逆方向への揚力を発生可能な第一円筒体を有した揚力発生装置であって、
前記揚力発生装置は、前記所定方向に流れる空気流を発生させる送風機構を有し、
前記送風機構は、吸気部から吸い込んだ空気を排気部に向かって送風するものであり、
前記排気部から送風された空気は、前記所定方向に流れる空気流として前記第一円筒体の内周面に沿って送風され、
前記吸気部は前記開口の近傍に配置されていることを特徴とする揚力発生装置。
前記吸気部は、前記第一円筒体の内周面に開口し、前記排出部よりも前記所定方向側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の揚力発生装置。
前記送風機構と前記排気口との間に第二円筒体を有し、
前記第二円筒体は、コアンダ効果によって、前記送風機構から送風された空気流以上の空気流を前記排気部に向けて発生させることを特徴とする請求項１又は２記載の揚力発生装置。