JP2020131858A - 飛行体 - Google Patents

Abstract

【課題】求められる性能を満たしつつ軽量化を実現する飛行体を提供する。【解決手段】前後方向、左右方向および上昇方向に拡がる所定の収容空間を有する構造体である本体部１０と、前記本体部を中心として前後方向および左右方向に拡がる前後左右平面に沿って前記本体部を取り囲む位置関係で配置された複数の飛行ユニット２０と、を備えた飛行体１であって、前記飛行ユニットは、上昇方向に沿って延びる軸を中心に回転するロータと、前記ロータの前後および上下を取り囲んで該ロータを保持する枠体と、前記枠体を前記本体部に連結する連結体と、を備えており、前記飛行ユニットにおける前記枠体の下端が前記本体部よりも下方に位置している飛行体。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の飛行ユニットを備えた飛行体に関する。

従来から、荷物や乗員などを収容する収容空間を有する本体部に、ロータからなる飛行ユニットを設けて飛行可能とした飛行体が種々提案されており（特許文献１参照）、近年では、本体部を取り囲むように複数の飛行ユニットを設けた構成も提案されている（特許文献２参照）。

特開2009-137316号公報 特開2017-154654号公報

この種の飛行体では、本体部や飛行ユニットを軽量化することが必要であるが、飛行体として求められるその他の機能や性能との関係で、充分に軽量化が実現されているとはいえない。例えば、飛行体として着陸する際などの衝撃に耐えうる剛性や、ロータが周辺領域に干渉しないようにするといった安全面の配慮などが求められ、これらを満たすためだけの部材を設けることは、無用に重量を増加させることとなり、軽量化と相反する結果となってしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、飛行体として求められる性能を満たしつつ軽量化を実現するための技術を提供することである。

上記課題を解決するため第１局面における飛行体は、前後方向、左右方向および上昇方向に拡がる所定の収容空間を有する構造体である本体部と、前記本体部を中心として前後方向および左右方向に拡がる前後左右平面に沿って前記本体部を取り囲む位置関係で配置された複数の飛行ユニットと、を備えた飛行体であって、前記飛行ユニットは、上昇方向に沿って延びる軸を中心に回転するロータと、前記ロータの前後および上下を取り囲んで該ロータを保持する枠体と、前記枠体を前記本体部に連結する連結体と、を備えており、前記飛行ユニットにおける前記枠体の下端が前記本体部よりも下方に位置している飛行体である。

この局面の飛行体では、飛行ユニットが、ロータを内包して起立した枠体という中空の構造体となっているため、飛行ユニット自体を軽量化することができるだけでなく、枠体という構造によって、着陸時における上昇方向および前後方向の衝撃に対する一定の剛性を確保することができる。さらに、枠体がロータを取り囲む構造となっているため、ロータの周辺領域への干渉を抑制することも可能である。このように、本飛行体では、飛行体として求められる性能を満たしつつ軽量化を実現することができる。

この局面においては、以下に示す第２局面のようにしてもよい。

第２局面において、前記枠体は、前記ロータの前方において上昇方向に延びる前枠と、前記ロータの後方において上昇方向に延びる後枠と、前記前枠および前記後枠それぞれの上端側を連結するように前後方向に延びる上枠と、前記前枠および前記後枠それぞれの下端側を連結するように前後方向に延びる下枠と、当該枠体におけるいずれかの枠に取り付けられるとともに該枠と前記ロータとの間に介在して該ロータを回転可能に保持する保持部と、からなる。

この局面の飛行体では、飛行ユニットにおける枠体が、前後上下の枠によってフィーレンディール構造をなしているため、この構造により軽量化と剛性の確保とを両立することができる。

この局面においては、以下に示す第３局面のようにしてもよい。

第３局面において、前記枠体は、前記前枠および前記後枠それぞれを前記上枠と前記下枠との間において連結するように前後方向に延びる中段枠、を備え、前記ロータとして、前記上枠と前記中段枠との間の領域に配置された上段側のロータと、前記中段枠と前記下枠との間の領域に配置された下段側のロータと、が備えられている。

この局面の飛行体では、飛行ユニットとして上下段にロータを配置した構成となっているため、ロータ単体で構成した場合と比べて、例えば、それぞれ推力が半分程度の小径ロータを上下段に配置することで、必要な推力を確保したまま前後左右平面におけるロータの配置領域を小さくすることができる。

また、上記第２、第３局面においては、以下に示す第４局面のようにしてもよい。

第４局面において、前記枠体における前記下枠は、前記ロータの回転する回転領域に所定の距離まで近接する位置を限度として、その前端側および後端側のいずれか一方または両方の領域が、それ以外の領域から離れるにつれて上方に傾斜している。

飛行体の着陸時には、飛行体における前後左右平面を前傾または後傾させた状態から枠体を接地させることもありうるが、この場合、枠体の下枠が前後方向に沿って同一方向に延びた領域のみであると、枠体の前端または後端が接地面に引っ掛かってしまい、適切に着陸できないばかりか、転倒するなどして飛行体が破損してしまう恐れがある。

この点、上記各局面の飛行体では、枠体における下枠がその前端側または後端側において上方に傾斜しているため、飛行体における前後左右平面を前傾または後傾させた状態から枠体を接地させるような状況下でも、枠体が接地面に引っ掛かりにくくすることができる。

また、上記各局面においては、以下に示す第５局面のようにしてもよい。

第５局面において、前記保持部は、前記枠体において前記ロータの上方を取り囲む枠に取り付けられ、該枠と前記ロータとの間に介在して該ロータへと回転駆動力を伝達する駆動機構を有している。

この局面の飛行体であれば、回転駆動の伝達のための機械要素として一定の重量を有する駆動機構が、枠体においてロータの上方を取り囲む枠から下方に向けて配置されているため、同枠から駆動機構を上方に向けて配置するような場合と比べ、飛行ユニットおよび飛行体全体としての重心を低くすることができる。

また、上記各局面においては、以下に示す第６局面のようにしてもよい。

第６局面において、前記連結体は、前記枠体において前記ロータの上方および下方を取り囲む枠それぞれのうち、該ロータの回転軸と前記前後左右平面にて重なる位置を含む領域からそれぞれ延びて前記本体部に連結された一対の棒状部材と、一方の前記棒状部材と他方の前記棒状部材とをそれぞれの長さ方向に沿った所定の位置において連結するように上昇方向に延びる連結部材と、からなる。

この局面の飛行体であれば、本体部と飛行ユニットとを連結する連結体が、棒状部材および連結部材によってフィーレンディール構造をなしているため、この構造により軽量化と剛性の確保とを両立することができる。

また、上記各局面においては、以下に示す第７局面のようにしてもよい。

第７局面において、前記保持部は、前記枠体において前記ロータの回転する回転領域の上端が前記収容空間よりも下方となる位置関係で該ロータを保持する。

この局面の飛行体であれば、飛行ユニットのロータは、収容空間よりも下方の位置において回転しているため、このロータが収容空間に干渉することを抑制することができる。

本発明の全体構成を示す斜視図 本発明のフレーム構造を示す斜視図 本発明を前後方向および左右方向に拡がる前後左右平面で示した図（平面図） 本発明を前方からみた状態を示す図（正面図） 本発明におけるフレーム構造の要部を示す斜視図 本発明を側面からみた状態を示す図（側面図） 本発明のフレーム構造を側面からみた状態を示す図（側面図）

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。

（１）全体構成

飛行体１は、図１に示すように、所定の収容空間１００を有する構造体である本体部１０と、本体部１０を取り囲む複数の飛行ユニット２０と、本体部１０の下方に配置された走行ユニット３０と、を備えている。

本体部１０は、図１、図２に示すように、前後方向、左右方向および上昇方向に拡がる所定の収容空間１００を有し、この収容空間１００の上方以外を取り囲んで前後方向に延びるフレーム構造の構造体１１に、外装１３を被せたものであり、前後方向に複数名の乗員２００を乗車可能なスペースとして収容空間１００が確保されている。この構造体１１には、収容空間１００を取り囲む領域から上方に延びて収容空間１００の上方を覆うロールオーバーバー１５が形成されている。

なお、本実施形態では、飛行体１自体の上下方向や飛行体１が上昇・下降する方向を上昇方向とし、同図における左下側に位置する本体部１０の端部から右上側に位置する本体部１０の端部へ向かう方向を前後方向とし、同図における本体部１０の前後いずれか一方かつ紙面手前側に位置する飛行ユニット３０から紙面奥側に位置する飛行ユニット３０に向かう方向を左右方向とする。

飛行ユニット２０は、図１、図２に示すように、複数の構成要素からなる構造体に外装２１を被せたものであり、構成要素として、上昇方向に沿って延びる軸を中心に回転するロータ４０と、ロータ４０の前後および上下を取り囲んでロータ４０を保持する枠体５０と、枠体５０を本体部１０に連結する連結体６０と、を備えている。この枠体５０は、その下端が本体部１０よりも下方に位置している。

この飛行ユニット２０は、図３に示すように、本体部１０を中心として前後方向（同図上昇方向）および左右方向に拡がる前後左右平面に沿って本体部１０を取り囲む位置関係で配置されており、本体部１０の前方側を左右で挟むように配置された一組の飛行ユニット２０と、本体部１０の後方側を左右で挟むように配置された一組の飛行ユニット２０と、からなる。なお、これら飛行ユニット２０それぞれのロータ４０は、それぞれの回転軸が上昇方向に沿って平行となるように配置されている。

走行ユニット３０は、図４に示すように、本体部１０の前方側に配置された前輪３１と、本体部１０の後方側に配置された一対の後輪３３と、後輪３３それぞれを浮沈させるサスペンション３５と、からなる。この前輪３１は、その下端が枠体５０の下端よりも下方に位置し、また、前方の飛行ユニット２０における枠体５０の前端よりも後方に位置している（図６、図７参照）。また、後輪３３は、その下端が枠体５０の下端よりも下方に位置しているが、サスペンション３５により枠体５０の下端よりも上方に変位可能に構成されており、また、後方の飛行ユニット２０における枠体５０の後端よりも前方に位置している（同図参照）。

本実施形態においては、前輪３１が、図示されないステアリング装置により操舵可能に構成され、後輪３３が、図示されないモータやエンジンなどの動力源からの動力を受けて回転駆動されるように構成されており、これにより飛行体１に陸上を走行する機能が付与されている。

枠体５０は、図５に示すように、ロータ４０の前方において上昇方向に延びる前枠５１と、ロータ４０の後方において上昇方向に延びる後枠５３と、前枠５１および後枠５３それぞれの上端側を連結するように前後方向に延びる上枠５５と、前枠５１および後枠５３それぞれの下端側を連結するように前後方向に延びる下枠５７と、前枠５１および後枠５３それぞれを上枠５５と下枠５７との間において連結するように前後方向に延びる中段枠５９と、枠体５０に取り付けられるとともに該枠とロータ４０との間に介在してロータ４０を回転可能に保持する保持部７０と、からなる。

これらのうち、下枠５７は、ロータ４０の回転する回転領域（ロータ４０が回転に伴って通過する領域として形成される回転領域３００；図７参照）に所定の距離まで近接する位置を限度として、その前端側および後端側のいずれか一方または両方の領域が、それ以外の領域から離れるにつれて上方に傾斜している。ここでは、前方側に配置された飛行ユニット２０における枠体５０の下枠５７のうち、前端側のみが真っ直ぐ上方へ傾斜しており、また、後方側に配置された飛行ユニット２０における枠体５０の下枠５７のうち、後端側のみが真っ直ぐ上方へ傾斜している。この「回転領域に所定の距離まで近接する位置」は、飛行体１の動作に応じてロータ４０が最も下方に変位した場合でもロータ４０が接触することのないものとして定められた位置である。

この枠体５０に対し、本実施形態では、上枠５５と中段枠５９との間の領域に配置された上段側のロータ４０と、中段枠５９と下枠５７との間の領域に配置された下段側のロータ４０と、が設けられている。

また、保持部７０は、枠体５０においてロータ４０の上方を取り囲む枠（本実施形態では上枠５５および中段枠５９）に取り付けられ、これら枠とロータ４０との間に介在してロータ４０へと回転駆動力を伝達する駆動機構７１を有している。この駆動機構７１は、動力源としてのモータとこのモータによる回転駆動力をロータ４０へと伝達する機構部分とが一体化されたものであり、枠体５０における枠から下方に向けて配置されている。なお、この駆動機構７１は、他の部位に設けられた動力源からの回転駆動力をロータ４０へと伝達する機構部分のみからなるものとしてもよい。

この保持部７０は、図６、図７に示すように、ロータ４０の回転する回転領域３００の上端が収容空間１００よりも下方となる位置関係でロータ４０を保持している。

連結体６０は、図５に示すように、枠体５０においてロータ４０の上方および下方を取り囲む枠それぞれのうち、ロータ４０の回転軸と前後左右平面にて重なる位置を含む領域からそれぞれ延びて本体部１０に連結された一対の棒状部材６１と、一方の棒状部材６１と他方の棒状部材６１とをそれぞれの長さ方向に沿った所定の位置において連結するように上昇方向に延びる連結部材６３と、からなる。ここでは、棒状部材６１の長さ方向に沿った一カ所においてのみ連結部材６３が一対の棒状部材６１を連結しているが、複数の連結部材６３が、棒状部材６１の長さ方向に沿った複数個所においてそれぞれ一対の棒状部材６１を連結するように構成してもよい。

（２）作用効果

上記実施形態の飛行体１は、飛行ユニット２０が、ロータ４０を内包して起立した枠体５０という中空の構造体となっているため、飛行ユニット２０自体を軽量化することができるだけでなく、枠体５０という構造によって、着陸時における上昇方向および前後方向の衝撃に対する一定の剛性を確保することができる。さらに、枠体５０がロータ４０を取り囲む構造となっているため、ロータ４０の周辺領域への干渉を抑制することも可能である。このように、飛行体１では、飛行体１として求められる性能を満たしつつ軽量化を実現することができる。

また、飛行ユニット２０における枠体５０が、前後上下の枠によってフィーレンディール構造をなしているため、この構造により軽量化と剛性の確保とを両立することができる。

また、飛行ユニット２０として上下段にロータ４０を配置した構成となっているため、ロータ４０単体で構成した場合と比べて、例えば、それぞれ推力（軸方向に沿った推進力）が半分程度の小径ロータ４０を上下段に配置することで、必要な推力を確保したまま前後左右平面におけるロータ４０の配置領域を小さくすることができる。また、それぞれの推力が単一のロータ４０からなる構成と同程度のロータ４０を上下段に配置することで、ロータ４０の配置領域を拡げることなく、飛行に必要な推力を大きくすることができる。

また、上記実施形態では、枠体５０における下枠５７がその前端側または後端側において上方に傾斜しているため、飛行体１における前後左右平面を前傾または後傾させた状態から枠体５０を接地させるような状況下でも、枠体５０が接地面に引っ掛かりにくくすることができる。

地上を走行する機能を有する飛行体１では、前後左右平面を前傾または後傾させた状態から枠体５０を接地させて着陸した後、そのまま地上を走行する状態へ移行することが考えられる。このように飛行体１における前後左右平面を前傾または後傾させた状態から枠体５０を接地させるような場合には、枠体５０の下枠５７が前後方向に真っ直ぐ延びた領域のみであると、枠体５０の前端または後端が接地面に引っ掛かってしまい、適切に着陸できないばかりか、転倒するなどして飛行体１が破損してしまう恐れがある。その点、上記実施形態のように、枠体５０における下枠５７がその前端側または後端側において上方に傾斜する構成であれば、枠体５０が接地面に引っ掛かりにくくなり、着陸した後そのまま地上を走行する状態へとスムーズに移行することができるようになる。

また、上記実施形態では、回転駆動力の伝達のための機械要素として一定の重量を有する駆動機構（つまり保持部７０）が、枠体５０においてロータ４０の上方を取り囲む枠から下方に向けて配置されているため、同枠から駆動機構を上方に向けて配置するような場合と比べ、飛行ユニット２０および飛行体１全体としての重心を低くすることができる。地上を走行する機能をも有する飛行体１は、走行時の安定性を高めるために重心を低くすることが求められるため、上記のような配置となっていることにより、飛行体１全体としての重心を低くして走行安定性を高めるのに好適である。

また、上記実施形態では、本体部１０と飛行ユニット２０とを連結する連結体６０が、棒状部材６１および連結部材６３によってフィーレンディール構造をなしているため、この構造により軽量化と剛性の確保とを両立することができる。

また、上記実施形態では、飛行ユニット２０のロータ４０が収容空間１００よりも下方の位置において回転しているため、このロータ４０が収容空間１００に干渉することを抑制することができる。

また、上記実施形態では、本体部１０の構造体１１には、収容空間１００の上方を覆うロールオーバーバー１５が形成されているため、これにより、収容空間１００に収容された収容対象の外部との干渉を抑制することができる。

（３）変形例

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、収容空間１００が乗員を乗車可能なスペースとして確保された構成を例示したが、この収容空間１００は、飛行体１にて運搬する荷物を収容するスペースとして確保した構成としてもよい。

また、上記実施形態では、本体部１０の前方側および後方側それぞれを左右で挟むように配置された二組の飛行ユニット２０が備えられた構成を例示したが、前後左右平面に沿って本体部１０を取り囲む位置関係で配置されていれば、飛行ユニット２０の数や配置については特に限定されない。例えば、二組より多い数の飛行ユニット２０が取り囲む構成としたり、本体部１０の前方側または後方側の飛行ユニット２０のみ本体部１０の前方または後方に配置された単体の飛行ユニット２０としてもよい。

また、上記実施形態では、前方側に配置された飛行ユニット２０における枠体５０の下枠５７のうち、前端側のみが上方へ傾斜しており、また、後方側に配置された飛行ユニット２０における枠体５０の下枠５７のうち、後端側のみが上方へ傾斜している構成を例示した。しかし、これら下枠５７それぞれは、前端側および後端側の両方が上方へ傾斜した構成としてもよい。

また、上記実施形態では、飛行ユニット２０における枠体５０の下枠５７が直線状に上方へ傾斜した構成を例示した。しかし、この下枠５７において傾斜する領域は、直線状ではなく、曲線状に上方へ傾斜した構成としてもよい。

また、上記実施形態では、枠体５０に対し、上下２段にロータ４０が設けられた構成を例示したが、上下３段以上のロータ４０を設けた構成としてもよく、この場合、枠体５０に複数の中段枠５９を設け、上下の枠で挟まれた領域それぞれにロータ４０を設けた構成とするとよい。

また、上記実施形態においては、保持部７０が、枠体５０においてロータ４０の上方を取り囲む枠に取付けられた構成を例示したが、この保持部７０は、枠体５０におけるいずれかの枠に取付けられていればよく、ロータ４０の上方を取り囲む枠以外の枠に取付けた構成としてもよい。

また、上記実施形態において、飛行ユニット２０の枠体５０そのものを傾斜させた構成としてもよい。具体的には、前方および後方のいずれか一方に配置された枠体５０の下端面が、離着陸時に想定される接地面に沿う（望ましくは平行となる）ように枠体５０の傾斜角を調整しておくことにより、その枠体５０に設けられたロータ５０による離着陸時の推力を最大化することができる。

また、上記実施形態では、飛行ユニット２０それぞれのロータ４０が、それぞれの回転軸を上昇方向に沿って平行となる位置関係で配置されているものを構成した。しかし、全てのロータ４０の回転軸を平行にしないような構成を採用してもよい。具体的には、飛行ユニット２０のうち、前後一方側に配置された飛行ユニット２０、または、左右一方側に配置された飛行ユニット２０についてのみ、ロータ４０の回転軸を傾けるといった構成が考えられ、このように構成すれば、回転軸の傾きに応じて飛行体１の飛行時におけるロール方向やピッチ方向の安定性を高めることも可能となる。

また、上記実施形態では、収容空間１００に乗員２００が乗車して有人飛行を可能とした構成を例示したが、乗員２００以外の荷物など収容対象を収容空間１００に収容して無人飛行を可能とした構成に適用できることはいうまでもない。

１…飛行体、１０…本体部、１１…構造体、１３…外装、１５…ロールオーバーバー、２０…飛行ユニット、２１…外装、３０…走行ユニット、３１…前輪、３３…後輪、３５…サスペンション、４０…ロータ、５０…枠体、５１…前枠、５３…後枠、５５…上枠、５７…下枠、５９…中段枠、６０…連結体、６１…棒状部材、６３…連結部材、７０…保持部、７１…駆動機構、１００…収容空間、２００…乗員、３００…回転領域。

Claims (7)

1. 前後方向、左右方向および上昇方向に拡がる所定の収容空間を有する構造体である本体部と、前記本体部を中心として前後方向および左右方向に拡がる前後左右平面に沿って前記本体部を取り囲む位置関係で配置された複数の飛行ユニットと、を備えた飛行体であって、
   前記飛行ユニットは、上昇方向に沿って延びる軸を中心に回転するロータと、前記ロータの前後および上下を取り囲んで該ロータを保持する枠体と、前記枠体を前記本体部に連結する連結体と、を備えており、
   前記飛行ユニットにおける前記枠体の下端が前記本体部よりも下方に位置している飛行体。
2. 前記枠体は、前記ロータの前方において上昇方向に延びる前枠と、前記ロータの後方において上昇方向に延びる後枠と、前記前枠および前記後枠それぞれの上端側を連結するように前後方向に延びる上枠と、前記前枠および前記後枠それぞれの下端側を連結するように前後方向に延びる下枠と、当該枠体におけるいずれかの枠に取り付けられるとともに該枠と前記ロータとの間に介在して該ロータを回転可能に保持する保持部と、からなる、
   請求項１に記載の飛行体。
3. 前記枠体は、前記前枠および前記後枠それぞれを前記上枠と前記下枠との間において連結するように前後方向に延びる中段枠、を備え、
   前記ロータとして、前記上枠と前記中段枠との間の領域に配置された上段側のロータと、前記中段枠と前記下枠との間の領域に配置された下段側のロータと、が備えられている、
   請求項２に記載の飛行体。
4. 前記枠体における前記下枠は、前記ロータの回転する回転領域に所定の距離まで近接する位置を限度として、その前端側および後端側のいずれか一方または両方の領域が、それ以外の領域から離れるにつれて上方に傾斜している、
   請求項２または請求項３に記載の飛行体。
5. 前記保持部は、前記枠体において前記ロータの上方を取り囲む枠に取り付けられ、該枠と前記ロータとの間に介在して該ロータへと回転駆動力を伝達する駆動機構を有している、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載の飛行体。
6. 前記連結体は、前記枠体において前記ロータの上方および下方を取り囲む枠それぞれのうち、該ロータの回転軸と前記前後左右平面にて重なる位置を含む領域からそれぞれ延びて前記本体部に連結された一対の棒状部材と、一方の前記棒状部材と他方の前記棒状部材とをそれぞれの長さ方向に沿った所定の位置において連結するように上昇方向に延びる連結部材と、からなる、
   請求項１から５のいずれかに記載の飛行体。
7. 前記保持部は、前記枠体において前記ロータの回転する回転領域の上端が前記収容空間よりも下方となる位置関係で該ロータを保持する、
   請求項１から６のいずれかに記載の飛行体。