JP2021075191A - Vertical takeoff and landing aircraft - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、垂直離着陸ができるように複数のロータを備えると共に、翼形状によって生じる揚力を伴って水平飛行ができるように固定翼を備え、該固定翼が、水平飛行の際に上下に位置する上下の翼であって胴体を中心に左右に配されることで形成された左右の複葉翼によって構成された垂直離着陸航空機に関する。 The present invention includes a plurality of rotors for vertical takeoff and landing, and fixed wings for horizontal flight with lift generated by the wing shape, and the fixed wings are positioned up and down during horizontal flight. It relates to a vertical take-off and landing aircraft composed of left and right compound leaf wings formed by arranging the upper and lower wings to the left and right around the fuselage.
従来の垂直離着陸航空機としては、乗員が乗車して離着陸し水平飛行しうる垂直離着陸機を全体として乗用車と略同様の大きさに形成し、機体の胴体は水平飛行に寄与する揚力を発生し得るように形成され、離着陸用エンジンと水平飛行用エンジンとを備え、上記離着陸用エンジンと水平飛行用エンジンとは、上記胴体の上方投影輪郭線内方に装備される
(特許文献1参照)ものが提案されている。このタイプの垂直離着陸航空機では、離着陸用と水平飛行用として別々にエンジンを備えることになり、装置が複雑化して軽量化が難しい。このため、例えば輸送用のドローンに応用する場合は、効率的な輸送ができないと考えられる。
As a conventional vertical take-off and landing aircraft, a vertical take-off and landing aircraft that allows passengers to board, take off and land, and fly horizontally is formed to be approximately the same size as a passenger vehicle, and the fuselage of the aircraft can generate lift that contributes to horizontal flight. The takeoff and landing engine and the level flight engine are provided, and the takeoff and landing engine and the level flight engine are equipped inside the upward projection contour line of the fuselage (see Patent Document 1). Proposed. This type of vertical takeoff and landing aircraft will be equipped with separate engines for takeoff and landing and for level flight, which complicates the equipment and makes it difficult to reduce the weight. Therefore, for example, when applied to a drone for transportation, it is considered that efficient transportation cannot be performed.
これに対して、従来の他の垂直離着陸航空機としては、オスプレイのように、ロータ装置(推力発生装置)が、固定翼に対する角度が適宜変化できるように装着・支持され、離着陸用及び水平飛行用の推力発生装置として兼用される(特許文献2参照)ものが提案されている。これによれば、前述の別々にエンジンを備える航空機よりも、効果的であると考えられるが、ロータ装置の装着・支持する機構が複雑化して軽量化が難しい。このため、例えば輸送用のドローンに応用する場合は、効率的な輸送ができないと考えられる。また、輸送用のドローンに応用する場合など、ロータ装置のプロペラが危険な状態で露出しており、利用者に対する安全性を確保した形態になっていない。 On the other hand, as other conventional vertical takeoff and landing aircraft, like the Osprey, a rotor device (thrust generator) is mounted and supported so that the angle with respect to the fixed wing can be changed as appropriate, and is used for takeoff and landing and horizontal flight. A device that is also used as a thrust generator (see Patent Document 2) has been proposed. According to this, it is considered to be more effective than the above-mentioned aircraft equipped with a separate engine, but the mechanism for mounting and supporting the rotor device becomes complicated and it is difficult to reduce the weight. Therefore, for example, when applied to a drone for transportation, it is considered that efficient transportation cannot be performed. Further, when applied to a drone for transportation, the propeller of the rotor device is exposed in a dangerous state, and the form does not ensure safety for the user.
また、従来の他の垂直離着陸航空機としては、固定翼機の飛行制御装置が、第1の左翼および第1の右翼と、第1の左ロータと第1の左翼に連結された第1の左電気モータとの間に連結された第1の左スワッシュプレートと、第1の右ロータと第1の右翼に連結された第1の右電気モータとの間に連結された第1の右スワッシュプレートとを有し、左右の翼にエレボンを備えた(特許文献3参照)ものが提案されている。さらに、この垂直離着陸航空機では、X型翼構造に4つの翼が設けられ、胴体が中央にある航空機についても提案されている。これによれば、前述の航空機よりも所要の強度を備える構造を簡易化することが可能であると考えられるが、例えば輸送用のドローンに応用する場合は、前述のオスプレイのようなロータ装置を備えるものと同様にロータ装置のプロペラが危険な状態で露出しており、利用者に対する安全性を確保した形態になっていない。 Further, as another conventional vertical take-off and landing aircraft, the flight control device of the fixed-wing aircraft is connected to the first left wing and the first right wing, and the first left rotor and the first left wing. A first left swash plate connected to an electric motor and a first right swash plate connected to a first right rotor and a first right electric motor connected to a first right wing. (See Patent Document 3), which has an aircraft and is provided with elevons on the left and right wings. Further, in this vertical takeoff and landing aircraft, an aircraft in which four wings are provided in an X-type wing structure and the fuselage is in the center is also proposed. According to this, it is considered possible to simplify the structure having the required strength as compared with the above-mentioned aircraft, but when applied to a drone for transportation, for example, a rotor device such as the above-mentioned Osprey is used. The propeller of the rotor device is exposed in a dangerous state as in the case of the provided one, and it is not in a form that ensures safety for the user.
垂直離着陸航空機に関して解決しようとする問題点は、従来の固定翼を備える航空機では、ロータ装置(推力発生装置)の装着・支持構造が複雑になり易く、軽量化が難しいため、例えば輸送用のドローンに応用する場合は、効率的な輸送が難しいと共に、利用者に対する安全性を確保した構成になっていない点にある。 The problem to be solved for vertical takeoff and landing aircraft is that in conventional aircraft equipped with fixed wings, the mounting and support structure of the rotor device (thrust generator) tends to be complicated and it is difficult to reduce the weight. Therefore, for example, a drone for transportation. When applied to, it is difficult to transport efficiently, and the configuration does not ensure safety for users.
そこで本発明の目的は、固定翼による揚力を効果的に利用でき、シンプルで軽量化ができるが、高い強度を備える形態にすることで、輸送効率を高めることができ、ロータ装置のプロペラが危険な状態に露出しないように構成することで、利用者に対する安全性を確保することができる垂直離着陸航空機を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is that the lift of the fixed wing can be effectively used, and the weight can be reduced simply, but the transport efficiency can be improved by making the form having high strength, and the propeller of the rotor device is dangerous. The purpose of the present invention is to provide a vertical take-off and landing aircraft that can ensure safety for users by being configured so as not to be exposed to an unpleasant state.
本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係る垂直離着陸航空機の一形態によれば、垂直離着陸ができるように複数のロータを備えると共に、翼形状によって生じる揚力を伴って水平飛行ができるように固定翼を備え、該固定翼が、水平飛行の際に上下に位置する上下の翼であって胴体を中心に左右に配されることで形成された左右の複葉翼によって構成された垂直離着陸航空機であって、
前記左右の複葉翼は、各翼端において前記上下の翼が連続された形態の翼端連続部を備え、前記胴体と前記左右の複葉翼とによって囲まれた左右の内側スペースの各々に、前記ロータが配されている。
The present invention includes the following configurations in order to achieve the above object.
According to one form of a vertical take-off and landing aircraft according to the present invention, a plurality of rotors are provided so that vertical take-off and landing can be performed, and fixed wings are provided so that horizontal flight can be performed with lift generated by the wing shape. A vertical take-off and landing aircraft composed of left and right compound-leaf wings formed by arranging left and right wings around the fuselage, which are upper and lower wings located up and down during level flight.
The left and right biplane wings are provided with a wing tip continuous portion in a form in which the upper and lower wings are continuous at each wing tip, and the left and right inner spaces surrounded by the fuselage and the left and right biplane wings are described. The rotor is arranged.
また、本発明に係る垂直離着陸航空機の一形態によれば、左右の前記ロータの後方直下の各々に、動翼が配されていることを特徴とすることができる。 Further, according to one form of a vertical take-off and landing aircraft according to the present invention, it is possible to be characterized in that moving blades are arranged immediately below the rear of the left and right rotors.
また、本発明に係る垂直離着陸航空機の一形態によれば、前記ロータは、前記上下の翼の間に架け渡されて形成された架橋支持部によって支持された駆動装置によって駆動されることを特徴とすることができる。 Further, according to one form of a vertical take-off and landing aircraft according to the present invention, the rotor is driven by a drive device supported by a bridge support portion formed by being bridged between the upper and lower wings. Can be.
また、本発明に係る垂直離着陸航空機の一形態によれば、前記動翼は、前記上下の翼の間に架け渡されて形成された架橋支持部によって支持された作動機構によって作動されることを特徴とすることができる。 Further, according to a form of a vertical take-off and landing aircraft according to the present invention, the moving blades are operated by an operating mechanism supported by a bridge support portion formed by being bridged between the upper and lower wings. Can be a feature.
また、本発明に係る垂直離着陸航空機の一形態によれば、垂直離着陸用の脚部が、前記翼端連続部が設けられた前記左右の複葉翼の各翼端の各角部で後方へ延設された形態に設けられていることを特徴とすることができる。 Further, according to one form of the vertical takeoff and landing aircraft according to the present invention, the legs for vertical takeoff and landing extend rearward at each corner of each wing tip of the left and right biplanes provided with the wing tip continuous portion. It can be characterized that it is provided in the provided form.
また、本発明に係る垂直離着陸航空機の一形態によれば、前記胴体には、荷物が積載できるように、収納スペースが設けられていることを特徴とすることができる。 Further, according to a form of a vertical take-off and landing aircraft according to the present invention, the fuselage may be provided with a storage space so that luggage can be loaded.
本発明に係る垂直離着陸航空機によれば、固定翼による揚力を効果的に利用でき、シンプルで軽量化ができるが、高い強度を備える形態にすることで、輸送効率を高めることができ、ロータ装置のプロペラが危険な状態に露出しないように構成することで、利用者に対する安全性を確保することができるという特別有利な効果を奏する。 According to the vertical take-off and landing aircraft according to the present invention, the lift of the fixed wing can be effectively used, and the weight can be reduced simply. By configuring the propeller so that it is not exposed to a dangerous state, it has a special advantageous effect that the safety for the user can be ensured.
以下、本発明に係る垂直離着陸航空機の形態例を、添付図面(図1〜5)に基づいて詳細に説明する。この垂直離着陸航空機は、例えば、ドローン(無人航空機)として用いることができるものであって、無線操縦又は遠隔地へGPS(全地球測位システム)や無線通信網を利用した自動操縦によって飛行できる機体として利用できるものである。 Hereinafter, a form example of the vertical takeoff and landing aircraft according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings (FIGS. 1 to 5). This vertical takeoff and landing aircraft can be used as, for example, a drone (unmanned aerial vehicle), and can fly to a remote location by radio control or autopilot using GPS (Global Positioning System) or wireless communication network. It is available.
本発明に係る垂直離着陸航空機は、基本構成として、垂直離着陸ができるように複数のロータ30(本形態例では、左のロータ31と、右のロータ32)を備えると共に、翼形状によって生じる揚力を伴って水平飛行ができるように固定翼20を備えている。また、その固定翼20が、水平飛行の際に上下に位置する上下の翼(上の翼20a、下の翼20b)であって胴体10を中心に左右に配されることで形成された左右の複葉翼(左の複葉翼21、右の複葉翼22)によって構成されている。
As a basic configuration, the vertical takeoff and landing aircraft according to the present invention is provided with a plurality of rotors 30 (in this embodiment, the
そして、左右の複葉翼21、22は、各翼端において上下の翼20a、20bが連続された形態の翼端連続部21a、22aを備え、胴体10と左右の複葉翼21、22とによって囲まれた左右の内側スペース23、24の各々に、ロータ30(左のロータ31、右のロータ32)が配されている。なお、本形態例のロータ30は、3枚のプロペラを備える形態になっているが、これに限定されず、既知の形態を適宜選択的に採用できるのは勿論である。
The left and
本発明に係る垂直離着陸航空機によれば、左右の複葉翼21、22で構成された固定翼20によって揚力を得ることができるため、航続距離を延長できる効率的な飛行を実現できる。そして、その効果と共に、翼端連続部21a、22aを備えることで、シンプルな形態ではあるが、高い構造強度と剛性を有する翼形態とすることができる。このため、機体の軽量化ができ、輸送効率を高めることができる。
According to the vertical takeoff and landing aircraft according to the present invention, lift can be obtained by the
また、翼端連続部21a、22aを備えることで、ロータ装置(左のロータ31、右のロータ32)のプロペラが危険な状態に露出しないように配された他形態となるため、利用者に対する安全性を適切に確保することができる。すなわち、翼端連続部21a、22aは、ロータガードになっており、安全性だけでなく、ロータ装置の破損が生じないように保護する効果もある。さらに、左右の内側スペース23、24が飛行方向に開口する枠体状に形成されることで気流を整流する効果が生じるため、空力効率を向上できると考えられる。なお、左右の翼端連続部21a、22aと、左右の翼端の上下の翼20a、20bとが連続する角部は、空気抵抗を低減するように曲線で連続する丸められた形状になっている。
Further, by providing the wing tip
なお、本形態例では、上下2枚の複葉翼の形態の固定翼20であって、二つのロータ30(左のロータ31、右のロータ32)が配されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、固定翼20を3枚以上の複葉翼とすることも可能であるし、ロータ30を左右のそれぞれに2つ以上配する形態(左右の合計で4つ以上)とすることも可能である。
In the example of the present embodiment, the
また、本形態例の垂直離着陸航空機では、左右のロータ31、32の後方直下の各々に、動翼40(左の動翼41、右の動翼42)が配されている。この左右のロータ31、32と二つの動翼40(左の動翼41、右の動翼42)によれば、本発明に係る垂直離着陸航空機の姿勢制御を適切に行うことができる。そして、動翼40が、ロータ30の後方直下にあることで、制御操作(操縦)に対する反応性を高めることができ、航空機の機動性を高めることができる。なお、本形態例の動翼40は、エレボンであり、エレベータ(昇降舵)とエルロン(補助翼)との機能をもつものである。
Further, in the vertical takeoff and landing aircraft of this embodiment, moving blades 40 (left moving
すなわち、本形態例によれば、左のロータ31と右のロータ32の駆動力(推力)制御と、左の動翼41と右の動翼42の動作制御とを行うことで、ピッチ軸を中心にしたピッチ制御と、ロール軸を中心にしたロール制御と、ヨー軸を中心にしたヨー制御とによる航空機の3軸制御を行うことができる。
That is, according to the example of this embodiment, the pitch axis is controlled by controlling the driving force (thrust) of the
本形態例のピッチ制御は、胴体10の軸である前後に延びる軸(ロール軸)に直交して左右に延びる固定翼20の延設方向に平行なピッチ軸と平行に設けられた回動軸を中心に、動翼40を回動させることで行うことができる。ロータ30の駆動条件など他の条件を考慮しなければ、基本的には、左の動翼41と右の動翼42とを、同じ方向へ回動することで、機首を上下できる。すなわち、左の動翼41と右の動翼42の回動する自由端側を、例えば水平飛行の姿勢で下方へ回動することで、機首を上げることができる。反対に、左の動翼41と右の動翼42の回動する自由端側を、例えば水平飛行の姿勢で上方へ回動することで、機首を下げることができる。また、このピッチ制御によれば、例えば、水平飛行から垂直飛行への移行や、垂直飛行から水平飛行への移行をスムースに行うことができる。
The pitch control of this embodiment is a rotation shaft provided parallel to the pitch axis parallel to the extension direction of the fixed
本形態例のロール制御は、左の動翼41と右の動翼42とを反対方向へ回動するなど、左の動翼41と右の動翼42との動作に差を設けることで、機体をその軸心(ロール軸)を中心にロールさせることで行うことができる。すなわち、例えば、左の動翼41を上方へ回動すると共に右の動翼42を下方へ回動すれば、左にロールし、反対に左の動翼41を下方へ回動すると共に右の動翼42を上方へ回動すれば、右にロールすることになる。
In the roll control of this embodiment, the
本形態例のヨー制御は、ロータの推力を制御することで行うことができる。すなわち、右のロータの推力が左のロータの推力よりも大きくなるように制御することで、機首を左側へ旋回することができる。反対に、左のロータの推力が右のロータの推力よりも大きくなるように制御することで、機首を右側へ旋回することができる。 The yaw control of this embodiment can be performed by controlling the thrust of the rotor. That is, by controlling the thrust of the right rotor to be larger than the thrust of the left rotor, the nose can be turned to the left. On the contrary, by controlling the thrust of the left rotor to be larger than the thrust of the right rotor, the nose can be turned to the right.
以上の本発明に係る垂直離着陸航空機の3軸制御及び飛行制御は、既知の飛行制御装置を利用して行うことができる。例えば、ドローン(無人航空機)の制御装置を適用して飛行制御を行うことができる。すなわち、飛行制御装置によれば、ジャイロセンサによる姿勢情報、GPSの位置情報、通信網を利用したものを含む無線による操縦情報や、画像処理や電波処理などの光や電波による情報などの種々の情報を感知・取得して、垂直離着陸、ホバリング(定点滞空)や水平飛行などの姿勢制御や、飛行速度、飛行高度、飛行時間及び航続距離の制御・管理、ペイロード(積載量)重心の制御・管理などの飛行に関する制御を行うことができる。 The above-mentioned three-axis control and flight control of the vertical takeoff and landing aircraft according to the present invention can be performed by using a known flight control device. For example, flight control can be performed by applying a drone (unmanned aerial vehicle) control device. That is, according to the flight control device, various types of information such as attitude information by a gyro sensor, GPS position information, wireless maneuvering information including those using a communication network, and light and radio wave information such as image processing and radio wave processing. By sensing and acquiring information, attitude control such as vertical takeoff and landing, hovering (fixed point flight) and horizontal flight, control and management of flight speed, flight altitude, flight time and cruising distance, control of payload (loading capacity) center of gravity It is possible to perform control related to flight such as management.
また、本形態例の垂直離着陸航空機では、左のロータ31と右のロータ32のそれぞれは、上下の翼20a、20bの間に架け渡されて形成された左の架橋支持部51と右の架橋支持部52によってそれぞれ支持された左の駆動装置31aと右の駆動装置32aによって駆動されるように構成されている。
Further, in the vertical takeoff and landing aircraft of this embodiment, the
この左右の架橋支持部51、52によれば、上下の翼20a、20bの間に架け渡されて形成されているため、簡易な形態であるが、その構造強度及び剛性を適切に高めることができる形態になっており、それぞれの駆動装置31a、32a及びロータ30(左のロータ31、右のロータ32)を適切に支持できる。
According to the left and right
さらに、本形態例に係る左の駆動装置31aと右の駆動装置32aは、電動モータで構成されており、リチウムイオン電池などの二次電池を電力源として駆動されるように設けられている。なお、この駆動装置31a、32aは、電動モータに限定されるものではなく、エンジンによって構成されていても良いのは勿論である。
Further, the
また、動翼40(左の動翼41、右の動翼42)は、上下の翼20a、20bの間に架け渡されて形成された架橋支持部(左の架橋支持部51と右の架橋支持部52)によってそれぞれ支持された作動機構によって作動されるように構成されている。
Further, the moving blades 40 (left moving
この左右の架橋支持部51、52によれば、上下の翼20a、20bの間に架け渡されて形成されているため、簡易な形態であるが、その構造強度及び剛性を容易に高めることができる形態になっており、前述のロータ30に係る効果と同様に、それぞれの作動機構及び動翼40(左の動翼41、右の動翼42)を適切に支持できる。
According to the left and right
また、本形態例の垂直離着陸航空機では、垂直離着陸用の脚部60が、左右の翼端連続部21a、22aが設けられた左右の複葉翼21、22の各翼端の各角部(本形態例では4箇所)で後方へ延設された形態に設けられている。この垂直離着陸用の脚部は、飛行方向に沿った方向に棒状に延びた形態であり、空気抵抗にならないように設けられている。なお、本形態例では、4本の垂直離着陸用の脚部60が設けられている。
Further, in the vertical takeoff and landing aircraft of this embodiment, the
これによれば、機体荷重を合理的に分散して安定的に着陸できる。
なお、本形態例の垂直離着陸用の脚部60は、断面が円形の円柱状に形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、軽量化のために中空な円筒状の形態にすることや、或いは構造強度及び剛性を高めた他の既知の形態に設けることができるのは勿論である。
According to this, the load of the aircraft can be rationally dispersed and the landing can be performed stably.
The
また、本形態例の垂直離着陸航空機では、胴体10に、荷物が積載できるように、収納スペース11が設けられている。例えば、機首を形成するカバーが開閉或いは着脱できるように構成することができ、その内部に荷物が収納・積載できる構造とすることができる。これによれば、荷物が、流線形のカバーによって覆われて機体内に内蔵されることになるため、飛行時の空気抵抗を極力低減でき、運搬効率を向上できる。
Further, in the vertical takeoff and landing aircraft of this embodiment, a
以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。 Although various examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the examples of the present invention, and it goes without saying that many modifications can be made without departing from the spirit of the invention. That is.
10 胴体
11 収納スペース
20 固定翼
20a 上の翼
20b 下の翼
21 左の複葉翼
21a 翼端連続部
22 右の複葉翼
22a 翼端連続部
23 左の内側スペース
24 右の内側スペース
30 ロータ
31 左のロータ
31a 左の駆動装置
32 右のロータ
32a 右の駆動装置
40 動翼
41 左の動翼
42 右の動翼
51 左の架橋支持部
52 右の架橋支持部
60 垂直離着陸用の脚部
10
Claims (6)
前記左右の複葉翼は、各翼端において前記上下の翼が連続された形態の翼端連続部を備え、前記胴体と前記左右の複葉翼とによって囲まれた左右の内側スペースの各々に、前記ロータが配されていることを特徴とする垂直離着陸航空機。 It is equipped with multiple rotors for vertical takeoff and landing, and fixed wings for horizontal flight with the lift generated by the wing shape, and the fixed wings are the upper and lower wings located up and down during horizontal flight. It is a vertical take-off and landing aircraft composed of left and right compound wing formed by arranging left and right around the fuselage.
The left and right compound wing includes a wing tip continuous portion in a form in which the upper and lower wings are continuous at each wing tip, and the left and right inner spaces surrounded by the fuselage and the left and right compound wing are described in each of the left and right inner spaces. A vertical takeoff and landing aircraft characterized by a rotor arrangement.
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Legal Events
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A02 | Decision of refusal |
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