JP2021130462A - 高速ドローン等飛行体 - Google Patents

Abstract

【課題】高速水平飛行および垂直離着陸を行うことができる航空機を提供する。【解決手段】垂直上昇下降と水平飛行用プロペラを水平飛行用翼を設け、且つ、前記水平飛行用翼を縦に回転して上昇と下降、横に回転して水平飛行する事により高速に水平飛行ができ、且つ長距離物を搭載して飛ぶことが出来る航空機を得る。【選択図】図１４

Description

本発明は垂直離着陸ができ且つ高速に水平飛行できる新型ドローン等航空機に関する。

通常の飛行機は、飛行機が離陸できるような速度になるまで滑走路を滑走する。また、逆に着陸する場合にも、着陸してから停止するまでの間滑走するので滑走路が必要となる。一般の距離は１．５ｋｍから３ｋｍ程度のものが必要である。そこで、ＶＴＯＬ（垂直離着陸機）が必要となる。
この種の飛行機としては、ヘリコプタ，オスプレイ，ドローンなどが知られている。ヘリコプタは、図１に示す如く１個のプロペラをホバリング、上昇、下降、水平飛行のそれぞれに対して用いるものである。図１において、１は機体、３はテイルロータ、３２はプロペラ回転用モータである。

ヘリコプタは水平速度が遅いので、水平速度が速いオスプレイ（図２）が開発された。オスプレイは、１９５３年本発明者が発明したものであり、これをベルエアクラフト社のＣＥＯロウレンス・ベル氏に教授し、ベルエアクラフト社が近年になりようやく実用化したものである。
主翼の両端にティルト制御が可能なプロペラを持ち、このプロペラのティルト角を制御することで、ホバリング機能や、水平飛行が可能となっている。上昇と直進動作を行うために、プロペラのティルト角を０度から９０度まで変化させる。しかしロータを水平、垂直にする変換時に多くの事故が発生する。
図２において、１は機体、３４はオスプレイ上昇・下降・前進用プロペラ、４は水平尾翼、５はオスプレイエンジン用回転軸、３３はオスプレイプロペラ用エンジンであるが近年ようやくポピュラーになった。
図３は公知のドローンであり、これも１９４０年に本発明者が発明したものであるが、近年ようやくポピュラーになった。図３において、６はドローンプロペラ、７はドローン上昇・下降用モータ、８はドローンプロペラガイド、９は受信装置・カメラ等である。

前述したように、滑走路が無い場所では飛行機は離着陸出来ない。通常の飛行機は垂直離着陸やホバリング機能は有していない欠点がある。このような問題を解決するために、垂直離着陸やホバリング機能を持つ飛行体が考えられた。ヘリコプタは、垂直離着陸とホバリング機能を有する飛行体であり、海難事故や山での遭難事故等で、人命救助に活躍しているが、しかし、水平飛行速度が遅く、また、航続距離も短く、積載荷物量も少ないので、ヘリコプタに代わる飛行体が求められている。
オスプレイ型の飛行機の場合、垂直離着陸時にプロペラの風が翼を叩き、空力的に非効率となっている。
また、図３の如きドローンが公知であるが、ドローンは水平飛行速度が遅く長距離飛べないし、横風でひっくり返ったり全天候型でないので、アマゾン等が計画しているが荷物配送や、急速輸送としては向いていない。

前記した課題を解決する本発明は、垂直上昇下降用前進用プロペラと水平飛行用安定翼を設けて構成する。これは垂直上昇下降が出来ないオートジャイロとも異なる手段である。

本発明によれば、水平速度が速く、遠距離を小エネルギで積載量も多くなり、全天候型であり、安全で安定な垂直離着陸やホバリング機能を持ち離陸上昇時にプロペラ風が翼を打つ翼力ロスが無くティルトロータも不要で制御構造が簡単になり、また事故もなくなり、製造容易でローコストの、通販の商品輸送をエネルギ高効率で高速で遠距離に確実に配送できる垂直離着陸型高速長距離安全飛行機を提供することができ、産業上時間節約と主深効果を生み出す画期的発明である。

公知のヘリコプタの側面図 公知のティルトロータ型（オスプレイ）の側面図 公知のドローンの平面図 本発明の第１０実施例で翼を水平にした上面図 同上正面側面図 同上側面側面図 本発明の第１０実施例で翼を垂直にした上面図 同上正面側面図 同上側面側面図 同上翼回転モータを１個にした駆動機構側面図 ベベルギアを利用した本発明翼を回転する本発明概念図 前プロペラの後続の影響を後プロペラが受けない本発明実施例の上昇下降時 同上水平飛行時 シングルティルトメインロータ式本発明実施例の側面図 同上上面図

本発明はこのような課題に鑑みてなされた新発明航空機であり、上昇下降用プロペラと前進用プロペラと回転または回転しない水平飛行用翼を設け垂直離着陸やホバリングできることは勿論のこと、水平飛行速度が速く、エネルギロスが少なく長距離を飛べて全天候型で悪天候でも安定な飛行を行うことができる新垂直離着陸型飛行機（新ＶＴＯＬ）を提供することを目的としている。
本発明は従来のドローンとも、ヘリコプタとも、オスプレイとも、オートジャイロとも異なる発想である事に注目すべきである。

図４、５、６、７、８、９は本発明の実施例第１０である。
この実施例は別の実施例までと根本的に異なるものである。
具体的には別の実施例までは翼を固定し、且つ前進用プロペラを別個に設けたものであるが、第１０実施例は翼を回転し、前進用プロペラを設けないものである。
別の実施例迄は上昇下降用のプロペラの後流が乱れないようにプロペラ後流部分に翼を配置していない。そして翼を固定している。また、前進用プロペラと上昇下降用プロペラと別に設けている。本第１０実施例は別の実施例までと全く異なったコンセプトの実施例で本発明を更に効率化した実施例である。
具体的には構造を合理化するため、上昇下降用プロペラを翼に設け、翼によりプロペラの後流を乱さずプロペラ効率を上げるため翼をプロペラと直角に配置し、プロペラの軸方向が変わればそれに従って翼方向も回転するようにする事によりプロペラ後流が翼の面方向と同一になり、翼によりプロペラ後流が常に乱されないようにする。
また前進用プロペラを設けず、上昇下降用プロペラと兼用させるため、前記の如く翼を約９０度回転させ、プロペラの方向を約９０度回転させ、前進用プロペラとする。
これはオスプレイと同じではないかと誤解されるが、オスプレイと根本的に異なる発明である。オスプレイは翼を固定し、翼の先端に方向を回転するエンジンとプロペラを設け、プロペラ方向が回転しても翼は回転しないものであるのに対し、本発明は、エンジン付プロペラは翼に固定してあり、且つ翼は固定せずプロペラ方向か回転する翼と共に回転するものである。
この様にオスプレイと異なる。その上オスプレイの場合、プロペラの後流が翼に当たりプロペラ効率が低下するのに対し、本発明はプロペラと翼は常に直角でプロペラが傾くと同じ角度で翼が傾くのでプロペラ後流が翼に当たらないのでプロペラ後流が格段に向上する発明である。
又、オスプレイはエンジンとプロペラが翼端で回転するので、振動や強度など構造的にトラブルが発生するが、本発明はエンジンとプロペラが翼にしっかり固定しているので構造的にトラブルが発生しない。また、オスプレイは翼の先端に回転するエンジンとプロペラを設けているので、翼桁を丈夫にする必要があるので重量が増加し、空力性能が低下する。
これに対し本発明は、オスプレイ方式よりも翼桁は軽くなるので空力性能が向上する。オスプレイは翼端にエンジンとプロペラがあるので長いスパンによる共振が発生し、振動が大きく垂心持が悪く、遂には振動による墜落事故が発生している。
これに対し本発明はエンジンプロペラが翼の先端に無く、構造が強い中央部にあるので共振も起こらず安全で垂心地もよい。

これを図４以下で説明する。
図４は第１０実施例の一例の平面図である。胴体５３に翼５７を回転するモータ５５、翼５８を回転するモータ５６、モータ５５、５６を駆動するバッテリ５４、垂直尾翼１４、前主翼５７、後主翼５８を設け、前主翼５７にはプロペラ用モータ７、プロペラ６を搭載し、後主翼５８にはプロペラ６’駆動用モータ７‘、プロペラ６’を搭載する。

図５はこれを正面から見た図である。

図６はこれを側面から見た図である。
５９は降着装置兼荷物保持部であり、本航空機のCG 68にカメラや荷物６０が載る様になっており、荷物の種々の重量に関係なく、常に水平に飛行出来る様に工夫されている。
ここで重要な事は、プロペラ６の推力線に対し翼５７が迎え角α ６２を持つ様にプロペラ６用モータ７が前翼５７に取り付けられている事である。

同様に後翼５８も迎え角βがある様にプロペラ６’用モータ７’が取付けられている。

αとβは当然異なる角度である。

図７は前主翼５７と後主翼５８及びこれらに搭載されているプロペラ６、同用モータ７、プロペラ６’、同用モータ７’をモータ５５の回転軸６７とモータ５６の回転軸７０により９０度回転した上面図である。

図８はこれを正面から見た図である。

図９は図７を側面から見た図である。

この状態で本発明航空機はモータ７によりプロペラ６を回し、モータ７’によりプロペラ６’を回し垂直離陸上昇する。
この際のプロペラ６、６’の後流を翼５７、５８が遮え切る事がない様工夫されている。

次にモータ５５と５６を徐々に回転し、回転軸６９と７０を中心にプロペラ６と６‘、翼５７と５８を回転し、図９の位置にする。
これにより翼５７と５８により機体を浮遊させプロペラ６と６’の推力で高速に水平飛行する。必要あらばカメラ６０で撮影する。

目的地に到着するとモータ５５と５６を上記と逆回転して回転軸６０、７６を中心に翼５７、５８、プロペラ６、６’を徐々に上向きにし、垂直降下する。この際もプロペラ後流に翼が邪魔をしないのでプロペラ効率が上がる。

図１０は図４から９の２つモータ５５、５６を使わずに一つのモータ５５のみで翼５７、５８を回転する本発明実施例で、これにより航空機の軽量化が出来る。
モータはステッピングモータが望ましい。
モータ５５の回転力６６はレバー６１、ピポット６２、連結桁６３によりピポット６４、レバー６５を経て回転力６７となり、軸７０を回転する。

図１１は図１０と異なる本発明実施例でベベルギア６８の非逆転性を利用して翼５７、５８を回転するものである。
図１２、図１３は本発明の他の実施例で図７、８、９の実施例では前プロペラ６の後流で、後プロペラ６’の効率が悪くなる。そこでこれを改善したのが本発明の他の実施例図１２、図１３である。この実施例では前プロペラ６の後流が後プロペラ６’の回転範囲外にしてあるので後プロペラ６’の効率も下がらない。図１２は上昇又は下降時で、図１３は水平飛行時である。
図１４、図１５も本発明の他の実施例でシングルティルトメインロータ６９、トルク是正テイルロータ７０、固定主翼５７、固定尾翼５８からなる。

本発明はドローンのみならず実機でも適用される。又、その場合、プロペラはエンジンで回転させる。又、プロペラでなく、ジェットエンジンやロケットを使用した場合でも本発明に含まれる。

本発明は、公知のドローンや公知のオスプレイ等ティルトロータ方式やヘリコプタ等、他の垂直離着陸機に比べ安全かつ水平速度が速い新型飛行機であり、現在のドローンでは通販等の長距離物品輸送やロジスティクスには速度が遅く長距離飛べず、エネルギを多く消費するので高速輸送に適さないが、本発明をドローンに適用した場合、物品を高速に輸送でき、長距離撮影が可能となり、また、本発明を人を載せる機体に適用した場合は、遠くの場所で急速な山岳救助、海難救助等に活躍するので、産業上大きな利用可能性がある。
また本発明の飛行機はヘリコプタに比較してピッチコントロール不要なので舵を簡単ローコストである上、水平速度が速く航続距離も長くまたオスプレイのティルトによる事故も皆無となるので安全であり、使用範囲が拡がる。また、その機体の大きさを大きくすれば、大勢の人を乗せることができ、また飛行場のない島にも就航することができ、島民の交通の不便さを補うことができ、防衛上、産業上の利用可能性が極めて大きい。
また本発明を成層圏付近に飛ばし、翼で受けた太陽エネルギをマイクロ波にして地上に送り、地上で電気エネルギとして使用すれば、無資源の我が国に貴重なエネルギを供給でき、また偵察衛星の代わりになる。防衛上、産業上の利用可能性が極めて大きい。

１ 機体
２ メインロータ
３ テイルロータ
４ 水平尾翼
５ オスプレイエンジン用回転軸
６ ドローンプロペラ
６’ 同上（後部）
７ ドローン上昇下降モータ
７’ 同上（後部）
８ ドローンプロペラガード
９ 受信装置、カメラ等
１４ 垂直尾翼
３２ プロペラ回転用モータ
３３ オスプレイプロペラ用エンジン
３４ オスプレイ上昇・下降・前進用プロペラ
４５ 胴体桁
４６ 実機前進プロペラエンジン
４７ 実機前進プロペラ
４８ 実機上昇下降専用ロータ
４９ 実機水平飛行専用主翼
５０ 実機水平飛行専用水平尾翼
５１ 実機水平飛行専用垂直尾翼
５２ 実機上昇下降専用ロータ用エンジン
５３ 胴体
５４ バッテリ、電子回路等
５５ 前翼回転モータ（ステッピングモータ）
５６ 後翼回転モータ（ステッピングモータ）
５７ 前翼
５８ 後翼
５９ 荷物搭載兼降着装置
６０ 荷物
６１ モータ５５の回転伝導レバー
６２ 同上ピボット
６３ 同上後翼回転連結桁
６４ 同上ピホット
６５ 同上レバー
６６ 前翼回転モータ回転方向
６７ 同上後翼
６８ 翼回転ベベルギア
６９ ティルトメインロータ
７０ トルク是正テイルロータ

Claims (13)

1. 胴体に、胴体の長手方向とほぼ直角方向に回動するプロペラとその駆動部を設け、水平飛行用翼を設けた事を特徴とする飛行体。
2. 請求項１に於て、水平飛行用翼に孔等気流抜けを設け、プロペラ軸をほぼ直角に回動した場合、上昇時のプロペラの後流が当たらないようにした事を特徴とする飛行体。
3. 請求項１に於て、尾部にアンチトルクプロペラと尾翼を設け、主翼を重心付近に設けた事を特徴とする飛行体。
4. 請求項１に於て、スキッドと荷物キャリーを兼用した降着装置兼荷物保持部を重心付近に設けた事を特徴とする飛行体。
5. 請求項１に於て、前記ほぼ直角に回動するプロペラとその駆動部は、頭部及び尾部に設けられたことを特徴とする飛行体。
6. 回転する水平飛行用翼を設け、前記翼に直接上昇下降と前進を兼用するプロペラ・駆動部を設け、前記プロペラの前流を前記水平飛行用翼が邪魔しない様にし、後流も、上昇時も水平飛行時も同一平面で重ならないようにした事を特徴とする飛行体。
7. 複数の水平飛行用主翼と垂直尾翼を有し、上昇前進兼用プロペラ・モータを、前記複数の水平飛行用主翼に直接固定し、前記水平飛行用主翼は、上昇下降時はほぼ垂直に向くよう回転させて、上昇下降し、水平飛行時は仰角を持ったほぼ水平に向くよう回転させ、水平飛行するように飛行する事を特徴とする飛行体。
8. 請求項７に於て、上昇下降と前進を兼用するプロペラ・モータを翼に固定し、プロペラの推力線に対し迎え角を有する翼とする事を特徴とする飛行体。
9. 請求項７又は８に於いて、前記水平飛行用主翼の前主翼が迎え角を有する翼とし、プロペラ・モータが前記前主翼に設けられている事を特徴とする飛行体。
10. 請求項７〜９のいずれか１項に於いて、前記水平飛行用主翼の後主翼が前主翼と異なる迎え角を有する翼とし、プロペラ・モータが前記後主翼に設けられている事を特徴とする飛行体。
11. 請求項７〜１０に於て、プロペラとその駆動部を翼に設け、前記翼が複数個で、１個のモータ、１本のシャフト及び前記シャフトに設けたベベルギアで、前記翼を回転する事を特徴とする飛行体。
12. 請求項７〜１１に於て、前記複数の水平飛行用主翼を、一つのモータのみで
    回転させる機構を設けた事を特徴とする飛行体。
13. 請求項７〜１２に於て、前記回転させる機構は、レバー、ピポット、及び連結桁を設けた機構であるか、又は１本のシャフト、及び前記シャフトに設けたベベルギアを設けた機構である事を特徴とする飛行体。
    

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