JP2021176757A - 垂直離着陸（ｖｔｏｌ）航空機 - Google Patents

Abstract

【課題】飛行時に効率がよく、かつ垂直に離着陸できる航空機を設計、製造する。【解決手段】固定翼機の飛行制御装置が、第１の左翼１１５および第１の右翼１２０と、第１の左ロータ１５５と第１の左翼１１５に連結された第１の左電気モータ１３５との間に連結された第１の左スワッシュプレート１４５と、第１の右ロータ１３０と第１の右翼１２０に連結された第１の右電気モータ１４０との間に連結された第１の右スワッシュプレート１５０と、を有する。【選択図】図３Ａ

Description

本発明の分野は、航空機の飛行制御、より具体的にはロータリー式固定翼機の航空機飛行制御に関するものである。

滑走路の手助けなく離陸、ロイター、および着陸することができる遠隔または自立パイロット型無人航空機（ＵＡＶ）に関する多くの出願がある。垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機はこの制約に対処し、垂直に離着陸するように動作可能な主翼と垂直／水平尾翼制御面を有する手動発射航空機、あるいは３または４のロータコプタの形態に到達しうる。主翼と垂直／水平尾翼制御面を有する航空機は巡航時により効率的かつ速度が速い傾向にある一方、ロータコプタは前進飛行ではあまり効率的ではないが離着陸で有利な点を有する。

飛行時に効率がよく、かつ垂直に離着陸できる航空機を設計、製造する必要性が未だに存在している。

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、を有する固定翼機用の飛行制御装置が開示されている。この装置はさらに、第２の左翼および第２の右翼と、第２の左ロータと第２の左翼に連結された第２の左電気モータとの間に連結された第２の左スワッシュプレートと、第２の右ロータと第２の右翼に連結された第２の右電気モータとの間に連結された第２の右スワッシュプレートと、を有しうる。一実施形態では、この装置は胴体に連結された水平安定板と、水平安定板に回転可能に連結された昇降舵とを有し、胴体は第１の左翼と第２の右翼の間に連結されており、第１の左翼の後縁に回転可能に位置する左補助翼と、第１の右翼の後縁に回転可能に位置する右補助翼とを有しうる。この装置は、第１の左翼および第１の右翼にそれぞれ取り付けられた第１および第２のランディングギアを有し、水平安定板に取り付けられた第３のランディングギアを有しうる。

固定翼機を飛行制御する方法がさらに開示されており、当該方法は、ｉ）第１の左スワッシュプレートの動作を受けて、第１の左翼に回転可能に連結された第１の左ロータに正の回転モーメントを生成すること、およびｉｉ）第１の右スワッシュプレートの動作を受けて、第１の右翼に回転可能に連結された第１の右ロータに負の回転モーメントを生成することに応じて、第１の左翼と第１の右翼の間に連結された胴体の右ロールを発生させるステップを含む。幾つかの実施形態では、この方法は、胴体周囲にヨーモーメントを発生させるために、第１の左ロータと第１の右ロータの間に非対称コレクティブ制御を生成するステップを含みうる。共に利用すると、非対称コレクティブ制御、正の回転モーメントおよび負の回転モーメントは左右の翼の釣合旋回を可能にする。一実施形態では、この方法は更に、第１の左スワッシュプレートの動作を受けて第１の左ロータに負の回転モーメントを生成し、第１の右スワッシュプレートの動作を受けて右ロータに正の回転モーメントを生成することに応じて、胴体の左ロールを発生させるステップを含みうる。この方法は更に、少なくとも第１の左ロータと、胴体に連結された第２の左翼に回転可能に連結された第２の左ロータの間に提供される非対称コレクティブ制御に応じて、胴体のピッチ制御を提供するステップを含みうる。一実施形態では、この方法は、少なくとも第１の左ロータと、胴体に連結された第２の左翼に回転可能に連結された第２の左ロータとの間に差動角速度（ＲＰＭ）を提供することに応じて、胴体のピッチ制御を提供するステップを含んでもよく、第１の右ロータと、第２の右翼に回転可能に連結された第２の右ロータとの間に差動角速度（ＲＰＭ）を提供することに応じて、胴体のピッチ制御を提供するステップを含んでもよい。更なる実施形態は、更なるピッチモーメントでピッチモーメントを補うように、ピッチ制御を提供するステップを補足する昇降舵制御を提供するステップを含みうる。一実施形態では、この方法は、昇降舵の動作に応じて胴体のピッチ制御を提供するステップを含みうる。胴体の右ロールは、第２の左スワッシュプレートの動作を受けて、第２の左翼に回転可能に連結された第２の左ロータに正の回転モーメントを生成すること、および、第２の右スワッシュプレートの動作を受けて、第２の右翼に回転可能に連結された第２の右ロータに負の回転モーメントを生成すること、に応じて発生させることができ、これにより、第２の左ロータと第２の右ロータに生じた力の正負のモーメントが第２の左翼と第２の右翼の右ロールを生じさせる。この方法は更に、第２の左翼と第２の右翼にそれぞれ回転可能に連結された左右の補助翼の動作に応じて胴体の右ロールを補助するステップを含みうる。

固定翼機の垂直離陸および水平飛行の更なる方法は、第１の左翼と第１の右翼の間に連結された胴体の垂直離陸を引き起こすために、第１の左翼の第１の左電気モータによって駆動される第１の左ロータと、第１の右翼の第１の右モータによって駆動される第１の右ロータに推力を生成することを開示している。開示されたこの方法では、当該方法は更に、垂直離陸から水平飛行へと第１の左翼と第１の右翼の移行を実現するために、サイクリックロータブレード制御を用いて第１の左ロータと第１の右ロータに負の回転モーメントを生成するステップを含んでもよく、第２の左翼の第２の左電気モータによって駆動される第２の左ロータと、第２の右翼の第２の右モータによって駆動される第２の右ロータに推力を生成するステップを含んでもよい。多くの開示された実施形態において、胴体は垂直離陸から水平飛行へと移行することができ、この実施形態は、ｉ）一方は第１の左ロータおよび第１の右ロータと、他方は第２の左ロータおよび第２の右ロータとの関係における非対称コレクティブ制御に応じて、およびｉｉ）一方は第１の左ロータおよび第１の右ロータと、他方は第２の左ロータおよび第２の右ロータとの関係における差動ロータ角速度（ＲＰＭ）制御に応じることを含む。水平推力は、第１の左ロータ、第１の右ロータ、第２の左ロータ、および第２の右ロータに対称サイクリック制御を生成することに応じて、またはｉ）一方は第１および第２の左ロータ、他方は第１および第２の右ロータと、およびｉｉ）一方は第１の左ロータと第１の右ロータ、他方は第２の左ロータと第２の右ロータとからなる群から選択された少なくとも一組のロータに差動推力を生成することに応じて提供することができる。一実施形態では、胴体のピッチおよびロール位置保持制御は、水平推力を提供するために第１の左ロータ、第１の右ロータ、第２の左ロータ、および第２の右ロータに対称サイクリック制御を生成し、ｉ）一方は第１および第２の左ロータ、他方は第１および第２の右ロータと、ｉｉ）一方は第１の左ロータおよび第１の右ロータ、他方は第２の左ロータおよび第２の右ロータと、からなる群から選択された少なくとも１組のロータに差動推力を生成することに応じて提供することができ、これにより、対称サイクリック制御の生成と組み合わせた差動推力の生成は、胴体を静止させ、水平に対してピッチまたはロール角度を保つようにする。

固定翼機を制御する更なる方法は、第１の左翼に連結された第１の左ロータにロータブレードピッチ制御を提供するステップであって、第１の左ロータに対するロータブレードピッチ制御は、ピッチ、ロール、およびヨーモーメントそれぞれを引き起こすために縦サイクリック制御、横サイクリック制御、およびコレクティブピッチ制御からなる群から選択される、ステップと；第１の右翼に連結された第１の右ロータにロータブレードピッチ制御を提供するステップであって、第１の右ロータに対するロータブレードピッチ制御は、ピッチ、ロール、およびヨーモーメントそれぞれを引き起こすために縦サイクリック制御、横サイクリック制御およびコレクティブピッチ制御からなる群から選択される、ステップと、を含む。このような方法によって、主翼の制御面による手助けがなくとも、固定翼機のピッチ、ヨー、およびロールモーメントを実現することができる。他の実施形態では、この方法はさらに、第２の左翼に連結された第２の左ロータにロータブレードピッチ制御を提供するステップであって、ロータブレードピッチ制御は、縦サイクリック制御、横サイクリック制御、およびコレクティブピッチ制御からなる群から選択される、ステップと；第２の右翼に連結された第２の右ロータにロータブレードピッチ制御を提供するステップであって、サイクリック制御は、縦サイクリック制御、横サイクリック制御、およびコレクティブピッチ制御からなる群から選択されるステップと、を含みうる。

固定翼機が更に開示されており、当該固定翼機は、胴体と、胴体の対向する両側から延在する第１の左翼および第１の右翼であって、飛行制御面がない第１の左翼および第１の右翼と；第１の左翼に連結された第１の左ロータであって、第１の電気モータによって駆動され、第１のスワッシュプレートを有する第１の左ロータと；第１の右翼に連結された第１の右ロータであって、第２の電気モータによって駆動され、第２のスワッシュプレートを有する第１の右ロータと、を有しうる。この航空機の一実施形態では、第１および第２のスワッシュプレートが、それぞれ独立して縦サイクリック制御、横サイクリック制御、およびコレクティブピッチ制御からなる群から選択される第１の左ロータのブレードピッチ制御および第１の右ロータのブレードピッチ制御を可能にする。この航空機は更に、胴体の対向する両側から延在する第２の左翼および第２の右翼と、第２の左翼に連結された第２の左ロータであって、第３の電気モータによって駆動され、第３のスワッシュプレートを有する第２の左ロータと、第２の右翼に連結された第２の右ロータであって、第４の電気モータによって駆動され、第４のスワッシュプレートを有する第２の右ロータと、を有しうる。

図中の構成要素は必ずしも縮尺通りではなく、その代わりに本発明の原理を示すために強調がなされている。同一の符号は、異なる図面を通して対応する部分を指し示している。
図１は、垂直離陸から水平飛行に移行する２ロータ式固定翼機の一実施形態を示している。 図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃはそれぞれ、図１に最初に示した２ロータ式固定翼機の右側面図、上面図、および斜視図であり、ピッチアップ、右ヨー、およびロールの飛行制御入力それぞれを更に図示している。 図３Ａは、ピッチ、ロール、ヨー、および推力のエフェクタ入力と、図１および２に示す２ロータ式固定翼機の関連図形を図示した表である。 図３Ｂは、図１、２Ａ、２Ｂ、および２Ｃに示す２ロータ式固定翼機に対するエフェクタ制御の実施形態を記載した表である。 図３Ｃは、図１、２Ａ、２Ｂ、および２Ｃに示す２ロータ式固定翼機に対するエフェクタ制御の実施形態を記載した別の表である。 図４Ａ、４Ｂ、および４Ｃはそれぞれ、４つのロータを有し、垂直離着陸が可能な固定翼機の他の実施形態の正面図、上面図、および左側面図である。 図５は、図４Ａ、４Ｂ、および４Ｃに示す４ロータ式固定翼機に対する垂直飛行向きモードと関連制御エフェクタの実施形態を記載した表である。 図６は、図４Ａ、４Ｂ、および４Ｃに示す４ロータ式固定翼機に対する水平飛行向きモードと関連制御エフェクタの実施形態を記載した表である。 図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃは、穏やかな状態、水平方向の風況、およびデッキがロールした状態それぞれの際の４ロータ式固定翼機の機体方向制御の一実施形態を示している。 図８Ａは、４ロータ式固定翼機の他の実施形態の上面図である。 図８Ｂは、４ロータ式固定翼機の他の実施形態の正面図である。 図８Ｃは、４ロータ式固定翼機の他の実施形態の斜視図である。 図９は、衛星通信を利用して船からの打ち上げおよび陸地上空でのオンステーションロイターが可能な４ロータ式または２ロータ式（図示せず）の固定翼機に使用するシステムの一実施形態である。 図１０は、４つの電気モータを有する４ロータ式固定翼機に使用する発電装置およびエネルギ貯蔵装置の一実施形態を示すブロック図である。

１以上の翼を有し、航空機を垂直上方に上昇させ、航空機を水平飛行に移行させ、次いで航空機を垂直飛行に戻して垂直下方に着陸するように移行させるよう動作可能な２つ以上のロータを用いて垂直に離着陸可能な垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機が開示されている。垂直飛行中、（複数の）翼は垂直方向を向いて垂直揚力に寄与しないが、機体は上下に移動する（例えば、翼は上方を向いている）。浮遊時、航空機はその垂直向きを維持しながら、少なくとも実質的に（例えば、左右にスライドして）水平移動することができ、ロータを用いて少なくとも概ね垂直方向から少なくとも概ね水平方向に航空機を回転させて前進飛行へと移行し、次いで、着陸のために少なくとも概ね水平飛行から少なくとも概ね垂直飛行に戻るように移行することができる。前進飛行の時は、１以上の翼が揚力を発生させ、ロータは機体を概ね前方に推進させるように方向付けられる。このように、当該航空機は、前進飛行する間は航続時間を最大にするために翼により発生した揚力の効率を利用することができるが、離着陸するために長い水平方向の滑走路を必要とせず、垂直に離着陸する能力が与えられる。

幾つかの実施形態では、補助翼、昇降舵、または方向舵といった航空力学的な制御面の手助けがなくとも、推進力によって機体の姿勢制御全体が生じる。機体構造に制御面（通常、翼または安定板の後縁に配置される）がないと、機体はより軽量に、（航空力学的に）より効率的に、より信頼性が高くなり、複雑さが低減して通常よりも丈夫となる。より一層丈夫になることにより、航空機に、制御面を有する機体には一般的でないか、損傷あるいはその制御や動作への潜在的な悪影響なく受けさせられない物理的条件を受けさせたり、操作することが可能となる。例えば、構造上に制御面を有しない航空機は、飛行制御面の損傷による後の飛行制御への問題に関する可能性なく、茂みあるいは岩盤地に垂直に着陸することができる。さらに、制御面がないと、航空機はあまりメンテナンスを必要とせず、船上の周りを移動している場合などの操作中に損傷しにくい。航空機に制御面がないと、抵抗が減少する。他の実施形態では、推進力によって提供される姿勢制御を補助するために幾つかの制御面を設けてもよい。

幾つかの実施形態では、推進手段はそれぞれ電気モータを介して主翼に回転可能に取り付けられた少なくとも２つのロータであり、各々が、ブレード回転率（ＲＰＭ）および／またはサイクリックまたはコレクティブピッチ制御の何れか一方などでブレードピッチを変化させることで航空機のピッチ、ヨー、およびロール制御を提供することができるスワッシュプレートを有している。垂直飛行（あるいは、少なくともほぼ垂直の飛行）では、揚力の大部分、姿勢制御、および推力は少なくとも２つのプロペラによって発生させることができる。水平飛行（あるいは、少なくともほぼ水平の飛行）では、揚力の大部分は翼面によって発生させることができ、機体姿勢制御と推力は少なくとも２つのロータによって発生させることができる。すなわち、水平飛行に関して、航空機のピッチ、ヨー、およびロー制御は、少なくとも２つのロータによって生成された差動推力と回転モーメントによってもたらされ、各ロータは、例えば、２または３の制御軸を有するスワッシュプレートを用いて制御可能な可変ピッチを有する少なくとも２または３つの回転可能なローターブレードから構成される。幾つかの実施形態では、垂直飛行および水平飛行の姿勢制御を補助するために昇降舵や補助翼のような航空力学的な制御面を設けてもよい。

図１は、左右のロータ（１２５、１３０）を有する左右の翼（１１５、１２０）の間に連結された胴体１１０を有しうる２ロータ式固定翼機１００の実施形態を示している。左右のロータ（１２５、１３０）は、左右のスワッシュプレート（１４５、１５０）各々を介して左右の電気モータ（１３５、１４０）各々に接続され且つ駆動され、左右のスワッシュプレートがローターブレード１５５のコレクティブ制御と、好適には一軸のサイクリックピッチ制御を提供する。他の実施形態では、スワッシュプレート（１３５、１５０）は、ローターブレード１５５のコレクティブ制御と、２軸のサイクリックピッチ制御を提供しうる。更なる実施形態では、航空機１００のピッチおよび／またはロール姿勢制御を補助するために、左右の翼（１１５、１２０）は左右のロータ（１２５、１３０）後方のロータ後流に大体広がった左右のエレボン（１６０、１６５）をそれぞれ有している。例えば、垂直飛行と水平飛行の間の移行に使用するなど、補助的なピッチ制御が望ましい場合には、エレボン（１６０、１６５）は“フラップダウン”構造で作動して、航空機に前傾モーメントを誘発する。同様に、補助的なロール制御が望ましい場合には、エレボン（１６０、１６５）は従来の翼および垂直／水平安定板の航空機のエルロンとして作動しうる。垂直飛行中の航空機を前後に移動させるために、翼周りにプロペラ後流による気流を伴う翼によって発生した揚力を打ち消すモーメントを生成することで航空機の（少なくとも概ね）垂直の向きを維持するようにエレボン（１６０、１６５）を使用してもよい。

航空機が、最初に地上でランディングギア１７０上に位置し、着陸地点Ａで垂直位置を向くように図示されている。航空機１００の垂直離陸は、第１の左電気モータと第１の右モータ（１３５、１４０）によってそれぞれ駆動されるような第１の左ロータ１２５と第１の右ロータ１３０によって垂直推力が供給されると実現する。ロータ（１２５、１３０）は、ピッチ、ロール、ヨーおよび垂直／水平の加速を集合的に可能にするために、角速度制御あるいはコレクティブ制御入力を用いて対称あるいは異なる推力（Ｘ１、Ｘ２）を発生させ、かつ、サイクリック制御入力を用いて対称あるいは異なる回転モーメントを発生させるように動作する。この適用のために、図２Ｃには参考の慣性系が提供され、図１には垂直／水平方向が提供されている。

この航空機は、着陸地点（位置Ａ）から垂直飛行に移行し、次いで、揚力の大部分が翼（１１５、１２０）によって与えられる水平飛行（位置Ｂ）へと移行することができる。ローターブレード１５５のそれぞれのピッチがスワッシュプレート（１４５、１５０）によってガイドされ、ロータ（１２５、１３０）が電気モータ（１３５、１４０）によって回転駆動されるため、垂直飛行および水平飛行の双方の間、ロータ（１２５、１３０）によって姿勢制御（ピッチ、ロール、ヨー）がもたらされる。水平飛行中の水平推力（Ｙ_１、Ｙ_２）は、巡航中、ロイター中、更には水平飛行型で上昇中の翼（１１５、１２０）と胴体１１０の有害抗力と誘導抗力を上回るのに十分である。

図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃはそれぞれ、２ロータ式航空機のピッチアップ、右ヨー、およびロールの飛行制御力をそれぞれ示した右平面図、上面図、および斜視図である。図２Ａの側面図に示すように、前進飛行している航空機１００では、スワッシュプレート（１４５、１５０）によるロータ（１２５、１３０）のサイクリック制御を用いて、ロータの中心かつ航空機１００の質量中心Ｍの上側に生成される推力Ｔ２よりも大きな推力Ｔ１を、ロータの中心の下側、ひいては航空機１００の質量中心Ｍの下側に発生させることができる。幾つかの実施形態では、スワッシュプレート（１４５、１５０）が移動すると、スワッシュプレートの変位に付随してロータ初期位置（あるいは航空機）に対するロータの角度が変位し、初期位置（例えば、真っ直ぐ前進）に対して傾いた推力ベクトルを生じさせ、この傾いた力ベクトル成分が航空機に力を付与して航空機を回転させる（例えば、ピッチ）ように、ハブおよび／またはロータブレードをヒンジ式とするかジンバルで支えることができる。発生した差動力と得られる回転モーメントは、サイクリック制御入力から負の回転モーメントが作り出されると航空機１００をピッチアップさせ、サイクリック制御入力から正の回転モーメントが作り出されるとピッチダウンさせる。同様に、左ロータ１２５が左スワッシュプレート１４５の動作を受けて正の回転モーメントを生成し、右ロータ１３０が右スワッシュプレート１５０の動作を受けて負の回転モーメントを生成すると、胴体１１０の右ロールを発生させることができる。

図２Ｂには水平飛行向きで前進飛行している航空機が図示されており、左右のロータ（１２５、１３０）の推力（Ｘ左、Ｘ右）が異なることでヨー制御が影響を受けている。水平飛行の向きでは、左右のスワッシュプレート（１４５、１５０）によって与えられる非対称コレクティブ制御を通じて、および／または、好適でない実施形態では、左右の電気モータ（１３５、１４０）の制御を用いた左右のロータ（１２５、１３０）の差動モータ角速度制御（ロータＲＰＭ）によって、ロータ（１２５、１３０）の差動推力（Ｘ左、Ｘ右）を実現することができる。例えば、ｉ）左ロータ１２５によって発生する推力を増加させる、ｉｉ）右ロータ１３０によって発生する推力を減少させる、あるいはｉｉｉ）左ロータ１２５によって発生する推力を増加させると共に、右ロータ１３０によって発生する推力を減少させることで、右ヨーモーメント（右側へのヨー）を引き起こすことができる。特定のロータによって発生する推力の増加は、集合的な操作を通じて関連するローターブレード１５５のピッチ角を増加させることで、または、好適ではない実施形態では、関連する電気モータによって駆動される特定のロータの角回転（ＲＰＭ）を増加させることで実現することができる。同様に、特定のロータによって発生する推力の減少は、集合的な操作を通じて関連するローターブレード１５５のピッチ角を減少させることで、または、関連する電気モータによって駆動される特定のロータの角回転（ＲＰＭ）を減少させることで実現することができる。

代替的な実施形態では、左側と右側に非対称ブレード推力（破線で示す）を生成してヨーの正味右モーメントを生成するように、左ロータ１２５と右ロータ１３０による対称サイクリック制御を提供してもよい。より具体的には、左ロータ１２５の左側を通過するブレード（領域１５５ａ）が左ロータ１２５の右側を通過するブレード（領域１５５ｂ）よりも大きな推力を生成するように、左スワッシュプレート１４５が左ロータ１２５のブレードピッチを非対称に動作させる。同様に、右ロータ１３０の左側を通過するブレード（領域１５５ａ）が右ロータ１３０の右側を通過するブレード（領域１５５ｂ）よりも大きな推力を生成し、左右の翼（１１５、１２０）を通じて全てのブレードが集合的に胴体１１０の正味右ヨーを生成する。

図２Ｃは、胴体の左ロールを発生させるロータのサイクリック制御を示す斜視図である。一実施形態では、第１の左スワッシュプレート１４５の動作を受けて第１の左ロータ１２５に負の回転モーメントＭ左を生成すること、および第１の右スワッシュプレート１５０の動作を受けて第１の右ロータ１３０に正の回転モーメントＭ右を生成することに応じて、胴体の左ロールが引き起こされる。同様に、胴体に右ロールを作用させるためには、第１の左スワッシュプレートの動作を受けて第１の左ロータに正の回転モーメントを生成し、第１の右スワッシュプレートの動作を受けて右ロータに負の回転モーメントを生成してもよい。右翼のピッチ上昇および左翼のピッチ下降は、（後から見たときに）航空機１００を左にロールさせる。同様に、これらのピッチ力を逆にすると、航空機１００を右にロールさせる。図２Ｃには更に、水平の推力成分Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、およびＴ６が図示されており、関連する垂直推力のベクトル成分Ｚ_１（右翼）、Ｚ_２（左翼）と共に、図示のロータブレード位置での関連するブレード１５５の推力の大きさを示している。

図３Ａは、図１および２に示す２ロータ式固定翼機に関連する力ベクトルおよび図形と共に、ピッチ、ロール、ヨーおよび推力のエフェクタ入力の一実施形態を記載している。図３Ａのライン１には、左右の翼（１１５、１２０）により胴体１１０をノーズアップする正のピッチ制御の一実施形態を示す航空機１００の正面図が提供されている。例えば、左右のスワッシュプレートの動作をそれぞれ受けて左右のロータ（１２５、１３０）それぞれに正の（かつ、等しい）回転モーメントを生成することにより、２つの垂直方向の力線に示すようなピッチアップ力を生じさせる対称サイクリックピッチ制御を利用して、ピッチアップを引き起こすことができる。ノーズアップの対称サイクリックピッチ制御によって発生する正味のノーズアップ力ベクトルを示す航空機１００の左右平面図も提供されている。

図３Ａのライン２には、胴体の右（正）ロールを示す航空機１００の正面図が提供されている。例えば、左スワッシュプレートの適切な動作を受けて左ロータ１２５に正の回転モーメントを生成し、右スワッシュプレートの適切な動作を受けて右ロータに負の回転モーメントを生成することにより、左右のロータ（１２５、１３０）の非対称サイクリック制御を利用して、右（正の）ロールを発生させることができる。図３Ａには図示されていないが、左右のロータ（１２５、１３０）の非対称サイクリック制御を利用して、胴体の左ロールを提供することもできる。例えば、左スワッシュプレートの適切な動作を受けて左ロータに負の回転モーメントを生成し、右スワッシュプレートの適切な動作を受けて右ロータに正の回転モーメントを生成し、胴体１１０の左ロールを発生させことができる。左エレボン１６０を上方に延在して左翼１１５の揚力を減少させ、右エレボン１６５を下方に延在して右翼１６５の揚力を増加させる等により、エレボンの非対称制御もまた胴体の左ロールを補うことができる（図２Ｂ参照）。

図３Ａのライン３には、胴体の右（正）ヨーを示す航空機１００の上面図が提供されている。このヨーは、左右のロータ（１２５、１３０）の差動推力を利用して発生させることができる。左右のロータ（１２５、１３０）の非対称コレクティブ制御あるいは差動回転速度制御のいずれかによって、このような差動推力を与えることができる。図３Ａのライン３に示すように、右ロータ１３０よりも大きな推力を提供する左ロータ１２５によって、胴体の周囲にノーズを右にする（正）ヨーを発生させることができる。同様に、右ロータ１３０よりも小さい推力を提供する左ロータ１２５によって、胴体の周囲にノーズを左にする（負）ヨーを発生させることができる。一実施形態では、左右のロータ（１２５、１３０）の差動回転速度を利用して差動推力を与えることができ、このような差動回転速度は左右の電気モータ（１３５、１４０）が左右のロータ（１２５、１３０）を異なる毎分回転（ＲＰＭ）で駆動する等により提供される。図３Ａに記載の他の実施形態では、左ロータ１２５に大きい相対コレクティブ制御、および右ロータ１３０に小さい相対コレクティブ制御を提供する等により、ロータ（１２５、１３０）の非対称コレクティブ制御を利用して差動推力を提供する。

図３Ａのライン４には、推力を適用する一実施形態を示す航空機１００の上面図が更に提供されている。一実施形態では、ロータ（１２５、１３０）の対称コレクティブ（前方が正）制御を利用して、推力調整を行うことができる。ロータ（１２５、１３０）は左右の電気モータ（１３５、１４０）によって一定の角回転速度で駆動させることができ、ロータの推力は左右のスワッシュプレート（１４５、１５０）各々によってなされる集合的なブレードピッチ調整により変化する。前方への推力を増加させるために、左右のスワッシュプレート（１４５、１５０）は、各ブレード１５５のピッチを対称的に増加させるように各々のコレクティブ制御入力を増加させることができる。前方への推力を減少させるために、左右のスワッシュプレート（１４５、１５０）は、各ブレード１５５のピッチを対称的に減少させるように各々のコレクティブ制御入力を減少させてもよい。

図３Ｂおよび３Ｃは、関連する力を表す関連図形と共に、図１、２Ａ、２Ｂ、および２Ｃに示す２ロータ式固定翼機に関する水平または垂直飛行、ロール、ヨー、および釣合旋回のピッチを実現可能な異なる飛行制御エフェクタの実施形態を示す表である。ピッチ制御、および垂直飛行への／からのピッチ制御は、少なくとも２つエフェクタの実施形態によって実現することができる。実施形態１（ライン１）には、左右のロータ（１２５、１３０）間に対称サイクリック制御入力が提供されうる。例えば、左右のスワッシュプレート（１４５、１５０）各々の適切な対称動作を受けて左右のロータ（１２５、１３０）それぞれに正の回転モーメント（すなわち、対称サイクリックロータ制御）を生成することに応じて、胴体１１０のピッチアップ制御を発生させることができる。同様に、左右のスワッシュプレート（１４５、１５０）各々の適切な対称動作を受けて左右のロータ（１２５、１３０）それぞれに負の回転モーメントを生成することに応じて、胴体１１０のピッチダウン制御を発生させることができる。図３Ｃに示すピッチ制御、および垂直飛行への／からのピッチ制御の実施形態２では、左右のエレボン（１６０、１６５）の対称動作を利用して、このようなピッチエフェクタ制御を補助することができる。例えば、左右のロータ（１２５、１３０）が胴体１１０のピッチアップを引き起こす場合、左右のエレボンが対称に動作して（すなわち、実質的に同様のエフェクタ制御入力）、更なる胴体のピッチアップ力を提供してもよい。

ロール制御は、少なくとも２つの異なるエフェクタ制御の実施形態にて実現することができる。図３Ｂ（ライン２）に示す実施形態１では、左右のロータ（１２５、１３０）の非対称サイクリック制御が、胴体のロールを発生させることができる。例えば、左右のスワッシュプレート（１４５、１５０）各々の動作を受けて左右のロータ（１２５、１３０）それぞれに負と正の回転モーメントを生成することで、胴体１１０の左ロールを発生させることができる。同様に、左右のスワッシュプレート（１４５、１５０）各々の動作を受けて左右のロータ（１２５、１３０）それぞれに正と負の回転モーメントを生成することで、胴体の右ロールを発生させることができる。図３Ｃに示す航空機のロールエフェクタ制御の実施形態２では、左右のエレボン（１６０、１６５）の相補的な非対称動作によって、左右のロータ（１２５、１３０）の非対称サイクリック制御を補助することができる。例えば、左右のロータ（１２５、１３０）が左ロールを引き起こす場合、より一般的な補助翼と垂直安定板／昇降舵の制御面を有する航空機における補助翼制御の作用と同様に、左右のエレボン（１６０、１６５）が非対称に動作して更なる胴体の左ロール力を提供してもよい。

ヨー制御は、少なくとも３つの異なるエフェクタ制御の実施形態を用いて実現することができる。図３Ｂ（ライン３）に記載の実施形態１では、左右のロータ（１２５、１３０）間に非対称コレクティブ制御（代替的に“非対称コレクティブ”の制御と称する）を生成することに応じて、胴体１１０の周りにヨーモーメントを引き起こすことができる。例えば、直線的な定常状態の飛行姿勢であると仮定すると、左ロータ１２５の相対コレクティブ制御を増加させる、および／または右ロータ１３０の相対コレクティブ制御を減少させることによって、右（正）ヨーを発生させることができる。同様に、左ロータ１２５の相対コレクティブ制御を減少させる、および／または右ロータ１３０の相対コレクティブ制御を増加させることによって、胴体１１０の周囲に左（負）ヨーを引き起こすことができる。

図３Ｃに示す実施形態２（ライン３）では、左右のロータ（１２５、１３０）をそれぞれ駆動する左右の電気モータ（１３５、１４０）の差動モータＲＰＭ制御を利用して、ヨー制御を実現することができる。例えば、左電気モータ１３５のＲＰＭの比例増加によって左ロータ１２５のＲＰＭを増加させる、および／または右電気モータ１４０のＲＰＭの比例減少によって右ロータ１３０のＲＰＭを減少させることにより、胴体１１０の周囲に右（正）ヨーを発生させることができる。同様に、左電気モータ１３５のＲＰＭの比例減少によって左ロータ１２５のＲＰＭを比例減少させる、および／または右電気モータ１４０のＲＰＭの比例増加によって右ロータ１３０のＲＰＭを増加させることにより、胴体１１０の周囲に左（負）ヨーを発生させることができる。

図３Ｃに示す実施形態３（ライン３）では、左右の電気モータ（１３５、１４０）の差動モータＲＰＭ制御と共に左右のロータ（１２５、１３０）の非対称コレクティブ制御を利用して、ヨー制御を実現することができる。例えば、左電気モータ１３５のモータＲＰＭ制御の増加、および／または右電気モータ１４０のモータＲＰＭ制御の減少と関連して左ロータ１２５のコレクティブ制御を増加させる、および／または右ロータ１３０の相対コレクティブ制御を減少させることにより、胴体１１０に右（正）ヨーを発生させることができる。同様に、左電気モータ１３５のモータＲＰＭ制御の減少、および／または右電気モータ１４０のモータＲＰＭ制御の増加と関連して左ロータ１２５のコレクティブ制御を減少させる、および／または右ロータ１３０の相対コレクティブ制御を増加させることにより、胴体１１０に左（負）ヨーを発生させることができる。

図３Ｂおよび３Ｃはさらに、本書に記載の発明システムを用いて釣合旋回を実現するように利用することができる少なくとも４つの異なるエフェクタ制御の実施形態を記載している。図３Ｂ（ライン４）に記載の実施形態１には、左右のロータ（１２５、１３０）の非対称コレクティブ制御とほぼ同時に、左右のロータ（１２５、１３０）の非対称サイクリック制御を用いることにより、左右の翼の釣合旋回を実現することができる。例えば、釣合右旋回を実現するために、左ロータ１２５のコレクティブ制御を増加させる、および／または右ロータ１３０のコレクティブ制御を減少させるのとそれぞれほぼ同時に、左ロータ１２５に正の回転モーメントを生成し、右ロータ１３０に負の回転モーメントを生成することで、左右のロータ（１２５、１３０）の非対称サイクリック制御を実現してもよい。他の例では、釣合左旋回を実現するために、左ロータ１２５のコレクティブ制御を減少させる、および／または右ロータ１３０のコレクティブ制御を増加させるのとそれぞれほぼ同時に、左ロータ１２５に負の回転モーメントを生成し、右ロータ１３０に正の回転モーメントを生成することで、左右のロータ（１２５、１３０）の非対称サイクリック制御を実現してもよい。

図３Ｃに示す実施形態２（ライン４）では、非対称の左右のエレボン（１６０、１６５）と、ほぼ同時の左右のロータ（１２５、１３０）の非対称コレクティブ制御を利用して、釣合旋回を実現することができる。例えば、釣合右旋回を実現するために、左ロータ１２５のコレクティブ制御を増加させる、および／または右ロータ１３０の相対コレクティブ制御を減少させるのとそれぞれほぼ同時に、左エレボン１６０が左翼１１５の揚力を増加させるように動作し、右エレボン１６５が右翼１２０の揚力を減少させるように動作してもよい。同様に、釣合左旋回を実現するために、左ロータ１２５のコレクティブ制御を減少させる、および／または右ロータ１３０の相対コレクティブ制御を増加させるのとそれぞれほぼ同時に、左エレボン１６０が左翼１１５の揚力を減少させるように動作し、右エレボン１６５が右翼１２０の揚力を増加させるように動作してもよい。

図３Ｃに示す実施形態３（ライン４）では、ほぼ同時のｉ）左右のロータ（１２５、１３０）の非対称サイクリック制御、ｉｉ）左右のロータ（１２５、１３０）の非対称コレクティブ制御、およびｉｉｉ）左右のエレボン（１６０、１６５）の非対称制御を利用して、釣合旋回を実現することができる。例えば、実施形態２について上述した右旋回と、左右のスワッシュプレート（１４５、１５０）それぞれの動作を受けて左右のロータ（１２５、１３０）に正と負の回転モーメントをそれぞれ生成する等による左右のロータ（１２５、１３０）の付加的な非対称サイクリック制御に応じて、釣合右旋回を実現することができる。同様に、実施形態２について上述した左旋回と、左右のスワッシュプレート（１４５、１５０）それぞれの動作を受けて左右のロータ（１２５、１３０）に負と正の回転モーメントを生成する等による左右のロータ（１２５、１３０）の付加的な非対称サイクリック制御に応じて、釣合左旋回を実現することができる。

図３Ｃの実施形態４（ライン４）では、ほぼ同時のｉ）左右のロータ（１２５、１３０）の非対称サイクリック制御、ｉｉ）左右のエレボン（１６０、１６５）の非対称動作、およびｉｉｉ）左右の電気モータ（１３５、１４０）の差動モータＲＰＭ制御を利用することにより、釣合制御を実現することができる。

図３Ｂおよび３Ｃはさらに、本書に記載の発明システムを用いて低速の水平移動を実現するように利用することができる少なくとも３つの異なるエフェクタ制御の実施形態を記載している。実施形態１（ライン５）では、左右のロータの対称サイクリック（非ゼロ）ロータ制御を利用して、低速の水平移動を実現することができる。図３Ｃに示す実施形態２（ライン５）では、ｉ）全てのロータの対称サイクリック（非ゼロ）ロータ制御、およびｉｉ）航空機のより垂直方向の向きに維持するエレボン制御を利用して、低速の水平移動を実現することができる。図３Ｃに示す実施形態３（ライン５）では、右ロータに対する左ロータの非対称コレクティブ制御を利用して、水平移動を実現することができる。

２ロータ式固定翼機１００に関して図３Ａおよび３Ｂが主に記載されているが、好適でない実施形態では、このようなエフェクタ制御の入力を利用して、図４Ａ、４Ｂ、および４Ｃに示すような、２つの翼と水平安定板／昇降舵構造を有する４ロータ式固定翼機の姿勢制御および推力制御を提供することもできる。このような適用では、エフェクタ制御が４ロータ式固定翼機の２つの主翼のうち１つにあることが好ましい。

図４Ａ、４Ｂ、および４Ｃはそれぞれ、４つのロータを有し、垂直離着陸が可能な固定翼機の他の実施形態の正面図、上面図、および左側面図である。後方主翼４０１は、胴体４０６に連結された後方左翼と後方右翼（４０２、４０４）を有している。前方主翼４０８は、胴体４０６にさらに連結された前方左翼と前方右翼（４１０、４１２）を有している。後方左スワッシュプレート４１４が後方左ロータ４１６と後方左電気モータ４１８の間に連結され、後方左電気モータ４１８は後方左翼４０２に連結されている。後方右スワッシュプレート４２０が後方右ロータ４２２と後方右電気モータ４２４の間に連結され、後方右電気モータ４２０は後方右翼４０４に連結されている。前方左スワッシュプレート４２６は前方左ロータ４２８と前方左電気モータ４３０の間に連結することができ、前方左電気モータ４３０は前方左翼４１０に連結されている。前方右スワッシュプレート４３２は前方右ロータ４３４と前方右電気モータ４３６の間に連結することができ、前方右電気モータ４３６は前方右翼４１２に連結されている。一実施形態では、胴体４０６が前方左翼４１０と前方右翼４１２の間に連結された状態で、水平安定板４３８が胴体４０６に連結され、昇降舵４４０が水平安定板４３８に回転可能に連結されうる。左補助翼４４２が後方左翼４０２の後縁４４４に回転可能に配置され、右補助翼４４６が後方右翼４０４の後縁４４８に回転可能に配置されうる。後方左翼４０２および後方右翼４０４それぞれに、後方および前方のランディングギア（４５０、４５２）を取り付けることができる。水平安定板４３８に、例えば水平安定板４３８の対向する長手方向両側に第３のランディングギア４５４を取り付けてもよい。

既出の議論、さらに以下の表の記載のために、「対称」および「差動」サイクリックロータ制御、コレクティブロータ制御、およびモータＲＰＭから得られる記載したピッチ、ヨー、およびロール運動は、航空機の質量中心周りに対称または近対称のロータ配置であると仮定し、同一またはほぼ同一の電気モータ出力であると仮定し、水平飛行および垂直飛行モードにおいて質量中心周りの航空機構造の対称または近対称の有害抗力であると仮定する。現実世界の適用では、以下のエフェクタ制御の効果を維持するために、重量バランスのずれ、および航空機構造の非対称の有害抗力を相殺するようにバイアスまたはトリムエフェクタの入力が提供されうる。

対称コレクティブエフェクタ制御−それぞれのスワッシュプレートによって、２組のロータ（組は１ロータ式であってもよい）の関係において同一または類似のコレクティブ制御入力を適用することであり、このような組の関係において同一または類似のロータの力ベクトルを生じさせる。

非対称コレクティブエフェクタ制御−それぞれのスワッシュプレートによって、２組のロータ（組は１ロータ式であってもよい）の関係において非類似のコレクティブ制御入力を適用することであり、このような組の関係において、非類似の大きさのロータ力であるが、同一または類似のベクトル力方向を生じさせる。

非対称サイクリックエフェクタ制御−それぞれのスワッシュプレートによって、２組のロータ（組は１ロータ式であってもよい）の関係において非類似のサイクリック制御入力を適用することであり、このような組の関係において、反対の回転モーメント方向に、非類似の大きさのロータ回転モーメントを生じさせる。

対称サイクリックエフェクタ制御−それぞれのスワッシュプレートによって、２組のロータ（組は１ロータ式であってもよい）の関係において同一または類似のサイクリック制御入力を適用することであり、このような組の関係において、同一又は類似の大きさかつ方向のロータ回転モーメントを生じさせる。全てのロータが同一の大きさの回転モーメントを同一又は類似の回転モーメント方向に有するロータを意味するように対称サイクリックエフェクタ制御を利用してもよい。

差動モータＲＰＭ−２組のモータ（組は１ロータ式であってもよい）の関係において非類似の回転速度を適用することであり、このような組のモータは、このように非類似の回転速度を、組の関係において比例的に非類似の大きさのロータ力であるが、同一または類似のベクトル力方向へと変換するように構成されている。

図５は３つの飛行制御構成の実施形態を記載しており、離陸やホバリング時などの機体の垂直飛行向きの際に、図４Ａ、４Ｂ、および４Ｃに最初に図示した４ロータ式固定翼機のピッチ、ヨー、及びロール制御に影響を与えるように利用することができる。垂直向きから水平飛行へのピッチは、少なくとも２つのエフェクタの実施形態によって実現することができる。飛行制御構成の実施形態１（ライン１）では、一方は後方左ロータ４１６および／または後方右ロータ４２２と、他方は前方左ロータ４２８および／または前方右ロータ４３４との間に差動モータＲＰＭ制御を提供することに応じて、胴体４０６のピッチ制御を提供することができる。実施形態２（ライン１）では、一方は後方左ロータ４１６および後方右ロータ４２２と、他方は前方左ロータ４２８および前方右ロータ４３４との間に非対称コレクティブ制御を提供することに応じて、胴体のピッチ制御を提供することができる。

図５はさらに、航空機４００が垂直向きモードにある場合に、低速の水平移動を実現するために利用できる２つの異なるエフェクタ制御の実施形態を記載している。実施形態１（ライン２）では、全てのロータ（４１６、４２８、４２２、および４３４）に対称サイクリック制御を提供することにより、前後の左翼（４０２、４１０）と前後の右翼（４０４、４１２）の低速の水平移動が生じる。実施形態２（ライン２）では、一方は後方左右のロータ（４１６、４２２）と、他方は前方左右のロータ（４２８、４３４）との間に異なるコレクティブを生成することにより、垂直向きモードにおける低速の水平移動を提供することができる。代替的な実施形態では、一方は前後の左ロータ（４１６、４２８）と、他方は前後の右ロータ（４２２、４３４）との間に異なるコレクティブを生成することにより、水平移動を提供することができる。

少なくとも２つのエフェクタの実施形態によって、ホバリング／垂直向きモード中に、胴体の静的な非ゼロのロール位置保持制御を実現することができる。実施形態１（ライン３）では、ロータ（４２２、４３４、４１６、４２８）の対称サイクリック制御とそれぞれがほぼ同時に、一方は前後の右ロータ（４２２、４３４）と、他方は前後の左ロータ（４１６、４２８）の間に非対称コレクティブ制御を生成することができる。実施形態２（ライン３）では、全てのロータ（４２２、４３４、４１６、４２８）の非ゼロの対称サイクリック制御とそれぞれがほぼ同時に、一方は前後右ロータ（４２２、４１２）と、他方は前後左ロータ（４１６、４２８）との間に差動モータＲＰＭ制御を提供してもよい。

少なくとも２つのエフェクタの実施形態によって、ホバリング／垂直向きモード中に、胴体の静的な非ゼロのピッチ角位置保持制御を実現することができる。図５に示す実施形態１（ライン４）では、一方は前後左ロータ（４１６、４２８）と、他方は前後右ロータ（４２２、４３４）の対称サイクリック制御とほぼ同時に、一方は後方左右のロータ（４１６、４２２）と、他方は前方左右のロータ（４１６、４３４）との間に非対称コレクティブ制御を生成することができる。実施形態２（ライン４）では、後方左ロータ４１６、前方左ロータ４２８、後方右ロータ４２２および前方右ロータ４３４の対称サイクリック制御とほぼ同時に、一方は後方左ロータ４１６および後方右ロータ４２２と、他方は前方左ロータ４２８および前方右ロータ４３４との間に差動モータＲＰＭ制御を生成することで、ピッチ角位置保持を提供してもよい。

少なくとも２つのエフェクタの実施形態によって、ホバリング／垂直向きモード中に、胴体周囲にヨーモーメントを発生させることができる。図５の実施形態１（ライン５）では、一方は前後の左ロータ（４１６、４２８）と、他方は前後の右ロータ（４２２、４３４）の非対称サイクリック制御に応じて、ヨーモーメントを発生させることができる。実施形態２（ライン５）では、一方は後方左ロータ４１６および前方右ロータ４３４と、他方は前方左ロータ４２８および後方右ロータ４２２との間の差動モータＲＰＭ制御に応じて、ヨーモーメントを発生させることができる。

少なくとも２つのエフェクタの実施形態によって、垂直離陸を提供することができる。実施形態１（ライン６）では、全てのロータ（４２２、４３４、４１６、４２８）の対称モータＲＰＭ制御に応じて、離陸を発生させることができる。図５の実施形態２（ライン６）では、全てのロータ（４２２、４３４、４１６、４２８）の対称コレクティブ制御に応じて、胴体の離陸を発生させることができる。

図５は様々な航空機の姿勢および平行移動の制御に影響を与える２つの航空機構成の実施形態を記載しているが、１つの航空機構成の実施形態におけるエフェクタ制御に他の実施形態を利用してもよい。例えば、任意の特定の航空機構成の実施形態において、図５、ライン２に記載されているような、対称サイクリック（非ゼロ）のロータ制御または非対称コレクティブロータ制御の何れかを用いて低速での水平移行を実現してもよい。

図６は、巡航またはロイター時に後方および前方の主翼（４０１、４０８）が全てまたは実質的に全ての垂直揚力を提供している場合といった機体の水平向きの際に、図４Ａ、４Ｂ、および４Ｃに図示した４ロータ式固定翼機のピッチ、ヨー、およびロール制御に影響を与えるために集合的に利用されうる３つの飛行制御の実施形態を記載している。図６に記載の少なくとも３つの異なる航空機制御構成の実施形態によって、水平飛行向きにある飛行中の胴体周囲に、水平飛行向きから着陸またはホバリングの準備などの垂直飛行向きに移行するための胴体のピッチ制御を生じさせることができる。飛行制御の実施形態１では、一方は後方左および後方右のロータ（４１６、４２２）と、他方は前方左および前方右ロータ（４２８、４３４）との間に非対称コレクティブ制御を提供し、ほぼ同時に相補的な昇降舵動作を提供することにより、垂直飛行へのピッチを生じさせることができる。飛行制御の実施形態２（ライン１）では、一方は後方左および後方右のロータ（４１６、４２２）と、他方は前方左および前方右のロータ（４２８、４３４）との間に非対称コレクティブ制御を提供することに応じて、昇降舵動作を使用することなく航空機のピッチ制御を実現することができる。飛行制御の実施形態３（ライン１）では、一方は後方左および後方右のモータ（４１８、４２４）と、他方は前方左および前方右ロータ（４２８、４３４）との間に差動モータＲＰＭ制御を提供することにより、胴体に対してピッチ制御を発生させることができる。

図６に記載の少なくとも３つの異なる航空機制御構成の実施形態を用いて、航空機が水平向きにある間の飛行時に胴体のピッチ制御を提供することができる。飛行制御の実施形態１（ライン２）では、非対称コレクティブロータ制御を使用することなく、昇降舵制御を提供することによってピッチを発生させることができる。実施形態２（ライン２）では、好ましくは昇降舵を使用することなく、一方は後方左および後方右のロータ（４１６、４２２）と、他方は前方左および前方右のロータ（４２８、４３４）との間に非対称コレクティブ制御を提供することによってピッチ制御を発生させることができる。実施形態３（ライン２）では、好ましくは昇降舵動作あるいは非対称コレクティブロータ制御の手助けがなくとも、一方は後方左および後方右のモータ（４１８、４２４）と、他方は前方左および前方右のロータ（４２８、４３４）との間に差動モータＲＰＭ制御を提供することにより、胴体に対してピッチ制御を発生させることができる。

図６に記載された少なくとも３つの航空機制御構成の実施形態によって、水平飛行向きで飛行中の胴体周囲にロールモーメントを発生させることができる。飛行制御の実施形態１（ライン３）では、後方左翼４０２と後方右翼４０４にそれぞれ回転可能に連結された左右の補助翼（４４２、４４６）の動作を提供することにより、ロールを発生させることができる。代替的な実施形態では、前方左右の翼（４１０、４１２）、あるいは前方両翼と主翼（４０１、４０８）の双方に左右の補助翼を更に設けてもよい。実施形態２（ライン３）では、一方は前後の左ロータ（４１６、４２８）と、他方は前後の右ロータ（４２２、４３４）に非対称サイクリックロータ制御を提供することにより、ロール制御を発生させることができる。実施形態３（ライン３）では、一方は前後の左モータ（４３０、４１８）と、他方は前後の右モータ（４３６、４２４）の差動モータＲＰＭ制御によって、ロール制御を提供することができる。

図６に記載された少なくとも３つの異なる航空機制御構成の実施形態によって、水平飛行向きにある飛行中に胴体周囲にヨーモーメントを生じさせることができる。飛行制御の実施形態１および２（ライン４）では、一方は前後の左ロータ（４１６、４２８）と、他方は前後の右ロータ（４２２、４３４）との間の非対称コレクティブ制御に応じて、胴体周囲にヨーモーメントを発生させることができる。実施形態３（ライン４）では、一方は前後の左ロータ（４１６、４２８）と、他方は前後の右ロータ（４２２、４３４）との間の差動モータＲＰＭ制御に応じて、ヨーモーメントを発生させることができる。

図６に記載された少なくとも３つの異なる航空機制御構成の実施形態によって、水平飛行向きの飛行時に前方および後方の主翼の釣合旋回もまた実現することができる。飛行制御の実施形態１（ライン５）では、一方は前後の左ロータ（４１６、４２８）と、他方は前後の右ロータ（４２２、４３４）との間の非対称コレクティブロータ制御と同時に、左補助翼４２４と右補助翼４４６の間に非対称の補助翼制御を提供することにより、航空機４００の釣合旋回を実現することができる。航空機構造の実施形態２（ライン５）では、一方は前後の左ロータ（４１６、４２８）と、他方は前後の右ロータ（４２２、４３４）の間に非対称コレクティブ制御を提供するのとほぼ同時に、一方は前後の左ロータ（４１６、４２８）と、他方は前後の右ロータ（４２２、４３４）の間に非対称サイクリック制御を提供することにより、航空機４００の釣合旋回を実現することができる。

図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃは、動いている船のデッキ面に着陸しようと試みている場合に直面しうる、異なる天候条件に使用される図５に記載の幾つかのエフェクタ制御モードの影響を示している。より具体的には、図７Ａは、穏やかな風況で船のデッキ７００上空をホバリングしている、垂直向きの航空機４００を示している。前後の左ロータ（４１６、４２８）および前後の右ロータ（４２２、４３４）が、各ロータ（４１６、４２２、４２８、４３４）の対称コレクティブ制御および／またはモータＲＰＭ制御、および垂直軸に対して０°での各ロータ（４１６、４２２、４２８、４３４）の対称サイクリック制御を使用するなどにより、航空機４００を安定したホバリング位置、およびレベル飛行（すなわち、水平面に対してピッチおよびロール角が０°）を維持することができる。図７Ｂには、航空機４００の左翼（４０２、４１０）からの風が図示されており、ホバリング／垂直向きにある間の胴体の低速の水平移行制御を記載した図５のライン２の実施形態１および２に記載されているような能動的な飛行制御を必要とする。風が前方位置／向きから水平に来ているような場合の代替的な実施形態では、図５のライン２における実施形態１および２を利用して、対称サイクリックを調整して前方（ｘ軸）方向の推力を提供することにより、航空機に当たる風の力を相殺して船のデッキの静止横方向位置を維持することもできる。図７Ｃには、風が図示されていないが、水平からの瞬間的なピッチとロール角度における船のデッキが図示されており、例えば、図５のライン３および４に記載の実施形態から選択された制御入力の組み合わせを用いて着陸を実現するために、航空機４００の動的なピッチおよびロールエフェクタ制御を使用することを提案している。例えば、航空機４００が降下する際に胴体４４６に能動的なピッチとロールの角度操作を生じさせることができ、下降中の望ましくない横方向の移動を低減させるが、船のデッキが回転している場合であっても、船のデッキ７００と接する時のランディングギア（４５０、４５２および４５４）を適切な向きにすることができる。

図８Ａ、８Ｂ、８Ｃは、ロータを駆動させる電気モータに動力を供給する電池を充電するためのタービンと内燃エンジン（ＩＣＥ）を有する４ロータ式固定翼機の別の実施形態を図示している。航空機８００は、胴体８１５内部に配置された内燃エンジン８０５とタービン８１０とを有しうる。内燃エンジンは、例えば、ディーゼルまたはジェット燃料エンジンであってもよく、タービンとＩＣＥ（８１０、８０５）に利用可能なディーゼルおよびジェット燃料を保管するために設けられた１以上の燃料タンク８２０を有しうる。ＩＣＥおよびタービンは、電池８２５に電気的に接続された１以上の発電機を駆動させることができる。例えば、センサを有するペイロード８３０、および航空機を遠隔通信制御するためのエビオニクス機器８３５を胴体８１５に配置してもよい。各ロータ８４０はそれぞれのスワッシュプレート８５０によりガイドされるとそれぞれの電気モータ８４５によって駆動され、各電気モータ８４５は電池８２５による直接的に動力を得るか、ＩＣＥ８０５またはタービン８１０によって、あるいは電池、ＩＣＥ、またはタービン（８２５、８０５、８１０）の幾つかを組み合わせて生成された電力を得る。例えば、巡航またはロイター中、各電気モータ８４５はＩＣＥ８０５から動力を得ることができる。垂直離陸の間、各電気モータ８４５は、ＩＣＥ８０５とタービン８１０の双方から、あるいはＩＣＥ、タービン、および電池（８０５、８１０、８２５）から集合的に動力を得ることができる。

Ｘ型翼構造に４つの翼８６０が設けられ、胴体８１５が中央にある航空機８００が提供されうる。ロータは胴体８１５の周囲に対称に配置することができ、各翼８６０には、好適にはそれぞれの翼８６０に沿って胴体８１５から等距離に配置された１つのロータがある。一実施形態では、胴体８１５の姿勢制御を高めるために、各ロータ８４０はそれぞれの翼端８６５に配置される。各ロータ８４０には２つのブレード８７０が設けられているが、各ロータは３または４つのブレードのロータ８４０であってもよい。航空機８００の垂直離着陸を可能にするために、４つのランディングギア８７５がエンジンナセルあるいは他の支持部８８０から延在してもよい。ランディングギア８７５は、胴体８１５から、２つ以上の翼８６０から、あるいは胴体８１５、翼８６０、または支持部８８０の幾つかの組み合わせから延在していてもよい。

図９は、衛星通信を用いて船上での打ち上げにより垂直離着陸し、陸地上空のオンステーションロイターをするように構成された、マルチロータのサイクリック制御およびコレクティブ制御を有する固定翼機に使用されるシステムの一実施形態である。航空機９００は、補足電力用の内燃エンジン発電機、タービン発電機、および既に蓄電されたバッテリ電源の組み合わせを用いて電気モータに与えられた離陸電力によりモータＲＰＭ制御またはコレクティブロータ制御、あるいはその両方によって制御された推力を利用して、船のデッキ９０５から垂直飛行方向に垂直離陸することができる。航空機９００は、ｉ）差動モータＲＰＭ制御、またはｉｉ）非対称コレクティブ制御（図５、ライン１参照）を含みうる飛行制御構成の実施形態を利用して、水平飛行方向９１０を確立するために前方に傾くことができる。

水平飛行向きが確立されると、航空機は、好適には、ロータを駆動させるために内燃エンジンの発電機（図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ参照）の１つみからの電力を利用して、（垂直向きの巡航に対して）燃料効率がよい水平向きの巡航モード９１５に入り、主揚力はロイター位置９１０へと飛行するために航空機の翼によって与えられる。代替的な実施形態では、内燃エンジンの発電機が不十分であるか利用不可能な場合、または追加の電力が必要とされる場合に、タービン発電機あるいは電池の何れか、まはその両方を巡航に使用してもよい。航空機制御の実施形態では、図６のライン２に記載されているように、ｉ）昇降舵の動作、ｉｉ）非対称コレクティブ制御、またはｉｉｉ）差動モータＲＰＭ制御を利用して、胴体周囲のピッチ制御を実現することができる。図６のライン３に記載されているように、ａ）補助翼、ｂ）非対称サイクリックロータ制御、またはｃ）差動モータＲＰＭ制御を利用して、胴体周囲のロール制御を実現することができる。図６のライン４に記載されているように、非対称コレクティブ制御または差動モータＲＰＭ制御を利用して、胴体周囲のヨー制御を実現することができる。ｘ）補助翼および非対称コレクティブロータ制御、ｙ）非対称サイクリックロータ制御および非対称コレクティブロータ制御、またはｚ）差動モータＲＰＭ制御を利用して、水平向きで巡航中に釣合旋回させることができる。

船９２０などのコマンド制御ステーションとの通信は、衛星９２５を介してすることができる。

オンステーションロイター９１０が終了すると、航空機は、例えば、船のデッキ９０５といった着陸目的地へと戻る９３０ことができる。着陸目的地に到達すると、航空機は、図５のライン１に記載されているエフェクタ実施形態のように、飛行向きを変化させるべく、例えば、差動モータＲＰＭ制御または非対称コレクティブ制御を利用して、水平飛行向き９３５へと傾くことができる。航空機の低速の平行移動は、図５のライン２に記載されているような対称サイクリック（非ゼロ）ロータ制御または非対称コレクティブロータ制御を利用した最終的な着陸位置制御に用いることができる。着陸目的地が水平でない場合、あるいは船のデッキがうねっている場合、図５のライン３及び４に記載のエフェクタ制御の実施形態を利用して、航空機が下降するにつれて、航空機は船のデッキ９０５のピッチおよびロール角に合わせることができる。

代替的な実施形態では、航空機９００は、図１および２Ａ、２Ｂ、２Ｃに図示され、図３Ａおよび３Ｂの構成のようなエフェクタを伴う２ロータ式航空機である。図９のように、固定翼機は、モータＲＰＭ制御、コレクティブロータ制御、またはその双方によって制御される推力を利用して、船のデッキ９０５から垂直向きで垂直離陸することができる。この航空機は、ｉ）対称サイクリック制御、またはｉｉ）対称エレボン動作を伴う対称サイクリック制御（図３Ｂ、ライン１参照）を含みうる飛行制御構成の実施形態を用いて、水平飛行向き９１０を確立するように前方に傾くことができる。水平飛行向きが確立されると、航空機はロイター位置９１０へと飛行するために、翼（１１５、１２０）（図１参照）から主に作り出される垂直揚力を使用する、（垂直向き巡航に対して）燃料効率がよい水平向き巡航モード９１５に入ることができる。航空機制御の実施形態では、ｉ）対称サイクリック制御、またはｉｉ）対称ロータ制御および対称エレボン動作を利用して、胴体周囲のピッチ制御を実現することができる。胴体周囲のロール制御は、ａ）非対称サイクリックロータ制御、またはｂ）非対称サイクリック制御を利用して実現することができる。胴体周囲のヨー制御は、ｘ）非対称サイクリックロータ制御、またはｙ）非対称サイクリックロータ制御および非対称エレボン動作を利用して実現することができる。釣合旋回は、Ｉ）非対称サイクリックロータ制御と共に非対称コレクティブロータ制御、ＩＩ）非対称エレボン動作と共に非対称コレクティブロータ制御、またはＩＩＩ）非対称サイクリックロータ制御と共に非対称コレクティブおよび非対称エレボン動作、またはＩＶ）非対称サイクリックロータ制御と共に非対称エレボン動作および差動ＲＰＭ制御を利用してすることができる。

２ロータ式航空機によるオンステーションロイター９１０が終了すると、例えば、船のデッキ９０５等の着陸地点に戻る９３０ことができる。着陸地点に到達すると、対称サイクリックロータ制御、または対称サイクリックロータ制御と共に対称エレボン動作の何れかを利用して、航空機は水平向きへと傾くことができる。

図１０は、４つの電気モータを有する４ロータ式固定翼機に使用する、発電装置とエネルギ貯蔵装置を有するハイブリッドパワーシステムの一実施形態を示すブロック図である。ホバーバッテリ１０１５と、内燃エンジン発電機１０２０と、タービン発電機１０２５とから構成されうるハイブリッドパワーシステム１０１０と電気接続している４つの電気モータ１００５を有する航空機１０００が図示されている。ディーゼル燃料タンクとジェット燃料タンク（１０３５、１０４０）が内燃エンジン発電機およびタービン発電機（１０２０、１０２５）それぞれと液通していてもよい。画像センサまたは熱センサ、送受信機または大気センサといったペイロード１０４５が、ハイブリッドパワーシステム１００５と電気通信してもよい。

本願の様々な実施形態が記載されているが、本発明の範囲内でより多くの実施形態や実装例が可能なことは当業者には明らかである。

Claims (19)

1. 固定翼機の飛行制御装置であって：
   第１の左翼および第１の右翼と；
   第１の左ロータと第１の左電気モータの間に連結された第１の左スワッシュプレートであって、前記第１の左電気モータは前記第１の左翼に連結されている、第１の左スワッシュプレートと；
   第１の右ロータと第１の右電気モータの間に連結された第１の右スワッシュプレートであって、前記第１の右電気モータは前記第１の右翼に連結されている、第１の右スワッシュプレートと；
   胴体に連結された水平安定板と；
   前記水平安定板に回転可能に連結された昇降舵と；
   を具えており、
   前記胴体は前記第１の左翼と前記第２の右翼の間に連結されていることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、第１の右ロータ及び第１の左ロータのピッチ、ヨー、およびロールモーメントは、主翼の制御面による手助けがなくとも得られる特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の装置がさらに：
   第２の左翼および第２の右翼と；
   第２の左ロータと第２の左電気モータの間に連結された第２の左スワッシュプレートであって、前記第２の左電気モータは前記第２の左翼に連結されている、第２の左スワッシュプレートと；
   第２の右ロータと第２の右電気モータの間に連結された第２の右スワッシュプレートであって、前記第２の右電気モータは前記第２の右翼に連結されている、第２の右スワッシュプレートと；
   を具えていることを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載の装置において、前記第１の左翼および前記第１の右翼が前記胴体の第１の端部で前記胴体に連結され、前記第２の左翼および前記第２の右翼が前記胴体の第２の端部で胴体に連結され、前記胴体の第１の端部は、前記胴体の第２の端部から遠位にあることを特徴とする装置。
5. 請求項３に記載の装置がさらに：
   前記第１の左翼と前記第１の右翼にそれぞれ取り付けられた第１および第２のランディングギアを具えていることを特徴とする装置。
6. 請求項５に記載の装置がさらに：
   前記水平安定板に取り付けられた第３のランディングギアを具えていることを特徴とする装置。
7. 請求項１に記載の装置がさらに：
   前記第１の左翼の後縁に回転可能に配置された左補助翼と；
   前記第１の右翼の後縁に回転可能に配置された右補助翼と；
   を具えていることを特徴とする装置。
8. 固定翼機を飛行制御する方法であって：
   第１の左スワッシュプレートの動作を受けて、第１の左翼に回転可能に連結された第１の左ロータに負の回転モーメントを生成すること；および
   第１の右スワッシュプレートの動作を受けて、第１の右翼に回転可能に連結された第１の右ロータに正の回転モーメントを生成すること；
   に応じて、前記第１の左翼と前記第１の右翼の間に連結された胴体の左ロールを発生させるステップを含み、
   胴体の左ロールは、前記第１の左翼および前記第１の右翼の制御面による手助けがなくとも得られ、
   水平安定板が前記胴体に連結され、昇降舵が前記水平安定板に回転可能に連結されていることを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法がさらに：
   前記第１の左ロータと前記第１の右ロータの間に非対称コレクティブ制御を生成することに応じて、前記胴体の周りにヨーモーメントを発生させるステップを含むことを特徴とする方法。
10. 請求項９に記載の方法において、非対称コレクティブ制御を生成すること、前記第１の左ロータに正の回転モーメントを生成すること、および前記第１の右ロータに負の回転モーメントを生成することが、集合的に前記左右の翼の釣合旋回を行うことを特徴とする方法。
11. 請求項８に記載の方法がさらに：
    前記第１の左スワッシュプレートの動作を受けて、前記第１の左ロータに正の回転モーメントを生成すること；および
    前記第１の右スワッシュプレートの動作を受けて、前記第１の右ロータに負の回転モーメントを生成すること；
    に応じて、前記胴体の右ロールを発生させるステップを含み、
    胴体の右ロールは、前記第１の左翼および前記第１の右翼の制御面による手助けがなくとも得られることを特徴とする方法。
12. 請求項８に記載の方法がさらに：
    少なくとも前記第１の左ロータと、前記胴体に連結された第２の左翼に回転可能に連結された第２の左ロータとの間に非対称コレクティブ制御を提供することに応じて、前記胴体のピッチ制御を提供するステップを含むことを特徴とする方法。
13. 請求項８に記載の方法がさらに：
    少なくとも前記第１の左ロータと、前記胴体に連結された第２の左翼に回転可能に連結された第２の左ロータとの間に差動モータＲＰＭ制御を提供することに応じて、前記胴体のピッチ制御を提供するステップを含むことを特徴とする方法。
14. 請求項１３に記載の方法がさらに：
    前記第１の右ロータと、第２の右翼に回転可能に連結された第２の右ロータとの間に差動モータＲＰＭ制御を提供することに応じて、前記胴体のピッチ制御を提供するステップを含むことを特徴とする方法。
15. 請求項１４に記載の方法がさらに：
    前記ピッチのモーメントを更なるピッチのモーメントで補足すべく、前記ピッチ制御を提供するステップを補足する昇降舵制御を提供するステップを含むことを特徴とする方法。
16. 請求項８に記載の方法がさらに：
    昇降舵の動作に応じて前記胴体のピッチ制御を提供するステップを含むことを特徴とする方法。
17. 請求項８に記載の方法がさらに：
    第２の左スワッシュプレートの動作を受けて、第２の左翼に回転可能に連結され第２の左ロータに負の回転モーメントを生成すること；
    第２の右スワッシュプレートの動作を受けて、第２の右翼に回転可能に連結された第２の右ロータに正の回転モーメントを生成すること；
    に応じて前記胴体の右ロールを発生させるステップを含んでおり；
    前記第２の左ロータと前記第２の右ロータに生成された力の正負のモーメントが、主翼の制御面による手助けなしに前記第２の左翼と第２の右翼の右ロールを発生させることを特徴とする方法。
18. 請求項１７に記載の方法がさらに：
    前記第２の左翼と第２の右翼にそれぞれ回転可能に連結された左右の補助翼の動作に応じて、前記胴体の右ロールを補足するステップを含むことを特徴とする方法。
19. 請求項８に記載の方法がさらに：
    第１の右スワッシュプレートの動作を受けて、前記第１の右ロータに正の回転モーメントを生成すること；および
    前記第１の右スワッシュプレートの動作を受けて、前記第１の左ロータに正の回転モーメントを生成すること；
    に応じて前記胴体のピッチアップ制御を提供するステップを含むことを特徴とする方法。

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