JP2022107349A - Tail-sitter-type electric aircraft - Google Patents
Tail-sitter-type electric aircraft Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022107349A JP2022107349A JP2021002234A JP2021002234A JP2022107349A JP 2022107349 A JP2022107349 A JP 2022107349A JP 2021002234 A JP2021002234 A JP 2021002234A JP 2021002234 A JP2021002234 A JP 2021002234A JP 2022107349 A JP2022107349 A JP 2022107349A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- aircraft
- propeller
- tailsitter
- type electric
- rotor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
本発明は、プロペラを電気モータで回転させるテイルシッター型の電動航空機に関する。 The present invention relates to a tailsitter type electric aircraft in which a propeller is rotated by an electric motor.
近年、大量の旅客を輸送する旅客機ではなく、個人又は小規模な積み荷の運搬などを目的とする小型飛行モビリティに注目が集まっている。有人機では、自動車に代わるエアタクシーが移動手段に利用されることで、将来的には都市部の渋滞緩和に貢献することが期待されている。一方、無人機では、既に農薬散布や空撮などの利用が広がっている。今後も、無人機は、災害監視や警備、インフラの点検、物流など様々な分野での利用の拡大が期待されている。 In recent years, attention has been focused on small flight mobility for the purpose of transporting individuals or small-scale cargo, rather than passenger aircraft that transport a large number of passengers. For manned aircraft, it is expected that air taxis, which replace automobiles, will be used as a means of transportation, which will contribute to alleviating traffic congestion in urban areas in the future. On the other hand, unmanned aerial vehicles are already widely used for pesticide spraying and aerial photography. It is expected that unmanned aerial vehicles will continue to be used in various fields such as disaster monitoring, security, infrastructure inspection, and logistics.
無人機に関しては、複数のプロペラを電動駆動することにより揚力を得るマルチロータ型航空機が、特許文献1及び特許文献2に開示されている。これらのマルチロータ型航空機には、固定翼を備えた航空機よりも飛行速度及び飛行距離が劣るという欠点がある。
Regarding unmanned aerial vehicles,
そのため、ヘリコプター及びマルチロータ型航空機と同様に滑走路が不要で垂直離着陸が可能であり、固定翼型航空機と同様に高速かつ長距離の飛行が可能なVTOL機(Vertical Take-Off and Landing aircraft)が着目されている。VTOL機の一種であるテイルシッター型航空機が、特許文献3に開示されている。特許文献3に開示されているテイルシッター型航空機は、4基のプロペラを備えている。
Therefore, like a helicopter and a multi-rotor type aircraft, a runway is not required, vertical takeoff and landing is possible, and a VTOL aircraft (Vertical Take-Off and Landing aircraft) capable of high-speed and long-distance flight like a fixed-wing type aircraft. Is attracting attention. A tailsitter-type aircraft, which is a type of VTOL aircraft, is disclosed in
図6及び図7に、テイルシッター型航空機の例を示す。図6に示すように、テイルシッター型航空機は、離着陸時に機首を上方へ向け機体Aを鉛直方向に立てて、マルチロータ型航空機と同様に、回転するプロペラPが生み出す揚力により機体Aを浮上させる。このように機体Aを鉛直方向に立ててプロペラPが揚力を生み出す状態を、回転翼モードと呼ぶ。そして、図7に示すように、テイルシッター型航空機は、離陸後、着陸を開始する前までの間は、機体Aを水平に倒して、プロペラPの回転により生み出す力を、機体Aを前方へ進ませる推力として利用する状態で運用される。このように機体Aを水平に倒してプロペラPが機体を前方へ進ませる推力を生み出す状態を、固定翼モードと呼ぶ。固定翼モードでは、機体Aに備えた固定翼Wから発生する揚力を用いて機体Aを浮上させる。したがって、固定翼モードでは、プロペラPが生み出す推力の全てを機体Aの前進のために利用できるため、回転翼モードよりも長距離を高速で移動することが可能となる。 6 and 7 show an example of a tailsitter aircraft. As shown in FIG. 6, in the tailsitter type aircraft, the nose is turned upward at the time of takeoff and landing, and the airframe A is raised in the vertical direction, and the airframe A is lifted by the lift generated by the rotating propeller P like the multi-rotor type aircraft. Let me. The state in which the airframe A is erected in the vertical direction and the propeller P produces lift in this way is called a rotary blade mode. Then, as shown in FIG. 7, the tailsitter-type aircraft tilts the aircraft A horizontally until after the takeoff and before the start of landing, and the force generated by the rotation of the propeller P is generated by moving the aircraft A forward. It is operated in a state where it is used as a thrust to advance. The state in which the airframe A is tilted horizontally to generate the thrust for the propeller P to move the airframe forward is called the fixed wing mode. In the fixed wing mode, the airframe A is levitated by using the lift generated from the fixed wing W provided on the airframe A. Therefore, in the fixed wing mode, all the thrust generated by the propeller P can be used for advancing the aircraft A, so that it is possible to move a long distance at a higher speed than in the rotary wing mode.
また、2つのロータを備える2重ロータ構造の電気モータが特許文献4に開示されている。このような2重ロータ構造の電気モータを電動航空機に搭載し、電動航空機の2基のプロペラを1つの電気モータで回転させることができれば、2基のプロペラをそれぞれ個別の電気モータで回転させる電動航空機と比較して、搭載スペースや重量やコストの増大を抑制することができる。
Further,
テイルシッター型航空機の回転翼モードでは、マルチロータ型航空機と同様に、横風などの外乱に対して、いかに機体の姿勢を安定させるかが大きな課題となる。特許文献1及び特許文献2で開示されているマルチロータ型航空機は、回転する複数のプロペラの回転速度を制御することにより、機体の姿勢を制御している。しかし、特許文献1及び特許文献2に開示されているように、実用化されているマルチロータ型航空機の多くはプロペラを4基しか備えておらず、3次元空間内で機体の位置及び姿勢を制御するには、本来であれば6基以上のプロペラが必要であるため、機体の位置及び姿勢の制御に必要なアクチュエータの数が不足している。
In the rotary wing mode of a tailsitter type aircraft, as with a multi-rotor type aircraft, how to stabilize the attitude of the aircraft against disturbances such as crosswinds is a major issue. The multi-rotor type aircraft disclosed in
そのため、特許文献3で開示されているテイルシッター型航空機は、4基のプロペラの回転速度の制御に加え、ジンバル機構によってプロペラの生み出す推力の方向を変更することにより、機体の姿勢を制御している。
Therefore, the tailsitter type aircraft disclosed in
しかし、特許文献3で開示されているテイルシッター型航空機は、回転翼モードにおける機体の姿勢の制御に必要なアクチュエータの数は足りているものの、全てのプロペラを真上へ向けた状態では、一種の特異姿勢となり、マルチロータ型航空機と同様に、水平方向に向けた推力を発生させることができないため、横風などの外乱への対応が遅れる欠点がある。
However, although the tailsitter type aircraft disclosed in
この特異姿勢について図8及び図9を用いて説明する。図8及び図9は、ジンバル機構Gを備えたホバリング中のテイルシッター型電動航空機を側面から見た図である。図8及び図9におけるX軸方向は鉛直方向であり、Z軸方向は水平方向である。図8では、ジンバル機構GによってプロペラPが傾けられており、プロペラPの推力がX軸とZ軸の両方向に向けられているため、機体AをZ軸の方向へ傾けることが可能である。しかし、図9では、プロペラPの推力が全てX軸方向に向けられているため、機体Aを即座にZ軸の方向へ傾けることはできない。したがって、図9に示す状態でZ軸方向から外乱が加えられた場合、外乱に対応するには、ジンバル機構GによりプロペラPの向きを図8のように傾ける必要がある。しかし、回転翼モードで離着陸するために必要な揚力を発生させるために設けられたプロペラP及び電気モータMは、重量や回転慣性値が大きいため、ジンバル機構GでプロペラPの推力の向きを素早く変更することは困難であり、外乱への対応が遅れてしまう。したがって、テイルシッター型航空機の機体の姿勢の安定性を高めるためには、特異姿勢がないことが望ましい。 This peculiar posture will be described with reference to FIGS. 8 and 9. 8 and 9 are side views of a tailsitter-type electric aircraft during hovering equipped with a gimbal mechanism G. The X-axis direction in FIGS. 8 and 9 is the vertical direction, and the Z-axis direction is the horizontal direction. In FIG. 8, the propeller P is tilted by the gimbal mechanism G, and the thrust of the propeller P is directed in both the X-axis and the Z-axis, so that the airframe A can be tilted in the Z-axis direction. However, in FIG. 9, since all the thrusts of the propeller P are directed in the X-axis direction, the aircraft A cannot be immediately tilted in the Z-axis direction. Therefore, when a disturbance is applied from the Z-axis direction in the state shown in FIG. 9, it is necessary to incline the direction of the propeller P by the gimbal mechanism G as shown in FIG. 8 in order to deal with the disturbance. However, since the propeller P and the electric motor M provided to generate the lift required for takeoff and landing in the rotary blade mode have a large weight and rotational inertia value, the gimbal mechanism G can quickly change the direction of the thrust of the propeller P. It is difficult to change, and the response to disturbances is delayed. Therefore, in order to improve the attitude stability of the tailsitter type aircraft, it is desirable that there is no peculiar attitude.
更に、ジンバル機構を備えたテイルシッター型電動航空機は、図8及び図9に示すようにジンバル機構GとプロペラPの間に電気モータMが配置されると、ジンバル機構Gの動作によって電気モータMへ電力や指令を与える配線が引っ張られたり、折り曲げられたりするため、配線やその接続部が破損する原因となる点も問題となる。 Further, in the tailsitter type electric aircraft provided with the gimbal mechanism, when the electric motor M is arranged between the gimbal mechanism G and the propeller P as shown in FIGS. 8 and 9, the electric motor M is operated by the operation of the gimbal mechanism G. Since the wiring that gives power and commands to the power is pulled or bent, there is also a problem that the wiring and its connection portion may be damaged.
そこで、本発明は、回転翼モードにおける機体の姿勢の安定性を向上させると共に、電気モータへ繋がる配線やその接続部が破損することを抑制できるテイルシッター型電動航空機を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a tailsitter type electric aircraft capable of improving the stability of the posture of the airframe in the rotary blade mode and suppressing damage to the wiring connected to the electric motor and its connection portion. ..
本発明に係るテイルシッター型電動航空機は、機首を上方へ向けた回転翼モードで離着陸するために必要な揚力を発生させることができる第1プロペラを備えるテイルシッター型電動航空機であって、複数の第2プロペラが、それぞれシャッター付き窓を有するハウジングの内部に設けられ、前記第2プロペラが前記ハウジングの内側に発生させた気流を前記シャッター付き窓から放出することによって、前記回転翼モードで略水平の方向へ向かう推力を発生させることができることを特徴とする。 The tailsitter-type electric aircraft according to the present invention is a tailsitter-type electric aircraft equipped with a first propeller capable of generating lift required for takeoff and landing in a rotary wing mode with the nose facing upward. The second propellers of the above are provided inside a housing having a shuttered window, respectively, and the airflow generated inside the housing by the second propeller is discharged from the shuttered window, whereby the rotor blade mode is omitted. It is characterized in that it can generate a thrust in the horizontal direction.
本発明は、第2プロペラがハウジングの内側に発生させた気流をシャッター付き窓から放出して、回転翼モードで略水平の方向へ向かう推力を発生させることができるため、回転翼モードにおける特異姿勢を無くし、外乱に対して素早く対応することができる。そのため、本発明は、回転翼モードにおける機体の姿勢の安定性を向上させることができる。更に、本発明は、第2プロペラ及びシャッター付き窓を用いて回転翼モードにおける機体の姿勢を制御することが可能であり、特許文献3に開示されているテイルシッター型航空機とは異なり、ジンバル機構が不要となるため、電気モータへ繋がる配線やその接続部が破損することを抑制できる。
According to the present invention, the airflow generated inside the housing by the second propeller can be discharged from the window with a shutter to generate a thrust in a substantially horizontal direction in the rotor mode, and thus a peculiar posture in the rotor mode. Can be eliminated and respond quickly to disturbances. Therefore, the present invention can improve the stability of the attitude of the airframe in the rotary blade mode. Further, the present invention can control the attitude of the aircraft in the rotary wing mode by using the second propeller and the window with a shutter, and unlike the tailsitter type aircraft disclosed in
本発明に係るテイルシッター型電動航空機の一態様において、互いに異なる方向へ向かって気流を放出できる位置に配置された複数の前記シャッター付き窓を有していてもよい。 In one aspect of the tailsitter-type electric aircraft according to the present invention, there may be a plurality of windows with shutters arranged at positions where airflows can be discharged in different directions.
この態様によれば、第1プロペラ及び第2プロペラの回転速度と、互いに異なる方向へ向かって気流を放出できる位置に配置された複数のシャッター付き窓の開度をそれぞれ独立して制御することにより、機体を任意の方向へ移動させる推力を得ることができる。 According to this aspect, by independently controlling the rotation speeds of the first propeller and the second propeller and the opening degrees of a plurality of shuttered windows arranged at positions where airflow can be discharged in different directions. , You can get the thrust to move the aircraft in any direction.
本発明に係るテイルシッター型電動航空機の一態様において、前記第1プロペラの動力源である第1電気モータと、前記第2プロペラの動力源である第2電気モータと、を備え、前記第2プロペラ及び前記第2電気モータの体格及び出力が、前記第1プロペラ及び前記第1電気モータの体格及び出力よりも小さくてもよい。 In one aspect of the tailsitter type electric aircraft according to the present invention, the first electric motor which is the power source of the first propeller and the second electric motor which is the power source of the second propeller are provided, and the second electric motor is provided. The physique and output of the propeller and the second electric motor may be smaller than the physique and output of the first propeller and the first electric motor.
この態様によれば、機体の姿勢制御に用いられる第2プロペラ及び第2電気モータの体格及び出力は、機体を離着陸するために必要な揚力を発生させる第1プロペラ及び第1電気モータの体格及び出力よりも小さいため、第2プロペラ及び第2電気モータを設けず第1プロペラ及び第1電気モータの基数を増やすことにより機体の姿勢の安定性を向上させた機体構成と比較して、機体全体の体格や重量やコストの増大を抑制することができる。 According to this aspect, the physique and output of the second propeller and the second electric motor used for the attitude control of the aircraft are the physique and the physique of the first propeller and the first electric motor that generate the lift required for taking off and landing the aircraft. Since it is smaller than the output, the entire aircraft is compared with the aircraft configuration in which the stability of the posture of the aircraft is improved by increasing the number of units of the first propeller and the first electric motor without providing the second propeller and the second electric motor. It is possible to suppress the increase in physique, weight and cost.
本発明に係るテイルシッター型電動航空機の一態様において、第1ロータ及び第2ロータを備える2重ロータ構造の電気モータが動力源として搭載され、前記第1ロータが前記第1プロペラに連結され、前記第2ロータが前記第2プロペラに連結されていてもよい。 In one aspect of the tailsitter type electric aircraft according to the present invention, an electric motor having a double rotor structure including a first rotor and a second rotor is mounted as a power source, and the first rotor is connected to the first propeller. The second rotor may be connected to the second propeller.
この態様によれば、第1プロペラが連結される第1ロータと第2プロペラが連結される第2ロータとを備える2重ロータ構造の電気モータを搭載することにより、第1プロペラ用と第2プロペラ用にそれぞれ個別の電気モータを搭載した機体構成と比較して、機体全体の体格や重量やコストの増大を抑制することができる。 According to this aspect, by mounting an electric motor having a double rotor structure including a first rotor to which the first propeller is connected and a second rotor to which the second propeller is connected, the electric motor for the first propeller and the second. Compared with the aircraft configuration in which individual electric motors are mounted for each propeller, it is possible to suppress an increase in the physique, weight, and cost of the entire aircraft.
本発明に係るテイルシッター型電動航空機の一態様において、前記ハウジングには、前記第1プロペラが発生させる推力と同じ方向に推力を発生させるように気流を放出できる位置にも、シャッター付き窓が更に設けられていてもよい。 In one aspect of the tailsitter-type electric aircraft according to the present invention, the housing is further provided with a window with a shutter at a position where an airflow can be discharged so as to generate a thrust in the same direction as the thrust generated by the first propeller. It may be provided.
この態様によれば、第1プロペラが発生させる推力と同じ方向に推力を発生させるように気流を放出できる位置に設けられたシャッター付き窓を開放することにより、第1プロペラが発生させる推力の方向へ更に強い加速力を得ることができる。 According to this aspect, the direction of the thrust generated by the first propeller by opening the window with a shutter provided at a position where the airflow can be discharged so as to generate the thrust in the same direction as the thrust generated by the first propeller. You can get even stronger acceleration.
本発明は、回転翼モードにおける機体の姿勢の安定性を向上させると共に、電気モータへ繋がる配線やその接続部が破損することを抑制できるテイルシッター型電動航空機を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a tailsitter type electric aircraft capable of improving the stability of the posture of the airframe in the rotary blade mode and suppressing damage to the wiring connected to the electric motor and its connection portion.
<第1の実施形態>
以下、図1、図2及び図3を参照しながら、第1の実施形態のテイルシッター型電動航空機10について説明する。図1及び図2において、X軸方向は鉛直方向であり、Y軸方向とZ軸方向は水平方向であり、X軸とY軸とZ軸は互いに直交する。
<First Embodiment>
Hereinafter, the tailsitter type
テイルシッター型電動航空機10は無人機であって、図1、図2及び図3に示すように、機体として1つの胴体1及び4つのハウジング2a~2dを備え、略直方体の形状を有する胴体1の中に荷物を搭載することによって、荷物を輸送することができる。4つのハウジング2a~2dは、いずれも機体を着陸させた状態で上下方向に延びる筒状の形状を有し、上部で外径が狭まっている。4つのハウジング2a~2dは、図3に示すように、胴体1の上面視における四隅の位置でそれぞれ胴体1に固定されている。
The tailsitter-type
図1、図2及び図3に示すように、テイルシッター型電動航空機10は、4つのハウジング2a~2dのそれぞれの機首の先端部分に、第1電気モータ3及び第1プロペラ4を1つずつ備える。第1電気モータ3は、第1プロペラ4の動力源である。4つの第1プロペラ4は、機首を上方へ向けた回転翼モードで機体を離着陸するために必要な揚力を発生させることができる。テイルシッター型電動航空機10は、特許文献3に開示されたテイルシッター型航空機とは異なり、ジンバル機構を採用せず、第1電気モータ3は4つのハウジング2a~2dのそれぞれの機首の先端部分に固定されている。
As shown in FIGS. 1, 2 and 3, the tailsitter type
テイルシッター型電動航空機10は、主翼5及び主翼6を備える。主翼5は、ハウジング2a及びハウジング2bの両方に連結する中央翼5aと、ハウジング2aに連結しハウジング2bとは反対側の方向へ向かって延びる右翼5bと、ハウジング2bに連結しハウジング2aとは反対側の方向へ向かって延びる左翼5cによって構成される。主翼6は、ハウジング2c及びハウジング2dの両方に連結する中央翼6aと、ハウジング2cに連結しハウジング2dとは反対側の方向へ向かって延びる右翼6bと、ハウジング2dに連結しハウジング2cとは反対側の方向へ向かって延びる左翼6cによって構成される。テイルシッター型電動航空機10は、固定翼モードでは、4つのハウジング2a~2dを水平に倒して、主翼5及び主翼6を水平にした状態で飛行する。そして、固定翼モードでは、第1プロペラ4が機体を前進させるために必要な推力を生み出し、主翼5及び主翼6が機体を水平飛行させるために必要な揚力を発生させる。
The tailsitter type
4つのハウジング2a~2dの尾部の周囲には、それぞれ4枚の尾翼7が90度間隔で設けられている。固定翼モードで飛行する際には、これらの尾翼7が水平尾翼又は垂直尾翼として機能する。なお、図3では、固定翼モードで飛行する際に水平尾翼として機能する尾翼7は、主翼5又は主翼6の陰に隠れて表示されておらず、固定翼モードで飛行する際に垂直尾翼として機能する尾翼7のみが表示されている。
Four
4つのハウジング2a~2dの内部には、それぞれ第2電気モータ8及び第2プロペラ9が1つずつ設けられている。第2電気モータ8は、第2プロペラ9の動力源である。第2プロペラ9を回転させることにより、回転翼モードで上方から下方へ向かって流れる気流がハウジング2a~2dの内側に発生する。また、4つのハウジング2a~2dの底面には、それぞれシャッター付き窓21が1つずつ設けられている。そして、4つのハウジング2a~2dの側面には、それぞれシャッター付き窓22及びシャッター付き窓23が1つずつ設けられている。
A second
4つのハウジング2a~2dにシャッター付き窓21及びシャッター付き窓22が設けられた位置について、更に詳しく以下に説明する。ハウジング2aには、右翼5bが固定された側面にシャッター付き窓22が設けられ、ハウジング2cへ向かい合う面の反対側の面にシャッター付き窓23が設けられている。ハウジング2bには、左翼5cが固定された側面にシャッター付き窓22が設けられ、ハウジング2dへ向かい合う面の反対側の面にシャッター付き窓23が設けられている。ハウジング2cには、右翼6bが固定された側面にシャッター付き窓22が設けられ、ハウジング2aへ向かい合う面の反対側の面にシャッター付き窓23が設けられている。ハウジング2dには、左翼6cが固定された側面にシャッター付き窓22が設けられ、ハウジング2bへ向かい合う面の反対側の面にシャッター付き窓23が設けられている。
The positions where the
テイルシッター型電動航空機10は、第2プロペラ9が4つのハウジング2a~2dの内側に発生させた気流を、シャッター付き窓22から放出することによって、Y軸方向へ向かう推力を発生させることができる。また、テイルシッター型電動航空機10は、第2プロペラ9が4つのハウジング2a~2dの内側に発生させた気流を、シャッター付き窓23から放出することによって、Z軸方向へ向かう推力を発生させることができる。更に、テイルシッター型電動航空機10は、シャッター付き窓21から放出することによって、第1プロペラ4が発生させるX軸方向の推力と同じX軸方向へ向かう推力を発生させることができる。
The tailsitter-type
そのため、テイルシッター型電動航空機10は、第2プロペラ9の回転速度とシャッター付き窓21~23の開度を調整することによって、回転翼モードで空中に浮かんだ状態で、機体の姿勢を制御するために用いることができる。つまり、テイルシッター型電動航空機10は、回転翼モードにおいて、4つの第1プロペラ4の推力差によって発生する機体傾転方向モーメントに加えて、シャッター付き窓21~23から放出する気流により発生する推力が機体傾転方向モーメントを増加させることができる。なお、シャッター付き窓22及びシャッター付き窓23は、設置される位置が図1及び図2に示す機体の重心Cから遠いほど小さな推力で機体の姿勢の制御が可能となるため、テイルシッター型電動航空機10では、シャッター付き窓22及びシャッター付き窓23は両方ともハウジング2a~2dの側面の尾翼7の付近に設けられている。
Therefore, the tailsitter type
このようにテイルシッター型電動航空機10は、シャッター付き窓21~23の開度をそれぞれ独立して制御することによって、回転翼モードでも、常にX軸、Y軸及びZ軸の方向へ向かう推力を発生させることが可能であり、特異姿勢が存在しない。そのため、テイルシッター型電動航空機10は、どの方向から外乱が機体に加えられても、遅れなく対応可能であり、機体の姿勢の安定性を向上させることができる。また、シャッター付き窓21~23から放出する気流により発生する推力は、第2プロペラ9の回転速度とシャッター付き窓21~23の開度で制御できるため、重量や回転慣性値が大きいプロペラと電気モータの姿勢をジンバル機構で変更することによって推力の向きを変える特許文献3のテイルシッター型航空機よりも、Y軸及びZ軸の方向の推力の応答性を高めることができる点も、テイルシッター型電動航空機10の機体の姿勢の安定性の向上に寄与する。
In this way, the tailsitter-type
また、テイルシッター型電動航空機10は、第2プロペラ9の回転速度とシャッター付き窓21~23を用いて回転翼モードにおける機体の姿勢を制御できるため、特許文献3に開示されているテイルシッター型航空機とは異なり、ジンバル機構が不要となり、第1電気モータ3はハウジング2a~2dに固定されている。テイルシッター型電動航空機10は、このようにジンバル機構が存在せず、ジンバル機構の動作によって第1電気モータ3へ繋がる配線が引っ張られたり折り曲げられたりすることがないため、第1電気モータ3へ繋がる配線やその接続部へ負荷がかかって破損することを抑制できる。
Further, since the tailsitter type
また、テイルシッター型電動航空機10は、第1プロペラ4及び第2プロペラ9の回転速度と、互いに異なる方向へ向かって気流を放出できる位置に配置されたシャッター付き窓21~23の開度をそれぞれ独立して制御することによって、常にX軸、Y軸及びZ軸の方向へ向かう推力を発生させることが可能であるため、機体を任意の方向へ移動させることができる。
Further, in the tailsitter type
そして、テイルシッター型電動航空機10は、回転翼モードでシャッター付き窓23を開放することにより、第1プロペラ4が発生させる推力と同じX軸方向へ推力を発生させるように気流を放出するため、第1プロペラ4だけで推力を発生させた場合よりも、X軸方向へ更に強い加速力を得ることができる。また、テイルシッター型電動航空機10は、固定翼モードでシャッター付き窓23を開放することにより、第1プロペラ4が発生させる推力と同じ方向へ推力を発生させるように気流を放出するため、第1プロペラ4だけで推力を発生させた場合よりも、機体の進行方向へ更に強い加速力を得ることができる。
Then, the tailsitter type
更に、テイルシッター型電動航空機10は、第2プロペラ9及び第2電気モータ8が4つのハウジング2a~2dに内蔵されているため、第2プロペラ9及び第2電気モータ8がハウジング2a~2dの外部に露出している場合と比較して、機体周辺の空気の流れを乱さず、固定翼モードで飛行する際にも、機体の挙動が乱れることはないという利点がある。
Further, in the tailsitter type
なお、回転翼モードで離着陸やホバリングをするために必要な揚力と比較して、姿勢制御のために必要な推力は小さいため、第2プロペラ9及び第2電気モータ8が、それぞれ第1プロペラ4及び第1電気モータ3よりも体格及び出力が小さい型式であっても、機体の姿勢を安定化させることができる。そのため、テイルシッター型電動航空機10では、第2プロペラ9及び第2電気モータ8には、第1プロペラ4及び第1電気モータ3よりも体格及び出力が小さい型式が用いられている。
Since the thrust required for attitude control is smaller than the lift required for takeoff and landing and hovering in the rotor mode, the
このように、第2プロペラ9及び第2電気モータ8には、第1プロペラ4及び第1電気モータ3よりも体格及び出力が小さい型式が用いられているため、テイルシッター型電動航空機10は、第2プロペラ9及び第2電気モータ8を設けず第1プロペラ4及び第1電気モータ3の基数を例えば6基や8基などと増やすことにより機体の姿勢の安定性を向上させた機体構成と比較して、機体全体の体格や重量やコストの増大を抑制することができる。
As described above, since the
<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態のテイルシッター型電動航空機20について、図4及び図5を用いて説明する。第2の実施形態のテイルシッター型電動航空機20は、第1電気モータ3と第2電気モータ8の代わりに、2重ロータ構造の電気モータ11を備え、第1プロペラ4及び第2プロペラ9の動力源が電気モータ11となっている点を除いて、第1の実施形態のテイルシッター型電動航空機10と同一の構成を有している。そのため、第1の実施形態のテイルシッター型電動航空機10と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
<Second embodiment>
Next, the tailsitter type
テイルシッター型電動航空機20は、第1の実施形態のテイルシッター型電動航空機10と同様に、機体として1つの胴体1及び4つのハウジング2a~2dを備え、主翼5、主翼6及び尾翼7を備える。図4は、着陸させた状態のテイルシッター型電動航空機20を図2と同じ方向から見た側面図である。図4に示すように、テイルシッター型電動航空機20は、4つのハウジング2a~2dのそれぞれの機首の先端部分に、電気モータ11及び第1プロペラ4を1つずつ備える。そして、4つのハウジング2a~2dの内部には、それぞれ第2プロペラ9が1つずつ設けられている。第2プロペラ9を回転させることにより、回転翼モードで上方から下方へ向かって流れる気流がハウジング2a~2dの内側に発生する。そして、第1の実施形態のテイルシッター型電動航空機10と同様に、4つのハウジング2a~2dの底面にはシャッター付き窓21が1つずつ設けられており、4つのハウジング2a~2dの側面には、それぞれシャッター付き窓22及びシャッター付き窓23が1つずつ設けられている。
Similar to the tailsitter-type
電気モータ11は第1プロペラ4及び第2プロペラ9の動力源であって、図5に示すように、第1ロータ12及び第2ロータ13を備える2重ロータ構造を有する。電気モータ11は、中空円筒状のステータ14と、ステータ14の径方向外側に隙間を空けて配置される中空円筒状の第1ロータ12と、ステータ14の径方向内側に隙間を空けて配置される円筒状の第2ロータ13とを備える。更に、電気モータ11は、同一軸上に並ぶように配置された第1ロータ軸15と第2ロータ軸16を備える。第1ロータ軸15は第1ロータ12と連結し第1ロータ12と一体となって回転し、第2ロータ軸16は第2ロータ13と連結し第2ロータ13と一体となって回転する。ステータ14と第1ロータ12の間にボールベアリング17が配置され、ステータ14と第2ロータ軸16の間にボールベアリング18が配置されているため、第1ロータ12と第2ロータ13は同軸上でそれぞれ独立に回転可能となっている。
The
そして、第1ロータ12及び第2ロータ13には不図示の永久磁石が埋め込まれており、ステータ14には不図示の電気コイルが埋め込まれている。そのため、電気モータ11は、第1ロータ12及び第2ロータ13のそれぞれに対応した電流をステータ14の電気コイルに流して回転磁界を作ることによって、第1ロータ12と第2ロータ13を異なる回転速度で独立に回転させることができる。
A permanent magnet (not shown) is embedded in the
第1ロータ12は、第1ロータ軸15を介して第1プロペラ4に連結している。そして、第2ロータ13は、第2ロータ軸16を介して第2プロペラ9に連結している。そのため、テイルシッター型電動航空機20は、第1ロータ12の回転速度を調整することによって第1プロペラ4の回転速度を制御することが可能であり、第2ロータ13の回転速度を調整することによって第2プロペラ9の回転速度を制御することが可能である。
The
テイルシッター型電動航空機20は、第1の実施形態のテイルシッター型電動航空機10と同様に、シャッター付き窓21~23の開度をそれぞれ独立して制御することによって、回転翼モードでも、常にX軸、Y軸及びZ軸の方向へ向かう推力を発生させることが可能であり、特異姿勢が存在しない。そのため、テイルシッター型電動航空機20は、どの方向から外乱が機体に加えられても、遅れなく対応可能であり、機体の姿勢の安定性を向上させることができる。
Similar to the tailsitter type
また、テイルシッター型電動航空機20は、第2プロペラ9の回転速度とシャッター付き窓21~23を用いて回転翼モードにおける機体の姿勢を制御できるため、特許文献3に開示されているテイルシッター型航空機とは異なり、ジンバル機構が不要となり、電気モータ11はハウジング2a~2dに固定されている。テイルシッター型電動航空機20は、このようにジンバル機構が存在せず、ジンバル機構の動作によって電気モータ11へ繋がる配線が引っ張られたり折り曲げられたりすることがないため、電気モータ11へ繋がる配線やその接続部へ負荷がかかって破損することを抑制できる。
Further, since the tailsitter type
また、テイルシッター型電動航空機20は、第1プロペラ4及び第2プロペラ9の回転速度と、互いに異なる方向へ向かって気流を放出できる位置に配置されたシャッター付き窓21~23の開度をそれぞれ独立して制御することによって、常にX軸、Y軸及びZ軸の方向へ向かう推力を発生させることが可能であるため、機体を任意の方向へ移動させることができる。
Further, in the tailsitter type
そして、テイルシッター型電動航空機20は、シャッター付き窓23を開放することにより、第1プロペラ4が発生させる推力と同じ方向へ推力を発生させるように気流を放出するため、第1プロペラ4だけで推力を発生させた場合よりも、更に強い加速力を得ることができる。
Then, since the tailsitter type
更に、テイルシッター型電動航空機20は、上記のように第1プロペラ4が連結される第1ロータ12と第2プロペラ9が連結される第2ロータ13とを備える2重ロータ構造の電気モータ11を搭載することにより、第1の実施形態のテイルシッター型電動航空機10のように第1プロペラ4用と第2プロペラ9用にそれぞれ個別の電気モータを搭載する機体構成と比較して、機体の体格や重量やコストの増大を抑制することができる。
Further, the tailsitter type
<実施形態の補足>
本開示のテイルシッター型電動航空機は、上述した形態に限定されず、本開示の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。例えば、第1プロペラの基数は4以外の数であってもよいし、第2プロペラの基数も4以外の数であってもよい。また、シャッター付き窓が設けられる位置は、尾翼の付近に限らず、異なる位置であってもよい。
<Supplement to the embodiment>
The tailsitter-type electric aircraft of the present disclosure is not limited to the above-described forms, and can be implemented in various forms within the scope of the gist of the present disclosure. For example, the radix of the first propeller may be a number other than 4, and the radix of the second propeller may also be a number other than 4. Further, the position where the window with the shutter is provided is not limited to the vicinity of the tail wing, and may be a different position.
1 胴体、2a,2b,2c、2d ハウジング、3 第1電気モータ、4 第1プロペラ、5,6 主翼、5a,6a 中央翼、5b,6b 右翼、5c,6c 左翼、7 尾翼、8 第2電気モータ、9 第2プロペラ、10,20 テイルシッター型電動航空機、11 電気モータ、12 第1ロータ、13 第2ロータ、14 ステータ、15 第1ロータ軸、16 第2ロータ軸、17,18 ボールベアリング、21,22,23 シャッター付き窓。
1 fuselage, 2a, 2b, 2c, 2d housing, 3rd electric motor, 4th first propeller, 5,6 main wing, 5a, 6a central wing, 5b, 6b right wing, 5c, 6c left wing, 7 tail wing, 8th second Electric motor, 9 2nd propeller, 10, 20 tailsitter type electric aircraft, 11 electric motor, 12 1st rotor, 13 2nd rotor, 14 stator, 15 1st rotor shaft, 16 2nd rotor shaft, 17, 18 balls Bearings, 21, 22, 23 windows with shutters.
Claims (5)
複数の第2プロペラが、それぞれシャッター付き窓を有するハウジングの内部に設けられ、
前記第2プロペラが前記ハウジングの内側に発生させた気流を前記シャッター付き窓から放出することによって、前記回転翼モードで略水平の方向へ向かう推力を発生させることができることを特徴とするテイルシッター型電動航空機。 A tailsitter-type electric aircraft equipped with a first propeller capable of generating the lift required for takeoff and landing in rotary wing mode with the nose pointing upwards.
A plurality of second propellers are provided inside a housing, each having a window with a shutter.
A tailsitter type characterized in that a thrust generated in a substantially horizontal direction can be generated in the rotary blade mode by discharging the airflow generated inside the housing by the second propeller from the window with a shutter. Electric aircraft.
互いに異なる方向へ向かって気流を放出できる位置に配置された複数の前記シャッター付き窓を有することを特徴とするテイルシッター型電動航空機。 The tailsitter type electric aircraft according to claim 1.
A tailsitter-type electric aircraft characterized by having a plurality of the shuttered windows arranged at positions capable of discharging airflow in different directions.
前記第1プロペラの動力源である第1電気モータと、前記第2プロペラの動力源である第2電気モータと、を備え、
前記第2プロペラ及び前記第2電気モータの体格及び出力が、前記第1プロペラ及び前記第1電気モータの体格及び出力よりも小さいことを特徴とするテイルシッター型電動航空機。 The tailsitter type electric aircraft according to claim 1 or 2.
A first electric motor that is a power source of the first propeller and a second electric motor that is a power source of the second propeller are provided.
A tailsitter-type electric aircraft characterized in that the physique and output of the second propeller and the second electric motor are smaller than the physique and output of the first propeller and the first electric motor.
第1ロータ及び第2ロータを備える2重ロータ構造の電気モータが動力源として搭載され、前記第1ロータが前記第1プロペラに連結され、前記第2ロータが前記第2プロペラに連結されていることを特徴とするテイルシッター型電動航空機。 The tailsitter type electric aircraft according to claim 1 or 2.
An electric motor having a double rotor structure including a first rotor and a second rotor is mounted as a power source, the first rotor is connected to the first propeller, and the second rotor is connected to the second propeller. A tailsitter-type electric aircraft that features this.
前記ハウジングには、前記第1プロペラが発生させる推力と同じ方向に推力を発生させるように気流を放出できる位置にも、シャッター付き窓が更に設けられていることを特徴とするテイルシッター型電動航空機。
The tailsitter type electric aircraft according to any one of claims 1 to 4.
A tailsitter-type electric aircraft characterized in that the housing is further provided with a window with a shutter at a position where an air flow can be discharged so as to generate a thrust in the same direction as the thrust generated by the first propeller. ..
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021002234A JP2022107349A (en) | 2021-01-08 | 2021-01-08 | Tail-sitter-type electric aircraft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021002234A JP2022107349A (en) | 2021-01-08 | 2021-01-08 | Tail-sitter-type electric aircraft |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022107349A true JP2022107349A (en) | 2022-07-21 |
Family
ID=82457426
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021002234A Pending JP2022107349A (en) | 2021-01-08 | 2021-01-08 | Tail-sitter-type electric aircraft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022107349A (en) |
-
2021
- 2021-01-08 JP JP2021002234A patent/JP2022107349A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2019203204B2 (en) | Vertical takeoff and landing (VTOL) air vehicle | |
US10144509B2 (en) | High performance VTOL aircraft | |
EP3684686B1 (en) | Unmanned aerial vehicle with co-axial reversible rotors | |
US10287011B2 (en) | Air vehicle | |
US20210323663A1 (en) | Unmanned aerial vehicle | |
CN112004746A (en) | Autonomous flight ambulance | |
US20200164976A1 (en) | Vertical takeoff and landing aircraft with passive wing tilt | |
WO2016028358A2 (en) | High Performance VTOL Aircraft | |
KR102062726B1 (en) | An aircraft and a control system of attutude of the aircraft | |
US10814972B2 (en) | Air vehicle and method and apparatus for control thereof | |
US20210061482A1 (en) | Counter rotating torque drive for rotary wing vehicle propulsion | |
KR20200080825A (en) | Veryical takeoff and landing fixed wing unmanned aerial vehicle | |
US11958593B2 (en) | Passive mechanical rotor lock for small unmanned aircraft systems (UAS) | |
US20180222603A1 (en) | Air and space craft with independently oriented thrust generators | |
US10864987B2 (en) | Counter rotating torque drive for rotary wing vehicle propulsion | |
JP2022107349A (en) | Tail-sitter-type electric aircraft | |
JP2022107348A (en) | Tail-sitter-type electric aircraft | |
CN218258694U (en) | Flying body | |
CN220640232U (en) | Aircraft with a plurality of aircraft body | |
JP7306479B2 (en) | Multi-rotor helicopter and cooling method for multi-rotor helicopter | |
GB2545077B (en) | Air Vehicle convertible between rotational and fixed-wing modes | |
WO2020183594A1 (en) | Tailsitter aircraft | |
Jagdale et al. | Vertical take off & landing vehicles | |
KR20220118856A (en) | Drone system for freight transport | |
KR20220028849A (en) | Hybrid tilt drone |