JP2022124061A - 飛行体 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料容器の表面に空気抵抗層を設けることなく、飛行体が予期せず降下したときに、その降下速度を抑制し得る技術を提供する。【解決手段】飛行体は、ロータと、ロータを駆動するモータと、モータに電力を供給する燃料電池と、燃料電池に供給する燃料ガスを収容する燃料容器と、燃料容器内の燃料ガスを噴射するスラスターと、スラスターを制御する制御部と、を備える。制御部は、飛行体が予期せず降下したときに、スラスターから下方に向けて燃料ガスを噴射させる。【選択図】図１

Description

本明細書に開示する技術は、飛行体に関する。

特許文献１に、飛行体の一例であるドローンが開示されている。このドローンは、燃料電池と、その燃料ガス（例えば、水素等）を収容する燃料容器とを備える。この種の飛行体では、例えば何らかのトラブルが発生したときに、飛行体が予期せず降下するおそれがある。そこで、特許文献１のドローンでは、燃料容器の表面に空気抵抗層が設けられており、飛行体が予期せず降下した場合でも、その降下速度が抑制される。

特開２０２０－００６８１２号公報

特許文献１の飛行体では、燃料容器の表面に空気抵抗層を設ける必要があり、その分だけ燃料容器の大きさや質量が増大し、ひいては飛行体の大きさ及び質量が増大するという問題があった。

本明細書は、燃料容器の表面に空気抵抗層を設けることなく、飛行体が予期せず降下したときに、その降下速度を抑制し得る技術を開示する。

本明細書に開示する飛行体は、ロータと、ロータを駆動するモータと、モータに電力を供給する燃料電池と、燃料電池に供給する燃料ガスを収容する燃料容器と、燃料容器内の燃料ガスを噴射するスラスターと、スラスターを制御する制御部と、を備える。制御部は、飛行体が予期せず降下したときに、スラスターから下方に向けて燃料ガスを噴射させる。

上記の飛行体では、飛行体が予期せず降下したときに、スラスターから下方に向けて燃料ガスが噴射される。これにより、例えばモータ等に異常が生じており、ロータの駆動が不能又は不全な状況であっても、飛行体の降下速度を抑制することができる。ここで、飛行体が予期せず降下している状況において、スラスターから燃料ガスが噴射されるタイミングは、特に限定されない。但し、一例ではあるが、飛行体が地表に接近したタイミングで、スラスターから燃料ガスが噴射されると、地表に対する飛行体の相対速度は、効果的に低減される。

実施例に係る飛行体の概略構成を示す図であり、（ａ）は飛行体の側面図を示し、（ｂ）は飛行体の正面図を示す。 実施例に係る飛行体の制御系を示すブロック図。 飛行体が予期せず降下したときにスラスターから燃料ガスを噴射する処理の一例を示すフローチャート。

図面を参照して、本実施例に係る飛行体１０について説明する。図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２に示すように、飛行体１０は、本体１２と、４つのロータ１４と、４つのモータ１８と、燃料電池２０と、燃料容器２２と、４つの脚部２４と、４つのスラスター３０と、姿勢センサ３６と、スラスター３０の可動機構３８と、制御部４０を備えている。なお、図面を見易くするために、図１（ａ）では手前側と奥側に配置される２つのロータ１４、２つの脚部２４及び２つのスラスター３０（図１（ｂ）で図示される２つのロータ１４、２つの脚部２４及び２つのスラスター３０）の図示を省略している。同様に、図１（ｂ）でも手前側と奥側に配置される２つのロータ１４、２つの脚部２４及び２つのスラスター３０（図１（ａ）で図示される２つのロータ１４、２つの脚部２４及び２つのスラスター３０）の図示を省略している。

４つのロータ１４は、放射状に延びるアーム１６を介して本体１２に接続されている。アーム１６は、飛行体１０が平坦面に着地しているときに、平坦面と平行となるように本体１２に取り付けられている。４つのロータ１４は、飛行体１０を上面視したときに、周方向に均等に（すなわち、９０度ずつずらして）配置されている。各々のロータ１４には、対応する一つのモータ１８が同軸に配置されており、４つのロータ１４は、４つのモータ１８によってそれぞれ回転駆動される。４つのロータ１４が回転することにより、揚力が発生して飛行体１０は飛行する。なお、本実施例では、飛行体１０は４つのロータ１４を備えているが、このような構成に限定されない。飛行体１０が飛行できればよく、ロータ１４の数は４つより多くてもよいし、４つより少なくてもよい。

燃料電池２０は、本体１２内に配置されている。燃料電池２０は、各々のモータ１８に電力を供給する。燃料容器２２は、本体１２の下面に当接している。燃料容器２２の内部には、燃料ガスが収容されている。燃料容器２２は、内部に収容されている燃料ガスを燃料電池２０に供給可能に構成されている。燃料ガスは、水素であるが、燃料電池２０に燃料として供給可能なガスであれば、その種類は特に限定されない。

脚部２４は、棒状であり、アーム１６の下面に取り付けられている。脚部２４は、飛行体１０を上面視したときに、下端がアーム１６の外側に位置するように斜めに取り付けられている。４つの脚部２４は、飛行体１０を上面視したときに周方向に均等に（すなわち、９０度ずつずらして）配置されている。脚部２４は、飛行体１０が平坦面に着地しているときに、４つの脚部２４の下端のみが平坦面に当接するような寸法とされている。なお、本実施例では、飛行体１０は４つの脚部２４を備えているが、このような構成に限定されない。脚部は、飛行体１０が平坦面に着地しているときに飛行体１０を支持できればよく、脚部２４の数は４つより多くてもよいし、４つより少なくてもよい。また、脚部は、飛行体１０が平坦面に着地しているときに飛行体１０を支持可能であればよく、その形状は特に限定されない。

スラスター３０は、主止弁３２と配管３４を介して燃料容器２２に接続されている。具体的には、主止弁３２は、燃料容器２２と配管３４との間に取り付けられており、配管３４は、飛行体１０が平坦面に着地しているときに、平坦面と平行となるように本体１２に取り付けられている。スラスター３０は、配管３４の下方に設置されている。主止弁３２が開けられると、燃料容器２２内の燃料ガスは、配管３４内に流入し、配管３４を通ってスラスター３０に供給される。すなわち、主止弁３２が開けられると、スラスター３０から燃料容器２２内の燃料ガスが噴射する。４つのスラスター３０は、飛行体１０を下面視したときに周方向に均等に（すなわち、９０度ずつずらして）配置されている。なお、本実施例では、飛行体１０は４つのスラスター３０を備えているが、このような構成に限定されない。スラスター３０の数は４つより多くてもよいし、４つより少なくてもよい。

姿勢センサ３６は、飛行体１０の姿勢を検知するセンサである。姿勢センサ３６による検知信号は、制御部４０に送信される。制御部４０は、姿勢センサ３６から受信した検知信号に基づいて飛行体１０に姿勢を判定している。

可動機構３８は、スラスター３０から噴射する燃料ガスの向きを変更するように構成されている。具体的には、可動機構３８は、スラスター３０と配管３４との間に配置されており（図示は省略）、スラスター３０の噴射口が開口する向きを変更する。可動機構３８によって、スラスター３０は、噴射口が下方に向くように噴射口の向きが変更される。

制御部４０は、メモリとＣＰＵを含むコンピュータを用いて構成されている。図２に示すように、制御部４０は、モータ１８、主止弁３２及び可動機構３８と接続されており、モータ１８、主止弁３２及び可動機構３８の動作を制御している。また、制御部４０は、姿勢センサ３６と接続されており、姿勢センサ３６から検知信号を取得する。

次に、図３を参照して、制御部４０が実行する処理について説明する。制御部４０は、図３に示す処理を実行することによって、飛行体１０が予期せず降下したときに、スラスター３０から燃料ガスを噴射させることができる。例えば、飛行体１０に異常等が生じた場合は、飛行体１０に予定又は指示された飛行動作に反して、飛行体１０が降下することがある。このような予期しない降下では、飛行体１０の降下速度を制御することができず、降下速度が過大なるおそれがある。これを回避するために、本実施例の飛行体１０は、予期せず降下する状況が生じた場合に、スラスター３０から下方に向かって燃料ガスを噴射することにより、降下速度を低減させることができる。

図３に示すように、まず、制御部４０は、姿勢センサ３６からの検出信号を受信する（Ｓ１２）。次いで、制御部４０は、ステップＳ１２で受信した検出信号に基づいて、飛行体１０が所定範囲より傾いているか否かを判定する（Ｓ１４）。飛行体１０が所定範囲より傾いていないとき（ステップＳ１４でＮＯ）、制御部４０は、飛行体１０の姿勢は正常であると判断する。そして、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２及びステップＳ１４の処理を繰り返す。

一方、飛行体１０が所定範囲より傾いているとき（ステップＳ１４でＮＯ）、制御部４０は、飛行体１０の姿勢が異常であると判断する。このような状態では、飛行体１０が正常に飛行しているとは考えられず、飛行体１０が予期せず降下していると判断することができる。このため、制御部４０は、ステップＳ１２で受信した検出信号に基づいて、可動機構３８を駆動する（Ｓ１６）。具体的には、姿勢センサ３６で検知された飛行体１０の姿勢に基づいて、制御部４０は、スラスター３０の噴射口が下方に向けて開口するように可動機構３８を駆動する。その後、制御部４０は、主止弁３２を開弁する（Ｓ２２）。これにより、燃料容器２２内の燃料ガスが、スラスター３０から噴射される。スラスター３０の噴射口は、可動機構３８によって下方に向けられている。このため、スラスター３０からは、下方に向かって燃料ガスが噴射される。これにより、飛行体１０に上向きの制動力が作用することで、飛行体１０の降下速度を低減することができる。

また、本実施例では、飛行体１０が予期せず降下したときに、燃料容器２２内の燃料ガスを噴射している。このような構成を実現するために、飛行体１０は、少なくともスラスター３０、主止弁３２及び配管３４を備えればよい。従来の空気抵抗層のように、サイズや質量が比較的に大きな構成を飛行体１０に設けることなく、飛行体１０が予期せず降下したときに、飛行体１０の降下速度を抑制することができる。

なお、本実施例では、姿勢センサ３６によって飛行体１０の姿勢を監視し、その異常を検出することによって、飛行体１０の予期しない降下を検出している。しかしながら、飛行体１０の予期しない降下を検出し得る限りにおいて、このような構成に限定されない。例えば、飛行体１０が加速度センサやＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等を備え、それらを用いて飛行体１０の急降下を検出することによって、飛行体１０の予期しない降下を検出してもよい。あるいは、モータ１８や燃料電池２０といった、飛行体１０の構成要素の異常を検出することによって、飛行体１０の予期しない降下を検出してもよい。例えばモータ１８に異常が生じると、ロータ１４を回転させることができなくなる。このため、モータ１８に異常が生じたときにも飛行体１０が予期せず降下する。さらには、本実施例では、制御部４０が、飛行体１０の予期しない降下を検出していたが、このよう構成に限定されない。例えば、飛行体１０の予期しない降下は、飛行体１０とは物理的に分離された外部装置等によって検出されてもよい。例えば、飛行体１０が遠隔操作可能な構成である場合には、遠隔操作している操作者や外部の制御システムが飛行体１０の予期しない降下を検出したときに、それを示す信号を飛行体１０に送信してもよい。このような構成によっても、飛行体１０は、自己の予期しない降下を検知することができる。

また、本実施例では、スラスター３０の噴射方向が、可動機構３８によって変更可能に構成されているが、このような構成に限定されない。飛行体１０が予期せず降下したときにスラスター３０の噴射口が下方を向いていればよく、例えば、飛行体１０が自由落下するときに、飛行体１０の重量配分によっては、飛行体１０の姿勢が大きく傾くことなく維持されることもある。このような場合、スラスター３０の噴射口は、概して下方を向くことになるので、スラスター３０の噴射方向を調整する可動機構３８やそれに類する構成は、必ずしも必要とされない。あるいは、姿勢センサ３６を用いて飛行体１０の姿勢を監視し、スラスター３０の噴射方向が下方に向いたタイミングで、スラスター３０から燃料ガスを噴射させてもよい。加えて、又は代えて、飛行体１０は、飛行体１０の姿勢に応じて、複数のスラスター３０から燃料ガスの噴射を選択的に実施してもよい。

以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：飛行体
１２：本体
１４：ロータ
１８：モータ
２０：燃料電池
２２：燃料容器
３０：スラスター
３２：主止弁
３４：配管
３６：姿勢センサ
３８：可動機構
４０：制御部

Claims (1)

1. 飛行体であって、
   ロータと、
   前記ロータを駆動するモータと、
   前記モータに電力を供給する燃料電池と、
   前記燃料電池に供給する燃料ガスを収容する燃料容器と、
   前記燃料容器内の前記燃料ガスを噴射するスラスターと、
   前記スラスターを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記飛行体が予期せず降下したときに、前記スラスターから下方に向けて前記燃料ガスを噴射させる、
   飛行体。

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