JP2022519197A - ジャイロスコ－プで安定化された航空機 - Google Patents

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Abstract

ジャイロスコープで安定化された航空機のさまな形態を提供する。航空機は、シャフトアセンブリを介してジャイロスコープ安定化アセンブリに結合されたジェットタービンおよび／または電気モーターを備える。好ましい実施形態では、ジャイロスコープ安定化アセンブリは、制御された安定した飛行を提供するために交互に並ぶ回動式ファンブレードを備えたジャイロスコープファンを含む。航空機は、排気ガスを利用した消火活動など、さまざまな場面で利用できるように、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）が可能な構成になっているのが好ましい。

Description

本発明は、航空機（ａｅｒｉａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ）に関する。より具体的には、好ましい形態では、本発明は、回動式（ｐｉｖｏｔｉｎｇ）ファンブレードを備えたジャイロスコープファンを有する航空機に関する。
先行技術の方法、装置または文献へのいかなる言及も、それらが技術常識の一部を形成した、または形成する証拠または承認を構成するものと見なされるべきではない。
飛行の発明以来、例えばヘリコプターや飛行機など、さまざまな形態の航空機が開発されてきた。安定した制御可能な飛行を実現するためには、様々な要因や力が関与しており、航空機の種類によって様々な利点や欠点を伴う飛行特性がある。
たとえば、固定翼機は、長距離を比較的速く飛行するように構成できるが、低速で飛行したりホバリングしたりすることができず、水平離着陸のために長い滑走路を必要とする。一方、ヘリコプターは、垂直に離着陸することができ、ホバリングすることができるが、大きさ、および移動できる速度と距離に制限がある。これらの特性により、固定翼機は比較的大きな荷物の長距離輸送に適しており、ヘリコプターは比較的小さな荷物の短距離輸送に適しており、また、低速飛行やホバリングの能力が特に有利な緊急救助活動に適している。利点を組み合わせ、および／または欠点を最小にして、異なる、好ましくはより幅広い特性を備えた航空機を提供することが望ましい。
航空機の用途の１つは消火活動である。制御できない火災は今日深刻な問題を引き起こし、大規模な火災は森林、地域社会、工業地帯、商業地帯を襲い、森林、住宅、その他の財産、動物、さらには人命までもが失われる可能性がある。火災を食い止めるための取り組みは必ずしも成功するとは限らない。延焼の制御と防止は困難な場合が多い。
延焼を制御および防止するための多くの既知の方法および技術がある。そのような方法には、消防士および機器の従来の使用が含まれ、これには、航空機から火災への大量の水や消火剤の投下、火災の進行方向に対して交差する方向に防火線の設置、地上の消防士による火災への水や消火剤の散布、接近する火災から木材または他の可燃物を効果的に除去するための制御された方法での火災に近い地域の焼き払いなどの技術を含む。
水や薬剤の使用だけでは、大規模な火災に対して効果がないことがわかっている。火災の強さが特定の閾値を超えると、水や他の消火剤を使用しても、火災の中心部に到達する前に水や消火剤が蒸発または解離するため、ほとんど効果がないという仮定がある。これらの問題を考慮して、火災、特に大規模な火災を抑制するための代替方法を提供することも望ましい。
本発明の目的は上記した問題を解決することができる航空機を提供することにある。
本発明の一態様によれば、航空機であって、
流線型本体（ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｂｏｄｙ）と、
航空機に推力を提供するために航空機用フレームによって流線型本体に結合されたジェットタービンまたは電気モーターであって、燃料源、空気を引き込むエンジン空気吸入口、および燃焼した空気燃料混合物を排出する排出口を有している、ジェットタービンまたは電気モーターと、
ジェットタービンによって駆動されるように構成されたシャフトアセンブリと、
シャフトアセンブリによってジェットタービンに結合された少なくとも１つのジャイロスコープ部材を含むジャイロスコープ安定化アセンブリと、を備え、
少なくとも１つのジャイロスコープ部材は、ジェットタービンによって回転駆動され、飛行中に航空機をジャイロスコープで安定化するように構成されている、航空機を提供する。
一実施形態では、ジャイロスコープ部材は、複数のファンブレードを含むジャイロスコープファンである。ジャイロスコープファンは、好ましくは、複数の回動式（ｐｉｖｏｔｉｎｇ）ファンブレードを含む。好ましくは、ジャイロスコープファンは、複数の交互に並ぶ回動式ファンブレードを含む。ファンのためのファンブレードのうちの１つまたは複数のファンブレードの向きは、好ましくは、その１つまたは複数のブレードのピッチを変えることができるように可変である。１つまたは複数のファンブレードは、シャフトに回動可能に結合されて、１つまたは複数のブレードのピッチを変化させることができる。一実施形態では、ジャイロスコープ部材は、ジャイロスコープディスクを含んでもよい。
複数のファンブレードを中央ハブの周りに配置することができる。中央ハブは、好ましくはシャフトに結合されている。ファンブレードは湾曲していてもよい。ジャイロスコープファンは、好ましくは流線型本体内に配置される。ファンブレードの半径方向の遠位端は、好ましくは、流線型本体の開口部内に収容される。好ましくは、開口部は、流線型本体の胴体の円形開口部である。
一実施形態では、シャフトアセンブリは航空機用フレームに結合されている。シャフトアセンブリは、ジャイロスコープ安定化アセンブリを制御するためのコントローラをさらに含んでいてもよい。コントローラは、飛行中に航空機が実質的にジャイロスコープで安定するように、ジャイロスコープ安定化アセンブリからの角運動量が航空機の慣性モーメントよりも著しく大きくなるように、ギアボックスを介してジャイロスコープ安定化アセンブリを制御してもよい。航空機は、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）を可能にするように構成されることが好ましい。
一実施形態では、航空機は、コックピットモジュールをさらに含む。コックピットモジュールは、キャビンを含んでいてもよい。コックピットモジュールは、好ましくは航空機用フレームと結合される。コックピットモジュールは、好ましくは航空機用フレームと移動可能に結合される。コックピットモジュールのキャビンは、ジンバルによって航空機用フレームに結合されることが好ましい。コックピットモジュールは、航空機用フレームの動きおよび／またはジェットタービンの排気に対抗してコックピットを安定させるためのカウンターバランス構成を備えることができる。
一実施形態では、コックピットモジュールは、航空機用フレームに回動可能に取り付けられている。コックピットモジュールのキャビンは、少なくとも第１の軸の周りを回転するようにジンバルリングに回動可能に取り付けられていてもよい。ジンバルリングは、第２の軸の周りを回転するように航空機用フレームに回動可能に取り付けられていてもよい。
一実施形態では、コックピットモジュールは航空機用フレームに解放可能に結合されているため、取り外し可能である。解放可能な結合により、航空機は任意で、乗務員支援飛行および／または自律飛行のためにコックピットモジュールを取り付けることができ、または、遠隔飛行および／または自律飛行のためにコックピットモジュールを取り外すことができる。解放可能な結合には、エジェクタアセンブリを含むことができる。コックピットモジュールは、自己完結型のポッドの形をしていてもよい。
一実施形態では、航空機の本体は胴体を含む。胴体は、複数の制御面を含むことができる。制御面は、航空機の飛行を制御するために胴体に移動可能に取り付けられることが好ましい。複数の制御面は、航空機の長手方向の軸に対して垂直なピッチ軸と、航空機の長手方向の軸とピッチ軸の両方に対して垂直なヨー軸とを中心として、航空機の飛行を制御するように操作することができる。
一実施形態では、ジェットタービン、シャフト、およびジャイロスコープ安定化アセンブリは、長手方向に配置されている。ジェットタービン、シャフト、およびジャイロスコープ安定化アセンブリは、航空機の長手方向の軸の周りを回転するように配置することができる。
一実施形態では、ジェットタービンおよびジャイロスコープ安定化アセンブリは、互いに横方向に配置される。ジェットタービンおよびジャイロスコープ安定化アセンブリは、それぞれの回転軸が垂直（または少なくとも実質的に垂直）になるように配置することができる。１つまたは複数のジャイロスコープファンは、ジェットタービンの長手方向の軸に垂直な平面に配置することができる。
一実施形態では、平行ジャイロスコープファンを提供することができる。第１のファンは胴体の上側に配置されてもよく、第２のファンは胴体の下側に配置されてもよい。第１のファンの軸線と第２のファンの軸線は、好ましくは位置合わせされている。シャフトアセンブリは、好ましくはジェットタービンに結合された長手方向シャフトと、好ましくは１つまたは複数のジャイロスコープファンに結合された横方向シャフトとを備えることができる。
一実施形態では、空気流方向付けアセンブリは、特定の方向に向けられるように適合された排気ノズルを備える。そのような実施形態では、排気ノズルは、火災を抑制するように向けることができる。
一実施形態では、航空機は、ジェットタービンを支持し、ジェットタービンの方向性のある移動を可能にするために、胴体の下に配置された支持構造をさらに備える。そのような実施形態では、方向性のある動きは、空気流方向付けアセンブリが、火災を抑制するためなどに、引き込まれた空気の一部を望ましい方向に向けることを可能にする。
一実施形態では、本体は環状であってもよい。そのような実施形態では、胴体は、トーラスまたは「ドーナツ」形状の形態であってもよい。複数のジェットタービンを、好ましくは推進および／または揚力のために胴体の側面に取り付けることができる。胴体の側面に取り付けられた複数のジェットタービンは、好ましくは垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機能を可能にするために回転可能であってもよい。１つまたは複数のジャイロスコープ安定化ジェットを胴体の内側に取り付けることができる。少なくとも１つのジャイロスコープファンは、好ましくは、本体の中心に配置される。コックピットモジュールは、本体内に配置されていていてもよい。
別の態様では、本発明は、火災を抑制する方法を提供し、この方法は、
航空機の航空機用フレームに結合されたジェットタービンを備えた航空機を火災の近くの場所に移動させるステップであって、ジェットタービンは、航空機に推力を提供し、ジェットタービンは、燃料源、周囲の空気を引き込むためのエンジン空気吸入口、燃焼した空気燃料混合物が高速で排出される排出口、およびジェットタービンによって駆動されるように適合されたシャフトアセンブリを有する、ステップと、
シャフトアセンブリによってジェットタービンに結合されたジャイロスコープ安定化装置を操作して、飛行中に航空機をジャイロスコープで安定化するステップと、
ジェットタービンを操作して空気を引き込み、燃焼した空気燃料混合物を排出口から火災を抑制するために望ましい方向に向けるための空気流方向付けアセンブリを制御するステップと、を含む。
本発明の好ましい特徴、実施形態、および変形例は、本発明を実施するために当業者に十分な情報を提供する以下の詳細な説明から認識することができる。詳細な説明は、いかなる形であれ、前述の発明の要約の範囲を制限するものと見なされるべきではない。詳細な説明では、次のようないくつかの図面を参照する。
本発明の実施形態による、ジンバルピボットの外側のジンバルリングを示す、航空機用のジンバルコックピットモジュールの側面図である。 図１に示されているジンバルコックピットモジュールの側面図であり、ジンバルピボットの内側にあるジンバルリングを示している。 本発明の一実施形態による航空機１００の上面図である。 本発明の別の実施形態による、コックピットモジュール１０５が取り付けられた航空機２００の上面図である。 第１の位置（離陸または着陸）にあるコックピットモジュールを備えた航空機２００の側面図である。 第２の位置（飛行中）にあるコックピットモジュールを備えた航空機２００の側面図である。 さらなる実施形態による航空機３００の上面図である。 コックピットモジュールが非回動位置で示されている航空機３００の側面図である。 コックピットモジュールが上向きに回動した位置で示されている航空機３００の側面図である。 断面Ｘ－Ｚを示す航空機３００の側面図である。 平面Ｘ（図１０に示されている）に沿った航空機３００の断面図である。 平面Ｙ（図１０に示されている）に沿った航空機３００の断面図である。 平面Ｚ（図１０に示されている）に沿った航空機３００の断面図である。 航空機３００の正面図である。 航空機３００の上面図である。 航空機３００の背面図である。 図１４に示されているものとは異なる位置に翼フラップを備えた航空機３００の正面図である。 コックピットモジュールのない、消化活動をしている複数の航空機１００の斜視図である。 コックピットモジュールのない、消化活動をしている２つの連結された航空機１００の斜視図である。 さらなる実施形態による航空機４００の斜視図である。 図２０に示される航空機４００の上面図である。
図３、１８および１９は、以下でより詳細に説明される方法でジャイロスコープで安定化されるように構成された航空機１００の第１の実施形態を示す。図１および２は、図４～６に示すように、航空機１００のような航空機に取り付けられて航空機２００を形成するように示される、解放可能に取り付け可能なコックピットモジュール１０５を示す。図５および６に最もよく示すように、航空機２００は、推進機構を提供するためにジェットタービン２５０が配置される開口部を含むダクト付き胴体２１０を備える。排気を生成するために使用できる適切なエンジンには、パルスジェットエンジン、ターボジェットエンジン、アフターバーナー付きターボジェットエンジン、軸流ターボジェット、ガスタービン推進エンジン、ロケットエンジン、ターボファン航空機エンジン、低バイパスターボファン、高バイパスターボファン、ターボプロップ、ラムジェット、ターボシャフトエンジン、水中ジェットエンジン、衝撃波トリプルエンジンジェットトラックなどが含まれる。異なる種類のエンジンの組み合わせも使用できる。
胴体２１０の開口部に配置されたジェットタービン２５０は、好ましくは、他のジェットタービンと同様に機能し、それにより、空気がタービンによって引き込まれ、圧縮機が空気の圧力を上昇させる。圧縮機は、シャフトアセンブリ２６０に取り付けられた多くのブレードで作られている。ブレードは高速で回転して、空気を圧縮するまたは押し込む（ｓｑｕｅｅｚｅ）。次に、圧縮された空気に燃料を吹きつけて、電気火花で混合気に点火する。燃焼ガスは膨張し、エンジン後部の排気ノズル２５５から噴出する。ガスの噴流が後方に発射されると、エンジンと航空機２００は反対方向（図５に関して上方向）に推力される。熱風はノズル２５５に向かうとき、タービンと呼ばれる別のブレード群を通過する。タービンは、圧縮機と同じシャフトアセンブリ２６０に取り付けることができ、タービンを回転させると、圧縮機が回転する。
この実施形態では、航空機２００の胴体２１０は、航空機用フレーム２４５に取り付けられ、軸線に対して概ね対称である特定の形状であることが示されている。しかしながら、胴体２１０の形状は、限定的であると見なされるべきではなく、胴体２１０の形状は、他の実施形態において変更されてもよい。ジェットタービン２５０は、ジャイロスコープファン２４０を含むジャイロスコープ安定化アセンブリにも結合されているシャフトアセンブリ２６０を駆動する。ジャイロスコープファンは、飛行中の航空機２００の安定化を支援する。
ジャイロスコープファン２４０のブレードは、シャフトアセンブリ２６０と結合された中央ハブの周りに配置されている。ジャイロスコープファン２４０のブレードは、航空機２００に必要な安定化を提供するために必要に応じてファンブレードの角度を変化させる交互に並ぶ回動式ファンブレードである。好ましい実施形態では、胴体２１０の長手方向の軸は、ジャイロスコープファン２４０のブレードも駆動するシャフトアセンブリ２６０に沿ってダクト開口部を通って長手方向に延びる。ジャイロスコープファン２４０は、ブレード部材を回動させることによってブレードのピッチを変更できるように、好ましくは可変ピッチブレードである複数のブレード部材を含む。ブレード部材は可変ピッチであるため、すなわち、各ブレード部材は、その前縁の向きをエンジン速度に適合させるために、その長手方向の軸（そのピッチ軸）の周りを回動することができる。このように、ブレード部材の向き（ピッチ設定とも呼ばれる）は、ジェットタービン２５０の推力を容易に管理するためのパラメータの１つを構成している。
ジャイロスコープ安定化装置（特にジャイロスコープファン２４０のファンブレード）によって提供される角運動量が、飛行中に航空機２００が実質的にジャイロスコープで安定化されるように、航空機２００の慣性モーメントよりもかなり大きくなるように、ギアボックスを介してジャイロスコープ安定化装置を制御するためのコントローラも提供される。
ジェットタービン２５０と組み合わせたジャイロスコープ安定化装置を設けることで、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機１００、２００（および以下に説明する航空機３００、４００）が提供される。ＶＴＯＬ機能を備えた航空機を提供することにより、航空機１００、２００、３００、４００は、例えば、消火活動を含む様々な状況で使用することができ、特に、当該地域への消火媒体の接近または搬送が、それ以外では困難、不可能または危険であることがわかっている場合に使用することができる。
ジャイロスコープ安定化装置は、好ましくは、飛行の様々な段階において航空機１００、２００、３００、４００がジャイロスコープで安定化されるように、十分な質量角速度によって十分な角運動量を提供するように構成される。一実施形態では、胴体は、ジェットタービンに固定して取り付けることができる。別の実施形態では、ジェットタービンは、特にジェットタービンの排気ノズルを火災前線などに向ける必要がある場合には、胴体に回動可能に取り付けることができる。
好ましい実施形態では、胴体１１０は、航空機１００、２００、３００、４００が垂直離着陸（ＶＴＯＬ）プロファイルで着陸および離陸できるように適合されている。特に、着陸支柱の形態の着陸装置を含む足回りアセンブリは、ジャイロスコープファンのファンブレードの平面が地面の平面に実質的に平行である状態で、航空機が表面から離陸することを可能にし、同様の方法で着陸することを可能にする。好ましい実施形態では、胴体は、航空機用フレームに回動可能にまたは移動可能に固定することができ、胴体と航空機用フレームとの間の相対的な移動を可能にする。
航空機１００、２００はまた、胴体の外側側面に取り付けることができる環状翼フラップ１１５、２１５を備えることができる。環状翼フラップ１１５、２１５はまた、航空機１００、２００の水平飛行を容易にするための追加の飛行面を提供することができる（図３～６に示されているように）。また、水平飛行構成では、図６に示すように、ジャイロスコープ安定化装置の平面が地面の平面に実質的に垂直になる。しかしながら、以下の説明により、当業者には、飛行面および環状翼フラップ１１５、２１５の提供は任意であってもよいことが理解されるであろう。
先に説明したように、航空機１００、２００は、飛行包囲線全体にわたって航空機１００、２００をジャイロスコープで安定化するジャイロスコープ安定化装置を含む。ジャイロスコープを使用することにより、より安定した航空機となり、安定した飛行特性を得ることができ、これは、例えば、火災の抑制など、様々な用途に対応した柔軟で多彩な飛行特性を得るために非常に重要である。ジャイロスコープファン２４０の各ブレード部材は、回転式プロペラシャフトに取り付けられ、このプロペラシャフトは、シャフトアセンブリ２６０に結合されている。これにより、外部または内部のモーメントが航空機に印加されたときに、モーメントの結果として生じる力がジャイロスコープの歳差運動に変換されるように、航空機がジャイロスコープで安定化されるように十分な角運動量を生成することができる。モーターの寸法が大きくなり、性能が向上した大型の航空機では、航空機をジャイロスコープで安定させるために、より大きなジャイロスコープ安定化部材や、より高い角速度で回転するジャイロスコープ安定化部材が必要になる。同様に、小型で軽量の航空機には、小型で軽量のジャイロスコープ安定化部材が必要になる。
航空機２００はまた、好ましくは取り外し可能な連結器２２０を介して航空機２００のフレームと結合されるコックピットモジュール１０５を含むことができる。コックピットモジュール１０５は、胴体２１０の動きおよび／またはジェットタービン２５０の排気に対抗して、コックピットモジュール１０５のバランスをとるためのカウンターバランス装置を含む。本明細書で説明する実施形態では、コックピットモジュール１０５は、コックピットモジュール１０５のキャビン１０６およびその乗員が、航空機２００の垂直離着陸時（図５に示す）および水平飛行時（図６に示す）の両方を含む全ての飛行期間中に、実質的に直立した位置に配置されることを可能にするジンバル状機構を備えることができる。コックピットモジュール１０５は、航空機２００を制御するためのナビゲーションおよび飛行制御装置を含むことができ、また、いくつかの安全要件に対処することができる。
好ましい実施形態では、コックピットモジュール１０５のキャビン１０６は、第１の軸を中心に回転するように、取り付け点１３５でジンバルリング１２５に回動可能に取り付けられている。図２に最も明確に示すように、ジンバルリング１２５は、取り付け点１３０で航空機用フレーム１４５に取り付けられて第２の軸を中心とした回転を可能にし、それによって、コックピットモジュール１０５のキャビン１０６をロールまたはピッチさせて、コックピットモジュール１０５に平衡力（ｃｏｕｎｔｅｒｂａｌａｎｃｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）が加えられる。図５において、コックピットモジュール１０５は、航空機２００が離陸または着陸位置にあるときの第１の直立位置で示されている。図６において、コックピットモジュール１０５が水平飛行位置で示され、コックピットモジュール１０５自体が回転している場合でも、コックピットモジュール１０５のキャビン１０６は直立位置であることがわかる。
好ましいが決して必須の用途ではない本発明の消火の実施形態では、排気は、１つまたは複数のジェットタービンまたはジェットエンジンから得ることができる。本明細書で使用される場合、「ジェットタービン」という用語は、高速で移動する流体のジェット、例えば、排気ガスなどのガスを加速および放出して、航空機の推進力または推力を生成するタービンを指す。典型的なジェットエンジンでは、吸気口からの空気は回転する圧縮機に送られ、そこで圧力と温度が上昇する。加圧空気は燃焼室に導入され、そこで燃料と組み合わされて混合気が点火される。燃焼によりガスの温度が上昇し、タービンを介して膨張する。タービンでは、温度上昇の一部が回転エネルギーに変換され、圧縮機の駆動に使用することができる。燃焼ガス混合物（一般に酸素を欠いている）は、排気ノズル２５５を含む排気誘導アセンブリを通って出る。
好ましくは、タービンはガスタービンであり、ガスタービンは、風車のように機能し、燃焼器を出る高温のガスからエネルギーを取り出す。利用できるタービンの適切な種類には、遷音速タービン、逆回転タービン、ステータレスタービン、セラミックタービン、シュラウド付きタービンおよびシュラウドレスタービン、ならびに当技術分野で知られている他のものが含まれる。マイクロタービンも、少なくともいくつかの実施形態において使用することができる。
排気ノズル２５５は、収束発散型、発散型、流体型、可変型、例えば、エジェクターノズル、アイリスノズルであってもよく、あるいは、他の適切な型であってもよい。一般に、ジェットタービン排気およびノズル２５５などの排気ノズルは、その温度、化学組成、速度、送出量、送出率、圧力、および他のパラメータ、例えば、騒音、空気質などによって特徴付けられる。ジェットエンジンからの排気は数百度にも及ぶことがあり、配管や排気ノズルを空冷で保護する必要がある。
そのような航空機からの排気は、１つまたは複数のエンジン、好ましくはジェットエンジンによって生成された排気を使用して火災を抑制するのに特によく適していると考えられている。より具体的には、本発明は、排気を使用して火災、例えば、地上の森林、住居、商業火災または産業火災を抑制することに関する。火事と同様に、爆発を抑制または消すことも可能である。
ジェットタービンからの排気ガスは、その化学組成に関して、一般に、燃焼生成物（例えば二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）および水（Ｈ２Ｏ））、未燃焼ガス（例えば、窒素ガス（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、未燃焼炭化水素（ＵＨＣ）、および煤（Ｃ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）および／または硫黄酸化物（ＳＯＸ）などのその他の成分）を含んでいる。海面で２１体積％近くの酸素（Ｏ２）と約０．０３体積％の二酸化炭素（ＣＯ２）を含む大気と比較して、ジェットエンジンの排気ガスは酸素が少なく、二酸化炭素が多くなっている。例えば、効率的に運転されるタービンエンジンで炭化水素燃料を完全燃焼させたときの加圧排出物は、約７２体積（ｖｏｌｕｍｅ／ｖｏｌｕｍｅ）％の二酸化炭素ガスおよび約２７．６体積（ｖｏｌｕｍｅ／ｖｏｌｕｍｅ）％の蒸気からなる。結果として、排気ガスの化学組成は、航空機１００、２００が、排気ノズル２５５を火災に向けることによって火災を制御または消火するために利用されるときに、重要な役割を果たす。燃料に対する空気の割合は、スロットル機構の使用、不活性ガスによる希釈、その他の手段によって操作することができ、その結果、排気中の酸素濃度がさらに低下し、航空機１００、２００の消火能力が向上する。
先に説明したように、ジェットタービンを使用すると、ガスのジェットが非常に高速で航空機１００、２００から離れる方向に向けられる。消火作業中、ジェットタービン１５０と火災前線、または火災の前縁とジェットタービン１５０との間にかなりの距離がある場合、そのような距離からかなりの量の排気ガス混合物を火災に吹き付けるのに十分な高い排気圧力を発生させることができなければならない。例として、Ｐｒａｔｔ ＆ Ｗｈｉｔｎｅｙ社のＪＴ８～ＪＴ３０シリーズのタービンは、航空機１００を飛行させるのに十分な推進力を提供することができ、また、火災を消火するのに十分な速度のガスを排出することができる。特に消火活動の際には、排気ガスの温度を制御するために、ジェットタービンを１００％稼働させないなど、実用面での配慮が必要な場合もある。また、現在の状況で本職に十分に使用できる他のタービンは、所望の火災抑制機能を提供するために、異なる有効範囲の排気圧力を提供する場合があることにも留意する必要がある。
有利には、タービン２５０は、タービン２５０を支持するだけでなく、タービン２５０が複数の方向に移動することを可能にする支持体に取り付けられてもよい。少なくともいくつかの実施形態では、支持体は、タービンを３６０度回転させることができる。ステアリングアセンブリは、支持体に結合され、火災を抑制するために排気ガスを望ましい方向に向けるために、ジェットタービン２５０の向きを制御するように、航空機の運転者によって制御されてもよい。
図１８に示すように、複数のそのような航空機１００を用いて消火活動を行うことができる。図１９に示すように、そのような複数の航空機１００を結合できるように、取り付けポートを設けることによって、２つ（またはそれ以上）のそのような航空機１００をタンデムに結合することができる。
図７～１７は、航空機３００の別の実施形態を示している。航空機３００はまた、可変ピッチブレードを備えたジャイロスコープファン３３５を含む安定化装置によってジャイロスコープで安定化するように適合されている。ジャイロスコープファン３３５は、ジェットタービン３４０の長手方向の軸に垂直な平面に配置されている。ジャイロスコープファン３３５は、ジェットタービン３４０からジャイロスコープファン３３５に動力を伝達するシャフトアセンブリ３５０によってジェットタービン３４０に結合されている。ジャイロスコープファン３３５は、１つまたは複数の他の方法によってジェットタービン３４０に連結することができ、図に示すようなシャフトは、いくつかの実施形態では必要でない場合がある。好ましい実施形態では、シャフトアセンブリ３５０は、ジャイロスコープファン３３５の動作を制御するための１つまたは複数の歯車機構を備えていてもよい。他の実施形態では、ジャイロスコープファン３３５は、電子的または他の機械的構成によってジェットタービン３４０に連結されてもよい。
航空機３００はまた、先に記載した方法でジャイロスコープで安定化するように適合されている。航空機３００はまた、推進機構を提供するためにジェットタービン３４０が配置される開口部を含むダクト付き胴体３４５を備えている。航空機３００は、回動支点（ｐｉｖｏｔ ｐｏｉｎｔ）３１５を中心に回動するように適合された翼フラップ３２５を備えている。航空機３００はまた、回動支点３６５を中心に回動するように適合された連結式フロント翼３２０を備えている。
航空機３００はまた、２つの異なる軸に沿って回動するように適合された回動式コックピットモジュール３１０（卵形の「ポッド」エンクロージャを提供する）を含む。具体的には、コックピットモジュール３１０は、第１の軸（ロール）に沿ったコックピットモジュール３１０の回動を可能にするために、回動支点３３０Ａを中心に回動するように適合されている。コックピットモジュール３１０はまた、コックピットモジュール３１０が第２の軸（ピッチ）を中心に回動できるように、回動支点３３０Ｂを中心に回動するように適合されている。コックピットモジュール３１０を設けることによって、飛行中に航空機３００をパイロットなどが操作することができる。
航空機３００はまた、火事を抑制するためにジェットタービン３４０から生成された排気の使用に関連していてもよい。ジェットタービン３４０は、航空機３００に推力を提供する。使用中、エンジンの空気吸入口は周囲の空気を引き込み、燃焼した空気燃料混合物は排出口３６０から放出され、排出口３６０を通って高速で排出される。排気ノズルを含む空気流方向付けアセンブリを使用して、燃焼した空気燃料混合物を排出口３６０から、火災を抑制するための望ましい方向に向けることができる。
図２０および２１は、本体がトーラス（または「ドーナツ」）形状の胴体４４５を備えた環状である、航空機４００のさらなる実施形態を示している。複数のジェットタービン４４０は、主に推進および／または揚力を目的として、トーラス胴体４４５の側面に取り付けられている。トーラス胴体４４５の側面に取り付けられた複数のジェットタービン４４０は、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機能を可能にするために、少なくとも９０度回転可能であってもよい。ジャイロスコープ安定化ジェット４５０は、トーラス胴体４４５の内側に取り付けることができる。ジャイロスコープファン４３５は、トーラス胴体４４５の中心に配置されている。コックピットモジュール４１５は、乗組員および／または乗客の収容を可能にするために、トーラス胴体４４５の内側に配置することができる。また、トーラス胴体４４５に貨物を搭載することもできる。
有利なことに、本発明は、例えば、ＶＴＯＬ機能を備えた航空機および離着陸の間のジャイロスコープで安定化された飛行を含む、多くの有用で用途の広い飛行特性を有する汎用性のある航空機（１００、２００、３００、４００）を提供する。前に特定したように、関心のある特定の用途の１つは、火災の消火である。ただし、このような航空機は、輸送や救助活動にも使用できる。さらに、航空機の実施形態は、適切な大気を有するという条件で、他の惑星に着陸するために使用することができる。また、ジャイロスコープファンの代わりにジャイロスコープディスクを使用することで、大気のない宇宙空間での宇宙船および／または人工衛星の安定化を確保することもできる。
法令に基づき、本発明は、構造的または方法的な特徴を多かれ少なかれ具体的に示す言葉で記述してきた。「含む」という用語および「含む」および「含まれる」などのその変形は、追加の特徴を排除するものではなく、包括的な意味で全体を通して使用される。
本明細書に記載の手段は、本発明を実施するための好ましい形態であるため、本発明は、図示または記載される特定の特徴に限定されるものではない。
したがって、本発明は、当業者によって適切に解釈される添付の特許請求の範囲の適切な範囲内で、その形態または変更のいずれにおいても特許請求される。

Claims (33)

  1. 航空機であって、
    流線型本体と、
    航空機に推力を提供するために航空機用フレームによって流線型本体に結合されたジェットタービンまたは電気モーターであって、燃料源、空気を引き込むエンジン空気吸入口、および燃焼した空気燃料混合物を排出する排出口を有している、ジェットタービンまたは電気モーターと、
    ジェットタービンによって駆動されるように構成されたシャフトアセンブリと、
    シャフトアセンブリによってジェットタービンに結合された少なくとも１つのジャイロスコープ部材を含むジャイロスコープ安定化アセンブリと、を備え、
    少なくとも１つのジャイロスコープ部材は、ジェットタービンによって回転駆動され、飛行中に航空機をジャイロスコープで安定化するように構成されている、航空機。
  2. 前記ジャイロスコープ部材が、複数のファンブレードを含むジャイロスコープファンである、請求項１に記載の航空機。
  3. 前記ジャイロスコープファンが複数の回動式ファンブレードを含む、請求項２に記載の航空機。
  4. 前記ジャイロスコープファンが複数の交互に並ぶ回動式ファンブレードを含む、請求項３に記載の航空機。
  5. 前記回動式ファンブレードの１つまたは複数のファンブレードの向きが、その１つまたは複数のファンブレードのピッチを変えることができるように、可変である、請求項３または４に記載の航空機。
  6. 前記１つまたは複数の回動式ファンブレードが、そのピッチを変化させることができるように、前記シャフトに回動可能に結合される、請求項３～５のいずれか一項に記載の航空機。
  7. 前記複数のファンブレードが、前記シャフトアセンブリに結合された中央ハブの周りに配置されている、請求項２～６のいずれか一項に記載の航空機。
  8. 前記ジャイロスコープファンが、好ましくは前記流線型本体内に配置されている、請求項２～７のいずれか一項に記載の航空機
  9. 前記ファンブレードの半径方向遠位端が、前記流線型本体の開口部内に収容される、請求項８に記載の航空機。
  10. 前記開口部が、前記流線型本体の胴体の円形開口部である、請求項９に記載の航空機。
  11. 前記ジャイロスコープ部材が、ジャイロスコープディスクである、請求項１に記載の航空機。
  12. 前記シャフトアセンブリが前記航空機用フレームに結合されている、請求項１～１１のいずれか一項に記載の航空機。
  13. 前記シャフトアセンブリが、前記ジャイロスコープ安定化アセンブリからの角運動量が航空機の慣性モーメントよりも著しく大きくなって、航空機が飛行中に実質的にジャイロスコープで安定するように、ギアボックスを介してジャイロスコープ安定化アセンブリを制御するためのコントローラをさらに備えている、請求項１～１２のいずれか一項に記載の航空機。
  14. 航空機が、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）を可能にするように構成されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載の航空機。
  15. 前記航空機用フレームに結合されたコックピットモジュールをさらに備えている、請求項１～１４のいずれか一項に記載の航空機。
  16. 前記コックピットモジュールが、前記航空機用フレームに移動可能に結合されている、請求項１５に記載の航空機。
  17. 前記コックピットモジュールのキャビンが、ジンバルによって前記航空機用フレームに結合されている、請求項１６に記載の航空機。
  18. 前記コックピットモジュールが、前記航空機用フレームの動き、または前記ジェットタービンの排気、あるいはこれらの両方に対抗することによって、前記コックピットを安定させるためのカウンターバランス構成を備えている、請求項１６または１７に記載の航空機。
  19. 前記コックピットモジュールが、前記航空機用フレームに回動可能に取り付けられている、請求項１６～１８のいずれか一項に記載の航空機。
  20. 前記コックピットモジュールが取り外し可能であるように前記航空機用フレームに解放可能に結合されている、請求項１５～１９のいずれか一項に記載の航空機。
  21. 前記解放可能な結合によって、航空機が、任意選択で乗務員支援飛行のために前記コックピットモジュールを取り付けるか、または任意選択で遠隔飛行または自律飛行あるいはこれら両方のために前記コックピットモジュールを取り外すことができる、請求項２０に記載の航空機。
  22. 前記解放可能な結合には、エジェクタアセンブリが含まれており、前記コックピットモジュールが、自己完結型ポッドの形態である、請求項２０または２１に記載の航空機。
  23. 航空機の前記流線型本体が胴体を含む、請求項１～２２のいずれか一項に記載の航空機。
  24. 前記胴体が、航空機の飛行を制御するために該胴体に移動可能に取り付けられた複数の制御面を備えている、請求項２３に記載の航空機。
  25. 前記ジェットタービン、シャフトアセンブリおよびジャイロスコープ安定化アセンブリが長手方向に配置されている、請求項１～２４のいずれか一項に記載の航空機。
  26. 前記ジェットタービン、シャフトアセンブリ、およびジャイロスコープ安定化アセンブリが、航空機の長手方向の軸を中心に回転するように配置されている、請求項２５に記載の航空機。
  27. 前記ジェットタービンおよびジャイロスコープ安定化アセンブリが互いに横方向に配置されている、請求項１～２４のいずれか一項に記載の航空機。
  28. 前記ジェットタービンおよびジャイロスコープ安定化アセンブリが、それぞれの回転軸が互いに実質的に垂直になるように、配置されている、請求項２７に記載の航空機。
  29. １つまたは複数のジャイロスコープファンが、前記ジェットタービンの長手方向の軸に垂直な平面に配置されている、請求項２７または２８に記載の航空機。
  30. 平行ジャイロスコープファンを備えている、請求項２７～２９のいずれか一項に記載の航空機。
  31. 第１のファンが前記胴体の上側に配置され、第２のファンが該胴体の下側に配置されている、請求項３０に記載の航空機。
  32. 前記流線型本体が環状であり、トーラスの形態である胴体を有しており、その胴体の側面に取り付けられた複数のジェットタービンを備えている、請求項１～３１のいずれか一項に記載の航空機。
  33. 火災を抑制する方法であって、
    航空機の航空機用フレームに結合されたジェットタービンを備えた航空機を火災の近くの場所に移動させるステップであって、ジェットタービンが、航空機に推力を提供し、ジェットタービンが、燃料源、周囲の空気を引き込むためのエンジン空気吸入口、燃焼した空気燃料混合物を高速で排出する排出口、およびジェットタービンによって駆動するように適合されたシャフトアセンブリを有する、ステップと、
    シャフトアセンブリによってジェットタービンに結合されたジャイロスコープ安定化装置を操作して、飛行中に航空機をジャイロスコープで安定化するステップと、
    ジェットタービンを操作して周囲の空気を引き込み、燃焼した空気燃料混合物を排出口から火災を抑制するために望ましい方向に向けるための空気流方向付けアセンブリを制御するステップと、を含む、方法。
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