JP2022528131A - 非対称マルチロータ - Google Patents

Abstract

本体と、少なくとも３つのモータと、本体に接続される少なくとも１つの翼とを有するマルチロータ航空機。翼は、マルチロータ航空機の飛行中に折り畳み及び展開するよう設計され、飛行中に低抗力生成位置と揚力生成位置との間で変わるよう設計される。少なくとも１つのモータは、他のモータより大きなモータ力を有し、強力なモータからマルチロータ航空機の重心までの距離は、他のモータから重心までの距離より短い。翼はモータの間のジオメトリックエリアに配置される。

Description

本発明は、組み立て可能で折り畳み可能な翼を有する非対称マルチロータに関する。ＶＴＯＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｔａｋｅ－Ｏｆｆ ａｎｄ Ｌａｎｄｉｎｇ）能力を有する翼を備えるマルチロータの安定性を可能にするため、離陸、着陸及びホバリングする不安定な段階において翼を折り畳むことが可能であるが、折り畳む翼を有することはいくつかの問題を含んでいる。第１は、翼が折り畳まれる間の機体の安定性を維持することである。第２は、スラスタを妨害することなく、折り畳まれた翼を格納する場所である。第３は、完全に展開されるまでの翼の展開中の機体の安定性を維持しながら、それらを開いて展開することである。本発明は、革新的な設計及び新たなプロセスによるこれらの問題に対する解決策を提供する。

ＶＴＯＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｔａｋｅ－Ｏｆｆ ａｎｄ Ｌａｎｄｉｎｇ）航空機は、翼を備えない航空機より、効果的であって、前方に飛行するときにより遠くにより長い時間飛行することを可能にする翼を備える。前方飛行中に大きく寄与する翼は、航空機、それの乗客及び地上の人々を危険にさらす過酷な気象又は風の状態下での離陸、着陸及びホバリングにおける耐えられない不安定性を引き起こす。この問題に対処するいくつかの方法があり、その１つは、ホバリング、離陸及び着陸中には翼を折り畳み、前方飛行を開始すると翼が展開され、揚力を発生させることである。航空機に危険を及ぼすことなく、又は航空機の安定性に影響を及ぼすことなく翼を折り畳んで開くことは、革新的で独創的な計画を必要とする。

要求に添付された図面の意図は、本発明及びその出願の範囲を限定するものではない。図面は、本発明を例示することのみを意図しており、それらは、その実施のための１つの可能性しか構成しない。
ロック及び展開モードにおける剛性の緩い翼を有する航空機を示す。 折り畳みが開始される際の解放状態に剛性の緩い翼を備える航空機を示す。 後方プロペラの下を通過する、折り畳まれた閉じた位置にある剛性の緩い翼を有する航空機を示す。 折り畳みプロセスにおいてプロペラ推力を横切らない剛性の緩い翼を備える航空機を示す。 拡がった展開位置にある帆のような翼を有する航空機を示す。 折り畳まれた位置にある帆のような展開された翼を有する航空機を示す。 組み立てられて折り畳まれた位置にある帆のような翼を有する航空機を示す。 航空機及びマルチロータ上のトルク及び力の分布の図を示す。 巻き上げられた帆を有する翼を示す。 巻き上げられた翼の構成要素の説明を示す。 マルチロータ航空機（５００）を示す。

用語の単純化のため、垂直に離着陸する翼を有する航空機は、“航空機”又は“マルチロータ航空機”と呼ばれると共に、航空機内の推進システムは、プロペラ又はジェット推力とすることができ、“モータ”と呼ばれる。

強風状態で離着陸するため翼を有するマルチロータ航空機の安定性を可能にするため、翼は離陸／着陸又はホバリングである不安定な段階で折り畳み可能であるが、マルチロータと折り畳み翼とのこの組み合わせには多くの問題があり、従って、対象の特許解決策である。

図１及び図２に記載された航空機は、翼（２００）が折り畳み軸（１０２）の周りに折り畳み可能である高いアスペクト比で接続される本体（１００）を有し、その少なくとも２つ（３２，３４）の３又は４つの垂直モータはより強力であり、離陸又はホバリング時に航空機の重量の大部分を担持し、高度、ピッチ及びヨーを制御し、後端において、より弱い１つ以上のモータ（３０，４０）は、重量の小さな部分を担持し、高度、ピッチ及びヨーと、前方飛行の時間にのみプラン設定において航空機を前方に押す１つ以上のモータとを制御する。

垂直モータが標準的なマルチロータなど全ての軸を制御する際に航空機にあってもよい。

航空機は、垂直モータ（３０、４０、３２、３４）を使用して垂直離陸し、次に、牽引モータ（３６）は、翼が展開され、次いで、飛行方向に整列した後に展開モードに入って特定の速度後に水平飛行を開始するよう動作し始め、それらはロック又は展開され、揚力を生成し始め、次いで、垂直モータ（３０、４０、３２、３４）は作動を停止し、航空機は、失速速度に近い速度まで飛行を低速化するまで、ピッチを制御する操縦翼、スタビライザ又はカナード（１０４）とヨーを制御するラダー（１０６）とによって制御される通常の航空機として飛行し続け、そして、垂直モータ（３０，４０，３２，３４）は再び作動し、翼の代わりに航空機の重量を担持し始め、翼は折り畳まれ、揚力はなくなり、翼が折り畳まれ、航空機は停止し、地上で翼を折り畳むことが可能である。

スタビライザは、垂直モータパワーと比較して相対的に小さな面積を有し、強風状態において航空機の安定性に支障はないが、折り畳み可能であり、翼とスタビライザを同じ機構と一緒に折り畳み可能にすることが可能である。

翼の折り畳み及び展開は、比較的長時間を要し、移行段階における航空機の安定性を妨害し、航空機及びその乗客を危険にさらすことさえあり、その理由は、本特許では、翼の展開が２つの段階で行われ、第１の段階は揚力又は抗力を破壊し、第２の段階は翼の折り畳みであり、航空機が前方に飛行するとき、翼全体が展開又は拡げられ、揚力を生成する。なぜなら、翼は折り畳まれるか、又は拡げられるとき、飛行の障害となり、揚力を過剰に迅速に増やすことは航空機の構造に負荷を与えうるため、低速の優先度があるが、翼を飛行の全ての段階で開くことが可能である。

翼は、通常、航空機の大きく重要な領域であるが、それらは、モータの気流がスラスタの下を通過するときにモータの気流を妨害し、航空機の安定性を妨害し、さらには、航空機及びその乗客を危険にさらすことさえあり、プロペラの上の翼を接続することは、地面に近いプロペラを有する高度な航空機を作り出し、これは、航空機の周囲を危険にさらし、異物によってそれら自体を損傷することがあり、従って、本特許により翼を折り畳むことは、翼が折り畳まれるときにスラスタからの気流を妨げないように設計され、翼がプロペラの気流の下を通過しないため、又は、通過する際に最小の抗力にあり、トラストフローを抵抗する風がないときに干渉しないためである。

図１Ａは、翼（２００）が折り畳み軸（１０２）に対してロックされるが、縦軸（１０８）に対してロック位置にない図１Ｂと比較して、縦軸（１０８）の周りにロックされる翼と共に展開位置にある２つの翼（２００）を有する航空機を示し、従って、自由に旋回することが可能であり、従って、翼に対する風の影響ははるかに小さく、航空機の安定性を妨げるものではない。折り畳み軸（１０２）の周りの翼の折り畳みにおいて、それは、後方モータスラスト（３０、４０）の前に停止可能であり、また、図１Ｃに記載されるように緩いモードにあり、又はモータの前に通過することができ、それらが図１Ｄのように互いに近接しているときに、ロックされるか、又は部分的にロックされることが可能である。翼が開くか、又は拡がっているとき、航空機は、プッシャモータ又はプーラモータ（３６）と係合することによって前方に進むことができ、翼は依然として緩んでおり、従って、翼は飛行のために水平かつ自然な状態で整列し、従って、それらをロックすることはより容易で便利であり、ロックは、翼が相対的に水平であり、翼がそれの軸の周りに回転できないポイントまで翼のプロファイルに沿って摺動可能であるとき、プロファイルの厚さが相対的に類似する長手軸（１０８）の領域で始まるロックリードを移動することによって実行され、ロック状態では、操縦翼は反転され、翼が緩い状態にあるときのように、スタビライザとしてではなく補助翼として働く必要があり、もちろん、翼は、それらがさらに位置決めされ、翼がそれらに到達しないときに、後方モータの端部まで折り畳まれることも可能である。

複数のセグメント（１２１、１２２、１２３、１２４、１２５）から構築され、ファブリックの帆に接続される拡がった翼に対する多くの設計の１つを説明する図について同様であり、前方飛行に入るとき、帆は、本体（１００）に最も近い第１のセグメントをモータ、ケーブル又はピストンで引っ張ることによって引き伸ばされ、他の全てのセグメントが開き、帆が拡がり、翼は揚力を生成し始め、風はサーボ又は他の種類のアクチュエータにより操作されるステアリングリンク（１１２）によって制御され、このリンクはまた翼のフラップを拡げ、変えられた流れによってバランサとして利用され、従って、例えば、最後のセグメント（１２１）が解放され、次いで翼が折り畳まれ、バネ、ゴムバンド又は他のより速い折り畳みを助ける他の空気圧又は油圧機構（１１４）の助けを借りて又は借りずに迅速に折り畳まれるホバリングとは対照的に、航空機のロールを制御する。ホバリング中又は離着陸中に航空機の安定性を妨げうる揚力又は抗力を生じない薄い翼スパー（ｓｐｕｒ）を残し、従って、翼（２Ｃ）の折り畳み速度は、もはや乱れではないため関連性がなく、主スパー、リール又はその両方を回転させるモータによって駆動される図４Ｂに現れるリール（２０６）の周りを走るケーブルを備える翼の展開及び折り畳みによって、主スパー（２０４）の長さに沿って補強材（２０８）でブラインド（２０２）のように折り畳まれる船舶の帆と同様の巻き上げられた翼が存在しうる。

揚力の減少はまた、開放位置のみではなく、翼が本体の側部で完全に折り畳まれた状態で、翼の折り畳み処理中に実行可能である。翼が折り畳まれ、折り畳み前に揚力又は抗力を生成しないとき、翼は前方に折り畳まれ、その結果、一方の翼が後方に展開し、他方の翼が前方に展開するタンデム及びカナードを有する航空機の設計が可能になる。

翼の折り畳み又は解放は、翼がスラスタから生じる流れの下を通過することを可能にする。翼エリアが無視できる程度に減少された状態にあるためであり、翼はスラスタからの流れのほとんどをより阻止しない。風があるとき、大気風の影響と翼に対するモータのスラスタの影響との間に衝突があり、これは不安定性を引き起こし、従って推奨されず、特に風が図１のように緩い翼になるときに２つの力（スラスタと風）の間に衝突を引き起こす可能性がある異なる方向からのものであり、帆の翼でない場合、特定の不安定性を引き起こすこの移行を控える必要がある。

リフトされた翼の折り畳みと低抗力位置にあることは、翼がモータの上方に折り畳まれることが可能であり、モータは地面に対して同じ高さにあり、充足した高さにあり、後方モータのより遠くに移動する必要がなく、翼のための余地を許容し、翼が低抗力位置にあるため、依然としてホバリングにおいて安定的である。

ここに記載される航空機は、前方に一対の大型モータと、後方に一対の比較的小さいモータ又は一対のモータを有し、重心は重要かつ重要な要因であり、それが正しい位置にない場合、本発明の航空機は、２つの組み合わされた航空機が共通の重心を有する航空機の図３に見られるマルチロータと固定された翼との組み合わせであり、軽量の翼の折り畳みの影響は無視できるため、航空機の破壊を生じさせうる。

高アスペクト比を有する単一の翼を備える航空機は、翼を折り畳む必要がある場合、効率性及び飛行時間を生じさせる大きな効果を有し、スラスタの気流の下で翼を通過させることを回避することが有益であり、従って、地下及び地上近くにモータの位置を必要とし、これは、多くの塵埃を持ち上げ、周囲にリスクを及ぼし、従って、１つ以上の後方モータをさらに移動させることが必要とされる。

図３に示されるようなホバリング中、モータは、力の合計（５０、６０）がアーム（５２、６２）に対して同じモーメントを有するように配置されるが、重心は力の中心に配置されず、モータのいくつかは、おそらくより多くのエネルギー及びより少ないレストを保持することが可能であり、従って、非効率性が生じることがあり、図１、２及び３において、モータ（３０、４０）は、重心に近いモータ（３２、４２）と比較して、重心（１６０）からより遠く、つまり、モータ（３０、４０）において、（３２、４２）と比較して、ゼロトルクが要求されるより小さな力（５０）を発生させるため、（６０）は、アーム（５２）の長さに応じて、長いアーム（６０）と比較してより大きな大きさを有し、従って、この非対称な構成は、ホバリングと飛行モードとの間のより滑らかな移行を可能にするために必要であることを意味する。

図１において、後方モータ（３０、４０）は本体に対して４５度の角度で配置され、マルチロータＶと呼ばれる構成において、それらは航空機のヨーを制御し、このモータは小さな直径を有することが可能であり、最も小さな航空機を可能にするため、可能な限り大きな力が小さなエリアを利用することを可能にするための速い回転速度が可能である。

モータ（３０，４０）は、標準的なトリコプター構成において、又は航空機を回転させるため軸（１１６）の周りで回転する図２に示される一対の水平モータを備えることによって、サーボにより軸の周りに動く単一のモータと置換可能である。

上記説明及び図面から理解されるように、本発明は、本体（１００）と、少なくとも３つのモータ（５００）と、本体に接続される少なくとも１つの翼（２００）とを含むマルチロータ航空機（５００）に関する。マルチロータ航空機は、例えば、図面及びマルチロータ航空機（５００）を示す図５において示されるような４つのモータを含んでもよい。マルチロータ航空機（５００）は、例えば、図示されるような２つの翼（２００）などの１つ以上の翼を含んでもよい。翼（２００）は、マルチロータ航空機の飛行中に折り畳み及び展開されるよう設計される。この接続における“折り畳み”という用語は、例えば、翼が揚力を生成するのに利用されない折り畳み位置にある図１Ｃ、１Ｄ及び２Ｃに示され、“展開”という用語は、翼が揚力を生成するのに利用される準備ができている展開位置にある図１Ａ、１Ｂ及び２Ａに示される。

翼（２００）はまた、飛行中に低抗力生成位置と揚力生成位置との間で変わるよう設計される。翼が展開位置にあるとき、それは、揚力を生成する状態にありうる。例えば、図１Ａに示されるように、翼がそれに対して作用する風に従ってそれの長手軸の周りに自由に回転可能なタイプのフリーの翼であるとき、また、翼が本体と緩い接続状態にあるとき、それは、例えば、図１Ｂに示されるような低抗力生成位置にあり、このため、当該位置において効率的な揚力はない。しかしながら、翼が、例えば、図１Ａに示されるように本体に対してロック及び固定されているとき、翼は固定された翼として機能し、揚力を生成可能である。

飛行中に低抗力生成位置から揚力生成位置にポジションを変更可能な翼を設計するための多数の可能な方法がある。例えば、上述されたフリーな翼と、指状のフレームを備えた翼を示す図２Ａに示される翼とは、フレーム上で拡がり、翼が揚力を生成し、又はカバーシートを閉じて、翼の位置を低抗力生成位置に変更するシートによってカバー可能である。同様のことは、カバーシートが翼における穴を開閉可能な図４Ａ及び４Ｂに示される翼に関して成り立つ。

本発明は、上述したように、本体（１００）と、少なくとも３つのモータ（３２）（３４）（３０）（４０）と、飛行中に折り畳み及び展開され、低抗力生成位置と揚力生成位置との間で変わるよう設計される少なくとも１つの翼（２００）とを含むマルチロータ航空機（１０００）に関する。少なくとも３つのモータのうちの少なくとも１つのモータ（３２）は、少なくとも３つのモータのうちの少なくとも１つの他のモータ（３０）より大きなモータ力を有する。少なくとも１つのモータ（３２）からマルチロータ航空機の重心までの距離は、少なくとも１つの他のモータ（３０）から重心までの距離より短い。このようにして、重心からより長い距離に弱いモータ（３０）（４０）を配置し、これにより、翼を配置可能なモータ間のより大きなジオメトリックエリアを有することが可能である。このようにして、マルチロータ航空機（１０００）は、重心までの長い距離を有する弱いモータ（３０）（４０）のモーメントが重心までのより短い距離を有する強力なモータ（３２）（３４）のモーメントと同じにすることができるという事実により偏揺れしない。２つの強力なモータ及び２つの弱いモータ又は他の何れかのタイプの組み合わせを有することが可能である。

Claims (6)

1. 本体と、
   少なくとも３つのモータと、
   前記本体に接続される少なくとも１つの翼と、
   を有するマルチロータ航空機であって、
   前記少なくとも１つの翼は、前記マルチロータ航空機の飛行中に折り畳み及び展開するよう設計され、前記飛行中に低抗力生成位置と揚力生成位置との間で変わるよう設計される、マルチロータ航空機。
2. 前記少なくとも１つの翼は、前記低抗力生成位置にあるとき、前記本体と緩い接続状態にあり、前記揚力生成位置にあるとき、前記本体と固定された接続状態にある、請求項１に記載のマルチロータ航空機。
3. 前記少なくとも１つの翼は、前記低抗力生成位置にあるとき、非展開状態にあり、前記揚力生成位置にあるとき、展開状態にある、請求項１に記載のマルチロータ航空機。
4. 本体と、
   少なくとも３つのモータと、
   前記本体に接続される少なくとも１つの翼と、
   を有するマルチロータ航空機であって、
   前記翼は、前記マルチロータ航空機の飛行中に折り畳み及び展開するよう設計され、前記飛行中に低抗力生成位置と揚力生成位置との間で変わるよう設計され、少なくとも３つのモータのうちの少なくとも１つのモータは、前記少なくとも３つのモータからの少なくとも１つの他のモータより大きなモータ力を有し、前記少なくとも１つのモータから前記マルチロータ航空機の重心までの距離は、前記少なくとも１つの他のモータから前記重心までの距離より短く、前記翼は前記少なくとも３つのモータの間のジオメトリックエリアに配置される、マルチロータ航空機。
5. 前記翼は、前記低抗力生成位置にあるとき、前記本体との緩い接続状態にあり、前記揚力生成位置にあるとき、前記本体との固定された接続状態にある、請求項４に記載のマルチロータ航空機。
6. 前記翼は、前記低抗力生成位置にあるとき、非展開状態にあり、前記揚力生成位置にあるとき、展開状態にある、請求項４に記載のマルチロータ航空機。
   

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