JP2023073742A - Air vehicle and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、飛行体及び制御方法に関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to flight vehicles and control methods.
飛行体は、リチウムイオン電池などの蓄電池を動力源として、モータを回転させて飛行する。飛行体には、翼を付けた航空機や、ヘリコプター、マルチコプターなどがある。 The flying object flies by rotating a motor using a storage battery such as a lithium ion battery as a power source. Air vehicles include winged aircraft, helicopters, and multicopters.
リチウムイオン電池ではペイロードを重くして長時間飛行を行うことは困難なため、動力源として燃料電池を使用したマルチコプターが開発されている。この燃料電池は、発電による発熱に応じた冷却をしないと、燃料電池の発電効率が低下してしまう。同様に、燃料電池に適量のカソードガスを供給しないと、発電効率が低下してしまう。 Since it is difficult to carry out a long flight with a heavy payload using a lithium-ion battery, a multicopter using a fuel cell as a power source has been developed. If the fuel cell is not cooled in accordance with the heat generated by power generation, the power generation efficiency of the fuel cell will decrease. Similarly, power generation efficiency is reduced unless an appropriate amount of cathode gas is supplied to the fuel cell.
しかしながら、マルチコプターなどの飛行体に搭載する場合には、燃料電池を冷却し、或いは燃料電池にカソードガスを供給するなどする周辺装置の重量が飛行性能を阻害する恐れがある。 However, when mounted on an aircraft such as a multicopter, the weight of peripheral devices that cool the fuel cell or supply the cathode gas to the fuel cell may hinder flight performance.
そこで、発明が解決しようとする課題は、燃料電池の周辺装置を軽量化することが可能な飛行体を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the invention is to provide an aircraft capable of reducing the weight of the peripheral devices of the fuel cell.
本実施形態によれば、飛行体は、プロペラと、モータと、燃料電池と、熱交換器と、を備える。プロペラは、機体が飛行するための推進力を発生する。モータは、プロペラを駆動する。燃料電池は、モータの電源となる。熱交換器は、燃料電池を冷却する。プロペラの回転により生じる風圧が発生する第1方向と反対の第2方向であって、プロペラの第2方向の端部よりも第2方向側に、熱交換器、及び燃料電池に空気を供給する配管の吸気口部の少なくともいずれか一方の少なくとも一部が配置される。 According to this embodiment, the aircraft includes a propeller, a motor, a fuel cell, and a heat exchanger. Propellers generate thrust for the aircraft to fly. A motor drives the propeller. The fuel cell powers the motor. A heat exchanger cools the fuel cell. Air is supplied to the heat exchanger and the fuel cell in a second direction opposite to the first direction in which the wind pressure generated by the rotation of the propeller is generated and on the second direction side of the end of the propeller in the second direction. At least a portion of at least one of the inlet portions of the piping is arranged.
本発明によれば、飛行体に搭載する燃料電池ユニットを軽量化することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the weight of the fuel cell unit to be mounted on the aircraft.
以下、本発明の実施形態に係る飛行体及び制御方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。 Hereinafter, a flying object and a control method according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments shown below are examples of embodiments of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited to these embodiments. In addition, in the drawings referred to in this embodiment, the same reference numerals or similar reference numerals are given to the same portions or portions having similar functions, and repeated description thereof may be omitted. Also, the dimensional ratios in the drawings may differ from the actual ratios for convenience of explanation, and some of the configurations may be omitted from the drawings.
(第1実施形態)
図1は、飛行体1の外観を示す模式図である。この図1に示すように、本実施形態に係る飛行体1は、例えばマルチコプターである。この飛行体1は、機体10を備えている。機体10は、本体12と、複数のフレーム14と、複数のロータ16と、熱交換器18と、を有している。なお、フレームは、腕部と称する場合がある。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the appearance of an
本体12は、飛行体1の重心またはその近傍に設けられている。この本体12は、後述するように燃料電池ユニット100と、制御ユニット200とを有している。飛行体1は、燃料電池ユニット100などから供給される電力を電源として、制御ユニット200の制御に従い飛行する。なお、燃料電池ユニット100と、制御ユニット200との詳細は後述する。
The
また、本実施形態に係る飛行体1は、例えば4つのフレーム14と、4つのフレーム14の端部に配置される4つのロータ16を備えている。例えば4つのフレーム14は、本体12から、放射状に延びている。なお、本実施系形態に係る飛行体1は、本体12からフレーム14が放射状に延びる構成であるが、これに限定されない。例えば、円環状の機体10の周方向へ複数のロータ16を設ける構成など、任意の構成とすることが可能である。また、プロペラ22の数も4つに限定されない。例えばプロペラ22の数は1以上であってもよい。
Further, the
ロータ16のそれぞれは、モータ21、およびプロペラ22を有している。モータ21は、プロペラ22を駆動する駆動源である。モータ22は、例えば本体12に収容されている燃料電池ユニット100などから供給される電力を電源として作動する。プロペラ22は、モータ21によって回転駆動される。モータ21でプロペラ22を回転駆動することにより、飛行に必要な推進力が発生する。また、飛行体1の進行方向、進行速度、加速度、回転角、及び高度などは、各モータ21の回転速度制御により可能である。
Each
図2は、飛行中の飛行体1の側面図である。鉛直上方向をZ軸の向きとする。マルチコプターでは、機体を傾けた状態で飛行する。プロペラ22の回転により第1方向V1の風圧が発生する。第1方向V1と反対方向を第2方向V2とする。
FIG. 2 is a side view of the
熱交換器18は、例えばラジエータであり、燃料電池ユニット100内の燃料電池を冷却する。仮にプロペラ22の位置よりも下部に熱交換器18を配置すると、プロペラ22の回転の影響により、飛行中においても熱交換器18に風はほとんど当たらなくなってしまう。そこで、本実施形態に係る熱交換器18は、プロペラ22の位置よりも鉛直上方向に設置される。例えば、プロペラ22の第2方向V2の端部よりも第2方向V2側に、熱交換器18の少なくとも一部が配置される。
The
図2に示すように、3以上のプロペラ22を備える場合には、3以上のプロペラ22それぞれの第2方向V2の端部を結ぶ面S1よりも第2方向V2側に、熱交換器18の少なくとも一部が配置される。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を熱交換器18が効率的に受けることができる。熱交換器18は空気の流れが当たるように少なくともその一部が外気に開放されている。
As shown in FIG. 2, when three or
また、熱交換器18の受風面18aを飛行方向に向けることで、熱交換器18に風をより多く当てることが可能となる。受風面18aが平面である場合には、この平面に対する垂線の方向を受風面18aの正面とする。すなわち、飛行体1の進行方向及び風向の少なくとも一方に対して受風面18aを正面に向けると、より効率的に熱交換器18に風を当てることが可能となる。
Further, by orienting the
また、風が当たる熱交換器18の面積が広いほど冷却効果を高めることが可能となる。このように、熱交換器18は風を受けることで冷却効率を上げられるため、小型化できる。
Also, the larger the area of the
図3は、本実施形態に係る燃料電池ユニット100のブロック図の例である。図3に示すように、燃料電池ユニット100は、燃料電池スタック111と、水素貯蔵部112と、バルブ113と、流量コントローラー114、116と、過給機115と、ポンプ117と、を備えている。また、図3では、配管L10、L12、L14、L16を図示している。なお、本実施形態に係る燃料電池ユニット100は、少なくとも燃料電池スタック111を有し、燃料電池スタック111の駆動に必要となる装置(モジュール)、及び配管を含み得る。また、燃料電池ユニット100内の燃料電池スタック111を除く装置と、熱交換器18と、ファン119、122(図4、図13参照)とを周辺装置と称する場合がある。
FIG. 3 is an example of a block diagram of the
燃料電池スタック111は、燃料極111aと、空気極111bと、冷却板111cとを有するセルを有する。例えば、燃料電池スタック111は、複数のセルを積層して構成される。なお、本実施形態では、少なくとも燃料極111aと、空気極111bとを含む燃料電池スタック111を燃料電池と称する。
The
水素貯蔵部112から配管L10を通じて燃料ガスが供給されるとともに、配管L14を通じて空気が供給される。水素貯蔵部112には、燃料ガスとして、例えば高圧の水素が充填されている。燃料電池スタック111は、上述のように、積層して配置される複数のセルにより構成されている。燃料電池スタック111では、配管L10を通じて供給される燃料ガスがアノードガスとして、燃料極111aに供給される。また、配管L14を通じて供給される空気に含まれる酸素がカソードガスとし空気極111bに供給される。また、配管L18を通じて、冷却水が熱交換器18及び冷却板111cを循環し、燃料電池スタック111を冷却する。
Fuel gas is supplied from the
燃料電池スタック111は、アノードガスとしての燃料ガスとカソードガスとしての酸素との化学反応に基づき発電する。燃料電池スタック111において発電に寄与しなかった燃料及び空気は配管L12及び配管L16を通じてそれぞれ排出される。
The
バルブ113は配管L10の途中に設けられている。バルブ113の開閉により水素貯蔵部112から燃料電池スタック111に燃料が供給されている状態と、燃料の供給が停止されている状態とを、切り替えることが可能である。また、流量コントローラー114により、水素貯蔵部112から燃料電池スタック111に供給される燃料ガスの量が調整される。
The
過給機115は、例えばコンプレッサ、ブロアなどであり、配管L14の途中に設けられている。過給機115は配管L14を流れる吸気を過給する。過給機115により過給された吸気は流量コントローラー116を通じて燃料電池スタック111に導入される。吸気を過給することにより、燃料電池スタック111に供給される実質的な空気量を増加させることができるため、燃料電池スタック111の発電量を増加させることができる。また、流量コントローラー116により、過給機115から燃料電池スタック111に供給される空気の量が調整される。
The
熱交換器18は、その内部を流れる冷却水と、その外部を流れる外気との間で熱交換を行うことにより冷却水を冷却する。熱交換器18により冷却された冷却水はポンプ117に吸入される。すなわち、ポンプ117は、熱交換器18を通じて冷却された冷却水を所定のポンプ圧で圧送することにより燃料電池スタック111の内部に冷却水を流すことが可能である。これにより、燃料電池スタック111が冷却される。燃料電池スタック111において熱を吸収することにより温度の上昇した冷却水は熱交換器18に戻されることで再度冷却される。なお、バルブ113と、流量コントローラー114、116と、過給機115と、ポンプ117とは、制御ユニット200により制御される。また、アノードガスやカソードガスは循環利用してもよいし、ガスを加湿するための機構を設けてもよい。さらにまた、リチウムイオン電池などの蓄電池を燃料電池ユニット100とともに設置してもよい。この場合、余乗の燃料電池ユニット100の発電電力を蓄電池に蓄電し、蓄電池の電力も飛行体1の電力源として使用することが可能である。また、本実施形態に係る冷却水が冷却媒体に対応する。
The
図4は、ファン119を有する燃料電池ユニット100のブロック図の例である。図5は、ファン119を有する飛行体1の飛行中の側面図である。図4、及び図5に示すように、ファン119を更に有してもよい。ファン119は、モータにより回転し、熱交換器18に風を送風する。これにより、飛行体1が空中で停止などしている場合にも、効率的に熱交換器18を冷却することができる。例えば、制御ユニット200は、飛行体1の進行方向の飛行速度に応じて、ファン119を駆動させる。これにより、飛行中は電力消費を抑制でき、且つ停止中は熱交換器18を効率的に冷却可能である。このため、熱交換器18を小型化しても、燃料電池ユニット100に対する冷却能力を維持可能となる。なお、ファン119は熱交換器の背後に付けて、風を吸気するようにしてもよい。
FIG. 4 is an example block diagram of a
図6は、制御ユニット200の構成例を示すブロック図である。制御ユニット200は、本体12に収容されている。図6に示すように、制御ユニット200は、制御部202と、記憶部230と、センサ部210とを有する。制御部202は、状態検出部204と、飛行制御部206と、燃料電池制御部208と、を有する。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the
制御部202は、CPU、ROMおよびRAMを有するマイクロコンピュータで構成されている。制御部202は、複数のモータ21、燃料電池ユニット100、及びセンサ部210などに接続している。制御部202は、ROMに記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、状態検出部204と、飛行制御部206と、燃料電池制御部208とをソフトウェア的に実現している。なお、これら状態検出部204と、飛行制御部206と、燃料電池制御部208とは、ハードウェア的に実現してもよく、ハードウェアとソフトウェアとの協働によって実現してもよい。記憶部230は、制御部202のROMおよびRAMと共用してもよい。記憶部210は、例えば予め設定されたる飛行ルートや飛行高度などの情報を含む飛行計画を記憶している。
The
センサ部210は、例えば6軸センサ212、地磁気センサ214、GPSセンサ216、高度センサ220、及び角速度センサ222などを有する。状態検出部204は、センサ部210の情報を用いて、飛行体1の飛行状態を検出する。具体的には、6軸センサ212は、飛行体1の向き、及び姿勢の情報を検出する。地磁気センサ214は、3次元の3つの軸方向における地磁気を検出する。GPSセンサ216は、GPS(Global Positioning System)衛星からGPS信号を受信する。加速度センサ218は、飛行体1のX軸、Y軸およびZ軸の3次元の3つの軸方向において飛行体1に加わる加速度を検出する。高度センサ220は、気圧または地面までの距離を検出する。角速度センサ222は、飛行体1の角速度を検出する。
The
状態検出部204は、6軸センサ212、地磁気センサ214、加速度センサ218、および角速度センサ222の出力値に基づき、飛行体1の姿勢、すなわちヨー軸、ロール軸およびピッチ軸を中心とした飛行体1の回転角度もあわせて特定する。また、状態検出部204は、6軸センサ212で検出した6軸の角度、地磁気センサ214で検出した地磁気、加速度センサ218で検出した加速度、および角速度センサ222で検出した角速度、に基づき飛行体1の飛行姿勢や飛行速度などを検出する。さらにまた、状態検出部204は、GPSセンサ216で検出したGPS信号から飛行体1の飛行位置を検出する。また、状態検出部204は、加速度センサ218、地磁気センサ214、および角速度センサ222の出力値と、GPSセンサ216の出力値とを用いて飛行体1の飛行位置および飛行速度を特定する。
The
飛行制御部206は、飛行体1の飛行を制御する。飛行制御部206は、自動制御モードまたは手動制御モードによって飛行体1の飛行状態を制御する。自動制御モードは、飛行体1の外部の操作者による操作を必要とすることなく、飛行体1を自立的に飛行させる飛行モードである。自動制御モードのとき、飛行制御部206は、記憶部230に記憶されている飛行計画に沿って、状態検出部204の検出情報を用いて、飛行体1の飛行を自動的に制御する。一方、手動制御モードは、飛行体1の外部の操作者による操作によって飛行体1を飛行させる飛行モードである。手動制御モードのとき、飛行制御部206は、飛行体1の外部の図示しない入力装置から入力された操作に基づいて飛行体1の飛行状態を制御する。
A
飛行制御部206は、自動制御モードまたは手動制御モードのいずれの場合にも、状態検出部204の検出した飛行体1の回転角度、例えばロール軸に対する回転角に基づき、飛行体1の進行方向に対して、熱交換器18が最も風を受ける向きに各モータ21の出力を制御する。例えば、飛行制御部206は、ロール軸に対する回転方向の情報を用いて、熱交換器18の表面面積の最も大きい受風面18a(図2参照)を、飛行方向に向ける制御を行う。この場合、状態検出部204の検出した飛行体1のヨー軸およびピッチ軸に対する回転方向の情報を更に用いて、熱交換器18が最も風を受ける向きに制御してもよい。
In either the automatic control mode or the manual control mode, the
燃料電池制御部208は、燃料電池ユニット100(図3、4参照)のバルブ113と、流量コントローラー114、116と、過給機115と、ポンプ117と、ファン119とを制御する。この際に、状態検出部204の検出した飛行体1の高度、速度、加速度などに応じて、バルブ113と、流量コントローラー114、116と、過給機115と、ポンプ117、ファン119を制御してもよい。例えば燃料電池制御部208は、飛行体1の高度が高くなるに従い、過給機115の過給を強くする。また、例えば燃料電池制御部208は、状態検出部204の検出した飛行体1の加速度が大きくなるに従い、流量コントローラー114、116に対してより流量が増加するように制御する。
The fuel
図7は、本実施形態に係る飛行制御部206の制御例を示すフローチャートである。図7に示すように、まず、飛行制御部206は、飛行体1の飛行方向を設定し、飛行体1が進行方向に進むように、各モータ21の出力を制御する(ステップS100)。
FIG. 7 is a flowchart showing a control example of the
次に、状態検出部204は、飛行体1の回転角度、例えばロール角に対する回転角度を検出する(ステップS102)。続けて、飛行制御部206は、状態検出部204の検出した飛行体1の回転角度に基づき、飛行体1の進行方向に対して、熱交換器18が最も風を受ける向きに各モータ21の出力を制御する(ステップS104)。このように、飛行制御部206は、飛行体1の進行方向に対して、例えば熱交換器18に風が最も当たる向きに、飛行体1を制御する。これにより、熱交換器18の冷却効果をより高めることが可能となる。
Next, the
以上説明したように、本実施形態に係る飛行体1は、プロペラ22の回転により生じる風圧が発生する第1方向V1と反対の第2方向V2であって、プロペラ22の第2方向V2の端部よりも第2方向V2側に熱交換器18の少なくとも一部を設置することとした。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を熱交換器18が効率的に受けることが可能となる。このため、燃料電池スタック111の冷却性能を維持した状態で、熱交換器18を小型化することが可能となる。これにより、燃料電池ユニット100における周辺装置の軽量化が可能となる。
As described above, the flying
(第1実施形態の変形例1)
図8は、第1実施形態の変形例1に係る飛行体1の側面図である。図8に示すように、プロペラ22をモータ21の下部に配置してもよい。すなわち、プロペラ22をフレーム14に対して第1方向V1側に配置する。この場合、3以上のプロペラ22それぞれの第2方向V2の端部を結ぶ面S1よりも第2方向V2側に、熱交換器18の全てが配置される。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を熱交換器18がより効率的に受けることが可能となる。このため、燃料電池スタック111の冷却性能を維持した状態で、熱交換器18をより小型化することが可能となる。これにより、燃料電池ユニット100における周辺装置をより軽量化が可能となる。
(
FIG. 8 is a side view of the
(第1実施形態の変形例2)
図9は、第1実施形態の変形例2に係る飛行体1の外観を示す模式図である。図9に示すように、機体10は、本体12を機体10の上部に配置してもよい。この場合、3以上のプロペラ22それぞれの第2方向V2の端部を結ぶ面S1よりも第2方向V2側(例えば図2参照)に、本体12の少なくとも一部が配置される。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を本体12の少なくとも一部で受けることが可能となる。このため、本体12もより効率的に冷却可能となる。これにより、燃料電池ユニット100における周辺装置のより軽量化が可能となる。
(Modification 2 of the first embodiment)
FIG. 9 is a schematic diagram showing the appearance of an
(第2実施形態)
第2実施形態に係る飛行体1は、熱交換器18の向きに加えて、熱交換器18の傾きを制御する点で、第1実施形態に係る飛行体1と相違する。以下では、第1実施形態に係る飛行体1と相違する点を説明する。
(Second embodiment)
The
図10は、第2実施形態に係る制御ユニット200のブロック図の例である。図10に示すように、制御ユニット200には、熱交換器18の傾きを変更する第2モータ23が接続される。更にセンサ部210は風向、風速センサ224を備える。風向、風速センサ224は、飛行体2における風向、及び風速を検知する。図11は、第2実施形態に係る飛行体1の飛行中の側面図である。
FIG. 10 is an example of a block diagram of the
飛行制御部206は、自動制御モードまたは手動制御モードのいずれの場合にも、状態検出部204の検出した飛行体1の回転角度に基づき、飛行体1の進行方向、又は、風向、風速センサ224が検出した風向に対して、熱交換器18が最も風を受ける向きに各モータ21の出力を制御する。この場合、飛行制御部206は、状態検出部204の検出した飛行体1のヨー軸、ロール軸およびピッチ軸の情報を更に用いて、更に熱交換器18が最も風を受ける向きに傾ける制御を第2モータ23に対して行う。より詳細には、図11に示すように、飛行制御部206は、飛行体1の進行方向及び風向の少なくとも一方に対して、熱交換器18の受風面18aの傾きが垂直となるように、第2モータ23を制御してもよい。なお、風向と、進行方向とは一般に一致しないので、いずれかを優先して制御を行ってもよい。例えば、飛行制御部206は、飛行体1が所定速度未満である場合には、風向を優先して受風面18aの傾きを制御し、所定速度以上となると進行方向を優先して受風面18aの傾きを制御する。
In either the automatic control mode or the manual control mode, the
以上説明したように、本実施形態に係る飛行体1は、飛行制御部206は、状態検出部204の検出した飛行体1のヨー軸、ロール軸およびピッチ軸の情報を更に用いて、更に熱交換器18が最も風を受ける向きに受風面18aを傾ける制御を第2モータ23に対して行うこととした。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を熱交換器18がより効率的に受けることが可能となる。このため、熱交換器18をより小型かすることが可能となる。これにより、燃料電池ユニット100における周辺装置をより軽量化することが可能となる。
As described above, in the flying
(第3実施形態)
第3実施形態に係る飛行体1は、空気吸入口をプロペラ22の位置よりも鉛直上方向に設置する点で、第1実施形態に係る飛行体1と相違する。以下では、第1実施形態に係る飛行体1と相違する点を説明する。
(Third embodiment)
The flying
図12Aは、第3実施形態に係る燃料電池ユニット100のブロック図の例である。図12Aに示すように、第3実施形態に係る燃料電池ユニット100は、過給機115、及び流量コントローラー116の代わりに、ファン122と、配管L14の端部に配置された吸気口部124とを有する点で第1実施形態に係る燃料電池ユニット100と相違する。ファン122は、燃料電池制御部208(図10参照)により制御される。
FIG. 12A is an example of a block diagram of the
図12Bは、第3実施形態に係る燃料電池ユニット100の別の構成例を示すブロック図の例である。図12Bに示すように、図12Bに示す燃料電池ユニット100は、ポンプ117及びラジエータ18の代わりに、ファン122と、配管L15a、L15bの端部に配置された吸気口部124とを介して送風される空気により冷却板111cが空冷される点で図12Aに示す燃料電池ユニット100と相違する。冷却板111cから排出された空気は配管L15cを介して排出される。なお、ファン122は、コンプレッサでもよい。
FIG. 12B is an example of a block diagram showing another configuration example of the
図13は、第3実施形態に係る飛行体1の正面図である。図14は、飛行中の第3実施形態に係る飛行体1の側面図である。図13、図14に示すように、プロペラ22の位置よりも鉛直上方向にファン122と、吸気口部124とを配置する。3以上のプロペラ22それぞれの第2方向V2の端部を結ぶ面S1よりも第2方向V2側に、吸気口部124の少なくとも一部が配置される。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を吸気口部124に効率的に吸気することができる。
FIG. 13 is a front view of the flying
ファン122は、モータにより回転し、吸気口部124に風を送風する。これにより、飛行体1が停止している場合にも、吸気口部124に風を送風することができる。例えば、制御ユニット200は、飛行体1の飛行速度又は風速に応じて、ファン122を駆動させる。同様に、制御ユニット200は、飛行体1の飛行速度又は風速に応じて、ファン19を駆動させる。これにより、飛行中は電力消費を抑制でき、停止中は吸気口部124に風を効率的に送風可能である。
The
図15は、第3施形態に係る飛行制御部206の制御例を示すフローチャートである。図15に示すように、まず、飛行制御部206は、飛行体1の飛行方向を設定し、飛行体1が進行方向に進むように、各モータ21の出力を制御する(ステップS100)。
FIG. 15 is a flow chart showing a control example of the
次に、状態検出部204は、飛行体1の回転角度、例えばロール軸に対する回転角度、風向、及び風速を検出する(ステップS200)。続けて、飛行制御部206は、状態検出部204の検出した飛行体1における風向き、及びロール軸に対する回転角度に基づき、飛行体1の進行方向に対して、熱交換器18が最も風を受ける向きに各モータ21の出力を制御する(ステップS202)。
Next, the
次に、燃料電池制御部208は、状態検出部204の検出した風速が所定値以下である場合に、ファン19、122を駆動する制御を行う(ステップS204)。このように、飛行制御部206は、飛行体1の進行方向に対して、熱交換器18に風が最も当たる向きに、飛行体1を制御する。これにより、熱交換器18の冷却効果をより高めることが可能となる。さらに、飛行体1の風速に応じてファン19、122を駆動する制御を行うので、消費電力を抑制しつつ、燃料電池の発電による発熱に応じた冷却を可能とし、且つ燃料電池に適量のカソードガスを供給することが可能となる。
Next, the fuel
以上説明したように、プロペラ22の回転により生じる風圧が発生する第1方向V1と反対の第2方向V2であって、プロペラ22の第2方向V2の端部よりも第2方向V2側にファン122と、吸気口部124との少なくとも一部を配置することとした。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を吸気口部124により、効率的に配管L16内に取り込むことが可能となる。このため、燃料電池スタック111への空気の過給機などの過給装置を小型化又は不要にすることが可能となる。これにより、燃料電池ユニット100における周辺装置をより軽量化することが可能となる。
As described above, in the second direction V2 opposite to the first direction V1 in which the wind pressure generated by the rotation of the
(第4実施形態)
第4実施形態に係る飛行体1は、本体12をプロペラ22の位置よりも鉛直上方向に設置し、直接的に空冷により空気極111bを介して燃料電池スタック111を冷却する点で第1実施形態に係る飛行体1と相違する。以下では、第1実施形態に係る飛行体1と相違する点を説明する。
(Fourth embodiment)
The
図16Aは、第4実施形態に係る燃料電池ユニット100のブロック図の例である。図16Aに示すように、ファン122により、空気極111bを空冷する。すなわち、空気極111bは、所謂空冷スタックであり、空気極と冷却機能とを共に有する。換言すると、燃料電池スタック111の空気極111bを空冷の熱交換器として構成する。
FIG. 16A is an example of a block diagram of the
図16Bは、第4実施形態に係る燃料電池ユニット100の別の構成例を示すブロック図の例である。図16Bに示すように、ファン122aと、配管L17aの端部に配置された吸気口部124aを有する点で第1実施形態に係る燃料電池ユニット100と相違する。ファン122aにより、冷却板111cを空冷する。また、冷却板111cから排出された空気は配管L17bを介して排出される。
FIG. 16B is an example of a block diagram showing another configuration example of the
図17は、第4実施形態に係る飛行体1の外観を示す模式図である。図17に示すように、本体12を機体10の上部に配置し、ファン122により、空気極111bを空冷する。この場合、3以上のプロペラ22それぞれの第2方向V2の端部を結ぶ面S1よりも第2方向V2側(例えば図2参照)に、空気極111bの少なくとも一部が配置される。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を空気極111bの少なくとも一部で受けることが可能となる。このため、空気極111bもより効率的に冷却可能となる。これにより、空気極111bのより軽量化が可能となる。さらに水冷用の装置を構成不要となり、更に軽量化が可能となる。
FIG. 17 is a schematic diagram showing the appearance of the flying
燃料電池制御部208は、状態検出部204の検出した風速が所定値以下である場合に、ファン22を駆動する制御を行う。また、飛行制御部206は、飛行体1の進行方向に対して、空気極111bに風が最も当たる向きに、飛行体1を制御する。これにより、空気極111bの冷却効果をより高めることが可能となる。さらに、飛行体1の風速に応じてファン122を駆動する制御を行うので、消費電力を抑制しつつ、燃料電池の発電による発熱に応じた冷却を可能とする。なお、ファン119、空気極111bの背後に付けて、風を吸気するようにしてもよい。
The fuel
以上説明したように、プロペラ22の回転により生じる風圧が発生する第1方向V1と反対の第2方向V2であって、プロペラ22の第2方向V2の端部よりも第2方向V2側に空気極111bとの少なくとも一部を配置することとした。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を空気極111bにより、効率的に冷却可能となる。このため、燃料電池スタック111への空気の過給機などの過給装置を小型化又は不要にすることが可能となる。さらに、水冷用の装置が構成不要となり、更に軽量化が可能となる。これにより、燃料電池ユニット100における周辺装置をより軽量化することが可能となる。
As described above, the wind pressure caused by the rotation of the
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the invention have been described above, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
1:飛行体、10:機体、14:フレーム、18:熱交換器、19:ファン、21:モータ、22:プロペラ、23:第2モータ、100:燃料電池ユニット、111:燃料電池スタック(燃料電池)、122、122a:ファン、124、124a:吸気口部、200:制御ユニット、204:状態検出部、206:飛行制御部、208:燃料電池制御部、L10、L12、L14、L15a、L15b、L15c、L16、L17a、L17b:配管、V1:第1方向、V2:第2方向。 1: Aircraft, 10: Airframe, 14: Frame, 18: Heat exchanger, 19: Fan, 21: Motor, 22: Propeller, 23: Second motor, 100: Fuel cell unit, 111: Fuel cell stack (fuel battery), 122, 122a: fan, 124, 124a: intake port, 200: control unit, 204: state detection unit, 206: flight control unit, 208: fuel cell control unit, L10, L12, L14, L15a, L15b , L15c, L16, L17a, L17b: piping, V1: first direction, V2: second direction.
Claims (14)
前記プロペラを駆動するモータと、
前記モータの電源となる燃料電池と、
前記燃料電池を冷却する熱交換器と、
を備え、
前記プロペラの回転により生じる風圧が発生する第1方向と反対の第2方向であって、前記プロペラの前記第2方向の端部よりも前記第2方向側に、前記熱交換器、及び前記燃料電池に空気を供給する配管の吸気口部の少なくともいずれか一方の少なくとも一部が配置される、飛行体。 A propeller that generates thrust for the aircraft to fly,
a motor that drives the propeller;
a fuel cell that serves as a power source for the motor;
a heat exchanger that cools the fuel cell;
with
In a second direction opposite to the first direction in which wind pressure generated by rotation of the propeller is generated, the heat exchanger and the fuel are arranged on the second direction side of the end of the propeller in the second direction. An aircraft in which at least a part of at least one of the air inlets of the piping for supplying air to the battery is arranged.
前記3以上のプロペラそれぞれの前記第2方向の端部を結ぶ面よりも前記第2方向側に、熱交換器及び前記吸気口部の少なくとも一部が配置される、請求項1に記載の飛行体。 Equipped with three or more propellers, including the propeller, that generate propulsive force for the aircraft to fly,
2. The flight according to claim 1, wherein at least part of the heat exchanger and the air inlet are arranged on the second direction side of a plane connecting ends of the three or more propellers in the second direction. body.
前記飛行制御部は、前記機体の前記進行方向及び前記風向の少なくとも一方に応じて前記受風面の傾きを更に変更するように、前記第2モータを制御する、請求項4に記載の飛行体。 further comprising a second motor that changes the inclination of the wind receiving surface with respect to the airframe;
5. The aircraft according to claim 4, wherein the flight control unit controls the second motor so as to further change the tilt of the wind receiving surface according to at least one of the direction of travel of the aircraft and the direction of the wind. .
前記飛行制御部は、前記状態検出部の特定した前記機体の前記進行方向及び前記風向の少なくとも一方の情報を用いて、前記モータ、及び前記第2モータの少なくとも一方を制御する、請求項5に記載の飛行体。 Further comprising a state detection unit that identifies the traveling direction or the wind direction,
6. The flight control unit controls at least one of the motor and the second motor using information on at least one of the traveling direction of the aircraft and the wind direction specified by the state detection unit. described aircraft.
前記吸気口部に空気を送風する第2ファンと、
を、更に備え、
前記第1ファン及び前記第2ファンの少なくとも一方の駆動を前記機体における風速に応じて変更する、請求項1又は2に記載の飛行体。 a first fan that blows air to the heat exchanger;
a second fan that blows air to the air inlet;
furthermore,
3. The flying object according to claim 1, wherein driving of at least one of said first fan and said second fan is changed according to wind speed in said airframe.
前記3以上のモータは、フレームを介して前記機体に固定されており、
前記3以上のプロペラが前記フレームの前記第2方向側に設置される、請求項2に記載の飛行体。 three or more motors corresponding to the three or more propellers, including the motors, for driving the corresponding propellers;
The three or more motors are fixed to the airframe via a frame,
3. The aircraft according to claim 2, wherein said three or more propellers are installed on said second direction side of said frame.
前記3以上のモータは、フレームを介して前記機体に固定されており、
前記3以上のプロペラが前記フレームの前記第1方向側に設置される、請求項2に記載の飛行体。 three or more motors corresponding to the three or more propellers, including the motors, for driving the corresponding propellers;
The three or more motors are fixed to the airframe via a frame,
3. The aircraft according to claim 2, wherein said three or more propellers are installed on said first direction side of said frame.
前記プロペラの回転により生じる風圧が発生する第1方向と反対の第2方向であって、前記3以上のプロペラそれぞれの前記第2方向の端部を結ぶ面よりも前記第2方向側に、前記熱交換器、及び前記燃料電池に空気を供給する配管の吸気口部の少なくともいずれか一方の少なくとも一部が配置される、飛行体の制御方法であって、
前記機体の進行方向及び風向の少なくとも一方に対して、前記熱交換器の受風面、及び吸気口部の少なくともいずれか一方の向きを変更するように、前記3以上のモータを制御する飛行体の制御方法。 Three or more propellers that generate propulsive force for the airframe to fly, three or more motors that respectively drive the three or more propellers, fuel cells that serve as power sources for the three or more motors, and cooling of the fuel cells a heat exchanger for
in a second direction opposite to the first direction in which wind pressure generated by the rotation of the propeller is generated, and on the second direction side of a plane connecting ends of the three or more propellers in the second direction; A control method for an aircraft, wherein at least a part of at least one of a heat exchanger and an air inlet of a pipe supplying air to the fuel cell is arranged,
An aircraft that controls the three or more motors so as to change the orientation of at least one of the wind receiving surface of the heat exchanger and the air intake with respect to at least one of the direction of travel of the aircraft and the direction of the wind. control method.
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