JP2023155552A - 航空機 - Google Patents

Abstract

【課題】小さな面積の発着場で離陸および着陸することができる航空機を提供する。【解決手段】航空機は、機体１と、空気よりも比重が小さい気体が充填された複数の気嚢２，３と、機体１または気嚢２，３に取り付けられた推進力発生装置５と、複数の気嚢２，３を傾動可能に機体１にそれぞれ連結する複数の連結機構７，８と、複数の気嚢２，３を機体１に対してそれぞれ傾動させる複数のアクチュエータ１１，１２を備える。複数の連結機構７，８は、複数の気嚢２，３が水平方向に対して上方または下方に傾くことを許容する。【選択図】図２

Description

本発明は、有人航空機、無人航空機などの航空機に関し、特に気嚢を有する航空機に関する。

空飛ぶ自動車や有人ドローンが社会に実装されつつあるが、多くのタイプは電動のマルチロータータイプであり、バッテリー切れ、故障あるいはローター回転系の故障により、墜落に至る。これに対し、飛行船のように浮力で飛行するタイプの航空機は、バッテリー切れ、あるいは機器の故障が発生しても直ちに墜落することはない。したがって、飛行船タイプの航空機は、都市部での飛行において、地上の人や建造物等に対しては安全性が高い。

特開２０１９－９０７４１号公報

しかしながら、浮力で飛行する航空機は、気嚢部の体積が極めて大であり、離着陸する飛行場は大きな面積を要するという欠点を持つ。

そこで、本発明は、小さな面積の発着場で離陸および着陸することができる航空機を提供する。

一態様では、機体と、空気よりも比重が小さい気体が充填された複数の気嚢と、前記機体または前記気嚢に取り付けられた推進力発生装置と、前記複数の気嚢を傾動可能に前記機体にそれぞれ連結する複数の連結機構と、前記複数の気嚢を前記機体に対してそれぞれ傾動させる複数のアクチュエータを備え、前記複数の連結機構は、前記複数の気嚢が水平方向に対して上方または下方に傾くことを許容する、航空機が提供される。

一態様では、前記機体は、前記複数の気嚢の間に配置されている。
一態様では、前記複数のアクチュエータは、前記複数の気嚢を同期して傾動させるように構成されている。
一態様では、前記複数の気嚢は、前記航空機の進行方向において、前記機体の前方および後方に配置された前方気嚢および後方気嚢を含む。
一態様では、前記複数の気嚢は、前記機体の両側に配置された複数の翼型気嚢を含む。
一態様では、前記機体は、乗員が収容されるキャビンを含む。

本発明によれば、気嚢を上方または下方に傾動させることにより、航空機の地上投影面積を小さくすることができる。したがって、航空機は、小さな面積の発着場で離陸および着陸することができる。

航空機の一実施形態を示す側面図である。 前方気嚢および後方気嚢が上方に傾いた状態を示す図である。 航空機の他の実施形態を示す上面図である。 航空機の他の実施形態を示す上面図である。 航空機の他の実施形態を示す上面図である。 図５に示す航空機の正面図である。 翼型気嚢が上方に傾いた状態を示す図である。 航空機の他の実施形態を示す上面図である。 航空機の他の実施形態を示す上面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、航空機の一実施形態を示す側面図である。図１に示すように、本実施形態の航空機は、機体１と、空気よりも比重が小さい気体が充填された前方気嚢２および後方気嚢３と、機体１に推進力を与える推進力発生装置５と、前方気嚢２を傾動可能に機体１に連結する前方連結機構７と、後方気嚢３を傾動可能に機体１に連結する後方連結機構８と、前方気嚢２および後方気嚢３を機体１に対して傾動させる前方アクチュエータ１１および後方アクチュエータ１２を備えている。

前方気嚢２および後方気嚢３内に充填される気体は、航空機の全体を空中に浮揚させるための浮揚ガスである。浮揚ガスの例としては、ヘリウムガス、水素ガスなどが挙げられる。前方気嚢２および後方気嚢３は、その内部に密閉空間を形成し、ヘリウムガスなどの気体は密閉空間内に充填される。前方気嚢２および後方気嚢３の材料および構造は、特に限定されないが、飛行船に使用される気嚢と同じ材料および同じ構造を使用することができる。前方気嚢２および後方気嚢３は、航空機の全体を空中に浮揚させるのに十分な内部容量を有している。一実施形態では、前方気嚢２および後方気嚢３のそれぞれは、フレームを持つ硬式気嚢である。さらに、一実施形態では、機体１も、内部に浮揚ガスが充填された気嚢から構成されてもよい。

前方気嚢２は、航空機の進行方向において、機体１の前方に配置されており、後方気嚢３は、航空機の進行方向において、機体１の後方に配置されている。後方気嚢３には尾翼９が取り付けられている。推進力発生装置５は、回転アクチュエータ１６を介して機体１の側面に連結されている。図１では１つの推進力発生装置５のみが描かれているが、機体１の両側に２つの推進力発生装置５が設けられている。各推進力発生装置５は、プロペラ１９と、該プロペラ１９を回転させる電動機などの回転装置（図示せず）を有しており、プロペラ１９を回転させることにより推進力を発生させるように構成されている。

各推進力発生装置５は、回転アクチュエータ１６に取り付けられ、回転アクチュエータ１６は機体１の側面に固定されている。回転アクチュエータ１６は推進力発生装置５の全体を回転させることで、推進力発生装置５の向きを変更できるように構成されている。すなわち、図１に示すように、回転アクチュエータ１６が推進力発生装置５を水平方向に向けると、航空機は水平に飛行することができる。後述するように、回転アクチュエータ１６が推進力発生装置５を鉛直方向に向けると、航空機は上昇または下降することができる。

本実施形態では、推進力発生装置５および回転アクチュエータ１６は機体１に取り付けられているが、一実施形態では、推進力発生装置５および回転アクチュエータ１６は、航空機が水平飛行および上昇下降ができる限りにおいて、前方気嚢２および／または後方気嚢３に取り付けられてもよい。

図２は、前方気嚢２および後方気嚢３が上方に傾いた状態を示す図である。図２に示すように、前方連結機構７は、前方気嚢２が水平方向に対して上方に傾くことを許容するように構成され、後方連結機構８も、後方気嚢３が水平方向に対して上方に傾くことを許容するように構成されている。より具体的には、前方連結機構７および後方連結機構８は、前方気嚢２および後方気嚢３が、水平姿勢から鉛直姿勢に傾動することを許容する。前方連結機構７および後方連結機構８は、ヒンジなどを備えている。

前方アクチュエータ１１は、前方気嚢２または前方連結機構７に連結され、後方アクチュエータ１２は、後方気嚢３または後方連結機構８に連結されている。前方アクチュエータ１１および後方アクチュエータ１２の例としては、電動機、油圧モータ、油圧シリンダ、および空気圧シリンダが挙げられる。航空機は前方気嚢２および後方気嚢３の浮力により落下する懸念はないため、前方気嚢２および後方気嚢３を高速で傾動させる必要はない。したがって、前方アクチュエータ１１および後方アクチュエータ１２は前方気嚢２および後方気嚢３を傾動させるのに十分な力を発生できればよい。

前方連結機構７および前方アクチュエータ１１は、機体１の前側の上部に固定されており、後方連結機構８および後方アクチュエータ１２は、機体１の後側の上部に固定されている。前方アクチュエータ１１は、前方気嚢２を前方連結機構７を中心に所定の角度（例えば９０度）で回転させることにより、前方気嚢２の姿勢を水平姿勢と鉛直姿勢との間で変更することが可能である。同様に、後方アクチュエータ１２は、後方気嚢３を後方連結機構８を中心に所定の角度（例えば９０度）で回転させることにより、後方気嚢３の姿勢を水平姿勢と鉛直姿勢との間で変更することが可能である。

機体１は、前方気嚢２と後方気嚢３の間に配置されている。機体１は、ペイロード（乗員や貨物、搭載機器等）を格納する。より具体的には、機体１は、乗員が収容されるキャビン２２を有している。ペイロードを収納する機体１をなるべく軽量化するため、機体１は軽金属（例えばアルミニウム）、硬質樹脂、紙、木などから構成されてもよい。

航空機が空中を飛行するときは、図１に示すように、前方気嚢２および後方気嚢３は水平姿勢である。本実施形態の航空機は、前方気嚢２および後方気嚢３によって浮力が付与され、空中に係留することができる。したがって、本実施形態の航空機は、一般的な飛行機とは異なり、前進することにより揚力を生じさせる必要がない。仮に推進力発生装置５が故障しても、本実施形態の航空機は墜落することがない。また、本実施形態の航空機は、前進のみならず、後進することも可能である。

航空機が離陸および着陸するときは、図２に示すように、前方気嚢２および後方気嚢３は上方に傾く。したがって、航空機の地上投影面積を小さくすることができ、航空機は、小さな面積の発着場で離陸および着陸することができる。

航空機の姿勢を安定させるために、ペイロードを格納する機体１は航空機の重心位置にある。さらに、前方気嚢２および後方気嚢３を傾動させる間も航空機の姿勢を安定さるために、前方アクチュエータ１１および後方アクチュエータ１２は、前方気嚢２および後方気嚢３を同期して傾動させ、機体１が常に航空機の重心に位置するようにする。

本実施形態では、２つの気嚢、すなわち前方気嚢２と後方気嚢３が設けられているが、３つ以上の気嚢が設けられてもよい。

図１および図２では、乗員が収容されるキャビン２２は機体１の上部に設けられているが、一実施形態では、図３に示すように、キャビン２２は機体１の内部に設けられてもよい。さらに、一実施形態では、図４に示すように、キャビン２２は機体１の下部に設けられてもよい。

図５は、航空機の一実施形態を示す上面図であり、図６は、図５に示す航空機の正面図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１および図２を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図５および図６に示すように、本実施形態の航空機は、機体１の両側に配置された２つの翼型気嚢３１と、これら翼型気嚢３１を傾動可能に機体１に連結する２つの連結機構３５と、翼型気嚢３１を機体１に対して傾動させる２つのアクチュエータ３８を備えている。機体１は、２つの翼型気嚢３１の間に配置されている。連結機構３５は、上述した前方連結機構７および後方連結機構８と同じ構成を有し、アクチュエータ３８は、上述した前方アクチュエータ１１および後方アクチュエータ１２と同じ構成を有している。推進力発生装置５および回転アクチュエータ１６は、機体１の後部に配置されている。一実施形態では、推進力発生装置５および回転アクチュエータ１６は、機体１の前部、側部、下部、または上部に設けられてもよい。

翼型気嚢３１は、航空機の全体を空中に浮揚させるのに十分な内部容量を有している。一実施形態では、３つ以上の翼型気嚢３１、３つ以上の連結機構３５、３つ以上のアクチュエータ３８が設けられてもよい。例えば、前方の一対の翼型気嚢と、後方の一対の翼型気嚢が設けられてもよい。さらに、一実施形態では、機体１も、内部に浮揚ガスが充填された気嚢から構成されてもよい。

翼型気嚢３１は、翼の形状を有しているので、航空機が前進するときに揚力を発生させることができる。ただし、翼型気嚢３１内に封入されている浮揚ガスが浮力を発生させるため、翼型気嚢３１によって発生される揚力は小さくてよい。本実施形態によれば、航空機が飛行時に浮力と揚力を使うことにより高度の調整範囲が広がる。本実施形態の航空機は、前進のみならず、後進することも可能である。翼型気嚢３１に通常の航空機の翼に敷設されるフラップ等の高揚力装置をつけてもよい。

図７は、翼型気嚢３１が上方に傾いた状態を示す図である。図７に示すように、航空機が離陸および着陸するときは、両方の翼型気嚢３１は上方に傾く。したがって、航空機の地上投影面積を小さくすることができ、航空機は、小さな面積の発着場で離陸および着陸することができる。

本実施形態では、推進力発生装置５および回転アクチュエータ１６は機体１に取り付けられているが、一実施形態では、推進力発生装置５および回転アクチュエータ１６は、航空機が水平飛行および上昇下降ができる限りにおいて、翼型気嚢３１に取り付けられてもよい。

図５乃至図７では、乗員が収容されるキャビン２２は機体１の上部に設けられているが、一実施形態では、図８に示すように、キャビン２２は機体１の内部に設けられてもよい。さらに、一実施形態では、図９に示すように、キャビン２２は機体１の下部に設けられてもよい。

今まで説明した実施形態では、気嚢は水平方向に対して上方に傾くように構成されているが、気嚢は水平方向に対して下方に傾いても航空機の地上投影面積を小さくすることができる。また、上述した各実施形態の航空機は、有人航空機のみならず、無人航空機にも適用することが可能である。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 機体
２ 前方気嚢
３ 後方気嚢
５ 推進力発生装置
７ 前方連結機構
８ 後方連結機構
９ 尾翼
１１ 前方アクチュエータ
１２ 後方アクチュエータ
１６ 回転アクチュエータ
１９ プロペラ
２２ キャビン
３１ 翼型気嚢
３５ 連結機構
３８ アクチュエータ

Claims (6)

1. 機体と、
   空気よりも比重が小さい気体が充填された複数の気嚢と、
   前記機体または前記気嚢に取り付けられた推進力発生装置と、
   前記複数の気嚢を傾動可能に前記機体にそれぞれ連結する複数の連結機構と、
   前記複数の気嚢を前記機体に対してそれぞれ傾動させる複数のアクチュエータを備え、
   前記複数の連結機構は、前記複数の気嚢が水平方向に対して上方または下方に傾くことを許容する、航空機。
2. 前記機体は、前記複数の気嚢の間に配置されている、請求項１に記載の航空機。
3. 前記複数のアクチュエータは、前記複数の気嚢を同期して傾動させるように構成されている、請求項１に記載の航空機。
4. 前記複数の気嚢は、前記航空機の進行方向において、前記機体の前方および後方に配置された前方気嚢および後方気嚢を含む、請求項１に記載の航空機。
5. 前記複数の気嚢は、前記機体の両側に配置された複数の翼型気嚢を含む、請求項１に記載の航空機。
6. 前記機体は、乗員が収容されるキャビンを含む、請求項１に記載の航空機。

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