JP2023504739A

JP2023504739A - 着陸中に無人航空機の横方向制御を保持するための方法およびシステム

Info

Publication number: JP2023504739A
Application number: JP2022534168A
Authority: JP
Inventors: ヒブス，バート，ディーン
Original assignee: Aerovironment Inc
Current assignee: Aerovironment Inc
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2023-02-06
Also published as: AU2020399968A1; US11724793B2; EP4072941A4; US20230331373A1; WO2021118937A1; US11292583B2; US20220073186A1; US20220177113A1; EP4072941A1

Abstract

システム、装置および方法は、無人航空機（ＵＡＶ）（１０１）と、ＵＡＶの１または複数の内側翼パネル（１０７）と、ＵＡＶの１または複数の外側翼パネル（１０９）と、１または複数の内側翼パネルに配置された少なくとも１のエンジン（１１０）に取り付けられた少なくとも１のインボードプロペラ（１４０）と、１または複数の外側翼パネルに配置された少なくとも１のエンジン（１１０）に取り付けられた少なくとも１の先端プロペラ（１４１）と、少なくとも１のマイクロコントローラ（４２０）とを含み、マイクロコントローラは、少なくとも１のインボードプロペラの角度位置を割り出し、少なくとも１のインボードプロペラが着陸時に地面するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢で保持されるように、少なくとも１のインボードプロペラの回転を停止させる信号を送信するように構成されている。【選択図】図３Ａ

Description

本実施形態は、概して無人航空機（ＵＡＶ）に関し、より詳細には、インボードプロペラを水平にした状態で着陸中にＵＡＶの横方向制御を保持することに関する。

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１２月９日に出願された米国仮特許出願第６２／９４５，８１５号の優先権および利益を主張するものであり、その内容はあらゆる目的のために引用により本明細書に援用されるものとする。

高空域長期滞空航空機などの無人航空機（ＵＡＶ）は、制御された持続的な飛行が可能な軽量の飛行機である。ＵＡＶは、双方向通信のために、地上のオペレータと関連付けられる場合がある。

一実施形態は、インボードプロペラを水平にした状態で、離陸および着陸の間、無人航空機（ＵＡＶ）の横方向の制御を保持するためのシステムを含むことができる。一実施形態では、ＵＡＶが、高空域長期滞空太陽電池式航空機である。

システムの実施形態は、無人航空機（ＵＡＶ）と、ＵＡＶの１または複数の内側翼パネルと、ＵＡＶの１または複数の外側翼パネルであって、１または複数の外側翼パネルが、１または複数の内側翼パネルの両側に配置され、１または複数の外側翼パネルが、１または複数の内側翼パネルによって形成される平面に対して上向きの角度で配置されている、１または複数の外側翼パネルと、１または複数の内側翼パネルに配置された少なくとも１のエンジンに取り付けられた少なくとも１のインボードプロペラと、１または複数の外側翼パネルに配置された少なくとも１のエンジンに取り付けられた少なくとも１の先端プロペラと、１または複数の内側翼パネルに配置された少なくとも１のエンジンと通信する少なくとも１のマイクロコントローラであって、少なくとも１のインボードプロペラの角度位置を割り出し、少なくとも１のインボードプロペラが着陸時にプロペラブレードの地上クリアランスを提供する姿勢で保持されるように、少なくとも１のインボードプロペラの回転を停止させる信号を送信するように構成された少なくとも１のマイクロコントローラとを含むことができる。

追加のシステムの実施形態では、ＵＡＶが高空域長期滞空航空機であってもよい。追加のシステムの実施形態では、太陽電池アレイが、１または複数の内側翼パネルおよび１または複数の外側翼パネルの少なくとも一部分を覆うことができる。追加のシステムの実施形態は、ＵＡＶの１または複数の着陸ポッドをさらに含むことができ、１または複数の着陸ポッドを、ＵＡＶの着陸を支援するためにＵＡＶの１または複数の内側翼パネルに取り付けることができる。追加のシステムの実施形態では、プロペラハブの中心から少なくとも１のインボードプロペラの先端までの距離（ｄ_１）が、１または複数の着陸ポッドの高さよりも大きく、少なくとも１のインボードプロペラは、ＵＡＶが地上にあるときに、少なくとも１のインボードプロペラの回転中に地面に当たり得る。追加のシステムの実施形態では、少なくとも１のアウトボードプロペラが、少なくとも１のインボードプロペラと同一であってもよく、ＵＡＶが地上にあるときに、少なくとも１のアウトボードプロペラが自由に回転することができる。

追加のシステムの実施形態は、マイクロコントローラと通信する位置センサをさらに含むことができ、この位置センサが、少なくとも１のインボードプロペラの位置を検出する。追加のシステムの実施形態では、位置センサが、ホール効果回転位置センサであってもよい。追加のシステムの実施形態では、少なくとも１のマイクロコントローラが、さらに、ＵＡＶの高度を割り出し、割り出した高度が閾値高度を下回る場合に、少なくとも１のインボードプロペラの回転を停止させる信号を送信するように構成され得る。追加のシステムの実施形態では、少なくとも１のマイクロコントローラが、さらに、少なくとも１のインボードプロペラがプロペラブレードの地上クリアランスを提供する姿勢で保持されている間に、少なくとも１のアウトボードプロペラの回転を調整する信号を送信するように構成され得る。追加のシステムの実施形態では、少なくとも１のマイクロコントローラが、さらに、ＵＡＶの高度を割り出し、割り出した高度が閾値高度を上回る場合に、少なくとも１のインボードプロペラの回転を開始させる信号を送信するように構成され得る。

方法の実施形態は、少なくとも１のマイクロコントローラによって、無人航空機（ＵＡＶ）の高度を特定するステップと、ＵＡＶの少なくとも１のエンジンと通信する少なくとも１のマイクロコントローラによって、少なくとも１のエンジンに接続された少なくとも１のインボードプロペラの角度位置を特定するステップであって、少なくとも１のインボードプロペラが１または複数の内側翼パネルに配置される、ステップと、特定した高度が閾値高度を下回る場合に、少なくとも１のインボードプロペラがプロペラブレードの地上クリアランスを提供する姿勢で保持されるように、少なくとも１のマイクロコントローラによって、少なくとも１のインボードプロペラの回転を停止させる信号を送信するステップとを含むことができ、少なくとも１のインボードプロペラが、ＵＡＶが地上にあるときに、少なくとも１のインボードプロペラの回転中に地面に当たり得る。

追加の方法の実施形態は、少なくとも１のインボードプロペラが着陸時にプロペラブレードと地面のクリアランスを提供する姿勢で保持されている間、少なくとも１のマイクロコントローラによって、少なくとも１のエンジンに接続された少なくとも１のアウトボードプロペラの回転を調整する信号を送信するステップをさらに含むことができ、少なくとも１のアウトボードプロペラが、１または複数の外側翼パネルに配置されている。追加の方法の実施形態では、少なくとも１のアウトボードプロペラが、少なくとも１のインボードプロペラと同一であり、少なくとも１のアウトボードプロペラが、ＵＡＶが地上にあるときに自由に回転することができる。

別のシステムの実施形態は、無人航空機（ＵＡＶ）と、ＵＡＶの少なくとも１のエンジンに取り付けられた少なくとも１のインボードプロペラであって、ＵＡＶが地表に位置するときに、当該少なくとも１のインボードプロペラの回転中に当該少なくとも１のインボードプロペラの少なくとも一部分が地表に接触し得る、少なくとも１のインボードプロペラと、ＵＡＶの少なくとも１のエンジンに取り付けられた少なくとも１の先端プロペラであって、ＵＡＶが地表に位置するときに、当該少なくとも１の先端プロペラの回転中に、表面に接触することなく自由に回転することができる少なくとも１の先端プロペラと、少なくとも１のエンジンと通信する少なくとも１のマイクロコントローラであって、少なくとも１のインボードプロペラの角度位置を割り出し、少なくとも１のインボードプロペラがプロペラブレードと地表のクリアランスを提供する姿勢で保持されるように、少なくとも１のインボードプロペラに信号を送信するように構成された少なくとも１のマイクロコントローラとを含むことができる。

追加のシステムの実施形態では、少なくとも１のマイクロコントローラが、さらに、少なくとも１のインボードプロペラがプロペラブレードの地上クリアランスを提供する姿勢で保持されている間に、着陸のためにＵＡＶを誘導するための推力を調整する信号を少なくとも１の先端プロペラに送信するように構成され、少なくとも１の先端プロペラが、着陸中にＵＡＶの横方向の制御を保持する。追加のシステムの実施形態では、少なくとも１のマイクロコントローラが、さらに、少なくとも１のインボードプロペラがプロペラブレードの地上クリアランスを提供する姿勢にある間に、離陸のためにＵＡＶを誘導するための推力を調整する信号を少なくとも１の先端プロペラに送信するように構成され、少なくとも１の先端プロペラが離陸中にＵＡＶの横方向の制御を維持し、少なくとも１のマイクロコントローラが、さらに、少なくとも１のインボードプロペラが回転を開始するように、離陸後に少なくとも１のインボードプロペラに信号を送信するように構成されている。

追加のシステムの実施形態は、地表でのＵＡＶの安全な着陸を補助する１または複数の着陸ポッドをさらに含むことができ、プロペラハブの中心から少なくとも１のインボードプロペラの先端までの距離（ｄ_１）が、１または複数の着陸ポッドの高さ（ｄ_２）よりも大きく、プロペラハブの中心から少なくとも１の先端プロペラの先端までの距離（ｄ_１）が、少なくとも１の先端プロペラのプロペラハブの中心から１または複数の着陸ポッドの下端までの高さ（ｄ_３）より大きいか等しい。追加のシステムの実施形態は、ＵＡＶの１または複数の内側翼パネルであって、少なくとも１のインボードプロペラが取り付けられる１または複数の内側翼パネルと、ＵＡＶの１または複数の外側翼パネルであって、少なくとも１の先端プロペラが１または複数の外側翼パネルに取り付けられ、１または複数の外側翼パネルが、１または複数の内側翼パネルの両側に配置され、１または複数の外側翼パネルが、１または複数の内側翼パネルによって形成される平面に対して上向きの角度で配置されている、１または複数の外側翼パネルとをさらに含むことができる。追加のシステムの実施形態は、マイクロコントローラと通信する位置センサをさらに含むことができ、この位置センサが、少なくとも１のインボードプロペラの位置を検出する。

図中の構成要素は、必ずしも縮尺通りではなく、その代わりに、本発明の原理を説明することに重点が置かれている。同様の符号は、様々な図面を通して対応する部分を指している。実施形態は、例示として説明されるものであり、添付の図面の形態に限定されるものではない。
図１は、一実施形態に係る、インボードプロペラが水平にされた状態で着陸中に無人航空機の横方向制御を保持するためのシステムを示している。図２は、図１の無人航空機の上面斜視図を示している。図３Ａは、図１の無人航空機の翼パネルおよび関連するプロペラの概略図を示している。図３Ｂは、翼パネル、および翼パネルに対して保持されている２枚羽根プロペラの概略図を示している。図３Ｃは、翼パネル、および翼パネルに対して保持されている３枚羽根プロペラの概略図を示している。図４は、コンピューティングデバイスの実施形態の例示的な最上階層の機能ブロック図を示している。図５は、ＵＡＶの着陸のためにマイクロコントローラによって実行されるステップのフローチャートを示している。図６は、ＵＡＶの離陸のためにマイクロコントローラによって実行されるステップのフローチャートを示している。

図１を参照すると、インボードプロペラが水平にされた状態で着陸中に無人航空機（ＵＡＶ）１０１の横方向制御を保持するためのシステム１００が示されている。ＵＡＶは、機内パイロットのいない航空機であり、自律的または遠隔的に飛行することができる。大型のＵＡＶは、安全な着陸のために着陸ポッドを使用することができ、これにより、余分な重量および抗力が発生する可能性がある。ＵＡＶは、離陸および着陸を含むいくつかの飛行状態において、横方向の制御のために、ＵＡＶの推進システムからの差動推力を使用することができる。一実施形態では、ＵＡＶ１０１が、高空域長期滞空航空機である。一実施形態では、ＵＡＶ１０１が、３以上のモータ、例えば、３～４０のモータを有し、１００フィート～４００フィートの翼幅を有することができる。一実施形態では、ＵＡＶ１０１が、約２６０フィートの翼幅を有することができ、翼の表面を覆う太陽電池アレイによって駆動される複数のモータ、例えば、１０個の電気モータによって推進することができ、それによりゼロエミッションを実現することができる。ＵＡＶ１０１は、海抜約６５，０００フィートの高度で雲の上を飛行し、着陸せずに最大数ヶ月間の連続的な長期ミッションを行うように設計されている。

ＵＡＶ１０１は、高高度で最適に機能し、着陸に頼ることなく、かなりの期間の持続的な飛行が可能である。一実施形態では、ＵＡＶ１０１が、約３，０００ポンドの重量を有し得る。

ＵＡＶ１０１は、ＵＡＶ１０１の推進のためにＵＡＶ１０１に結合された少なくとも１のモータ１１０をさらに含む。一実施形態では、モータ１１０が、改良された電機子の周りのＹ構成の巻線と電気的に接続されたインランナロータを含む従来の構成のブラシレスＤＣモータである。モータ１１０は、モータを囲んで保護するために、鋼または他の高強度材料で形成されたケーシングを有することができる。ステータは、ロータの外周の周りに配置され、ステータは、ステータの磁場を封じ込めるための背鉄を有する。ロータは、ネオジムやプラセオジムなどの永久磁石や、電磁石を含む任意の適切な磁石で形成することができる。ステータは、誘導されるリング電流を低減し、モータ１１０の効率を高めるために、ケイ素鋼などの積層された電気鋼の層から構築された電機子を有することができ、各鋼層間に酸化膜が配置されている。他の電機子材料として、鉄またはアモルファス鋼を含むことができる。

一実施形態では、モータ１１０が、鉄の歯の周りに巻かれた巻線を有するように構成されている。さらに、モータ１１０の外側には、約－８０℃に下がるまでモータ１１０に付いたままの磁石の層が存在し得る。これは、ＵＡＶ１０８が夜間や高高度において－８０℃に近い温度で飛行することが多いため、有利である。

当技術分野の一部のモータは、エネルギーが熱の形で無駄になるヒステリシス損失および渦電流損失を回避するために、鉄を含まない場合がある。一実施形態では、モータ１１０が、Ｈｉｐｅｒｃｏ（登録商標）などのパーメンジュール（鉄とコバルトが同量のコバルト－鉄軟磁性合金）を組み込むことができる。パーメンジュールは、ヒステリシス損失および渦電流損失が非常に小さく、多くの場合、鉄を含まないモータよりも優れた性能を発揮する。さらに、鉄には、（１）巻線を機械的に支え、（２）インダクタンスを提供し、よって外部インダクタを必要とすることはなく、（３）モータから熱を逃がす手段を与え、（４）非常に薄いエアギャップを提供するため、磁場を形成するために必要な磁性材料が遥かに少なくて済み、（５）磁場が銅を通過すると、銅で多くのエネルギー損失が発生するが、そのような銅から磁場を避けることができるといった、鉄を含まないモータにはない非常に重要な性質がある。

図２に示すように、ＵＡＶ１０１は、１または複数の内側翼パネル１０７および１または複数の外側翼パネル１０９と、中央パネル１０８と、それぞれの内側翼パネル１０７に付随する複数のインボードプロペラ１４０と、それぞれの外側翼パネル１０９に付随する複数の先端プロペラ１４１とを含むことができる。ＵＡＶ１０１は、着陸地点（１０２、図１）でのＵＡＶ１０１の安全な着陸を支援するための１または複数の着陸ポッド１１３をさらに含むことができる。１または複数の内側翼パネル１０７は、中央パネル１０８の何れかの側に配置され得る。いくつかの実施形態では、中央パネル１０８が存在せずに、内側翼パネル１０７のみが使用され得る。他の実施形態では、内側翼パネル１０７が、中央パネル１０７と同一であってもよい。１または複数の外側翼パネル１０９は、１または複数の内側翼パネル１０７および／または中央パネル１０８の何れかの側に配置され得る。１または複数の外側翼パネル１０９は、１または複数の内側翼パネル１０７および／または中央パネル１０８によって形成される平面に対してある角度で配置され得る。いくつかの実施形態では、１または複数の外側翼パネル１０９が、１または複数の内側翼パネル１０７および／または中央パネル１０８によって形成される平面に対して上向きに湾曲し得る。一実施形態では、ＵＡＶ１０１が、約２６０フィートの翼幅を有し、各翼の表面を覆う太陽電池アレイによって駆動される複数のモータ、例えば、１０個の電気モータによって推進され、結果としてゼロエミッションとなる。

図３Ａに関して、ＵＡＶ１０１の１または複数の内側翼パネル１０７のインボードプロペラ１４０およびＵＡＶ１０１の１または複数の外側翼パネル１０９の先端プロペラ１４１はそれぞれ、プロペラハブ１４２、プロペラブレード１４４およびプロペラブレード先端１４６を含むことができる。一実施形態では、プロペラ１４０、１４１がそれぞれ２枚のブレード１４４を有することができる。別の実施形態では、プロペラ１４０、１４１がそれぞれ２枚より多いブレード１４４を有することができる。一実施形態では、プロペラ１４０、１４１が同一であってもよい。一実施形態では、プロペラハブ１４２の中心からプロペラブレード先端１４６までの距離がｄ_１である。内側翼パネル１０７に関して、関連するプロペラハブ１４２に近接する着陸ポッド１１３は、高さｄ_２を有している。

一般に、着陸ポッド１１３の重量およびＵＡＶ１０１の着陸ポッド１１３によって誘発される抗力を減少させるために、着陸ポッド１１３の高さを減少させることが望まれ得る。しかしながら、着陸ポッド１１３の高さを減少させることは、距離ｄ_１によって制限され得る。例えば、着陸ポッド１１３の高さｄ_２が低過ぎて、プロペラハブ１４２の中心からプロペラブレード先端１４６までの距離が着陸ポッドの高さｄ_２以上となる場合（例えば、ｄ_１≦ｄ_２）、離着陸時などＵＡＶ１０１が地面１５０にあるか又は地面１５０付近にあるときにインボードプロペラ１４０が回転するとブレード１４４が地面などの表面１５０に当たり、ＵＡＶ１０１に損傷を与える可能性がある。

一実施形態において、インボードプロペラ１４０は、ＵＡＶ１０１の着陸時にブレード１４４が地面１５０に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢となるように、水平にされ得る。いくつかの実施形態では、地面１５０に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢が、２枚羽根プロペラのブレードが１または複数の内側翼パネルによって形成される平面とほぼ平行に維持される場合である。他の実施形態では、地面１５０に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢が、プロペラブレードが地面１５０に接触しないように、２枚羽根プロペラのブレードが、１または複数の内側翼パネルによって形成される平面に対してある角度で、例えば平面に対してある角度でかつ／または平面に対して実質的に垂直とならないように、維持される場合である。いくつかの実施形態では、地面１５０に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢が、プロペラの何れのブレードも地面１５０に接触しないように、かつ／または最上部のプロペラブレードが平面に対して実質的に垂直となるように、３枚羽根プロペラのブレードが維持される場合である。一実施形態では、インボードプロペラ１４０および先端プロペラ１４１がそれぞれ、マイクロコントローラ４２０を含むことができる。各マイクロコントローラ４２０は、各プロペラ１４０、１４１のためのそれぞれのモータと通信することができる。いくつかの実施形態では、１つのマイクロコントローラ４２０が、インボードプロペラ１４０のすべてなど、１または複数のプロペラを制御することができる。一実施形態では、各プロペラ１４０、１４１が、関連するマイクロコントローラ４２０を有する。別の実施形態では、単一のマイクロコントローラ４２０が、プロペラ１４０、１４１のすべてを制御する。別の実施形態では、あるマイクロコントローラ４２０が、先端プロペラ１４１を制御し、別のマイクロコントローラ４２０が、インボードプロペラ１４０を制御する。

後述するように、先端プロペラ１４１は、着陸および離陸の間、推進および制御の目的で機能し続けることができるようにしてもよい。より具体的には、プロペラハブ１４２の中心からプロペラブレード先端１４６までの距離ｄ_１が、プロペラハブ１４２の中心から着陸ポッド１１３の下端までの高さｄ_３以上となるように（例えば、ｄ_１≦ｄ_３）、着陸ポッド１１３の高さを設定するようにしてもよい。

図３Ｂは、翼パネル１０７、および翼パネル１０７に対して保持される２枚羽根プロペラ１４０の概略図を示している。インボードプロペラ１４０はそれぞれ、プロペラハブ１４２、プロペラブレード１４４およびプロペラブレード先端１４６を含むことができる。一実施形態では、プロペラハブ１４２の中心からプロペラブレード先端１４６まで、距離ｄ_１を有する。内側翼パネル１０７に関して、関連するプロペラハブ１４２に近接する着陸ポッド１１３は、高さｄ_２を有する。

一実施形態では、インボードプロペラ１４０が、地面１５０に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢に維持され得る。二枚羽根プロペラ１４０のブレードは、プロペラブレード１４４が地面１５０に接触しないように、１または複数の内側翼パネル１０７によって形成される平面に対して角度１６０で、例えば平面に対して角度１６０で、かつ／または平面に対して実質的に垂直とならないように、維持され得る。

図３Ｃは、翼パネル１０７、および翼パネルに対して保持される３枚羽根プロペラ１４１の概略図を示している。インボードプロペラ１４１はそれぞれ、プロペラハブ１４２、プロペラブレード１４５およびプロペラブレード先端１４７を含むことができる。一実施形態では、プロペラハブ１４２の中心からプロペラブレード先端１４７までの距離がｄ_１である。内側翼パネル１０７に関して、関連するプロペラハブ１４２に近接する着陸ポッド１１３は、高さｄ_２を有する。

一実施形態では、インボードプロペラ１４１が、各プロペラブレード１４５と地面１５０のクリアランスを提供する姿勢に維持され得る。３枚羽根プロペラ１４５のブレードは、プロペラブレード１４５が地面１５０に接触しないように、１または複数の内側翼パネル１０７によって形成される平面に対してある角度で維持され得る。一実施形態では、最上部のプロペラブレード（すなわち、地面１５０から最も遠いプロペラブレード先端１４７を有する３枚羽根プロペラ１４５のプロペラブレード１４５）が、内側翼パネル１０７によって形成される平面に対して実質的に垂直であってもよい。他の実施形態では、最上部のプロペラブレードが、内側翼パネル１０７によって形成される平面に対して実質的に垂直な角度で保持され得る。各プロペラブレード１４５と地面のクリアランスを提供するように、内側翼パネル１０７に対する３枚羽根プロペラ１４１の位置決めがなされる。

図４は、コンピューティングデバイスの実施形態４００の最上階層の機能ブロック図の一例を示している。例示的な動作環境は、中央処理装置（ＣＰＵ）などのプロセッサ４２４、アドレス指定可能なメモリ４２７、外部デバイスインターフェース４２６、例えば、任意選択的なＵＳＢポートおよび関連する処理、および／またはイーサネットポートおよび関連する処理、および任意選択的なユーザインターフェース４２９、例えば、ステータスライトのアレイおよび１または複数のトグルスイッチ、および／またはディスプレイ、および／またはキーボードおよび／またはポインタ－マウスシステムおよび／またはタッチスクリーンを含むマイクロコントローラ４２０などのコンピューティングデバイスとして示されている。任意選択的には、アドレス指定可能なメモリが、磁気ハードディスクドライブおよびフロッピーディスクドライブ、光ディスクドライブ、磁気カセット、テープドライブ、フラッシュメモリカード、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、ベルヌーイカートリッジ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、スマートカードなど、マイクロコントローラ４２０によってアクセス可能なデータを格納できる任意のタイプのコンピュータ可読媒体を含むことができる。実際に、ＬＡＮ、ＷＡＮまたはインターネットなどのネットワークへの接続ポートまたはネットワーク上のノードを含む、コンピュータ可読命令およびデータを格納または送信するための任意の媒体を採用することができる。これらの要素は、データバス４２８を介して互いに通信することができる。いくつかの実施形態では、ウェブブラウザ４２３およびアプリケーション４２２のサポート等を行うオペレーティングシステム４２５を介して、プロセッサ４２４は、通信チャネルを確立するプロセスのステップおよび上述した実施形態に係る処理のステップを実行するように構成されるものであってもよい。

マイクロコントローラ４２０は、外部の角度位置センサなど、少なくとも１のセンサ１５２をさらに含むことができる。一実施形態では、センサ１５２が、ホール効果回転位置センサなどの磁気回転位置センサであってもよい。別の実施形態では、センサ１５２が、可変リラクタンスセンサである。別の実施形態では、センサ１５２が、光学センサであってもよい。別の実施形態では、センサ１５２が、磁気センサと光学センサの組合せであってもよい。一実施形態では、磁気センサと光学センサの組合せが、水平な位置などの特定の位置におけるブレード１４４の信号の検出のみではなく、ブレード１４４の現在の位置を検出することができる。

磁気ホール効果センサの実施形態に関して、各ブレード１４４に磁石を取り付け、磁石ホール効果センサ１５２が、各磁石を検出するようにしてもよい。これにより、センサ１５２は、ブレード１４４の角度位置を検出することができ、プロセッサ４２４は、モータ１１０に取り付けられたブレード１４４の角度位置を継続的に制御するためのステップを実行することができる。より具体的には、ＵＡＶ１０１が着陸のために地面１５０に近付いて、ＵＡＶ１０１が閾値高度未満に降下すると、飛行制御コンピュータ（ＦＣＣ）は、内側翼パネル１０７に関連する各モータ１１０にコマンド信号を送り、関連する１または複数のインボードプロペラ１４０のブレード１４４を水平にして保持し、ロックすることができる。マイクロコントローラ４２０は、モータ１１０の速度を制御し、それによりブレード１４４を水平にし、保持し、ロックする。さらに、先端プロペラ１４１に関連するマイクロコントローラ４２０は、インボードプロペラ１４０に関連するブレード１４４が水平にされてロックされている間、着陸および離陸のためにモータ１１０の速度を制御することができる。

ＵＡＶ１０１が着陸地点１０２に降下するときなど、インボードプロペラ１４０の回転が停止されるとき、先端プロペラ１４１は回転を続け、モータ１１０から先端プロペラ１４１への推力によって、先端プロペラ１４１が着陸のためにＵＡＶ１０１を誘導することができる。地面１５０またはその近傍において、距離ｄ_１は、プロペラハブ１４２から地面１５０までの距離ｄ_３よりも大きい。これは、外側翼１０９が上を向くことにより、先端プロペラ１４１と地面１５０との間に常に安全な距離が提供されるためである。このように構成することにより、着陸中に、水平にされていない先端プロペラ１４１はＵＡＶ１０１の横方向の制御を保持し、一方、インボードプロペラ１４０は水平な姿勢に保持される。

ＵＡＶ１０１の離陸中、インボードプロペラ１４０は、最初は、プロペラブレードと地面１０５のクリアランスを提供する姿勢に方向付けられ、一方、先端プロペラ１４１は、ＵＡＶ１０１が離陸して閾値高度を超えて上昇することを可能にする十分な推力と制御機能の両方を提供することができる。その後、インボードプロペラ１４０は、ＵＡＶ１０１が閾値高度を超えて上昇したときに、追加の推進力のために使用することができる。

図５に関して、ＵＡＶ１０１などのＵＡＶの着陸のためにマイクロコントローラ４２０などのマイクロコントローラによって実行されるステップのフローチャート５００が示されている。ステップ５０２で、センサが、ＵＡＶのプロペラのブレードの角度位置を検出することができる。ステップ５０４では、マイクロコントローラのプロセッサが、モータに取り付けられたブレードの角度位置を継続的に制御するためのステップを実行することができる。一実施形態では、各プロペラ（先端プロペラまたはインボードプロペラ）が、関連するマイクロコントローラを有する。別の実施形態では、１つのマイクロコントローラが、すべてのプロペラを制御する。別の実施形態では、あるマイクロコントローラが、先端プロペラを制御し、別のマイクロコントローラが、インボードプロペラを制御する。一実施形態では、ＵＡＶが、約２６０フィートの翼幅を有し、各翼の表面を覆う太陽電池アレイによって駆動される複数のモータ、例えば、１０個の電気モータによって推進され、それによりゼロエミッションが実現される。

ＵＡＶが着陸のために地面に近付いて、閾値高度未満に降下すると、飛行制御コンピュータ（ＦＣＣ）は、ＵＡＶの内側翼パネルに関連する各モータにコマンド信号を送り、関連するプロペラのブレードを水平にすることができる。ステップ５０６では、モータがブレードの角度位置を受信し、着陸時に地面に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢でプロペラの回転を停止させる。

ステップ５０８では、ＵＡＶが着陸地点に降下する際にプロペラの回転が停止されるとき、先端プロペラは回転を続けることができ、モータから先端プロペラへの推力によって、先端プロペラがＵＡＶを着陸のために誘導することができる。一実施形態では、プロペラハブの中心からプロペラブレード先端までの距離がｄ_１である。内側翼パネルに関して、関連するプロペラハブに近接する着陸ポッド１１３は、高さｄ_２を有する。着陸ポッドは十分に高く、プロペラハブの中心からプロペラブレード先端までの距離ｄ_３が、着陸ポッドの高さｄ_２以上となる（例えば、ｄ_１≦ｄ_３）。地上または地上付近では、距離ｄ_１が、プロペラハブ１４２から地面までの距離ｄ_３よりも大きい。これは、外側翼が上に向くことにより、先端プロペラと地面との間の安全な距離が常に提供されるためである。そのように構成されることにより、ステップ５１０では、水平にされていない先端プロペラは、着陸中にＵＡＶの横方向の制御を保持し、一方、プロペラは水平な位置に保持される。いくつかの実施形態では、回転を増加させることにより、回転を減少させることにより、または現在の回転を維持することにより、回転を調整するために、先端プロペラに信号を送信することができる。内側のプロペラが保持されているとき、同じ推力を維持することが望まれる場合、先端プロペラの速度を上げることができる。いくつかの実施形態では、制御のために、先端プロペラの回転を、必要に応じて、増加、同じまま、または減少させることができる。

図６に関して、ＵＡＶ１０１などのＵＡＶの離陸のためにマイクロコントローラ４２０などのマイクロコントローラによって実行されるステップのフローチャート６００が示されている。本方法６００は、マイクロコントローラと通信するセンサによって、インボードプロペラブレードの角度位置を検出するステップを含むことができる（ステップ６０２）。本方法６００は、その後、マイクロコントローラのプロセッサが、インボードブレードの角度位置をモータに継続的に伝達するステップを実行することを含むことができる（ステップ６０４）。本方法６００は、その後、モータがマイクロコントローラでインボードブレードの角度位置を受信するステップを含むことができ、マイクロコントローラのプロセッサは、インボードプロペラブレードが適切な姿勢であることを確認することができる（ステップ６０６）。インボードプロペラブレードが回転中に適切な姿勢になっていない場合、すなわち、インボードプロペラブレードが定位置に保持されていない場合、離陸中に、回転するインボードプロペラブレードが地面に衝突する危険性がある。インボードプロペラブレードが内側翼パネルに対して適切な姿勢になっていない場合、マイクロコントローラのプロセッサは、離陸を停止させる信号を送ったり、またはプロペラブレードを適切な姿勢に保持する信号を送ったりするなどの修正措置をとることができる。その後、本方法６００は、インボードプロペラが適切な姿勢に保持されている間、先端プロペラに離陸中のＵＡＶの横方向制御を保持させるステップを含むことができる（ステップ６１０）。先端プロペラは、インボードプロペラが離陸中に地面に衝突するのを防止するために定位置に保持されている間に、ＵＡＶの離陸に必要な推力を提供することができる。次いで、本方法６００は、マイクロコントローラが、ＵＡＶが離陸地点から上昇する際にインボードプロペラの回転を開始する間、先端プロペラが回転を継続するステップを含むことができる（ステップ６０８）。いくつかの実施形態では、先端プロペラおよびインボードプロペラのすべての合計によって生成される推力のバランスをとるために、インボードプロペラが回転を開始すると、先端プロペラによって生成される推力を減少させることができる。

上記実施形態の特定の特徴および態様の様々な組合せおよび／または部分的組合せを行うことができ、それらも本発明の範囲内に入ることが企図されている。このため、開示の発明の様々なモードを形成するために、開示の実施形態の様々な特徴および態様を互いに組み合わせたり、互いに置き換えたりすることができることを理解されたい。さらに、本発明の範囲は、例によって本明細書に開示されているが、上述した特定の開示された実施形態によって限定されるべきではないことが意図される。

Claims

無人航空機（ＵＡＶ）と、
ＵＡＶの１または複数の内側翼パネルと、
ＵＡＶの１または複数の外側翼パネルであって、前記１または複数の外側翼パネルが、前記１または複数の内側翼パネルの両側に配置され、前記１または複数の外側翼パネルが、前記１または複数の内側翼パネルによって形成される平面に対して上向きの角度で配置されている、１または複数の外側翼パネルと、
前記１または複数の内側翼パネルに配置された少なくとも１のエンジンに取り付けられた少なくとも１のインボードプロペラと、
前記１または複数の外側翼パネルに配置された少なくとも１のエンジンに取り付けられた少なくとも１の先端プロペラと、
前記１または複数の内側翼パネルに配置された少なくとも１のエンジンと通信する少なくとも１のマイクロコントローラであって、
前記少なくとも１のインボードプロペラの角度位置を割り出し、
前記少なくとも１のインボードプロペラが着陸時に地面に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢で保持されるように、前記少なくとも１のインボードプロペラの回転を停止させる信号を送信するように構成された少なくとも１のマイクロコントローラと
を備えることを特徴とするシステム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記ＵＡＶが、高空域長期滞空航空機であることを特徴とするシステム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記１または複数の内側翼パネルおよび前記１または複数の外側翼パネルの少なくとも一部分を覆う太陽電池アレイをさらに備えることを特徴とするシステム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
ＵＡＶの１または複数の着陸ポッドをさらに備え、前記１または複数の着陸ポッドが、ＵＡＶの着陸を支援するためにＵＡＶの前記１または複数の内側翼パネルに取り付けられていることを特徴とするシステム。
請求項４に記載のシステムにおいて、
プロペラハブの中心から前記少なくとも１のインボードプロペラの先端までの距離が、前記１または複数の着陸ポッドの高さよりも大きく、ＵＡＶが地上にあるときに前記少なくとも１のインボードプロペラの回転中に前記少なくとも１のインボードプロペラが地面に当たり得ることを特徴とするシステム。
請求項５に記載のシステムにおいて、
少なくとも１のアウトボードプロペラが、前記少なくとも１のインボードプロペラと同一であり、前記少なくとも１のアウトボードプロペラが、ＵＡＶが地上にあるときに自由に回転することができることを特徴とするシステム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記マイクロコントローラと通信する位置センサをさらに備え、前記位置センサが、前記少なくとも１のインボードプロペラの位置を検出することを特徴とするシステム。
請求項７に記載のシステムにおいて、
前記位置センサが、ホール効果回転位置センサであることを特徴とするシステム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記少なくとも１のマイクロコントローラが、さらに、
前記ＵＡＶの高度を割り出し、
割り出した高度が閾値高度を下回る場合に、前記少なくとも１のインボードプロペラの回転を停止させる信号を送信するように構成されていることを特徴とするシステム。
請求項９に記載のシステムにおいて、
前記少なくとも１のマイクロコントローラが、さらに、
前記少なくとも１のインボードプロペラが地面に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢で保持されている間に、前記少なくとも１のアウトボードプロペラの回転を調整する信号を送信するように構成されていることを特徴とするシステム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記少なくとも１のマイクロコントローラが、さらに、
前記ＵＡＶの高度を割り出し、
割り出した高度が閾値高度を上回る場合に、前記少なくとも１のインボードプロペラの回転を開始させる信号を送信するように構成されていることを特徴とするシステム。
少なくとも１のマイクロコントローラによって、無人航空機（ＵＡＶ）の高度を特定するステップと、
ＵＡＶの少なくとも１のエンジンと通信する前記少なくとも１のマイクロコントローラによって、前記少なくとも１のエンジンに接続された少なくとも１のインボードプロペラの角度位置を特定するステップであって、前記少なくとも１のインボードプロペラが１または複数の内側翼パネルに配置される、ステップと、
特定した高度が閾値高度を下回る場合に、前記少なくとも１のインボードプロペラが着陸時に地面に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢で保持されるように、前記少なくとも１のマイクロコントローラによって、前記少なくとも１のインボードプロペラの回転を停止させる信号を送信するステップとを備え、
前記少なくとも１のインボードプロペラが、ＵＡＶが地上にあるときに前記少なくとも１のインボードプロペラの回転中に地面に当たり得ることを特徴とする方法。
請求項１２に記載の方法において、
前記少なくとも１のインボードプロペラが着陸時に地面に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢で保持されている間、前記少なくとも１のマイクロコントローラによって、少なくとも１のエンジンに接続された少なくとも１のアウトボードプロペラの回転を調整する信号を送信するステップをさらに含み、
前記少なくとも１のアウトボードプロペラが、１または複数の外側翼パネルに配置されていることを特徴とする方法。
請求項１３に記載の方法において、
前記少なくとも１のアウトボードプロペラが、前記少なくとも１のインボードプロペラと同一であり、前記少なくとも１のアウトボードプロペラが、ＵＡＶが地上にあるときに自由に回転することができることを特徴とする方法。
無人航空機（ＵＡＶ）と、
ＵＡＶの少なくとも１のエンジンに取り付けられた少なくとも１のインボードプロペラであって、ＵＡＶが地表に位置するときに、前記少なくとも１のインボードプロペラの回転中に前記少なくとも１のインボードプロペラの少なくとも一部分が地表に接触し得る、少なくとも１のインボードプロペラと、
ＵＡＶの少なくとも１のエンジンに取り付けられた少なくとも１の先端プロペラであって、ＵＡＶが地表に位置するときに、前記少なくとも１の先端プロペラの回転中に、地表に接触することなく自由に回転することができる少なくとも１の先端プロペラと、
前記少なくとも１のエンジンと通信する少なくとも１のマイクロコントローラであって、
前記少なくとも１のインボードプロペラの角度位置を割り出し、
前記少なくとも１のインボードプロペラが地表に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢で保持されるように、前記少なくとも１のインボードプロペラに信号を送信するように構成された少なくとも１のマイクロコントローラと
を備えることを特徴とするシステム。
請求項１５に記載のシステムにおいて、
前記少なくとも１のマイクロコントローラが、さらに、
前記少なくとも１のインボードプロペラが地面に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢で保持されている間に、着陸のためにＵＡＶを誘導するための推力を調整する信号を前記少なくとも１の先端プロペラに送信するように構成され、
前記少なくとも１の先端プロペラが、着陸中にＵＡＶの横方向の制御を保持することを特徴とするシステム。
請求項１５に記載のシステムにおいて、
前記少なくとも１のマイクロコントローラが、さらに、
前記少なくとも１のインボードプロペラが地面に対するプロペラブレードのクリアランスを提供する姿勢にある間に、離陸のためにＵＡＶを誘導するための推力を調整する信号を前記少なくとも１の先端プロペラに送信するように構成され、前記少なくとも１の先端プロペラが離陸中にＵＡＶの横方向の制御を維持し、
前記少なくとも１のマイクロコントローラが、さらに、前記少なくとも１のインボードプロペラが回転を開始するように、離陸後に前記少なくとも１のインボードプロペラに信号を送信するように構成されていることを特徴とするシステム。
請求項１５に記載のシステムにおいて、
地表でのＵＡＶの安全な着陸を補助する１または複数の着陸ポッドをさらに備え、プロペラハブの中心から前記少なくとも１のインボードプロペラの先端までの距離が、前記１または複数の着陸ポッドの高さよりも大きく、前記プロペラハブの中心から前記少なくとも１の先端プロペラの先端までの距離が、前記少なくとも１の先端プロペラのプロペラハブの中心から前記１または複数の着陸ポッドの下端までの高さより大きいか等しいことを特徴とするシステム。
請求項１８に記載の方法において、
ＵＡＶの１または複数の内側翼パネルであって、前記少なくとも１のインボードプロペラが取り付けられる１または複数の内側翼パネルと、
ＵＡＶの１または複数の外側翼パネルであって、前記少なくとも１の先端プロペラが前記１または複数の外側翼パネルに取り付けられ、前記１または複数の外側翼パネルが、前記１または複数の内側翼パネルの両側に配置され、前記１または複数の外側翼パネルが、前記１または複数の内側翼パネルによって形成される平面に対して上向きの角度で配置されている、１または複数の外側翼パネルとをさらに備えることを特徴とする方法。
請求項１５に記載のシステムにおいて、
前記マイクロコントローラと通信する位置センサをさらに備え、前記位置センサが、前記少なくとも１のインボードプロペラの位置を検出することを特徴とするシステム。