JP2673512B2 - 飛行車両装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、翼理論的揚力及び地面効果（Ground Effec
t）的揚力利用の翼を飛行本来に備え、専用の走行路上
を走行すると共に所定速度以上で上記翼の地面効果を利
用して飛行する飛行車両装置に関する。 〈従来の技術とのその問題点〉 現在、電動モーター利用の鉄道高速走行車両つまりい
わゆる新幹線用車両は、レール上を車輪が接触摩擦回転
するため、速度上の制限があり、接触摩擦力を確保する
ため車両重量を大とする必要があり、エネルギー効率が
悪く、かつ騒音が大きい。 その代替高速走行車両として超伝導磁気浮上式リニア
モーターカーが研究開発されようとしている。これ迄の
ところ試作モデルが走行し実用化をめざしているが、リ
ニアモーターとして超伝導利用が不可欠であるという点
で、車両重量が大となり、リニアモーターのモーター効
率が劣悪なためが相当大きく、経済的側面を考えると必
ずしも明るい見通しが有るとは言えない。 一方、空の交通である航空機は、その速度、経済性が
鉄道に対して有利ではあるものの、広大な滑走路を必要
とすることから、空港から市街地への距離が遠くなり、
そのために生じる交通の不便さがある他、事故時の絶望
的な事態が不可避であることを考えると、これもまた特
に大量交通手段として将来明るい見通しが有るとは言い
難い。日本のように滑走路用地の確保が困難な国につい
てはその傾向が著しい。 本発明は、高速化を図るために重量を確保しなければ
ならないという従来の軌道走行車両の発想を止め、エネ
ルギー効率を上げてスピードを得るために極限までの軽
量化を図るという航空機の発想を陸上走行車両に適用し
て高速化，エネルギー効率の向上，騒音低減化，更には
安全性向上等を図る新しい陸上交通システムを提案する
ものである。 〈問題点を解決するための手段〉 上記目的達成のため、本発明では、長手方向に細長く
伸びると共に上面が略平坦に形成されかつ両側部に所定
高さの支持壁が立設された専用の走行路（トンネルを含
む）と、この走行路に置かれて該走行路上を走行すると
共に飛行する飛行本体を有し、この飛行本体の左右両側
に上記走行路の上面との間隔が小さくされかつ該上面に
沿って略平行に取り付けられると共に前記支持壁近傍ま
で伸びた外端には該支持壁と略平行とされた翼形制御板
を備え揚力を発生させる少なくとも一対の翼を有し、上
記飛行本体を走行及び飛行させる推進手段を有すると共
に、この推進手段の低推力領域で上記飛行本体を走行路
上で走行支持する車両支持手段を有し、かつ上記飛行本
体の上下方向及び左右方向の姿勢制御をする制御手段を
有し、上記走行路に案内されて該走行路上を走行すると
共に所定速度以上で上記翼の走行路上面との間の地面効
果を利用して飛行する飛行車両とを、備えて成ることを
特徴とする飛行車両装置を提供する。 〈作用〉 エネルギー効率良く高速走行を実現するには、軽量化
が絶対条件であり、しかも100km/h以上の走行速度で
は、車両の空力（揚力，抗力）が大きく効いてくるた
め、高速走行車両でその揚力を利用しないのは宝の持ち
ぐされとも言える。軽量化しかつ揚力を利用すれば、約
250km/h以上では磁気浮上というエネルギー力をわざわ
ざ使用する必要もなくなる。しかも翼が他表約30cm程度
以内にあるとき揚力はさらに向上し、少なくとも100％
程度は増大するといういわゆる地面効果（Ground Effec
t）を有することが知られている。かつエアクッション
効果も強く作用する。本発明では車両走行中の走行路面
からの車両浮上を、上記揚力と地面効果を利用した力に
より達成する。 即ち第３図に示すように翼が空気の流れの中にある
と、翼理論的にはその上側の圧力（Pu）が下側の圧力
（Pe）より低くなり、結果として流れＵに対し直角にＬ
なる揚力を生じる。翼とはこの揚力Ｌを生じる翼とはこ
の力Ｌを生じるための装置である。 また第４図に示すように翼１が地面（又は水面）２に
対してｈの高さにあるとき、その下側の圧力Pegはより
大きくなり（Peg＞Pe）、結果として上向きの力LgはLg
＞Ｌとなって大きな揚力（高揚力）を発生する。そして
第５図に符号ａを付して示すように、その大きさは翼１
が地面２に近づくにつれ反比例して大きくなる性質（地
面効果:Ground Effect）を有する。翼断面形状によっ
て、この地面効果特性の良い翼（第５図ｂ）を得ること
が可能となる。ここにおいて地面効果特性の良い翼とは
dL/dhが地面から所定高h₁のところで大きくなる断面形
状を有する翼である。 本発明では、かかる翼の地面効果を得るために略平坦
な専用の走行路を設ける。そして該走行路上に、客車又
は貸車としての飛行本来を置き、該走行路上で飛行本体
の左右に延びる少なくとも１対の翼を設ける。そして飛
行本体が推進手段により走行路上を高速で走行すると例
えば約100Km/h付近から上述の大きな翼理論上の揚力と
地面効果の揚力が発生し、飛行本体を走行路上に浮上さ
せる。 今、第６図において、翼が走行路上の高さh₁にあると
き揚力（浮上力）がP₁であるとし、何らかの原因で翼の
高さがh₂に増大したとすると、揚力はP₂に急減するか
ら、飛行本体は下降し翼がh₁の位置に戻る方向に地面効
果原理が作用する。また、翼が高さh₁がh₃に低下したと
すると、揚力はP₃に急増するから、飛行本体は上昇し翼
がh₁の高さに戻ろうとする。従って地面効果による揚力
は翼位置を常に一定の安定位置側に向かうべく作用す
る。このようにして翼の翼理論的揚力と地面効果による
揚力とを利用して飛行本体を飛行路上に浮上させ、推進
手段により高速走行し制御手段により姿勢制御する。低
推力領域では上記揚力が低下するから車両支持手段によ
り車両支持する。 ここにおいて専用の走行路は略平坦であれば足り、万
遍なく均一に平滑化する必要はない。専用の走行路は途
中一部非連続になっても構わなく、水面であってもよ
い。 飛行本体は航空機に似せて極めて軽量化が図れる材質
例えば航空機用ジュラルミン、或いは近年開発されてい
る炭素繊維等の新素材を用い、層流形胴体形状に形成さ
れる。翼も上記と同様に航空機用ジュラルミン、或いは
炭素繊維等を用いればよい。翼は飛行本体の左右両側に
少なくとも一対あればよいが、２対以上のいわゆるくし
形翼を用いれば翼長を短くすることが可能でなり、ひい
ては走行路幅を短縮できる。翼は上下２枚の複葉にする
と１枚当りの翼面積を減少することができる。 飛行本体の推進手段は、走行路上からパンタグラフを
介して電力を得る電動ファン又は航空機用のターボファ
ンエンジン或いはターボジェットエンジン等が採用され
得る。 飛行本体の制御手段は、翼後縁に設けられ飛行本体の
浮上、下降運動を制御する昇降舵、或いは左右の方向制
御をする方向舵が用いられる。さらに、飛行本体の走行
の制動手段は、低推力領域で飛行本体を走行路上で走行
支持する車両支持手段が車輪の場合は、車輪ディスクブ
レーキを用いることができる。 〈実施例〉 以下に本発明の実施例を説明する。 第１図Ａ及びＢ並びに第２図に示す一実施例におい
て、専用の走行路11上に地面効果を利用して飛行する飛
行車両12が配設される。 走行路11は既存の新幹線用走行路を改良すればよく、
支脚13に支持された下部走行路14及び上部走行路15を有
する。両走行路14,15の上面は、飛行車両12が飛行走行
するときに翼下面と略平行な略平坦な面に形成される。
走行路14,15内には第７図に示すように埋め込み電線16
が車両進行方向に沿って埋設されており、該埋め込み電
線16上を、飛行車両12に電気的に接続したパンタグラフ
17が、押圧バネ18の押圧力により接触摺動することによ
り、電力を飛行車両12側に引き込む。 飛行車両12は、主として飛行本体21と、これより左右
両側に延びる前後２対の複葉式翼22a〜22dと、垂直尾翼
23と、この垂直尾翼23の後端部に設けられた電動ファン
24と、を備える。電動ファン24は飛行本体21の推進手段
であり、同時にファンのピッチを変えて逆推力を発生さ
せた場合は、走行速度を減ずる制動手段の一部としても
機能する。 電動ファン24の推力は、埋め込み電線16を介し、集中
管理室にてオートコントロールする。 翼22a〜22dは夫取付角の調整が自由であり、その後縁
部に設けた昇降舵26a〜26dの角度も調整自由である。 垂直尾翼23の後縁には方向舵27が角度調整自由に設け
られている。 飛行本体21の下面には、垂下する車輪31が格納可能に
設けてあり、推力が低領域にあるときに、飛行車両12を
走行路14,15上所定位置に支持する車両支持手段を構成
している。飛行車両12の飛行中には、この車輪31が格納
される。 飛行本体21又は車輪31の支持脚には、上部走行路15の
相対する内端に対向して車輪32（又は機械式リミッタ
ー）が設けられ、飛行車両12が横方向に所定方向から過
大にずれるときに、車輪32と上部走行路15内端面との当
接により、このずれを規制する。しかしかかる横方向の
位置制御は、主として上・下部走行路14,15の両該側を
支持する支持壁11a内面に対向して、複葉の下部翼22a₁,
22b₁の外端に翼形制御板33を配設し、左右の翼形制御板
33の支持壁11a内面に対するいわゆる地面効果を利用し
て、飛行本体21を走行路14,15の所定位置上を飛行走行
可能とする。 尚、飛行本体21及び各溝22a〜22d,垂直尾翼23は夫々
航空機用軽量材を用いる。 上記構成の作用を次に述べる。 埋め込み電線16及びパンタグラフ17を介して導入され
た電力は、集中管理室により制御されて、電動ファン24
の起動力、翼22a〜22dの取付角昇降舵26a〜26d及び方向
舵27の操舵角、車輪31の格納、突出作用を行う。かかる
制御のための各種センサについては図示省略してある。 今、停電中にある場合には、飛行車両12は車輪31を介
して下部走行路14上に支持されている。 発車のため、電力を電動ファン24に印加して高速回転
させると、飛行車両12は推力を受けて走行を開始する。
飛行車両12が約120km/h以上の高速領域に達すると、各
翼22a〜22dに翼理論に基づく揚力と地面効果に基づく揚
力とが作用して浮上し、飛行本体21を走行路14,15上で
翼までの高さ約30cm程度に保持しつつ飛行車両12を飛行
させる。このとき各翼22a〜22dは地面効果に基づく揚力
の既述した作用により、上下方向の位置が所定地に保持
される。念のために複葉の下部翼22a₁,22b₁上面にロー
ラを設けて、万が一にもの飛行車両12の過剰浮上を上部
走行路15下面との接触により安全に規制してもよい。た
だし本実施例では飛行車両12が過剰浮上すると、パンタ
グラフ17と埋め込み電線16との接触が断たれるので、電
動ファン24の駆動力がなくなり推力不足となって飛行車
両12が下降するから、一般的には車両の過剰浮上のおそ
れはない。 発車時飛行車両12を安全に浮上させるには、翼22a〜2
2dの取付角を変えたり、或いは昇降舵26a〜26dを用いて
急速に浮上させることができる。 飛行車両12の飛行中には方向舵27を操舵すると共に、
昇降舵26a〜26dの操舵角を調整しより安定した飛行を断
続させることができる。この飛行車両12の飛行にあたっ
ては、航空機のように燃料積載の必要なくかつ航空機の
ような耐圧構造を不要として材料が軽量化し、総じて極
めて軽量になっていると共に、車両浮上力が、電磁力を
用いることなく、地面効果及び翼論理に基づく揚力を用
いているため、エネルギロスが少なく、高効率となり、
車両の他物体への接触がないため、騒音低減化が図れ
る。 翼22a〜22dは、前後に２対（くし形翼）ありかつ複葉
になっているから一定の翼面積において翼長を減少で
き、翼構造を高強度にすることがなく、この点について
も軽量化が図れ、また走行路幅を大きくする必要がない
ため従来の日本の新幹線の高架走行路を改良して上下２
段の往復路線とすることができる。 飛行車両12を停車させるには、翼22a〜22dの取付角昇
降舵26a〜26dの操舵角を制御すると共に車輪31を突出さ
せ、同時に電動ファン24の推力を減少する。これにより
車両走行速度が低減し、翼の揚力も小さくなって減速さ
れ車輪31を介して着地する。ここにおいて、昇降舵26a
〜26d、及び電動ファン24の逆推力は空力的に減速する
制御手段となり、車輪31に設けたディスクブレーキは走
行路面との間で減速する制動手段となる。 尚、上記実施例の他、車両の推進手段としては燃料を
積載してターボファン、ターボジェットを駆動するよう
にしてもよい。低騒音化対策のためには、エンジン等の
騒音源を軌道内に封じ込んでしまい、遮音することも可
能である。 車両の素材は航空機用ジュラルミン等の軽量材料を用
いた。 翼は少なくとも左右１対あれば足り単葉であっても勿
論良い。 また、地面効果を利用すると同様な装置で天井効果を
利用することも可能である。天井効果とは翼の上方に天
井を設け天井と翼との間隔が小さくなる程高揚力を発生
する特性を言い、天井と翼との間の距離を所定値に維持
する手段を設ければよい。 飛行車両12は飛行本体21を一つ有するだけのものであ
る必要はなく、列車形に連結された複数の飛行本体でも
よい。この場合推進装置は１つの飛行本体に設けるだけ
で他は省略してもよく、他の飛行本体にも推進装置を付
設してもよい。 〈発明の効果〉 本発明は以上のように構成されたので、飛行車両は、
長手方向に細長く伸びると共に上面が略平坦に形成され
かつ両側部に所定高さの支持壁が立設された専用の走行
路に案内されて、推進手段の推力により該走行路上を走
行すると共に所定速度以上で上記翼の走行路上面との間
の地面効果を利用して飛行することができる。このと
き、上記飛行車両は、走行路とは完全に非接触状態で浮
上して飛行すると共に、地面効果による揚力、抗力の変
化により或る一定の速度に対して略一定の高さで安定浮
上して飛行することができる。従って、走行路との接触
による騒音はほとんど発生せず、また摩擦力も作用せ
ず、エネルギー効率良く高速で飛行ができる。また、上
記翼の走行路上面との間の強い地面効果により、120km/
h程度の比較的低速でも飛行車両を浮上させて飛行する
ことができる。さらに、上記走行路の両側部の支持壁と
上記翼の外端に設けられた翼形制御板との間の地面効果
により、飛行車両の左右方向の位置を所定位置に制御す
ることができる。また従来の新幹線用高架路を改良する
ことで走行路を容易に建設することができ、大きな滑走
路を必要とせず、専用走行路を走るためコンピュータコ
ントロールが可能であり、非接触走行のため低騒音化さ
れる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例を示し、（Ａ）は側面図、
（Ｂ）は平面図、第２図は同上の走行路を断面とした正
面図、第３図は翼理論を説明する図、第４図は地面効果
を説明する図、第５図は地面効果の特性を示すグラフ、
第６図は地面効果の特性を説明するグラフ、第７図は第
１図に示す実施例の動力引込み手段を示す斜視図であ
る。 11……走行路、11a……支持壁、12……飛行車両、14…
…下部走行路、15……上部走行路、21……飛行本体、22
a〜22d,22a₁,22b₁……翼、23……垂直尾翼、24……電動
ファン、26a〜26d……昇降舵、27……方向舵、31……車
輪、33……翼形制御板。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．長手方向に細長く伸びると共に上面が略平坦に形成
   されかつ両側部に所定高さの支持壁が立設された専用の
   走行路と、 この走行路に置かれて該走行路上を走行すると共に飛行
   する飛行本体を有し、この飛行本体の左右両側に上記走
   行路の上面との間隔が小さくされかつ該上面に沿って略
   平行に取り付けられると共に前記支持壁近傍まで伸びた
   外端には該支持壁と略平行とされた翼形制御板を備え揚
   力を発生させる少なくとも１対の翼を有し、上記飛行本
   体を走行及び飛行させる推進手段を有すると共に、この
   推進手段の低推力領域で上記飛行本体を走行路上で走行
   支持する車両支持手段を有し、かつ上記飛行本体の上下
   方向及び左右方向の姿勢制御をする制御手段を有し、上
   記走行路に案内されて該走行路上を走行すると共に所定
   速度以上で上記翼の走行路上面との間の地面効果を利用
   して飛行する飛行車両とを、備えて成ることを特徴とす
   る飛行車両装置。