JP3152039U - 実用型人力垂直離着陸機 - Google Patents

Abstract

【課題】機体本体は高強度形状の元で最軽量を具備し、操作運転者に無理な操作要求をするとことのない最適な操作運転環境で、この操作運転環境から効率的な運動エネルギーが発揮され最適な浮揚力を捉え上昇する人力垂直離着陸機を提供する。【解決手段】機体フレーム構成の最適化から、回転駆動系部の設置される機体下部側のフレーム構成位置を水平軸より前後１３．６度傾斜設定とすることで、機体形状は軽量化が計られ、運転操作部３４には最適な操作環境が備わり、また、タンデムローターには回転中に効率よく浮揚力を得る機能として自動遠心式可変ピッチローター機構を有する。【選択図】図１

Description

本考案は、人力による運動エネルギーで垂直離着陸機を上昇させる為の最適な機体形状と回転駆動系部の機構に関する記述である。

完全な人力を動力源とした垂直離着陸機として知られている、非特許文献１ 日大ＹＵＲＩ−１ ＨＯＭＥＰＡＧＥでは、ＹＵＲＩ−１という人力ヘリコプター 滞空記録２４秒、飛行高度７０ｃｍがあり、これは二枚ブレードを持つローターが４基地表すれすれに設置構成されているものであり、各ローターの直径を１０ｍとし、浮揚力を大きく捉える構成となし機体全長が２０ｍ以上と比較的大型であるが機体構成部材選択の成果により機体重量が３８ｋｇと軽量化されている。

考案が解決しようとする課題

しかしながら、機体浮上の揚力を得る為に大型メインローターを取り入れ、ローターの設置構成を地表すれすれの位置に配置し、ダウンウォッシュによる地面効果を効率よく取り入れようと構成しているが、機体形状の大型化により駆動伝達部間の距離が長大なことから運動エネルギーロスに起因する、機体フレーム各所の捻れや歪みからのフレームとローターの損傷と、ローターのブレードに、浮上に至る揚力が効率的に得られていないことや、また、機体中央の運転操作部における操作運転者の運転姿勢が、最適な運動エネルギーを発生させる環境に備わっていないことでローターの回転数が向上していないこと、そして、メインローターのブレードには、ローター回転開始以前の状態からピッチ入力構成としており、ローター回転時の初動段階におけるブレードへの揚力抵抗があり浮上に繋がる揚力を効率よく捉えられていないことがある。

課題を解決する為の手段

請求項１の考案では、最適な運動エネルギーを得る為の操作環境をなす運転操作部間隔を備え機体軽量化を計る１３．６度の山型傾斜形状の機体下部側フレームと、においては、該機体を上昇させる為には、浮揚力を効率よく捉える為のタンデムローターの回転数を作り出す必要があり、これには、操作運転者が運転操作により最適な運動エネルギーを発生させる必要があり、これには、運転操作部の最適な運転操作環境が必要であり，然るに、前記最適な運動エネルギーを得る為の操作環境をなす運転操作部間隔、を構成し得るには、機体下部側のフレームを１３．６度の山型傾斜形状にする。該１３．６度山型傾斜形状にすることで機体全長の短縮化から機体総重量の大幅な軽減を具備する。

次に，浮揚力を捉えて上昇させるタンデムローターを備える該機体前後の下部側フレームに対して垂直形状の直縦型フレームと、においては、地表面に対するダウンウォッシュ効果と上昇中の浮揚力を効率よく捉える効果を併せ持つ機能から、該タンデムローターの設置構成角度を位置付けるものであり、前記下部側フレームに対して垂直形状とする。

又，該１３．６度の山型傾斜と該垂直を保持し且つ該機体強度増強を併せ持つワイヤー、においては、前記タンデムローターの回転により運動エネルギーの分散化が生じ、フレーム各部各所に機体の捻れや機体の歪みからの破損断裂があり、又，タンデムローター回転によるフレームのブレによる振動を主因とするローターの回転数不足を引き起こすことから、これを解決しうる為に、前記機体下部側フレームの設置位置角度の１３．６度傾斜と直縦型フレームの垂直を強固に保持すると共に、該機体フレームの損傷を回避するものとして該機体の強度増強をなすターンバックル付補強用ワイヤーにてこれをなす。

請求項２の考案は、当該機体中央重心位置にハンドルレバーと運転席サドルとクランクペダルからなる運転操作部と、該機体前後に浮揚力を得る機構の回転翼となる可変ピッチローター内蔵のタンデムローターを備え、前記運転操作部のクランクペダルから発生する運動エネルギーを、該クランクペダルと連通するダブルスプロケットを経由し、駆動チェーンへ伝達させ、該機体前後の９０度ギア減速機へ回転エネルギーを繋げ、継手付ダブルユニバーサルジョイントを組み込んだアルミ駆動シャフト軸を回転させ、タンデムローターが回転し浮揚力を得るという、人力駆動を単純最適化させた駆動伝達の組み合わせとした。

請求項３の考案は、前記タンデムローター回転運動からの遠心力を利用しブレードに作用させた機能であり、該タンデムローターの主軸であるＴ字型アルミ駆動シャフト軸に差込構成されるブレードの軸上表面には、貫通ステンレスバー差込み用の穴が形成され、該Ｔ字型のアルミ駆動シャフト軸上のＴ字型部表面には、該貫通ステンレスバー誘導用の切欠き溝が形成され、前記貫通ステンレスバー差込み用の穴と、前記貫通ステンレスバー誘導用の切欠き溝とが前記軸と軸の差込設置位置で一致することから貫通ステンレスバーにより閂状に一体化の連通構成となされている。

前記Ｔ字型アルミ駆動シャフト軸上Ｔ字型部表面に形成された前記貫通ステンレスバー誘導用の切欠き溝が、該シャフト軸上Ｔ字型部表面の正面視表側と、軸上Ｔ字型部表面の向こう正面視裏側とでなり、それぞれ逆勾配の角度を付けて形成されている表裏逆勾配型の溝であることから、前記閂状で一体化の連通構成となされている前記ブレードは、タンデムローター回転遠心力により、ピッチ０度角からピッチ６度角へ可変ピッチ入力状態で角度をつけながらブレード端方向へ移行し、自動遠心式可変ピッチローターとしてなるものである。

考案の効果

上記解決手段を備えることで、機体本体は高強度形状の元で最軽量を具備し、操作運転者に無理な操作要求をすることない最適な操作運転環境が生じ、この操作運転環境から効率的な運動エネルギーが発揮され駆動回転系部へは無駄な力作用が働くことなく最適な浮揚力を捉え上昇するものであり、また、機体を構成する各部品等は人力動力を利用していることから単純な部品構成であるため修理、交換の保守作業が容易である。

考案を実施する為の形態

前記機体形状におけるフレーム構成角度においては、前記運転操作部のクランクペダルと連通形成のダブルスプロケットの中心点を、該機体フレーム構成位置角度を設定する基準点と捉え、該機体側面視横方向に水平軸、及び該機体側面視縦方向に垂直軸とみなし、該機体下部側フレーム構成位置角度を、該機体側面視横方向水平軸より該機体側面視縦方向垂直軸に対して１３．６度傾斜設定に具現することで、機体垂直軸から前後に山型傾斜状の下部側フレームとなり、該フレームに対して９０度垂直のタンデムローターを備えるための前後直縦型フレームとでなる機体形状が、前記運転操作部における最適な運動エネルギーを発生させる為の運転操作部間隔と、浮揚力に対する該機体総重量の大幅な軽減を実現するものである。

なお、該機体下部側フレーム構成角度を１１度や１２度などに設定した場合、該機体前後タンデムローターのブレードが干渉することから駆動シャフト軸構成部の直縦型フレーム間隔を広大にせねばならず、付随する運転操作部間隔も広くなり、これにより該機体全長の長大化から、浮揚力に対する機体総重量の増加があり上昇しないものである。

又，該機体下部側フレーム構成角度を１４度や１５度などに設定した場合、該機体前後タンデムローターのブレードは干渉しあうことも無く該タンデムローター駆動シャフト軸構成部の直縦型フレーム間隔は短縮化が可能となり付随する運転操作部間隔も短縮化され機体の軽量化に繋がるものであるが、これは、該運転操作部の狭小化を引き起こし、操作運転者に無理な運転操作を要求することになり浮上に至る最適な運動エネルギーが発生しないことで浮揚力を捉えきれず上昇しないものである。

前記機体本体のタンデムローターの回転中に発生する運動エネルギーの分散から機体各所に捻れや歪が生じ、該機体のフレームの破断損傷を防止する為に、［図１］機体側面視図においては、機体左右対称ダブルエックス型形状であり、［図２］機体正面図においては、機体正面部及び機体後部面でハの字型形状でターンバックル付補強用ワイヤーを張る。

請求項２の３行目に記載の、前記機体前後の継手付ダブルユニバーサルジョイントを組み込んだＴ字型アルミ駆動シャフト軸からなるタンデムローターを駆動回転させる、においてのダブルユニバーサルジョイントは、前記アルミ駆動シャフト軸がローターの回転振動により極小楕円回転を帯びて回転してしまうことから、該シャフト軸の軸点を中心とした真心円回転となす機能として振動を逃がす性質を有し、そして、ユニバーサルジョイント同士の接合部が、コの字折れ曲がり型になすことで機体組み立てにおける該シャフト軸の設置を容易にもしている。

前記Ｔ字型アルミ駆動シャフトにおいては、向角調整用ストッパーリングにより、該Ｔ字型アルミ駆動シャフト軸からブレード軸の抜け落ち防止機能と、前記ブレードのピッチ角度調整機能とを備え、操作運転者が、自らの運動エネルギーで作用させたタンデムローターブレードの回転数の状況に応じて、該ブレードの角度を任意で調整することが可能である。

以下に，本考案の上昇に至るまでの形態を説明する。

本考案に係る実用型人力垂直離着陸機は、機体（３２）中央に自転車のように設置されているハンドルレバー（４）と運転席サドル（５）とクランクペダル（３３）からなる運転操作部（３４）を備え、操作運転者（３０）は、自転車に乗り込むように該運転席サドル（５）に座り込み該ハンドルレバー（４）のハンドルを握り自転車を走らせるように前記クランクペダル（３３）に自らの両足を置き備え自らの体力により該クランクペダル（３３）を踏み込み、回転させる。

該クランクペダル（３３）の回転と導通するダブルスプロケット（１）も同時に回転し、駆動ドライブチェーン（２３）に回転運動エネルギーを伝達させ、機体下部側フレーム（２１）に取付けられている９０度ギア減速機（２）を経由し、該９０度ギア減速機（２）を経て、該機体下部側フレーム（２１）に対して９０度直角に設置された継手付ダブルユニバーサルジョイント（３）を組み込んだＴ字型アルミ駆動シャフト（２０）軸を回転させて、タンデムローター（３５）のブレード（１０）が回る。

前記運転操作部（３４）にて、操作運転者（３０）は前記タンデムローター（３５）の回転速度が最大域に達した時点で該運転操作部（３４）の固定ロッド開放装置（６）を作動させる為の前記ハンドルレバー（４）を握る。

該ハンドルレバー（４）を握ると、該ハンドルレバー（４）に導通しているワイヤーインナーチューブ（３１）内のワイヤーが曳かれ固定ロッド開放装置（６）が支点を作用点としてフランジ固定ロッド（９）を開放するよう作用する。

前記フランジ固定ロッド（９）は梃の原理で作用し、誘導ワイヤー（３６）とで導通するベアリング付フランジターンテーブル（７）を開放する。

上記開放の直後に、前記タンデムローター（３５）の回転遠心力が、前記Ｔ字型アルミ駆動シャフト（２０）軸上Ｔ字型部表面の前記貫通ステンレスバー（１２）を誘導する為の表裏逆勾配型切欠き溝（１９）を誘導導線とし、該貫通ステンレスバー（１２）と一体構成の前記ブレード（１０）は、最大６度のピッチ入力状態で該ブレード（１０）の端方向に移行し、自動遠心式可変ピッチローター機能が開始される。

［図３］のように、一方は、ブレード（１０）の軸がＴ字型アルミ駆動シャフト（２０）軸に差込構成前の状態を表し、表裏逆勾配型切欠き溝（１９）と貫通ステンレスバー差込穴（２４）との設置位置が一致するように設計されている。対して該反部は、該ブレード（１０）の軸と該Ｔ字型アルミ駆動シャフト（２０）軸との差込構成後の状態を示し、該表裏逆勾配型切欠き溝（１９）と該貫通ステンレスバー差込穴（２４）に該貫通ステンレスバー（１２）が貫通され、該Ｔ字型アルミ駆動シャフト軸（２０）とブレード（１０）の軸が閂状態で固定保持され該貫通ステンレスバー（１２）にワイヤーフック（１４）が掛けられ誘導ワイヤー（３６）とワイヤー誘導滑車（１３）を経由しベアリング付フランジターンテーブル（７）と連通の状態であり、該ベアリング付フランジターンテーブル（７）がフランジ固定ロッド（９）により固定保持されており、前記表裏逆勾配型切欠き溝（１９）のＡ位置で前記ブレード（１０）が角度ゼロピッチで保持されるようになされている。なお、矢印は相対回転方向を示す。

［図４］のように、操作運転者（３０）がハンドルレバー（４）の固定ロッド開放装置（６）を開放する為の操作レバーを握ると、導通するワイヤーインナーチューブのワイヤーが曳かれ、［図７］の構成が示すように、交差支点（２８）を支持点に固定ロッド開放装置（６）が押し挟み込み、前記フランジ固定ロッド（９）が支持点（３７）を支点に梃の原理で押し開かれ、前記ベアリング付フランジターンテーブル（７）が開放される。

該ベアリング付フランジターンテーブル（７）が開放され、前記タンデムローター（３５）の回転遠心力でブレード（１０）が表裏逆勾配型切欠き溝（１９）を誘導導線とし角度をつけながら該ブレード（１０）端方向に移行し、該表裏逆勾配型切欠き溝（１９）のＢ位置の向角調整用ストッパーリング（１１）で止まり、該Ｂ位置で該ブレード（１０）が浮揚力を得る為の角度を保持しながら回転する状態となる。矢印は相対回転方向を示す。

上記の構成からなる自動遠心式可変ピッチローターの機能によりブレード（１０）が浮揚力を効率よく捉え機体（３２）が上昇する。

本考案の、機体側面視図を表す。 本考案の、機体正面視図を表す。 本考案の、可変ピッチローター（８）機構の正面拡大図を表す。 本考案の、ベアリング付フランジターンテーブル（７）がフランジ固定ロッド（９）から開放されブレード（１０）にピッチがついた状態を表す。 本考案の、運転操作部（３４）のクランクペダル（３３）からダブルスプロケット（１）とドライブチェーン（２３）を経由し、９０度ギア減速機（２）を経て、継手付ダブルユニバーサルジョイント（３）が組み込まれたＴ字型アルミ駆動シャフト（２０）に繋がる構成の拡大図である。 本考案の、ブレード（１０）上面より可変ピッチローター（８）を見た下視平面図を表す。 本考案の、固定ロッド開放装置（６）の周辺拡大平面図を表す。 本考案の、Ｔ字型アルミ駆動シャフト（２０）軸上Ｔ字型部表面の表裏逆勾配型切欠き溝（１９）の形状を表し、点線部は、該シャフト軸上表面向こう正面視裏側を表す。

１． ダブルスプロケット
２． ９０度ギア減速機
３． 継手付ダブルユニバーサルジョイント
４． ハンドルレバー
５． 運転席サドル
６． 固定ロッド開放装置
７． ベアリング付フランジターンテーブル 同類二箇所
８． 可変ピッチローター 同類２基
９． フランジ固定ロッド 同類４箇所
１０．ブレード 左右対称２基ずつ
１１．向角調整用ストッパーリング 同類４箇所
１２．貫通ステンレスバー 同類４箇所
１３．ワイヤー誘導用滑車 同類８箇所
１４．ワイヤーフック 同類８個
１５．上下移動式回転ロッド 同類４箇所
１６．回転ロッド用ガイド 同類４箇所
１７．固定ロッド用ガイドアングル 同類８箇所
１８．ロッド固定開放装置取付台 同類２箇所
１９．表裏逆勾配型切欠き溝 同類４箇所
２０．Ｔ字型アルミ駆動シャフト 同類２基
２１．アルミフレーム
２２．ターンバックル付補強用ワイヤー
２３．ドライブチェーン 同類２箇所
２４．貫通ステンレスバー差込用穴 同類４箇所
２５．ベアリング付フランジ 同類４箇所
２６．曲伸型板バネ 同類２箇所
２７．板バネ固定用ピポット 同類８箇所
２８．交差支点用取り付けボルト 同類２箇所
２９．緩み防止用固定ネジ 同類４箇所
３０．操作運転者
３１．ワイヤーインナーチューブ
３２．機体本体
３３．クランクペダル
３４．運転操作部
３５．タンデムローター
３６．誘導ワイヤー
３７．支持点
矢印は、相対回転方向を示す。
Ａは、表裏逆勾配型切欠き溝（１９）における貫通ステンレスバー（１２）のピッチ０度位置を示す。
Ｂは、表裏逆勾配型切欠き溝（１９）における貫通ステンレスバー（１２）のピッチ６度位置を示す。
イは、ブレード（１０）前面部を示す。
ロは、ブレード（１０）後面部を示す。
ハは、ブレード（１０）下面部を示す。
ニは、ブレード（１０）上面部を示す。

Claims (3)

1. 人力を動力としてタンデムローターを回転させ上昇する垂直離着陸機において、最適な運動エネルギーを得る為の操作環境をなす運転操作部間隔を備え機体軽量化を計る１３．６度の山型傾斜形状の機体下部側フレームと、浮揚力を捉えて上昇させるタンデムローターを備える該機体前後の該下部側フレームに対して垂直形状の直縦型フレームと、該１３．６度の山型傾斜と該垂直を保持し且つ該機体強度増強を併せ持つワイヤー、とでなる、高強度最軽量機体を実現するフレーム形状を特徴とする実用型人力垂直離着陸機。
2. 前記運転操作部をなすハンドルレバーと運転席サドルとクランクペダルを備え、ダブルスプロケットと駆動ドライブチェーンと９０度ギア減速機からなる駆動伝達構造を有し、前記機体前後の継手付ダブルユニバーサルジョイントを組み込んだＴ字型アルミ駆動シャフト軸からなるタンデムローターを駆動回転させる手段を備えることを特徴とする請求項１記載の実用型人力垂直離着陸機。
3. 前記機体前後の前記タンデムローターにおいて、該ローター主軸の前記Ｔ字型アルミ駆動シャフト軸のＴ字型部と、閂状で差込一体構成をなす貫通ステンレスバー連通のブレードが、前記Ｔ字型アルミ駆動シャフト軸上のＴ字型部表面に形成された最大６度の向い角度設定が可能な表裏逆勾配型切欠き溝を誘導導線とし、前記タンデムローターの回転遠心力により、前記ブレードがピッチ入力状態で該ブレード端方向へ移行する自動遠心式可変ピッチローター機構を備える事を特徴とする請求項２記載の実用型人力垂直離着陸機。

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