JP3154400U - 底部翼状飛行体 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造及び調整装置から構成される底部翼状飛行体を提供する。【解決手段】中心軸１を中心に水平に取り付けられた固定ピッチプロペラ、前記プロペラ上方に取り付けられた駆動部、前記プロペラ下方に取り付けられた制御部４、該制御部を中心に互いに十字形に交わる第１及び第２固定板１１，１２と第１及び第２保護板２１，２２、該第１及び第２固定板と第１及び第２保護板の一端を前記制御部に接続し、もう一端を円板に接続し、前記円板下部に縦方向に取り付けられた天板、及び前記制御部位にある制御装置によって制御されるそれぞれに前記第１及び第２保護板に取り付けられた第１及び第２調整翼３１，３２を含む底部翼状飛行体を実現する。本底部翼状飛行体は構造及び調整が簡単で、飛行体の固定ピッチプロペラの最適設計が可能であり、それによって可変ピッチ翼状飛行体に比べ、その寸法及び重量を低減することができ、駆動効率の向上が可能となった。【選択図】図２

Description

本考案は、無人回転翼航空機に属する底部翼状飛行体（ｂｏｔｔｏｍ ｂｌａｄｅ ｔｙｐｅ ｖｅｈｉｃｌｅ）に関するものである。

底部翼状飛行体の構造は、通常は飛行体中に中心軸を中心として動力で回転したローターやプロペラ、駆動部、制御部、固定板、調整翼などから構成される。従来の底部翼状飛行体の前進・後退方法及び安定化方法の中で、最初に底部翼状飛行体の前進・後退方法は通常は可変ピッチローター方式を採用し、飛行体の前進・後退を実現するために瞬間回転している個々のプロペラのらせん角度を繰り返し調整する方法及び／又は飛行体の前進・後退を実現するために飛行体底部に軸を横に挿通することで前進・後退用調整翼を取り付ける方法がある。

可変ピッチローター方式による前進・後退方法では、前進・後退を実現するために、個々のプロペラのらせん角度を調整しなければならず、しかもその調整方法は複雑であった。それによって、らせん角度の変化による多くの駆動ロスが発生する。これに対し、飛行体下部に軸を横に挿通することで前進・後退用調整翼を取り付ける方法では、調整翼廻りに渦流が発生し、飛行体が不安定になり、その調整及び制御装置の構造が複雑で、体積及び重量が調整装置の追加により大きくなることによる駆動効率の低下になる問題があった。

又、飛行体の安定化方法は、飛行体がバランスを失ったたびに個々の瞬間ローターのピッチを調整することで飛行体のバランスを保つ、主に可変ピッチローターを使用する方式である。しかし、可変ピッチローター方式では、構造及び調整装置が複雑で、らせん角度の変化による駆動効率の低下になる問題があった。

さらに、制御対象部位にある制御装置によって制御される固定板及び調整翼は飛行体の安定及び左右回転を調整する、普通のヘリコプターの尾部ローターと同様の働きをする装置であり、ローターの回転による半トルクが相殺され、プロペラの回転による下向き風力を利用して飛行体の左回転と右回転を調整するものである。

しかし、通常はプロペラ下部に多式の固定板を取り付け、固定板下部に多式の調整翼を取り付けることによるその調整及び制御装置の構造が複雑になり、体積及び重量が調整装置の追加により大きくなることによる駆動効率の低下になる問題があった。

したがって、本考案は上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、簡単な構造及び調整装置から構成される底部翼状飛行体を提供することにある。該底部翼状飛行体はプロペラのらせん角度及び形状の固定した固定ピッチプロペラを使用し、可変ピッチローター方式又は軸を挿通されない前進・後退用調整翼を使用せず、調整翼２個だけで飛行体の停止及び左回転・右回転及び前進・後退機能の実現が可能になったものである。

本考案に関連する底部翼状飛行体の特徴としては、中心軸を中心に水平に取り付けられた固定ピッチプロペラ、前記プロペラ上方に取り付けられた駆動部、前記プロペラ下方に取り付けられた制御部、円板下部に縦方向に取り付けられた天板、このうち、第１及び第２固定板と第１及び第２保護板は前記制御部を中心に、互いに十字形に交わるような方式で一端を前記制御部に接続し、もう一端を円板に接続し、及び前記制御部位にある制御装置によって制御される第１及び第２調整翼、前記第１及び第２調整翼はそれぞれ前記第１及び第２保護板に取り付けることにある。

前記のように、従来の底部翼状飛行体は、飛行体のバランス、安定化、前進・後退を実現するために可変ピッチローターでらせん角度を随時繰り返し制御し又は横に軸を挿通する長い調整翼を設置し、そして飛行体のバランス・安定のため可変ピッチローターを取り付けて調整し、飛行体の左右回転を相殺する目的で調整翼を取り付けて調整するという方式を主に採用したが、その構造及び調整装置が複雑で、それによる駆動効率の低下になる問題があった。

本考案は重量の分散で飛行体の重心がプロペラ中央部に合わせるようにすることによって固定ピッチプロペラの使用が可能となり、そして調整翼２個だけで飛行体の半トルク、方向転換、即停止、左回転、右回転及び前進・後退機能の実現が可能である。
したがって、本考案の飛行体は構造及び調整が簡単で、飛行体の固定ピッチプロペラの最適設計の実現が可能であり、可変ピッチ翼状飛行体に比べ、その寸法及び重量の低減が可能であり、それによって駆動効率の向上及び飛行体のホバリング時間の延長が図られる。

本考案の底部翼状飛行体の斜視図。 図１の一部断面の底部翼状飛行体斜視図。 図１の飛行体の重量状態を簡単に示す概念図。 図３の傾斜状態を簡単に示す概念図。 図１の円板及び天板を取り外した斜視図。 飛行体前進時に図５の翼状体を上から見た概念図。 飛行体後退時に図５の翼状体を上から見た概念図。 本考案の構成要素を示す断面図。

１ 中心軸
２ プロペラ
３ 駆動部
４ 制御部
５ 円板
７ 制御装置
８ 結線
１１ 第１固定板
１２ 第２固定板
２１ 第１保護板
２２ 第２保護板
３１ 第１調整翼
３２ 第２調整翼
５１ 第１天板
５２ 第２天板
５３ 第３天板
５４ 第４天板
６１ 駆動源
６２ 駆動装置
６３ 駆動歯車
６４ 外歯車

図１及び図２を参照して上述した目的を実現した本考案の全体構造について説明する。

本考案中、固定ピッチプロペラ２は中心軸１を中心に水平に取り付けられ、プロペラ２の上方に駆動部３、下方に制御部４が設置されている。また、第１及び第２固定板１１、１２と第１及び第２保護板２１、２２は互いに十字形に交わるような方式で奥へ縦方向に制御部に取り付けられ、外へ縦方向に円板５及び天板５１、５２、５３、５４に取り付けられ、制御部４の制御装置によって制御される第１及び第２調整翼３１、３２はそれぞれが各々の保護板２１、２２に取り付けられている。

図１に示すように、この構成中の円板５は、プロペラ２の回転による風力を下へと伝達し、固定板１１、１２、保護板２１、２２、天板５１、５２、５３、５４を取り付ける円状飛行体支持体である。

図８に示すように、中心軸１は円形パイプ形状をし、その内部は中空で、飛行体調整装置の駆動部３及び制御部４としての結線８を接続する通路に用いられ、外部は駆動装置によって反時計方向に回転するプロペラ２などを取り付ける軸である。

第１及び第２固定板１１、１２の下部は図２及び図６の第１固定板11と同様に、中心軸から外へ広がる梯子状に前へと曲がり、より多い風を効果的に受けることが可能である。

第１及び第２保護板２１、２２と第１及び第２調整翼３１、３２は、図２及び図５に示すように、第１及び第２保護板２１、２２の下部にそれぞれに第１及び第２調整翼３１、３２が取り付けられ、且つ該第１及び第２調整翼３１、３２の調整・移動が可能になるような長溝が設けられ、蝶番で長方形の調整翼３１、３２がそれぞれに第１及び第２保護板２１、２２に取り付けられている。第１及び第２調整翼３１、３２は第１及び第２保護板２１、２２に取り付けられ、調整装置で単独に調整することが可能である。

天板５１、５２、５３、５４は、飛行体の離陸時及び着陸時に第１及び第２固定板１１、１２と第１及び第２調整翼３１、３２と第１及び第２保護板２１、２２を保護し、プロペラ２の回転により下へと伝達する風を通して第１及び第２固定板１１、１２と第１及び第２調整翼３１、３２と第１及び第２保護板２１、２２によく伝達することが可能である。

また、第１及び第２固定板１１、１２と第１及び第２保護板２１、２２は、互いに十字形になってしっかり固定する方式で、制御部４と円板及び天板５１、５２、５３、５４に取り付けられているので、別の支持台なくても同時に飛行体支持台の働きをすることが可能である。

図２は、図１中の円板５の一部分、天板の一部分、第１保護板２１の一部分の断面斜視図であり、第１保護板２１及び第１調整翼３１、制御部４及び第１固定板１１の構造をもっと詳細に示す。

本考案は可変ピッチローターを使用しないで容易に飛行体のバランス・安定化を実現することが可能な方法であり、図１に示すように固定ピッチプロペラ２を中心に上部と下部に飛行体の重量が分散するように設置するという飛行体重量の分散を利用して飛行体のバランス・安定性を実現する原理を採用した。本考案の固定ピッチプロペラ２は回転体として、固定ピッチプロペラ２の回転期間中に常に水平バランスを保つ力を持っているが、本考案は基本的に水平バランスを保つこうした力を飛行体のバランス化・安定化の根本的な力として用いた。

又、この明細書には、固定ピッチプロペラ２の回転による水平バランスを保つ力を復元力と呼んでいる。

図３は本考案の飛行体を、固定ピッチプロペラ２を中心に上方と下方に飛行体の重量が分散するようにする概念図である。図４は図３の傾斜状態を示す図であり、飛行体の飛行時に飛行体がその重量のアンバランスや空気流の不規則などの外力が原因で固定ピッチプロペラの水平方向に復元力ｆの振れを発生させることを示す概念図である。

図３及び図４に示すように、飛行体の振れを発生させる力ｅ及び回転体である固定ピッチプロペラの回転時に水平バランスを保つ復元力ｆについては、復元力ｆが機能することで復元力ｆが振れの力ｅより大きくなった場合は、飛行体は水平バランス・安定化を実現したものとされている。

これと反対に、復元力ｆが振れの力ｅより低くなった場合は、飛行体の振れが続いて行く。また、振れの力ｅは飛行体の重量と相関し、飛行体の重量が重ければそれだけ、振れの力が大きい。したがって、復元力で水平バランス・安定化を実現することができるように飛行体の重量を軽減する場合は、飛行体はバランス・安定化を実現することが可能である。

しかし、飛行体には少なくとも駆動源、駆動部、制御装置などの装置を備え付けなければならないので、飛行体の重量を軽減することで復元力だけで飛行体のバランス・安定化を実現することは制限されている。

したがって、前記課題を解決するため、図３に示すように、飛行体の総重量が固定ピッチプロペラ２を中心に上方と下方に分散するように取り付けることで、小さい復元力で飛行体のバランス・安定化を実現することが可能である。ということは、上方と下方の重量の差のような大きな力を発生させることである。したがって、上方と下方の重量の差を低減することで、最大限に振れの力を低減するのである。

ここで重量の中心は中心軸１とプロペラ２の交差点にあり、図３のＣ．Ｇに示す。

したがって、飛行体の重心がプロペラ２の水平中心に合わせるように上方と下方に飛行体の重量が均等分散するように取り付ける場合は、小さい復元力で飛行体の安定化を実現することが可能である。したがって、駆動ロスが低減される。

前記のように、固定ピッチプロペラ２の上方と下方に飛行体の総重量が分散するようにすることにより、小さい復元力だけで飛行体の水平安定化を実現することが可能である。それによって、固定ピッチプロペラは飛行体の安定化に必要な構造及び調整装置が複雑な可変ピッチローターを代替することが可能になった。

又、従来の底部翼状飛行体の水平バランス化・安定化装置である可変ピッチローターではなく、固定ピッチローターを取り付けることで、最大限にローターピッチの変化による駆動ロスを低減し、その構造及び調整装置の簡単化を実現することが可能である。そして、簡単な固定ピッチプロペラを用いて可変ピッチプロペラを代替することで、飛行体の重量により設計された固定ピッチプロペラの最適設計、及び構造の簡単化を実現することが可能である。

図５は飛行体の停止、左回転、右回転、前進・後退などの動作原理について説明するために、図１に円板５及び天板５１、５２、５３、５４を取り外して第１及び第２調整翼３１、３２の位置及び取付形状を示し、第１及び第２固定板１１、１２と第１及び第２調整翼３１、３２の構造を提供する斜視図であり、第１及び第２固定板１１、１２と第１及び第２調整翼３１、３２が取り付けられた第１及び第２保護板２１、２２を十字形に制御部４に取り付ける形状を示す。

先ず、図５に基づいて、飛行体の停止及び左右回転について次のように説明する。駆動によって逆時計方向に回転するプロペラ２で飛行体が飛行する場合に、飛行体はプロペラの回転による半トルクで反時計方向に回転する。

この場合、プロペラ２の回転による半トルクが相殺され飛行体が左右回転しないようにする方法として、第１調整翼３１をｓ位置にし、第２調整翼３２をｙ位置にする場合、プロペラ２の回転による下向き風力が第１調整翼３１及び第２調整翼３２に作用することで、飛行体の半トルクが相殺され飛行体を左右回転させず、安定して停止状態になる。

同様の原理で、第１調整翼３１をｔ位置にし、第２調整翼３２をｚ位置にし、調整翼の角度を大きくする場合は、プロペラ２の回転による下向き風力が第１調整翼３１及び第２調整翼３２に作用することで、飛行体の半トルクよりもっと大きい力が発生する。したがって、飛行体は反時計方向に回転すると、左回転を完成する。

これと反対に、第１調整翼３１をｒ位置にし、第２調整翼３２をｘ位置にし、調整翼の角度を小さくする場合は、プロペラ２の回転による下向き風力が第１調整翼３１及び第２調整翼３２に作用することで、飛行体の半トルクよりもっと小さい力が発生する。したがって、飛行体は時計回りに回転すると、右回転を完成する。

図５、図６及び図７に基づいて、前進・後退の原理について次のように説明する。飛行体の前進・後退の調整は、第１調整翼３１及び第２調整翼３２を角度を変えて調整することでこれを実現することが可能である。例えば、飛行体を第１保護板２１の方向に前進させようとする場合は、第１調整翼３１をｔ位置にし、第２調整翼３２をｘ位置にし、第１調整翼３１及び第２調整翼３２の受ける総風力が第１調整翼３１にのみ作用するように調整翼の角度を調整しさえすれば、飛行体を前進させることが可能である。

飛行体の各調整翼３１、３２の状態を上から見た図６を参照して、第１調整翼３１は調整翼の角度が大きくなって第１調整翼３１部分の多くの空間を閉塞し、第２調整翼３２は角度が小さくなって空間が開けてある状態にあるという飛行体の前進原理について詳細に説明する。

したがって、第１調整翼３１は第２調整翼３２よりもっと多い半分トルクの排斥が発生するので、飛行体は第１調整翼３１の方向へ傾斜する力が発生する。また、第２調整翼３２部分のプロペラ２は風力による支障要素が少なく、その揚力は上へとはね上がる。第１調整翼３１部分は揚力が小さくて下へと沈下し傾斜する状態にある。したがって、飛行体は第１保護板２１の方向である図６の下向き矢印方向へ前進することが可能である。

又、同様の原理で、飛行体が第２保護板２２の方向へ後退するようにしようとする場合は、第１調整翼３１をｒ位置にし、第２調整翼３２をｚ位置にし、第１調整翼３１及び第２調整翼３２の受ける総風力が第２調整翼３２にのみ作用するように調整翼の角度を調整しさえすれば、飛行体の後退を実現することが可能である。

ということは、飛行体の調整翼の状態を上から見た図７を参照して、第２調整翼３２は調整翼の角度が大きくなって第２調整翼３２部分の多くの空間を閉塞し、第１調整翼３１は角度が小さくなって空間が開けてある状態にあるという飛行体の前進原理について説明する。

したがって、第２調整翼３２は第１調整翼３１よりもっと多い半分トルクの排斥が発生するので、飛行体は第２調整翼３２の方向へ傾斜する力が発生する。また、第１調整翼３１部分のプロペラ２は風力による支障要素が少なく、その揚力は上へとはね上がる。第２調整翼３２部分は揚力が小さくて下へと沈下し傾斜する状態にある。したがって、飛行体は第２保護板２２の方向である図７の上向き矢印方向へ後退することが可能である。

前記のように、飛行体の停止、前進・後退、左回転、右回転は、２つの調整翼である第１調整翼３１及び第２調整翼３２を単独に制御することでこれを実現することが可能であり、その構造を簡単に構成することもできる。

前記本考案の構成例及び図８を参照して、固定ピッチプロペラ２を中心に上方の駆動部３に駆動源６１を取り付け、貫通パイプ形状の中心軸１の結線８を通して下へと駆動を伝達し、下部に飛行体の後の部分である外歯車６４、駆動装置６２、駆動歯車６３、制御装置７、第１及び第２固定板１１、１２、第１及び第２調整翼３１、３２、第１及び第２保護板２１、２２、天板５１、５２、５３、５４などを取り付け、飛行体の総重量が固定ピッチプロペラ２を中心に上下に分散するように取り付ける。ここで、駆動部３及び制御部４は、重心がプロペラ２及び中心軸１に合わせるように、重量のバランス及び設計により位置を変えて取り付けられている。

本考案の動作原理は図８に示すように、駆動源へ接続する結線８を通して駆動を伝達する制御装置によって駆動装置を制御する。駆動装置に固定した軸の駆動歯車６３が回転する場合、駆動歯車６３に噛み合った外歯車６４も同時に回転することで、固定ピッチプロペラ２が回転し、飛行体が飛行するということである。

Claims (4)

1. 中心軸を中心に水平に取り付けられた固定ピッチプロペラ、前記プロペラ上方に取り付けられた駆動部、前記プロペラ下方に取り付けられた制御部を含み、前記制御部を中心に、互いに十字形に交わる第１及び第２固定板と第１及び第２保護板が、該第１及び第２固定板と第１及び第２保護板の一端を前記制御部に接続し、もう一端を円板に接続すること、円板下部に縦方向に取り付けられた天板、及び前記制御部位にある制御装置によって制御される第１及び第２調整翼、このうち、前記第１及び第２調整翼はそれぞれ前記第１及び第２保護板に取り付けることを特徴とする底部翼状飛行体。
2. 水平状態でのプロペラを中心に、前記プロペラ上方とプロペラ下方の重量が同じで、且つ重心が上記プロペラの水平線と中心軸の垂直線との交差点にあることを特徴とする請求項１記載の底部翼状飛行体。
3. 上記の固定ピッチプロペラと上記第１及び第２調整翼を利用して上記飛行体の半トルク、停止、前進・後退、左回転、右回転を実施することを特徴とする請求項１記載の底部翼状飛行体。
4. 前記第１及び第２固定板の下部が中心軸から外へと広がる梯子状で前へと曲がることを特徴とする請求項１記載の底部翼状飛行体。
   

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