JP3362018B2 - 飛行船 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、飛行船に関し、特
に高高度を飛行する飛行船に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来の飛行船１の構成を示す断
面図である。飛行船１は、機体７の外皮２内に浮揚ガス
としてヘリウムガスを収容している。また、機体７の前
後には、機体７の内圧および重量バランスを調整するた
め、空気を吸排、保持するバロネット（空気嚢）３,４
が設けられる。各バロネット３,４には吸排気用のブロ
ア５,６が取付けられる。

【０００３】地上に比べて上空では気圧が低くなるた
め、飛行船１が上昇すると浮揚ガスであるヘリウムガス
が膨張するので、外皮２中の内圧を一定に保持するため
に、バロネット３,４は、地上では外気を吸引して膨張
し、上空では空気を排出して収縮させる。また、飛行船
１の前後姿勢（ピッチ角）制御は前後のバロネット３，
４に保持する空気の量を調整することによって行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の飛行船の飛行高
度は高くともせいぜい３０００ｍ程度であり、地上と上
空とでは気圧差はそれほど大きくないので、地上で最大
にバロネット３，４を膨張させたときの容量は、外皮２
の容量の２０〜３０％程度である。

【０００５】しかしながら、飛行船を高度２０ｋｍ程度
まで上昇させるとすると、上空での気圧は地上での気圧
の１／２０程度となるため、図１０に示すように、地上
ではヘリウムの容積は機体の１／２０程度となり、バロ
ネット３，４が機体のほとんどを占める。

【０００６】容量の少ないヘリウムは図１１に示すよう
に、機体７の中央に集まり、浮力はこのヘリウムによる
余剰浮力によってもたらされる。これに対して下向き荷
重は機体７の長手方向全長にわたって下向きに発生す
る。このような浮力と荷重とのアンバランスによって機
体７に大きな曲げモーメントが生じるといった問題を有
する。

【０００７】またこのように浮力が中心のみに作用する
ことにより、機体７は姿勢が不安定となる。また外皮２
内でヘリウムガスは移動可能であるので、姿勢が不安定
になると図１２に示すように、ヘリウムガスがノーズ部
に移動したり、テール部に移動してしまう可能性があ
る。

【０００８】また、飛行船１が上昇した場合には、ヘリ
ウムガスが外皮膜２内で膨張し、これにともなってバロ
ネット３,４は収縮するが、バロネット３,４は１／２０
の容積まで収縮するため、図１３に示すように、機内で
かなり皺がよった状態になる。このため搭載空気が均一
な配置にならず、かつ配置状態が予測不能であるため、
図１４に示すように機体姿勢が安定しないといった問題
を有する。このように、従来の飛行船では飛行高度に制
限があり、飛行高度を拡大することは困難であった。

【０００９】本発明の目的は、従来の飛行船よりも飛行
高度を大きく拡大することができる飛行船を提供するこ
とである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、骨格構造が可
撓性を有する外皮によって覆われた擬似軟式構造の機体
１１を有する飛行船において、空気が充満する外皮中
に、浮揚ガスを収容するガス嚢が複数収容され、前記外
皮とガス嚢との間の空間の空気を排出、または外気を前
記空間に吸引して機内圧力を調整する内圧調整手段を有
し、機体１１の骨格構造２１は、機体下部で機軸方向に
延びて内胴を構成するキール構造２３を有し、複数の各
ガス嚢は、機体１１の機軸方向に沿って配置され、各ガ
ス嚢のうち、前後のガス嚢１２ａ，１２ｂの間の中間部
の各ガス嚢１２ｃは、吊下げ手段３０によってそれぞれ
キール構造２３に連結され、各吊下げ手段３０は、中間
部の各ガス嚢１２ｃの上面を周方向に半周覆うネット３
１と、中間部の各ガス嚢１２ｃの前面および後面を覆っ
て設けられ、ネット３１の前後両端部に連結されるカー
テン３２と、上方に放射状に広がり、カーテン３２に連
結される放射状ロープ３３と、放射状ロープ３３の中心
とキール構造２３とを結合する結合ロープ３４とを有す
ることを特徴とする飛行船である。

【００１１】本発明に従えば、機体の外皮中に、浮揚ガ
スを収容するガス嚢が収納され、飛行船は二重膜構造と
なっており、また外皮とガス嚢との間の空気層は内圧調
整手段によって調整される。したがって、地上付近では
外皮中でガス嚢は収縮しており、内圧調整手段で外気を
外皮内に吸引し、内外差圧を所定の圧力に保持してい
る。飛行船が上昇し、外気圧が低下すると、これに伴っ
てガス嚢が膨張する。このとき内圧調整手段で外皮とガ
ス嚢との間の空気を排出することによって、内外差圧を
所定圧に保つことができる。

【００１２】このように本発明では、浮揚ガスをガス嚢
に収容し、二重膜構造とするとともに、外皮内の空気を
吸排して機体内圧を調整することによって、従来の飛行
船のように内圧調整のためにバロネットを使用する必要
がなくなる。これによって、地上付近で機体の体積のほ
とんどを占めるようなバロネットを必要とせず、上空で
バロネットが収縮した際、バロネット内の空気が不均一
となって機体姿勢が安定しなくなるといった問題が防が
れる。また、二重膜構造とすることで、ガス嚢が損傷し
た場合であっても浮揚ガスは外皮内に溜まり、すぐに飛
行船が降下するといったことが防がれ、安全性が向上す
る。また、本発明の飛行船は、機体の骨格構造を外皮で
覆う擬似軟式の飛行船であり、複数のガス嚢は、骨格構
造のキール構造に機軸方向に沿って個別に結合される。
したがって、飛行船が地上付近にあり、各ガス嚢が収縮
している場合であっても、各ガス嚢は骨格構造に均一に
浮力を伝達することができ、機体の姿勢が不安定になる
ことが防がれる。また、機体中央に余剰浮力が集中する
ことがないので、機体に大きな曲げモーメントが作用す
るといったことが防がれ、また、複数のガス嚢に分割さ
れることにより、冗長性も増す。

【００１３】本発明に従えば、ガス嚢が機体の機軸方向
に複数設けられるので、機体には機軸方向全長にわたっ
て均一に浮力が作用する。これによって、機体の姿勢が
安定するとともに、前述した従来技術のように、機体中
央に余剰浮力が集中することがないので、機体に大きな
曲げモーメントが発生することが防がれる。また、複数
のガス嚢に分割されることにより、冗長性も増す。

【００１４】本発明に従えば、機体の内圧調整は、前述
した内圧調整手段によって調整するので、機体の前後に
配置されるバロネット（空気嚢）は、主に機体の姿勢制
御に用いられる。したがって、バロネットの容積を小さ
くすることができ、従来の飛行船のように上空でバロネ
ットに皺がよった状態で収縮するといったことが防がれ
る。

【００１５】

【００１６】また本発明は、骨格構造が可撓性を有する
外皮によって覆われた擬似軟式構造の機体１１を有する
飛行船において、空気が充満する外皮中に、浮揚ガスを
収容するガス嚢が複数収容され、前記外皮とガス嚢との
間の空間の空気を排出、または外気を前記空間に吸引し
て機内圧力を調整することによって、内外差圧が３０〜
７０ｍｍＡｑ程度に保たれるように制御する内圧調整手
段を有し、機体１１の骨格構造２１は、前胴を構成する
機首構造２２と、機体下部で機軸方向に延びて内胴を構
成し、前端部に機首構造２２が連結されるキール構造２
３と、後胴を構成し、キール構造２３の後端部に連結さ
れる船尾構造２４とで、構成され、複数の各ガス嚢は、
機体１１の機軸方向に沿って配置され、各ガス嚢のう
ち、最前部のガス嚢１２ａは、機首構造２２内に収容さ
れ、最後部のガス嚢１２ｂは、船尾構造２４内に収容さ
れ、最前部のガス嚢１２ａと、最後部のガス嚢１２ｂと
の間の中間部の各ガス嚢１２ｃは、吊下げ手段３０によ
ってそれぞれキール構造２３に連結され、各吊下げ手段
３０は、中間部の各ガス嚢１２ｃの上面を周方向に半周
覆うネット３１と、中間部の各ガス嚢１２ｃの前面およ
び後面を覆って設けられ、ネット３１の前後両端部に連
結されるカーテン３２と、上方に放射状に広がり、カー
テン３２に連結される放射状ロープ３３と、放射状ロー
プ３３の中心とキール構造２３とを結合する結合ロープ
３４とを有し、空気を吸排および保持する空気嚢が機体
１１の下部の前後にそれぞれ設けられ、これらの空気嚢
によって機体１１の前後の姿勢を調整することを特徴と
する飛行船である。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある飛行船１０の構成を示す断面図である。本実施形態
の飛行船１０は、たとえば通信電波の中継基地などとし
て利用される成層圏プラットフォーム飛行船システムに
用いられる飛行船である。そのため、高度約２０ｋｍま
で上昇し、そこで停留する。

【００１８】図１に示すように、飛行船１０は機体１１
内に複数のガス嚢１２を収納し、機体１１の下部にバロ
ネット（空気嚢）１３，１４および内圧調整手段１８が
備えられる。内圧調整手段１８は２機のブロア１５，１
６と自然排気口１７とを有し、機体１１の外皮２０とガ
ス嚢１２との間の空間の空気を吸排することによって機
体１１内の圧力を調整する。

【００１９】バロネット１３,１４は、機体１１の前後
に設けられる。また、バロネット１３,１４には、バロ
ネット１３,１４内の空気を吸排するブロア２５,２６が
設けられ、これらによってバロネット１３,１４に保持
する空気の量を調整することによって機体１１の前後の
姿勢（ピッチ角）を制御する。

【００２０】ガス嚢１２には空気の比重よりも軽いヘリ
ウムガスが収納される。また機体１１の後部には推進装
置１９が設けられる。

【００２１】図２は、飛行船１０の機体１１の構成を示
す分解斜視図である。飛行船１０の機体１１は、骨格構
造２１と、この骨格構造２１を覆う可撓性を有する外皮
２０とから構成され、疑似軟式構造である。骨格構造２
１は機首構造２２、キール構造２３および船尾構造２４
とで構成され、キール構造２３は機体下部で機軸方向に
延びて中胴を構成し、キール構造２３の前端部に前胴を
構成する機首構造２２が一体に連結され、キール構造２
３の後端部に後胴を構成する船尾構造２４が一体に連結
される。この骨格構造２１が各ガス嚢１２に支持され
る。

【００２２】ガス嚢１２は、機体１１の機軸方向に複
数、本実施形態では７個配置され、最前部のガス嚢１２
ａは略半球状であり、機首構造２２内に収容され、最後
部のガス嚢１２ｂは略円錐状であり、船尾構造２４内に
収容され、骨格構造２１の前後に直接浮力を伝達する。
中間部の５つのガス嚢１２ｃは樽状であり、それぞれ吊
下げ手段３０を介してキール構造２３に連結され、骨格
構造２１に間接的に浮力を伝達する。

【００２３】図３は吊下げ手段３０の構成を示す斜視図
である。吊下げ手段３０は、樽状のガス嚢１２ｃの上面
を覆うネット３１と、ネット３１とキール構造２３とを
連結する一対のカテナリー３５とから構成される。ネッ
ト３１は、ガス嚢１２の上面を周方向に半周覆い、ガス
嚢１２ｃの前面および後面を覆って設けられるカテナリ
ー３５を介してキール構造２３に連結される。カテナリ
ー３５は、ネット３１の前後両端部に連結される三日月
状のカテナリーカーテン３２と、上方に放射状に広が
り、カテナリーカーテン３２に連結されるカテナリーロ
ープ３３と、カテナリーロープ３３の中心とキール構造
２３とを結合するキール結合ロープ３４とから構成され
る。なお図４に各ガス嚢１２を吊下げ手段３０で吊下げ
た状態を示す。

【００２４】このように、複数のガス嚢１２がそれぞれ
機軸方向にほぼ均一に配置され、前後部のガス嚢１２
ａ，１２ｂは機首および船尾構造２２，２４に収容され
て骨格構造２１の前後に浮力を作用させ、中間部の各ガ
ス嚢１２ｃは、吊下げ手段３０を介してキール構造２３
の全長にわたってほぼ均一に浮力を作用させる。このよ
うにして、骨格構造２１には機軸方向にわたって均一に
各ガス嚢１２ａ〜１２ｃから浮力が作用する。

【００２５】このように骨格構造２１は各ガス嚢１２ａ
〜１２ｃに支持されるので、飛行船１０が地上付近にあ
り、ガス嚢１２が収縮している場合であっても各ガス嚢
１２ａ〜ｃはそれぞれ骨格構造２１に均一に浮力を伝達
することができる。したがって、図５に示すように、機
体に作用する余剰浮力は機体１１の機軸方向に均一に作
用するので、下向き荷重と余剰浮力とがバランスし、姿
勢が不安定となることが防がれ、また、従来の飛行船の
ように機体に曲げモーメントが作用することが防がれ
る。

【００２６】図６は外皮２０の断面図であり、図７はガ
ス嚢１２の断面図である。外皮２０は、繊維基布層４０
の下面にウレタンゴム系の接着層４１を介してアルミニ
ウム４３が蒸着され、また繊維基布層４０の上面に同様
にウレタンゴム系の接着層４２を介してアルミニウム４
５が蒸着され、最上層が透明フィルム４６と成る。この
ような構成によって外皮２０は空気を漏らすことなく、
軽量にかつ強固に形成することができる。

【００２７】図７に示すようにガス嚢１２は、ポリエチ
レンから成る保護層５０の上にガスバリア層５１が接着
され、さらにその上にアルミニウム５２が蒸着され、最
上層がポリエチレンから成る保護層５３となる。このよ
うにガス嚢１２が形成されることによって、ヘリウムガ
スを漏らすことなく軽量にかつ強固に形成することがで
きる。

【００２８】また、ガス嚢１２は、外皮２０内に収容さ
れるので、ガス嚢１２が損傷し、ヘリウムガスが漏れた
としても、漏れたヘリウムガスは外皮２０内に溜まる。
外皮２０内の空気を排出する内圧調整手段１８は機体１
１の下部に設けられるので、漏れ出したヘリウムガスは
外皮２０内で上部に溜まり、漏れ出したガスがすぐに機
外に排出されるといったことが防がれ、安全性が向上す
る。また、このようなガス嚢１２は複数設けられ、冗長
性が増す。

【００２９】図８は、飛行船１０の上昇および降下方法
を説明する図である。飛行船１０が地上にある場合に
は、各ガス嚢１２はそれぞれ収縮しており、外皮２０と
ガス嚢１２との間の空間には内圧調整手段１８のブロア
１５,１６によって空気が充填されている。この状態
で、内圧調整手段１８の自然排気口１７を開けるととも
に、ブロア１５，１６によって外皮２０内の空気を排出
して機内質量を減らすことによって余剰浮力が発生し、
飛行船１０は上昇し始める。

【００３０】内圧調整手段１８によって内外差圧を３０
〜７０ｍｍＡｑ程度に保持されているので、飛行船１０
が上昇するとガス嚢１２が膨張する。

【００３１】予め定める高度である高度２０ｋｍ付近に
達したところで内圧調整手段１８のブロア１５，１６に
よって内圧を高め、またバロネット１３，１４に空気を
取込むことにより余剰浮力を相殺して停留する。また停
留時は内圧調整手段１８によって内外差圧を３０〜７０
ｍｍＡｑ程度に制御する。

【００３２】飛行船１０を降下させる場合には、内圧調
整手段１８のブロア１５，１６により外気を取込んで外
皮２０内の圧力をガス嚢１２内圧より少し大きくし、ガ
ス嚢１２を縮めて余剰浮力を減らす。また、内部に空気
を取込むことにより機内質量が増加する。これらの作用
により飛行船１０は降下し始める。なおこのとき、内圧
を外皮２０の膜強度内に抑えるために、余剰ヘリウムガ
スを放出する場合もある。

【００３３】降下中は飛行船１０のピッチ角（迎角）が
マイナス数度程度となるようにする。この制御はバロネ
ット１３，１４によって行う。バロネット１３，１４は
機体１１の前後に設けられ、機体１１の前部を下げる場
合には、ブロア２５によって前方のバロネット１３に空
気を取りこみ、ブロア２６によって後方のバロネット１
４から空気を排出する。これによって、機体１１の前方
を重くして前部を下げることができる。逆に、前部を持
ち上げる場合には、前方のバロネット１３から空気を排
出し、後方のバロネット１４に空気を取りこむ。このよ
うに、本発明のバロネット１３，１４は主に機体１１の
姿勢制御に用いられ、従来のバロネットのように機体の
内圧制御にはほとんど寄与しないので、バロネット１
３,１４の容量を大きくする必要がなく、これによって
上空でバロネット１３,１４に皺がよった状態で収縮す
るといったことが防がれる。また、降下中は内圧調整手
段１８によって内外差圧を７０ｍｍＡｑ程度に保持す
る。

【００３４】地上付近まで降下すると、内圧調整手段１
８で内外差圧を３０ｍｍＡｑ程度にし、浮力を回復させ
て降下速度を低下させる。

【００３５】また、内圧調整手段１８のブロア１５，１
６、バロネット１３，１４に設けられるブロア２５，２
６および推進装置１９の駆動電力は外皮２０の上面に貼
付けられる太陽電池および機体１１に搭載される燃料電
池から得られる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、機体外皮
中にガス嚢を収容し、二重膜構造とするとともに、外皮
内の空気を吸排して機体内圧を調整することによって、
従来の飛行船のように内圧調整のためにバロネットを使
用する必要がなくなる。これによって、地上付近で機体
の体積のほとんどを占めるようなバロネットを必要とせ
ず、上空でバロネットが収縮した際、バロネット内の空
気が不均一となって機体姿勢が安定しなくなるといった
問題が防がれる。また、二重膜構造とすることで、ガス
嚢が損傷した場合であっても浮揚ガスは外皮内に溜ま
り、すぐに飛行船が降下するといったことが防がれ、安
全性が向上する。また、複数のガス嚢は、キール構造に
機軸方向に沿って個別に連結されるので、機体には機軸
方向全長にわたって均一に浮力が作用する。これによっ
て、機体の姿勢が安定するとともに、前述した従来技術
のように、機体中央に余剰浮力が集中することがないの
で、機体に大きな曲げモーメントが発生することが防が
れる。また、複数のガス嚢を有することにより、冗長性
も増す。

【００３７】また、本発明によれば、機体の内圧調整
は、前述した内圧調整手段によって調整するので、機体
の前後に配置されるバロネット（空気嚢）は、主に機体
の姿勢制御に用いられる。したがって、バロネットの容
積を小さくすることができ、従来の飛行船のように上空
でバロネットに皺がよった状態で収縮するといったこと
が防がれる。

【００３８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である飛行船１０の構成
を示す断面図である。

【図２】飛行船１０の機体１１の構成を示す分解斜視図
である。

【図３】吊下げ手段３０を示す斜視図である。

【図４】各ガス嚢１２ａ〜１２ｃの配置状態を示す側面
図である。

【図５】飛行船１０の浮力分布を示す図である。

【図６】外皮２０の断面図である。

【図７】ガス嚢１２の断面図である。

【図８】飛行船１１の上昇、停留、降下時の浮力制御方
法を説明する図である。

【図９】従来の飛行船１の構成を示す断面図である。

【図１０】地上付近にあるときの飛行船１を示す断面図
である。

【図１１】地上付近での飛行船１の浮力分布を示す図で
ある。

【図１２】ノーズ部が上昇したときの飛行船１内を示す
断面図である。

【図１３】高度２０ｋｍまで上昇したときのバロネット
３，４の状態を示す飛行船１の断面図である。

【図１４】高度２０ｋｍまで上昇したときの状態を示す
飛行船１の断面図である。

【符号の説明】

１０ 飛行船 １１ 機体 １２ ガス嚢 １３，１４ バロネット １５，１６,２５,２６ ブロア １７ 自然排気口 １８ 内圧調整手段 ２０ 外皮 ２１ 骨格構造 ３０ 吊下げ手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 弘一 東京都東久留米市大門町２丁目２番17、 205号 (72)発明者 松崎 義郎 岐阜県各務原市川崎町１番地 川崎重工 業株式会社 岐阜工場内 (72)発明者 吉田 俊之 岐阜県各務原市川崎町１番地 川崎重工 業株式会社 岐阜工場内 (72)発明者 大垣 正信 岐阜県各務原市川崎町１番地 川崎重工 業株式会社 岐阜工場内 (72)発明者 佐々木 嘉隆 岐阜県各務原市川崎町１番地 川崎重工 業株式会社 岐阜工場内 (72)発明者 前畑 貴芳 岐阜県各務原市川崎町１番地 川崎重工 業株式会社 岐阜工場内 (56)参考文献 特開 平６−199290（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−278393（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−185894（ＪＰ，Ａ) 米国特許3972492（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B64B 1/60 B64B 1/70

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 骨格構造が可撓性を有する外皮によって
   覆われた擬似軟式構造の機体１１を有する飛行船におい
   て、 空気が充満する外皮中に、浮揚ガスを収容するガス嚢が
   複数収容され、 前記外皮とガス嚢との間の空間の空気を排出、または外
   気を前記空間に吸引して機内圧力を調整する内圧調整手
   段を有し、 機体１１の骨格構造２１は、機体下部で機軸方向に延び
   て内胴を構成するキール構造２３を有し、 複数の各ガス嚢は、機体１１の機軸方向に沿って配置さ
   れ、 各ガス嚢のうち、前後のガス嚢１２ａ，１２ｂの間の中
   間部の各ガス嚢１２ｃは、吊下げ手段３０によってそれ
   ぞれキール構造２３に連結され、 各吊下げ手段３０は、 中間部の各ガス嚢１２ｃの上面を周方向に半周覆うネッ
   ト３１と、 中間部の各ガス嚢１２ｃの前面および後面を覆って設け
   られ、ネット３１の前後両端部に連結されるカーテン３
   ２と、 上方に放射状に広がり、カーテン３２に連結される放射
   状ロープ３３と、 放射状ロープ３３の中心とキール構造２３とを結合する
   結合ロープ３４とを有することを特徴とする飛行船。
2. 【請求項２】 骨格構造が可撓性を有する外皮によって
   覆われた擬似軟式構造の機体１１を有する飛行船におい
   て、 空気が充満する外皮中に、浮揚ガスを収容するガス嚢が
   複数収容され、 前記外皮とガス嚢との間の空間の空気を排出、または外
   気を前記空間に吸引して機内圧力を調整することによっ
   て、内外差圧が３０〜７０ｍｍＡｑ程度に保たれるよう
   に制御する内圧調整手段を有し、 機体１１の骨格構造２１は、 前胴を構成する機首構造２２と、 機体下部で機軸方向に延びて内胴を構成し、前端部に機
   首構造２２が連結されるキール構造２３と、 後胴を構成し、キール構造２３の後端部に連結される船
   尾構造２４とで、構成され、 複数の各ガス嚢は、機体１１の機軸方向に沿って配置さ
   れ、 各ガス嚢のうち、最前部のガス嚢１２ａは、機首構造２
   ２内に収容され、 最後部のガス嚢１２ｂは、船尾構造２４内に収容され、 最前部のガス嚢１２ａと、最後部のガス嚢１２ｂとの間
   の中間部の各ガス嚢１２ｃは、吊下げ手段３０によって
   それぞれキール構造２３に連結され、 各吊下げ手段３０は、 中間部の各ガス嚢１２ｃの上面を周方向に半周覆うネッ
   ト３１と、 中間部の各ガス嚢１２ｃの前面および後面を覆って設け
   られ、ネット３１の前後両端部に連結されるカーテン３
   ２と、 上方に放射状に広がり、カーテン３２に連結される放射
   状ロープ３３と、 放射状ロープ３３の中心とキール構造２３とを結合する
   結合ロープ３４とを有し、 空気を吸排および保持する空気嚢が機体１１の下部の前
   後にそれぞれ設けられ、これらの空気嚢によって機体１
   １の前後の姿勢を調整することを特徴とする飛行船。