JP3522711B2 - 飛行船 - Google Patents
飛行船Info
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- JP3522711B2 JP3522711B2 JP2001140860A JP2001140860A JP3522711B2 JP 3522711 B2 JP3522711 B2 JP 3522711B2 JP 2001140860 A JP2001140860 A JP 2001140860A JP 2001140860 A JP2001140860 A JP 2001140860A JP 3522711 B2 JP3522711 B2 JP 3522711B2
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- airship
- airframe
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C13/00—Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
- B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
- B64B1/58—Arrangements or construction of gas-bags; Filling arrangements
- B64B1/62—Controlling gas pressure, heating, cooling, or discharging gas
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
- B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
- B64B1/02—Non-rigid airships
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
- B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
- B64B1/58—Arrangements or construction of gas-bags; Filling arrangements
- B64B1/60—Gas-bags surrounded by separate containers of inert gas
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Toys (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高々度を飛行する
水平安定性が向上された飛行船の構造に関する。
水平安定性が向上された飛行船の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は、従来の技術の飛行船１を示す側
面図であり、図５（１）は飛行船１が低高度を飛行また
は停留している状態を示し、図５（２）は飛行船１が高
々度を飛行または停留している状態を示す。この飛行船
１は、機体２と、機体２内の船首３寄りの底部に設けら
れる船首側バロネット５と、船尾４寄りの底部に設けら
れる船尾側バロネット６とを有する。機体２内には、各
バロネット５，６を除く残余の空間９の大部分を占める
浮揚ガス嚢が設けられる。この浮揚ガス嚢には、Ｈｅガ
スなどの浮揚ガスが充填される。
面図であり、図５（１）は飛行船１が低高度を飛行また
は停留している状態を示し、図５（２）は飛行船１が高
々度を飛行または停留している状態を示す。この飛行船
１は、機体２と、機体２内の船首３寄りの底部に設けら
れる船首側バロネット５と、船尾４寄りの底部に設けら
れる船尾側バロネット６とを有する。機体２内には、各
バロネット５，６を除く残余の空間９の大部分を占める
浮揚ガス嚢が設けられる。この浮揚ガス嚢には、Ｈｅガ
スなどの浮揚ガスが充填される。
【０００３】各バロネット５，６には、吸気および排気
用のブロア７，８が設けられる。これらのブロア７，８
は、各バロネット５，６内に空気を取り込み、かつ各バ
ロネット５，６内の空気を排出して、船首３および船尾
４の質量バランスを選択的に変化させて、飛行船１の上
下方向の傾き、すなわち飛行船１のピッチ角を制御する
ことができるように構成される。
用のブロア７，８が設けられる。これらのブロア７，８
は、各バロネット５，６内に空気を取り込み、かつ各バ
ロネット５，６内の空気を排出して、船首３および船尾
４の質量バランスを選択的に変化させて、飛行船１の上
下方向の傾き、すなわち飛行船１のピッチ角を制御する
ことができるように構成される。
【０００４】他の従来の技術は、特開平２−１８５８９
４号公報に開示されている。この従来の技術では、浮揚
ガスが充填された機体に推進機と姿勢制御機構とが備え
られる飛行船において、運動性能の改善を図り、運行コ
ストを軽減し、耐候性を向上するために、機軸を含む仮
想一水平面および仮想一鉛直面で、静力学的および動力
学的にほぼ対称な機体内に、浮揚ガスを充填した浮揚ガ
ス嚢を設けるとともに、機体の上下および前後に各一対
のバロネット（空気房ともいう）を設け、低速時または
停止時において、尾翼に設けられる制御翼によるピッチ
角、ヨー角およびロール角の制御が十分でない場合、推
進機から切換弁を介して機体内の複数のバロネットに必
要な空気を供給し、または排出して、各バロネット間の
空気量を調整し、機体の重心を移動させて、姿勢を安定
させることができるように構成されている。
４号公報に開示されている。この従来の技術では、浮揚
ガスが充填された機体に推進機と姿勢制御機構とが備え
られる飛行船において、運動性能の改善を図り、運行コ
ストを軽減し、耐候性を向上するために、機軸を含む仮
想一水平面および仮想一鉛直面で、静力学的および動力
学的にほぼ対称な機体内に、浮揚ガスを充填した浮揚ガ
ス嚢を設けるとともに、機体の上下および前後に各一対
のバロネット（空気房ともいう）を設け、低速時または
停止時において、尾翼に設けられる制御翼によるピッチ
角、ヨー角およびロール角の制御が十分でない場合、推
進機から切換弁を介して機体内の複数のバロネットに必
要な空気を供給し、または排出して、各バロネット間の
空気量を調整し、機体の重心を移動させて、姿勢を安定
させることができるように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の図５および特開
昭２−１８５８９４号公報に示される各従来の技術で
は、機体の船首寄りおよび船尾寄りにそれぞれ設けられ
るバロネットに、空気を取り込み、または排出すること
によって、飛行船の前後の質量バランスを変化させて重
心位置を機軸方向に移動し、これによってピッチ角の姿
勢を制御することができるが、前記バロネットは、機体
全体に対して占有体積が小さいため、前記バロネットに
よる重心位置の移動が遅く、迅速にピッチ角を制御する
ことができず、姿勢制御の応答性が悪いという問題があ
る。
昭２−１８５８９４号公報に示される各従来の技術で
は、機体の船首寄りおよび船尾寄りにそれぞれ設けられ
るバロネットに、空気を取り込み、または排出すること
によって、飛行船の前後の質量バランスを変化させて重
心位置を機軸方向に移動し、これによってピッチ角の姿
勢を制御することができるが、前記バロネットは、機体
全体に対して占有体積が小さいため、前記バロネットに
よる重心位置の移動が遅く、迅速にピッチ角を制御する
ことができず、姿勢制御の応答性が悪いという問題があ
る。
【０００６】また、上記の各従来の技術の飛行船は、バ
ロネットが機体の底部側に設けられているので、浮揚ガ
スは機体の上部領域に大半が存在している。したがって
太陽熱によって機体上部が加熱されると、その機体上部
内に存在する浮揚ガスの一部が暖められ、浮揚ガスに比
重の相違が生じて、機体内で浮揚ガスが移動する。この
浮揚ガスの移動によって、前後のバロネットが変形し、
これによって水平安定状態にあった飛行船の質量バラン
スが崩れ、機体に搖動が生じてしまう。
ロネットが機体の底部側に設けられているので、浮揚ガ
スは機体の上部領域に大半が存在している。したがって
太陽熱によって機体上部が加熱されると、その機体上部
内に存在する浮揚ガスの一部が暖められ、浮揚ガスに比
重の相違が生じて、機体内で浮揚ガスが移動する。この
浮揚ガスの移動によって、前後のバロネットが変形し、
これによって水平安定状態にあった飛行船の質量バラン
スが崩れ、機体に搖動が生じてしまう。
【０００７】このような太陽光による浮揚ガスの加熱と
いう外乱に起因する機体の搖動が、さらに機体内部の浮
揚ガスおよび空気の搖動を誘発し、不所望に大きな重心
の移動が生じ、この重心の移動によって、水平安定状態
にあった飛行船の姿勢が変化してしまう。このように各
従来の技術では、飛行船の姿勢安定性が低いという問題
がある。
いう外乱に起因する機体の搖動が、さらに機体内部の浮
揚ガスおよび空気の搖動を誘発し、不所望に大きな重心
の移動が生じ、この重心の移動によって、水平安定状態
にあった飛行船の姿勢が変化してしまう。このように各
従来の技術では、飛行船の姿勢安定性が低いという問題
がある。
【０００８】本発明の目的は、姿勢制御の応答性および
姿勢安定性を向上することができる飛行船を提供するこ
とである。
姿勢安定性を向上することができる飛行船を提供するこ
とである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、機体内に、この機体内の空間を機軸方向に複数の空
間部分に分割する複数の隔壁が設けられ、各空間部分
は、浮揚ガスおよび空気の通過を遮断する可撓性の隔膜
によって、浮揚ガスを収容する上層の浮揚ガス収容領域
と、空気を収容する下層の空気収容領域とに仕切られ、
各隔壁は、各浮揚ガス収容領域に臨む上層領域に、浮揚
ガスの通過を許容する通気孔が設けられ、各空気収容領
域に臨む下層領域は、浮揚ガスおよび空気の通過を遮断
する気密性シートから成り、前記機体には、外部から空
気を吸引して各空気収容領域に給気し、かつ各空気収容
領域内の空気を外部へ排出する吸排気手段が設けられる
ことを特徴とする飛行船である。
は、機体内に、この機体内の空間を機軸方向に複数の空
間部分に分割する複数の隔壁が設けられ、各空間部分
は、浮揚ガスおよび空気の通過を遮断する可撓性の隔膜
によって、浮揚ガスを収容する上層の浮揚ガス収容領域
と、空気を収容する下層の空気収容領域とに仕切られ、
各隔壁は、各浮揚ガス収容領域に臨む上層領域に、浮揚
ガスの通過を許容する通気孔が設けられ、各空気収容領
域に臨む下層領域は、浮揚ガスおよび空気の通過を遮断
する気密性シートから成り、前記機体には、外部から空
気を吸引して各空気収容領域に給気し、かつ各空気収容
領域内の空気を外部へ排出する吸排気手段が設けられる
ことを特徴とする飛行船である。
【００１０】本発明に従えば、機体内の空間を複数の隔
壁によって機軸方向に複数の空間部分に分割し、各空間
部分を、隔膜によって、浮揚ガスを収容する上層の浮揚
ガス収容領域と、空気を収容する下層の空気収容領域と
に仕切り、さらに各隔壁は、各上層領域間の浮揚ガスの
通過を許容するために、通気孔を有する。前記機体に
は、外部から空気を吸引して各空気収容領域に給気し、
かつ各空気収容領域内に収容される空気を外部へ排出す
る給排気手段が設けられる。
壁によって機軸方向に複数の空間部分に分割し、各空間
部分を、隔膜によって、浮揚ガスを収容する上層の浮揚
ガス収容領域と、空気を収容する下層の空気収容領域と
に仕切り、さらに各隔壁は、各上層領域間の浮揚ガスの
通過を許容するために、通気孔を有する。前記機体に
は、外部から空気を吸引して各空気収容領域に給気し、
かつ各空気収容領域内に収容される空気を外部へ排出す
る給排気手段が設けられる。
【００１１】このように機体内の空間を機軸方向に複数
の空間部分に分割して、各空間部分の下層を空気収容領
域とし、上層を浮揚ガス収容領域とすることによって、
たとえば運行高度が成層圏などの高々度に設定され、太
陽光の直射を受けやすい環境下に定点停留して、太陽熱
による機体上部が加熱されて浮揚ガスの一部が加熱され
ても、浮揚ガスは、各隔壁の通気孔を通過して、各空間
部分毎に設けられる浮揚ガス収容領域間を自由に移動す
ることを許容し、各空間部分毎に機軸方向に仕切られた
空気収容領域への空気量を制御して、迅速に大きく質量
バランスを変化させ、飛行船を姿勢制御することができ
る。
の空間部分に分割して、各空間部分の下層を空気収容領
域とし、上層を浮揚ガス収容領域とすることによって、
たとえば運行高度が成層圏などの高々度に設定され、太
陽光の直射を受けやすい環境下に定点停留して、太陽熱
による機体上部が加熱されて浮揚ガスの一部が加熱され
ても、浮揚ガスは、各隔壁の通気孔を通過して、各空間
部分毎に設けられる浮揚ガス収容領域間を自由に移動す
ることを許容し、各空間部分毎に機軸方向に仕切られた
空気収容領域への空気量を制御して、迅速に大きく質量
バランスを変化させ、飛行船を姿勢制御することができ
る。
【００１２】請求項２記載の本発明は、前記複数の空間
部分は、機軸を含む仮想一鉛直面上において機軸が水平
面に対して成す機体傾斜角が大きくなるにつれて、機体
を水平に復元する復元モーメントが増加し、かつ前記機
体傾斜角がほぼ零になったとき、前記復元モーメントが
ほぼ零になる分割数に分割されることを特徴とする。
部分は、機軸を含む仮想一鉛直面上において機軸が水平
面に対して成す機体傾斜角が大きくなるにつれて、機体
を水平に復元する復元モーメントが増加し、かつ前記機
体傾斜角がほぼ零になったとき、前記復元モーメントが
ほぼ零になる分割数に分割されることを特徴とする。
【００１３】本発明に従えば、機体内の空間を複数の空
間部分に分割するにあたって、その分割数は、機体傾斜
角が大きくなると、それに伴って復元モーメントも大き
くなり、機体傾斜角がほぼ零になると、前記復元モーメ
ントもほぼ零になるように選ばれるので、機体がどのよ
うな角度に傾斜しても、確実かつ迅速に水平またはほぼ
水平な姿勢に復帰させることができる。
間部分に分割するにあたって、その分割数は、機体傾斜
角が大きくなると、それに伴って復元モーメントも大き
くなり、機体傾斜角がほぼ零になると、前記復元モーメ
ントもほぼ零になるように選ばれるので、機体がどのよ
うな角度に傾斜しても、確実かつ迅速に水平またはほぼ
水平な姿勢に復帰させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
飛行船２０を簡略化して示す断面図である。本実施の形
態の飛行船２０は、機体２１内に、この機体２１内の空
間Ｓを機軸２２方向に複数の空間部分ΔＳ１，ΔＳ２，
ΔＳ３，ΔＳ４，ΔＳ５に分割する複数の隔壁２３ａ，
２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが設けられる。各空間部分ΔＳ
１〜ΔＳ５は、浮揚ガスおよび空気の通過を遮断する可
撓性の隔膜２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅに
よって、浮揚ガスを収容する上層の浮揚ガス収容領域２
５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅと、空気を収容
する下層の空気収容領域２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６
ｄ，２６ｅとに仕切られる。前記浮揚ガスは、たとえば
Ｈｅガスが用いられる。
飛行船２０を簡略化して示す断面図である。本実施の形
態の飛行船２０は、機体２１内に、この機体２１内の空
間Ｓを機軸２２方向に複数の空間部分ΔＳ１，ΔＳ２，
ΔＳ３，ΔＳ４，ΔＳ５に分割する複数の隔壁２３ａ，
２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが設けられる。各空間部分ΔＳ
１〜ΔＳ５は、浮揚ガスおよび空気の通過を遮断する可
撓性の隔膜２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅに
よって、浮揚ガスを収容する上層の浮揚ガス収容領域２
５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅと、空気を収容
する下層の空気収容領域２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６
ｄ，２６ｅとに仕切られる。前記浮揚ガスは、たとえば
Ｈｅガスが用いられる。
【００１５】上記の各隔壁２３ａ〜２３ｄは、各隔膜２
４ａ〜２４ｅの結合点２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ
よりも上方で各浮揚ガス収容領域２５ａ〜２５ｅに臨
み、浮揚ガスの通過を許容する複数の通気孔が形成され
る網状シートから成る上層領域Ａ１a，Ａ１ｂ，Ａ１
ｃ，Ａ１ｄと、各結合点２７ａ〜２７ｄよりも下方で各
空気収容領域２６ａ〜２６ｅに臨み、浮揚ガスおよび空
気の通過を遮断する、たとえば高分子膜製の気密性シー
トから成る下層領域Ａ２ａ，Ａ２ｂ，Ａ２ｃ，Ａ２ｄと
を有する。
４ａ〜２４ｅの結合点２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ
よりも上方で各浮揚ガス収容領域２５ａ〜２５ｅに臨
み、浮揚ガスの通過を許容する複数の通気孔が形成され
る網状シートから成る上層領域Ａ１a，Ａ１ｂ，Ａ１
ｃ，Ａ１ｄと、各結合点２７ａ〜２７ｄよりも下方で各
空気収容領域２６ａ〜２６ｅに臨み、浮揚ガスおよび空
気の通過を遮断する、たとえば高分子膜製の気密性シー
トから成る下層領域Ａ２ａ，Ａ２ｂ，Ａ２ｃ，Ａ２ｄと
を有する。
【００１６】前記機体２１には、外部から空気を吸引し
て各空気収容領域２６ａ〜２６ｅに給気し、かつ各空気
収容領域２６ａ〜２６ｅ内の空気を外部へ排出する吸排
気手段であるブロア２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，
２８ｅ，２８ｆが設けられる。
て各空気収容領域２６ａ〜２６ｅに給気し、かつ各空気
収容領域２６ａ〜２６ｅ内の空気を外部へ排出する吸排
気手段であるブロア２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，
２８ｅ，２８ｆが設けられる。
【００１７】このように機体２１内の空間Ｓを機軸２２
方向に複数の空間部分ΔＳ１〜ΔＳ５に分割して、各空
間部分ΔＳ１〜ΔＳ５の下層を個別に仕切られた空気収
容領域２６ａ〜２６ｅとし、上層を相互に連通した浮揚
ガス収容領域２５ａ〜２５ｅとすることによって、太陽
熱による機体２１の上部２９の加熱によって、内部の浮
揚ガスの一部が加熱されても、浮揚ガスは、各隔壁２３
ａ〜２３ｄの通気孔を通過して、各空間部分毎ΔＳ１〜
ΔＳ５に設けられる浮揚ガス収容領域２５ａ〜２５ｅ間
を自由に移動することを許容し、各空間部分毎ΔＳ１〜
ΔＳ５に機軸２２方向に仕切られた空気収容領域２６ａ
〜２６ｅへの空気量を制御して、迅速に大きく質量バラ
ンスを変化させて、飛行船２０を高い応答性で姿勢制御
することができる。
方向に複数の空間部分ΔＳ１〜ΔＳ５に分割して、各空
間部分ΔＳ１〜ΔＳ５の下層を個別に仕切られた空気収
容領域２６ａ〜２６ｅとし、上層を相互に連通した浮揚
ガス収容領域２５ａ〜２５ｅとすることによって、太陽
熱による機体２１の上部２９の加熱によって、内部の浮
揚ガスの一部が加熱されても、浮揚ガスは、各隔壁２３
ａ〜２３ｄの通気孔を通過して、各空間部分毎ΔＳ１〜
ΔＳ５に設けられる浮揚ガス収容領域２５ａ〜２５ｅ間
を自由に移動することを許容し、各空間部分毎ΔＳ１〜
ΔＳ５に機軸２２方向に仕切られた空気収容領域２６ａ
〜２６ｅへの空気量を制御して、迅速に大きく質量バラ
ンスを変化させて、飛行船２０を高い応答性で姿勢制御
することができる。
【００１８】図２は、予め定める機体規模の飛行船２０
に対して、本件発明者が計算によって求めた機体傾斜角
θと復元モーメントＭとの関係を示すグラフであり、図
３は傾斜した飛行船２０の浮力Ｕおよび重力Ｗの関係を
説明するための図である。図２において、縦軸は飛行船
２０の重心Ｇにおける復元モーメントＭ［ｋＮｍ］であ
り、横軸は機体傾斜角θ［ｄｅｇ］である。
に対して、本件発明者が計算によって求めた機体傾斜角
θと復元モーメントＭとの関係を示すグラフであり、図
３は傾斜した飛行船２０の浮力Ｕおよび重力Ｗの関係を
説明するための図である。図２において、縦軸は飛行船
２０の重心Ｇにおける復元モーメントＭ［ｋＮｍ］であ
り、横軸は機体傾斜角θ［ｄｅｇ］である。
【００１９】本件発明者は、機体２１内の空間Ｓの機軸
２２方向の最適な分割数を確認するために、機体２１内
の空間Ｓに対して複数の分割数を想定した場合の機体傾
斜角θに対する復元モーメントＭの変化を計算によって
確認した。この計算に用いた飛行船２０の地上における
Ｈｅガスと空気との体積比は、Ｈｅガス体積ＶHe：空気
体積ＶAir＝６６：３４に設定した。
２２方向の最適な分割数を確認するために、機体２１内
の空間Ｓに対して複数の分割数を想定した場合の機体傾
斜角θに対する復元モーメントＭの変化を計算によって
確認した。この計算に用いた飛行船２０の地上における
Ｈｅガスと空気との体積比は、Ｈｅガス体積ＶHe：空気
体積ＶAir＝６６：３４に設定した。
【００２０】図２のラインＬ１は、機体内の空間を予め
定める分割比で５分割したときの機体傾斜角θと復元モ
ーメントＭとの関係を示し、ラインＬ２は、機体内の空
間を予め定める分割比で３分割したときの機体傾斜角θ
と復元モーメントＭとの関係を示し、ラインＬ３は、機
体内の空間が分割されていない飛行船を想定したときの
機体傾斜角θと復元モーメントＭとの関係を示す。
定める分割比で５分割したときの機体傾斜角θと復元モ
ーメントＭとの関係を示し、ラインＬ２は、機体内の空
間を予め定める分割比で３分割したときの機体傾斜角θ
と復元モーメントＭとの関係を示し、ラインＬ３は、機
体内の空間が分割されていない飛行船を想定したときの
機体傾斜角θと復元モーメントＭとの関係を示す。
【００２１】図３には説明の便宜上、予め定める分割比
における最小分割数として本件発明者が見出した５分割
の機体２１を模式的に示す。機体２１内の空間Ｓを機軸
２２方向に分割するにあたって、傾斜状態にある飛行船
２０に、その機体傾斜角度θに応じて最も大きな復元モ
ーメントＭが発生する分割数のとき、上記のラインＬ１
で示されるように、機軸２２を含む図３の紙面に平行な
仮想鉛直面上において、機軸２２の図３の紙面に垂直な
仮想水平面３０に対して成す機体傾斜角θが大きくなる
につれて、機体２１を水平に復元する復元モーメントＭ
が増加し、かつ前記機体傾斜角θがほぼ零になったと
き、前記復元モーメントＭがほぼ零になることが判る。
における最小分割数として本件発明者が見出した５分割
の機体２１を模式的に示す。機体２１内の空間Ｓを機軸
２２方向に分割するにあたって、傾斜状態にある飛行船
２０に、その機体傾斜角度θに応じて最も大きな復元モ
ーメントＭが発生する分割数のとき、上記のラインＬ１
で示されるように、機軸２２を含む図３の紙面に平行な
仮想鉛直面上において、機軸２２の図３の紙面に垂直な
仮想水平面３０に対して成す機体傾斜角θが大きくなる
につれて、機体２１を水平に復元する復元モーメントＭ
が増加し、かつ前記機体傾斜角θがほぼ零になったと
き、前記復元モーメントＭがほぼ零になることが判る。
【００２２】前記復元モーメントＭは、機体２１内の空
間Ｓの体積中心Ｇｖに作用する浮力Ｕと、重心Ｇｗに作
用する重力Ｗとが、機軸２２を含む前記仮想鉛直面上に
おける体積中心Ｇｖおよび重心Ｇｗ間の水平距離ΔＬを
生じたときに発生する飛行船２０を水平に戻そうとする
方向のモーメントである。機体傾斜角θが０°、すなわ
ち船体が水平であるときには、重心Ｇｗを通る一鉛直線
上に体積中心Ｇｖが存在するため、前記復元モーメント
Ｍは発生しない。
間Ｓの体積中心Ｇｖに作用する浮力Ｕと、重心Ｇｗに作
用する重力Ｗとが、機軸２２を含む前記仮想鉛直面上に
おける体積中心Ｇｖおよび重心Ｇｗ間の水平距離ΔＬを
生じたときに発生する飛行船２０を水平に戻そうとする
方向のモーメントである。機体傾斜角θが０°、すなわ
ち船体が水平であるときには、重心Ｇｗを通る一鉛直線
上に体積中心Ｇｖが存在するため、前記復元モーメント
Ｍは発生しない。
【００２３】このラインＬ１は、分割数を５とした場合
であり、機体傾斜角θがほぼ０［ｄｅｇ］のとき、復元
モーメントＭもほぼ０［ｋＮｍ］であり、反時計まわり
を正の方向とすると、機体傾斜角θが大きくなると、そ
れに伴って復元モーメントＭも大きくなるように選ばれ
るので、機体２１がどのような角度に傾斜しても、確実
かつ迅速に水平またはほぼ水平に復帰させることができ
る。
であり、機体傾斜角θがほぼ０［ｄｅｇ］のとき、復元
モーメントＭもほぼ０［ｋＮｍ］であり、反時計まわり
を正の方向とすると、機体傾斜角θが大きくなると、そ
れに伴って復元モーメントＭも大きくなるように選ばれ
るので、機体２１がどのような角度に傾斜しても、確実
かつ迅速に水平またはほぼ水平に復帰させることができ
る。
【００２４】これに対してラインＬ２で示されるように
３分割したとき、およびラインＬ３で示されるように分
割しないときには、機体傾斜角θが０°のとき、復元モ
ーメントＭは０［ｋＮｍ］であるが、機体傾斜角θが正
の方向または負の方向に増加しても、飛行船２０には各
安定点＋ｓ１（＝約＋４２°），＋ｓ２（＝約＋５２
°）；−ｓ１（＝約−４０°），−ｓ２（＝約−５０
°）に達するまでは、逆方向にモーメントが作用するた
め、水平姿勢で安定状態とはならず、これらの分割数は
適切ではない。
３分割したとき、およびラインＬ３で示されるように分
割しないときには、機体傾斜角θが０°のとき、復元モ
ーメントＭは０［ｋＮｍ］であるが、機体傾斜角θが正
の方向または負の方向に増加しても、飛行船２０には各
安定点＋ｓ１（＝約＋４２°），＋ｓ２（＝約＋５２
°）；−ｓ１（＝約−４０°），−ｓ２（＝約−５０
°）に達するまでは、逆方向にモーメントが作用するた
め、水平姿勢で安定状態とはならず、これらの分割数は
適切ではない。
【００２５】図４は、傾斜させた飛行船２０を水平姿勢
に復帰させる動作を説明するための図であり、図４
（１）は船首３１を上方にかつ船尾３２を下方に傾斜さ
せた状態を示し、図４（２）は船首３１を下方にかつ船
尾３２を上方に傾斜させた状態を示す。図４（１）に示
されるように、飛行船２０が船首３１を上方にかつ船尾
３２を下方に傾斜させた状態から水平姿勢に復帰させる
にあたっては、最も船首３１寄りのブロア２８ａの通気
路から空気収容空間２６ａ内に空気を吸気するととも
に、最も船尾３２寄りのブロア２８ｆを駆動して、最も
船尾３２寄りの空気収容空間２６ｅ内の空気を排気し、
船首３１を下方に、かつ船尾３２を上方に移動するよう
な復元モーメントＭを作用させ、迅速に水平姿勢に復帰
させることができる。
に復帰させる動作を説明するための図であり、図４
（１）は船首３１を上方にかつ船尾３２を下方に傾斜さ
せた状態を示し、図４（２）は船首３１を下方にかつ船
尾３２を上方に傾斜させた状態を示す。図４（１）に示
されるように、飛行船２０が船首３１を上方にかつ船尾
３２を下方に傾斜させた状態から水平姿勢に復帰させる
にあたっては、最も船首３１寄りのブロア２８ａの通気
路から空気収容空間２６ａ内に空気を吸気するととも
に、最も船尾３２寄りのブロア２８ｆを駆動して、最も
船尾３２寄りの空気収容空間２６ｅ内の空気を排気し、
船首３１を下方に、かつ船尾３２を上方に移動するよう
な復元モーメントＭを作用させ、迅速に水平姿勢に復帰
させることができる。
【００２６】また、図４（２）に示されるように、飛行
船２０が船首３１を下方にかつ船尾３２を上方に傾斜さ
せた状態から水平姿勢に復帰させるにあたっては、上記
の場合とは逆に、最も船尾３２寄りのブロア２８ｆの通
気路から空気収容空間２６ｅ内に空気を吸気するととも
に、最も船首３１寄りのブロア２８ａを駆動して、最も
船首３１寄りの空気収容空間２６ａ内の空気を排気し、
船首３１を上方に、かつ船尾３２を下方に移動するよう
な復元モーメントＭを作用させ、迅速に水平姿勢に復帰
させることができる。
船２０が船首３１を下方にかつ船尾３２を上方に傾斜さ
せた状態から水平姿勢に復帰させるにあたっては、上記
の場合とは逆に、最も船尾３２寄りのブロア２８ｆの通
気路から空気収容空間２６ｅ内に空気を吸気するととも
に、最も船首３１寄りのブロア２８ａを駆動して、最も
船首３１寄りの空気収容空間２６ａ内の空気を排気し、
船首３１を上方に、かつ船尾３２を下方に移動するよう
な復元モーメントＭを作用させ、迅速に水平姿勢に復帰
させることができる。
【００２７】上記の実施の形態では、機体２１内の空間
Ｓを、隔壁２３ａ〜２３ｄによって機軸２２方向に分割
して、複数の空間部分ΔＳ１〜ΔＳ５を形成し、各空間
部分ΔＳ１〜ΔＳ５を可撓性の隔膜２４ａ〜２４ｅによ
って、浮揚ガスを収容する上層の浮揚ガス収容領域２５
ａ〜２５ｅと、空気を収容する下層の空気収容領域２６
ａ〜２６ｅとに仕切るように構成されたが、本発明の実
施の他の形態では、前記複数の空間部分ΔＳ１〜ΔＳ５
の少なくとも一部、たとえば機軸２２方向のほぼ中央で
かつ体積中心Ｇｖおよび重心Ｇｗが存在する空間部分Δ
Ｓ３を、前記隔壁２３ａ〜２３ｄと同様な隔壁によっ
て、前記機軸２２を含む仮想一鉛直面に関して左右両側
に複数に分割し、この分割によって形成された左右の各
空間部分を、前記隔膜２４ａ〜２４ｅと同様な隔膜によ
って、浮揚ガスを収容する上層の浮揚ガス収容領域と、
空気を収容する下層の空気収容領域とにそれぞれ仕切る
ように構成される。
Ｓを、隔壁２３ａ〜２３ｄによって機軸２２方向に分割
して、複数の空間部分ΔＳ１〜ΔＳ５を形成し、各空間
部分ΔＳ１〜ΔＳ５を可撓性の隔膜２４ａ〜２４ｅによ
って、浮揚ガスを収容する上層の浮揚ガス収容領域２５
ａ〜２５ｅと、空気を収容する下層の空気収容領域２６
ａ〜２６ｅとに仕切るように構成されたが、本発明の実
施の他の形態では、前記複数の空間部分ΔＳ１〜ΔＳ５
の少なくとも一部、たとえば機軸２２方向のほぼ中央で
かつ体積中心Ｇｖおよび重心Ｇｗが存在する空間部分Δ
Ｓ３を、前記隔壁２３ａ〜２３ｄと同様な隔壁によっ
て、前記機軸２２を含む仮想一鉛直面に関して左右両側
に複数に分割し、この分割によって形成された左右の各
空間部分を、前記隔膜２４ａ〜２４ｅと同様な隔膜によ
って、浮揚ガスを収容する上層の浮揚ガス収容領域と、
空気を収容する下層の空気収容領域とにそれぞれ仕切る
ように構成される。
【００２８】このような構成によって、飛行船のピッチ
角変化の傾斜が修正可能となるだけではなく、飛行船を
船首側から見て機軸２２に関して時計回りおよび反時計
回りに回動するロール角変化の傾斜をも、大きな復元モ
ーメントによって修正することが可能となり、これによ
って、より一層、姿勢安定性が向上された飛行船を実現
することができる。
角変化の傾斜が修正可能となるだけではなく、飛行船を
船首側から見て機軸２２に関して時計回りおよび反時計
回りに回動するロール角変化の傾斜をも、大きな復元モ
ーメントによって修正することが可能となり、これによ
って、より一層、姿勢安定性が向上された飛行船を実現
することができる。
【００２９】
【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、機体内
の空間を機軸方向に複数の空間部分に分割して、各空間
部分の下層を空気収容領域とし、上層を浮揚ガス収容領
域とすることによって、太陽熱による機体上部の加熱に
よって、内部の浮揚ガスの一部が加熱されても、浮揚ガ
スは、各隔壁の通気孔を通過して、各空間部分毎に設け
られる浮揚ガス収容領域間を自由に移動することを許容
し、これによって水平姿勢が保持され、姿勢安定性を向
上することができる。また、各空間部分毎に機軸方向に
仕切られた空気収容領域への空気量を個別に制御するこ
とが可能であるので、機体の質量バランスを短時間に大
きく変化させて重心を移動させ、迅速にピッチ角方向の
姿勢を変化させて、水平姿勢に復帰させることが可能と
なり、姿勢制御の応答性を向上することができる。
の空間を機軸方向に複数の空間部分に分割して、各空間
部分の下層を空気収容領域とし、上層を浮揚ガス収容領
域とすることによって、太陽熱による機体上部の加熱に
よって、内部の浮揚ガスの一部が加熱されても、浮揚ガ
スは、各隔壁の通気孔を通過して、各空間部分毎に設け
られる浮揚ガス収容領域間を自由に移動することを許容
し、これによって水平姿勢が保持され、姿勢安定性を向
上することができる。また、各空間部分毎に機軸方向に
仕切られた空気収容領域への空気量を個別に制御するこ
とが可能であるので、機体の質量バランスを短時間に大
きく変化させて重心を移動させ、迅速にピッチ角方向の
姿勢を変化させて、水平姿勢に復帰させることが可能と
なり、姿勢制御の応答性を向上することができる。
【００３０】請求項２記載の本発明によれば、機体内の
空間を複数の空間部分に分割するにあたって、その分割
数は、機体傾斜角が大きくなると、それに伴って復元モ
ーメントも大きくなり、機体傾斜角がほぼ零になると、
前記復元モーメントもほぼ零になるように選ばれるの
で、機体がどのような角度に傾斜しても、確実かつ迅速
に水平またはほぼ水平に復帰させることができる。
空間を複数の空間部分に分割するにあたって、その分割
数は、機体傾斜角が大きくなると、それに伴って復元モ
ーメントも大きくなり、機体傾斜角がほぼ零になると、
前記復元モーメントもほぼ零になるように選ばれるの
で、機体がどのような角度に傾斜しても、確実かつ迅速
に水平またはほぼ水平に復帰させることができる。
【図１】本発明の実施の一形態の飛行船２０を示す簡略
化した断面図である。
化した断面図である。
【図２】予め定める機体規模の飛行船２０に対して、本
件発明者が計算によって求めた機体傾斜角θと復元モー
メントＭとの関係を示すグラフである。
件発明者が計算によって求めた機体傾斜角θと復元モー
メントＭとの関係を示すグラフである。
【図３】傾斜した飛行船２０の浮力Ｕおよび重力Ｗの関
係を説明するための図である。
係を説明するための図である。
【図４】傾斜させた飛行船２０を水平姿勢に復帰させる
動作を説明するための図であり、図４（１）は船首３１
を上方にかつ船尾３２を下方に傾斜させた状態を示し、
図４（２）は船首３１を下方にかつ船尾３２を上方に傾
斜させた状態を示す。
動作を説明するための図であり、図４（１）は船首３１
を上方にかつ船尾３２を下方に傾斜させた状態を示し、
図４（２）は船首３１を下方にかつ船尾３２を上方に傾
斜させた状態を示す。
【図５】従来の技術の飛行船１を示す側面図であり、図
５（１）は飛行船１が低高度を飛行または停留している
状態を示し、図５（２）は飛行船１が高々度を飛行また
は停留している状態を示す。
５（１）は飛行船１が低高度を飛行または停留している
状態を示し、図５（２）は飛行船１が高々度を飛行また
は停留している状態を示す。
２０ 飛行船
２１ 機体
２２ 機軸
２３ａ〜２３ｄ 隔壁
２４ａ〜２４ｅ 隔膜
２５ａ〜２５ｅ 浮揚ガス収容領域
２６ａ〜２６ｅ 空気収容領域
２７ａ〜２７ｄ 結合点
２８ａ〜２８ｆ ブロア
３１ 船首
３２船尾
Ａ１ａ，Ａ１ｂ，Ａ１ｃ，Ａ１ｄ 上層領域
Ａ２ａ，Ａ２ｂ，Ａ２ｃ，Ａ２ｄ 下層領域
Ｓ 空間
ΔＳ１，ΔＳ２，ΔＳ３，ΔＳ４，ΔＳ５ 空間部分
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 菅原 正彦
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
(72)発明者 福本 克治
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２−185894（ＪＰ，Ａ)
特開2001−199397（ＪＰ，Ａ)
特開2001−130493（ＪＰ，Ａ)
特開2001−233294（ＪＰ，Ａ)
英国特許出願公開2196919（ＧＢ，Ａ)
国際公開02／092427（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B64B 1/58
B64B 1/38
Claims (2)
- 【請求項１】 機体内に、この機体内の空間を機軸方向
に複数の空間部分に分割する複数の隔壁が設けられ、 各空間部分は、浮揚ガスおよび空気の通過を遮断する可
撓性の隔膜によって、浮揚ガスを収容する上層の浮揚ガ
ス収容領域と、空気を収容する下層の空気収容領域とに
仕切られ、 各隔壁は、各浮揚ガス収容領域に臨む上層領域に、浮揚
ガスの通過を許容する通気孔が設けられ、各空気収容領
域に臨む下層領域は、浮揚ガスおよび空気の通過を遮断
する気密性シートから成り、 前記機体には、外部から空気を吸引して各空気収容領域
に給気し、かつ各空気収容領域内の空気を外部へ排出す
る吸排気手段が設けられることを特徴とする飛行船。 - 【請求項２】 前記複数の空間部分は、機軸を含む仮想
一鉛直面上において機軸が水平面に対して成す機体傾斜
角が大きくなるにつれて、機体を水平に復元する復元モ
ーメントが増加し、かつ前記機体傾斜角がほぼ零になっ
たとき、前記復元モーメントがほぼ零になる分割数に分
割されることを特徴とする請求項１記載の飛行船。
Priority Applications (7)
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|---|---|---|---|
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| DE60237203T DE60237203D1 (de) | 2001-05-11 | 2002-03-13 | Luftschiff |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001140860A JP3522711B2 (ja) | 2001-05-11 | 2001-05-11 | 飛行船 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
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| DE (1) | DE60237203D1 (ja) |
| WO (1) | WO2002092427A1 (ja) |
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