JP4001740B2 - Repetitive propulsion device and lightweight small aircraft using the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繰り返し推進装置及びそれを用いた軽量小型飛行機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
宇宙において、ロケットを化学燃料で推進する代わりに地上に置いたレーザーをロケットに照射し、そこから噴出するガスの反作用を利用してロケットを推進しようとするアイディアは、1972年にKantrowitzによって提案された〔先行技術文献1:A.Kantrowitz,Astronaut,Aeronaut.10,74(1972)〕。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロケットの大きさを考えると、このために必要なレーザーの開発は近い将来では難しいであろうと考えられる。
【0004】
本発明は、上記状況に鑑みて、簡単な機構で推進を継続することができる繰り返し推進装置及びそれを用いた軽量小型飛行機を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕繰り返し推進装置において、アルミニウムからなる被推進体と、この被推進体の後方に設けられるとともに、前記被推進体との比重が近似するガラス板、アクリル板又は液滴からなる流動性レーザー光透明体と、この流動性レーザー光透明体に繰り返しレーザー光を照射する手段とを備え、前記レーザー光によって発生するアブレイションによる駆動力が前記流動性レーザー光透明体に作用し、前記駆動力の反作用としての推進力を前記被推進体に付与し、前記駆動力が発生すると前記流動性レーザー光透明体は復元し、次に照射されるレーザー光により再びアブレイションによる駆動力を発生させ、これを繰り返すことを特徴とする。
【0006】
〕繰り返し推進装置付き軽量小型飛行機において、少なくとも金属部分を有する飛行機と、この飛行機本体の金属部分の後方に設けられるとともに、アルミニウムからなる被推進体との比重が近似するガラス板、アクリル板又は液滴からなる流動性レーザー光透明体と、この流動性レーザー光透明体に繰り返しレーザー光を照射する手段とを備え、前記レーザー光によって発生するアブレイションによる駆動力が前記流動性レーザー光透明体に作用し、前記駆動力の反作用としての推進力を前記被推進体に付与し、前記駆動力が発生すると前記流動性レーザー光透明体は復元し、次に照射されるレーザー光により再びアブレイションによる駆動力を発生させ、これを繰り返すことを特徴とする。
【0007】
〕上記〔〕記載の繰り返し推進装置付き軽量小型飛行機において、前記飛行機の翼に前記流動性レーザー光透明体を備え、この流動性レーザー光透明体へのレーザー光の照射により、飛行の制御を可能にすることを特徴とする。
【0008】
〕上記〔〕記載の繰り返し推進装置付き軽量小型飛行機において、前記飛行機の翼に形状記憶合金を備え、この形状記憶合金へのレーザー光の照射により、翼の形状を制御することにより、飛行の制御を可能にすることを特徴とする。
【0009】
〕上記〔〕又は〔〕記載の繰り返し推進装置付き軽量小型飛行機において、前記翼の両翼を交互にレーザー照射することによって、姿勢や方向を制御することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。
【0011】
本願発明者らは、より実現性の高いレーザーの応用として、小さな物体をレーザーで加速することを思いついた。すなわち、レーザーによって軽量小型の飛行機(マイクロ飛行機)を加速するものである。この飛行機には、エンジンや制御装置が不要なため、観測装置のみを積載するだけで済むので、軽量小型化が可能である。
【0012】
この飛行機の後部には、金属などを貼りつける。これにレーザーを照射して蒸発させ、その蒸発するガスの反作用で飛行機が推進される。レーザーで追尾することにより、ある時間間隔で照射すれば、自在に推進を調節することができる。
【0013】
また、翼の部分にも同様な仕組みを導入すれば、両翼を交互にレーザー照射することによって、姿勢や方向を制御することができる。さらに、翼の部分は、別の推進方法も考えられる。すなわち、スマート構造のような薄い形状記憶合金などを使い、レーザーで熱を与えることによって形状を制御し、翼を制御することも可能である。
【0014】
さらに効率を上げるために、蒸発する部分に特殊な構造を持たせることも可能である。例えば、金属の上に透明な物質(ガラスやアクリル等)をコーティングするか、水などの液体状のものをコーティングすることによって、効率が桁違いに上昇する。
【0015】
図1はレーザー強度Iと運動量結合係数Cmの比例則を示す図であり、薄膜にレーザーを照射し、どのような力を薄膜が得ることができるかをコンピュータシミュレーションと基礎実験によって確かめたものである。横軸はレーザー強度Iで、縦軸は運動量結合係数Cmである。ここで、τはレーザーのパルス幅、Cmは薄膜の得た運動量N.s(ニュートン×秒)をレーザーエネルギーMJ(メガジュール)で規格化したものである。
【0016】
図1中の□と実線は、アルミニウム薄膜のみをレーザー照射したときのシミュレーション結果で、×、△、+と実線は、アルミニウムにアクリルを貼り付けた場合のシミュレーション結果で、パルス幅を5ナノ秒から50ナノ秒まで変化させた。計算には、CIP−CUP法を用いたPARCIPHALコードを使用した〔先行技術文献2:T.Yabe,F.Xiao,and T.Utsumi,J.Comput.Phys.169,556(2001)〕。
【0017】
図1中の○は、Phipps氏による、オハイオ州 Wright−Patterson空軍基地のLHMELネオジミウムガラスレーザー(出力70ジュール、パルス幅25から100ナノ秒)によるアルミニウム板加速実験の結果である〔先行技術文献3:C.R.Phipps and M.M.Michaelis,Laser and Particle Beams,12,23(1994)〕。なお、アルミニウム板にはガラスを貼り付けてあった。
【0018】
このように、アルミニウム板の上に透明な物質を貼ることによって加速効率が上がるということは、本願発明者である矢部を初めとする多数の研究者によって提案されてきたもので、キャノンボール効果と呼ばれている。Winterberg〔先行技術文献4:F.Winterberg,Lettere al Nuovo Cimento,16,216(1976)〕、Azechi〔先行技術文献5:H.Azechi,N.Miyanaga,S.Sakabe,T.Yamanaka and C.Yamanaka,Jpn.J.Appl.Phys.20,L477(1981)〕らは、外側の球に穴を開けることにより、外側が大砲の筒の効果を示し、内側の球が大砲の弾の役割を担って飛ぶことからキャノンボールという命名を行った。
【0019】
矢部〔先行技術文献6:T.Yabe and K.Niu,J.Phys.Soc.Japan,40,863(1976)〕らは、透明な物質を外側に付け、これをレーザーが透過することによって同様の効果をもたらすことを発見した。本発明は、本願発明者によって提案された先行技術文献6に基づいている。本発明は、更に、その方式を飛行機の推進機構として利用したものである。
【0020】
〔具体例〕
実際に、この原理を用いて実験を行った例が図2及び図3である。ここでは、出力590mJでパルス幅5nsのYAGレーザーを使用した。
【0021】
図2では、38mm×30mm×5mmのサイズで、重さ0.1gの紙飛行機を用いた。飛行機は最初、溝を切った発射台の上に置かれた。飛行機の後部には3.5mm×3.5mm×0.1mmの矩形のアルミニウム板を貼り付けた。さらに、このアルミニウム板上に3.5mm×3.5mm×0.6mmの矩形のアクリル板を接着剤で軽く固定した。
【0022】
アクリル板なしでは飛行機は全く動かなかったが、アクリル板を付けると、大きな推力を得て飛び立った。アクリル板ではなく、水滴を付加した場合には、図3に示すように、39mm×56mm×15mmのサイズで重量0.2gの軽量小型飛行機を飛行させ着陸させることができた。わずか590mJの1パルスでこのような推力を得ることができるということは、実用化に問題がないということを意味する。
【0023】
図1(前述)の■がこの実験の結果であるが、シミュレーションおよび基礎実験では、50ジュールのレーザーによりこの1万倍の推力を得ることが可能ということを示し、既存のレーザーでも数百グラムから1キログラムのマイクロ飛行機を駆動できることを意味している。
【0024】
ただし、図2の実験では、1パルスでアクリル板が飛んでいってしまうので、将来的な繰り返しの推進には不向きである。繰り返し推進には、図3の液滴が最適である。
【0025】
図4は本発明にかかる推進装置の原理の説明図である。
【0026】
この図において、物質1とレーザーに対して透明な物質2が接着されており、この二つの物質1,2の間にレーザー(図示なし)が照射されると、物質2はレーザーに対して透明であるため、右側から入射したレーザー(図示なし)はこれを通過し物質1まで達する。このとき、運動量保存の法則により、
MU=mu
が成立する。
【0027】
これを用いると、物質1と物質2の部分の運動エネルギーの比は、
MU2 /mu2 =m/M
となる。
【0028】
したがって、物質2が空気のような軽い物質であると、m≪Mであるため、ほとんどの運動エネルギーは物質2の方へ行き、物質1(例えば、飛行機)を加速する効率が悪い。
【0029】
そこで、m,Mを同等にすれば、エネルギーが効率よく、物質1(例えば、飛行機)に与えられる。
【0030】
図5は本発明の実施例を示す繰り返し推進装置の模式図である。
【0031】
この図において、11は被推進体(金属体)としてのアルミニウム体、12はこの被推進体11の後方に設けられる(付着される)流動性透明体としての液滴、13はこの液滴12に繰り返し照射されるレーザー光、14はそのレーザー光によって発生するアブレイションによる駆動力、15はその駆動力が液滴12に作用して発生する反作用力としての推進力である。
【0032】
これによれば、レーザー光が照射されアブレイションによる駆動力が発生すると、すぐに流動性透明体としての液滴12は復元し、次の照射されるレーザー光により再びアブレイションによる駆動力が発生し、これを繰り返すことにより、継続的な推進力を得ることができる。
【0033】
また、被推進体11と液滴12との二重構造の効果は、図6に示すように、半導体ロードセル(豊田工機社製 Model PA−6/10N)による直接的な力の測定でも実証された。図6はアルミニウム薄膜のみの場合(B)と、その上にアクリル板を付着させた場合(A)での、レーザー照射によって、物体に働く力の時間変化を示す図である。
【0034】
なお、この図において、横軸は時間(μsec)、縦軸は力(N)であり、本発明の場合(A)は、従来の場合(B)に比べて、数倍の力を発生させることができた。
【0035】
このように、本発明によれば、より実現性の高いレーザーの応用として、小さな物体をレーザー光で繰り返し、推進させることができる。
【0036】
図7は本発明の実施例を示す繰り返し推進装置付き軽量小型飛行機の模式図である。
【0037】
この図において、21は軽量小型飛行機、22はその軽量小型飛行機21の推進装置、23は地上のレーザー基地、24はその地上のレーザー基地23から照射されるレーザー光である。
【0038】
この図に示すように、本発明の飛行機には、エンジンや制御装置が不要なため、観測装置のみを積載するだけで済むので、軽量小型化が可能である。
【0039】
この飛行機の後部には、上記した推進装置22を搭載し、これにレーザー光24を照射して蒸発させ、その蒸発するガスの反作用で軽量小型飛行機21が推進される。軽量小型飛行機21をレーザー光24で追尾することにより、ある時間間隔で照射すれば、自在に推進を調節することができる。
【0040】
また、飛行機の翼の部分にも、同様な仕組みを導入すれば、両翼を交互にレーザー光を照射することによって、姿勢や方向を制御することができる。
【0041】
さらに、飛行機の翼の部分は、別の推進方法も考えられる。スマート構造のような薄い形状記憶合金などを使い、この形状記憶合金にレーザー光を照射して、熱を与えることによって形状を制御し、翼を制御することも可能である。
【0042】
本発明の軽量小型飛行機の利用は色々な場合が考えられる。
【0043】
まず、火山やメタン層などの人間が直接行くことのできない場所に、観測装置を運ぶことが考えられる。現在は、ラジコン飛行機を使用しているが、
(1)電波障害により操縦が不安定になりやすい。
【0044】
(2)超高空を飛ぶことができない(プロペラが機能しない)。
【0045】
(3)遠方まで飛ばすことができない。
などの欠点が指摘されてきた。
【0046】
そのような場合に、本発明の軽量小型飛行機(レーザー駆動マイクロ飛行機)を使用すれば、軽量でさまざまな測定装置を運ぶことができるようになる。
【0047】
なお、レーザー光による駆動のみに限定する必要はない。通常のラジコンを用い、操縦不可能となったときや、超高空、遠方でレーザー光を照射し、お互いに補完し合う「ハイブリッド型」とすることができる。
【0048】
現在、日本の上空に飛行船を飛ばし、これを利用して衛星通信を行おうという試みがあるが、この飛行船を常時空に浮かべるには、駆動力を供給する必要がある。そこで、本発明を用いて、この飛行船に地上から駆動力を供給すれば、燃料を積む必要がなくなる。
【0049】
また、配管の中なども、要所要所に反射鏡さえ設置すれば、本発明のマイクロ飛行機を誘導して行くことができるであろう。
【0050】
さらに、もっと小さなものになれば、人体の中(例えば、肺の中)を飛ぶマイクロ飛行機も可能であろう。
【0051】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0052】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば以上のような効果を奏することができる。
【0053】
(A)簡単な機構で推進を継続することができる繰り返し推進装置及びそれを用いた軽量小型飛行機を提供することができる。
【0054】
(B)火山やメタン層などの人間が直接行くことのできない場所に、観測装置を運ぶことができる軽量小型飛行機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 レーザー強度Iと運動量結合係数Cmの比例則を示す図である。
【図2】 アルミニウムの薄膜の上にアクリル板を付けた飛行機の飛行経路(実験結果)図(高速度カメラによるコマ撮り図面代用写真)である。
【図3】 アルミニウムの薄膜の上に水滴を付けた飛行機の飛行経路(実験結果)図(高速度カメラによるコマ撮り図面代用写真)である。
【図4】 本発明にかかる推進装置の原理の説明図である。
【図5】 本発明の実施例を示す繰り返し推進装置の模式図である。
【図6】 アルミ薄膜のみの場合と、その上にアクリル板を付着させた場合での、レーザー照射によって物体に働く力の時間変化(半導体ロードセルによる測定)を示す図である。
【図7】 本発明の実施例を示す繰り返し推進装置付き軽量小型飛行機の模式図である。
【符号の説明】
1 物質
2 レーザーに対して透明な物質
11 被推進体(金属体)としてのアルミニウム体
12 流動性透明体としての液滴
13 繰り返し照射されるレーザー光
14 レーザー光によって発生するアブレイションによる駆動力
15 推進力
21 軽量小型飛行機
22 軽量小型飛行機の推進装置
23 地上のレーザー基地
24 レーザー基地から照射されるレーザー光
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a repetitive propulsion device and a lightweight small airplane using the same.
[0002]
[Prior art]
The idea of propelling a rocket by utilizing the reaction of gas emitted from the laser, which was placed on the ground instead of propelling the rocket with chemical fuel, was proposed by Kantroitz in 1972. [Prior Art Document 1: A. Kantroitz, Astronaut, Aeronaut. 10, 74 (1972)].
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, given the size of the rocket, the development of the laser required for this will be difficult in the near future.
[0004]
In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a repetitive propulsion device capable of continuing propulsion with a simple mechanism and a lightweight small airplane using the same.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] In a repetitive propulsion apparatus, a propellant made of aluminum and a fluid laser made of glass, an acrylic plate, or droplets provided behind the propellant and having a specific gravity similar to the propellant a light transparent body, and means for irradiating the repetitive laser beam to the flowable laser light transparent body, a driving force by Abureishon generated by the laser beam acts on the flowable laser light transparent body, the driving force Providing a propulsive force as a reaction to the propelled body, when the driving force is generated, the fluid laser light transparent body is restored, and then a driving force by ablation is generated again by the laser light irradiated, It is characterized by repeating this.
[0006]
[ 2 ] In a light-weight small aircraft with a repetitive propulsion device, a glass plate and an acrylic plate that are provided at the rear of the metal portion of the airplane main body and at the back of the metal portion of the airplane main body and have a similar specific gravity to the propelled body made of aluminum Or a fluid laser beam transparent body composed of droplets and means for repeatedly irradiating the fluid laser beam transparent body with laser light, and the driving force by ablation generated by the laser beam is transparent to the fluid laser beam transparent body. acts on the body, said driving force as a reaction of the driving force imparted to the propellant, the flowable laser light transparent member and the driving force is generated to restore, then again Abu by laser beam irradiated It is characterized by generating a driving force by a rate and repeating this.
[0007]
[3] In the repeating propulsion device with light weight small aircraft of the above-mentioned [2], further comprising the flowable laser light transparent body to the wing of the airplane, by laser light irradiation to the flowable laser light transparent body, a flight It is characterized by enabling control.
[0008]
[ 4 ] In the lightweight small aircraft with the repetitive propulsion device according to [ 2 ], the wing of the aircraft includes a shape memory alloy, and the shape memory alloy is irradiated with laser light to control the shape of the wing, It is characterized by enabling control of flight.
[0009]
[ 5 ] In the lightweight small aircraft with a repetitive propulsion device according to [ 3 ] or [ 4 ], the posture and direction are controlled by alternately irradiating both wings of the wing with laser.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
The present inventors have come up with the idea of accelerating small objects with a laser as a more feasible laser application. In other words, a light and small airplane (micro airplane) is accelerated by a laser. Since this aircraft does not require an engine or a control device, it is only necessary to load an observation device, so that it can be reduced in weight and size.
[0012]
A metal is affixed to the rear of the airplane. The plane is propelled by the reaction of the gas which evaporates by irradiating this with laser. By tracking with a laser, propulsion can be adjusted freely if it is irradiated at certain time intervals.
[0013]
In addition, if a similar mechanism is introduced to the wing portion, the posture and direction can be controlled by alternately irradiating both wings with laser. Furthermore, another propulsion method can be considered for the wing portion. That is, a thin shape memory alloy such as a smart structure can be used, and the shape can be controlled by applying heat with a laser to control the wing.
[0014]
In order to further increase the efficiency, it is possible to give a special structure to the portion to be evaporated. For example, the efficiency increases by an order of magnitude by coating a transparent material (such as glass or acrylic) on the metal or coating a liquid material such as water.
[0015]
Fig. 1 is a diagram showing the proportional law between laser intensity I and momentum coupling coefficient Cm, and it was confirmed by computer simulation and basic experiments what kind of force the thin film can obtain by irradiating the thin film with laser. is there. The horizontal axis is the laser intensity I, and the vertical axis is the momentum coupling coefficient Cm. Where τ is the pulse width of the laser and Cm is the momentum N.C. obtained by the thin film. s (Newton × second) is normalized by laser energy MJ (megajoule).
[0016]
In FIG. 1, squares and solid lines are simulation results when only an aluminum thin film is irradiated with laser, and x, Δ, + and solid lines are simulation results when acrylic is pasted on aluminum, and the pulse width is 5 nanoseconds. To 50 nanoseconds. For the calculation, a PARCIPHAL code using the CIP-CUP method was used [Prior Art Document 2: T.R. Yabe, F .; Xiao, and T.K. Utsumi, J. et al. Comput. Phys. 169, 556 (2001)].
[0017]
The circles in FIG. 1 are the results of an aluminum plate acceleration experiment by Mr. Hopps using an LHMEL neodymium glass laser (output 70 joules, pulse width 25 to 100 nanoseconds) at Wright-Patterson Air Force Base, Ohio [Prior Art Documents] 3: C.I. R. Hopps and M.M. M.M. Michaelis, Laser and Particle Beams, 12, 23 (1994)]. In addition, glass was affixed on the aluminum plate.
[0018]
In this way, the fact that the acceleration efficiency is increased by sticking a transparent substance on the aluminum plate has been proposed by many researchers including Yabe, who is the inventor of the present application, and the Cannonball effect and being called. Winterberg [Prior Art Document 4: F.R. Winterberg, Letter al Nuovo Cimento, 16, 216 (1976)], Azechi [Prior Art Document 5: H. et al. Azechi, N .; Miyanaga, S .; Sakabe, T .; Yamanaka and C.I. Yamanaka, Jpn. J. et al. Appl. Phys. 20, L477 (1981)] et al. Have named the cannonball because the outer sphere shows the effect of a cannon tube by making a hole in the outer sphere, and the inner sphere flies in the role of a cannon bullet. went.
[0019]
Yabe [Prior Art Document 6: T.A. Yabe and K.M. Niu, J .; Phys. Soc. Japan, 40, 863 (1976)] et al. Found that a transparent substance is attached to the outside, and the laser transmits the same effect to provide a similar effect. The present invention is based on Prior Art Document 6 proposed by the present inventor. The present invention further utilizes this method as an aircraft propulsion mechanism.
[0020]
〔Concrete example〕
Actually, examples of experiments using this principle are shown in FIGS. Here, a YAG laser having an output of 590 mJ and a pulse width of 5 ns was used.
[0021]
In FIG. 2, a paper airplane having a size of 38 mm × 30 mm × 5 mm and a weight of 0.1 g was used. The plane was first placed on a launch pad with a cut groove. A rectangular aluminum plate of 3.5 mm × 3.5 mm × 0.1 mm was attached to the rear part of the airplane. Furthermore, a 3.5 mm × 3.5 mm × 0.6 mm rectangular acrylic plate was lightly fixed on the aluminum plate with an adhesive.
[0022]
Without the acrylic board, the airplane did not move at all, but when the acrylic board was attached, it took off with a big thrust. When water droplets were added instead of the acrylic plate, as shown in FIG. 3, a light-weight small airplane having a size of 39 mm × 56 mm × 15 mm and a weight of 0.2 g could fly and land. The fact that such a thrust can be obtained with only one pulse of 590 mJ means that there is no problem in practical use.
[0023]
Figure 1 (above) is the result of this experiment, but simulations and basic experiments show that this thrust can be obtained 10,000 times with a 50 joule laser. This means that a 1 kilogram micro airplane can be driven.
[0024]
However, in the experiment of FIG. 2, since the acrylic plate flies in one pulse, it is not suitable for future repeated propulsion. The droplet of FIG. 3 is optimal for repeated propulsion.
[0025]
FIG. 4 is an explanatory diagram of the principle of the propulsion device according to the present invention.
[0026]
In this figure, the substance 1 and the substance 2 transparent to the laser are bonded, and when a laser (not shown) is irradiated between the two substances 1 and 2, the substance 2 is transparent to the laser. Therefore, a laser (not shown) incident from the right side passes through this and reaches the substance 1. At this time, according to the law of conservation of momentum,
MU = mu
Is established.
[0027]
Using this, the ratio of the kinetic energy of the substance 1 and substance 2 parts is
MU 2 / mu 2 = m / M
It becomes.
[0028]
Therefore, if the substance 2 is a light substance such as air, since m << M, most of the kinetic energy goes toward the substance 2 and the efficiency of accelerating the substance 1 (for example, an airplane) is poor.
[0029]
Therefore, if m and M are made equal, energy is efficiently given to the substance 1 (for example, an airplane).
[0030]
FIG. 5 is a schematic diagram of a repetitive propulsion device showing an embodiment of the present invention.
[0031]
In this figure, 11 is an aluminum body as a propelled body (metal body), 12 is a droplet as a fluid transparent body provided (attached) behind the propelled body 11, and 13 is this droplet 12. , 14 is a driving force by ablation generated by the laser light, and 15 is a propulsive force as a reaction force generated by the driving force acting on the droplet 12.
[0032]
According to this, as soon as the laser beam is irradiated and a driving force by ablation is generated, the droplet 12 as a fluid transparent body is restored, and a driving force by ablation is generated again by the next irradiated laser beam. By repeating this, continuous driving force can be obtained.
[0033]
The effect of the double structure of the propelled body 11 and the droplet 12 is also demonstrated by direct force measurement using a semiconductor load cell (Model PA-6 / 10N, manufactured by Toyoda Machine Industries, Ltd.) as shown in FIG. It was done. FIG. 6 is a diagram showing a time change of a force acting on an object by laser irradiation in the case of only an aluminum thin film (B) and the case where an acrylic plate is attached thereon (A).
[0034]
In this figure, the horizontal axis represents time (μsec) and the vertical axis represents force (N). In the case of the present invention (A), a force several times that of the conventional case (B) is generated. I was able to.
[0035]
Thus, according to the present invention, as a more feasible laser application, a small object can be repeatedly promoted with laser light.
[0036]
FIG. 7 is a schematic view of a lightweight small aircraft with a repetitive propulsion device showing an embodiment of the present invention.
[0037]
In this figure, 21 is a light-weight small airplane, 22 is a propulsion device for the light-weight small airplane 21, 23 is a laser base on the ground, and 24 is laser light emitted from the laser base 23 on the ground.
[0038]
As shown in this figure, the aircraft of the present invention does not require an engine or a control device, so that only the observation device needs to be loaded, so that the weight and size can be reduced.
[0039]
The propulsion device 22 described above is mounted on the rear portion of the airplane, and the light-emitting small airplane 21 is propelled by the reaction of the evaporated gas by irradiating the propulsion device 22 with the laser beam 24 and evaporating it. By tracking the lightweight small airplane 21 with the laser beam 24, the propulsion can be freely adjusted if it is irradiated at a certain time interval.
[0040]
In addition, if a similar mechanism is introduced to the wing portion of an airplane, the posture and direction can be controlled by alternately irradiating both wings with laser light.
[0041]
Furthermore, another propulsion method can be considered for the wing portion of the airplane. It is also possible to use a thin shape memory alloy such as a smart structure, etc., irradiate the shape memory alloy with a laser beam and apply heat to control the shape and control the wing.
[0042]
There are various cases where the lightweight small aircraft of the present invention is used.
[0043]
First of all, it is conceivable to carry observation equipment to places where humans cannot go directly, such as volcanoes and methane layers. Currently using radio controlled airplanes,
(1) Maneuvering tends to become unstable due to radio interference.
[0044]
(2) Cannot fly in the very high sky (propeller does not function).
[0045]
(3) Cannot fly far away.
Such drawbacks have been pointed out.
[0046]
In such a case, if the lightweight small airplane (laser-driven micro airplane) of the present invention is used, various measuring devices can be carried with light weight.
[0047]
In addition, it is not necessary to limit only to the drive by laser light. A normal radio control can be used to make a “hybrid type” that can be operated when it becomes impossible to steer, or by irradiating a laser beam at a very high altitude or in the distance to complement each other.
[0048]
At present, there is an attempt to fly an airship over Japan and use it for satellite communication. However, in order to float this airship in the sky, it is necessary to supply driving force. Therefore, if driving force is supplied to the airship from the ground using the present invention, it is not necessary to load fuel.
[0049]
In addition, the micro airplane of the present invention can be guided as long as a reflecting mirror is installed in a necessary place in a pipe or the like.
[0050]
Furthermore, if it becomes smaller, a micro airplane flying in the human body (for example, in the lungs) may be possible.
[0051]
In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible based on the meaning of this invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
[0052]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the above effects can be achieved.
[0053]
(A) It is possible to provide a repetitive propulsion device capable of continuing propulsion with a simple mechanism and a lightweight small airplane using the same.
[0054]
(B) It is possible to provide a light-weight small airplane that can carry the observation device to places where humans cannot go directly, such as volcanoes and methane layers.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a proportional law between laser intensity I and momentum coupling coefficient Cm.
FIG. 2 is a flight path (experimental result) diagram of an airplane in which an acrylic plate is attached on an aluminum thin film (photo taken as a substitute for time-lapse drawing using a high-speed camera).
FIG. 3 is a flight path (experimental result) diagram of an airplane with water drops on an aluminum thin film (photo taken as a substitute for time-lapse drawing with a high-speed camera).
FIG. 4 is an explanatory diagram of the principle of the propulsion device according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic view of a repetitive propulsion device showing an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a time change (measured by a semiconductor load cell) of a force acting on an object by laser irradiation when only an aluminum thin film is used and when an acrylic plate is attached thereon.
FIG. 7 is a schematic view of a lightweight small aircraft with a repetitive propulsion device showing an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substance 2 Laser transparent substance 11 Aluminum body as propellant (metal body) 12 Liquid droplet as liquid transparent body 13 Laser light repeatedly irradiated 14 Driving force by ablation generated by laser light 15 Propulsion 21 Lightweight small aircraft 22 Lightweight small aircraft propulsion device 23 Ground laser base 24 Laser light emitted from the laser base

Claims (5)

(a)アルミニウムからなる被推進体と、
(b)該被推進体の後方に設けられるとともに、前記被推進体との比重が近似するガラス板、アクリル板又は液滴からなる流動性レーザー光透明体と、
(c)該流動性レーザー光透明体に繰り返しレーザー光を照射する手段とを備え、
(d)前記レーザー光によって発生するアブレイションによる駆動力が前記流動性レーザー光透明体に作用し、前記駆動力の反作用としての推進力を前記被推進体に付与し、前記駆動力が発生すると前記流動性レーザー光透明体は復元し、次に照射されるレーザー光により再びアブレイションによる駆動力を発生させ、これを繰り返すことを特徴とする繰り返し推進装置。
(A) a propelled body made of aluminum ;
(B) A flowable laser beam transparent body made of a glass plate, an acrylic plate or a droplet, which is provided behind the propelled body and has a specific gravity similar to that of the propelled body;
(C) comprising means for repeatedly irradiating the fluid laser beam transparent body with laser beam,
(D) driving force by Abureishon generated by the laser beam acts on the flowable laser light transparent body, wherein the driving force as a reaction of the driving force imparted to the propellant, when the driving force is generated The fluid propellant transparent body is restored, a driving force by ablation is generated again by the next irradiated laser beam, and this is repeated.
(a)少なくとも金属部分を有する飛行機と、
(b)該飛行機本体の金属部分の後方に設けられるとともに、アルミニウムからなる被推進体との比重が近似するガラス板、アクリル板又は液滴からなる流動性レーザー光透明体と、
(c)該流動性レーザー光透明体に繰り返しレーザー光を照射する手段とを備え、
(d)前記レーザー光によって発生するアブレイションによる駆動力が前記流動性レーザー光透明体に作用し、前記駆動力の反作用としての推進力を前記被推進体に付与し、前記駆動力が発生すると前記流動性レーザー光透明体は復元し、次に照射されるレーザー光により再びアブレイションによる駆動力を発生させ、これを繰り返すことを特徴とする繰り返し推進装置付き軽量小型飛行機。
(A) an airplane having at least a metal part;
(B) a flowable laser beam transparent body made of a glass plate, an acrylic plate or a droplet, which is provided behind the metal portion of the airplane body and has a specific gravity similar to that of a propelled body made of aluminum ;
(C) comprising means for repeatedly irradiating the fluid laser beam transparent body with laser beam,
(D) driving force by Abureishon generated by the laser beam acts on the flowable laser light transparent body, wherein the driving force as a reaction of the driving force imparted to the propellant, when the driving force is generated A light-weight small airplane with a repetitive propulsion device, wherein the fluid laser beam transparent body is restored, and a driving force by ablation is generated again by the next irradiated laser beam, and this is repeated.
請求項記載の繰り返し推進装置付き軽量小型飛行機において、前記飛行機の翼に前記流動性レーザー光透明体を備え、該流動性レーザー光透明体へのレーザー光の照射により、飛行の制御を可能にすることを特徴とする繰り返し推進装置付き軽量小型飛行機。In the repeating propulsion device with light weight small aircraft of claim 2, further comprising the flowable laser light transparent body to the wing of the airplane, by laser light irradiation to the flowable laser light transparent body, to allow control of flight A lightweight small aircraft with a repetitive propulsion device. 請求項記載の繰り返し推進装置付き軽量小型飛行機において、前記飛行機の翼に形状記憶合金を備え、該形状記憶合金へのレーザー光の照射により、翼の形状を制御することにより、飛行の制御を可能にすることを特徴とする繰り返し推進装置付き軽量小型飛行機。 3. A lightweight small aircraft with a repetitive propulsion device according to claim 2 , wherein the wing of the aircraft is provided with a shape memory alloy, and the shape of the wing is controlled by irradiating the shape memory alloy with laser light, thereby controlling the flight. A lightweight small aircraft with a repetitive propulsion device, characterized by enabling. 請求項又は記載の繰り返し推進装置付き軽量小型飛行機において、前記翼の両翼を交互にレーザー照射することによって、姿勢や方向を制御することを特徴とする繰り返し推進装置付き軽量小型飛行機。According to claim 3 or 4 repeat propulsion device with light weight small aircraft according, by laser irradiation alternately wings of the wing, repeated propulsion apparatus with small, lightweight aircraft and controlling the posture and direction.
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