JP4457959B2 - パラシュート射出装置および無人飛行機 - Google Patents

Description

この発明は、無人飛行機を着地させる、もしくは回収するためにパラシュートを射出するパラシュート射出装置、および当該パラシュート射出装置を備えた無人飛行機に関するものである。

模型飛行機を飛行させる際、電波障害による操縦不能時や、操縦ミスによる制御不能時などの緊急時に、機体を墜落させることなく、かつ衝突などによって周囲に害を及ぼすことのないように、パラシュート等の安全装置を用いて、模型飛行機を確実に回収する手段が利用されている。

従来のパラシュート射出装置は、機体内部に内蔵したスプリングなどを用いて射出させる方式が一般的である。その開傘方式の一例として、電波妨害を受けて制御不能になった際に、安全保護スイッチを押すことで、航空機の操縦席部分に設けた格納領域に格納したパラシュートを、内蔵したスプリングによっておもりと共に射出させ、安全に着陸できるようにしたパラシュートの射出装置が知られている(例えば特許文献１参照) 。

特開２００２−２００３６９号公報（第６頁、第５図）

また、飛行者に装着するものとして、パラシュート収容ケース中にガスを噴入し、ガスの膨張によってパラシュートを外部に押し出すパラシュート射出装置が知られている(例えば特許文献２) 。

特開平１０−２０３４９１号公報（第６頁、第６図）

従来のパラシュート射出装置は、飛行機の機体上面に設置されている場合、射出されたパラシュートが風圧を受けて機体後方に流され、垂直尾翼等の後方構造物と干渉して、パラシュートが完全に開傘できなくなるという問題があった。

また、パラシュートが開傘できたとしても、その支持部が機体重心の直近にあるために、わずかな外乱に対しても機体は大きく振動しながら落下する傾向があり、機体を損傷するのみならず、人や器物に衝突する際の衝突力が大きくなるという問題があった。この際、パラシュートの装着位置を機体重心から離すように、パラシュートを機体後方に設置した場合であっても、開傘時に機首が下向きとなって降下するので、振れが大きくなってやはり衝突力が大きくなる。

この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、どんな姿勢でパラシュートを射出しても確実にパラシュートを開傘するとともに、開傘後に機体の姿勢を安定に保ったまま確実に着地させるパラシュート射出装置を得る事を目的としている。

この発明によるパラシュート射出装置は、パラシュートと、一端部に係合部を有するとともに他端部に保持部を有した蓋と、飛行機の機体に設けられた軸に対し回転可能に支持された支持部と、上記パラシューを収納する収納部を有するとともに、当該収納部が上記蓋に付勢された状態で上記支持部と収納部との間で上記機体に支持されて当該蓋に対し展開力を与える弾性部材を有した展開部と、上記蓋の係合部を上記機体に係合させた状態で上記蓋の保持部の係止によって上記蓋を保持するとともに、当該保持部の係止解除によって上記蓋の保持を解放する係止部と、一端が上記機体に固定され、他端が上記パラシュートに連結され、一端と他端の間で上記展開部に結合した繊維部材と、を備え、上記パラシュートは、上記係止部の係止時に上記蓋に覆われて上記収納部に収納され、上記係止部の係止解除時に上記弾性部材の展開力によって射出され、上記繊維部材は上記パラシュートの射出後に上記展開部を支持するものである。

また、上記パラシュート射出装置を備えた無人飛行機を提供するものであっても良い。

この発明によれば、パラシュートの支持部を重心上の十分高い位置に配置でき、パラシュートはこの支持部を基点に開傘するので、パラシュートが風圧により後方に流された時であっても垂直尾翼等の機体構造物に引っかかる可能性は低く、より確実にパラシュートを開傘することが可能となる。

また、パラシュートの着力点を重心上の十分高い位置に配置できるため、落下姿勢をより安定化することができる。

実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態１について説明する。図に記載する飛行機（以下、単に「機体」という。）には、各種の機器が搭載されているが、ここではこの発明の要旨とする部分のみを説明する。

図１はこの発明の実施の形態１における機体１と、パラシュート射出装置の構成を示すものである。
図１において、機体１は、主翼１００と、垂直尾翼１１と、水平尾翼１２と、車輪１３と、推進動力部１６を備えて構成される。車輪１３は機体１の下に設けられ、着地の際に機体１の主翼１００や胴体下部が地面と接触することを避けることができる。推進動力部１６は機体１に推力を与えるものであって、図１ではプロペラを例示している。なお、機体１には、前部にプロペラを回転駆動させるモータやモータに電力を与える電源などが収納されていることは言うまでもない。

パラシュート射出装置は、バネ２と、収納部３と、留め金４と、蓋５と、前方支点６と、後方支点７と、紐８と、パラシュート９を備えて構成される。蓋５は凹面を成しており、パラシュート９は蓋５に覆われてその凹面の内側に収容される。

図２はこの発明の実施の形態１におけるパラシュート射出装置の詳細構成を示す。図１および図２（ａ）において、後方支点７は機体の重心後方に配置されており、機体１の側面から突出して回転軸を構成している。後方支点７は主翼１００の後方で両翼に近接してそれぞれ設けられ、２箇所設置されている。
バネ２はＵ字状に折り返すように成形され、バネ２の端末部は螺旋状に曲げられてねじりバネを構成している。バネ２の端末部の末端は直線部３１を有している。バネ２のねじりバネは螺旋部が各後方支点７に挿入されて、後方支点７に対し回転可能に軸支されている。バネ２のねじりバネは支持部を構成し、バネ２はこの支持部によって後方支点７にそれぞれ拘束される。バネ２は後方支点７に拘束された状態で機体上面の外部形状（具体的には主翼１００の上面）に沿わせて曲げて設置される。
バネ２のＵ字形状を成す先端部には、収納部３が設けられている。収納部３はＬ字状の柄杓形状に折り曲げられ、折り畳んだパラシュート９は収納部３の柄杓形状部内に収められる。この状態で、パラシュート９に蓋５が覆い被さる。

蓋５の上端は係合溝３５が設けられる。バネ２はパラシュート９を収納した状態で蓋５に付勢され、バネ２は前方支点６に当接する。これによって、バネ２の収納部３に前方支点６からの反力がかかった状態で、蓋５は機体重心前方に設けられている前方支点６に係合している。前方支点６は主翼１００の前縁に近接もしくは接触して、両翼２箇所に配置される。蓋５の下端は外縁から突出した保持部３３を構成している。蓋５の保持部３３は留め金４に挟まれて固定される。留め金４はラジコン模型用のサーボ１０に接続しており、サーボ１０の動作によって留め金４が外れると、前方支点６を支点に蓋５が開く。これと同時に、バネ２の反力によって収納部３が上方へ跳ね上がり、収納部３の跳ね上がりによってパラシュート９が上方に押し上げられる構造となっている。留め金４は蓋５を機体１に保持するための係止部を構成する。

また、バネ２の直線部３１の端末は固定部３２に当接し、バネ２の回転を拘束する。これによって、蓋５が前方支点６と留め金４によって固定された状態で、バネ２のねじりバネに弾性エネルギーが蓄積される。蓋５が開くと同時にねじりバネの弾性エネルギーが解放されてバネ２にトルクを生じ、後方支点７を支点にバネ２が展開する。すなわち、バネ２は弾性部材として機能するとともに、後方支点７を回転中心として展開動作する展開部として機能する。

更に、紐８は機体前方とバネ２の先端部とを結び、バネ２が機体から跳ね上がったときに、バネ２の先端部がほぼ重心直上の垂直尾翼１１より高い位置で固定される長さに調整してある。紐８は樹脂繊維や糸などの繊維部材で構成される。

なお、図１ではバネ２として２本のピアノ線（例えば線径φ１〜φ２）を用いた例を示したが、１枚の薄板材を用いても良い。また、バネ２の材質はピアノ線のような金属線材に限ったものではなく、曲げ弾性を有したものであれば、他の線材であってもかまわない。蓋５の保持解放によって線材の曲げ応力が解放され伸展することによって、展開動作するものであれば良い。例えば、カーボンファイバー、あるいは竹ひご等の材質で構成されても良い。更に、それ自体が曲がらない硬い材質であっても後方支点７の周りにねじりバネのような回転力を発生するような機能を持つ弾性部材を用いても同様の動作を行なわせることができる。要するに蓋５が開くと同時に展開動作し、紐８とともにパラシュート９を支持する支持構造を構成すればよい。この支持構造は、紐８とバネ２との連結部（支持部３４）の下方で三角錐形状を成すように構成するのが好ましい。

留め金４の解除は、例えばラジコン用送受信機のチャンネルを１つ追加し、そのサーボを用いてラジコン用コントローラーからの指令により、留め金４を回転させ蓋５の保持部の係止保持を解除する方法を用いるのが簡便である。
なお、図１には図示していないが、機体１の内部には、ラジコン用送受信機や、サーボや、通信アンテナや、ラジコン用の各種コントローラーが内蔵されていることは言うまでもなく、その詳細説明については省略する。

次に、この実施の形態に係る発明の主旨を説明するため、留め金の解除からパラシュート開傘までの射出機構についての動作を、より詳しく説明する。
上述の図２は更に、この発明の実施の形態１におけるパラシュート射出装置の動作例を示しており、図２(a)は動作前の状態、図２(b)は動作前半の状態、図３(c)は動作後半の状態を示している。
また、図３は留め金の解除からパラシュート開傘までの動作の流れを示すフロー図である。以下、図２および図３に沿ってパラシュート開傘までの動作を説明する。

図２(a)に示すように、装置作動前のパラシュート９は収納部３に収められており、蓋５によって覆われている。収納部３の下には、パラシュート９を押し出す方向に反力を持つように、後方支点７を基点に機体に添って曲げられた状態でバネ２が押し込められている。ここで、蓋５下端の保持部３３は留め金４によって保持され、上端の係合溝３５は前方支点６によって機体に固定されている。このため、バネ２の反力により、飛行中にパラシュート９が飛び出すことはない。

なお、この図２の例では、上述したようにバネ２の基点はねじりバネになっており、バネ２の反力をより強める効果を有している。

機体１が操作不能もしくは制御不能になったときや、機体１を回収する場合など、機体１の飛行中にパラシュート回収を行なう際には、任意の手段(図２中ではサーボ１０の回転)により留め金４を解除する(ステップＳ１)。留め金４が解除されるとバネ２が開放され、その反力により図２(b)のように収納部３及び蓋５は、前方支点６を軸にしてパラシュートを持ち上げる方向へ回転する(ステップＳ２)。蓋５と前方支点６の接点は、回転により外れる機構になっており、持ち上げられた蓋５及び収納部３が受ける風圧と、バネ２の反力により、収納部３と蓋５はある程度回転した時点で、前方支点６から開放される(ステップＳ３)。

なお、図２では１例として、サーボを用いた留め金の解除機構を示したが、留め金の種類や形状は必ずしもこれに限ったものでなくても良い。飛行中にパラシュートが開放しないように確実に蓋を抑えることができ、スイッチの切り替えで開放できる機構を有するものであれば、例えば、コントローラー側のスイッチの切り替えにより動作する、単純なスライド式のスイッチ等であってもよい。この他、プッシュプル・ソレノイドを設置しても良い。例えば、てこの原理により通常はプッシュプル・ソレノイドで留め金４を押し上げて蓋５の保持部を押え、解除時は留め金４による蓋５の押さえを外すことによって、蓋５の係止保持を解放しても良い。このような係止の方法は各種あり、任意の方法で蓋５の係止保持と、係止解除を行うことができれば良い。

蓋５が前方支点６から開放されると、バネ２の反力と風圧を受けて、図２(c)のように収納部３はパラシュート９を開放しながら、後方支点７を軸とした回転による展開動作に移行する(ステップＳ４)。この回転は、バネ２の先端と機体を結ぶ紐８が伸び切った時点で停止する。このとき、バネ２は自然長までは戻らないように調整されているため、バネ２の反力も依然存在し、その反力と紐８の張力が釣り合った状態で、パラシュート９の支持部３４となるバネ２の先端位置は固定される(ステップＳ５)。これと同時に、パラシュート９が射出される(ステップＳ６)。このようにして、パラシュート９が開傘される(ステップＳ７)。図４はパラシュートが完全に開傘した状態を示す図である。

ここで、紐８の長さは事前に自由な長さに調整できるため、パラシュートの支持部３４を機体重心直上に調整することも容易である。紐８は例えば重量２ｋｇ程度の機体であれば、１本で５０ｋｇ程度の荷重を支持するものを用いると良い。また、パラシュートの支持部３４とパラシュート９との間に縒り戻し２１を設けることによって、パラシュート９と支持部３４の間を連結する紐に縒りが生じないようにしても良い。

蓋５は糸等でパラシュート９の先端と結ばれており、風圧を受けて機体後方に飛ばされながら、折り畳まれたパラシュート９の先端を引っ張ることで、パラシュートを開傘しやすくする働きを持つ。

バネ２と紐８から構成されるパラシュートの支持部３４は、図４のように重心１７上方の垂直尾翼より高い位置に固定される。図の例では、機体１の重心１７と垂直尾翼１１との高さＨ１よりも、重心１７と支持部３４の高さＨ２の方が高くなっている。このようにして、風圧とバネ２の反力で射出されたパラシュート９はこの支持部を基点に開傘するため、パラシュートが風圧により後方に流された時に垂直尾翼等の後方構造物に引っかかる恐れは極めて小さくなり、より確実にパラシュートを開傘することが可能となる。これにより、パラシュートによる、より確実な回収が実現でき、機体１を損傷なく着地させることができる。

また、パラシュートを機首や尾部に取り付けて回収する場合は、地面への落着時に機首や尾部から地面に接触し、機体を損傷するのみならず、人や器物に衝突して相手に傷害を与える可能性が高いが、この実施形態では、紐８の調整により、パラシュートの着力点が重心直上の垂直尾翼高さよりも十分高い位置にあるため、落下姿勢が安定しやすく、機体は水平を保ったまま降下・接地するため、機体を損傷もしくは人や器物を損傷する可能性を低減できる。

このようにして、機体１の重心と支持部３４との距離を離すことによって、パラシュート９にぶら下がった状態で、支持部３４を着力点として機体１が横方向に振幅する際に、機体１の姿勢が傾くのを抑える作用が働く。例えば、外乱により機体重心がパラシュート着力点よりも２ｃｍ横に動いたとすると、その場合、機体重心から着力点までの高さＬが５ｃｍの場合には、機体の傾き角はarcsin(2/5)=23.6度となる。また、Ｌが１０ｃｍの場合には、arcsin(2/10)=11.5度となり、Ｌが２０ｃｍの場合には、arcsin(2/20)=5.7度となる。機体１の形状によっても異なるが、好適にはＬは全長の２０％程度にすると良い。
すなわち、風などによって機体が横に力を受けたときに、パラシュート９の着力点と重心からの長さが2倍になれば、機体の傾きは半分に抑えることができるので、着力点と重心の距離を離すことによって、機体１の落下姿勢がより安定する。
なお、機体は２０度も傾くと、車輪１３よりも機体１の前後端や主翼端が先に地面についてしまい、破損の原因となる。

また、この実施形態では、降下時の姿勢をほぼ水平に保てるため、主翼の抵抗により、降下速度を、更に低減する効果も期待できる。

更に、この実施形態によるパラシュート射出機構では、バネ２を主翼の表面に沿って機体１の外部に設置することができる。また、蓋５も機体１の外部に設置できるので、留め金４を動作させる駆動機構などを除いて、その構成品の大半を機体外部に設置することができる。このため、機体への搭載上の制約が少なく、既存の模型飛行機の機体に後付けで装着することも容易である。

実施の形態２．
図５は実施の形態２によるパラシュート射出機構を示す図である。
上記の実施の形態１では、バネ２を機体外部に配置したが、バネ２を機体表面に沿わせる際、バネ２に合わせて機体表面に溝４０を設け、バネ２を溝４０内に収容して機体外部に突出しないように構成してもよく、このような構成によっても同様の動作を行なわせることができる。図５の例では、主翼１００の上面に溝４０を設けている。

実施の形態２によるパラシュート射出機構では、飛行中の空気抵抗の増加を減らすことが可能となり、飛行機としての通常の飛行への影響がより少ない形で、パラシュート射出装置を搭載することが可能である。

実施の形態３．
図６は実施の形態３によるパラシュート射出機構を示す図である。
機体表面に沿わせたバネ２を簡単に破れる膜状の膜状体４１で覆うことで、実施の形態２と同様、バネ２を機体外部に突出しないように構成してもよく、このような構成によっても同様の動作を行なわせることができる。膜状体４１としてはセロファンのようなものを用いると良い。図６の例では、主翼１００の上面でバネ２を被覆するように、膜状体４１を貼り付けている。

実施の形態３によるパラシュート射出機構では、飛行中の空気抵抗の増加を更に減らすことが可能となり、飛行機としての通常の飛行への影響がより少ない形で、パラシュート射出装置を搭載することが可能である。

この発明の実施の形態１に係るパラシュート射出装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るパラシュート射出装置の動作を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る動作の流れを示すフロー図である。 この発明の実施の形態１に係るパラシュート開傘動作後の状態を示す図である。 この発明の実施の形態２に係るパラシュート射出装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係るパラシュート射出装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ 飛行機、２ バネ、３ 収納部、４ 留め金、５ 蓋、６ 前方支点、７ 後方支点、８ 紐、９ パラシュート、１０ サーボ、４０ 溝、４１ 膜状体。

Claims (8)

1. パラシュートと、
   一端部に係合部を有するとともに他端部に保持部を有した蓋と、
   飛行機の機体に設けられた軸に対し回転可能に支持された支持部と、上記パラシューを収納する収納部を有するとともに、当該収納部が上記蓋に付勢された状態で上記支持部と収納部との間で上記機体に支持されて当該蓋に対し展開力を与える弾性部材を有した展開部と、
   上記蓋の係合部を上記機体に係合させた状態で上記蓋の保持部の係止によって上記蓋を保持するとともに、当該保持部の係止解除によって上記蓋の保持を解放する係止部と、
   一端が上記機体に固定され、他端が上記パラシュートに連結され、一端と他端の間で上記展開部に結合した繊維部材と、
   を備え、
   上記パラシュートは、上記係止部の係止時に上記蓋に覆われて上記収納部に収納され、上記係止部の係止解除時に上記弾性部材の展開力によって射出され、
   上記繊維部材は上記パラシュートの射出後に上記展開部を支持することを特徴としたパラシュート射出装置。
2. 上記繊維部材による上記展開部の支持点は、上記飛行機の機体の重心直上に位置するとともに、上記機体の最上点よりも上方に位置することを特徴とする請求項１記載のパラシュート射出装置。
3. 上記展開部は弾性を有する線材で構成され、当該線材の伸展によって展開することを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載のパラシュート射出装置。
4. 上記展開部は、上記展開部に回転力を印加するねじりバネを備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のパラシュート射出装置。
5. 上記蓋と上記パラシュートの頂部は、互いに連結されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のパラシュート射出装置。
6. 上記弾性部材を機体内に内在させるための溝を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のパラシュート射出装置。
7. 上記弾性部材はパラシュートの射出前に被覆され、パラシュートの射出時に破れる膜状体を備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のパラシュート射出装置。
8. 上記請求項１から７のいずれかに記載のパラシュート射出装置を備えたことを特徴とする無人飛行機。

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