JP4586189B2 - 飛行船 - Google Patents

Description

本発明は、飛行船に関する。

従来より、ヘリウム等の浮揚ガスの浮力を利用して浮揚し、推進装置や操縦装置によって自在に飛行する飛行船が提案され、実用化されている。現在においては、かかる飛行船の軽量化や制御性向上を目的として、図４に示すようなバロネット（空気室）１１０を船体１００内に複数設け、各バロネット１１０内の空気の量を調節して船体１００の姿勢制御を行う「マルチバロネット方式」が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、近年においては、情報通信、放送、監視、気象観測、高層の大気成分分析、等を目的として、高度約１５ｋｍ以上の成層圏で飛行可能な飛行船の開発が進められている。成層圏のような高高度においては、船体外部の大気圧が地上と比較すると著しく低いため、飛行船が上昇して成層圏に近付くほど船体内に充填された浮揚ガスが膨張する。このため、浮揚ガスの膨張に合わせて船体内の空気を外部に排出する必要がある。

しかるに、船体内の空気を全て排出してしまうと、飛行船の浮力を増加させることができない。従って、飛行船を成層圏まで上昇させるためには、地上において船体内に充填される空気の割合をできるだけ大きくする（例えば「空気：浮揚ガス＝９５：５」程度に設定する）必要がある。

しかし、前記した従来の「マルチバロネット方式」を採用すると、空気の容量を充分に確保することができないという問題がある。このような問題を解決するために、従来は、図５に示すように船体２００内の上方空間（浮揚ガス室）２１０と下方空間（空気室）２２０とをダイヤフラム２３０で仕切る「ダイヤフラム方式」を採用することにより、大容量の空気の充填を可能にしていた（例えば、特許文献２参照。）。また、大容量の空気の充填を実現させるために、複数の膜体を用いて船体内空間を複数の小空間（セル）に分割し、このセル内に空気を充填する「マルチセル方式」も採用されている。
特開２００２−３３１９９９号公報（第２頁、第５図） 特開２００２−３４７６９７号公報（第１頁、第１図）

しかし、前記した「ダイヤフラム方式」を採用すると、船体２００内の下方空間（空気室）２２０に充填した大容量の空気が、外部からの衝撃を受けて前後方向に移動するため、船体２００の姿勢制御が困難となる。一方、船体２００の姿勢を安定させるために各種制御装置を搭載すると、船体重量が増大してしまうこととなる。また、前記した「マルチセル方式」を採用すると、複数のセル形成のために大量の膜体を船体内に設けるので、船体重量が増大してしまう。

本発明の課題は、大容量の空気を充填することが可能で高高度の飛行に適しており、なおかつ、比較的軽量で制御性に優れる飛行船を提供することである。

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、柔軟な外皮から構成される船体と、この船体内の前後方向に沿って複数配置され各々独立して空気を収容する空気袋と、を備え、前記船体内の前記空気袋を除く空間に浮揚ガスが充填される飛行船において、前記船体内には、上下方向に延在する複数の索体が設けられ、前記各空気袋は、前記索体に沿って移動する移動部を有するとともに、空気の充填に伴う前記移動部の上方への移動により拡張する一方、空気の排出に伴う前記移動部の下方への移動により収縮するように構成され、前記各空気袋の上端部分にはリング状部材が取り付けられ、該リング状部材が前記索体に遊嵌されることで前記移動部が構成されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、各空気袋は、船体内に設けられた上下方向に延在する複数の索体に沿って移動する移動部を有し、空気の充填に伴う移動部の上方への移動により拡張する一方、空気の排出に伴う移動部の下方への移動により収縮するように構成されている。

従って、地上において各空気袋に大容量の空気を充填して各空気袋を拡張させることができ、上空において浮揚ガスが膨張した場合には、各空気袋から空気を排出して各空気袋を収縮させることができる。この結果、高高度飛行を実現させることができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、船体内の前後方向に沿って空気袋が複数配置されており、各空気袋は各々独立して空気を収容するので、「ダイヤフラム方式」とは異なり、充填した大容量の空気が船体の前後方向に移動することが少ない。従って、船体の姿勢制御が容易となる。また、船体の姿勢を安定させるための各種制御装置を搭載する必要がなく、「マルチセル方式」のように大量の膜体を船体内に設ける必要もないので、船体重量の増大を防ぐことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の飛行船において、前記空気袋全体の最大拡張時の容積は、前記船体内空間の容積の９５％以上を占めることを特徴とする。

本発明によれば、各空気袋は、船体内の索体に沿って上下方向に移動する移動部を有し、空気の充填・排出に伴って拡張・収縮するように構成されているため、地上で各空気袋に大容量の空気を充填することができ、上空で浮揚ガスが膨張した場合に各空気袋から空気を排出して各空気袋を収縮させることができる。この結果、高高度飛行を実現させることができる。また、各空気袋は、船体内の前後方向に沿って複数配置されているので制御性の向上を達成することができる。さらに、船体の姿勢安定化のための各種制御装置や大量の膜体を設ける必要がないので、船体の軽量化を達成することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、本発明に係る飛行船の一例として、地上から送信される指令信号に基づいて高度約１５ｋｍ以上の成層圏で飛行可能な高高度飛行型の無人飛行船１を挙げている。

まず、本実施の形態に係る無人飛行船１の構成について説明する。無人飛行船１は、図１に示すように、柔軟な外皮で構成された船体１０、船体１０内に設けられた複数の索体２０〜５０、船体１０内に設けられた複数のバロネット（船首側バロネット６０、船尾側バロネット７０及び中央バロネット８０）、船体１０の下面に設けられたゴンドラ９０、等を備えて構成されている。

船体１０は、合成樹脂製又は軽金属製の柔軟性を有する外皮で構成されている。船体１０内のバロネットを除いた空間（以下、「浮揚ガス嚢」という）には浮揚ガスが充填されており、この浮揚ガスの圧力と、バロネットに充填された空気の圧力と、によって船体１０の形状が保持されている。

また、船体１０の船尾寄りの上下面には、図１に示すように、方向舵１２を備える垂直尾翼１１が設けられており、船体１０の船尾寄りの側面には、昇降舵を備える（図示されていない）水平尾翼が設けられている。これら方向舵１２及び昇降舵は、ゴンドラ９０に搭載された（図示されていない）操縦装置によって駆動される。

索体２０〜５０は、図１に示すように、一方の端部が船体１０の内部の上方部分に接合されるとともに、他方の端部が船体１０内部の下方部分に接合されており、船体１０内において上下方向に延在するように設けられている。索体２０は、船体１０の船首寄りの位置に配置され、索体３０、４０は船体１０の前後方向中央寄りの位置に配置され、索体５０は船体１０の船尾寄りの位置に配置されている。

索体２０〜５０は、各々、左右で一組にして設けられている。例えば、船体１０の前後方向中央寄りの位置に配置された索体３０は、図２に示すように、船体１０の右側に配置された右索体３０Ｒと、船体１０の左側に配置された左索体３０Ｌと、から構成されている。

船首側バロネット６０は、本発明における空気袋であり、図１に示すように、船体１０内の船首寄りの空間に設けられている。船首側バロネット６０は、合成樹脂又は軽金属等の柔軟性を有する材料で調製された折畳自在な膜体で構成されている。このため、空気の充填による拡張と、空気の排出による収縮と、の双方が可能となっている。

船首側バロネット６０の上端部分には、図１に示すように、複数のリング状部材６１が取り付けられている。これらリング状部材６１は、索体２０及び索体３０に遊嵌されており、索体２０及び索体３０に沿って上下方向に移動可能とされている。このため、船首側バロネット６０のリング状部材６１が取り付けられた部分（以下、「リング取付部」という）は、索体２０及び索体３０に沿って移動可能となる。すなわち、船首側バロネット６０のリング取付部は、本発明における移動部である。

船首側バロネット６０内に空気を充填すると、空気の重量及び圧力によって、船首側バロネット６０の前方部分、下方部分及び側方部分が船体１０の内面に押し付けられ、船首側バロネット６０の上方部分が浮揚ガス嚢に向かって押し上げられる。この結果、リング取付部は上方に移動し、船首側バロネット６０が拡張する。一方、船首側バロネット６０内から空気を排出すると、リング取付部は下方に移動し、船首側バロネット６０が収縮する。

船首側バロネット６０の最大拡張時の容積は、船体１０の船首寄り部分の外皮と、索体３０を含む仮想平面と、で形成される船首側仮想空間の容積と略同一になるように設定されている。このため、船首側バロネット６０に空気を充填して拡張させることにより、船首側仮想空間を船首側バロネット６０で満たすことができる。一方、船首側バロネット６０から空気を排出して収縮させることにより、船首側仮想空間における浮揚ガス嚢の容積を増加させることができる。

船尾側バロネット７０は、本発明における空気袋であり、図１に示すように、船体１０の船尾寄りの空間に設けられている。船尾側バロネット７０は、合成樹脂又は軽金属等の柔軟性を有する材料で調製された折畳自在な膜体で構成されている。このため、空気の充填による拡張と、空気の排出による収縮と、の双方が可能となっている。

船尾側バロネット７０の上端部分には、図１に示すように、複数のリング状部材７１が取り付けられている。これらリング状部材７１は、索体４０及び索体５０に遊嵌されており、索体４０及び索体５０に沿って上下方向に移動可能とされている。このため、船尾側バロネット７０のリング状部材７１が取り付けられた部分（リング取付部）は、索体４０及び索体５０に沿って移動可能となる。すなわち、船尾側バロネット７０のリング取付部は、本発明における移動部である。

船尾側バロネット７０内に空気を充填すると、空気の重量及び圧力によって、船尾側バロネット７０の後方部分、下方部分及び側方部分が船体１０の内面に押し付けられ、船尾船首側バロネット７０の上方部分が浮揚ガス嚢に向かって押し上げられる。この結果、リング取付部は上方に移動し、船尾側バロネット７０が拡張する。一方、船尾側バロネット７０内から空気を排出すると、リング取付部は下方に移動し、船尾側バロネット７０が収縮する。

船尾側バロネット７０の最大拡張時の容積は、船体１０の船尾寄り部分の外皮と、索体４０を含む仮想平面と、で形成される船尾側仮想空間の容積と略同一になるように設定されている。このため、船尾側バロネット７０に空気を充填して拡張させることにより、船尾側仮想空間を船尾側バロネット７０で満たすことができる。一方、船尾側バロネット７０から空気を排出して収縮させることにより、船尾側仮想空間における浮揚ガス嚢の容積を増加させることができる。

中央バロネット８０は、本発明における空気袋であり、図１に示すように、船体１０の前後方向略中央部の空間に設けられている。中央バロネット８０は、合成樹脂又は軽金属等の柔軟性を有する材料で調製された折畳自在な膜体で構成されている。このため、空気の充填による拡張と、空気の排出による収縮と、の双方が可能となっている。

中央バロネット８０の上端部分には、図１から図３に示すように、複数のリング状部材８１が取り付けられている。これらリング状部材８１は、索体３０及び索体４０に遊嵌されており、索体３０及び索体４０に沿って上下方向に移動可能とされている。このため、中央バロネット８０のリング状部材８１が取り付けられた部分（リング取付部）は、索体３０及び索体４０に沿って移動可能となる。すなわち、中央バロネット８０のリング取付部は、本発明における移動部である。

中央バロネット８０内に空気を充填すると、空気の重量及び圧力によって、中央バロネット８０の下方部分及び側方部分が船体１０の内面に押し付けられ、中央バロネット８０の上方部分が浮揚ガス嚢に向かって押し上げられる。この結果、リング取付部は上方に移動し、中央バロネット８０が拡張する。一方、中央バロネット８０内から空気を排出すると、リング取付部は下方に移動し、中央バロネット８０が収縮する。

中央バロネット８０の最大拡張時の容積は、船体１０の前後方向略中央部の外皮と、索体３０を含む仮想平面と、索体４０を含む仮想平面と、で形成される略円筒形状の中央仮想空間の容積と略同一になるように設定されている。このため、中央バロネット８０に空気を充填して拡張させることにより、中央仮想空間を中央バロネット８０で満たすことができる。一方、中央バロネット８０から空気を排出して収縮させることにより、中央仮想空間における浮揚ガス嚢の容積を増加させることができる。

なお、中央仮想空間における空気と浮揚ガスとの容積の割合を約「５０：５０」に設定した状態を図３（ａ）に示している。また、図３（ａ）の状態から中央バロネット８０に空気を充填して中央バロネット８０を拡張することにより、中央仮想空間における空気と浮揚ガスとの容積の割合を約「９０：１０」に設定した状態を図３（ｂ）に示している。

本実施の形態においては、全バロネットの最大拡張時の総容積（船首側バロネット６０、船尾側バロネット７０及び中央バロネット８０の最大拡張時の容積を加算した値）が、船体１０の内部空間の容積の約９８％を占めるように設定されている。従って、船体１０の内部空間における空気の容積占有率を最大約９８％まで高めることができる。高高度飛行型の無人飛行船１においては、船体１０の内部空間における空気の容積占有率を、地上において約９５％程度に設定するのが好ましい。

また、これらバロネット（船首側バロネット６０、船尾側バロネット７０及び中央バロネット８０）の各々の下方には、（図示されていない）吸排気用のブロアが設けられている。ブロアが吸気動作を行うと、外部の空気が各バロネット内に充填されるため、各バロネットは拡張する。一方、ブロアが排気動作を行うと、各バロネット内の空気が外部に排出されるため、各バロネットは収縮する。ブロアは、ゴンドラ９０に搭載された（図示されていない）ブロア駆動装置により駆動される。

ゴンドラ９０には、方向舵１２や昇降舵を駆動する操縦装置、エンジン・プロペラ等の推進装置、各バロネットの下方に設けられたブロアを駆動するブロア駆動装置、これら各種機器を統合制御する制御装置、等が搭載されている。

ゴンドラ９０に搭載された制御装置は、地上の基地局から送信される指令信号によって駆動制御される。地上の基地局から指令信号を送信することにより、制御装置を介して操縦装置を駆動制御して方向舵１２や昇降舵を駆動するとともに、推進装置を駆動制御して所望の推進力を発生させることができる。また、地上の基地局から指令信号を送信することにより、制御装置を介してブロア駆動装置を駆動制御してブロアを駆動することができる。

以上説明した実施の形態に係る無人飛行船１においては、各バロネット（船首側バロネット６０、船尾側バロネット７０及び中央バロネット８０）が、船体１０内に設けられた上下方向に延在する複数の索体２０〜５０に沿って移動する移動部（リング取付部）を有しており、空気の充填に伴う移動部の上方への移動により拡張する一方、空気の排出に伴う移動部の下方への移動により収縮するように構成されている。

従って、地上において各バロネットに大容量の空気を充填して各バロネットを拡張させることができ、上空において浮揚ガスが膨張した場合には、各バロネットから空気を排出して各バロネットを収縮させることができる。この結果、高高度飛行を実現させることができる。

また、以上説明した実施の形態に係る無人飛行船１においては、船体１０内の前後方向に沿ってバロネットが複数配置されているので、「ダイヤフラム方式」とは異なり、充填した大容量の空気が船体１０の前後方向に移動することが少ない。従って、船体１０の姿勢制御が容易となる。また、船体１０の姿勢を安定させるための各種制御装置を搭載する必要がなく、「マルチセル方式」のように大量の膜体を船体１０内に設ける必要もないので、船体１０の重量の増大を防ぐことができる。

なお、以上の実施の形態においては、船体１０の前後方向に沿って４組の索体を設けた例を示したが、索体の数はこれに限定されるものではない。また、以上の実施の形態においては、左右で一組の索体（例えば右索体３０Ｒ及び左索体３０Ｌから構成される索体３０）を採用したが、船体１０の幅方向（左右方向）に沿って索体を３本以上配置し、これら３本以上の索体を一組とすることもできる。

また、以上の実施の形態においては、高高度飛行型の無人飛行船１を想定したため、全バロネットの最大拡張時の総容積が船体１０内空間の容積の約９８％を占めるようにした例を示したが、全バロネットの最大拡張時の総容積は、飛行に必要な空気の容量に応じて適宜決めることができる。

また、以上の実施の形態においては、高高度飛行型の「無人」飛行船に本発明を適用した例を示したが、「有人」の飛行船に本発明を適用することもできる。

本発明の実施の形態に係る無人飛行船の概略側面図である。 図１に示した無人飛行船のII−II部分の断面図である。 （ａ）は、図１に示した無人飛行船の中央仮想空間における空気と浮揚ガスの容積比を約５０：５０に設定した状態を示す斜視図であり、（ｂ）は、図１に示した無人飛行船の中央仮想空間における空気と浮揚ガスの容積比を約９０：１０に設定した状態を示す斜視図である。 「マルチバロネット方式」を採用した従来の飛行船の概略側面図である。 「ダイヤフラム方式」を採用した従来の飛行船の概略側面図である。

符号の説明

１ 無人飛行船（飛行船）
１０ 船体
２０〜５０ 索体
６０ 船首側バロネット（空気袋）
７０ 船尾側バロネット（空気袋）
８０ 中央バロネット（空気袋）

Claims (2)

1. 柔軟な外皮から構成される船体と、この船体内の前後方向に沿って複数配置され各々独立して空気を収容する空気袋と、を備え、前記船体内の前記空気袋を除く空間に浮揚ガスが充填される飛行船において、
   前記船体内には、
   上下方向に延在する複数の索体が設けられ、
   前記各空気袋は、
   前記索体に沿って移動する移動部を有するとともに、空気の充填に伴う前記移動部の上方への移動により拡張する一方、空気の排出に伴う前記移動部の下方への移動により収縮するように構成され、
   前記各空気袋の上端部分にはリング状部材が取り付けられ、該リング状部材が前記索体に遊嵌されることで前記移動部が構成されることを特徴とする飛行船。
2. 前記空気袋全体の最大拡張時の容積は、
   前記船体内空間の容積の９５％以上を占めることを特徴とする請求項１に記載の飛行船。

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