JP4612960B2

JP4612960B2 - 飛行船の姿勢制御装置

Info

Publication number: JP4612960B2
Application number: JP2001064171A
Authority: JP
Inventors: 崇松本
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2021-03-08
Also published as: JP2002264898A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、飛行船に装着され、面形状を自在に変えながら浮揚気体と空気とを仕切るダイヤフラムをアクティブに制御することによって、飛行船のピッチ制御やロール制御などの姿勢制御を行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
飛行船における、例えばピッチ制御やロール制御などの姿勢制御には、従来から種々のやり方があり、そのうちの一つは、例えば特開昭６３−１５４４９６号公報に開示されるようなプロペラ羽根で行うやり方がある。この公報では、飛行船の船首又は船尾に取り付けられたロータ組立体のプロペラ羽根は、そのピッチが調節できるようになっており、適宜に調節されたプロペラ羽根によって適宜方向のスラスト力を発生させ、これによって飛行船の姿勢制御ができるようにしている。
また、もう一つのやり方は、所謂ダイヤフラム方式の軟式飛行船で行われているもので、ダイヤフラムによって仕切られた浮揚気体（例えばヘリウム）及び空気に対し、これら気体の飛行船内における容積割合を変えることによって飛行船の姿勢制御が行われるようにしているものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、姿勢制御をプロペラ羽根で行うタイプの飛行船においては、プロペラ羽根を含むロータ組立体及びその駆動装置などが搭載され、飛行船としては航空機の構造により近づいた本格的なものとなるために簡易な構造とはなり難く、コストも高くなるという問題がある。
また、ダイヤフラム方式の軟式飛行船は、飛行船としての構造は簡易である。しかるに、従来のダイヤフラム方式の飛行船では姿勢制御はできず、浮揚気体や空気が外部の影響を直接受けるために、例えばガストなどの外乱の影響で浮揚気体や空気が不安定な状態になるときには所定の姿勢を維持することが不可能である。実際、成層圏上空での停留状態にあるときは、飛行船１００は図４（Ｄ）のような姿勢で安定している。しかし、上昇するようなときに、飛行船１００を同図（Ａ）のような水平姿勢に維持して行うことはできず、また、同図（Ｂ）のように垂直姿勢で上昇している場合、ガストなどの外乱の影響を受けると、同図（Ｃ）のように船体が逆さまになったりする。尚、これら図中の１０１は浮揚気体と空気とを仕切るダイヤフラム、また、１０２は方向舵である。
【０００４】
本発明の目的は、所望の姿勢を維持することができ、ガストなどの外乱の影響を受けても素早く得られる飛行船の姿勢制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る飛行船の姿勢制御装置は、飛行船が側面視楕円形をなし、前記飛行船内に充填された浮揚気体と空気とを仕切るダイヤフラムが前記楕円形の長軸を含む平面で形成される場合に、前記ダイヤフラムの面上の複数部位をこのダイヤフラム面に垂直な複数の平面が当該ダイヤフラムと交わる各線分上の拘束点とし、また、前記飛行船の船体外皮の複数部位を前記拘束点の線分を含む前記平面が前記外皮と交わる各曲線上の連結点として、これら拘束点と連結点とを索体を介して連結し、前記連結点に配設される電動モータにより前記索体を巻取り・巻戻しすることによって前記ダイヤフラムを応動させるようにしたもので、飛行船の姿勢が所望の状態になるように、例えばマイクロプロセッサからの指令を受けた適宜位置の電動モータが正転又は逆転し、この正転又は逆転で索体が巻取り・巻戻しされることによってダイヤフラムが応動するようになるので、ガストなどの外乱で浮揚気体や空気が不安定な状態にあっても、飛行船内における上記気体の容積割合を素早く変えられ、所望の姿勢が直ちに得られる。
ところで、ダイヤフラムの面上の複数部位と飛行船体の外皮の複数部位との索体による連結態様は、ピッチ制御やロール制御などの姿勢制御の対象によって、また、制御の疎密度合いなどによって最適なものが選定される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の飛行船の姿勢制御装置に係る実施の形態を図１及び２を参照して説明する。
本姿勢制御装置１は、図１（Ａ）に示すような側面視略楕円形をなす飛行船２内に配設されたダイヤフラム３を、後述するように索体６を介してアクティブに制御するものである。
ダイヤフラム３は、上記楕円形の長軸３ａを含み、且つ、ヘリウム（浮揚気体）収容部４と空気収容部５とを仕切る平面で形成されるフレキシブルな隔膜である。尚、８は、操舵機である。
【０００８】
本姿勢制御装置１では、このようなダイヤフラム３に対し、当該ダイヤフラム３の面に略垂直な５つの平面Ａ〜Ｅ（図１（Ａ）では、線分で表示されている）がこのダイヤフラム３と交わる各線分上に、上記索体６の拘束点が略等間隔に４つそれぞれ設けられている（例えば、図１（Ａ）のＸ−Ｘ断面の同図（Ｂ）では、ｃ_１〜ｃ_４で表示されている）。したがって、ダイヤフラム３の面上の複数部位とは、拘束点ｃ_１〜ｃ_４のような各線分上に設けられた４つの拘束点である。
そして、上記拘束点ｃ_１〜ｃ_４に関して言えば、拘束点ｃ_１〜ｃ_４の各点は、当該拘束点ｃ_１〜ｃ_４の線分を含む、ダイヤフラム３の面に略垂直な平面、即ち平面Ｃが飛行船２の船体外皮２ａと交わる曲線（本実施の形態では、略円周となる）上に配される連結点の３点ずつと索体６を介して連結されており、例えば上記拘束点ｃ_１〜ｃ_４のうちの拘束点ｃ_１は連結点ｃ_１１，ｃ_１２，ｃ_１３と連結され、また、拘束点ｃ_２は連結点ｃ_２１，ｃ_２２，ｃ_２３と連結されている（図１（Ｂ））。したがって、飛行船２の船体外皮２ａの複数部位とは、各円周上に設けられたｃ_１１，ｃ_１２，ｃ_１３・・・のような連結点である。
更に、本姿勢制御装置１では、これら連結点に上記索体６を巻取り・巻戻しするための電動モータ（駆動装置）７がそれぞれ配設されている。
【０００９】
本姿勢制御装置１による姿勢制御のうちピッチ制御について図１及び２を参照して説明するが、ロール制御などもピッチ制御に準じたやり方でなされるので、その説明は割愛する。尚、図２（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ平面による断面図、図２（Ｃ）は同図（Ａ）のＢ平面による断面図、図２（Ｄ）は同図（Ａ）のＤ平面による断面図、図２（Ｅ）は同図（Ａ）のＥ平面による断面図である。
上記図１（Ａ）の状態にある飛行船２が、同図中の矢印方向からガストなどの外乱を受けて船首が下方を向く事態になったとき、本姿勢制御装置１において、これを回避すべく図２（Ａ）のように船首を上げるピッチ制御がなされる。即ち、船首側でダイヤフラム３より下にある索体６を巻取り、ダイヤフラム３より上の索体６を巻戻し、船尾側ではこれと逆の操作を行う。本ピッチ制御は、ダイヤフラム３を索体６によってアクティブに制御するために、換言すれば、ダイヤフラム３を索体６によって直接動かすために、上記気体の飛行船２内における容積割合が素早く変わり、これによって船首を直ちに上げることができる。
【００１０】
具体的には、船体に設置されたセンサ（図示せず）が船首の下方傾斜を検知し、その信号がマイクロプロセッサ（図示せず）に供給されると、マイクロプロセッサからの指令を受けた電動モータ７では、船首側の船体天井にある連結点ａ_１１，ａ_２１，ａ_３１，ａ_４１の各電動モータ７は、図２（Ｂ）に示すように、その拘束点ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４からの隔たりに応じた割合で索体６を巻戻しする一方、船底にある他の連結点の各電動モータ７は、当該連結点から拘束点ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４までの隔たりに応じた割合で索体６を巻取る。また、連結点ｂ_１１，ｂ_２１，ｂ_３１，ｂ_４１の各電動モータ７においても、図２（Ｃ）に示すように、図２（Ｂ）の各電動モータ７と同様な索体６の巻取り・巻戻しがなされるが、図２（Ｃ）に示す各電動モータ７の巻取り・巻戻し量が、図２（Ｂ）に示す各電動モータ７の巻取り・巻戻し量とは異なるように制御されることはもちろんである。
【００１１】
一方、船尾側では、船体天井の連結点ｄ_１１，ｄ_２１，ｄ_３１，ｄ_４１の各電動モータ７は、図２（Ｄ）に示すように、その拘束点ｄ_１，ｄ_２，ｄ_３，ｄ_４からの隔たりに応じた割合で索体６を巻取る一方、船底の他の連結点の各電動モータ７は、当該連結点から拘束点ｄ_１，ｄ_２，ｄ_３，ｄ_４までの隔たりに応じた割合で索体６を巻戻しする。また、連結点ｅ_１１，ｅ_２１，ｅ_３１，ｅ_４１の各電動モータ７においても、図２（Ｅ）に示すように、図２（Ｄ）の各電動モータ７と同様な索体６の巻取り・巻戻しがなされるが、図２（Ｅ）に示す各電動モータ７の巻取り・巻戻し量が、図２（Ｄ）に示す各電動モータ７の巻取り・巻戻し量とは異なるように制御されることは言うまでもない。このような各電動モータ７による索体６の巻取り・巻戻しにダイヤフラム３が応動する結果、上記気体の、飛行船２内における容積割合が素早く変わり、図２（Ａ）のように船首を直ちに上げることが可能になる。
尚、本ピッチ制御では、船体中央の拘束点ｃ_１〜ｃ_４と連結される連結点ｃ_１１，ｃ_１２，ｃ_１３〜ｃ_４１，ｃ_４２，ｃ_４３に配設される電動モータ７にはマイクロプロセッサからの巻取り・巻戻し指令はなされていない。
【００１２】
ところで、上述のピッチ制御やロール制御のような姿勢制御はもとより、飛行船２の下降・上昇制御において、ダイヤフラム３全体を図１（Ａ）において上方に移動させるように適宜電動モータ７を正逆転させ、浮揚気体の体積を減少させれば、飛行船２は下降するし、逆に、ダイヤフラム３全体を上方に移動させれば飛行船２は上昇する。しかも、このような下降や上昇に際しその速度も制御できる。更には、上記図４（Ｂ）のような状態で急上昇する場合にも、船首部がヘリウム収容部４に、また、船尾部が空気収容部５になるようにダイヤフラム３を素早く応動させ、これを維持させることができるので、ガストなどの外乱を受けても姿勢制御が不可能となることはない。
【００１３】
上述した実施の形態では、図１（Ｂ）に示すように、例えば拘束点ｃ_１が３つの連結点ｃ_１１，ｃ_１２，ｃ_１３と索体６を介してそれぞれ連結され、連結点ｃ_１１が連結点ｃ_１２，ｃ_１３とダイヤフラム３を介して隔てられているような態様のものを説明したが、図３に示す姿勢制御装置１０のように、例えば拘束点ｃ_１が２つの連結点ｃ_１１，ｃ_１２と索体６を介してそれぞれ連結され、これらの連結点がダイヤフラム３を介して隔てられているような態様のものとして簡便化を図ってもよい。ここで、図３において、図１中の構成部材と同一部材には同一の番号を付し、その説明は割愛する。但し、図３（Ｂ）は、同図（Ａ）のＹ−Ｙ断面図である。
【００１４】
尚、拘束点が設けられる線分は５本に限らないことはもとより、当該拘束点が４つに限らないことは言うまでもない。また、線分上の拘束点の数が各線分において同一である必要はなく、適宜異なるようにしてよいことはもちろんである。更に、隣接する連結点同士、即ち、電動モータ７間の隔たりは、制御の疎密度合いなどによって適宜選定することができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の飛行船の姿勢制御装置によれば、ダイヤフラムをアクティブに制御しているので、ガストなどの外乱の影響を受けても直ちに所望の姿勢を回復することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る飛行船の姿勢制御装置の構成を示す模式図である。
【図２】本姿勢制御装置による姿勢制御の説明図である。
【図３】図２とは異なる索体構成による姿勢制御の説明図である。
【図４】従来のダイヤフラム方式の飛行船における姿勢制御の説明図である。
【符号の説明】
１，１０本姿勢制御装置
２飛行船
２ａ船体外皮
３ダイヤフラム
６索体
７電動モータ（駆動装置）
ｃ_１〜ｃ_４等拘束点
ｃ_１１，ｃ_１２，ｃ_１３等連結点

Claims

飛行船が側面視楕円形をなし、前記飛行船内に充填された浮揚気体と空気とを仕切るダイヤフラムが前記楕円形の長軸を含む平面で形成される場合に、前記ダイヤフラムの面上の複数部位をこのダイヤフラム面に垂直な複数の平面が当該ダイヤフラムと交わる各線分上の拘束点とし、また、前記飛行船の船体外皮の複数部位を前記拘束点の線分を含む前記平面が前記外皮と交わる各曲線上の連結点として、これら拘束点と連結点とを索体を介して連結し、前記連結点に配設される電動モータにより前記索体を巻取り・巻戻しすることによって前記ダイヤフラムを応動させることを特徴とする飛行船の姿勢制御装置。