JP4976556B2 - 羽ばたき翼式飛行体 - Google Patents

Description

本発明は羽ばたき機タイプの羽ばたき翼式飛行体に関する。

２枚の羽ばたき翼（ｆｌａｐｐｉｎｇ ｗｉｎｇ）を備える飛行体は既知である。翼を作動するための様々な機構が提案されている。その多くは電気モーターによって作動されるクランク−連接棒システムを使用する。羽ばたき周波数を変動させるためには電気モーターの回転速度を操作するだけでよい。ただし、追加のアクチュエータを備えないと、この種のシステムは羽ばたきの振幅を変動させることができない。

本発明の目的は、翼の羽ばたきの周波数及び振幅の両方を調節できるようにする翼羽ばたきのための非常に単純な装置を提供することである。

本発明によれば、２本の平行な蝶番運動軸の周りを回転するように取り付けられた２つのピボットを有するフレームを含む羽ばたき翼式飛行体が提供される。各ピボットはそれぞれの翼を支える。本発明によれば、飛行体は、翼を羽ばたかせるためにピボットを振動させるための第一の振動発生器を含む。
そして、第一の振動発生は、
各々それぞれのピボットに固定される２本のアームと、
各々ピボットの蝶番運動軸に対して平行なそれぞれの軸の周りでそれぞれ１つのアームの端部に蝶番接続される２つのクランクと、
ピボットの蝶番運動軸に対して平行な軸の周りで２つのクランクの端部に蝶番接続される連接棒と、
ピボットの回転が等しくかつ対向するように２つのピボットの回転を同期化するための同期化手段と、
各々関連するアームに対してクランクのうち１つを回転させるように配置される２台の電気モーターと、
モーターの回転速度を制御しこれを同期化するため及びモーター間の位相差を制御するための制御手段と、
を備える。

２台のモーターを連続的に同じ速度で回転させることによって、２枚の翼を往復的に羽ばたたかせる。２台のモーター間の位相差を操作することによって、羽ばたき運動の振幅を調節する。モーターを同位相にすることによってすなわちクランクを相互に平衡のままにすることによって、任意に羽ばたき無しにすることができる。

このように、制御が簡単な２つのパラメータ（すなわち、モーターの共通速度及び位相差）を用いて、翼の羽ばたきの周波数及び振幅の両方を制御することができる。

モーターの回転速度が一定である必要がないことが分かるはずである。ただし、システムに追加の自由度が導入されない限り、モーターが相互に同期化されていることが重要である。

本発明は添付図面を参照しながら以下の説明を考慮することによってより良く理解できる。

本発明の特定の実施形態に係わる装置の前面から見た、部分的に切り取られた斜視図であり、翼のうち１枚が点線で描かれている。 図１に示される装置の背後から見た、部分的に切り取られた斜視図であり、翼のうち１枚が点線で描かれている。 モーターが同位相にある操作を示す図１の装置の前面図である。 位相外れのモーターの操作を示す図１の装置の前面図である。

図を参照すると、本発明の特定の実施形態によれば、装置はフレーム１を含み、フレームは、平行軸Ｘの周りで回転可能に取り付けられる２つのピボット２を支える。フレーム１の切取り部分に、一方のピボット２を支持するボールベアリング３が見える。

各ピボット２はピボット回転支持体５を支える。ピボット回転支持体はピボットにおいて軸Ｘに直交する軸Ｙの周りを回転するように取り付けられる（左側ピボットのピボット回転支持体のみを図１において示す）。翼は、そのスパンがほぼ軸Ｙに沿って伸びるようにピボット回転支持体５に直接取り付けられる。従って、軸Ｘの周りでのピボットの１つの往復振動は関連する翼を羽ばたかせるのに対して、軸Ｙの周りでのピボット回転支持体５の振動は関連する翼の取付け角を変動させる。

次に翼の羽ばたきを制御する第一の振動発生器について詳述する。振動発生器は、まず、ピボット２の溝に係合するクロスベルト４を含み、一方のピボット２が所定の角度回転するとき他方のピボットがこれと等しくかつ対向する角度回転するようにピボットの角度を同期化することができる。または、ギアまたは２つのピボット２のそれぞれの回転を同期化することができるその他の受動的機械システムによる接続を使用することができる。

第一の振動発生器は、それぞれ１つのピボット２に固定されかつその反対端でそれぞれの電気モーター７を受け入れるために伸びるアーム６を有する。電気モーターは各々軸Ｘに対して平行な軸Ｘ１の周りを回転する回転端８を持つ出力軸を有する。この実施形態において、アーム６は下向きに伸び、特に図３に示すように軸Ｙが水平に伸びるときほぼ垂直である。各回転端８はクランク９を支える。クランク９の端は、軸Ｘに同様に平行な軸Ｘ２の周りで連接棒１０に蝶番接続される。

この実施形態において、アーム６の長さ（軸ＸとＸ１との間を測定）はクランク９（軸Ｘ１とＸ２との間を測定）より大きく、連接棒１０の長さ（２つの軸Ｘ２の間を測定）は軸Ｘの間の距離に等しい。

下記の通りに翼を羽ばたかせる。図３において、電気モーター７は同じ速度で同じ方向に回転している。角度αとα’は常に等しいままであるようにクランク９は相互に平行である。このとき電気モーター１は同位相であると言われる。この動きはアーム６の振動を生じることはないので、ピボット２の振動を生じず、翼は羽ばたかない。

図４において、電気モーター７同じ速度で回転しているが、位相は異なる。クランク９の一方は他方のクランクに対して角度がずれる。角度βとβ’は等しくない。同じ方向の同じ速度の電気モーター７の連続回転はアーム６従ってピボット２の羽ばたき振動を誘導する。翼は軸Ｘの周りで振動することによって羽ばたく。

この実施形態において、各電気モーター７は角度位置センサを含み、モーターに電力を供給しかつセンサから情報を受け取る制御装置に接続される。羽ばたき周波数を変動させるために、制御装置５０は、モーターが同期化されて同じ回転速度になるようにしながら、電気モーター７の回転速度を変動させる。羽ばたきの振幅を変動させるために、制御装置５０は、例えば所望の位相差が得られるまで一方のモーターを一時的に減速させた後、他方のモーターと同じ速度で回転させるために再び前者のモーターを再加速することによって、２台の電気モーターの間の位相差を変動させる。

次に、翼の取付け角を制御できるようにする第二の振動発生器について詳説する。この振動発生器は第一の振動発生器の原理と同様の原理に基づいている。既述のように、各翼は対応するピボット２に直接固定されるのではなくピボットにおいて軸Ｙの周りに回転可能に取り付けられるピボット回転支持体５に取り付けられる。

図１及び２に戻って見てみると、各ピボット回転支持体５は駆動軸１３の端部に取り付けられた傘形歯車１２と協働する傘形歯車１１を含む。駆動軸１３はピボット２において軸Ｘの周りに回転可能に取り付けられる。２つの傘形歯車は、軸Ｘの周りにおける対応する駆動軸１３の回転により、軸Ｙの周りでのピボット回転支持体５のアングルテイクオフ接続回転（ａｎｇｌｅ ｔａｋｅ−ｏｆｆ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｒｏｔａｔｉｏｎ）を形成する。各駆動軸１３の他方の端部はスリーブ２２に固定される。スリーブ２２はクロスベルト２４によって回転が同期化されるので、一方の駆動軸１３の１つの方向への回転は他方の駆動軸１３の反対方向への同じ角度の回転を生じる。

各スリーブ２２は他方の端で電気モーター２７を受け入れるために伸びるアーム２６を含む。電気モーターは軸Ｘに対して平行な軸Ｘ１１の周りで回転する回転端２８を有する。この実施形態において、アーム２６は下向きに伸び、軸Ｙが水平に伸びるときほぼ垂直である。各回転端２８はクランク２９を支える。クランク２９の端は、同様に軸Ｘに対して平行な軸Ｘ２２の周りで連接棒３０に蝶番接続される。

この実施形態において、アーム２６の長さ（軸Ｘと軸Ｘ１１との間を測定）はクランクの長さ（軸Ｘ１１とＸ２２との間を測定）より大きく、連接棒３０の長さ（２つの軸Ｘ２２の間を測定）は軸Ｘの間の距離に等しい。

この第二の振動発生器は第一の振動発生器とまったく同様に作動する。電気モーター２７が同位相であるとき、クランク２９は相互に平行なままであり、駆動軸は回転しない。駆動軸は静止したままである。取付け角の振動は第二の振動発生器によって与えられない。ただし、第一の振動発生器が翼を羽ばたき振動させるために起動される場合、羽ばたき振動が翼の取付け角の振動を誘導することが分かるはずである。ピボット回転支持体５と駆同軸１３との間は傘形歯車１１、１２を介して接続されるので、軸Ｘの周りでのピボット２の回転は、駆動軸１３が静止したままでもピボット回転支持体５の回転を誘導する効果を有する。従って、翼は羽ばたき振動周波数と同じ周波数で取付け角の振動誘導を受ける。

これに反して電気モーター２７が位相外れの場合、クランク２９の回転はアーム２６の、従ってスリーブ２４の、従って駆動軸１３の制御された振動を誘導する。この振動は傘形歯車１１、１２を介してピボット回転支持体５へ伝えられ、ピボット回転支持体も振動するので、それによって、軸Ｘの周りでピボット２が振動することによって誘導される取付け角の振動に加えて、翼の取付け角を制御的に振動させる。

制御装置５０は電気モーター７の場合と同様に第二の振動発生器のモーター２７を制御するのにも適する。翼の取付け角が振動する周波数が翼の羽ばたきが振動する周波数と一致するようにモーター２７の回転速度を適合させると有利である。

本発明は上記の説明に限定されず、特許請求の範囲によって定義される範囲内に属する変形を包括する。

特に、翼の羽ばたきを制御するための第一の振動発生器及びその取付け角を制御するための第二の振動発生器を含む装置が示されているが、本発明の範囲内に属したまま、翼の羽ばたきを制御する１台の振動発生器しか備えない装置を提供することが可能である。駆動軸１３が回転しないようにすることによって非常に簡単に羽ばたきの振動に結合される取付け角の振動を得ることができる。この場合、取付け角の振幅及び周波数の振動を調整することはできなくなるが、装置は単純化される。

取付け角の振動を一切望まない場合、駆動軸１３及びピボット回転支持体を排除し、翼をピボット２に直接固定することによって、装置を単純化することができる。

モーターはアクチュエータ部材の各々においてアームの端部に配置されるが、モーターをフレームに配置し、ベルトまたはその他の既知の伝動手段による伝動によってクランクをモーターと一緒に回転させることも可能である。これによってピボットまたはスリーブの軸Ｘの周りの慣性モーメントが小さくなる。

Claims (6)

1. ２つの平行な蝶番運動軸（Ｘ）の周りで回転するように取り付けられた２つのピボットを有するフレームを含む羽ばたき翼式飛行体であって、
   各ピボットがそれぞれの翼を支え、飛行体が翼を羽ばたかせるためにピボットを振動させるための第一の振動発生器を含み、
   第一の振動発生器が、
   各々それぞれのピボット（２）に固定される２本のアーム（６）と、
   各々ピボットの蝶番運動軸（Ｘ）に対して平行なそれぞれの軸（Ｘ１）の周りでそれぞれ１つのアームの端部に蝶番接続される２つのクランク（９）と、
   ピボットの蝶番運動軸（Ｘ）に対して平行な軸（Ｘ２）の周りで２つのクランクの端部に蝶番接続される連接棒（１０）と、
   ピボットの回転が等しくかつ対向するように２つのピボットの回転を同期化するための同期化手段（４）と、
   各々クランクの一方を関連するアームに対して回転させるために配置される２台の電気モーター（７）と、
   モーターの回転速度を制御しこれを同期化するため及びモーター間の位相差を制御するための制御手段（５０）と、を備える、
   ことを特徴とする飛行体。
2. 同期化手段がピボット（２）間に張られるクロスベルト（４）を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の飛行体。
3. モーターがアーム（６）の端部で支えられ、各クランク（９）が対応するモーターの回転端（８）に固定される、ことを特徴とする請求項１に記載の飛行体。
4. ピボット（２）が蝶番運動軸（Ｘ）に直交する軸（Ｙ）の周りで回転するようにピボットに取り付けられるピボット回転支持体（５）を受け入れ、翼がピボット回転支持体に直接接続され、飛行体が、翼の取付け角を振動させるためにピボット回転支持体を振動させるための第二の振動発生器（１１、１２、１３）を含み、第二の振動発生器が、
   ピボットの蝶番運動軸の周りで回転するように取り付けられ、かつそれぞれのアングルテイクオフ（１１、１２）を介してピボット回転支持体と一緒に回転するように接続される２本の駆動軸（１３）と、
   各々それぞれ１つの駆動軸に固定される２本のアーム（２６）と、
   各々ピボットの蝶番運動軸（Ｘ）に対して平行なそれぞれの軸（Ｘ１１）の周りでそれぞれ１つのアームの端部に蝶番接続される２つのクランク（２９）と、
   ピボットの蝶番運動軸（Ｘ）に対して平行な軸（Ｘ２２）の周りで２つのクランクの端部に蝶番接続される連接棒（３０）と、
   駆動軸の回転が等しくかつ対向するように２本の駆動軸の回転を同期化するるための同期化手段（２４）と、
   各々関連するアームに対するそれぞれ１つのクランクの回転を制御するために配置される２台の電気モーター（２７）と、
   電気モーター（２７）の回転速度を制御しこれを同期化するため及び電気モーター間の位相差を制御するための制御手段（５０）と、
   を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の飛行体。
5. 同期化手段が駆動軸（１３）間に張られるクロスベルト（２４）を備える、ことを特徴とする請求項４に記載の飛行体。
6. 第二の振動発生器の電気モーター（２７）がアーム（２６）の端部で支えられ、各クランク（２９）が対応するモーターの回転端（２８）に固定される、ことを特徴とする請求項４に記載の飛行体。

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