JP5512612B2 - 飛行体 - Google Patents

Description

この発明は、大気中を浮上・飛行する飛行体に関し、有人機、無人機の他、玩具にも実施可能な発明に関する。

従来の飛行体は、プロペラ・ジェットエンジン・ロケットエンジンなどの推力によって機体を前進させることにより翼を大気に対して相対的に移動させ、その表裏に揚力を発生する空気の流れを作って浮上する。従って、揚力を得るために常に前進しなければならず、空中で停止・ホバリングすることは、特殊な例を除いては不可能であり、失速すれば墜落することが避けられない。

これに対し、ヘリコプタは翼を回転させることにより翼を大気に対して相対的に移動させて揚力を発生させて浮上する。従って、空中で停止・ホバリングすることが出来るが、回転翼は機体よりはるかに大きく、機体外で回転するので外的な障害物に対して回転翼が無防備となり破損の危険があり使用環境が制約を受けやすい問題があった。

一方、上記の問題点を解消するために、複数の回転翼を機体の上方投影輪郭線内に装備した飛行体が提案されている（特許文献１）。

また、リング状の翼の中央に遠心方向に送風する送風機を設けることにより浮上を企図した発明も提案されている（特許文献２）。この発明はリング状の翼を持ち、遠心方向に送風する送風機からリング状の翼に向かって放射状に送風することにより、リング状の翼に空気流を生じさせ揚力を発生させるという原理を前提としている。

特開平２００４−８２９９９号公報 特開平２００４−１６８２７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の飛行体においては機体内に納めるために回転翼に大きさの制約が生じ、大出力のエンジンを用いない限り十分な揚力を得られないという問題があった。

一方、特許文献２に記載の飛行体においては、リング状翼中央に置かれた送風機が、中央上方又は中央上下方向から空気を取り込み、リング状の翼に向かって放射状に送風することを前提としているので、翼は中央の穴において翼上方の空気と連通し、揚力は送風機下方から取り入れることにより打ち消される。すなわち、機体を定位置に固定した場合は揚力が認められるとしても、実際に機体に荷重が加わった状態の場合には、送風機と翼の中央の穴との隙間から、気流は負荷の分だけ逆荷重方向に逃げ、結果として翼断面が揚力を発生させたとしても、荷重の分だけ送風機上辺からの送風が翼上面に逃げることとなり浮上は適わないこととなる。

この発明は前記の問題を解消する飛行体を提供することを目的として創作されたものであり、空気を軸流方向に圧送する回転羽根からなる上部送風装置と、上記の上部送風装置から圧送された空気を遠心方向に圧送する回転羽根からなる下部送風装置を互いに逆方向に回転するよう同軸上に配した送風装置と、上記送風装置が同心状に配される少なくとも内面が円錐面を構成するスカート状の固定翼からなり、上記固定翼の内方上部には遠心方向に圧送送風された空気が固定翼の円錐面に衝突するように下部送風装置が垂設されると共に、固定翼上部は上部送風装置から下部送風装置に圧送される軸流の通路を除いては閉塞されていることを特徴とする。

以上の構成よりなるこの発明によれば、第１に、遠心方向に圧送送風された空気が固定翼の内側の円錐面に衝突することにより、空気の流れにより固定翼外側との間に気圧差が生じて揚力を発生する。そして、この場合、固定翼上部は上部送風装置から下部送風装置に圧送される軸流の通路を除いては閉塞されており、上記の軸流の通路からは上部送風装置から空気が下方に向かって常時圧送されているので、特許文献２に記載の飛行体のように気流が負荷の分だけ逆荷重方向に逃げ、揚力が打ち消されることがない。

第２に、遠心方向に圧送された空気が固定翼の内側の円錐面に衝突することにより、傾斜角度によって斜め下方に気流が偏向することとなり応力が得られ、この応力が飛行体を上昇させる推力となる。また、この場合、下部送風装置の回転羽根は内面が円錐面を構成するスカート状の固定翼と同心に配されるので、遠心方向に圧送されて固定翼の内側の円錐面に衝突することの反力は軸に集まりそれぞれ打ち消しあう作用を生じる。

第３に、回転羽根からなる上部送風装置と下部送風装置とは互いに逆方向に回転するよう同軸上に配されるので、トルクが相殺され固定翼が回転することが防止される。

第４に、遠心方向に圧送された空気を固定翼の内側の円錐面に衝突させる下部送風装置の直下には空気は圧送されないので、その箇所の空間を利用して荷室や乗員室などを垂設することが可能となる。

第５に、飛行体の機体を兼ねる固定翼は内面が円錐面を構成するスカート状なので、それが平面方向に移動することにより翼が大気に対して相対的に移動し、その表裏に揚力を発生する空気の流れが生成される。

この発明の飛行体は回転翼を持たず機体を兼ねる固定翼およびその内側で揚力を発生することによって空中に浮遊し、またその方向を制御することによって飛行するため、障害物の多い場所に着陸することが可能となる。例えば、高層ビル等にも機体を接触させたまま浮遊出来るので、火災時の救助等にも使用できる。また、飛翔、飛行することにおいても固定翼が機体を兼ねる全翼機の形態であり、いくつもの翼を持たないことにより複雑な形体が引き起こす過流の問題にも対処出来、離陸や着陸に要する飛行場面積が節約できる。一方、玩具の飛行体に実施した場合は回転するプロペラや回転翼がないのでそのことによる事故や怪我を防ぐことが出来る。

この発明の飛行体の正断面図。 同上、斜視図。 同上、送風装置の分解斜視図。 同上、送風装置の斜視図。 この発明の飛行体の水平方向への推力を得るための第１実施例の正断面図。 この発明の飛行体の水平方向への推力を得るための第２実施例の正断面図。 この発明の飛行体の水平方向への推力を得るための第３実施例の正断面図。 この発明の飛行体の水平方向への推力を得るための第４実施例の正断面図。

以下、この発明の飛行体の具体的実施例を添付図面に基づいて説明する。図１〜図４はこの発明の飛行体の実施例を示す図である。図中符号１は飛行体の機体を兼ねる固定翼である。上記固定翼は少なくとも内面が円錐面Ｔを構成するスカート状であることが要件となり、ここでは上部が平面状の天板３を構成する切頭円錐状に構成される。

次に図中符号１０は送風装置であり、空気を軸流方向に圧送する回転羽根からなる上部送風装置１１と、上記の上部送風装置から圧送された空気を遠心方向に圧送する回転羽根からなる下部送風装置２１を互いに逆方向に回転するよう同軸上に配した構成よりなる（図３、４参照）。この実施例においては、上部送風装置１１は閉塞した円板１３と中央に貫通穴１２を設けた円板１４の間にブレード１５を設けたターボファン、同じく下部送風装置２１も閉塞した円板２３と中央に貫通穴２２を設けた円板２４の間にブレード２５を設けたターボファンとしている。これらは同相に構成され、互いの貫通穴１２、２２同士を対向して同軸上に配すると共に、互いに逆方向に回転させることにより、上部送風装置１１側のターボファンにおいては遠心方向から吸気した空気を貫通穴１２を介して軸流方向に圧送し、下部送風装置２１側のターボファンにおいては貫通穴２２を介して吸気した空気を遠心方向に圧送するようにしている。

以上の送風装置は上部送風装置１１と下部送風装置２１とが、固定翼１の上部の内外に振り分けて配される。すなわち、上部送風装置１１は固定翼１の天板３の外側上方に回転自在に立設されると共に、下部送風装置２１は上記の天板３の内側下方に回転自在に垂設される。この場合、固定翼１の天板３は上部送風装置１１から下部送風装置２１に互いの貫通穴１２、２２を介して圧送される軸流の通路Ｄを除いては閉塞されなければならない（図１参照）。

上記の下部送風装置２１から圧送される空気は遠心方向にのみ送風されなければならず、図に矢印で示すように圧送送風された空気は固定翼１の内側の円錐面Ｔに衝突することにより、空気の流れにより固定翼外側との間に気圧差が生じて揚力を発生すると共に、傾斜角度によって斜め下方に気流が偏向することとなり、飛行体を上昇させる推力となる応力が得られる。一方、上部送風装置１１においては空気の吸気方向には特に制約はないが、この実施例においては固定翼１の天板上３に上部送風装置が収容される部屋４を設け、この部屋の周側に通気口５を設けることにより円周方向から吸気するようにしている。

以上の送風装置１０は内燃機関やモータにより回転駆動される他、圧送される軸流の通路Ｄ間に燃焼装置を設けてジェット駆動してもよい。

なお、この実施例においては固定翼１の下端２を円周方向に拡散させないで、垂直方向に折り込んでいるが、このような構成とすることにより固定翼内面の傾斜角度によって斜め下方に偏向する気流を更に直下に誘導させることが可能となり推力の効率を高めることができる。

以上の飛行体において、垂直方向に上昇する揚力及び推力が得られることは前記した通りであるが、水平方向への推力を得るには、プロペラやジェットエンジンなどの推力発生装置を別途設ける他、固定翼１を傾斜させることにより行ってもよい。図５〜図８にそのための手段の例を示す。

図５は固定翼１の重心バランスを変化させることにより固定翼を傾斜させて水平方向への推力を得る手段とした例を示す図である。ここでは、固定翼１の円周上の複数箇所（ここでは３箇所）に円周方向に重り３１が移動可能なバランス装置３０を設け、各バランス装置内の重り位置を変化させことにより重心バランスを変化させている。

図６は下部送風装置２１から固定翼１の円錐面Ｔに衝突する空気のバランスを変化させることにより固定翼を傾斜させて水平方向への推力を得る手段とした例を示す図である。ここでは、固定翼１の円錐面Ｔの任意箇所（ここでは３箇所）に起伏自在のデフューザ４０を配することにより、下部送風装置から固定翼の円錐面に衝突する空気のバランスを変化させている。

図７は下部送風装置２１から固定翼１の円錐面Ｔに衝突する空気のバランスを変化させることにより固定翼を傾斜させて水平方向への推力を得る手段とした場合の異なる例を示す図である。ここでは、固定翼１の円錐面Ｔの任意箇所（ここでは３箇所）に開閉自在の貫通孔５０を配することにより、下部送風装置から固定翼の円錐面に衝突する空気のバランスを変化させている。

図８は下部送風装置２１から固定翼１の円錐面Ｔに衝突する空気のバランスを変化させることにより固定翼を傾斜させて水平方向への推力を得る手段とした場合の異なる例を示す図である。ここでは、固定翼１の円錐面Ｔを任意形状に可撓させることにより、下部送風装置から固定翼の円錐面に衝突する空気のバランスを変化させている。すなわち、ここでは固定翼１内周に軸方向に向かって膨縮する可撓部６０を帯状に配し、円周上の任意箇所を膨縮させるようにしている。なお、上記の膨縮は可撓部６０の中空部６１をカムの移動や流体の充填により膨縮することにより行う。

以上の構成よりなるこの発明は、有人機、無人機の他、玩具の飛行体にも実施可能である。また、有人機、無人機に実施した場合は、図１に示すように固定翼１内の下部送風装置２１の下方に乗員室または荷室Ｃを垂設することができる。この場合、下部送風装置２１においては、遠心方向に圧送された空気を固定翼１の内側の円錐面に衝突させるので直下には空気は圧送されず、上記のようなレイアウトが可能となる。

１ 固定翼
３ 天板（閉塞部）
１０ 送風装置
１１ 上部送風装置
１２ 貫通穴
２１ 下部送風装置
２２ 下部送風装置
Ｄ 軸流の通路
Ｔ 円錐面

Claims (1)

1. 空気を軸流方向に圧送する回転羽根からなる上部送風装置と、
   上記の上部送風装置から圧送された空気を遠心方向にのみ圧送する回転羽根からなる下部送風装置を互いに逆方向に回転するよう同軸上に配した送風装置と、
   上記送風装置が同心状に配される少なくとも内面が円錐面を構成するスカート状の固定翼からなり、
   上記固定翼の内方上部には遠心方向に圧送送風された空気が固定翼の円錐面に衝突するように下部送風装置が垂設されると共に、
   固定翼上部は上部送風装置から下部送風装置に圧送される軸流の通路を除いては閉塞され、
   遠心方向に圧送された空気を固定翼の内側の円錐面に衝突させることにより、傾斜角度によって斜め下方に気流を偏向させて応力を生じさせ、この応力を飛行体を上昇させる推力とすることを特徴とする飛行体。

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