JP5549019B2 - 三葉下方羽根飛行体 - Google Patents

Description

本発明は、無人回転翼機の一種である下方羽根飛行体に関する。

下方羽根飛行体は、一般に、プロペラと調整翼とから構成されている飛行体であって、動力でプロペラを回転し、調整翼を調整して、飛行体の上昇及び下降、前進及び後進、停止、左右回転、左側進及び右側進などの飛行を行う飛行体である。

従来の下方羽根飛行体は、飛行のため、多数の対からなる多数の固定板を設け、固定板の下に、飛行体の前後及び左右の揺動を制御するための複数対の前後進調整翼と左右回転調整翼とをそれぞれ分離して、９０度で配置して装着する複雑な構造と調整を必要とする。

ここで、多数の前後進調整翼と左右回転調整翼とはそれぞれ、垂直面に対して左側と右側に動くようになっており、たまには、隣接した調整翼の距離が近くなって、隣接した調整翼の周りで生じた風の影響で、調整翼の周りの風の流れが均一でなく、飛行体の不安定と動力効率の低下の問題があった。

また、他の下方羽根飛行体の固定板と調整翼の構造は、４つの固定した固定板と２つの調整翼とから構成されて、調整翼を組み合わせて飛行体を調整するが、左側進と右側進の飛行の困難であるという問題があった。そして、隣接した固定板と調整翼が９０度の角度で形成され、隣接した固定板と調整翼の距離が近いことにより、調整翼は、隣接した調整翼の周りで生じた風の影響で風の流れが均一でないという問題があった。

そして、従来の下方羽根飛行体より動力効率が高く、滞空時間の長い飛行体と、飛行体を小型化して、室外だけでなく、狭小な場所で偵察及び監視などの目的を行う下方羽根飛行体とを必要して来た。

従って、本発明は、前記したような問題点を解決するためになされたものであって、飛行体の飛行のため、従来には、複数対の固定板と複数対の左右回転調整翼及び前後進調整翼にそれぞれ分離して装着したが、本発明は、固定板と調整翼とを単に、３対の単葉一体型で構成して、それぞれ１２０度で設置することで、隣接した固定板との距離を9０度より広く設置して、隣接した調整翼の周りで発生した風の影響で調整翼の周りの風の流れをより均一とし、調整翼を組み合わせて飛行体の飛行を遂行・調整する方法を提示する。

また、それぞれの固定板の中間部は、垂直に対して斜めに傾斜して突出しており、反トルクを一部除去し、下部は、扁平に切削溝が形成されており、矩状の調整翼を設け、その反対側の後面は流線形にして、風の流れを均一とし、調整翼を保護する。

それで、本発明は、新概念の固定板と調整翼の構成を提供し、飛行体の構造と調整を簡単にすることにより、飛行体の動力効率を向上することで、滞空時間を増加させ、また、飛行体の重みと体積を減らすことで、飛行体を小型化することができ、室外だけでなく、狭小な場所で、飛行体の上昇及び下降、左右回転、停止、前進及び後進、左側進と右側進などの飛行を行う３葉下方羽根飛行体を提供することにその目的がある。

前記の目的を達成するため、本発明の三葉下方羽根飛行体は、中心軸を中心に、固定ピッチプロペラを水平に設け、プロペラの中心軸の上部には動力部を設け、プロペラの中心軸の下部には制御部及び調整翼を含む３対の固定板、円形枠、脚板を設ける。

制御部を中心に、第１の固定板、第２の固定板、及び第３の固定板がそれぞれ、１２０度の角度で、一端は制御部に固定装置され、そして、他端は、円形枠と脚板に装着され、脚板は、円形枠の下に固定され、縦に取り付けられている。

それぞれの固定板の前面の上部は、垂直に扁平なの面であり、中間部は、垂直に対して斜めに傾斜して突出していて、反トルクを一部除去し、下部は、扁平に切削溝が形成されており、矩状の調整翼をヒンジでそれぞれ設け、固定板の後面は流線形で、風の流れが容易であるようにし、制御部に含まれた制御装置に連結した調整装置により、第１、第２、及び第３の調整翼が独立して調整されるように設けられていることを特徴とする。

そして、制御部と固定板と円形枠と脚板とが互いに連結され、他の支持台が不要な構造となっている。

また、隣接した調整翼との配置を、９０度より大きい１２０度にして、隣接した調整翼との距離を広くし、調整翼を垂直面において、左側一方でのみ動くように、ヒンジで固定板の下部に設置して調整翼を保護し、調整翼が隣接することで発生する風の流れが均一ではないという問題点を解消することを特徴とする。

本発明の３葉下方羽根飛行体の斜視図。 図１の一部を省略し、第１の固定板の一部分を切断した斜視図。 飛行体の前進時、翼の状態を単純化して上から見た概念図。 飛行体の後進時、翼の状態を単純化して上から見た概念図。 飛行体の左側進時、翼の状態を単純化して上から見た概念図。 飛行体の右側進時、翼の状態を単純化して上から見た概念図。 本発明の実施例の構成要素を示した断面図及び一部省略図。

前記したような目的を実現するための本発明の全体的な構造を、図１を参考して説明すると、以下の通りである。

本発明は、中心軸１を中心に、固定ピッチであるプロペラ２が水平に設けられており、プロペラ２の中心軸１の上部には動力部３があり、また、下部には制御部４がある構造であって、第１の固定板１１、第２の固定板１２、及び第３の固定板１３がそれぞれ、１２０度の角度で分割され、順に、一端は、制御部に縦で固定付着しており、他端は、円形枠５と脚板３１、３２、３３に縦で固定付着しており、制御部４に設けた制御装置により、調整装置５０で調整される第１の調整翼２１、第２の調整翼２２、及び第３の調整翼２３が、それぞれの固定板１１、１２、１３の下部の前面に設けられている構成となっている。

本構成において、円形枠５は、プロペラ２の回転で発生した風が下によく伝達するようにする通路であり、固定板１１、１２、１３と脚板３１、３２、３３とが固定付着された円形環状をした飛行体の枠である。

中心軸１は、図７の断面図のように、円形パイプ状で動力部３と制御部４に固定され、内部が空いており、動力部３と制御部４を連結する連結線８の通路として使用され、外部は、動力装置により反時計回りに回転するプロペラ２などを装着する軸である。

脚板３１、３２、３３は、飛行体の離陸と着陸時、調整翼２１、２２、２３及び固定板１１、１２、１３を保護するとともに、プロペラ２の回転で下に伝達する風の流れが、調整翼２１、２２、２３及び固定板１１、１２、１３によく伝達するように、円形枠５の下に円形枠の周りに広く設置される。

また、固定板１１、１２、１３が制御部４と円形枠５と脚板３１、３２、３３とに互いに強固に固着しているので、別の支持台を設置しなくても、飛行体の支持台役目も果たしている。

本発明は、固定ピッチプロペラ２の中心軸１を中心に、上部と下部へ飛行体の重みを分散して設置することで、飛行体の重心は、中心軸とプロペラが会う位置に重心を置くように、飛行体の総重みを上部と下部へ分散することで、飛行体自体の復元力だけでも飛行体の平衡安定が容易にすることができる。

図２は、第１、第２、及び第３の調整翼２１、２２、２３の位置と装着状態を示すため、図１から円形枠５と脚板３１、３２、３３を省略して、第１、第２、及び第３の固定板１１、１２、１３と第１、第２、及び第３の調整翼２１、２２、２３の構造を示した斜視図であって、第１、第２、及び第３の調整翼２１、２２、２３が取付けられた第１、第２、及び第３の固定板１１、１２、１３がそれぞれ１２０度の角度で分割され、一端が制御部４に縦で固定設置されている。

そして、第１の固定板１１は、第１の調整翼２１の一部を示すため、第１の固定板１１の一部を切断して点線で示している。

図２に示したように、第１、第２、及び第３の調整翼２１、２２、２３は、第１、第２、及び第３の固定板１１、１２、１３の前面の下にそれぞれ装着され、調整装置５０によって動かせるように、固定板の下部が広くて扁平な切削溝が形成しており、矩状をしたそれぞれの調整翼が、調整装置５０及びヒンジ４０で第１、第２、及び第３の固定板１１、１２、１３にそれぞれ装着されている。

第１、第２、及び第３の調整翼２１、２２、２３は、第１、第２、及び第３の固定板１１、１２、１３の下部の前面に設置され、調整装置５０により、左に４５度内で独立して調整するように設けられている。また、各調整翼２１、２２、２３の横幅は、制御部から脚板の間の長さよりも短くして、調整翼が動きながら制御部と脚板に触れないように設置する。

また、各固定板の前面は、三部分である上部、中間部、下部からなっており、図２の第２の固定板１２の端面にハッチングした断面図のように、前面の上部は、風が下に抵抗を受けることなく、通すように垂直面であり、中間部は、斜めに傾斜して前に突出しており、プロペラの回転で下に発生する風が固定板の中間部である傾斜面にぶつかって、飛行体の反トルクの一部を相殺するように設置されており、固定板の前面の下部には、調整翼が設けられるように扁平に切削溝が形成されており、調整翼が調整装置５０によって動くようにヒンジで設けられている。そして、各固定板の後面は流線形で、風の流れを自然にし、調整翼を保護する役目を果たす。

ここで、一般に、実験上、固定板の前面中間部の傾斜した面積と調整翼の面積との比は、必要により、２：１又は５：１の面積比も可能であるが、３：１と４：１内の比率が適当であることが分かった。

さて、これから飛行体の飛行方法を、図面により説明する事にする。

まず、飛行体の停止飛行と左右回転飛行を、図１、図２、及び図３参考して説明すると、動力部３の動力でプロペラ２を反時計回りに回転する時、飛行体は、プロペラの回転による反トルクで時計回りに回転することになる。

この時、プロペラ２の回転による反トルクを相殺し、飛行体が回転しないようにするための方法で、図２のように、垂直面に対して各固定板中間部である傾斜面の勾配と各調整翼の勾配とが同一になるように、第１の調整翼２１はｈの位置に、第２の調整翼２２はｓの位置に、第３の調整翼２３はｙの位置に調整すると、プロペラ２の回転で発生する下に向かう風が、各固定板１１、１２、１３の傾斜面と第１の調整翼２１、第の２調整翼２２、及び第３の調整翼２３に働き、飛行体の反トルクを相殺することになり、飛行体は回転することなく、停止飛行状態にあるようになる。

このような原理で、第１の調整翼２１はｉの位置に、第２の調整翼２２はｔの位置に、第の３調整翼２３はｚの位置に置いて、調整翼の角度を大きく調整すると、プロペラ２の回転で下に向かう風の力が、各固定板１１、１２、１３の傾斜面と第１の調整翼２１、第の２調整翼２２、及び第３の調整翼２３に働き、飛行体の反トルクよりも大きな力で反撥するので、飛行体は、反時計回りに回転して一番速く左回転飛行することになる。

反対に、第１の調整翼２１はｇの位置に、第２の調整翼２２はｒの位置に、第３の調整翼２３はｘの位置に置いて、調整翼の角度を小さく調整すると、プロペラ２の回転で下に向かう風の力が、各固定板の傾斜面と、第１の調整翼２１、第２の調整翼２２、及び第３の調整翼２３に働いて、飛行体の反トルクよりも小さな力で反撥するので、飛行体は時計回りに回転して、一番速く右回転飛行することになる。

そして、左回転と右回転の速度は、調整翼の角度を大きく又は小さく調整することで、飛行体の左回転と右回転の速度を大きく又は小さく調整することができる。

図３、図４、図５、及び図６は、それぞれの調整翼２１、２２、２３の位置が同位置に置かれた状態で、飛行体の前進、後進、左側進、右側進の飛行の調整を示しており、図１のプロペラ、動力部、円形枠、脚板を省略し、飛行体を、制御部と固定板と調整翼を単純化して、調整翼の状態を上から見た概念図である。

次いで、前進と後進、左側進と右側進の飛行の原理を、図３、図４、図５、及び図６を参照して説明すると、飛行体の前進と後進、左側進と右側進の飛行の調整は、第１の調整翼２１、第２の調整翼２２、及び第３の調整翼２３の角度を互いに異ならせて調整することで可能となる。ここで、便宜のため、飛行体が図３のように矢印方向である下に動くことを前進飛行とし、図４のように矢印方向である上に動くことを後進飛行とし、図５のように矢印方向である左に動くことを左側進飛行とし、図６のように矢印方向である右に動くことを右側進飛行とする。

図３のように、飛行体が矢印方向に前進飛行するためには、第１の調整翼２１をｉの位置にし、第２の調整翼２２をｔの位置にし、第３の調整翼２３をｘの位置に調整すると、プロペラの回転で下に発生する風に対して、第１の調整翼２１と第２の調整翼２２は、角度が大きくなって多くの風を受けることになり、第３の調整翼２３は、垂直形態となって、風を受けなくなり、飛行体は矢印方向に傾こうとする力が発生して、飛行体は、傾いた状態になり、矢印方向に前進飛行することになる。また、図４と同様な原理で、飛行体を矢印方向に後進飛行するためには、第１の調整翼２１をｇの位置にし、第２の調整翼２２をｒの位置にし、第３の調整翼２３をｚの位置に調整すると、第１の調整翼２１と第２の調整翼２２は、垂直形態となって、風を受けなくなり、第３の調整翼２３は、角度が大きくなって、多くの風を受けることになり、飛行体は、矢印方向に傾こうとする力が発生して、飛行体は傾いた状態となり、矢印方向に後進飛行することになる。

そして、図５のように、飛行体を矢印方向に左側進飛行をするためには、第１の調整翼２１をｉの位置にし、第２の調整翼２２をｒの位置にし、第３の調整翼２３をｙの位置に調整すると、プロペラの回転で下に発生する風に対して、第１の調整翼２１は、一番多い風を受けることになり、第２の調整翼２２は、垂直形態となり、風を受けなくなり、第３の調整翼２３は、固定板の下部と同勾配で傾斜した状態となって、中間程度の風を受けることになり、飛行体は、矢印方向に傾こうとする力が発生して、飛行体は傾いた状態になり、矢印方向に左側進飛行することになる。

また、同様な原理で、飛行体を図６のように、矢印方向に右側進飛行をするためには、第１の調整翼２１をｇの位置にし、第２の調整翼２２をｔの位置にし、第３の調整翼２３をｙの位置に調整すると、飛行体は、矢印方向に傾こうとする力が発生して、飛行体は傾いた状態となって、矢印方向に右側進飛行することになる。

前述したように、飛行体の停止、左回転、右回転、前進、後進、左側進、右側進などの飛行調整が、３つの調整翼である第１の調整翼２１、第２の調整翼２２、及び第３の調整翼２３を独立して制御することで可能となり、飛行体の速度は、各調整翼の角度を必要により少しずつ調整することで、飛行体の速度を変化することができる。

前記した説明のように、本発明によると、一体からなる調整翼を含めた３対の固定板を１２０度で分割して設置し、調整翼が隣接することによる風の影響を減らすことができ、これにより、飛行体の構造が簡単であり、調整が容易となり、従来の下方羽根飛行体よりも大きさと重みを減らすことで、動力効率を高め、飛行体の滞空時間を増やすことができるという効果がある。

また、飛行体を小型化でき、室内及び狭小な場所での飛行が可能であり、３つの調整翼だけで、飛行体の停止、左回転、右回転、前進、後進、左側進、右側進などの機能を行える。

図７は、上述した本発明の構成を基に、制御部４にカメラ６を装着して、飛行体の断面を切断した実施例を示しており、固定ピッチであるプロペラ２を中心に、動力源６１を設けた動力部３をプロペラ２の中心軸１の上部に配置し、プロペラ２の中心軸１の下部には、飛行体の残りの部分である外接ギアー６４、動力装置６２、動力ギアー６３、制御装置７、及びカメラ６などを設けた制御部４と、調整翼２１、２２、２３、固定板１１、１２、１３、及び脚板３１、３２、３３などを配置して、固定ピッチプロペラ２の中心軸１の近くに重心が来るように、総飛行体の重みを上部と下部に分散して設置する。

本発明の作動原理は、図７に示した実施例のように、動力源に連結した連結線８を通じて動力が伝達された制御装置は動力装置６２を制御し、動力装置６２の軸に固定された動力ギアー６３が回転すると、動力ギアー６３に噛み合っている外接ギアー６４が同時に回転することで、固定ピッチプロペラ２が回転することになり、飛行体は、上昇と下降をし、調整翼を調整して飛行することになる。

ここで、動力部３の動力は、パイプ状の中心軸１を貫通する連結線８を通じて制御部４に伝達される。

また、動力部３と制御部４は、プロペラ２と中心軸１とが会う付近に重心が来るように、重みの均衡と設計により位置を変えて設置することができ、カメラ６の位置も、偵察と監視を容易に、必要により、制御部４の下、又は動力部３の上に設置することができる。

そして、本発明に位置認識装置を内蔵して、飛行体の位置と方向を認識するようにし、一定の固定板の前に点滅灯を設けて、飛行体の飛行中、固定板の位置を識別できるようにする。

産業上利用可能性

前記した説明のように、本発明によると、飛行体の飛行を行うため、多数の固定板と多数の調整翼とを複雑に設置することなく、調整翼を含めた３対の固定板を１２０度角度で設けて、調整翼を調整して飛行体の上昇及び下降、左右回転、停止、前進及び後進、左側進と右側進などの飛行が可能であり、飛行体の構造が簡単で、調整が容易となり、従来の下方羽根飛行体より動力効率を高め、さらには、飛行体の滞空時間を増やすことができ、それぞれの３対の固定板と調整翼を１２０度で分割して設置して、調整翼が隣接することで発生する風の悪影響を減らすことができるという効果がある。

また、飛行体の構造と調整が簡単となり、飛行体の大きさと重みを減らすことで、飛行体を小型化することができ、室内及び狭小な空間での飛行が可能であり、監視装備を設けて、偵察と監視を容易にするという効果がある。

１:中心軸、
２:プロペラ、
３:動力部、
４:制御部、
５:円形枠、
６:カメラ、
７:制御装置、
８:連結線、
１１:第１の固定板、
１２:第２の固定板、
１３:第３の固定板、
２１:第１の調整翼、
２２:第２の調整翼、
２３:第３の調整翼、
３１:第１の脚板、
３２:第２の脚板、
３３:第３の脚板、
４０:ヒンジ、
５０:調整装置、
６１:動力源、
６２:動力装置、
６３:動力ギアー、
６４:外接ギアー。

Claims (3)

1. 中心軸を中心に、水平に設けられた固定ピッチプロペラと、
   前記プロペラの中心軸の上部に装着された動力部と、
   制御装置を含んで前記プロペラの中心軸の下部に装着された制御部と、
   該制御部を中心に、１２０度の間隔で前記制御部に一端が装着された第１、第２、及び第３の固定板と、
   該第１、第２、及び第３の固定板のそれぞれの他端に装着された円形枠と、該円形枠の下に固定され、縦に設けられた脚板と、
   調整装置とヒンジにより前記第１、第２、及び第３の固定板の前面の下部に、それぞれ設けられた第１、第２、及び第３の調整翼とを含み、
   前記第１、第２、及び第３の固定板の前面はそれぞれ上部、中間部、下部からなり、前記上部は前記中心側の垂直面からなり、前記中間部は前記垂直面に対して傾斜した面からなり、前記下部は溝が形成されていて、
   前記第１、第２、及び第３の調整翼は、それぞれ前記溝部分に装着され、前記制御装置に連結した前記調整装置により、左に４５度以内の範囲において独立して調整されるように構成されたことを特徴とする三葉下方羽根飛行体。
2. 前記固定ピッチプロペラと前記第１、第２、及び第３の調整翼とを調整して、前記飛行体の反トルク、上昇、下降、停止、前進、後進、左回転、右回転、左側進、右側進の飛行を行うことを特徴とする請求項１に記載の三葉下方羽根飛行体。
3. 前記第１、第２、及び第３の固定板のそれぞれの後面は風の流れが容易であるようになされた流線型からなることを特徴とする請求項１に記載の三葉下方羽根飛行体。

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