JP6064065B1 - 無人航空機 - Google Patents

Abstract

【課題】胴体に枢動可能に設けられる中央翼領域および中央翼領域に枢動可能に設けられる一対の外方翼領域を備える翼と、を有し、中央翼領域および外方翼領域が積み重ねられる折り畳み形状と、外方翼領域が中央翼領域から胴体に対して離れる方向に向かって延在する展開形状と、を備える無人航空機を提供する。【解決手段】無人航空機２は、胴体４と、胴体に枢動可能に設けられる中央翼領域１２および中央翼領域に枢動可能に設けられる外方翼領域１４ａ、１４ｂを備える翼６と、を有し、翼は、中央翼領域および外方翼領域が積み重ねられ、胴体の長手方向軸に沿って整列した折り畳み形状と、中央翼領域が、胴体４に対して実質的に垂直となり、かつ、外方翼領域が、中央翼領域から胴体に対して離れる方向に向かって延在する展開形状とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、無人航空機（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＵＡＶ）および無人航空機の翼型部品の折り畳み機構に関する。

ＵＡＶの設計は、近年大きく進展している。この分野は、主に、軍事的な発展を超えたところで成長している。ＵＡＶは、一般的に偵察のために用いられているが、運送や映画製作のように一般的な用途にまでさらに拡張しており、これによって、技術的研究の最前線のポジションが強化されている。ＵＡＶは、単一ロータまたはマルチロータのヘリコプターや、固定翼機のように、様々な形で進展している。これまでの低下することのない電気的なおよび機械的な部品の進化に伴い、マイクロ型のＵＡＶおよびナノ型のＵＡＶさえもが進展し続けている。

ＵＡＶの進展における課題の一つは、胴体の長さに対し、長い翼長や大きなロータを備えることに利点があるということである。これらの利点は、長時間の飛行を可能とする低抵抗固定翼機を作り出す可能性を含んでいる。長い翼長の航空機は、いずれも、輸送の際に問題が生じるため、分解可能および折り畳み可能な設計が導入されることになった。

これは、大きい航空機、船舶や潜水艦上の軍事的に使用される利用可能な倉庫にＵＡＶを輸送するのに役に立つ。離陸工程に突入すると、別の問題が生じる。離陸装置は、ミサイルや他の軍需品に利用可能である一方、特殊なＵＡＶ設計には利用可能ではないこともあり、また、水平離陸が可能でないこともある。

本発明の課題は、既存の設計に関連するいくつかのまたはすべての問題点を解決するＵＡＶを提供することである。

本発明の第１の観点によれば、胴体と、前記胴体に枢動可能に設けられる中央翼領域および前記中央翼領域に枢動可能に設けられる一対の外方翼領域を備える翼と、を有し、前記翼は、前記中央翼領域および前記外方翼領域が積み重ねられ、かつ、前記中央翼領域および前記外方翼領域が、前記胴体の長手方向軸に沿って整列する折り畳み形状と、前記中央翼領域が前記胴体に対して実質的に垂直であり、かつ、前記外方翼領域が前記中央翼領域から前記胴体に対して離れる方向に向かって延在する展開形状と、を備える無人航空機が提供される。

本発明に係る無人航空機は、第１の前記一対の外方翼領域の上に枢動可能に設けられた第２の一対の外方翼領域を、さらに有していてもよい。

少なくとも一つの前記外方翼領域は、前記展開形状において前記外方翼領域が互いに一直線に整列するように、前記折り畳み形状から前記展開形状に移行する間に垂直に動作してもよい。

前記外方翼領域は、前記展開形状において前記外方翼領域が互いに一直線に整列し、かつ、前記外方翼領域が前記中央翼領域と一直線に整列するように、前記折り畳み形状から前記展開形状に移行する間に垂直に動作してもよい。

外方翼要素は、前記展開形状においては前記翼が上反角または下反角を有するように、前記中央翼領域に対して曲がっていてもよい。

前記翼は、前記展開形状となるように付勢されていてもよい。

前記中央翼領域は、ねじりばねによって付勢されていてもよい。

前記胴体は、前記中央翼領域の前記胴体に対する回転を規制する留め具を備えていてもよい。

前記外方翼領域のそれぞれは、引っ張りばねによって付勢されていてもよい。

前記引っ張りばねは、その一端が前記中央翼領域に接続され、プーリを介してその他端が前記外方翼領域に接続されており、前記外方翼領域の前記中央翼領域に対する回転が、前記引っ張りばねを引き延ばしてもよい。

本発明に係る無人航空機は、前記翼を付勢に抗して前記折り畳み形状に維持し、かつ、前記翼の展開を許容するように解除されるラッチをさらに有していてもよい。

前記ラッチは、リモートでまたは自動で（例えば、離陸の直後または離陸から所定時間経過後に）、解除可能であってもよい。

本発明に係る無人航空機は、前記翼を前記折り畳み形状に維持する筒状体に収容されてもよい。

前記翼は、前記筒状体から放出されると、展開形状に展開してもよい。

本発明をより良く理解するために、どのように効果を発揮するのかをより明確にするために、例として、折り畳み翼を備えるＵＡＶを示す添付の図面が参照される。

図１は、本発明の実施形態に係るＵＡＶを示す斜視図である。 図２は、外方翼の枢動メカニズムを示す斜視図である。 図３は、胴体を含む中央翼の枢動メカニズムを示す斜視図である。 図４は、翼が収容された位置にある状態におけるＵＡＶの正面図である。

図１は、本発明の実施形態に係るＵＡＶ２を示す図である。ＵＡＶ２は、一般的に、翼６が設けられた胴体４を有している。

図に示すように、胴体４は、半円筒形状の前方領域８と、円筒形状の後方領域１０と、を備えている。胴体４の少なくとも一部は、電子機器やＵＡＶ２のエンジンを収容することができるように中空であってもよい。

翼６は、前方領域８の長手方向における中間において、胴体４の前方領域８に設けられている。翼６は、中央翼領域１２と、第１外方翼領域１４ａおよび第２外方翼領域１４ｂと、を備えている。中央翼領域１２および外方翼領域１４ａ、１４ｂのそれぞれは、ＵＡＶ２に揚力を付与するために翼形状を備えている。外方翼領域１４ａ、１４ｂは、ＵＡＶ２を制御するための補助翼１６も備えている。

中央翼領域１２の中央部分は、胴体４の前方領域８に枢動可能に接続されている。また、外方翼領域１４ａ、１４ｂは、中央翼領域１２に枢動可能に接続されている。具体的には、第１外方翼領域１４ａは、その一端を介して、中央翼領域１２の自由端である中央翼領域１２の末端またはその近辺に接続されている。同様に、第２外方翼領域１４ｂは、その一端を介して、中央翼領域１２の自由端である中央翼領域１２の末端またはその近辺に接続されている。

特に、図２に示すように、外方翼領域１４ａ、１４ｂのそれぞれには、外方翼領域１４ａ、１４ｂの底面側に対して突出するシャフト１８が設けられている。シャフト１８は、中央翼領域１２に対する外方翼領域１４ａ、１４ｂの回転が許容されるように、中央翼領域１２に配置されているベアリング２０に受容されている。シャフト１８は、中央翼領域１２に配置されている付勢機構に接続されている。付勢機構は、一端が中央翼領域１２に配置されているブラケット２４に固定されている引っ張りばね２２を備えている。引っ張りばね２２の他端は、シャフト１８に配置されたプーリにストリング２６を介して連結されている（図４参照）。このため、シャフト１８の回転によって、引っ張りばね２２が引き伸ばされ、張力下におかれる。

図３に示すように、中央翼領域１２は、ボス２８を通り抜けて胴体４の前方領域８の内部にまで延在するシャフトを備えている。胴体４の前方領域８に配置されたシャフトの自由端は、ねじりばねに接続されたマウント３０に、接続されている（図示せず）。マウント３０は、アーチ状の面によって一対の放射方向の面が連結された扇形の形状を備えている。ねじりばねは、マウント３０にアーチ状の面を介して取付けられている。ボス２８は、フランジ３２を備えている。フランジ３２からは、マウント３０の平面に向かって留め具３４が突出している。留め具３４は、（マウント３０の放射方向の一の面と接触することによって）マウント３０ひいては中央翼領域１２の回転を規制する。

前述したように、中央翼領域１２は、胴体４に枢動可能に接続されており、外方翼領域１４ａ、１４ｂも、同様に、中央翼領域１２に枢動可能に接続されている。このため、外方翼領域１４ａ、１４ｂを回転させて、外方翼領域１４ａ、１４ｂが中央翼領域１２と重なるようにし、また、中央翼領域１２を回転させて、中央翼領域１２の長手方向軸を胴体の長手方向軸に沿って整列させるようにして、翼６を折り畳むことができる。図４に示すように、中央翼領域１２および外方翼領域１４ａ、１４ｂは、積み重ねられる。これを可能とするために、外方翼領域１４ａ、１４ｂは、少なくとも折り畳み形状の際には、中央翼領域１２に対して垂直方向において互いに異なる距離だけオフセットされている。外方翼領域１４ａ、１４ｂと中央翼領域１２との間の枢動連結部は、外方翼領域１４ａ、１４ｂが展開した際に互いに垂直方向に同じ高さとなるように構成することができる。外方翼領域１４ａ、１４ｂは、展開形状の際に、中央翼領域１２と同じ高さとなるように構成することができる。例えば、外方翼領域１４ａ、１４ｂと中央翼領域１２との対向する端部は、外方翼領域１４ａ、１４ｂが折り畳まれた際に、中央翼領域１２の上に載り上がるように曲がっていてもよい。

図４に示すように、中央翼領域１２および外方翼領域１４ａ、１４ｂは、折り畳み形状の際には、胴体４の半円筒状の前方領域８と組み合わさり、円筒状の領域を実質的に埋める。

ねじりばねおよび引っ張りばね２２は、中央翼領域１２と外方翼領域１４ａ、１４ｂとを、中央翼領域１２および外方翼領域１４ａ、１４ｂが一直線となり、かつ、胴体４の長手方向軸に対して垂直となる展開形状となるように付勢する（図１に示している）。したがって、中央翼領域１２および外方翼領域１４ａ、１４ｂは、翼６を折り畳み形状に維持できるように、拘束されている必要がある。例えば、ＵＡＶ２は、翼６が展開するのを防止する筒状体に収容されてもよい。しかしながら、一度放出されると、翼６は、自動的に展開形状に展開する。具体的には、中央翼領域１２は、胴体４に対して９０度回転し、外方翼領域１４ａ、１４ｂは、中央翼領域１２に対して１８０度回転する。翼６の展開により、次の離陸を実行することができ、空中において広がり、飛行フェーズに移行する。

展開形状においては、外方翼領域１４ａ、１４ｂは、中央翼領域１２に対して一直線となると説明したが、外方翼領域１４ａ、１４ｂは、後退（ｓｗｅｐｔ ｂａｃｋｗａｒｄ）していてもよい。翼６は、胴体４に対して上半角または下半角を備えるように構成してもよい。これによって、横滑りする状態における安定性を向上させることができる。これは、中央翼領域１２によって形成してもよいし、外方翼領域１４ａ、１４ｂから形成してもよい。特に、外方翼領域１４ａ、１４ｂは、上方に反る（上反）または下方に反る（下反）っていてもよい。外方翼領域１４ａ、１４ｂは、中央翼領域１２に対して枢動可能であるため、折り畳み時においては、中央翼領域１２に対して平行であり、展開時においては曲がる。

他の実施形態では、翼６は、ＵＡＶ２の折り畳み時の寸法に対して、翼６の長さを増加するために、追加の翼領域をさらに備えていてもよい。

胴体４は、半円筒状の前方領域８および円筒状の後方領域１０を備えると説明したが、胴体４の形状は様々にすることが可能である。特に、胴体４の断面は、全長に亘って一定であってもよい（すなわち、同じ形状および／または寸法）。また、胴体４は湾曲している必要はない。したがって、ＵＡＶ２は、非円形状のハウジングに収容および／または配置してもよい。

翼６の展開は、自動的である必要はなく、離陸の後のタイミングまたは使用者のリモートタイミングで、電気的に誘因されてもよい。例えば、ＵＡＶ２は、ねじりばねおよび引っ張りばね２２の付勢に抗して翼６を折り畳み形状に固定するラッチを備えていてもよく、ラッチが解除されることによって翼６が展開する。さらに、翼６は、いかなる電源を用いて展開してもよく、ばねを使用することに限定されない。具体的には、翼６は、ソレノイド、ガスばね、火工技術、電気モータ等を用いて作動することができる。翼６の展開は、空気力学的な力または慣性力を通じて開始されてもよい。

翼６は、翼６の長さの一部において翼型断面を備えていてもよい。具体的には、中央翼領域１２の一部が、翼型断面と、外方翼領域１４ａ、１４ｂと、を備えていてもよい。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の範囲から離れることなく、適宜、変更または追加することができる。

Claims (14)

1. 胴体と、
   前記胴体に枢動可能に設けられる中央翼領域および前記中央翼領域に枢動可能に設けられる一対の外方翼領域を備える翼と、を有し、
   前記翼は、
   前記中央翼領域および前記外方翼領域が積み重ねられ、かつ、前記中央翼領域および前記外方翼領域が、前記胴体の長手方向軸に沿って整列する折り畳み形状と、
   前記中央翼領域が前記胴体に対して実質的に垂直であり、かつ、前記外方翼領域が前記中央翼領域から前記胴体に対して離れる方向に向かって延在する展開形状と、を備える無人航空機。
2. 第１の前記一対の外方翼領域の上に枢動可能に設けられた第２の一対の外方翼領域を、さらに有している、請求項１に記載の無人航空機。
3. 少なくとも一つの前記外方翼領域は、前記展開形状において前記外方翼領域が互いに一直線に整列するように、前記折り畳み形状から前記展開形状に移行する間に垂直に動作する、請求項１または請求項２に記載の無人航空機。
4. 前記外方翼領域は、前記展開形状において前記外方翼領域が互いに一直線に整列し、かつ、前記外方翼領域が前記中央翼領域と一直線に整列するように、前記折り畳み形状から前記展開形状に移行する間に垂直に動作する、請求項１または請求項２に記載の無人航空機。
5. 外方翼要素は、前記展開形状においては前記翼が上反角または下反角を有するように、前記中央翼領域に対して曲がっている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の無人航空機。
6. 前記翼は、前記展開形状となるように付勢されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の無人航空機。
7. 前記中央翼領域は、ねじりばねによって付勢されている、請求項６に記載の無人航空機。
8. 前記胴体は、前記中央翼領域の前記胴体に対する回転を規制する留め具を備える、請求項７に記載の無人航空機。
9. 前記外方翼領域のそれぞれは、引っ張りばねによって付勢されている、請求項６〜８のいずれか一項に記載の無人航空機。
10. 前記引っ張りばねは、その一端が前記中央翼領域に接続され、プーリを介してその他端が前記外方翼領域に接続されており、
    前記外方翼領域の前記中央翼領域に対する回転が、前記引っ張りばねを引き延ばす、請求項９に記載の無人航空機。
11. 前記翼を付勢に抗して前記折り畳み形状に維持し、かつ、前記翼の展開を許容するように解除されるラッチをさらに有する、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の無人航空機。
12. 前記ラッチは、リモートでまたは自動で解除される、請求項１１に記載の無人航空機。
13. 前記翼の前記折り畳み形状を維持する筒状体に収容される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の無人航空機。
14. 前記翼は、前記筒状体から放出された際に、前記展開形状に展開される、請求項１３に記載の無人航空機。