JP6561272B1 - 回転翼航空機 - Google Patents

Abstract

【課題】低揚力での飛行時における機体の安定性を向上させる。【解決手段】固定ピッチプロペラを有する第１回転翼および第２回転翼を備え、第１回転翼は、回転数に下限値が設定され、飛行中はその下限値を下回らないように回転数が制御され、第２回転翼は、ジャイロ効果または揚力が失われる回転数以下まで回転数を下げることができる回転翼航空機、および、固定ピッチプロペラを有する複数の水平回転翼と制御部とを備え、制御部は、すべての水平回転翼を駆動して飛行する全駆動モードと、一部の水平回転翼の回転数をそのジャイロ効果または揚力が失われる回転数以下に下げて他の水平回転翼で飛行する部分駆動モードと、を有し、制御部は、全駆動モードでの飛行時に水平回転翼の回転数が所定の閾値を下回ったときに、駆動モードを部分駆動モードに自動的に切り替える回転翼航空機により解決する。【選択図】図３

Description

本発明は、回転翼航空機の飛行制御技術に関する。

下記特許文献１には、ヘリコプターのメインロータが故障したときに、別途備えた補助ロータでこれを軟着陸させようとする構想が開示されている。

特開平４−２７４９９５号

複数の水平回転翼で飛行するマルチコプターには、ペイロードを含む機体の重量を安定して支持可能な揚力が必要である。同じ揚力を得る場合、小径のプロペラを高速で回転させるよりも、大径のプロペラを低速で回転させた方がエネルギー効率がよい。動力源としてバッテリーを用いるマルチコプターはその飛行可能時間の短さが課題の一つとされている。そのため、このようなマルチコプターでは搭載可能な最大サイズのプロペラが採用される傾向にある。

ピッチ角が固定されたプロペラ（固定ピッチプロペラ）を使用するマルチコプターは、各プロペラの回転数（本願では回転速度と同義。以下同じ。）を制御することでこれらプロペラの揚力を調節する。固定ピッチプロペラで飛行するマルチコプターは、例えば飛行中に上昇気流で機体が押し上げられたときには、プロペラの回転数を下げることでその高度を維持する。当然、強い上昇気流に煽られたときには、相応に回転数を下げる必要がある。一方、プロペラがその本来の機能を発揮するためには、十分な揚力やジャイロ効果が得られる回転数が必要である。プロペラの回転数がその下限を超えて下げられると、プロペラは機体の制御機能を失い、マルチコプターが操舵不能に陥る。特に、上昇気流の中で機体を降下させるときにはこのようなトラブルが生じやすい。

上記問題に鑑み、本発明は、低揚力での飛行時における機体の安定性を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の回転翼航空機は、固定ピッチプロペラを有する複数の水平回転翼を備え、前記複数の水平回転翼は第１回転翼および第２回転翼を有し、前記第１回転翼は、回転数に下限値が設定され、飛行中はその下限値を下回らないように回転数が制御される回転翼であり、前記第２回転翼は、ジャイロ効果または揚力が失われる回転数以下まで回転数を下げることができる回転翼であることを要旨とする。

例えば上昇気流中での降下操作など、機体の揚力を著しく下げる必要のある状況では、プロペラの回転数が過度に下げられることで制御機能が失われたり、またはプロペラの回転数を安全域に保つために降下操作が受け付けられない状態に陥ったりすることがある。本発明の回転翼航空機は、一部の水平回転翼（第１回転翼）の回転数を安全域に保ちつつ、他の水平回転翼（第２回転翼）の回転数をそのジャイロ効果または揚力が失われる回転数以下まで下げることができる。これにより、機体の制御機能を確保しつつ、機体全体としての揚力を安全に引き下げることが可能となる。

このとき、本発明の回転翼航空機は、６基以上の前記水平回転翼を備え、３基または４基の前記第１回転翼を有することが好ましい。さらには、８基の前記水平回転翼を備え、４基の前記第１回転翼を有することがより好ましい。

回転翼航空機が６基以上の水平回転翼を備えることにより、本発明の第１回転翼および第２回転翼の構成を容易に実装することができる。第１回転翼が少なくとも３基あれば第１回転翼のみで飛行する場合でも機体の水平を維持することができ、第１回転翼が４基あればさらにヘディングの方向も維持することができる。特に、回転翼航空機が８基の水平回転翼を備えるオクタコプタであり４基の第１回転翼を有していれば、例えば、隣接する２基の水平回転翼を一組として、回転翼航空機を４セットの水平回転翼を有するクアッドコプタとみなすことにより、全ての水平回転翼で飛行する場合でも、第１回転翼のみで飛行する場合でも、共通の制御方法で機体を制御することが可能となる。

また、上記課題を解決するため、本発明の回転翼航空機は、固定ピッチプロペラを有する複数の水平回転翼と、前記複数の水平回転翼の駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は前記複数の水平回転翼の駆動モードとして、すべての前記水平回転翼を駆動して飛行する全駆動モードと、一部の前記水平回転翼の回転数をそのジャイロ効果または揚力が失われる回転数以下に下げて他の前記水平回転翼で飛行する部分駆動モードと、を有し、前記制御部は、前記全駆動モードでの飛行時に一または複数の前記水平回転翼の回転数が所定の閾値を下回ったときに、前記駆動モードを前記部分駆動モードに自動的に切り替えることを要旨とする。

制御部が全駆動モードと部分駆動モードとを動的に切り替えることにより、例えば飛行に必要な揚力が著しく下がる徴候を検知したときには、一部の水平回転翼を早々に停止し、他の水平回転翼の回転数を高く維持するような制御が可能となる。これにより、他の水平回転翼のみでより安全に飛行することが可能となる。

また、本発明の回転翼航空機は、前記制御部が前記部分駆動モードでの飛行時に一または複数の前記他の水平回転翼の回転数が所定の閾値を上回ったときに、前記駆動モードを前記全駆動モードに自動的に切り替えることが好ましい。

全駆動モードから部分駆動モードへの切替と、部分駆動モードから全駆動モードへの切替の両方を制御部が自動で行うことにより、オペレータは駆動モードを意識することなく回転翼航空機を操縦することが可能となる。また、手動による駆動モードの切替が困難な目視外での自律飛行をより安全に行うことも可能となる。

このとき、本発明の回転翼航空機は、６基以上の前記水平回転翼を備え、前記部分駆動モードでは３基または４基の前記水平回転翼で飛行することが好ましい。さらには、８基の前記水平回転翼を備え、前記部分駆動モードでは４基の前記水平回転翼で飛行することがより好ましい。

回転翼航空機が６基以上の水平回転翼を備えることにより、本発明の駆動モード切替機能を容易に実装することができる。部分駆動モードで駆動する水平回転翼が少なくとも３基あれば機体の水平を維持することができ、４基あればさらにヘディングの方向も維持することができる。特に、回転翼航空機が８基の水平回転翼を備えるオクタコプタであり、部分駆動モードで駆動する水平回転翼が４基あれば、例えば、隣接する２基の水平回転翼を一組として回転翼航空機を４セットの水平回転翼を有するクアッドコプタとみなすことにより、全駆動モードで飛行する場合でも、部分駆動モードで飛行する場合でも、共通の制御方法で機体を制御することが可能となる。

また、本発明の回転翼航空機は無人航空機であってもよい。

無人航空機には軽量な機体が多く、有人機と比較してプロペラの回転数が下限に至りやすい傾向がある。このような無人航空機に本発明の第１回転翼および第２回転翼の構成を実装することにより、その飛行安全性を顕著に改善することができる。

以上のように、本発明の回転翼航空機によれば、低揚力での飛行時における機体の安定性を向上させることができる。

第１実施形態にかかるマルチコプター１０の外観を示す斜視図である。 マルチコプター１０の機能構成を示すブロック図である。 マルチコプター１０の飛行時におけるロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数の変化を示す模式図である。 マルチコプター１０の変形例における駆動モード切替方法を説明する模式図である。 変形例にかかるマルチコプター１０の飛行時におけるロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数の変化を説明する模式図である。 第２実施形態にかかるマルチコプター１０ａの外観を示す斜視図である。 マルチコプター１０ａの機能構成を示すブロック図である。 マルチコプター１０ａの飛行時におけるロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数の変化を示す模式図である。 マルチコプター１０ａの変形例における駆動モードの切替方法を説明する模式図である。 変形例にかかるマルチコプター１０ａの飛行時におけるロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数の変化を説明する模式図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。以下に挙げる第１実施形態および第２実施形態は、いずれも、複数の水平回転翼で飛行する無人回転翼航空機の例である。なお、本発明でいう「水平回転翼」とは、回転軸の軸線方向が鉛直に延び、回転面が水平面となる回転翼をいう。回転軸や回転面を多少傾けたものであっても、その揚力が主に鉛直方向の成分で構成されるものであれば本発明の「水平回転翼」に含まれる。

［第１実施形態］
（構成概要）
図１は、第１実施形態にかかるマルチコプター１０の外観を示す斜視図である。本形態のマルチコプター１０は上空から写真を撮影する空撮用の機体である。

マルチコプター１０は、主に、機体の中心部であるボディ１１、ボディ１１から平面視放射状に延びる複数本のアーム１２、各アーム１２の先端に配置されたロータ６０Ａ，６０Ｂ、およびカメラ９１を備えている。

ボディ１１は略円盤形状の中空モノコック構造のケース体である。ボディ１１の中には、後述するフライトコントローラＦＣ等の電子機器が収容されている。ボディ１１の上面には収容物を出し入れする開口が設けられており、かかる開口には蓋体であるボディカバー１１１が被せられている。

本形態のマルチコプター１０は６本のアーム１２を備えている。アーム１２はＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）製の円筒パイプ材である。アーム１２はボディ１１から水平方向に延びており、ボディ１１を中心として周方向等間隔に配置されている。

ロータ６０Ａ，６０Ｂは水平回転翼であり、これらは個々に、駆動源であるモータと、モータに装着された固定ピッチプロペラと、を有している。マルチコプター１０は、各ロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数を制御することでこれら各ロータ６０Ａ，６０Ｂの揚力を調節する。なお、水平回転翼の駆動源は電動機には限られず、エンジンであってもよい。

カメラ９１は静止画および動画を撮影可能な一般的なカメラである。カメラ９１はボディ１１に取り付けられたいわゆる３軸ジンバルである姿勢安定化装置にマウントされている。

（機能構成）
図２はマルチコプター１０の機能構成を示すブロック図である。本形態のマルチコプター１０の機能は、制御部であるフライトコントローラＦＣ、ロータ６０Ａ，６０Ｂ、ロータ６０Ａ，６０Ｂの駆動回路であるＥＳＣ（Electronic Speed Controller）５０Ａ，５０Ｂ、および、操縦者（オペレータ端末４１）と通信を行う通信装置４２により構成されている。なお、これらに電力を供給するバッテリーの記載は省略している。

フライトコントローラＦＣは制御装置２０を有している。制御装置２０は、中央処理装置であるＣＰＵ２１と、ＲＡＭやＲＯＭ・フラッシュメモリなどの記憶装置からなるメモリ２２とを有している。

フライトコントローラＦＣはさらに、ＩＭＵ３１（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）、ＧＰＳ受信器３２、気圧センサ３３、および電子コンパス３４を含む飛行制御センサ群Ｓを有しており、これらは制御装置２０に接続されている。

ＩＭＵ３１はマルチコプター１０の傾きを検出するセンサであり、主に３軸加速度センサおよび３軸角速度センサにより構成されている。ＧＰＳ受信器３２は、正確には航法衛星システム（ＮＳＳ：Navigation Satellite System）の受信器である。ＧＰＳ受信器３２は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ:Global Navigation Satellite System）または地域航法衛星システム（ＲＮＳＳ:Regional Navigational Satellite System）から現在の経緯度値を取得する。気圧センサ３３は、検出した気圧高度からマルチコプター１０の海抜高度（標高）を特定する高度センサである。本例の電子コンパス３４には３軸地磁気センサが用いられている。電子コンパス３４はマルチコプター１０の機首の方位角を検出する。

フライトコンローラＦＣは、これら飛行制御センサ群Ｓにより、機体の傾きや回転のほか、飛行中の経緯度、高度、および機首の方位角を含む自機の位置情報を取得することが可能とされている。

なお、本形態の飛行制御センサ群Ｓは一例であり、フライトコンローラＦＣを構成するセンサ類は本形態の組み合わせには限られない。例えば、気圧センサ３３に代えて、あるいは気圧センサ３３に加えて、測定方向を下方に向けたレーザ測距センサやステレオカメラ等で対地高度を取得することが考えられる。また、ＧＰＳ受信器３２が電波を受信不能な場所では、機体の水平移動をオプティカルフローセンサや画像認識等で検知することが考えられる。その他、レーザや赤外線、超音波などを利用した複数の測距センサで周辺物との距離を測定し、その距離からマルチコプター１０の空間位置を特定することも可能である。

制御装置２０は、マルチコプター１０の飛行時における姿勢や基本的な飛行動作を制御するプログラムである飛行制御プログラムＦＳを有している。飛行制御プログラムＦＳは、飛行制御センサ群Ｓから取得した情報を基に個々のロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数を調節し、機体の姿勢や位置の乱れを補正しながらマルチコプター１０を飛行させる。

制御装置２０はさらに、マルチコプター１０を自律飛行させるプログラムである自律飛行プログラムＡＰを有している。そして、制御装置２０のメモリ２２には、マルチコプター１０の目的地や経由地の経緯度、飛行中の高度や速度などが指定されたパラメータである飛行計画ＦＰが登録されている。自律飛行プログラムＡＰは、オペレータ端末４１からの指示や所定の時刻などを開始条件として、飛行計画ＦＰに従ってマルチコプター１０を自律的に飛行させることができる。

このように、本形態のマルチコプター１０は高度な飛行制御機能を備えた無人航空機である。ただし、本発明の回転翼航空機はマルチコプター１０の形態には限定されず、例えば飛行制御センサ群Ｓから一部のセンサが省略された機体や、自律飛行機能を備えず手動操縦のみにより飛行可能な機体を用いることもできる。

（低揚力飛行機能）
以下、マルチコプター１０の低揚力飛行機能について説明する。マルチコプター１０のロータは、ロータ６０Ａおよびロータ６０Ｂにより構成されている。ロータ６０Ａは本発明の第１回転翼である。第１回転翼とは、回転数に下限値が設定され、飛行中はその下限値を下回らないように回転数が制御される回転翼である。ロータ６０Ｂは本発明の第２回転翼である。第２回転翼とは、ジャイロ効果または揚力が失われる回転数以下まで回転数を下げることができる回転翼である。なお、ここでいう「ジャイロ効果または揚力が失われる回転数以下」とは停止（回転数ゼロ）も含んでいる。図１に示されるように、本形態のマルチコプター１０はヘキサコプタであり、３基のロータ６０Ａと３基のロータ６０Ｂとを備えている。

本形態のロータ６０Ａは、例えば上昇気流の中で機体を降下させるときのように、飛行に必要な揚力が著しく低くなったときに、ロータ６０Ａの揚力のみでも一応は機体の水平を維持可能な回転数がその下限値ｍとして設定されている。なお、下限値ｍはすべてのロータ６０Ａの平均回転数であってもよく、個々のロータ６０Ａについて設定してもよい。一方、ロータ６０Ｂには回転数の下限値は設定されておらず、ロータ６０Ｂが停止に至るまで回転数を下げることができる。

図３は、マルチコプター１０の飛行時におけるロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数の変化を示す模式図である。図３の各グラフにおいて「Ａ」と表示された値は３基のロータ６０Ａの平均回転数であり、「Ｂ」と表示された値は３基のロータ６０Ｂの平均回転数である。各グラフの縦軸は回転数の大小を表している。縦軸の下端の回転数はゼロであり、縦軸の上に向かうにつれて回転数は大きくなる。以下、図３の左上のグラフから時計回りに説明する。

（左上のグラフ）通常環境下におけるマルチコプター１０はロータ６０Ａ，６０Ｂの両方を駆動して飛行しており、その飛行方法に一般的なヘキサコプタとの違いはない。（上段中央のグラフ）オペレータが降下操作を行うと、フライトコントローラＦＣはマルチコプター１０の高度が下がり始めるまでロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数を下げていく。（右上のグラフ）ここで例えば強い上昇気流に吹き上げられ、マルチコプター１０が降下を開始しないときは、フライトコントローラＦＣはロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数をさらに下げていく。ロータ６０Ａの回転数が下限値ｍに至ったときにはロータ６０Ａの回転数はそれ以上下げられることはなく下限値ｍに維持される。一方、ロータ６０Ｂの回転数は停止に至るまで制限なく下げられる。（右下のグラフ）結果的にロータ６０Ｂが停止し、フライトコントローラＦＣはロータ６０Ａのみでマルチコプター１０の降下を試みる。ここで、本形態のロータ６０Ａは３基であるため、ロータ６０Ａは機体の水平をかろうじて維持可能なものの、ヨー方向のトルクがどちらかに偏ることで一方に回転しながら降下することになる。（下段中央のグラフ）ここで例えば飛行環境が回復し、回転数が下限値ｍのロータ６０Ａだけでは揚力が不足すると、フライトコントローラＦＣはロータ６０Ｂの駆動を再開する。（左下のグラフ）ロータ６０Ｂの回転数がロータ６０Ａの下限値ｍと同等まで上昇し、それでもまだ揚力が足りない場合には、ロータ６０Ａおよびロータ６０Ｂ両方の回転数が引き上げられる。このように、本形態のマルチコプター１０では、ロータ６０Ａ，６０Ｂの両方を用いた飛行とロータ６０Ａのみでの飛行とがシームレスに切り替えられる。

本形態のマルチコプター１０は、回転数の下限値が異なる２種類のロータ６０Ａ，６０Ｂを備えることにより、一方のロータ（ロータ６０Ａ）についてはその回転数を安全域に保ちつつ、他方のロータ（ロータ６０Ｂ）についてはその回転数をジャイロ効果または揚力が失われる回転数以下まで下げることが可能とされている。これにより、最低限の機体制御機能は確保しつつ、機体全体としての揚力を極めて小さくすることが可能とされている。

なお、本形態のマルチコプター１０は無人航空機であるが、これは有人航空機であってもよい。無人航空機には軽量な機体が多く、有人機と比較してロータの回転数が下限に至りやすい傾向がある。本形態ではこのような無人航空機に第１回転翼（ロータ６０Ａ）および第２回転翼（ロータ６０Ｂ）の構成が実装されることにより、その飛行安全性が顕著に改善されている。

（変形例）
以下、マルチコプター１０の低揚力飛行機能の変形例について説明する。図４は、本変形例にかかるフライトコントローラＦＣによるロータ６０Ａ，６０Ｂの駆動モードの切替方法を説明する模式図である。なお、本変形例のロータ６０Ａは上記実施形態のロータ６０Ａと同じ構造であるが、本発明の第１回転翼ではないため下限値は設定されていない。

上記実施形態では、ロータ６０Ａの回転数に下限値ｍが設定され、ロータ６０Ａ，６０Ｂの両方を用いた飛行とロータ６０Ａのみを用いた飛行とが飛行環境に合わせてシームレスに切り替えられる。本変形例のマルチコプター１０では、すべてのロータ６０Ａ，６０Ｂを駆動してマルチコプター１０を飛行させる全駆動モードと、ロータ６０Ｂを停止してロータ６０Ａのみでマルチコプター１０を飛行させる部分駆動モードと、が区別されており、フライトコントローラＦＣはこれら駆動モードを予め定められた条件に基づいて明示的に切り替える。

図４の縦軸はロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数の大小を示している。縦軸の下端の回転数はゼロであり、縦軸の上に向かうにつれて回転数は大きくなる。本変形例のフライトコントローラＦＣは、全駆動モードでの飛行中にロータ６０Ａ，６０Ｂのいずれかの回転数が所定の閾値Ｌを下回ったときには駆動モードを部分駆動モードに自動的に切り替え、そして、部分駆動モードでの飛行中にロータ６０Ａのいずれかの回転数が所定の閾値Ｕを上回ったときには、駆動モードを全駆動モードに自動的に切り替える。

本変形例の閾値Ｌには、通常の飛行環境下ではロータ６０Ａ，６０Ｂがその回転数に至ることはないと見込まれる回転数が設定されている。すなわち、本変形例における部分駆動モードは、強い上昇気流や突風など、飛行環境に異常が生じたときの緊急離脱手段という位置付けである。

図５は、本変形例のマルチコプター１０の飛行時におけるロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数の変化を説明する模式図である。図５の各グラフにおいて「Ａ」と表示された値はロータ６０Ａの回転数であり、「Ｂ」と表示された値はロータ６０Ｂの回転数である。なお、ロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数は実際には操舵により個々に変動するが、説明の便宜上、ロータ６０Ａ，６０Ｂについてそれぞれ代表となる１基の値を示している。各グラフの縦軸は回転数の大小を表している。縦軸の下端の回転数はゼロであり、縦軸の上に向かうにつれて回転数は大きくなる。以下、図５の左上のグラフから時計回りに説明する。

（左上のグラフ）マルチコプター１０は全駆動モードで飛行しており、ロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数はすべて閾値Ｌ（図４の回転数２）以上である。このときのマルチコプター１０の飛行方法には先の実施形態との違いはない。なお、本変形例のマルチコプター１０は、離陸時には部分駆動モードではなく全駆動モードで離陸するよう設定されている。（上段中央のグラフ）ここで例えば機体が突風に吹き上げられたりすると、フライトコントローラＦＣは高度を維持するためロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数を下げる。（右上のグラフ）そして、いずれか１基のロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数が閾値Ｌを下回ると、フライトコントローラＦＣは駆動モードを部分駆動モードに切り替え、ロータ６０Ｂを意識的に停止させる。なお、回転数が閾値Ｌを下回ったロータ６０Ａ，６０Ｂは１基であり、このときの他のロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数は閾値Ｌよりも高い。（右下のグラフ）ここで、ロータ６０Ｂを停止したことによりロータ６０Ａの回転数は増大する。（下段中央のグラフ）その後、フライトコントローラＦＣは、ロータ６０Ａのいずれかの回転数が閾値Ｕ（図４の回転数７）を超えるまで部分駆動モードでの飛行を継続する。ここで、例えば飛行環境が回復して部分駆動モードでは十分な揚力が得られなくなった場合、ロータ６０Ａの回転数は急速に増大する。（左下のグラフ）そしてロータ６０Ａのいずれかの回転数が閾値Ｕを超えると、フライトコントローラＦＣは駆動モードを全駆動モードに切り替え、ロータ６０Ｂの駆動を再開する。これによりロータ６０Ａの回転数は妥当値まで引き下げられる。

先の実施形態では、ロータ６０Ａのみで飛行しているときのロータ６０Ａの回転数は下限値ｍに維持される。本変形例では、フライトコントローラＦＣが全駆動モードと部分駆動モードとを明確に切り替えることにより、ロータ６０Ａのみで飛行する場合でもロータ６０Ａの回転数を高く維持することが可能となる。すなわち、飛行に必要な推力が著しく下がる徴候を検知したときにロータ６０Ｂを早々に停止することで、ロータ６０Ａの回転数が安全上の下限値に至ることを防ぐことができる。これにより、ロータ６０Ａのみでの飛行をより安全に行うことが可能となる。また、本変形例では、全駆動モードから部分駆動モードへの切替と、部分駆動モードから全駆動モードへの切替の両方をフライトコントローラＦＣが自動で行うことにより、オペレータは駆動モードを意識することなくマルチコプター１０を操縦することができる。また、手動による駆動モードの切替が困難な目視外での自律飛行をより安全に行うことも可能となる。

なお、全駆動モードを部分駆動モードに切り替える閾値Ｌ、および、部分駆動モードを全駆動モードに切り替える閾値Ｕは、本変形例の値には限られず、機体の仕様や飛行環境に応じて適宜変更してよい。また、本変形例では部分駆動モードのときにはロータ６０Ｂを停止しているが、これを停止させず低速で空転させておいてもよい。また、本変形例のフライトコントローラＦＣは、ロータ６０Ａ，６０Ｂのいずれか１基の回転数が閾値Ｌを下回ったときに全駆動モードを部分駆動モードに切り替えるが、例えばこれをロータ６０Ａ，６０Ｂの２基以上の回転数が閾値Ｌを下回ったとき、またはロータ６０Ａ，６０Ｂの平均回転数が閾値Ｌを下回ったときに切り替えるようにしてもよい。同様に、本変形例のフライトコントローラＦＣは、ロータ６０Ａのいずれか１基の回転数が閾値Ｕを上回ったときに部分駆動モードを全駆動モードに切り替えるが、例えばこれをロータ６０Ａの２基以上の回転数が閾値Ｕを上回ったとき、またはロータ６０Ａの平均回転数が閾値Ｕを上回ったときに切り替えるようにしてもよい。

［第２実施形態］
（構成概要）
以下、本発明の回転翼航空機の他の実施形態について説明する。図６は、第２実施形態にかかるマルチコプター１０ａの外観を示す斜視図である。本形態のマルチコプター１０ａは液剤タンクに充填された農薬をスプレー散布する農薬散布機である。なお、以下の説明において、第１実施形態と同一または同様の構成については、第１実施形態と同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

マルチコプター１０ａは、主に、機体の中心部であるボディ１１、ボディ１１から平面視放射状に延びる複数本のアーム１２、各アーム１２の先端に配置されたロータ６０Ａ，６０Ｂ、およびポンプ装置９２を備えている。第１実施形態のマルチコプター１０と同様に、ロータ６０Ａは本発明の第１回転翼であり、ロータ６０Ｂは本発明の第２回転翼である。

ボディ１１は略円盤形状の中空モノコック構造のケース体である。ボディ１１の中にはフライトコントローラＦＣ等の電子機器が収容されている。ボディ１１の上面には収容物を出し入れする開口が設けられており、かかる開口には蓋体であるボディカバー１１１が被せられている。

本形態のマルチコプター１０ａは８本のアーム１２を備えている。アーム１２はＣＦＲＰ製の円筒パイプ材である。アーム１２はボディ１１から水平方向に延びており、ボディ１１を中心として周方向等間隔に配置されている。

ロータ６０Ａ，６０Ｂは水平回転翼であり、これらは個々に、駆動源であるモータと、モータに装着された固定ピッチプロペラと、を有している。マルチコプター１０ａは、各ロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数を制御することでこれら各ロータ６０Ａ，６０Ｂの揚力を調節する。

ポンプ装置９２は液剤タンク内の農薬をスプレーノズルから散布する。マルチコプター１０ａは満充填された液剤タンクが空になるまで農薬を散布しながら飛行する。そのため、農薬の散布前と散布後とで機体重量が著しく変化する。

（機能構成）
図７はマルチコプター１０ａの機能構成を示すブロック図である。マルチコプター１０ａと第１実施形態のマルチコプター１０との機能上の違いは、外部装置であるカメラ９１がポンプ装置９２に置き換わった点と、ロータ６０Ａ，６０Ｂの数の違い、およびこれに伴う飛行制御方法の違いのみである。

（低揚力飛行機能）
以下、マルチコプター１０ａの低揚力飛行機能について説明する。図６に示されるように、本形態のマルチコプター１０ａはオクタコプタであり、４基のロータ６０Ａと４基のロータ６０Ｂとを備えている。

本形態のフライトコントローラＦＣは、隣接する２基のロータ６０Ａ，６０Ｂを一組として、マルチコプター１０ａを４セットのロータを有するクアッドコプタのように制御する。これにより、全てのロータ６０Ａ，６０Ｂで飛行する場合でも、ロータ６０Ａのみで飛行する場合でも共通の制御方法で機体を制御することが可能とされている。本形態のマルチコプター１０ａも第１実施形態のマルチコプター１０と同様に、ロータ６０Ａ，６０Ｂの両方を用いた飛行とロータ６０Ａのみでの飛行とがシームレスに切り替えられる。

図８は、マルチコプター１０ａの飛行時におけるロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数の変化を説明する模式図である。図８の各符号やグラフの値が意味するものは第１実施形態の図３と同様である。以下、図８の左端のグラフから右端のグラフに向かって説明する。

（左端のグラフ）液剤タンクに農薬が満充填されたマルチコプター１０ａは、ロータ６０Ａ，６０Ｂの両方を駆動して飛行する。その飛行方法に一般的なオクタコプタとの違いはない。（中央左側のグラフ）農薬の散布が開始されると機体の重量が次第に軽くなる。フライトコントローラＦＣはマルチコプター１０ａの飛行高度を一定に維持するためロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数を徐々に下げていく。（中央右側のグラフ）液剤タンクが空に近づくとロータ６０Ａの回転数は下限値ｍに至り、ロータ６０Ｂの回転数はさらに下げられていく。（右端のグラフ）液剤タンクが空になった状態で着陸するときにはロータ６０Ｂはほぼ停止する。なお、ロータ６０Ａの下限値ｍには、ロータ６０Ａのみでも機体の水平を維持可能な回転数が設定されている。ここで、マルチコプター１０ａは４基のロータ６０Ａを備えているため、機体の水平だけでなくヘディングの向きも維持しながら降下することができる。

（変形例）
以下、マルチコプター１０ａの低揚力飛行機能の変形例について説明する。図９は、本変形例にかかるフライトコントローラＦＣによるロータ６０Ａ，６０Ｂの駆動モードの切替方法を説明する模式図である。図９の各符号やグラフの値が意味するものは第１実施形態の図４と同様である。なお、本変形例のロータ６０Ａは上記第２実施形態のロータ６０Ａと同じ構造であるが、本発明の第１回転翼ではないため下限値は設定されていない。

本変形例のマルチコプター１０ａでは、すべてのロータ６０Ａ，６０Ｂを駆動してマルチコプター１０ａを飛行させる全駆動モードと、ロータ６０Ｂを停止してロータ６０Ａのみでマルチコプター１０ａを飛行させる部分駆動モードと、が区別されている。本変形例のフライトコントローラＦＣは、全駆動モードでの飛行中にロータ６０Ａ，６０Ｂのいずれか１基の回転数が所定の閾値Ｌを下回ったときには駆動モードを部分駆動モードに自動的に切り替え、そして、部分駆動モードでの飛行中にロータ６０Ａのいずれか１基の回転数が所定の閾値Ｕを上回ったときには、駆動モードを全駆動モードに自動的に切り替える。

本変形例の閾値Ｌには、液剤タンクが空に近づいたときにロータ６０Ａ，６０Ｂが至る回転数（図９の回転数３）が設定されている。すなわち、本変形例における部分駆動モードは飛行環境に異常が生じたときの緊急離脱手段ではなく、正常な飛行環境下における通常の農薬散布作業においても使用される駆動モードである。また、本変形例のマルチコプター１０ａは部分駆動モードにおいても４基のロータ６０Ａで飛行し、機体の上昇を含むあらゆる操舵が可能である。つまり、部分駆動モードで飛行可能なうちは駆動モードを全駆動モードに戻す必要がない。そのため、部分駆動モードを全駆動モードに切り替える閾値Ｕの回転数（図９の回転数８）は、第１実施形態の閾値Ｕよりも高く設定されている。

図１０は、本変形例のマルチコプター１０ａの飛行時におけるロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数の変化を説明する模式図である。図１０の各符号やグラフの値が意味するものは第１実施形態の図５と同様である。以下、図１０の左端のグラフから右端のグラフに向かって説明する。

（左端のグラフ）液剤タンクに農薬が満充填されたマルチコプター１０ａは、ロータ６０Ａ，６０Ｂの両方を駆動して飛行する。その飛行方法に一般的なオクタコプタとの違いはない。なお、本変形例のマルチコプター１０ａは、離陸時には部分駆動モードで始動する。そして部分駆動モードの揚力では離陸できないときにはロータ６０Ａの回転数が閾値Ｕに至ることで全駆動モードに切り替えられる。（中央左側のグラフ）農薬の散布が開始されると機体の重量が次第に軽くなる。フライトコントローラＦＣはマルチコプター１０ａの飛行高度を一定に維持するためロータ６０Ａ，６０Ｂの回転数を徐々に下げていく。（中央右側のグラフ）液剤タンクが空に近づき、ロータ６０Ａ，６０Ｂのいずれか１基の回転数が閾値Ｌを下回ると、フライトコントローラＦＣは駆動モードを部分駆動モードに切り替え、ロータ６０Ｂを意識的に停止させる。ここで、ロータ６０Ｂを停止したことによりロータ６０Ａの回転数は増大する。（右端のグラフ）その後、ロータ６０Ａの回転数は閾値Ｕに至ることなく、部分駆動モードのまま作業を終え、マルチコプター１０ａは着陸する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることができる。例えば、上記実施形態ではヘキサコプタとオクタコプタを例として挙げたが、水平回転翼の数は６基または８基には限られない。

１０，１０ａ：マルチコプター（回転翼航空機，無人航空機），ＦＣ：フライトコントローラ（制御部），ＦＳ：飛行制御プログラム，ＡＰ：自律飛行プログラム，５０Ａ，５０Ｂ：ＥＳＣ，６０Ａ：ロータ（水平回転翼，第１回転翼、他の回転翼），６０Ｂ：ロータ（水平回転翼，第２回転翼、一部の回転翼），ｍ：第１回転翼の下限値，Ｌ：全駆動モードから部分駆動モードに切り替えられる閾値，Ｕ：部分駆動モードから全駆動モードに切り替えられる閾値

Claims (8)

1. 固定ピッチプロペラを有する複数の水平回転翼を備え、
   前記複数の水平回転翼は第１回転翼および第２回転翼を有し、
   前記第１回転翼は、回転数に下限値が設定され、飛行中はその下限値を下回らないように回転数が制御される回転翼であり、
   前記第２回転翼は、ジャイロ効果または揚力が失われる回転数以下まで回転数を下げることができる回転翼であることを特徴とする回転翼航空機。
2. ６基以上の前記水平回転翼を備え、
   ３基または４基の前記第１回転翼を有することを特徴とする請求項１に記載の回転翼航空機。
3. ８基の前記水平回転翼を備え、
   ４基の前記第１回転翼を有することを特徴とする請求項２に記載の回転翼航空機。
4. 固定ピッチプロペラを有する複数の水平回転翼と、
   前記複数の水平回転翼の駆動を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は前記複数の水平回転翼の駆動モードとして、すべての前記水平回転翼を駆動して飛行する全駆動モードと、一部の前記水平回転翼の回転数をそのジャイロ効果または揚力が失われる回転数以下に下げて他の前記水平回転翼で飛行する部分駆動モードと、を有し、
   前記制御部は、前記全駆動モードでの飛行時に一または複数の前記水平回転翼の回転数が所定の閾値を下回ったときに、前記駆動モードを前記部分駆動モードに自動的に切り替えることを特徴とする回転翼航空機。
5. 前記制御部は、前記部分駆動モードでの飛行時に一または複数の前記他の水平回転翼の回転数が所定の閾値を上回ったときに、前記駆動モードを前記全駆動モードに自動的に切り替えることを特徴とする請求項４に記載の回転翼航空機。
6. ６基以上の前記水平回転翼を備え、
   前記部分駆動モードでは３基または４基の前記水平回転翼で飛行することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の回転翼航空機。
7. ８基の前記水平回転翼を備え、
   前記部分駆動モードでは４基の前記水平回転翼で飛行することを特徴とする請求項６に記載の回転翼航空機。
8. 無人航空機であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の回転翼航空機。

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