JP6715788B2 - 無人機輸送用飛しょう体 - Google Patents

Description

本発明は、無人航空機を輸送する技術に関し、特に、無人航空機を安全に保護しつつ目標空域まで高速で輸送した後に、好適に飛行開始させるのに有用な技術である。

一般に、一定時間の滞空が可能な無人航空機は、軽量化等のために高動圧環境に耐え得る構造強度を有していない。そのため、この種の無人航空機は飛行速度が比較的に遅く、目標空域までの進出に時間を要してしまう。
他方、高速飛行が可能な無人航空機は、短時間で目標空域に到達可能ではあるが、高重量等のために目標空域での滞空時間が短くなってしまう。
そこで、一定時間滞空可能な無人航空機を目標空域まで短時間で進出させるためには、ロケットによる人工衛星の打ち上げ等に見られるように、無人航空機を収容部材に収容して安全に保護した状態で、当該収容部材を高速で輸送する（飛行させる）必要がある。

この場合、輸送時における無人航空機の保持構造としては、人工衛星をフェアリング内で保持する構造（例えば、特許文献１参照）を応用することが考えられる。
一般に、人工衛星は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、基端部を衛星分離部に当接させた状態でクランプバンドに締め付けられることによって、衛星分離部に保持されている。この保持構造を収容部材内の無人航空機に適用してやればよい。

特開平１１−１２１１００号公報

ところで、ロケットの打ち上げ時には横方向への荷重がさほど大きく作用しないため、上述した人工衛星の保持構造は、人工衛星自体の強度も含め、ロケットの軸方向の荷重に耐えるものであれば足りる。
しかしながら、無人航空機を飛しょう体で輸送する場合には、ロケットの打ち上げ時と異なり、横方向への荷重が大きく作用する。そのため、上述した人工衛星の保持構造を単純に無人航空機に適用した場合、無人航空機が片持ち支持される状態となり、横方向への荷重によって当該無人航空機に大きな曲げ荷重が作用してしまう。無人航空機は上述のとおり高い構造強度を有していないことから、この曲げ荷重によって破損するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、無人航空機を安全に保護しつつ好適に輸送して飛行開始させることを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、無人航空機を輸送する無人機輸送用飛しょう体であって、
前記無人航空機を収容する収容室を有するとともに、当該収容室に前記無人航空機を出し入れさせるための開口部が形成された収容部材と、
流体の入出により膨縮可能に構成され、前記収容室の内側面と前記無人航空機との間に配置されて、膨張状態で当該無人航空機を保護する膨縮体と、
膨張状態の前記膨縮体から内部の流体を排出させる排出手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無人機輸送用飛しょう体において、
前記膨縮体に流体を供給する供給手段をさらに備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の無人機輸送用飛しょう体において、
前記排出手段と前記供給手段とが一体的に構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の無人機輸送用飛しょう体において、
前記開口部が前記収容部材の飛行方向とは反対向きに開口していることを特徴とする。

本発明によれば、収容部材内の無人航空機は、収容室の内側面と当該無人航空機との間に配置された膨張状態の膨縮体によって保護される。これにより、無人航空機は、作用する荷重を膨縮体を介して外皮面で圧縮荷重として受けるため、端部で片持ち支持される場合に比べ、当該無人航空機に作用する曲げ荷重を小さくすることができる。
また、無人航空機を収容部材から離脱させるときには、排出手段によって膨張状態の膨縮体から内部の流体を排出させて当該膨縮体を膨張状態から収縮状態にする。これにより、無人航空機は膨縮体に拘束された状態が解除され、収容部材から離脱可能な状態となる。
したがって、人工衛星の保持構造を適用した場合と異なり、無人航空機を安全に保護しつつ好適に輸送して飛行開始させることができる。

エアバッグを膨張させた状態の無人機輸送用飛しょう体を示す図であって、（ａ）が側断面図であり、（ｂ）が蓋部材を外した状態の背面図である。 エアバッグを収縮させた状態の無人機輸送用飛しょう体を示す図であって、（ａ）が側断面図であり、（ｂ）が背面図である。 無人機をキャニスタから取り出した状態の無人機輸送用飛しょう体を示す図である。 人工衛星の保持構造を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

［無人機輸送用飛しょう体の構成］
まず、本実施形態における無人機輸送用飛しょう体（以下、単に「輸送用飛しょう体」という。）１の構成について説明する。
図１は、後述のエアバッグ５を膨張させた状態の輸送用飛しょう体１を示す図であって、（ａ）が側断面図であり、（ｂ）が後述の蓋部材３を外した状態の背面図である。図２は、エアバッグ５を収縮させた状態の輸送用飛しょう体１を示す図であって、（ａ）が側断面図であり、（ｂ）が背面図である。また、図３は、無人機ＵＡＶを後述のキャニスタ２から取り出した状態の輸送用飛しょう体１を示す図である。なお、図１〜図３では、キャニスタ２のみを断面で図示している。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、輸送用飛しょう体１は、無人機ＵＡＶを高速輸送するためのものである。より詳しくは、輸送用飛しょう体１は、例えば高速で飛行する図示しない航空機によって所定の飛行軌道に投入されることにより高速で飛行（飛しょう）し、目標空域に到達した後に無人機ＵＡＶを単体で離脱させて自律飛行を開始させるものである。無人機ＵＡＶは、自律飛行可能な無人航空機であり、特に限定はされないが、低速での一定時間の滞空飛行が可能な機体である。
具体的に、輸送用飛しょう体１は、キャニスタ２と、蓋部材３と、複数（本実施形態では８つ）のエアバッグ５と、空気給排装置６とを備えている。

キャニスタ２は、略円錐状に形成された収容部材であり、その内部が無人機ＵＡＶを収容する収容室２ａとなっている。収容室２ａ内には、無人機ＵＡＶが翼を折り畳んで機体後方をキャニスタ２の先端側に向けた状態で収容されている。このキャニスタ２は、先端側を飛行方向前側として、その飛行方向に対応した翼を有するとともに、高速での飛行に耐える十分な強度を有している。
また、キャニスタ２の底部（後端部）には、主に無人機ＵＡＶを収容室２ａに収容及び取出すための後方向きの開口部２１が、当該底部の略全面に亘って形成されている。ただし、この開口部２１は、少なくとも無人機ＵＡＶが挿通可能な大きさであればよい。
なお、以下の説明では、輸送用飛しょう体１（キャニスタ２）の向きについて、その飛行方向と対応させて、キャニスタ２の先端側を「前（前側）」、底部側を「後（後側）」と記載する。

蓋部材３は、キャニスタ２後端部の開口部２１を閉塞するとともに、飛行時におけるキャニスタ２後流の空気の流れを整流するためのものである。この蓋部材３は、例えば火薬などの分離機構（図示省略）により、キャニスタ２から分離可能なようにキャニスタ２に結合されている。そして、当該蓋部材３は、輸送用飛しょう体１が目標空域に到達した後に、キャニスタ２から分離されて開口部２１を開口させる。

複数のエアバッグ５は、空気の入出により膨縮可能に構成された膨縮体であり、収容室２ａ内において膨張状態で無人機ＵＡＶを保護するためのものである。これら複数のエアバッグ５は、本実施形態においては、収容室２ａの前端部に配置された４つの前部エアバッグ５１と、収容室２ａの中程よりやや後側に配置された４つの後部エアバッグ５２とから構成されている。
このうち、４つの前部エアバッグ５１は、収容室２ａの前端部において、収容室２ａの内側面（上下左右の各側面）と無人機ＵＡＶ後端部との間に配置され、当該無人機ＵＡＶ後端部の上下左右の４箇所を保護している（図１及び図２では、上下２箇所を保護する２つのみ図示）。
一方、４つの後部エアバッグ５２は、収容室２ａの中程よりやや後側において、収容室２ａの内側面（上下左右の各側面）と無人機ＵＡＶの前側部分との間に配置され、当該無人機ＵＡＶの前側部分の上下左右の４箇所を保護している。

空気給排装置６は、複数のエアバッグ５に空気を供給及び排出させて、当該複数のエアバッグ５を膨縮（膨張及び収縮）させるものである。この空気給排装置６は、キャニスタ２の収容室２ａ前端部に設けられ、図示しないエアチューブを介して空気の供給及び排出が可能なように複数のエアバッグ５と接続されている。

この空気給排装置６は、図示しない制御手段（または無人機ＵＡＶの制御部）に動作制御される。
具体的に、空気給排装置６は、まず輸送用飛しょう体１の飛行開始前では、制御手段に制御されて複数のエアバッグ５に空気を供給し、当該複数のエアバッグ５を膨張状態にする。これにより、複数のエアバッグ５が収容室２ａの内側面と無人機ＵＡＶとの間に充填されて、当該無人機ＵＡＶが保護された状態となる。
その後、輸送用飛しょう体１が飛行を開始して、高速で飛行する当該輸送用飛しょう体１から蓋部材３が分離されてキャニスタ２の開口部２１が開口し、さらに減速機構（例えばドラッグシュートなど；図示省略）によりキャニスタ２が十分に減速した後に、空気給排装置６は、無人機ＵＡＶをキャニスタ２から離脱可能な状態にする。
より詳しくは、空気給排装置６は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、制御手段に制御されて複数のエアバッグ５から空気を排出し、当該複数のエアバッグ５を収縮状態にする。これにより、無人機ＵＡＶは、複数のエアバッグ５に保護（拘束）された状態が解除され、キャニスタ２から離脱可能な状態となる。
そして、図３に示すように、例えば図示しない押出し機構などにより無人機ＵＡＶが後方へ移動されることにより、当該無人機ＵＡＶが開口部２１から収容室２ａ外へ押し出される。
これにより、無人機ＵＡＶは、キャニスタ２から離脱して独立して飛行可能な状態となり、折り畳んでいた翼を展開させて自律飛行を開始する。

［効果］
以上のように、本実施形態によれば、キャニスタ２内の無人機ＵＡＶは、収容室２ａの内側面と当該無人機ＵＡＶとの間に配置された膨張状態のエアバッグ５によって保護される。これにより、無人機ＵＡＶは、作用する荷重をエアバッグ５を介して外皮面で圧縮荷重として受けるため、端部で片持ち支持される場合に比べ、当該無人機ＵＡＶに作用する曲げ荷重を小さくすることができる。
また、無人機ＵＡＶをキャニスタ２から離脱させるときには、空気給排装置６によって膨張状態のエアバッグ５から内部の空気を排出させて当該エアバッグ５を膨張状態から収縮状態にする。これにより、無人機ＵＡＶはエアバッグ５に拘束された状態が解除され、キャニスタ２から離脱可能な状態となる。
したがって、人工衛星の保持構造を適用した場合と異なり、無人機ＵＡＶを安全に保護しつつ好適に輸送して飛行開始させることができる。ひいては、高速輸送時の横方向荷重に耐え得る無人機ＵＡＶの高強度化の必要がなく、当該無人機ＵＡＶの軽量化を図ることができる。

［変形例］
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、無人機ＵＡＶを保護するエアバッグ５の数量や位置は、上記実施形態のものに特に限定されない。例えば、１つの環状のエアバッグによって無人機ＵＡＶ全体が保護されることとしてもよい。ただし、エアバッグ５は、無人機ＵＡＶのうち比較的に強固なフレーム部分と当接するように配置されることが好ましい。

また、本発明に係る膨縮体は、流体の入出により膨縮可能なものであれば、エアバッグでなくともよい。つまり、空気以外の気体または液体等によって膨縮する膨縮体を用いてもよい。
液体で膨縮する膨縮体を用いた場合には、この液体の温度をヒータ等で調節することにより、無人機ＵＡＶの温度を制御することができ、高高度環境での無人機ＵＡＶの冷却を防ぐことができる。

また、上記実施形態では、輸送用飛しょう体１が、エアバッグ５を膨張及び収縮させる空気給排装置６を備えることとした。しかし、本発明に係る無人機輸送用飛しょう体は、少なくとも膨縮体から流体を排出可能な排出手段を備えていればよい。この場合、無人機輸送用飛しょう体の飛行開始前に、地上設備を利用して予め膨縮体を膨張させておけばよい。ただし、膨縮体に流体を供給する供給手段も備えていた方が、飛行時における流体の漏れなどに対応できる点で、より好ましい。
また、排出手段は、流体を吸い出すポンプ等であってもよいし、膨縮体を裂いて内部の流体を流出させる火薬等であってもよい。

１ 無人機輸送用飛しょう体
２ キャニスタ（収容部材）
２ａ 収容室
２１ 開口部
３ 蓋部材
５ エアバッグ（膨縮体）
６ 空気給排装置（排出手段、供給手段）
ＵＡＶ 無人機

Claims (4)

1. 無人航空機を輸送する無人機輸送用飛しょう体であって、
   前記無人航空機を収容する収容室を有するとともに、当該収容室に前記無人航空機を出し入れさせるための開口部が形成された収容部材と、
   流体の入出により膨縮可能に構成され、前記収容室の内側面と前記無人航空機との間に配置されて、膨張状態で当該無人航空機を保護する膨縮体と、
   膨張状態の前記膨縮体から内部の流体を排出させる排出手段と、
   を備えることを特徴とする無人機輸送用飛しょう体。
2. 前記膨縮体に流体を供給する供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の無人機輸送用飛しょう体。
3. 前記排出手段と前記供給手段とが一体的に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の無人機輸送用飛しょう体。
4. 前記開口部が前記収容部材の飛行方向とは反対向きに開口していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の無人機輸送用飛しょう体。

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