JP6785905B2 - 地面効果滑走機 - Google Patents

Description

本発明は、三角翼を用いることで本体を浮上させ、本体の底面と地面との間に空気層を形成して、水上を地面効果により滑走する滑走機に関する。

地面効果により水上を滑走する装置として、翼と海面との間に狭小空間を設けて、この部分に地面効果を発生させる構造が、依然から研究され、下記の特許文献に開示されている(特許文献１、特許文献２)。

一方で、水面に浮く船体に、翼を装着することで、水面から離陸し、また水面に着水できる飛行可能な飛行ボートを構成する構造も従来技術して存在し、特に、船体に取り付ける翼として三角形状に組んだ骨格に翼皮を張ったいわゆるロガロ翼を取り付けた飛行ボートも、下記の特許文献に開示されている(特許文献３、特許文献４)。

特開2007-190954号 特開2008-137506号 特開平2-303997号 特開平4-56600号

しかしながら、特許文献１及び２のように、通常の地面効果を利用する滑走機は主として翼が船体を持ち上げつつ、翼自体が地面との間に地面効果を発生させるため、翼や推進装置の配置構造が複雑となっていた。また、水面効果を船体の外側に張り出す翼で得ようとするために、幅が広くなり、港湾やマリーナなど船舶で込み合う領域で使用するには適していなかった。

一方、特許文献３及び４のように翼を船体上方に取り付ける飛行ボートは存在したが、船体と水面との間で地面効果を発揮させる構造を有してはいなかった。

そこで、本発明の目的は、本体上方に三角翼を重ねて取り付け、本体と水面との間に地面効果を発生させる、構造が簡単でコンパクトな地面滑走機を提供することにある。

本発明の地面効果滑走機は、キールと、前記キールに前端が固定され、所定角度を持って後退する左右２本のスパーとの間に可撓性を有する翼皮を展張して形成される三角翼と、支柱を介して前記三角翼の前記キールを、取り付け角度を可変に支持し、推進装置を装備した本体と、を有する地面効果滑走機であって、前記本体の底面は、側面形状において前記本体の前方に反り上がる側面形状を有する、少なくとも一部が平らな第１底面と、前記第１底面より後方で且つ第１底面より高い位置に配置されるとともに、側面形状において前記本体の後方に向かって上昇する、少なくとも一部が平らな第２底面と、前記第１底面と前記第２底面との間に形成される段差を有することを特徴とする。

本発明の地面効果滑走機によれば、本体の上方に三角翼を固定したため、滑走機の幅が小さくなり、コンパクトな形状の滑空装置を構成することができる。また、三角翼により本体を所定高さ浮き上がらせ、かつ空気を段差より前方の第１底面で誘導し、圧縮されて段差を超え、段差より後方の第２底面に至った空気により本体を水面上で支持することで、本体と水面との間に地面効果を発生させることができる。

本発明の実施形態における地面効果滑走機の説明図である。 本発明の実施形態における地面効果滑走機の、三角翼を広げた状態を示す説明図である。 本発明の実施形態における地面効果滑走機の、三角翼をすぼめた状態を示す説明図である。 本発明の他の実施形態における、本体の底面のバリエーションを示す説明図である。

（地面効果滑走機の構造）
本発明の実施形態の地面効果滑走機の構造を、図１を用いて説明する。図１(ａ)は地面効果滑走機Ａを上方から見降ろした斜視図であり、図１(ｂ)は同地面効果滑走機Ａを下方から見上げた斜視図である。

これら図に示すように、地面効果滑走機Ａは、三角翼１とこの三角翼１を上方に固定する地面効果滑走機Ａの本体２とから構成される。

三角翼１は、キール11と、後方斜めに伸びる左右のスパー12を、少なくとも幅方向に連結角度を変えられるユニバーサルジョイント13により連結している。そして、キール11と、左右それぞれのスパー12、12との間を連結する可動ビーム14、14を取り付けている。

可動ビーム14、14の一端は、キール11に沿って移動可能なスリーブ状の可動ジョイント15に取り付けられており、他端は同様に取り付け角度が可変となるようにユニバーサルジョイント17、17を用いてスパー12、12に固定されている。そして、例えばタウロン素材やマイラー素材等により成型された三角形の翼皮18を、キール11、左右のスパー12、12に掛け渡すことで、三角形のいわゆるロガロ翼を構成している。

可動ジョイント15をキール11に沿って移動させると、可動ビーム14、14の傾斜角度が変化し、結果としてキール11と左右のスパー12、12の角度が変化して、翼皮18が緊張し、または緩んで三角翼１の平面形状の面積を変更することができる。なお、可動ジョイント15とキール11との固定は、図示しないネジとネジ孔により行う。なお、可動ビーム14、14の可動ジョイント15の移動は、このような三角翼１の展開角度の調整に用いるほか、三角翼１を折り畳んでコンパクトに収納するためにも使うことができる。

地面効果滑走機Ａの本体２は、幅方向が平面である艇体２ａと、艇体2ａの上面に開口し、操縦者及び乗客または荷物を載せることができるキャビン２ｂを有する。

艇体２ａの底面21ａは、中途部に段差であるステップ21Ａを有し、本体２の側面から見てステップ21Ａより後方の第２底面21Ｃは、ステップ21Ａより前方の第１底面21Ａよりも上がっており、滑走する際には、より第１底面21Ｂに比べて水面との間の距離は大きくなる。本実施形態のステップ21Ａは、水面に対して略垂直に立ち上がっており、立ち上がり面21Ａｘは第２底面21Ｃに流入する空気を十分に保持できる高さに設定される。

第１底面21Ｂの形状は、本体２の側面から見てその前方に向かって反り上がっているが、その反り上がり角度は幅方向で一様であって起伏はなく、全体でも平坦形状を有する。ステップ2１Ａより後方の第２底面21Ｃも同様に左右方向に起伏はなく平坦形状を有し、また、本実施形態における第２底面21Ｃは、本体２の側面から見て、艇体２ａの後方に向けなだらかに上昇する形状を有している。

本体２は、主としてＶ字型のメイン支柱23により、三角翼１をその上方に固定している。このメイン支柱23の上端にはピロージョイント(ユニバーサルジョイント)23ａを取り付けており、このジョイントを介して三角翼１のキール11に取り付けることで、キール11は所定角度自由に軸支される。なお、本体２の後方には、上端がコ字状に開いた台座24が設けられており、三角翼１が自重で下がる際の受け台となるほか、キール11の後端が動いた際、一定の幅の動きを超えると台座24の上端がこれを規制するので、三角翼１が本体２に対して過度に揺動することを防止することができる。なお、メイン支柱23の、本体への固定部23ｂ、23ｂはその固定位置を変えることで、メイン支柱23のＶ字型の開き角度を変更して、キール11の傾斜角度の初期値を調整することができる。

三角翼１と本体２との間には、左右の側方支柱25、25を配置し、それぞれの下端を本体２に上端をスパー12のユニバーサルジョイント17に固定することで、三角翼１がキール11を中心に本体２に対してローリングしないように固定決めしている。

また、本体２の側面には、跳ね上げ可能な主ビーチングギア26、26を有し、後述する垂直尾翼5の下部に補助ビーチングギア27を固定して、地上での取り回しを可能としている。

さらに、本体２には、三角翼１より後方の位置に推進装置であるプロペラ推進器３が取り付けられている。プロペラ推進器３は、柱状のマウント３ａの上端に電動モータエンジン３ｂを取り付け、前方に牽引式プロペラ３ｃを翼皮18に干渉しないように取り付けることで、全体を構成している。

プロペラ推進器３の支柱３ａには、ヒンジ４ａを介して水平安定板たる水平安定板４が取り付けられており、また、同様に同支柱３ａには、ヒンジ５ａを介して方向制御板たる垂直尾翼５を取り付けている。これら水平安定板４及び垂直尾翼５は、図示しない操縦装置によりそれぞれの角度が調整可能であり、地面効果滑走機Ａの操縦をこれらにより行うことができる。
（地面効果滑走機の動作）

次に、図２及び図３を用いて、本実施形態の地面効果滑走機Ａの動作を説明する。図２(ａ)及び図３(ａ)は地面効果滑走機Ａの側面図であり、図２(ｂ)及び図３(ｂ)は同地面効果滑走機Ａの平面図である。

図２(ａ)に示すように、可動ジョイント15をキール11に沿って可動範囲の最も後方に位置決めすると、これに連結された左右の可動ビーム14、14はそれぞれスパー12、12を幅方向に広げる。すると、図２(ｂ)に示すように、これらスパー12、12とキール11との間が広がり、両者間に張り渡した翼皮18が開いて、三角翼１の先端の角度が大きくして、左右に広がった翼型を維持することができる。

プロペラ推進器３を駆動させると、本体２は水中を滑走し始め、所定の速度を獲得した段階で三角翼１の翼皮18が風を受けて膨らみ、揚力を発生させる。そして、三角翼１に引き上げられた本体２が水面から所定高さ上昇すると、底面21の第１底面21Ｂと水面との間に第１空間Ｘ１を生じさせ、底面21の第２底面21Ｃと水面との間に第２空間Ｘ２を生じさせる。

ステップ21Ａ前方の第１底面21Ｂは前方に向かって反り上がっているために、本体２の移動とともに第１空間Ｘ１に空気が流入して、前方を持ち上げ、本体２が後ろに傾くことになる。そして、側面において楔形になっている第１空間Ｘ１に次々に流入する空気はステップ21Ａ直前で圧縮されることとなり、この圧縮された空気はステップ21Ａを乗り越えて、第２底面21Ｃ下の第２空間Ｘ２に到達する。そして、第２空間Ｘ２には第１空間Ｘ１で圧縮された空気が流入して、この部分に高密度の空気層が形成されて水面上で本体２を支持する。

このとき、第２空間Ｘ２に移動した空気はステップ21Ａの段差立ち上がり面21Ａｘが壁になって、本体２前方の第１空間Ｘ１に戻らず、圧縮された空気は常に本体２後方に排出され、かつ本体２が移動し続けることで第２底面21Ｃの下方には第１空間Ｘ１で圧縮された空気が流入し続ける。このため、第２空間Ｘ２において、本体２を空気層が支持する地面効果が持続的に発生し、推進力も生まれることで、本体２を水面に対して低摩擦、高速で移動させることができる。

なお、本実施形態の第２底面21Ｃは後方に所定角度で上昇しているため、本体２の傾斜とともに、第２底面21Ｃと水面とは略水平となり、第２空間Ｘ２全体に安定した圧縮空気層が形成されて、より安定的、持続的に地面効果を発生させ続けることができる。

三角翼１の本体２への取付け位置及び角度は、単独の操縦者がステップ21Ａ付近に搭乗した状態で、三角翼１が可動ジョイント15によって最大に広げられた状態（図２）において、重心位置が本体１の側面においてステップ２Ｃの直前となるように調整されている。

そのため、本体２が波浪を受けたり、また三角翼１が風を受けて、本体２が多少ピッチングしても、重心が常にステップ21Ａの上方にあるため、常に空間Ｘ１、Ｘ２で空気を安定して圧縮することが容易で、地面効果を安定的に獲得することができる。

一方、図３(ａ)に示すように、地面効果滑走機Ａには、操縦者の他に他の乗客や荷物を乗せることができる。この場合は、重心の変化を小さくさせるために、操縦者の脇に搭乗もしくは収納する構造とする。この場合、例え重心が移動しても、可動ジョイント15の固定位置を前方に移動させて、この重心移動に対応することができる。

すなわち、図３(ｂ)に示すように、可動ジョイント15を前進させ、可動ビーム14、14を動かしてスパー12、12をキール11に近づけることにより、三角翼２はすぼめられる。この際、スパー12、12とキール11との間に掛け渡された翼皮18、18はより撓んで三角翼１の後方が持ち上がられる。すると、本体２の後部を引き上げて、地面効果を得るに最適なステップ21Ａ近傍の圧縮空気層Ｘを確保することができる。

なお、この際、可動ジョイント15の位置調整に加えて、または、単独で水平安定板４の傾きを操作し、本体２の姿勢を変化させることも可能である。

以上のように、本実施形態の地面効果滑走機Ａによれば、本体２の底面にステップ21Ａを有することで最適な地面効果を獲得することができ、また、搭乗者や積載物によって本体２の傾きが変化する場合であっても、可動ジョイント15の位置調整によりその傾きを補正することができる。

また、本実施形態の地面効果滑走機Ａは、プロペラ推進器３の出力をさらに上げることにより、飛行することも可能であり、飛行機としても使用することができる。この場合、着陸する際、水面付近に降下した際、地面効果を使って滑走し、所定以下の速度に落としたうえで水面に着水することができるため、着水の際に、本体２に対する水圧による負荷を軽減することができる。
（他のバリエーション）

図４(ａ)乃至(ｃ)に、本発明の底面について、選択できる他の形状バリエーションを示す。いずれのバリエーションも所定高さの立ち上がり面21Ａｘを有するステップ21Ａを有している。図４(ａ)の実施形態は、第１底面21Ｂの前方両端に第１エッジ21ａ、21ａを設け、本体２が前進する際に、第１底面21Ｂ下により確実に空気を導入する構造としている。

また、図４(ｂ)の実施形態は、第１エッジ21ａ、21ａに加えて、第２底面21Ｃの両側にも第２エッジ21ｂ、21ｂを設けることで、第２底面21Ｃの圧縮空気の排出方向をより効率的に後方にガイドし、確実に推進力を得ることができる構造としたものである。なお、第２エッジ21ｂ、21ｂは、第１エッジ21ａ、21ａと無関係に単独で形成してもよい。

また、第４図(ｃ)の実施形態は、第２底面21Ｃ上に、平坦性に拠る空気の圧縮性能に影響が出ない範囲で、所定高さを有する並行な複数の突条21ｃを設けたものであり、第２エッジ21ｂ、21ｂと同様に第２底面21Ｃ下の圧縮空気の排出方向を後方にガイドするものである。この突条21ｃは代わりに所定深さの溝を形成してもよく、また、この突条21ｃや溝は、同様に平坦性に拠る空気の圧縮性能に影響の出ない範囲で、所定高さ／深さの第１底面21Ｂにも設けることができる。

以上、図面により本発明の地面効果滑走機の実施形態を説明したが、さらに、具体的な構成はこれらに限られるものではなく、例えば、ステップの形状は、いずれも本体の幅方向に直線状に形成したが、第２底面側の立ち上がり面21Ａｘの高さ及び面積が十分であれば、これに限られるものではない。また、推進装置としてレシプロエンジンや、ジェットエンジンなどの燃焼系エンジンとしてもよい。

さらに、可動ジョイントの可動構造として、可動ジョイント側に弾性爪を形成し、キール側に形成した複数の切欠きへ選択的に係合するような構造としてもよい。また、キールの外周と可動ジョイントの内面に互いに噛合するネジを切り、キールを回転可能とすることで、ボールねじ構造とすることもできる。

さらに、支柱や側方支柱による三角翼と本体との連結構造はこれに限られるものではなく、十分な強度を有する支柱構造とすれば、より少ない数の支柱でこれを行っても良い。

Ａ 地面効果滑走機
Ｘ 圧縮空気層
１ 三角翼
11 キール
12 スパー
18 翼皮
２ (滑走機)本体
21 底面
22Ａ ステップ(段差)
21Ｂ 第１底面
21Ｃ 第２底面
23 メイン支柱(支柱)
24 支持台座
３ プロペラ推進器(推進装置)
４ 水平安定板
５ 垂直尾翼(垂直操縦板)

Claims (7)

1. キールと、前記キールに前端が固定され、所定角度を持って後退する左右２本のスパーとの間に可撓性を有する翼皮を展張して形成される三角翼と、支柱を介して前記三角翼の前記キールを、取り付け角度を可変に支持し、推進装置を装備した本体と、を有する地面効果滑走機であって、
   前記本体の底面は、側面形状において前記本体の前方に反り上がる側面形状を有する、少なくとも一部が平らな第１底面と、前記第１底面より後方で且つ第１底面より高い位置に配置されるとともに、側面形状において前記本体の後方に向かって上昇する、少なくとも一部が平らな第２底面と、前記第１底面と前記第２底面との間に形成される段差を有することを特徴とする地面効果滑走機。
2. 請求項１記載の地面効果滑走機であって、
   前記地面効果滑走機の重心は側面前後方向において、段差より前方に置かれることを特徴とする地面効果滑走機。
3. 請求項１または２記載の地面効果滑走機であって、
   それぞれの前記スパーの前端は前記キールに対して角度を可変に軸支されており、前記キールの中途部とそれぞれの前記スパーの一部に掛け渡す前記三角翼の展張状態を調節する可動ビームを有し、前記可動ビームの前記キールへの固定位置は前後方向に移動可能とすることを特徴とする地面効果滑走機。
4. 請求項1乃至３のいずれか記載の地面効果滑走機であって、
   前記推進装置はプロペラであることを特徴とする地面効果滑走機。
5. 請求項１乃至４のいずれか記載の地面効果滑走機であって、
   前記本体の後部に、前記本体の滑走方向を制御する方向制御板を有することを特徴とする地面効果滑走機。
6. 請求項１乃至５のいずれか記載の地面効果滑走機であって、
   前記本体の後部に、前記本体の前後方向の傾斜姿勢を制御する水平安定板を配置したことを特徴とする地面効果滑走機。
7. キールと、前記キールに前端が固定され、所定角度を持って後退する左右２本のスパーとの間に可撓性を有する翼皮を展張して形成される三角翼と、支柱を介して前記三角翼の前記キールを支持し、推進装置を装備した本体と、を有する地面効果滑走機であって、
   前記本体の底面は、側面形状において前記本体の前方に反り上がる側面形状を有する、少なくとも一部が平らな第１底面と、前記第１底面より後方で且つ第１底面より高い位置に配置されるとともに、側面形状において前記本体の後方に向かって上昇する、少なくとも一部が平らな第２底面と、前記第１底面と前記第２底面との間に形成される段差を有し、
   それぞれの前記スパーの前端は前記キールに対して角度を可変に軸支されており、前記キールの中途部とそれぞれの前記スパーの一部に掛け渡す前記三角翼の展張状態を調節する可動ビームを有し、前記可動ビームの前記キールへの固定位置は前後方向に移動可能とすることを特徴とする地面効果滑走機。