JP6973103B2 - 飛行体及び飛行システム - Google Patents
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Description
以下に添付図面を参照して、飛行体及び飛行システムの実施の形態を詳細に説明する。ここでは、飛行体の一例としてテールシッター型のVTOL(Vertical Take-Off and Landing)機(以下、「テールシッター機」と省略する)に適用した例を示す。
機体1をピッチ方向に略90°回転させることにより垂直姿勢から飛行姿勢へ移行させることができる。この制御には、4つの姿勢制御用プロペラの内の第1の姿勢制御用プロペラ31−1と第3の姿勢制御用プロペラ31−3の回転数を下げ、第2の姿勢制御用プロペラ31−2と第4の姿勢制御用プロペラ31−4の回転数を上げることが必要になる。従って、制御回路は、垂直姿勢から飛行姿勢への移動期間、第1の電気モータ32−1と第3の電気モータ32−3の回転スピードを出力が下がる方向に制御し、第2の電気モータ32−2と第4の電気モータ32−4とを回転スピードが上がる方向に制御する。
機体1をピッチ方向に略−90°回転させることにより飛行姿勢から垂直姿勢へ移行させることができる。この制御には、4つの姿勢制御用プロペラの内の第1の姿勢制御用プロペラ31−1と第3の姿勢制御用プロペラ31−3の回転数を上げ、第2の姿勢制御用プロペラ31−2と第4の姿勢制御用プロペラ31−4の回転数を下げることが必要になる。従って、制御回路は、第1の電気モータ32−1と第3の電気モータ32−3の回転スピードを出力が上がる方向に制御し、第2の電気モータ32−2と第4の電気モータ32−4とを回転スピードが下がる方向に制御する。
垂直姿勢におけるヨー方向の回転制御では、回転させたい方向とは逆向きにトルク差を生み出す。
図4において、スロットルの制御量d41のみが大きくなると各姿勢制御用モータ(第1の電気モータ32−1、第2の電気モータ32−2、第3の電気モータ32−3、第4の電気モータ32−4)に向けてのそれぞれの制御値m1、m2、m3、m4が高くなり、各姿勢制御用モータの推進力が増加する。同時に、二重反転プロペラのピッチ角を制御する各サーボモータ51−1、51−2の制御値m5、m6も高くなり、第1のプロペラ21と第2のプロペラ22のそれぞれのピッチ角が大きくなって二重反転プロペラの推進力が増加する。また、エンジン23のエンジンスロットル71の制御量d41が高くなり、エンジン出力が上がるため、機体1は、水平を保ちながら浮上して上昇する。
図4において、ヨー信号が入力されると、そのヨーの制御量d35が、制御ブロック100に設定した閾値より大きい場合、サーボモータ51−1にヨーの制御量d35が正の指令値として入力され、サーボモータ51−2にヨーの制御量d35が負の指令値として入力される。これにより、制御値m5、m6が計算され、二重反転プロペラの第1のプロペラ21はピッチ角が大きく、第2のプロペラ22はピッチ角は小さくなる。このピッチ角の差でトルク差が発生し、機体1がヨー回転する。これが第一のヨー回転発生制御である。なお、図4に示す構成では、姿勢制御用の第3の電気モータ32−3と第4の電気モータ32−4においても、ヨーの制御量d35が正の指令値として入力され、姿勢制御用の第1の電気モータ32−1と第2の電気モータ32−2に、ヨーの制御量d35が負の指令値として入力されている。
2 操縦装置
21 第1のプロペラ
22 第2のプロペラ
23 エンジン
31−1 第1の姿勢制御用プロペラ
31−2 第2の姿勢制御用プロペラ
31−3 第3の姿勢制御用プロペラ
31−4 第4の姿勢制御用プロペラ
32−1 第1の電気モータ
32−2 第2の電気モータ
32−3 第3の電気モータ
32−4 第4の電気モータ
41 固定翼
42 固定翼
51−1 サーボモータ
52 リンク機構
61 脚部
62 脚部
Claims (10)
- 機体の中央部に配置された第1のプロペラおよび第2のプロペラと、
前記第1のプロペラおよび前記第2のプロペラを回転させる第一の動力手段と、
前記第1のプロペラおよび前記第2のプロペラの少なくとも一つのプロペラのピッチ角を変える可変ピッチ手段と、
複数の姿勢制御用プロペラと、
前記複数の姿勢制御用プロペラを回転させる、前記第一の動力手段よりも出力の低い第二の動力手段と、
前記機体の姿勢を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記可変ピッチ手段により前記ピッチ角を変えることにより前記機体をヨー回転させる第一のヨー回転発生制御を行う第一のヨー回転発生制御手段と、
前記姿勢制御用プロペラの複数のプロペラの回転速度差により前記機体をヨー回転させる第二のヨー回転発生制御を行う第二のヨー回転発生制御手段と、
を有し、
ヨー回転の指令値の大きさに応じて前記第一のヨー回転発生制御手段と前記第二のヨー回転発生制御手段とを制御し、
前記第一のヨー回転発生制御による第一のヨー回転のトルクは、前記第二のヨー回転発生制御による第二のヨー回転のトルクより大きい、
ことを特徴とする飛行体。 - 前記第一の動力手段は、内燃機関であり、
前記第二の動力手段は、回転数が可変する電気モータである、
請求項1に記載の飛行体。 - 前記複数の姿勢制御用プロペラは、右回転の姿勢制御用プロペラと、左回転の姿勢制御用プロペラを有する請求項1または2に記載の飛行体。
- 前記複数の姿勢制御用プロペラは、前記第1のプロペラおよび前記第2のプロペラの回転面に平行な面内に配置されている、
請求項1から3のいずれか一項に記載の飛行体。 - 前記複数の姿勢制御用プロペラは、前記第1のプロペラおよび前記第2のプロペラである二つのプロペラの中間に位置する中間領域の面内に配置されている、
請求項4に記載の飛行体。 - 前記第1のプロペラおよび前記第2のプロペラは、互いに反転向きに回転する、請求項5に記載の飛行体。
- 前記可変ピッチ手段は、
前記第1のプロペラおよび前記第2のプロペラのうちの少なくとも一つのプロペラのピッチ角を変えるリンク機構と、
前記ヨー回転の指令値の大きさに応じて前記リンク機構を駆動するサーボ制御手段と、
を有する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の飛行体。 - 水平飛行時に前記機体に揚力を与える固定翼を有し、
前記制御手段は、
垂直離陸後に前記複数の姿勢制御用プロペラの推進力のバランスを変化させることにより前記機体の姿勢を起こし、前記複数の姿勢制御用プロペラの回転と前記第1のプロペラまたは前記第2のプロペラの回転との制御とにより前記機体が起きた後の飛行制御を行う、
請求項1から3のいずれか一項に記載の飛行体。 - 垂直離着陸時に垂直離着陸エリアに接地させる脚部を有し、
前記制御手段は、前記垂直離着陸時の姿勢から飛行姿勢への姿勢制御と、前記飛行姿勢から前記垂直離着陸時の姿勢への姿勢制御とを、前記複数の姿勢制御用プロペラの推進力のバランスを変化させることにより行う、
請求項8に記載の飛行体。 - 操縦指令を発信する操縦手段と、
前記操縦手段が発信した前記操縦指令に基づいて姿勢制御の指令値を計算するフライトコントローラと、
機体の中央部に配置された第1のプロペラおよび第2のプロペラと、
前記第1のプロペラおよび前記第2のプロペラを回転させる第一の動力手段と、
前記第1のプロペラおよび前記第2のプロペラの少なくとも一つのプロペラのピッチ角を変える可変ピッチ手段と、
複数の姿勢制御用プロペラと、
前記複数の姿勢制御用プロペラを回転させる、前記第一の動力手段よりも出力の低い第二の動力手段と、
前記機体の姿勢を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記可変ピッチ手段により前記ピッチ角を変えることにより前記機体をヨー回転させる第一のヨー回転発生制御を行う第一のヨー回転発生制御手段と、
前記姿勢制御用プロペラの複数のプロペラの回転速度差により前記機体をヨー回転させる第二のヨー回転発生制御を行う第二のヨー回転発生制御手段と、
を有し、
前記フライトコントローラにより計算されたヨー回転の指令値の大きさに応じて前記第一のヨー回転発生制御手段と前記第二のヨー回転発生制御手段とを制御し、
前記第一のヨー回転発生制御による第一のヨー回転のトルクは、前記第二のヨー回転発生制御による第二のヨー回転のトルクより大きい、
ことを特徴とする飛行システム。
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