JP6989173B2 - Manned aircraft - Google Patents

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Description

本発明は、有人航空機に関するものである。 The present invention relates to a manned aircraft.

近年、空中撮影、危険箇所の検証、および、軽量物の運搬等に、無線操縦によるドローンが活用されるようになった。 In recent years, radio-controlled drones have come to be used for aerial photography, verification of dangerous places, and transportation of lightweight objects.

このようなドローンに、人の搭乗を可能とする有人航空機の開発も進みつつある。例えば、特許文献1には、3枚の羽を有する4つのメインロータを有し、人が搭乗可能な有人航空機が開示されている。 Manned aircraft that allow people to board such drones are also being developed. For example, Patent Document 1 discloses a manned aircraft having four main rotors having three wings and capable of boarding a person.

特開2019−031288号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-031288

ところで、ドローン型の有人航空機として運用するためには、航空法に規定される「航空の用に供するもの」でなければならない。航空法では、航空機としての要件の中に、飛行中に動力を失った場合に於ける操縦の確保、搭乗した人の安全確保を規定しており、その要件を満たすためには、オートローテーション降下を実施可能である必要がある。 By the way, in order to operate as a drone-type manned aircraft, it must be "used for aviation" as stipulated in the Aviation Law. The Aviation Law stipulates that the requirements for an aircraft include ensuring maneuvering in the event of loss of power during flight and ensuring the safety of passengers, and in order to meet these requirements, autorotation descent Must be feasible.

前述した特許文献1に開示された技術では、3枚の羽は固定ピッチであり、また、翼面積も小さいことから、オートローテーション降下を実施することができないという問題点がある。 In the technique disclosed in Patent Document 1 described above, there is a problem that autorotation descent cannot be performed because the three blades have a fixed pitch and the wing area is small.

本発明は、オートローテーション降下が可能な有人航空機を提供することを目的としている。 It is an object of the present invention to provide a manned aircraft capable of autorotation descent.

上記課題を解決するために、本発明は、ピッチ調整機構を有する4以上のロータを有する有人航空機において、回転力を出力する原動機と、前記原動機から出力される前記回転力を分岐し、4以上の前記ロータのそれぞれに前記回転力を伝達する分岐部と、前記原動機と前記分岐部の間に配置され、前記原動機から前記回転力が供給されない場合には前記分岐部を前記原動機から切り離すとともに4以上の前記ロータを同じ角速度で回転させる切り離し機構と、操縦者からの指示に応じて前記ピッチ調整機構を制御することで飛行姿勢を制御する制御部と、前記分岐部に接続されており、前記原動機から前記回転力が供給されない場合に、前記ロータに前記回転力を一定期間供給するモータとを有し、前記制御部は、動力系に故障が生じた場合には、前記ロータの前記ピッチ調整機構を制御することでオートローテーション降下を実行させるとともに、前記分岐部が前記原動機から切り離された後、自動的に前記モータを起動して前記モータによって前記ロータを加速し、前記オートローテーション降下を実行することを特徴とする。
このような構成によれば、オートローテーション降下が可能な有人航空機を提供することができる。また、このような構成によれば、原動機の停止直後にロータの回転数が低下し、オートローテーション降下ができなくなることを防止できる。
In order to solve the above problems, the present invention divides a prime mover that outputs a rotational force and the rotational force output from the prime mover into 4 or more in a manned aircraft having 4 or more rotors having a pitch adjustment mechanism. A branch portion for transmitting the rotational force to each of the rotors is arranged between the prime mover and the branch portion, and when the rotational force is not supplied from the prime mover, the branch portion is separated from the prime mover and 4 The disconnection mechanism that rotates the rotor at the same angular speed, the control unit that controls the flight posture by controlling the pitch adjustment mechanism in response to an instruction from the operator, and the branch unit are connected to the branch unit. It has a motor that supplies the rotational force to the rotor for a certain period of time when the rotational force is not supplied from the prime mover , and the control unit adjusts the pitch of the rotor when a failure occurs in the power system. By controlling the mechanism, the autorotation descent is executed, and after the branch portion is separated from the prime mover, the motor is automatically started to accelerate the rotor by the motor, and the autorotation descent is executed. characterized in that it.
With such a configuration, it is possible to provide a manned aircraft capable of autorotation descent. Further, according to such a configuration, it is possible to prevent the rotation speed of the rotor from decreasing immediately after the prime mover is stopped and the autorotation descent from becoming impossible.

また、本発明は、前記制御部が、前記ロータのピッチ角がマイナスにされた場合に自動的に前記モータを起動して前記モータによって前記ロータを加速し、前記オートローテーション降下を実行することを特徴とする Further, according to the present invention, the control unit automatically starts the motor when the pitch angle of the rotor is made negative, accelerates the rotor by the motor, and executes the autorotation descent. It is a feature .

また、本発明は、前記ロータは、少なくとも2枚のブレードを有し、前記ピッチ調整機構は、前記ロータを回転させる駆動軸と、前記駆動軸に対して前記ブレードが直交するとともに、回動自在に取り付けるハブと、前記駆動軸の軸方向に移動することで前記ブレードのピッチを調整するヨーク部と、を有する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、ロータが有するブレードのピッチ角を調整することが可能になる。
Further, in the present invention, the rotor has at least two blades, and the pitch adjusting mechanism has a drive shaft for rotating the rotor and the blades are orthogonal to the drive shaft and are rotatable. It is characterized by having a hub attached to the drive shaft and a yoke portion for adjusting the pitch of the blade by moving in the axial direction of the drive shaft.
With such a configuration, it becomes possible to adjust the pitch angle of the blades of the rotor.

また、本発明は、前記ロータは、3枚以上のブレードを有するとともに、各ブレードはピニオンギアを有し、前記ピッチ調整機構は、前記ロータを回転させる駆動軸と、前記駆動軸に対して前記ブレードが直交するとともに、回動自在に取り付けるハブと、前記駆動軸の周方向に回転し、回転することで前記ブレードの前記ピニオンギアを回動させて前記ブレードのピッチを調整するラックギアと、を有する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、ブレードの枚数が多い場合でも、ロータが有するブレードのピッチ角を容易に調整することが可能になる。
Further, in the present invention, the rotor has three or more blades, each blade has a pinion gear, and the pitch adjusting mechanism is the drive shaft for rotating the rotor and the drive shaft. A hub in which the blades are orthogonal to each other and rotatably attached, and a rack gear that rotates in the circumferential direction of the drive shaft and rotates the pinion gear of the blade to adjust the pitch of the blade. It is characterized by having.
According to such a configuration, even when the number of blades is large, the pitch angle of the blades of the rotor can be easily adjusted.

また、本発明は、前記ロータは、3枚以上のブレードを有するとともに、各ブレードはピニオンギアを有し、前記ピッチ調整機構は、前記ロータを回転させる駆動軸と、前記駆動軸に対して前記ブレードが直交するとともに、回動自在に取り付けるハブと、前記駆動軸の周方向に回転し、回転することで前記ブレードのヒンジを回動させて前記ブレードのピッチを調整するヘッドと、を有する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、ブレードの枚数が多い場合でも、ロータが有するブレードのピッチ角を容易に調整することが可能になる。
Further, in the present invention, the rotor has three or more blades, each blade has a pinion gear, and the pitch adjusting mechanism is the drive shaft for rotating the rotor and the drive shaft. The blades are orthogonal to each other, and have a hub that is rotatably attached, and a head that rotates in the circumferential direction of the drive shaft and rotates the hinge of the blade to adjust the pitch of the blade. It is characterized by that.
According to such a configuration, even when the number of blades is large, the pitch angle of the blades of the rotor can be easily adjusted.

また、本発明は、前記モータが、前記オートローテーション降下の開始時に一時的に動作することを特徴とする The present invention is also characterized in that the motor temporarily operates at the start of the autorotation descent .

また、本発明は、4つの前記ロータを有し、前記分岐部は、等速傘歯車が4個対向して配置され、前記原動機からの回転力を4つ前記ロータに対して分岐して伝達する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、4つのロータに対して動力を確実に伝達することができる。
Further, the present invention has four rotors, and four constant velocity bevel gears are arranged to face each other in the branch portion, and four rotational forces from the prime mover are branched and transmitted to the rotor. It is characterized by doing.
With such a configuration, power can be reliably transmitted to the four rotors.

また、本発明は、4つの前記ロータを有し、前記分岐部は、4個の平歯車が隣接されてそれぞれ逆回転方向になるように配置され、前記原動機からの回転力を少なくとも1個の前記平歯車に伝達し、4個の前記平歯車の回転力を4つ前記ロータに対して分岐して伝達する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、4つのロータに対して動力を確実に伝達することができる。
Further, the present invention has four rotors, and the branch portion is arranged so that four spur gears are adjacent to each other so as to rotate in opposite directions, and the rotational force from the prime mover is at least one. It is characterized in that it is transmitted to the spur gear and the rotational forces of the four spur gears are branched and transmitted to the rotor.
With such a configuration, power can be reliably transmitted to the four rotors.

また、本発明は、前記ロータの数は、4以上の偶数であることを特徴とする。
このような構成によれば、反トルクを相殺するとともに、ピッチを制御することで機体制御を行うことができる。
Further, the present invention is characterized in that the number of the rotors is an even number of 4 or more.
According to such a configuration, it is possible to control the airframe by canceling the anti-torque and controlling the pitch.

また、本発明は、前記有人航空機の重心は、前記ロータよりも垂直方向の下方に位置するとともに、4以上の前記ロータの中心位置よりも水平方向の前方に位置していることを特徴とする。
このような構成によれば、オートローテーション降下時に、機体の安定性を高めることができる。
Further, the present invention is characterized in that the center of gravity of the manned aircraft is located below the rotor in the vertical direction and horizontally ahead of the center positions of four or more rotors. ..
According to such a configuration, the stability of the airframe can be improved during the autorotation descent.

本発明によれば、オートローテーション降下が可能な有人航空機を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a manned aircraft capable of autorotation descent.

本発明の実施形態に係る有人航空機の構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the manned aircraft which concerns on embodiment of this invention. 図1に示す有人航空機の動力系および制御系の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the power system and the control system of the manned aircraft shown in FIG. 図2に示す分岐部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the branch part shown in FIG. 図2に示すピッチ調整機構の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the pitch adjustment mechanism shown in FIG. 図2に示すピッチ調整機構の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the pitch adjustment mechanism shown in FIG. ヒンジ操作型可変ピッチロータの構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the hinge operation type variable pitch rotor. ヒンジ操作型可変ピッチロータの構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the hinge operation type variable pitch rotor. 図2に示す分岐部の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the branch part shown in FIG. 図8に示す詳細な構成例を示す図である。It is a figure which shows the detailed configuration example shown in FIG.

次に、本発明の実施形態について説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described.

(A)本発明の実施形態の構成の説明
図1は、本発明の実施形態に係るドローン型の有人航空機の外観の構成例を示す図である。図1に示すように、本実施形態に係る有人航空機10は、人が搭乗可能な本体部1、4つのロータ31〜34、着陸脚部3、および、タイヤ4を有している。
(A) Explanation of the configuration of the embodiment of the present invention FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the appearance of a drone-type manned aircraft according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the manned aircraft 10 according to the present embodiment has a main body portion 1, four rotors 31 to 34, a landing gear portion 3, and a tire 4 on which a person can board.

ここで、本体部1は、前方には人が搭乗可能なスペースが形成され、後方には後述する原動機および制御部等が収容可能な機構格納部が形成されている。 Here, in the main body 1, a space on which a person can board is formed in the front, and a mechanism storage portion in which a prime mover, a control unit, etc., which will be described later can be accommodated, is formed in the rear.

本体部1の上部には、4つのロータ31〜34が配置されている。ロータ31は左前方、ロータ32は左後方、ロータ33(図1では不図示)は右後方、ロータ34は右前方に配置されている。ロータ31〜34のそれぞれは、後述するように16枚のブレードを有しており、これらのブレードはピッチ角を調整可能とされている。また、有人航空機10を前方から眺めたとき、ロータ31のブレードとロータ34のブレードは、ハの字形状または逆ハの字形状となるように傾きを有するように配置されている。同様に、ロータ32のブレードとロータ33のブレードは、有人航空機10を前方から眺めたとき、ハの字形状または逆ハの字形状となるように傾きを有するように配置されている。 Four rotors 31 to 34 are arranged on the upper part of the main body 1. The rotor 31 is arranged on the left front, the rotor 32 is arranged on the left rear, the rotor 33 (not shown in FIG. 1) is arranged on the right rear, and the rotor 34 is arranged on the right front. Each of the rotors 31 to 34 has 16 blades as described later, and these blades have adjustable pitch angles. Further, when the manned aircraft 10 is viewed from the front, the blades of the rotor 31 and the blades of the rotor 34 are arranged so as to have an inclination so as to have a C-shape or an inverted C-shape. Similarly, the blades of the rotor 32 and the blades of the rotor 33 are arranged so as to have an inclination so as to have a C-shape or an inverted C-shape when the manned aircraft 10 is viewed from the front.

着陸脚部(スキッド)3は、地面に接地し、有人航空機10が傾かないように支える機能を有する。また、タイヤ4は、前方に1つおよび後方に2つ設けられている。タイヤ4は、例えば、有人航空機10が前進速度を有する状態でオートローテーション降下して着陸する場合に、回転することで機体を滑走させ、急停止による衝撃を抑制する。 The landing gear (skid) 3 has a function of touching the ground and supporting the manned aircraft 10 so that it does not tilt. Further, one tire 4 is provided in the front and two tires 4 are provided in the rear. For example, when a manned aircraft 10 descends by autorotation and lands in a state where the manned aircraft 10 has a forward speed, the tire 4 rotates to slide the aircraft and suppress an impact due to a sudden stop.

なお、図1では明示されていないが、有人航空機10の重心は、ロータ31〜34の回転中心よりも垂直方向の下方に位置し、ロータ31〜34の中心位置よりも水平方向の前方に位置している。このような重心配置により、オートローテーション降下時の安定性を高めることができる。 Although not explicitly shown in FIG. 1, the center of gravity of the manned aircraft 10 is located below the center of rotation of the rotors 31 to 34 in the vertical direction and horizontally ahead of the center position of the rotors 31 to 34. is doing. With such an arrangement of the center of gravity, the stability at the time of autorotation descent can be improved.

図2は、図1に示す有人航空機10の動力系統および制御系統の一例を説明するための図である。図2に示すように、有人航空機10は、原動機11、切り離し部12、モータ13、分岐部14、制御部15、ピッチ調整機構21〜24、および、ロータ31〜34を有している。 FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a power system and a control system of the manned aircraft 10 shown in FIG. As shown in FIG. 2, the manned aircraft 10 includes a prime mover 11, a disconnection unit 12, a motor 13, a branch unit 14, a control unit 15, pitch adjusting mechanisms 21 to 24, and rotors 31 to 34.

ここで、原動機11は、例えば、レシプロエンジン、ガスタービン、または、モータによって構成される。原動機11は、制御部15の制御に応じた回転数で回転し、回転力を発生して出力する。 Here, the prime mover 11 is composed of, for example, a reciprocating engine, a gas turbine, or a motor. The prime mover 11 rotates at a rotation speed according to the control of the control unit 15, generates a rotational force, and outputs the rotational force.

切り離し部12は、制御部15によって制御され、原動機11から出力される回転力を分岐部14に伝達するとともに、オートローテーション実行時には、原動機11と分岐部14との接続を切り離し、ロータ31〜34が自由に回転するようにする。なお、切り離し部12は、例えば、かみ合いクラッチ、摩擦クラッチ、遠心クラッチ等によって構成することができる。 The disconnection unit 12 is controlled by the control unit 15 and transmits the rotational force output from the prime mover 11 to the branch portion 14, and at the time of autorotation execution, the connection between the prime mover 11 and the branch portion 14 is disconnected, and the rotors 31 to 34 Allows to rotate freely. The disconnection portion 12 can be configured by, for example, a meshing clutch, a friction clutch, a centrifugal clutch, or the like.

モータ13は、制御部15によって制御され、オートローテーション降下の開始時に一時的に動作し、分岐部14に回転力を伝えることで、ロータ31〜34の回転数を上昇させる。なお、モータ13には、図示しない蓄電池から電力が供給される。 The motor 13 is controlled by the control unit 15 and temporarily operates at the start of the autorotation descent, and transmits the rotational force to the branch unit 14 to increase the rotation speed of the rotors 31 to 34. Power is supplied to the motor 13 from a storage battery (not shown).

分岐部14は、切り離し部12から出力される回転力を4分岐し、ピッチ調整機構21〜24に供給する。 The branch portion 14 branches the rotational force output from the disconnection portion 12 into four and supplies the rotational force to the pitch adjusting mechanisms 21 to 24.

ピッチ調整機構21〜24は、制御部15によって制御され、ロータ31〜34のそれぞれのピッチを調整することで、所望の方向に移動、回転等することが可能となる。 The pitch adjusting mechanisms 21 to 24 are controlled by the control unit 15, and by adjusting the respective pitches of the rotors 31 to 34, it is possible to move, rotate, or the like in a desired direction.

ロータ31〜34は、後述するように16枚のブレードによって構成され、分岐部14から供給される回転力によって回転されるとともに、ピッチ調整機構21〜24によってブレードのピッチ角を調整可能とされている。なお、上方向から眺めた場合、ロータ31,33は時計回りに回転し、ロータ32,34は反時計方向に回転する。もちろん、このような回転方向は一例であって、これ以外の方向に回転するようにしてもよい。 The rotors 31 to 34 are composed of 16 blades as described later, are rotated by the rotational force supplied from the branch portion 14, and the pitch angle of the blades can be adjusted by the pitch adjusting mechanisms 21 to 24. There is. When viewed from above, the rotors 31 and 33 rotate clockwise, and the rotors 32 and 34 rotate counterclockwise. Of course, such a rotation direction is an example, and the rotation may be made in other directions.

図3は、図2に示す分岐部14の構成例を示す図である。図3に示すように、分岐部14は、紙面の奥行き方向に平行な4つの入力軸140と、紙面に平行に配置される4つの出力軸143とを有している。すなわち、図3の例では、紙面の奥側に存在する入力軸140から回転力が入力され、紙面の手前側に放射状に配置される出力軸143に回転力が出力される。なお、機体の構成によっては、入力軸140を出力軸とし、出力軸143を入力軸に設定するようにしてもよい。4つの入力軸140のうちの1つの入力軸は、切り離し部12に接続され、残りの3つの入力軸の少なくとも1つはモータ13に接続される。入力軸140には傘型のギア141が接続され、また、出力軸143にも傘型のギア142が接続されている。ギア141とギア142のギア比は1:1とされている。入力軸140のいずれかが回転されると、ギア142が図3に矢印で示す方向にそれぞれ回転する。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the branch portion 14 shown in FIG. As shown in FIG. 3, the branch portion 14 has four input shafts 140 parallel to the depth direction of the paper surface and four output shafts 143 arranged parallel to the paper surface. That is, in the example of FIG. 3, the rotational force is input from the input shaft 140 existing on the back side of the paper surface, and the rotational force is output to the output shaft 143 arranged radially on the front side of the paper surface. Depending on the configuration of the machine, the input shaft 140 may be set as the output shaft and the output shaft 143 may be set as the input shaft. One of the four input shafts 140 is connected to the disconnection portion 12, and at least one of the remaining three input shafts is connected to the motor 13. An umbrella-shaped gear 141 is connected to the input shaft 140, and an umbrella-shaped gear 142 is also connected to the output shaft 143. The gear ratio between the gear 141 and the gear 142 is 1: 1. When any of the input shafts 140 is rotated, the gears 142 rotate in the directions indicated by the arrows in FIG.

4つの出力軸143は、ピッチ調整機構21〜24を介してロータ31〜34に接続される。このような分岐部14によって回転力を分岐してロータ31〜34に供給することで、図1に示すロータ31〜34が同じ回転数で回転するとともに、ロータ31〜34のうち、対角線上に配置される1組のロータが同じ方向に回転する。 The four output shafts 143 are connected to the rotors 31 to 34 via the pitch adjusting mechanisms 21 to 24. By branching the rotational force by such a branch portion 14 and supplying it to the rotors 31 to 34, the rotors 31 to 34 shown in FIG. 1 rotate at the same rotation speed, and the rotors 31 to 34 are diagonally A set of rotors arranged rotates in the same direction.

図4および図5は、ピッチ調整機構21〜24の構成例を示す図である。なお、ピッチ調整機構21〜24は同様の構成とされるので、以下では、これらをピッチ調整機構20として説明する。 4 and 5 are views showing a configuration example of the pitch adjusting mechanisms 21 to 24. Since the pitch adjusting mechanisms 21 to 24 have the same configuration, they will be described below as the pitch adjusting mechanism 20.

図4に示すように、ピッチ調整機構20は、回転軸201、ギア202,203、L型リンク204、ピッチコントロール軸205、軸端部206,207、ロータ軸208、ベアリング209,210、ロータヘッド211、ギア212、ギア220、および、ブレード軸221を有している。 As shown in FIG. 4, the pitch adjusting mechanism 20 includes a rotary shaft 201, gears 202, 203, L-shaped link 204, pitch control shaft 205, shaft end portions 206, 207, rotor shaft 208, bearings 209, 210, and rotor head. It has a 211, a gear 212, a gear 220, and a blade shaft 221.

ここで、回転軸201は、図3の4つの出力軸143のいずれかに接続される。ギア202は、回転軸201から伝達される回転力をギア203に伝達する。ギア203は、ギア202からの回転力をロータ軸208に伝達する。ベアリング209,210は、ロータ軸208を回転可能に支持する。ロータ軸208は上側の端部がロータヘッド211に接続されているので、ロータ軸208が回転されると、ロータヘッド211が回転される。 Here, the rotation shaft 201 is connected to any of the four output shafts 143 of FIG. The gear 202 transmits the rotational force transmitted from the rotary shaft 201 to the gear 203. The gear 203 transmits the rotational force from the gear 202 to the rotor shaft 208. Bearings 209, 210 rotatably support the rotor shaft 208. Since the upper end of the rotor shaft 208 is connected to the rotor head 211, when the rotor shaft 208 is rotated, the rotor head 211 is rotated.

ロータヘッド211には、図5に示すように、16本のブレード軸221が放射状に等間隔で配置されている。ブレード軸221は、ロータヘッド211に合わせて回転する。ブレード軸221の先端にはブレード(不図示)が取り付けられており、ロータヘッド211が回転するとブレードが回転される。ブレード軸221の先端に付けられたギア220は、円環形状のギア212に当接しておりそれぞれが独立して回転するので、ギア212が回転されると、ギア220がそれぞれ回転される。 As shown in FIG. 5, 16 blade shafts 221 are arranged radially at equal intervals on the rotor head 211. The blade shaft 221 rotates in accordance with the rotor head 211. A blade (not shown) is attached to the tip of the blade shaft 221, and the blade is rotated when the rotor head 211 is rotated. The gear 220 attached to the tip of the blade shaft 221 is in contact with the ring-shaped gear 212 and rotates independently of each other. Therefore, when the gear 212 is rotated, the gear 220 is rotated.

L型リンク204は、図示しないサーボから伝達される左右方向(矢印の方向)の力を上下方向の力に変換し、軸端部206に伝達する。この結果、ピッチコントロール軸205が上下方向に移動する。なお、ピッチコントロール軸205は、ロータ軸208内に配置され、ロータ軸208と一緒に回転する。 The L-shaped link 204 converts a force transmitted in the left-right direction (direction of an arrow) transmitted from a servo (not shown) into a force in the vertical direction and transmits the force to the shaft end portion 206. As a result, the pitch control shaft 205 moves in the vertical direction. The pitch control shaft 205 is arranged in the rotor shaft 208 and rotates together with the rotor shaft 208.

ピッチコントロール軸205が上下方向に移動すると、軸端部207に形成されたピニオンと、ギア212の軸端部207が当接する部分に形成された斜歯ラックとによって、上下運動が回転運動に変換され、ギア212が回転される。ギア212が回転されると、ギア212に当接されている16個のギア220に回転力がそれぞれ伝達され、これにより16枚のブレードのピッチ角(コレクティブピッチ角)が調整される。すなわち、本実施形態では、ラックピニオン式の調整機構によって、ブレードのコレクティブピッチ角が調整される。なお、一例として、ロータの直径は2.5mとされ、ロータヘッド211の直径は50cmとされ、ブレードの長さは1mとされる。もちろん、これ以外の寸法に設定してもよい。 When the pitch control shaft 205 moves in the vertical direction, the vertical movement is converted into a rotational movement by the pinion formed at the shaft end portion 207 and the oblique tooth rack formed at the portion where the shaft end portion 207 of the gear 212 abuts. And the gear 212 is rotated. When the gear 212 is rotated, a rotational force is transmitted to each of the 16 gears 220 that are in contact with the gear 212, whereby the pitch angles (collective pitch angles) of the 16 blades are adjusted. That is, in the present embodiment, the collective pitch angle of the blade is adjusted by the rack and pinion type adjusting mechanism. As an example, the diameter of the rotor is 2.5 m, the diameter of the rotor head 211 is 50 cm, and the length of the blade is 1 m. Of course, other dimensions may be set.

(B)本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。以下では、通常の飛行動作について説明した後、オートローテーション動作について説明する。
(B) Explanation of the operation of the embodiment of the present invention Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described. In the following, after explaining the normal flight operation, the autorotation operation will be described.

まず、通常の飛行動作について説明する。操縦者が本体部1に搭乗し、原動機11を始動する操作を行うと、原動機11が回転を開始する。なお、このとき、切り離し部12は、切り離した状態としておく。 First, normal flight operation will be described. When the operator gets on the main body 1 and performs an operation to start the motor 11, the motor 11 starts to rotate. At this time, the separated portion 12 is left in a separated state.

操縦者が切り離し部12の切り離しを解除すると、原動機11の回転力が分岐部14に供給される。切り離し部12の出力軸は、分岐部14を構成する4つの入力軸140のいずれかに接続されているので、切り離し部12から供給される回転力はギア141を介して4つのギア142に伝達され、4つの出力軸143は、図3に矢印で示す方向に同じ回転数でそれぞれ回転する。 When the operator releases the disconnection of the disconnection portion 12, the rotational force of the prime mover 11 is supplied to the branch portion 14. Since the output shaft of the disconnection portion 12 is connected to any of the four input shafts 140 constituting the branch portion 14, the rotational force supplied from the disconnection portion 12 is transmitted to the four gears 142 via the gear 141. The four output shafts 143 rotate at the same rotation speed in the directions indicated by the arrows in FIG.

4つの出力軸143の回転力は、ピッチ調整機構21〜24のそれぞれを構成する回転軸201に伝達される。回転軸201の回転力はギア202,203を介してロータ軸208に伝達される。ロータ軸208の回転力は、ロータヘッド211に伝達される。この結果、ロータヘッド211が回転されるので、ロータヘッド211に固定された16本のブレード軸221が回転され、ブレードが回転される。 The rotational force of the four output shafts 143 is transmitted to the rotating shafts 201 constituting each of the pitch adjusting mechanisms 21 to 24. The rotational force of the rotary shaft 201 is transmitted to the rotor shaft 208 via the gears 202 and 203. The rotational force of the rotor shaft 208 is transmitted to the rotor head 211. As a result, since the rotor head 211 is rotated, the 16 blade shafts 221 fixed to the rotor head 211 are rotated, and the blades are rotated.

このとき、操縦者が操縦桿を操作して、有人航空機10が浮上しないようにしている場合、操縦桿の動きはL型リンク204を介して伝達され、ピッチコントロール軸205が上下方向に移動される。ピッチコントロール軸205の上下方向の動きは、ギア212の回転運動に変換される。ギア212の回転運動はギア220を介してブレード軸221に伝達される。この結果、ブレードのピッチ角が、例えば、0度以下に設定されることから、ロータ31〜34による揚力は発生しない。なお、原動機11の回転が安定してくると、回転軸201は、例えば、600[rpm]以下の所定の回転数で定速回転する。なお、600[rpm]は、単なる一例であって、本願発明がこのような回転数に限定されるものではない。 At this time, when the operator operates the control stick to prevent the manned aircraft 10 from ascending, the movement of the control stick is transmitted via the L-shaped link 204, and the pitch control shaft 205 is moved in the vertical direction. Yoke. The vertical movement of the pitch control shaft 205 is converted into the rotational movement of the gear 212. The rotational motion of the gear 212 is transmitted to the blade shaft 221 via the gear 220. As a result, since the pitch angle of the blade is set to, for example, 0 degrees or less, lift by the rotors 31 to 34 does not occur. When the rotation of the prime mover 11 becomes stable, the rotation shaft 201 rotates at a constant speed, for example, at a predetermined rotation speed of 600 [rpm] or less. Note that 600 [rpm] is merely an example, and the present invention is not limited to such a rotation speed.

つぎに、操縦者が操縦桿に対して、上昇するための操作を行うと、操縦桿の操作は制御部15に伝達される。制御部15は、操縦桿の操作に基づいて、ロータ31〜34のピッチ角の制御量を算出し、図示しないサーボを駆動することで、L型リンク204を左右方向に駆動する。この結果、ピッチコントロール軸205が上下に移動し、この上下方向の動きがギア212の回転運動に変換され、ギア220が回転される。これにより、ブレードのピッチ角が増加されるので、ロータ31〜34が揚力を生じ、生じる揚力が操縦者を含む機体の重量を超えた時点で離陸する。なお、前述したように、ロータ31,33およびロータ32,34は同じ方向に回転し、ロータ31,32およびロータ33,34は逆方向に回転することから、ピッチ角が同じであれば、反動トルクが相殺され、機体のヨー軸方向の回転は生じないで静止した状態となる。 Next, when the operator performs an operation for ascending to the control stick, the operation of the control stick is transmitted to the control unit 15. The control unit 15 calculates the control amount of the pitch angle of the rotors 31 to 34 based on the operation of the control stick, and drives the L-shaped link 204 in the left-right direction by driving a servo (not shown). As a result, the pitch control shaft 205 moves up and down, and this vertical movement is converted into the rotational movement of the gear 212, and the gear 220 is rotated. As a result, the pitch angle of the blades is increased, so that the rotors 31 to 34 generate lift, and when the lift exceeds the weight of the airframe including the operator, the rotors take off. As described above, the rotors 31, 33 and the rotors 32, 34 rotate in the same direction, and the rotors 31, 32 and the rotors 33, 34 rotate in the opposite directions. The torque is canceled out, and the aircraft becomes stationary without rotation in the yaw axis direction.

このとき、制御部15は、図示しないジャイロセンサからの出力を参照し、機体がヨー軸、ピッチ軸、ロール軸を中心として回転しないように制御する。なお、制御方法については、後述する。 At this time, the control unit 15 refers to the output from the gyro sensor (not shown) and controls the machine body so that it does not rotate about the yaw axis, the pitch axis, and the roll axis. The control method will be described later.

操縦者が、操縦桿に対して、上昇する操作を行った場合には、ロータ31〜34の全てのコレクティブピッチ角を増加させることで揚力を増し、機体を上昇させる。 When the operator performs an ascending operation on the control stick, the lift is increased by increasing all the collective pitch angles of the rotors 31 to 34, and the airframe is raised.

また、機体を前進させる場合には制御部15はロータ32,33のピッチ角がロータ31,34のピッチ角よりも大きくなるように制御する。機体を後退させる場合には制御部15はロータ31,34のピッチ角がロータ32,33のピッチ角よりも大きくなるように制御する。機体を左に移動させる場合には制御部15はロータ33,34のピッチ角がロータ31,32のピッチ角よりも大きくなるように制御する。機体を右に移動させる場合には制御部15はロータ31,32のピッチ角がロータ33,34のピッチ角よりも大きくなるように制御する。機体を時計回りに旋回させる場合には制御部15は反時計回りに回転するロータ32,34のピッチ角がロータ31,33のピッチ角よりも大きくなるように制御する。機体を反時計回りに旋回させる場合には制御部15は時計回りに回転するロータ31,33のピッチ角がロータ32,34のピッチ角よりも大きくなるように制御する。 Further, when the machine body is advanced, the control unit 15 controls so that the pitch angle of the rotors 32 and 33 is larger than the pitch angle of the rotors 31 and 34. When the machine body is retracted, the control unit 15 controls so that the pitch angle of the rotors 31 and 34 is larger than the pitch angle of the rotors 32 and 33. When moving the machine to the left, the control unit 15 controls so that the pitch angle of the rotors 33 and 34 is larger than the pitch angle of the rotors 31 and 32. When moving the machine to the right, the control unit 15 controls so that the pitch angle of the rotors 31 and 32 is larger than the pitch angle of the rotors 33 and 34. When the machine body is turned clockwise, the control unit 15 controls so that the pitch angle of the rotors 32 and 34 rotating counterclockwise is larger than the pitch angle of the rotors 31 and 33. When the machine body is turned counterclockwise, the control unit 15 controls so that the pitch angle of the rotors 31 and 33 rotating clockwise is larger than the pitch angle of the rotors 32 and 34.

以上のような制御により、操縦者による操縦桿に対する操作に応じて、制御部15がピッチ調整機構21〜24を制御してロータ31〜34のそれぞれのピッチ角を調整することで所望の方向に移動したり、旋回したりすることができる。 With the above control, the control unit 15 controls the pitch adjusting mechanisms 21 to 24 to adjust the pitch angles of the rotors 31 to 34 in a desired direction according to the operation of the control stick by the operator. You can move and turn.

このような状態において、例えば、原動機11等に不具合が生じたとする。その場合、ロータ31〜34を回転駆動できなくなるので、飛行を継続することができなくなる。そのような場合、操縦者は、以下のような手続きによりオートローテーション降下を実行する。 In such a state, for example, it is assumed that a malfunction occurs in the prime mover 11 or the like. In that case, the rotors 31 to 34 cannot be rotationally driven, so that the flight cannot be continued. In such a case, the operator performs the autorotation descent by the following procedure.

すなわち、操縦者は、切り離し部12を制御することで、原動機11と分岐部14との接続を切り離す。これにより、ロータ31〜34が原動機11から切り離されるので、自由に回転することができるようになる。なお、切り離し部12による切り離し後であっても、ロータ31〜34は、同じ回転数で回転するので、ピッチ調整により機体の制御が可能となる。 That is, the operator disconnects the connection between the prime mover 11 and the branch portion 14 by controlling the disconnection portion 12. As a result, the rotors 31 to 34 are separated from the prime mover 11, so that they can rotate freely. Since the rotors 31 to 34 rotate at the same rotation speed even after being separated by the disconnection unit 12, the machine body can be controlled by adjusting the pitch.

つぎに、操縦者は、操縦桿を操作することで、ロータ31〜34のピッチ角をマイナスにする。また、モータ13の起動ボタン(不図示)を操作する。この結果、制御部15は、図示しない蓄電池からモータ13に電力を供給し、モータ13を回転させる。モータ13の回転軸は、分岐部14の4つの入力軸140のいずれかに接続されているので、モータ13の回転力はピッチ調整機構21〜24を介してロータ31〜34に伝達される。この結果、ロータ31〜34の回転数が増加し、オートローテーションを実行する際の所望の回転数に到達させることができる。なお、モータ13を起動ボタンによって起動するのではなく、制御部15が自動的に起動するようにしてもよい。すなわち、原動機11に不具合が生じ、切り離し部12による切り離しがされた後、または、マイナスピッチにされた場合に自動的に起動するようにしてもよい。 Next, the operator operates the control stick to make the pitch angle of the rotors 31 to 34 negative. In addition, the start button (not shown) of the motor 13 is operated. As a result, the control unit 15 supplies electric power to the motor 13 from a storage battery (not shown) to rotate the motor 13. Since the rotating shaft of the motor 13 is connected to any of the four input shafts 140 of the branch portion 14, the rotational force of the motor 13 is transmitted to the rotors 31 to 34 via the pitch adjusting mechanisms 21 to 24. As a result, the rotation speeds of the rotors 31 to 34 increase, and it is possible to reach a desired rotation speed when performing autorotation. The motor 13 may not be started by the start button, but the control unit 15 may be started automatically. That is, it may be automatically activated after a malfunction occurs in the prime mover 11 and it is separated by the disconnection unit 12 or when the pitch is set to a minus pitch.

ロータ31〜34の回転数が所定の回転数に達すると、操縦者は、回転数が増減しないように、ロータ31〜34のピッチ角をコントロールする。より詳細には、回転数が増加した場合にはピッチ角を増やして抵抗を与え、回転数が減少した場合にはピッチ角を減らして抵抗を減らす。また、目的となる地点に向けて降下するように、操縦桿を操作する。このとき、最小沈下速度または最大滑空距離が得られる速度で降下させることが望ましい。 When the rotation speed of the rotors 31 to 34 reaches a predetermined rotation speed, the operator controls the pitch angle of the rotors 31 to 34 so that the rotation speed does not increase or decrease. More specifically, when the number of revolutions increases, the pitch angle is increased to give resistance, and when the number of revolutions decreases, the pitch angle is decreased to reduce the resistance. Also, operate the control stick so that it descends toward the target point. At this time, it is desirable to descend at a speed at which the minimum sinking speed or the maximum gliding distance can be obtained.

そして、着陸地点に接近した場合には、操縦者は、持っている速度を機首上げ操作よって急減速し前進速度と降下速度を同時に減少するとともに、ピッチ角を増加させ、その回転エネルギーを瞬時に使い切ることで沈下を止めるコレクティブフレアを実行し、速度を十分に低下させてから着陸する。 When it is close to the landing site, the pilot, along with it the speed and thus rapid deceleration to nose up operation to have to reduce the forward speed and descent speed simultaneously, increasing the pitch angle, the rotational energy Perform a collective flare to stop the sinking by using up instantly, slow down sufficiently before landing.

なお、本実施形態のようなドローン型の有人航空機10は、ヘリコプタのように翼面積を有しないでオートローテーションでは進入角が浅く、速度も落とす事ができない。このため、フレアー後も着陸脚部3のみによる着地が困難と考えられることから、本実施形態では、着陸脚部3の後端に2本、前方に1本のタイヤ4を備えている。これらのタイヤ4を備えることで、着陸後に急停止して操縦者が衝撃を受けることを軽減できる。 The drone-type manned aircraft 10 as in the present embodiment does not have a wing area like a helicopter, has a shallow approach angle by autorotation, and cannot reduce the speed. Therefore, it is considered difficult to land only by the landing gear 3 even after flaring. Therefore, in the present embodiment, two tires 4 are provided at the rear end of the landing gear 3 and one tire 4 is provided at the front. By providing these tires 4, it is possible to reduce the sudden stop after landing and the impact on the operator.

本実施形態では、操縦者と乗客の復座を想定し、燃料または電池を40kg積載する場合の機体乾燥重量は約120kgを超えるものと思われる。このため、機体の乾燥重量に対して操縦者および同乗者ならびに燃料または電池の重量を合計すると総重量約300kgとなる。 In the present embodiment, assuming the return of the operator and passengers, the dry weight of the airframe when 40 kg of fuel or battery is loaded is considered to exceed about 120 kg. Therefore, the total weight of the operator, passengers, fuel, or battery with respect to the dry weight of the airframe is about 300 kg.

ここで、本実施形態では、4つのロータ31〜34は、それぞれ16枚のブレードを有している。このため、1枚のブレードには、約4.7kg(=300kg/16/4)の荷重がかかる計算となる。このため、1枚のブレードにかかる翼面荷重が最適な値(例えば、10kg/m)となるようにブレードの長さと面積とを設定する。これにより、安全な速度で降下することができる。 Here, in the present embodiment, each of the four rotors 31 to 34 has 16 blades. Therefore, it is calculated that a load of about 4.7 kg (= 300 kg / 16/4) is applied to one blade. Therefore, the length and area of the blades are set so that the wing loading applied to one blade becomes an optimum value (for example, 10 kg / m 2). This allows you to descend at a safe speed.

以上に説明したように、本発明の実施形態では、ロータ31〜34を、進行方向に直交する位置に配置される1対のロータ31,34およびロータ32,33は、進行方向から見た場合に水平面に対してハの字または逆ハの字の形状となるように回転軸が傾きを有して配置するようにしたので、機体の意図しない左右方向への滑りを抑制することができる。 As described above, in the embodiment of the present invention, when the rotors 31 to 34 are arranged at positions orthogonal to the traveling direction, the pair of rotors 31, 34 and the rotors 32, 33 are viewed from the traveling direction. Since the axis of rotation is arranged with an inclination so as to form a C-shape or an inverted C-shape with respect to the horizontal plane, it is possible to suppress unintended slippage of the aircraft in the left-right direction.

また、本実施形態では、ブレードの枚数を16枚とした。これにより、気流に対して抗力が大きくなり、エアスピードが低速でも揚力を得ることができることから、ロータ31〜34の回転数を低くすることができる。また、このような構成によれば、ロータ径を小型化することができる。さらに、オートローテーション降下の際に、機体のエアスピードを低く抑えることができるので、安全な降下が可能になる。 Further, in the present embodiment, the number of blades is set to 16. As a result, the drag force against the air flow becomes large, and lift can be obtained even when the air speed is low, so that the rotation speed of the rotors 31 to 34 can be lowered. Further, according to such a configuration, the rotor diameter can be reduced. In addition, the airspeed of the aircraft can be kept low during autorotation descent, enabling safe descent.

また、本実施形態では、オートローテーション降下の開始時にモータ13によってロータ31〜34の回転数を上昇させるようにしたので、ロータ31〜34の回転数が低下し、オートローテーション降下が不能となることを防止できる。 Further, in the present embodiment, since the rotation speed of the rotors 31 to 34 is increased by the motor 13 at the start of the autorotation descent, the rotation speed of the rotors 31 to 34 decreases and the autorotation descent becomes impossible. Can be prevented.

また、本実施形態では、図4に示す構成によって、ブレードのピッチ角を調整するようにしたので、ブレードの枚数が多い場合であっても、構成が複雑化することを防止できるとともに、メンテナンスを容易化することができる。 Further, in the present embodiment, the pitch angle of the blades is adjusted according to the configuration shown in FIG. 4, so that even when the number of blades is large, it is possible to prevent the configuration from becoming complicated and to perform maintenance. It can be facilitated.

また、分岐部14としては、図3に示す構成を用いるようにしたので、入力軸140から出力軸143に動力を確実に伝達することができる。 Further, since the configuration shown in FIG. 3 is used for the branch portion 14, power can be reliably transmitted from the input shaft 140 to the output shaft 143.

(C)本発明の他の実施形態の構成の説明
図6および図7は、ヒンジ操作型可変ピッチ機構の構成例を示す。図6に示すように、ヒンジ操作型可変ピッチ機構20を有する。詳細に、ヒンジ操作型可変ピッチ機構20は、出力軸143、回転軸201、ギア202,203、L型リンク204、ピッチコントロール軸205、ロータ軸208、ベアリング209,210、ロータヘッド211、ブレード420、ブレード軸421、ベアリング422,423、ヘッド430、ナット431、および、ヒンジ432を有する。
(C) Explanation of the configuration of another embodiment of the present invention FIGS. 6 and 7 show a configuration example of a hinge-operated variable pitch mechanism. As shown in FIG. 6, it has a hinge-operated variable pitch mechanism 20. In detail, the hinge operation type variable pitch mechanism 20 includes an output shaft 143, a rotary shaft 201, gears 202, 203, an L-shaped link 204, a pitch control shaft 205, a rotor shaft 208, bearings 209, 210, a rotor head 211, and a blade 420. , A blade shaft 421, bearings 422, 423, head 430, nut 431, and hinge 432.

ここで、回転軸201は、図3の4つの出力軸143のいずれかに接続される。ギア202は、回転軸201から伝達される回転力をギア203に伝達する。ギア203は、ギア202からの回転力をロータ軸208に伝達する。ベアリング209,210は、ロータ軸208を回転可能に支持する。ロータ軸208は上側の端部がロータヘッド211に接続されているので、ロータ軸208が回転されると、ロータヘッド211が回転される。 Here, the rotation shaft 201 is connected to any of the four output shafts 143 of FIG. The gear 202 transmits the rotational force transmitted from the rotary shaft 201 to the gear 203. The gear 203 transmits the rotational force from the gear 202 to the rotor shaft 208. Bearings 209, 210 rotatably support the rotor shaft 208. Since the upper end of the rotor shaft 208 is connected to the rotor head 211, when the rotor shaft 208 is rotated, the rotor head 211 is rotated.

図7に示すように、ブレード420が放射状に等間隔で配置されている。ブレード軸421は、ロータヘッド211に合わせて回転する。ブレード軸421の先端にはブレード420が取り付けられており、ロータヘッド211が回転するとブレードが回転される。 As shown in FIG. 7, the blades 420 are arranged radially at equal intervals. The blade shaft 421 rotates in accordance with the rotor head 211. A blade 420 is attached to the tip of the blade shaft 421, and when the rotor head 211 rotates, the blade rotates.

図6に示すように、L型リンク204は、図示しないサーボから伝達される上下方向(図4と同様の矢印の方向)の力を左右方向の力に変換し、ピッチコントロール軸205が左右方向に移動する。なお、ピッチコントロール軸205は、ロータ軸208内に配置され、ロータ軸208と一緒に回転する。 As shown in FIG. 6, the L-shaped link 204 converts the vertical force transmitted from a servo (not shown) in the vertical direction (the direction of the arrow similar to FIG. 4) into the horizontal force, and the pitch control shaft 205 is in the horizontal direction. Move to. The pitch control shaft 205 is arranged in the rotor shaft 208 and rotates together with the rotor shaft 208.

ヘッド430は、L型リンク204によって伝達され、左右方向に移動される。ヘッド430が左右方向に移動されると、ヒンジ432を介して、ブレード420が捩られる。ブレード軸421は、ベアリング422,423を介して、回転される。すなわち、L型リンク204によって伝達されると、ブレード420のピッチ角(コレクティブピッチ角)が変換される。 The head 430 is transmitted by the L-shaped link 204 and is moved in the left-right direction. When the head 430 is moved in the left-right direction, the blade 420 is twisted via the hinge 432. The blade shaft 421 is rotated via bearings 422 and 423. That is, when transmitted by the L-shaped link 204, the pitch angle (collective pitch angle) of the blade 420 is converted.

ピッチ角を有する16個のブレード420は回転力がそれぞれ伝達され、これにより16枚のブレードのピッチ角(コレクティブピッチ角)が調整される。すなわち、本実施形態では、ラックピニオン式の調整機構によって、ブレードのコレクティブピッチ角が調整される。なお、一例として、ロータ径は3,000mmとされ、ヘッド径は600mmとされ、ブレード幅は250mmとされ、また、ブレード長は1,000mmとされている。もちろん、これ以外の寸法に設定してもよい。 The rotational force is transmitted to each of the 16 blades 420 having a pitch angle, whereby the pitch angles (collective pitch angles) of the 16 blades are adjusted. That is, in the present embodiment, the collective pitch angle of the blade is adjusted by the rack and pinion type adjusting mechanism. As an example, the rotor diameter is 3,000 mm, the head diameter is 600 mm, the blade width is 250 mm, and the blade length is 1,000 mm. Of course, other dimensions may be set.

(D)本発明の更に他の実施形態の構成の説明
図8および図9は、図2に示す分岐部14の他の構成例を示す図である。図8に示すように、分岐部14Aは、紙面の奥行き方向に平行な4つの入力軸140と、紙面に平行に配置される4つの出力軸143とを有している。すなわち、図8の例では、紙面の奥側に存在する入力軸140から回転力が入力され、紙面の手前側に放射状に配置される出力軸143に回転力が出力される。なお、機体の構成によっては、入力軸140を出力軸とし、出力軸143を入力軸に設定するようにしてもよい。
(D) Explanation of Configuration of Still Other Embodiments of the Present FIG. 8 and FIG. 9 are diagrams showing another configuration example of the branch portion 14 shown in FIG. As shown in FIG. 8, the branch portion 14A has four input shafts 140 parallel to the depth direction of the paper surface and four output shafts 143 arranged parallel to the paper surface. That is, in the example of FIG. 8, the rotational force is input from the input shaft 140 existing on the back side of the paper surface, and the rotational force is output to the output shaft 143 arranged radially on the front side of the paper surface. Depending on the configuration of the machine, the input shaft 140 may be set as the output shaft and the output shaft 143 may be set as the input shaft.

図8および図9に示すように、4個の平型のギア(平歯車)145が隣接されて配置される。4つの入力軸140のうちの1つの入力軸は、切り離し部12に接続され、残りの3つの入力軸の少なくとも1つはモータ13に接続される。これにより、4個の平型のギア145がそれぞれ逆回転方向に回転される。 As shown in FIGS. 8 and 9, four spur gears (spur gears) 145 are arranged adjacent to each other. One of the four input shafts 140 is connected to the disconnection portion 12, and at least one of the remaining three input shafts is connected to the motor 13. As a result, each of the four flat gears 145 is rotated in the reverse rotation direction.

4個のギア145が回転されると、それぞれの回転力が同じ傘型のギア146が伝達される。4個のギア145およびギア146に示す図8の矢印と同じ方向に回転される。 When the four gears 145 are rotated, an umbrella-shaped gear 146 having the same rotational force is transmitted. The four gears 145 and 146 are rotated in the same direction as the arrows in FIG.

4個の傘型のギア147は、ギア146と同じ形状を有する。4個の傘型のギア147は、図8の紙面の平行に放射状に配置され、それぞれのギア146はギア147に伝達される。これにより、ギア146とギア147のギア比は1:1とされている。入力軸140のいずれかが回転されると、ギア147が図3に矢印で示す方向にそれぞれ回転する。 The four umbrella-shaped gears 147 have the same shape as the gears 146. The four umbrella-shaped gears 147 are arranged radially in parallel with the paper in FIG. 8, and each gear 146 is transmitted to the gear 147. As a result, the gear ratio between the gear 146 and the gear 147 is set to 1: 1. When any of the input shafts 140 is rotated, the gears 147 rotate in the directions indicated by the arrows in FIG.

(E)変形実施形態の説明
以上の各実施形態は一例であって、本発明が上述した場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、4つのロータ31〜34を有するようにしたが、4以外の数のロータを有するようにしてもよい。なお、制御の観点からは、4以上の偶数とすることが望ましい。
(E) Description of Modified Embodiments It goes without saying that each of the above embodiments is an example, and the present invention is not limited to the above-mentioned case. For example, in the above embodiment, four rotors 31 to 34 are provided, but a number of rotors other than four may be provided. From the viewpoint of control, it is desirable that the number is an even number of 4 or more.

また、以上の実施形態では、ブレードの枚数は16枚としたが、16枚以外の枚数としてもよい。例えば、17枚以上としたり、15枚以下としたりしてもよい。前述したように、ブレードにかかる翼面荷重によって枚数を調整することができる。 Further, in the above embodiment, the number of blades is 16, but the number of blades may be other than 16. For example, the number may be 17 or more, or 15 or less. As described above, the number of sheets can be adjusted by the blade surface load applied to the blade.

また、ピッチ調整機構21〜24としては、図4に示すラックピニオン式の調整機構を用いるようにしたが、例えば、ロータ31〜34を回転させる駆動軸と、駆動軸に対してブレードが直交するとともに、回動自在に取り付けるハブと、駆動軸の軸方向に移動することでブレードのピッチを調整するヨーク部とを有するスワッシュプレート式の調整機構としてもよい。 Further, as the pitch adjusting mechanism 21 to 24, the rack and pinion type adjusting mechanism shown in FIG. 4 is used. For example, the drive shaft for rotating the rotors 31 to 34 and the blade are orthogonal to the drive shaft. Further, it may be a swash plate type adjusting mechanism having a hub that is rotatably attached and a yoke portion that adjusts the pitch of the blade by moving in the axial direction of the drive shaft.

また、以上の実施形態では、3つのタイヤ4を有するようにしたが、2つ以下または4つ以上のタイヤを有するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, three tires 4 are provided, but two or less tires or four or more tires may be provided.

また、以上の実施形態では、モータ13を備えるようにしたが、オートローテーション降下時に十分なロータの回転が得られる場合には、モータ13は構成から除外するようにしてもよい。また、モータ13が発電機の機能を備えるようにし、分岐部14から供給される回転力によってモータ13によって発電させて蓄電池を充電し、オートローテーション降下時に蓄電池に蓄電された電力を使用するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the motor 13 is provided, but the motor 13 may be excluded from the configuration when sufficient rotation of the rotor can be obtained at the time of autorotation descent. Further, the motor 13 is provided with the function of a generator, the motor 13 is used to generate electricity by the rotational force supplied from the branch portion 14, the storage battery is charged, and the electric power stored in the storage battery is used when the auto rotation is lowered. You may.

また、以上の実施形態では、操縦者がオートローテーション降下を実行するようにしたが、例えば、操縦が難しいオートローテーション降下を制御部15がアシストしたり、あるいは、制御部15が自動で実行したりするようにしてもよい。アシストする場合には、ロータ31〜34の回転数が所望の回転数を維持するようにブレードのピッチ角や進入角を自動的に調整するようにすることができる。また、完全自動でオートローテーションを実行する場合には、制御部15はGPS(Global Positioning System)に機体の現在位置を検出するともに、現在位置を中心とする着陸可能地点を地図情報から特定する。そして、着陸可能地点に向けて降下するとともに、ロータ31〜34の回転数が所望の回転数を維持するようにブレードのピッチ角や進入角を自動的に調整するようにする。そして、着陸の直前には、フレア操作により前進速度と降下速度を同時に減少するとともに、ピッチ角を増加させ、回転エネルギーを瞬時に使い切ることで沈下を止めるコレクティブフレアを実行し、安全に着陸するようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, the operator executes the autorotation descent, but for example, the control unit 15 assists the autorotation descent that is difficult to maneuver, or the control unit 15 automatically executes the autorotation descent. You may try to do it. When assisting, the pitch angle and approach angle of the blade can be automatically adjusted so that the rotation speed of the rotors 31 to 34 maintains the desired rotation speed. When autorotation is executed fully automatically, the control unit 15 detects the current position of the aircraft in the GPS (Global Positioning System) and identifies the landable point centered on the current position from the map information. Then, while descending toward the landable point, the pitch angle and approach angle of the blades are automatically adjusted so that the rotation speeds of the rotors 31 to 34 maintain the desired rotation speeds. Immediately before landing, the flare operation reduces the forward speed and descent speed at the same time, increases the pitch angle, and performs collective flare to stop the subsidence by instantly using up the rotational energy to land safely. You may do it.

1 本体部
3 着陸脚部
4 タイヤ
10 有人航空機
11 原動機
12 切り離し部
13 モータ
14 分岐部
14A 分岐部
15 制御部
21〜24 ピッチ調整機構
31〜34 ロータ
140 入力軸
141,142 ギア
143 出力軸
145,145,146 ギア
201 回転軸
202,203 ギア
204 L型リンク
205 ピッチコントロール軸
206,207 軸端部
208 ロータ軸
209,210 ベアリング
211 ロータヘッド
212 ギア
220 ギア
221 ブレード軸
420 ブレード
421 ブレード軸
423,423 ベアリング
431 ナット
432 ヒンジ
1 Main body 3 Landing leg 4 Tire 10 Manned aircraft 11 Motor 12 Detachment 13 Motor 14 Branch 14A Branch 15 Control 21-24 Pitch adjustment mechanism 31-344 Rotor 140 Input shaft 141, 142 Gear 143 Output shaft 145 5, 145, 146 Gear 201 Rotating shaft 202, 203 Gear 204 L-shaped link 205 Pitch control shaft 206, 207 Shaft end 208 Rotor shaft 209,210 Bearing 211 Rotor head 212 Gear 220 Gear 221 Blade shaft 420 Blade 421 Blade shaft 423,423 Bearing 431 nut 432 hinge

Claims (10)

ピッチ調整機構を有する4以上のロータを有する有人航空機において、
回転力を出力する原動機と、
前記原動機から出力される前記回転力を分岐し、4以上の前記ロータのそれぞれに前記回転力を伝達する分岐部と、
前記原動機と前記分岐部の間に配置され、前記原動機から前記回転力が供給されない場合には前記分岐部を前記原動機から切り離すとともに4以上の前記ロータを同じ角速度で回転させる切り離し機構と、
操縦者からの指示に応じて前記ピッチ調整機構を制御することで飛行姿勢を制御する制御部と、
前記分岐部に接続されており、前記原動機から前記回転力が供給されない場合に、前記ロータに前記回転力を一定期間供給するモータとを有し、
前記制御部は、動力系に故障が生じた場合には、前記ロータの前記ピッチ調整機構を制御することでオートローテーション降下を実行させるとともに、前記分岐部が前記原動機から切り離された後、自動的に前記モータを起動して前記モータによって前記ロータを加速し、前記オートローテーション降下を実行すること、
を特徴とする有人航空機。
In a manned aircraft with 4 or more rotors with a pitch adjustment mechanism
A prime mover that outputs rotational force and
A branching portion that branches the rotational force output from the prime mover and transmits the rotational force to each of the four or more rotors.
A disconnection mechanism arranged between the prime mover and the branch portion, which disconnects the branch portion from the prime mover and rotates four or more rotors at the same angular velocity when the rotational force is not supplied from the prime mover.
A control unit that controls the flight attitude by controlling the pitch adjustment mechanism in response to instructions from the operator.
It has a motor that is connected to the branch portion and supplies the rotational force to the rotor for a certain period of time when the rotational force is not supplied from the prime mover .
When a failure occurs in the power system, the control unit controls the pitch adjustment mechanism of the rotor to execute an autorotation descent , and automatically after the branch unit is disconnected from the motor. To start the motor, accelerate the rotor by the motor, and perform the autorotation descent.
Manned aircraft featuring.
前記制御部は、前記ロータのピッチ角がマイナスにされた場合に自動的に前記モータを起動して前記モータによって前記ロータを加速し、前記オートローテーション降下を実行することを特徴とする請求項1に記載の有人航空機。 Claim 1 is characterized in that the control unit automatically starts the motor when the pitch angle of the rotor is made negative, accelerates the rotor by the motor, and executes the autorotation descent. Manned aircraft listed in. 前記モータは、前記オートローテーション降下の開始時に一時的に動作することを特徴とする請求項1に記載の有人航空機。The manned aircraft according to claim 1, wherein the motor temporarily operates at the start of the autorotation descent. 前記ロータは、少なくとも2枚のブレードを有し、
前記ピッチ調整機構は、
前記ロータを回転させる駆動軸と、
前記駆動軸に対して前記ブレードが直交するとともに、回動自在に取り付けるハブと、
前記駆動軸の軸方向に移動することで前記ブレードのピッチを調整するヨーク部と、を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の有人航空機。
The rotor has at least two blades and has
The pitch adjustment mechanism is
The drive shaft that rotates the rotor and
A hub in which the blade is orthogonal to the drive shaft and is rotatably attached.
It has a yoke portion that adjusts the pitch of the blade by moving in the axial direction of the drive shaft.
The manned aircraft according to any one of claims 1 to 3, wherein the aircraft is characterized by the above.
前記ロータは、3枚以上のブレードを有するとともに、各ブレードはピニオンギアを有し、
前記ピッチ調整機構は、
前記ロータを回転させる駆動軸と、
前記駆動軸に対して前記ブレードが直交するとともに、回動自在に取り付けるハブと、
前記駆動軸の周方向に回転し、回転することで前記ブレードの前記ピニオンギアを回動させて前記ブレードのピッチを調整するラックギアと、を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の有人航空機。
The rotor has three or more blades, and each blade has a pinion gear.
The pitch adjustment mechanism is
The drive shaft that rotates the rotor and
A hub in which the blade is orthogonal to the drive shaft and is rotatably attached.
It has a rack gear that rotates in the circumferential direction of the drive shaft and rotates the pinion gear of the blade to adjust the pitch of the blade.
The manned aircraft according to any one of claims 1 to 3, wherein the aircraft is characterized by the above.
前記ロータは、3枚以上のブレードを有するとともに、各ブレードはピニオンギアを有し、
前記ピッチ調整機構は、
前記ロータを回転させる駆動軸と、
前記駆動軸に対して前記ブレードが直交するとともに、回動自在に取り付けるハブと、
前記駆動軸の周方向に回転し、回転することで前記ブレードのヒンジを回動させて前記ブレードのピッチを調整するヘッドと、を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の有人航空機。
The rotor has three or more blades, and each blade has a pinion gear.
The pitch adjustment mechanism is
The drive shaft that rotates the rotor and
A hub in which the blade is orthogonal to the drive shaft and is rotatably attached.
It has a head that rotates in the circumferential direction of the drive shaft and rotates the hinge of the blade to adjust the pitch of the blade.
The manned aircraft according to any one of claims 1 to 3, wherein the aircraft is characterized by the above.
4つの前記ロータを有し、
前記分岐部は、等速傘歯車が4個対向して配置され、前記原動機からの回転力を4つ前記ロータに対して分岐して伝達する、
ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の有人航空機。
It has four said rotors
In the branch portion, four constant velocity bevel gears are arranged so as to face each other, and four rotational forces from the prime mover are branched and transmitted to the rotor.
The manned aircraft according to any one of claims 1 to 6, wherein the aircraft is characterized by the above.
4つの前記ロータを有し、
前記分岐部は、4個の平歯車が隣接されてそれぞれ逆回転方向になるように配置され、前記原動機からの回転力を少なくとも1個の前記平歯車に伝達し、4個の前記平歯車の回転力を4つ前記ロータに対して分岐して伝達する、
ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の有人航空機。
It has four said rotors
The branch portion is arranged so that four spur gears are adjacent to each other so as to rotate in opposite directions, and the rotational force from the prime mover is transmitted to at least one spur gear of the four spur gears. Four rotational forces are branched and transmitted to the rotor.
The manned aircraft according to any one of claims 1 to 6, wherein the aircraft is characterized by the above.
前記ロータの数は、4以上の偶数であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の有人航空機。 The manned aircraft according to any one of claims 1 to 8 , wherein the number of rotors is an even number of 4 or more. 前記有人航空機の重心は、前記ロータよりも垂直方向の下方に位置するとともに、4以上の前記ロータの中心位置よりも水平方向の前方に位置していることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の有人航空機。
Center of gravity of the manned aircraft, as well as positioned below the vertical direction than the rotor, according to claim 1 to 9, characterized in that located in front horizontal direction than the center position of the four or more of said rotor The manned aircraft described in any one of the items.
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