JP7265845B2 - 飛行体及び飛行体の制御方法 - Google Patents

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Description

特許法第３０条第２項適用 平成２９年２月１４日神戸海洋博物館内大ホール（兵庫県神戸市中央区波止場町２－２）において開催されたカワサキモーターサイクルフェア２０１７で公開
本発明は、飛行体及び飛行体の制御方法に関する。
従来から複数のロータを回して空中を飛行する飛行体が知られている（例えば特許文献１参照）。
この飛行体は、動力源により同時あるいは別々に駆動される４つのロータを備え、このうちの２つのロータは昇降用推進ロータであり、あとの２つは昇降、前進および旋回用ロータである。そして、昇降、前進および旋回用ロータは、チルト回転するよう構成され、チルト回転することによって、前進する。また、昇降、前進および旋回用ロータの回転数に差をつけることで旋回する。
特開平４－１７３４９７号公報
しかし、特許文献１に記載の飛行体は、例えば、ガスト等の外乱によりホバリングを行っている飛行体の姿勢がロール軸周りに乱れ、これに伴って横方向に所定位置から外れたときに、元の位置及び姿勢に速やかに復帰させることは困難であるという問題があった。
上記課題を解決するため、本発明のある態様に係る飛行体は、機体本体と、前記機体本体を支持する支持部と、前側推力発生部、後側推力発生部、左側推力発生部、及び右側推力発生部を含む推力発生ユニットと、前記推力発生ユニットを制御する飛行制御器と、を備え、前記前側推力発生部は、前記支持部の前後方向に延びる第１軸線上且つ前記支持部の前方に位置して前記支持部に接続され、前記第１軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第１軸線周りに推力の向きを変更可能であり、前記後側推力発生部は、前記支持部の前後方向に延びる第２軸線上且つ前記支持部の後方に位置して前記支持部に接続され、前記第２軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第２軸線周りに推力の向きを変更可能であり、前記左側推力発生部は、前記支持部の左右方向に延びる第３軸線上且つ前記支持部の左方に位置して前記支持部に接続され、前記第３軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第３軸線周りに推力の向きを変更可能であり、前記右側推力発生部は、前記支持部の左右方向に延びる第４軸線上且つ前記支持部の右方に位置して前記支持部に接続され、前記第４軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第４軸線周りに推力の向きを変更可能である。
この構成によれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への３つの力の制御と、ピッチ軸、ロール軸、ヨー軸周りの３つのモーメントの制御の６つの制御を個別におこなうことができる。これによって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への位置又は速度の制御に伴って、不必要なピッチ軸、ロール軸、ヨー軸周りの姿勢の変化が生じることを抑制することができる。
また、ガスト等の外乱により、飛行体の位置又は姿勢が乱れたときに、元の位置又は元の姿勢に速やかに復帰させることができる。
本発明は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への３つの力の制御と、ピッチ軸、ロール軸、ヨー軸周りの３つのモーメントの制御の６つの制御を個別におこなうことができるという効果を奏する。
実施の形態１に係る飛行体の構成例を示す斜視図である。 図１の飛行体の推力発生ユニットの構成例を概略的に示す平面図である。 図１の飛行体の制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。 図１の飛行体の制御系統の構成例を概略的に示す斜視図である。 図１の飛行体の飛行制御の概要を示す図である。 図１の飛行体の旋回等の機動を含む飛行時における飛行体の姿勢制御を示すフローチャートである。 図１の飛行体の飛行シミュレーションの結果を示すタイミングチャートである。 従来の飛行体の飛行シミュレーションの結果を示すタイミングチャートである。 実施の形態１に係る飛行体の変形例を示す図であり、推力発生ユニットの変形例を概略的に示す平面図である。 実施の形態１に係る飛行体の変形例を示す図であり、推力発生ユニットの変形例を概略的に示す平面図である。 実施の形態１に係る飛行体の変形例を示す図であり、推力発生ユニットの変形例を概略的に示す平面図である。 実施の形態１に係る飛行体の変形例を示す図であり、飛行体の支持ビームと一体的に形成された翼部を有する例を示す斜視図である。 実施の形態１に係る飛行体の変形例を示す図であり、支持ビーム駆動部の変形例を示す斜視図である。 実施の形態１に係る飛行体の旋回等の機動を含む飛行時における飛行体の姿勢制御の変形例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る飛行体の構成例を示す斜視図である。
ある態様に係る飛行体は、機体本体と、前記機体本体を支持する支持部と、前側推力発生部、後側推力発生部、左側推力発生部、及び右側推力発生部を含む推力発生ユニットと、前記推力発生ユニットを制御する飛行制御器と、を備え、前記前側推力発生部は、前記支持部の前後方向に延びる第１軸線上且つ前記支持部の前方に位置して前記支持部に接続され、前記第１軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第１軸線周りに推力の向きを変更可能であり、前記後側推力発生部は、前記支持部の前後方向に延びる第２軸線上且つ前記支持部の後方に位置して前記支持部に接続され、前記第２軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第２軸線周りに推力の向きを変更可能であり、前記左側推力発生部は、前記支持部の左右方向に延びる第３軸線上且つ前記支持部の左方に位置して前記支持部に接続され、前記第３軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第３軸線周りに推力の向きを変更可能であり、前記右側推力発生部は、前記支持部の左右方向に延びる第４軸線上且つ前記支持部の右方に位置して前記支持部に接続され、前記第４軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第４軸線周りに推力の向きを変更可能である。
この構成によれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への３つの力の制御と、ピッチ軸、ロール軸、ヨー軸周りの３つのモーメントの制御の６つの制御を個別におこなうことができる。こ
れによって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への位置又は速度の制御に伴って、不必要なピッチ軸、ロール軸、ヨー軸周りの姿勢の変化が生じることを抑制することができる。
また、ガスト等の外乱により、飛行体の位置又は姿勢が乱れたときに、元の位置又は元の姿勢に速やかに復帰させることができる。
前記飛行制御器は、前記左側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第３軸線周り前側又は後側に傾斜させ且つ前記右側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第４軸線周りに前側及び後側のうち前記左側推力発生部と同じ側に傾斜させて前記推力発生ユニットが生み出す推力の前記機体本体の前後方向成分を制御し、且つ前記前側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第１軸線周り左側又は右側に傾斜させ且つ前記後側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第２軸線周りに左側及び右側のうち前記前側推力発生部と同じ側に傾斜させて前記推力発生ユニットが生み出す推力の前記機体本体の左右方向成分を制御してもよい。
この構成によれば、Ｘ軸、Ｙ軸方向への２つの力の制御を適切におこなうことができる。
前記飛行制御器は、前記前側推力発生部、前記後側推力発生部、前記左側推力発生部及び前記右側推力発生部が生み出す推力の向きをそれぞれ前記支持部の上下方向に延びる軸周りの円周方向において互いに同一の側に傾斜させ、前記機体本体のヨー軸周りの姿勢を制御してもよい。
この構成によれば、ヨー軸周りの姿勢の制御力を大きくすることができる。
前記飛行制御器は、前記機体本体が受ける慣性力と重力との合力方向を算出し、前記前側推力発生部が生み出す推力と前記後側推力発生部が生み出す推力との間に推力差を発生させ、前記機体本体のピッチ軸周りの姿勢を制御し、前記合力方向に前記機体本体を傾斜させてもよい。
この構成によれば、機体本体が受ける遠心力等の慣性力と重力との合力方向に機体を傾けることができる。
前記飛行制御器は、前記機体本体が受ける慣性力と重力との合力方向を算出し、前記左側推力発生部が生み出す推力と前記右側推力発生部が生み出す推力との間に推力差を発生させ、前記機体本体のロール軸周りの姿勢を制御し、前記合力方向に前記機体本体を傾斜させてもよい。
この構成によれば、機体本体が受ける遠心力等の慣性力と重力との合力方向に機体を傾けることができる。
前記飛行制御器は、前記機体本体が受ける慣性力と重力との合力方向を算出し、前記前側推力発生部が生み出す推力と前記後側推力発生部が生み出す推力との間に推力差を発生させ、前記機体本体のピッチ軸周りの姿勢を制御し、前記左側推力発生部が生み出す推力と前記右側推力発生部が生み出す推力との間に推力差を発生させ、前記機体本体のロール軸周りの姿勢を制御し、前記合力方向に前記機体本体を傾斜させてもよい。
この構成によれば、機体本体が受ける遠心力等の慣性力と重力との合力方向に機体を傾けることができる。特に、旋回時においては、飛行経路の曲りによる遠心力等の慣性力と重力との合力方向に機体を傾けたまま旋回する釣り合い旋回をおこなうことができる。
前記機体本体は乗員が搭乗可能であってもよい。
この構成によれば、釣り合い旋回によって、機体本体に搭乗した乗員が不快な前後又は左右方向の加速度を感じないようにすることができる。
前記前側推力発生部、前記後側推力発生部、前記左側推力発生部及び前記右側推力発生部は、それぞれ前記第１軸線、前記第２軸線、前記第３軸線及び前記第４軸線のうち対応する軸線と交差する方向に延びる軸線周りに回転するロータと、先端部が前記ロータに接続され且つ基端部が前記支持部に前記対応する軸線周りに回動可能に接続された支持ビームと、前記ロータを回転させるロータ駆動部と、前記対応する軸線周りに前記支持ビームを回動させる支持ビーム駆動部と、を含んでいてもよい。
この構成によれば、各推力発生部の構成を簡素化することができ、製造に有利、且つ、製造コストも安価となる。
前記機体本体は、操縦者が鞍乗りするためのシートを有していてもよい。
この構成によれば、機体本体に搭乗する操縦者の姿勢を安定させるとともに、機体との一体感を増すことで操縦者に機体姿勢の把握を容易にさせることができる。
ある態様に係る飛行体の制御方法は、機体本体と、前記機体本体を支持する支持部と、前側推力発生部、後側推力発生部、左側推力発生部、及び右側推力発生部を含む推力発生ユニットと、前記推力発生ユニットを制御する飛行制御器と、を備え、前記前側推力発生部は、前記支持部の前後方向に延びる第１軸線上且つ前記支持部の前方に位置して前記支持部に接続され、前記第１軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第１軸線周りに推力の向きを変更可能であり、前記後側推力発生部は、前記支持部の前後方向に延びる第２軸線上且つ前記支持部の後方に位置して前記支持部に接続され、前記第２軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第２軸線周りに推力の向きを変更可能であり、前記左側推力発生部は、前記支持部の左右方向に延びる第３軸線上且つ前記支持部の左方に位置して前記支持部に接続され、前記第３軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第３軸線周りに推力の向きを変更可能であり、前記右側推力発生部は、前記支持部の左右方向に延びる第４軸線上且つ前記支持部の右方に位置して前記支持部に接続され、前記第４軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第４軸線周りに推力の向きを変更可能である、飛行体の制御方法であって、前記左側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第３軸線周り前側又は後側に傾斜させ且つ前記右側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第４軸線周りに前側及び後側のうち前記左側推力発生部と同じ側に傾斜させて前記推力発生ユニットが生み出す推力の前記機体本体の前後方向成分を制御するステップと、前記前側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第１軸線周り左側又は右側に傾斜させ且つ前記後側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第２軸線周りに左側及び右側のうち前記前側推力発生部と同じ側に傾斜させて前記推力発生ユニットが生み出す推力の前記機体本体の左右方向成分を制御するステップと、を備える。
この構成によれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への３つの力の制御と、ピッチ軸、ロール軸、ヨー軸周りの３つのモーメントの制御の６つの制御を個別におこなうことができる。これによって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への位置又は速度の制御に伴って、不必要なピッチ軸、ロール軸、ヨー軸周りの姿勢の変化が生じることを抑制することができる。
また、ガスト等の外乱により、飛行体の位置又は姿勢が乱れたときに、元の位置又は元
の姿勢に速やかに復帰させることができる。
前記前側推力発生部、前記後側推力発生部、前記左側推力発生部及び前記右側推力発生部が生み出す推力の向きをそれぞれ前記支持部の上下方向に延びる軸周りの円周方向において互いに同一の側に傾斜させ、前記機体本体のヨー軸周りの姿勢を制御するステップを更に備えていてもよい。
この構成によれば、ヨー軸周りの姿勢の制御力を大きくすることができる。
前記機体本体が受ける慣性力と重力との合力方向を算出するステップと、前記前側推力発生部が生み出す推力と前記後側推力発生部が生み出す推力との間に推力差を発生させ、前記機体本体のピッチ軸周りの姿勢を制御し、前記合力方向に前記機体本体を傾斜させるステップと、を更に備えていてもよい。
この構成によれば、機体本体が受ける遠心力等の慣性力と重力との合力方向に機体を傾けることができる。
前記機体本体が受ける慣性力と重力との合力方向を算出するステップと、前記左側推力発生部が生み出す推力と前記右側推力発生部が生み出す推力との間に推力差を発生させ、前記機体本体のロール軸周りの姿勢を制御し、前記合力方向に前記機体本体を傾斜させるステップと、を更に備えていてもよい。
この構成によれば、機体本体が受ける遠心力等の慣性力と重力との合力方向に機体を傾けることができる。
前記機体本体が受ける慣性力と重力との合力方向を算出するステップと、前記前側推力発生部が生み出す推力と前記後側推力発生部が生み出す推力との間に推力差を発生させ、前記機体本体のピッチ軸周りの姿勢を制御し、前記左側推力発生部が生み出す推力と前記右側推力発生部が生み出す推力との間に推力差を発生させ、前記機体本体のロール軸周りの姿勢を制御し、前記合力方向に前記機体本体を傾斜させるステップと、を更に備えていてもよい。
この構成によれば、機体本体が受ける遠心力等の慣性力と重力との合力方向に機体を傾けることができる。特に、旋回時においては、飛行経路の曲りによる遠心力等の慣性力と重力との合力方向に機体を傾けたまま旋回する釣り合い旋回をおこなうことができる。
他の態様に係る飛行体の制御方法は、機体本体と、前記機体本体を支持する支持部と、前側推力発生部、後側推力発生部、左側推力発生部、及び右側推力発生部を含む推力発生ユニットと、飛行状態及び操縦入力情報を検知する飛行制御情報検知部と、前記推力発生ユニットを制御する飛行制御器と、を備え、前記前側推力発生部は、前記支持部の前後方向に延びる第１軸線上且つ前記支持部の前方に位置して前記支持部に接続され、前記第１軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第１軸線周りに推力の向きを変更可能であり、前記後側推力発生部は、前記支持部の前後方向に延びる第２軸線上且つ前記支持部の後方に位置して前記支持部に接続され、前記第２軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第２軸線周りに推力の向きを変更可能であり、前記左側推力発生部は、前記支持部の左右方向に延びる第３軸線上且つ前記支持部の左方に位置して前記支持部に接続され、前記第３軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第３軸線周りに推力の向きを変更可能であり、前記右側推力発生部は、前記支持部の左右方向に延びる第４軸線上且つ前記支持部の右方に位置して前記支持部に接続され、前記第４軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第
４軸線周りに推力の向きを変更可能である、飛行体の制御方法であって、前記飛行制御情報検知部で検知された前記飛行状態及び前記操作入力情報に基づいて、前記前側推力発生部、前記後側推力発生部、前記左側推力発生部及び前記右側推力発生部が発生すべき推力の大きさを制御するステップと、前記飛行制御情報検知部で検知された前記機体本体が受けている加速度情報に基づいて、前記機体本体が受けている加速度が目標値となるように、前記前側推力発生部、前記後側推力発生部、前記左側推力発生部及び前記右側推力発生部が発生する前記推力の向きを制御するステップとを、備える。
この構成によれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への３つの力の制御と、ピッチ軸、ロール軸、ヨー軸周りの３つのモーメントの制御の６つの制御を個別におこなうことができる。これによって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への位置又は速度の制御に伴って、不必要なピッチ軸、ロール軸、ヨー軸周りの姿勢の変化が生じることを抑制することができる。
また、ガスト等の外乱により、飛行体の位置又は姿勢が乱れたときに、元の位置又は元の姿勢に速やかに復帰させることができる。
前記飛行制御情報検知部は、前記機体が受ける前後方向慣性力を検出し、前記推力の向きを制御するステップは、前記前後方向慣性力の変動が少なくなるよう左側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第３軸線周り前側又は後側に傾斜させ且つ右側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第４軸線周りに前側及び後側のうち前記左側推力発生部と同じ側に傾斜させて前記推力発生ユニットが生み出す推力の前記機体本体の前後方向成分を制御するステップを含んでいてもよい。
この構成によれば、機体本体が受ける前後方向慣性力の変動を小さく抑えることができ、乗員の乗り心地が向上するとともに、推力発生部の発生する推力の大きさのみを制御して機体全体の向きを制御する場合と比較し、推力発生部のみの向きを制御することで動かす慣性モーメントが小さくなり、応答性を上げることができる。
前記飛行制御情報検知部は、前記機体が受ける左右方向慣性力を検出し、前記推力の向きを制御するステップは、前記左右方向慣性力がゼロに近づくよう前側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第１軸線周り左側又は右側に傾斜させ且つ後側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第２軸線周りに左側及び右側のうち前記前側推力発生部と同じ側に傾斜させて前記推力発生ユニットが生み出す推力の前記機体本体の左右方向成分を制御するステップを含んでいてもよい。
この構成によれば、機体本体が受ける左右方向慣性力を小さく抑えることができ、乗員の乗り心地が向上するとともに、推力発生部の発生する推力の大きさのみを制御して機体全体の向きを制御する場合と比較し、推力発生部のみの向きを制御することで動かす慣性モーメントが小さくなり、応答性を上げることができる。
前記飛行制御情報検知部は、前記機体が受ける前後及び左右方向慣性力を検出し、前記推力の向きを制御するステップは、前記前後方向慣性力の変動が少なくなるよう左側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第３軸線周り前側又は後側に傾斜させ且つ右側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第４軸線周りに前側及び後側のうち前記左側推力発生部と同じ側に傾斜させて前記推力発生ユニットが生み出す推力の前記機体本体の前後方向成分を制御し、且つ前記左右方向慣性力がゼロに近づくよう前側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第１軸線周り左側又は右側に傾斜させ且つ後側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第２軸線周りに左側及び右側のうち前記前側推力発生部と同じ側に傾斜させて前記推力発生ユニットが生み出す推力の前記機体本体の左右方向成分を制御するステップを含んでいてもよい。
この構成によれば、機体本体が受ける前後及び左右方向慣性力を小さく抑えることができ、乗員の乗り心地が向上するとともに、推力発生部の発生する推力の大きさのみを制御して機体全体の向きを制御する場合と比較し、推力発生部のみの向きを制御することで動かす慣性モーメントが小さくなり、応答性を上げることができる。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る飛行体１００の構成例を示す斜視図である。
飛行体１００は、垂直離着陸可能なマルチロータ航空機である。飛行体１００は、例えば有人機であるが、無人機であってもよい。
飛行体１００は、図１に示すように、機体本体１と、支持部２と、推力発生ユニット３と、飛行制御器４（図３，図４参照）と、飛行制御情報検知部５（図３，図４参照）とを備える。
機体本体１は、操縦者等の乗員が搭乗可能に構成され、飛行体１００を操縦するための図示しない操縦機器が設けられている。また、飛行体１００が前進することによって揚力を発生させる固定翼部１１が機体本体１に設けられていてもよい。これによって、高速飛行時の推力発生ユニット３の揚力に余裕をもたせることができ、より大きな推力を前進方向に向けることができ、飛行体１００を高速化することができる。なお、本実施の形態において、機体本体１は、推力発生ユニット３の下方に配設されているがこれに限られるものではない。これに代えて、推力発生ユニット３の上方に配設されてもよく、更には推力発生ユニット３と同一平面上に配設されてもよい。
支持部２は、推力発生ユニット３と機体本体１とを接続し、推力発生ユニット３から機体本体１を吊り下げた状態で、機体本体１を支持する。なお、支持部２は機体本体１と区別することなく一体に構成されてもよい。
図２は、推力発生ユニット３の構成例を概略的に示す平面図である。
推力発生ユニット３は、例えば空気流を生み出し、空気流の流れ方向と反対向きに推力を発生させる機構である。推力発生ユニット３は、図２に示すように、機体本体１の前後左右に位置する４つの推力発生部、すなわち前側推力発生部３１と、後側推力発生部３２と、左側推力発生部３３と、右側推力発生部３４とを含む。すなわち、ある水平面上において、４つの推力発生部は９０度の回転対称に配置されている。これら４つの推力発生部は、例えば後述するロータ５１を回転させて推力を得る機構であるがこれに限られるものではない。
前側推力発生部３１は、支持部２の前後方向に延びる第１軸線Ｒ１上に位置する。そして、前側推力発生部３１は、支持部２の前方に位置して支持部２に接続され、第１軸線Ｒ１と交差する方向に推力を生み出すように構成されている。また、前側推力発生部３１は、推力の大きさ及び第１軸線Ｒ１周りに推力の向きを変更可能に構成されている。
後側推力発生部３２は、支持部２の前後方向に延びる第２軸線Ｒ２上に位置する。そして、後側推力発生部３２は、支持部２の後方に位置して支持部２に接続され、第２軸線Ｒ
２と交差する方向に推力を生み出すように構成されている。また、後側推力発生部３２は、推力の大きさ及び第２軸線Ｒ２周りに推力の向きを変更可能に構成されている。本実施の形態において、第１軸線Ｒ１及び第２軸線Ｒ２は、同軸に構成され、第１軸線Ｒ１及び第２軸線Ｒ２が延びる方向がＸ方向となるように規定されている。また、第１軸線Ｒ１及び第２軸線Ｒ２は、飛行体１００のロール軸と平行に延びている。
左側推力発生部３３は、支持部２の左右方向に延びる第３軸線Ｒ３上に位置する。そして、左側推力発生部３３は、支持部２の左方に位置して支持部２に接続され、第３軸線Ｒ３と交差する方向に推力を生み出すように構成されている。また、左側推力発生部３３は、推力の大きさ及び第３軸線Ｒ３周りに推力の向きを変更可能に構成されている。
右側推力発生部３４は、支持部２の左右方向に延びる第４軸線Ｒ４上に位置する。そして、右側推力発生部３４は、支持部２の右方に位置して支持部２に接続され、第４軸線Ｒ４と交差する方向に推力を生み出すように構成されている。また、右側推力発生部３４は、推力の大きさ及び第４軸線Ｒ４周りに推力の向きを変更可能に構成されている。本実施の形態において、第３軸線Ｒ３及び第４軸線Ｒ４は、同軸に構成され、第３軸線Ｒ３及び第４軸線Ｒ４が延びる方向がＸ方向と直交するＹ方向となるように規定されている。また、第３軸線Ｒ３及び第４軸線Ｒ４は、飛行体１００のピッチ軸と平行に延びている。そして、第１軸線Ｒ１乃至第４軸線Ｒ４に直交する方向がＺ方向となるように規定されている。
前側推力発生部３１、後側推力発生部３２、左側推力発生部３３、及び右側推力発生部３４は、本実施の形態において、図１に示すように、それぞれ、ロータ５１と、支持ビーム５２と、ロータ駆動部５３（図３，図４参照）と、支持ビーム駆動部５４（図３，図４参照）とを含む。
ロータ５１は、所定の軸線回りに回転する回転翼である。前側推力発生部３１のロータ５１は、第１軸線Ｒ１と交差する方向に延びる軸線Ｌ１周りに回転する。回転するロータ５１の軌跡がロータ面である。後側推力発生部３２のロータ５１は、第２軸線Ｒ２と交差する方向に延びる軸線Ｌ２周りに回転する。左側推力発生部３３のロータ５１は、第３軸線Ｒ３と交差する方向に延びる軸線Ｌ３周りに回転する。右側推力発生部３４のロータ５１は、第４軸線Ｒ４と交差する方向に延びる軸線Ｌ４周りに回転する。第１軸線Ｒ１乃至第４軸線Ｒ４は、それぞれ軸線Ｌ１乃至軸線Ｌ４と直交してもよい。
ロータ５１は、図１において、ロータヘッド５１ａと、ロータヘッド５１ａに取り付けられた２枚のロータブレード５１ｂを有する迎角固定のものを例示している。ロータヘッド５１ａとロータブレード５１ｂとは、ロータブレード５１ｂの迎角を変化させることができる図示しない関節を介して接続されていてもよい。
支持ビーム５２は、先端部がロータ５１に接続され、基端部が支持部２に所定の軸線周りに回動可能に接続されている。前側推力発生部３１の支持ビーム５２は、支持部２に第１軸線Ｒ１周りに回動可能に接続されている。後側推力発生部３２の支持ビーム５２は、支持部２に第２軸線Ｒ２周りに回動可能に接続されている。左側推力発生部３３の支持ビーム５２は、支持部２に第３軸線Ｒ３周りに回動可能に接続されている。右側推力発生部３４の支持ビーム５２は、支持部２に第４軸線Ｒ４周りに回動可能に接続されている。
ロータ駆動部５３（図３，図４参照）は、ロータ５１を回転させる駆動部である。ロータ駆動部５３は、例えば、電動モータ、レシプロエンジン等の駆動源と、駆動源の駆動力をロータ５１に伝達するギヤ、プーリ等の駆動力伝達機構とを含む。ロータ駆動部５３は、回転駆動出力を変化させることにより、生み出す推力を変化させるように構成されてい
る。また、前側推力発生部３１、後側推力発生部３２、左側推力発生部３３、及び右側推力発生部３４のロータ駆動部５３は、それぞれ対応するロータ５１を回転させるように構成され、推力発生部３１～３４が生み出す推力を個別に変化させることができる。なお、推力発生部３１～３４が生み出す推力は、ロータブレード５１ｂの迎角を変化させることによって変化させてもよい。
なお、前側推力発生部３１、後側推力発生部３２、左側推力発生部３３、及び右側推力発生部３４は、偶数個のロータ５１を含むように構成されている。そして、これら偶数個のロータ５１は、同数のロータ５１を含む２つの群に分けられ、一方の群に属するロータ５１と他方の群に属するロータ５１とは反対方向に回転するように構成されている。本実施の形態において、前側推力発生部３１及び後側推力発生部３２が一方の群に属し、左側推力発生部３３及び右側推力発生部３４が他方の群に属するように構成されている。
支持ビーム駆動部５４（図３，図４参照）は、支持ビーム５２を回動させる駆動部である。支持ビーム駆動部５４は、電動モータ等の駆動源と、駆動源の駆動力を支持ビーム５２に伝達するギヤ、リンク等の駆動力伝達機構とを含む。支持ビーム駆動部５４が前側推力発生部３１及び後側推力発生部３２の支持ビーム５２を回動させることによって、前側推力発生部３１及び後側推力発生部３２のロータ５１のロータ面を左右に傾斜させることができ、推力の向きを左右に傾斜させるように構成されている。また、支持ビーム駆動部５４が左側推力発生部３３及び右側推力発生部３４の支持ビーム５２を回動させることによって、左側推力発生部３３及び右側推力発生部３４のロータ５１のロータ面を前後に傾斜させることができ、推力の向きを前後に傾斜させるように構成されている。前側推力発生部３１、後側推力発生部３２、左側推力発生部３３、及び右側推力発生部３４の支持ビーム駆動部５４は、それぞれ対応する支持ビーム５２を回動させるように構成され、推力発生部３１～３４が生み出す推力の向きを個別に変化させることができる。
このように、機体本体１は、４つの推力発生部３１，３２，３３，３４によって囲まれる領域の略中心に位置するように構成されている。よって、飛行体１００の重心付近に機体本体１を位置させることができ、機体本体１に搭乗する乗員が飛行体１００の姿勢の変化によって大きく揺さぶられることを防止することができ、乗り心地を向上させることができる。
図３は、飛行体１００の制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。図４は、飛行体１００の制御系統の構成例を概略的に示す斜視図である。
図３及び図４に示すように、飛行制御情報検知部５は、飛行体１００に搭載された、飛行体１００の飛行状態及び操縦入力を検出するための情報を検知するセンサである。飛行制御情報検知部５は、例えば、ジャイロセンサ、加速度センサ、速度センサ、ＧＰＳ(Global Positioning System)等の検知器を含み、飛行体１００の位置、速度、及び加速度の
少なくとも何れかを検出し、また、飛行体１００のロール軸周りの姿勢、ピッチ軸周りの姿勢、及びヨー軸周りの姿勢を検出し、また、操縦装置から入力されたコマンドを検出し、検出した情報を出力する。
飛行制御器４は、例えば、ＣＰＵ等の演算器を有する制御部４１と、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリを有する記憶部４２とを備えている。飛行制御情報検知部５から出力された情報は、飛行制御器４に入力される。制御部４１は、集中制御する単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御する複数の制御器で構成されてもよい。飛行制御器４は、記憶部４２に記憶された飛行制御プログラム、及び飛行制御情報検知部５が検知した操縦者が操縦機器に入力した操縦内容を含む飛行制御に関する情報の少なくとも何れかに基づいて、前側推力発生部３１、後側推力発生部３２、左側推力発生部３３、及び右
側推力発生部３４のそれぞれのロータ駆動部５３及び支持ビーム駆動部５４を制御し、飛行体１００のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への３つの力と、ピッチ軸、ロール軸、ヨー軸周りの３つのモーメントを制御する。記憶部４２には、所定の制御プログラムが格納されており、この所定の制御プログラムを制御部４１が実行することにより飛行体１００の飛行制御が行われる。
［動作例］
以下、飛行体１００の飛行制御について詳述する。
図５は、飛行体１００の飛行制御の概要を示す図である。
（Ｘ軸方向への力制御）
飛行体１００をＸ軸方向前側に移動させるときは、飛行制御器４は、左側推力発生部３３及び右側推力発生部３４が生み出す推力の向きを第３軸線Ｒ３及び第４軸線Ｒ４周りにおける機体本体１の前側に傾斜させるように、すなわち左側推力発生部３３及び右側推力発生部３４のロータ面を第３軸線Ｒ３及び第４軸線Ｒ４周りにおける機体本体１の前側に傾斜させるように、左側推力発生部３３を第３軸線Ｒ３周りに回動させ、且つ右側推力発生部３４を第４軸線Ｒ４周りに回動させる。これによって、推力発生ユニット３が生み出す推力にＸ軸方向前側成分を発生させ、飛行体１００をＸ軸方向前側に移動させることができる。
また、飛行体１００をＸ軸方向後側に移動させるときは、飛行制御器４は、左側推力発生部３３及び右側推力発生部３４が生み出す推力の向きを第３軸線Ｒ３及び第４軸線Ｒ４周りにおける機体本体１の後側に傾斜させるように、すなわち左側推力発生部３３及び右側推力発生部３４のロータ面を第３軸線Ｒ３及び第４軸線Ｒ４周りにおける機体本体１の後側に傾斜させるように、左側推力発生部３３を第３軸線Ｒ３周りに回動させ、且つ右側推力発生部３４を第４軸線Ｒ４周りに回動させる。これによって、推力発生ユニット３が生み出す推力にＸ軸方向後側成分を発生させ、飛行体１００をＸ軸方向後側に移動させることができる。
このようにして、飛行体１００のＸ軸方向への移動を制御することができる。
（Ｙ軸方向への力制御）
飛行体１００をＹ軸方向左側に移動させるときは、飛行制御器４は、前側推力発生部３１及び後側推力発生部３２が生み出す推力の向きを第１軸線Ｒ１及び第２軸線Ｒ２周りにおける機体本体１の左側に傾斜させるように、すなわち前側推力発生部３１及び後側推力発生部３２のロータ面を第１軸線Ｒ１及び第２軸線Ｒ２周りにおける機体本体１の左側に傾斜させるように、前側推力発生部３１を第１軸線Ｒ１周りに回動させ、且つ後側推力発生部３２を第２軸線Ｒ２周りに回動させる。これによって、推力発生ユニット３が生み出す推力にＹ軸方向左側成分を発生させ、飛行体１００をＹ軸方向左側に移動させることができる。
飛行体１００をＹ軸方向右側に移動させるときは、飛行制御器４は、前側推力発生部３１及び後側推力発生部３２が生み出す推力の向きを第１軸線Ｒ１及び第２軸線Ｒ２周りにおける機体本体１の右側に傾斜させるように、すなわち前側推力発生部３１及び後側推力発生部３２のロータ面第１軸線Ｒ１及び第２軸線Ｒ２周りにおける機体本体１の右側に傾斜させるように、前側推力発生部３１を第１軸線Ｒ１周りに回動させ、且つ後側推力発生部３２を第２軸線Ｒ２周りに回動させる。これによって、推力発生ユニット３が生み出す推力にＹ軸方向右側成分を発生させ、飛行体１００をＹ軸方向右側に移動させることができる。
このようにして、飛行体１００のＹ軸方向への移動を制御することができる。
（Ｚ軸方向への力制御）
飛行体１００をＺ軸方向上側に移動させるとき（上昇させるとき）は、飛行制御器４は、前側推力発生部３１、後側推力発生部３２、左側推力発生部３３、及び右側推力発生部３４の支持ビーム駆動部５４を駆動してロータ面を上方に向ける。そして、飛行制御器４は、各推力発生部のロータ駆動部５３の回転駆動出力を増大させ、推力発生ユニット３が生み出す推力の上向き成分を増大させる。これによって、飛行体１００を上昇させることができる。
飛行体１００をＺ軸方向下側に移動させるとき（下降させるとき）は、飛行制御器４は、前側推力発生部３１、後側推力発生部３２、左側推力発生部３３、及び右側推力発生部３４の支持ビーム駆動部５４を駆動してロータ面を上方に向ける。そして、飛行制御器４は、各推力発生部のロータ駆動部５３の回転駆動出力を減少させ、推力発生ユニット３が生み出す推力の上向き成分を減少させる。これによって、飛行体１００を下降させることができる。
このようにして、飛行体１００のＺ軸方向への移動を制御することができる。
（ピッチ軸周りのモーメント制御）
機体本体１をピッチ軸周りに回転させるモーメントを生み出すときは、飛行制御器４は、前側推力発生部３１が生み出す推力と後側推力発生部３２が生み出す推力との間に推力差を発生させる。
すなわち、乗員から見て機体本体１をピッチ軸周り前側に回転させるときは、前側推力発生部３１が生み出す推力が後側推力発生部３２が生み出す推力よりも小さくなるように、前側推力発生部３１のロータ駆動部５３の回転駆動出力と後側推力発生部３２のロータ駆動部５３の回転駆動出力とを変化させる。また、乗員から見て機体本体１をピッチ軸周り後側に回転させるときは、後側推力発生部３２が生み出す推力が前側推力発生部３１が生み出す推力よりも小さくなるように、前側推力発生部３１のロータ駆動部５３の回転駆動出力と後側推力発生部３２のロータ駆動部５３の回転駆動出力とを変化させる。このようにして、ピッチ軸周りの機体本体１の姿勢を制御することができる。
なお、前側推力発生部３１が生み出す推力と後側推力発生部３２が生み出す推力との合計の推力を一定に保ちながら、前側推力発生部３１が生み出す推力と後側推力発生部３２が生み出す推力との間に推力差を発生させてもよい。すなわち、一方の推力発生部が生み出す推力は基準となる値に所定の値を加算した推力とし、他方の推力発生部が生み出す推力は基準となる値に所定の値を減算した推力としてもよい。これによって、前側推力発生部３１及び後側推力発生部３２が生み出すＺ軸周り一方側のトルクと、左側推力発生部３３及び右側推力発生部３４が生み出すＺ軸周り他方側のトルクとの釣り合いを保つことができ、ピッチ軸周りの姿勢制御がヨー軸周りの姿勢制御に影響を及ぼすことを防止することができ、飛行体１００の制御を簡素化することができる。後述するロール軸周りのモーメント制御についても同様に制御してもよい。
（ロール軸周りのモーメント制御）
機体本体１をロール軸周りに回転させるモーメントを生み出すときは、飛行制御器４は、左側推力発生部３３が生み出す推力と右側推力発生部３４が生み出す推力との間に推力差を発生させる。
すなわち、乗員から見て機体本体１をロール軸周り左側に回転させるときは、左側推力発生部３３が生み出す推力が右側推力発生部３４が生み出す推力よりも小さくなるように、左側推力発生部３３のロータ駆動部５３の回転駆動出力と右側推力発生部３４のロータ駆動部５３の回転駆動出力とを変化させる。また、乗員から見て機体本体１をロール軸周り右側に回転させるときは、右側推力発生部３４が生み出す推力が左側推力発生部３３が生み出す推力よりも小さくなるように、左側推力発生部３３のロータ駆動部５３の回転駆動出力と右側推力発生部３４のロータ駆動部５３の回転駆動出力とを変化させる。このようにして、ロール軸周りの機体本体１の姿勢を制御することができる。
（ヨー軸周りのモーメント制御）
機体本体１をヨー軸周りに回転させるモーメントを生み出すときは、飛行制御器４は、前側推力発生部３１、後側推力発生部３２、左側推力発生部３３、及び右側推力発生部３４が生み出す推力の向きをそれぞれ支持部２の上下方向に延びる軸周り、すなわちＺ軸周りの円周方向において互いに同一の側に傾斜させ、機体本体１のヨー軸周りの姿勢を制御する。
すなわち、乗員から見て機体本体１をヨー軸周り左側に回転させるときは、前側推力発生部３１が生み出す推力の向きが飛行体１００の左方に傾斜するように、前側推力発生部３１を第１軸線Ｒ１周り左側に回動させ、且つ左側推力発生部３３が生み出す推力の向きが飛行体１００の後方に傾斜するように、左側推力発生部３３を第３軸線Ｒ３周り後側に回動させ、且つ後側推力発生部３２が生み出す推力の向きが飛行体１００の右方に傾斜するように、後側推力発生部３２を第２軸線Ｒ２周り右側に回動させ、且つ右側推力発生部３４が生み出す推力の向きが飛行体１００の前方に傾斜するように、右側推力発生部３４を第４軸線Ｒ４周り前側に回動させる。
また、乗員から見て機体本体１をヨー軸周り右側に回転させるときは、前側推力発生部３１が生み出す推力の向きが飛行体１００の右方に傾斜するように、前側推力発生部３１を第１軸線Ｒ１周り右側に回動させ、且つ左側推力発生部３３が生み出す推力の向きが飛行体１００の前方に傾斜するように、左側推力発生部３３を第３軸線Ｒ３周り前側に回動させ、且つ後側推力発生部３２が生み出す推力の向きが飛行体１００の左方に傾斜するように、後側推力発生部３２を第２軸線Ｒ２周り左側に回動させ、且つ右側推力発生部３４が生み出す推力の向きが飛行体１００の後方に傾斜するように、右側推力発生部３４を第４軸線Ｒ４周り後側に回動させる。
なお、機体本体１のヨー軸周りの姿勢変更は、前側推力発生部３１及び後側推力発生部３２のロータ５１の回転によって生み出されるＺ軸周り一方側のトルクと、左側推力発生部３３及び右側推力発生部３４のロータ５１の回転によって生み出されるＺ軸周り一方側のトルクとの釣り合いを崩すことによって行うこともできる。しかし、本実施の形態において、飛行体１００は、推力発生ユニット３が生み出す推力を用いて機体本体１のヨー軸周りの姿勢制御をおこなうことができるので、上記の釣り合いを崩すことにより制御する場合と比較して、制御力を大きくすることができる。
なお、前側推力発生部３１及び後側推力発生部３２が生み出す推力の向きをそれぞれ支持部２の上下方向に延びる軸周り、すなわちＺ軸周りの円周方向において互いに同一の側に傾斜させ、機体本体１のヨー軸周りの姿勢を制御してもよい。若しくは、左側推力発生部３３、及び右側推力発生部３４が生み出す推力の向きをそれぞれ支持部２の上下方向に延びる軸周り、すなわちＺ軸周りの円周方向において互いに同一の側に傾斜させ、機体本体１のヨー軸周りの姿勢を制御してもよい。
なお、機体本体１のヨー軸周りの姿勢変更は、上記のＺ軸周り一方側のトルクとの釣り
合いを崩す制御を併用してもよい。
以上のように、飛行体１００は、Ｘ軸方向への移動、Ｙ軸方向への移動、Ｚ軸方向への移動、ロール軸周りの機体本体１の姿勢変更、ピッチ軸周りの機体本体１の姿勢変更、ヨー軸周りの機体本体１の姿勢変更に係る６つの制御を互いに独立して制御することができる。すなわち、不必要な機体本体１の姿勢変化を起こさずに機体本体１の位置又は速度を制御することができるので、機体本体１の姿勢を安定させることができる。
図６は、旋回等の機動を含む飛行時における飛行体１００の姿勢制御を示すフローチャートである。
図６に示すように、姿勢制御において、飛行制御器４は、まず、飛行制御情報検知部５が検知した飛行状態と操縦入力情報から飛行体１００の飛行経路を予測する（ステップＳ１１）。
次に、飛行制御器４は、予測した飛行経路に基づき機体本体１が受ける遠心力等の慣性力と重力との合力方向を算出する（ステップＳ１２）。すなわち、予測した飛行経路を飛行体１００が飛行した場合に機体本体１に作用する加速度の向きを算出する。
次に、飛行制御器４は、飛行制御情報検知部５が検知した機体本体１が受けている現在の加速度と、前記予測した加速度とを比較する（ステップＳ１３）。
次に、飛行制御器４は、機体本体１のピッチ軸、及びロール軸周りの少なくとも何れか一方の姿勢を制御し（ステップＳ１４）、算出した合力方向に機体本体１を向ける。すなわち、飛行制御器４は、前記ステップＳ１２において予測した加速度の向きが機体のＺ軸と合致するよう機体本体１のピッチ軸、ロール軸周りの入力量を求め姿勢を制御する。これによって、機体本体１が受ける慣性力と重力との合力方向に機体を傾けることができる。特に、旋回時においては、飛行経路の曲りによる遠心力等の慣性力と重力との合力方向に機体を傾けたまま旋回する釣り合い旋回をおこなうことができる。そして、有人機においては、機体本体１に搭乗する乗員が不快な前後及び左右方向の加速度を感じないようにすることができる。なお、この制御と同時にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への力制御、並びにヨー軸周りの姿勢制御を行ってもよい。
図７は、飛行体１００の飛行シミュレーションの結果を示すタイミングチャートであり、時刻ｔ１において外乱によってロール軸周りに姿勢が乱れた後、時刻ｔ２から行った制御によって飛行体１００が元の位置及び姿勢に復帰するまでの飛行体１００の挙動を示す図である。図７の１段目において飛行体１００のロール軸周りの角度位置の経時的な変化を示し、２段目において飛行体１００のＹ方向の位置の経時的な変化を示し、３段目において飛行体１００の左側推力発生部３３及び右側推力発生部３４の推力の経時的な変化を示し、４段目において飛行体１００の前側推力発生部３１の第１軸線Ｒ１周りの回転角及び後側推力発生部３２の第２軸線Ｒ２周りの回転角の経時的な変化を示している。なお、図７の２段目に示すように、時刻ｔ１において外乱によって機体本体１がロール軸周りに傾いて姿勢が乱れると、これと同時に推力発生ユニット３が生み出す推力の機体本体１の左右方向成分が生じ、飛行体１００がＹ軸方向に移動し、元の位置から外れる。
図８は、図７に示すシミュレーションと同一の条件のシミュレーションを従来の飛行体を用いて行った結果を示すタイミングチャートであり、図７と同様に、時刻ｔ１において外乱によってロール軸周りに姿勢が乱れた後、時刻ｔ２から行った制御によって飛行体１００が元の位置及び姿勢に復帰するまでの従来の飛行体の挙動を示す図である。この従来の飛行体とは、機体本体に対する推力発生ユニットが生み出す推力の向きが所定方向（機
体本体の上方）に固定されている周知の飛行体である。この従来の飛行体がＸ軸、Ｙ軸方向に移動するときは、ピッチ軸、ロール軸周りに姿勢を変更することによって、移動方向への成分を有する推力を生み出すように制御される。図８の１段目において飛行体１００のロール軸周りの角度位置の経時的な変化を示し、２段目において飛行体１００のＹ方向の位置の経時的な変化を示し、３段目において飛行体１００の左側推力発生部３３及び右側推力発生部３４の推力の経時的な変化を示している。
図７に示すように、時刻ｔ２において、飛行制御器４は、左側推力発生部３３が生み出す推力と右側推力発生部３４が生み出す推力との間に推力差を発生させ、機体本体１をロール軸周りに回転させ、機体本体１の姿勢を元の姿勢に復帰させる。図８に示す従来の飛行体と比較して、短時間で元の姿勢に収束させることができることがわかる。これによって、乗員が前後左右に揺さぶられることを抑制することができ、乗り心地を向上させることができる。同時に、飛行制御器４は、前側推力発生部３１及び後側推力発生部３２が生み出す推力の向きを第１軸線Ｒ１及び第２軸線Ｒ２周りに傾斜させ、推力発生ユニット３が生み出す推力の飛行体１００のＹ軸方向成分を生じさせ、飛行体１００をＹ軸方向右側への移動を止めたうえで左側に移動させ、飛行体１００の位置を元の位置に復帰させる。このように、飛行体１００は、姿勢を安定化しつつ、位置又は速度を制御できるので、図８に示す従来の飛行体と比較して、短時間で元の位置に収束させることができることがわかる。また、機体本体１は、移動方向の制御とは別に姿勢を制御することができるので、特に高速前進飛行時において機体本体１が受ける空気抵抗が小さい概略水平姿勢を維持することで機体本体１が受ける空気抵抗を抑制することができる。
更に、ロール軸周りのモーメント制御に用いる推力発生部（左側推力発生部３３及び右側推力発生部３４）とＹ軸方向への力制御に用いる推力発生部（前側推力発生部３１及び後側推力発生部３２）とが異なっているので、ロール軸周りのモーメント制御とＹ軸方向への力制御とを同時におこなう場合における制御力を大きくすることができる。これは、ピッチ軸周りのモーメント制御とＸ軸方向への力制御とを同時に行う場合についても同様である。
以上に説明したように、飛行体１００は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への３つの力の制御と、ピッチ軸、ロール軸、ヨー軸周りの３つのモーメントの制御の６つの制御を個別におこなうことができる。これによって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への位置又は速度の制御に伴って、不必要なピッチ軸、ロール軸、ヨー軸周りの姿勢の変化が生じることを抑制することができる。
また、外乱等により、飛行体１００の位置又は姿勢が乱れたときに、元の位置又は元の姿勢に速やかに復帰させることができる。
＜推力発生ユニットの変形例＞
図９～１１は、推力発生ユニットの変形例を示す図である。
上記実施の形態において、推力発生ユニット３は、機体本体１の前後左右に位置する４つの推力発生部、すなわち前側推力発生部３１と、後側推力発生部３２と、左側推力発生部３３と、右側推力発生部３４とを含む。しかし、これに限られるものではない。
これに代えて、図９に示すように、推力発生ユニット３は、第１前側推力発生部２３１Ａと、第２前側推力発生部２３１Ｂと、第１後側推力発生部２３２Ａと、第２後側推力発生部２３２Ｂと、左側推力発生部３３と、右側推力発生部３４とを含み、機体本体１の前後左右に位置する６つの推力発生部を備えていてもよい。第１前側推力発生部２３１Ａ及び第１後側推力発生部２３２Ａは、Ｘ軸方向に延びる同一の軸線上に位置するように構成されている。また、第２前側推力発生部２３１Ｂ及び第２後側推力発生部２３２Ｂは、Ｘ
軸方向に延びる同一の軸線上に位置するように構成されている。第１前側推力発生部２３１Ａ及び第２前側推力発生部２３１Ｂのその他の構成は、前側推力発生部３１と同様であるのでその詳細な説明を省略する。第１後側推力発生部２３２Ａ及び第２後側推力発生部２３２Ｂのその他の構成は、後側推力発生部３２と同様であるのでその詳細な説明を省略する。
また、図１０に示すように、推力発生ユニット３は、第１前側推力発生部３３１Ａと、第２前側推力発生部３３１Ｂと、第１後側推力発生部３３２Ａと、第２後側推力発生部３３２Ｂと、第１左側推力発生部３３３Ａと、第２左側推力発生部３３３Ｂと、第１右側推力発生部３３４Ａと、第２右側推力発生部３３４Ｂとを含み、機体本体１の前後左右に位置する８つの推力発生部を備えていてもよい。第１左側推力発生部３３３Ａ及び第１右側推力発生部３３４Ａは、Ｙ軸方向に延びる同一の軸線上に位置するように構成されている。また、第２左側推力発生部３３３Ｂ及び第２右側推力発生部３３４Ｂは、Ｙ軸方向に延びる同一の軸線上に位置するように構成されている。第１左側推力発生部３３３Ａ及び第２左側推力発生部３３３Ｂのその他の構成は、左側推力発生部３３と同様であるのでその詳細な説明を省略する。第１右側推力発生部３３４Ａ及び第２右側推力発生部３３４Ｂのその他の構成は、右側推力発生部３４と同様であるのでその詳細な説明を省略する。また、第１前側推力発生部３３１Ａ及び第２前側推力発生部３３１Ｂの構成は、それぞれ第１前側推力発生部２３１Ａ及び第２前側推力発生部２３１Ｂの構成と同様であるのでその詳細な説明を省略する。更に、第１後側推力発生部３３２Ａ及び第２後側推力発生部３３２Ｂの構成は、それぞれ第１後側推力発生部２３２Ａ及び第２後側推力発生部２３２Ｂと同様であるのでその詳細な説明を省略する。
更に、図１１に示すように、推力発生ユニット３の前側推力発生部４３１、後側推力発生部４３２、左側推力発生部４３３及び右側推力発生部４３４は、それぞれ２つのロータ、すなわち、外側ロータ４５１Ａ及び内側ロータ４５１Ｂを備えていてもよい。この場合において、支持ビーム５２は、先端部が外側ロータ４５１Ａに接続され、基端部寄りの部分が内側ロータ４５１Ｂに接続されている。
＜翼部の変形例＞
図１２は、飛行体１００の変形例を示す図であり、飛行体１００の支持ビーム５２と一体的に形成された翼部５５２を有する例を示す斜視図である。
図１２に示すように、支持ビーム５２と一体的に形成された翼部５５２を有していてもよい。翼部５５２は、ロータ５１よりもロータ５１が生み出す空気流の流れ方向下流側に位置し、ロータ５１が生み出す空気流が流れる方向をコード方向（翼弦方向）とする翼形に形成されている。これによって、前進飛行時には左側推力発生部３３及び右側推力発生部３４の前傾に伴って翼部５５２はコード方向が前方に傾斜し、翼部５５２が生み出す揚力によって飛行体１００の重力の多くを支持することができる。なお、翼部５５２は、支持ビーム５２が延びる方向において、根元が支持ビーム５２の基端部に対応する位置に位置し、根元から翼端に向かう部分が支持ビーム５２が延びる方向に延び、翼端が支持ビーム５２の先端部よりもさらに外側まで延びている。
＜支持ビーム駆動部の変形例＞
図１３は、支持ビーム駆動部の変形例を示す図である。
上記実施の形態において、支持ビーム駆動部５４は、電動モータ等のアクチュエータを例示したがこれに限られるものではない。これに代えて、支持ビーム駆動部は、ロータ５１のサイクリックピッチ角を変化させる機構であってもよい。ロータ５１のサイクリックピッチ角を変化させることによって、ロータ自身が発生する空気力により支持ビーム５２
を回動させることができる。
また、図１３に示すように、支持ビーム駆動部は、空力的舵面を有する舵６５４と、舵６５４の舵面迎角をロータ５１が生み出す空気流の流れ方向に対して変更する駆動部とを含む機構であってもよい。舵６５４をロータ５１が生み出す空気流の流れ方向に対して迎角をとることによって空気力を発生させ、支持ビーム５２を回動させるモーメントを生み出し、支持ビーム５２を回動させてもよい。
＜姿勢制御の変形例＞
図１４は、飛行体１００の姿勢制御の変形例を示すフローチャートである。
本変形例において、飛行制御情報検知部５は、飛行体１００が受ける前後及び左右方向慣性力及び操縦装置から入力されたコマンドを検出する。
そして、図１４に示すように、姿勢制御において、飛行制御器４は、まず、飛行制御情報検知部５が検知した飛行状態と操縦入力情報に基づいて、推力発生ユニット３の各推力発生部３１－３４が発生すべき推力の大きさを算出し（ステップＳ２１）、各推力発生部の推力の大きさを制御する（ステップＳ２２）。すなわち、飛行制御器４は、ピッチ軸周りのモーメント制御、ロール軸周りのモーメント制御、及びＺ軸方向への力制御を実施し、飛行体１００が操縦入力に対応した飛行経路をたどるように制御する。
次に、飛行制御器４は、機体本体１が受けている前後及び／又は左右方向加速度が目標とする状態になるように各推力発生装置の向きの調整量を算出し（ステップＳ２３）、各推力発生部の発生する推力の向き（ステップＳ２４）を制御する。すなわち、飛行制御器４は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向への力制御を実施し、機体本体１が受けている加速度状態が目標とする加速度状態に近づくように制御する。
このうち目標とする前後方向の加速度状態は、例えば変動が無い状態である。固定翼部１１の迎角の制御によって、前後方向に加速度が生じる場合があり、目標を変動が無い状態とすることによって、ステップＳ２４に係る制御が迎角の制御と干渉することを防ぐことができる。そして、飛行制御器４は、目標とする加速度状態に近づくように、すなわち前後方向慣性力の変動が少なくなるように、左側推力発生部３３が生み出す推力の向きを第３軸線Ｒ３周り前側又は後側に傾斜させる。更に、飛行制御器４は、右側推力発生部３４が生み出す推力の向きを第４軸線Ｒ４周りに前側及び後側のうち左側推力発生部３３と同じ側に傾斜させる。これによって、推力発生ユニット３が生み出す推力の機体本体１の前後方向成分を制御することができる。なお、固定翼部１１の迎角の制御を実施しない場合においては、目標とする前後方向の加速度をゼロとしてもよい。
また、目標とする左右方向の加速度状態は、例えばゼロである。そして、飛行制御器４は、目標とする加速度状態に近づくように、すなわち、左右方向慣性力の変動が少なくなるように、前側推力発生部３１が生み出す推力の向きを第１軸線Ｒ１周り左側又は右側に傾斜させる。更に、飛行制御器４は、後側推力発生部３２が生み出す推力の向きを第２軸線Ｒ２周りに左側及び右側のうち前側推力発生部３１と同じ側に傾斜させる。これによって、推力発生ユニット３が生み出す推力の機体本体１の左右方向成分を制御することができる。
これによって、飛行体１００は操縦者あるいは自動操縦装置が望んだ飛行経路をたどるために推力発生部の推力の大きさを調整し飛行体１００全体の姿勢を変化させながら飛行し、その操縦の結果やガスト等の外乱の影響を受けて生じた姿勢の乱れを推力発生部の向きを制御することで素早く修正することができる。また、機体本体が受ける前後及び左右
方向慣性力の変動を小さく抑えることができ、乗員の乗り心地が向上するとともに、推力発生部の発生する推力の大きさのみを制御して機体全体の向きを制御する場合と比較し、推力発生部のみの向きを制御することで動かす慣性モーメントが小さくなり、応答性を上げることができる。
（実施の形態２）
図１５は、実施の形態２に係る飛行体２００の構成例を示す斜視図である。
図１５に示すように、本実施の形態において、機体本体１は、操縦者が鞍乗りするためのシート７０１を有する。シート７０１の前方にはハンドル７０２が配設され、操縦者はシート７０１に鞍乗りした上で、ハンドル７０２を握って飛行体２００に載ることができる。これによって、有人の飛行体２００において、機体本体１の構成を簡素化することができ、機体本体１を軽量化することができ、推力発生ユニット３を小型化することができる。また、外乱により機体本体１の姿勢が不安定となったときにおいても、操縦者の姿勢を安定させるとともに、操縦者に機体姿勢の把握を容易にさせることができる。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
Ｒ１ 第１軸線
Ｒ２ 第２軸線
Ｒ３ 第３軸線
Ｒ４ 第４軸線
１ 機体本体
２ 支持部
３ 推力発生ユニット
４ 飛行制御器
３１ 前側推力発生部
３２ 後側推力発生部
３３ 左側推力発生部
３４ 右側推力発生部
１００ 飛行体

Claims (13)

  1. 機体本体と、
    前記機体本体を支持する支持部と、
    前側推力発生部、後側推力発生部、左側推力発生部、及び右側推力発生部を含む推力発生ユニットと、
    前記推力発生ユニットを制御する飛行制御器と、を備え、
    前記前側推力発生部は、前記支持部の前後方向に延びる第１軸線上且つ前記支持部の前方に位置して前記支持部に接続され、前記第１軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第１軸線周りに推力の向きを変更可能であり、
    前記後側推力発生部は、前記支持部の前後方向に延びる第２軸線上且つ前記支持部の後方に位置して前記支持部に接続され、前記第２軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第２軸線周りに推力の向きを変更可能であり、
    前記左側推力発生部は、前記支持部の左右方向に延びる第３軸線上且つ前記支持部の左方に位置して前記支持部に接続され、前記第３軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第３軸線周りに推力の向きを変更可能であり、
    前記右側推力発生部は、前記支持部の左右方向に延びる第４軸線上且つ前記支持部の右方に位置して前記支持部に接続され、前記第４軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第４軸線周りに推力の向きを変更可能であり、
    前記飛行制御器は、前記機体本体が受ける慣性力と重力との合力方向を算出し、前記推力発生ユニットを制御して前記合力方向に前記機体本体を傾斜させる、
    飛行体。
  2. 前記飛行制御器は、
    前記前側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第１軸線周り左側又は右側に傾斜させ且つ前記後側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第２軸線周りに左側及び右側のうち前記前側推力発生部と同じ側に傾斜させて前記推力発生ユニットが生み出す推力の前記機体本体の左右方向成分を制御し、
    前記前側推力発生部が生み出す推力と前記後側推力発生部が生み出す推力との間に推力差を発生させ、前記機体本体のピッチ軸周りの姿勢を制御し、
    前記左側推力発生部が生み出す推力と前記右側推力発生部が生み出す推力との間に推力差を発生させ、前記機体本体のロール軸周りの姿勢を制御し、
    前記合力方向に前記機体本体を傾斜させる、
    請求項１に記載の飛行体。
  3. 前記飛行制御器は、
    前記左側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第３軸線周り前側又は後側に傾斜させ且つ前記右側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第４軸線周りに前側及び後側のうち前記左側推力発生部と同じ側に傾斜させて前記推力発生ユニットが生み出す推力の前記機体本体の前後方向成分を制御する、
    請求項１又は２に記載の飛行体。
  4. 前記飛行制御器は、
    前記前側推力発生部、前記後側推力発生部、前記左側推力発生部及び前記右側推力発生部が生み出す推力の向きをそれぞれ前記支持部の上下方向に延びる軸周りの円周方向において互いに同一の側に傾斜させ、前記機体本体のヨー軸周りの姿勢を制御する、
    請求項１乃至３のいずれか１に記載の飛行体。
  5. 前記機体本体は乗員が搭乗可能である、
    請求項１乃至４の何れか１に記載の飛行体。
  6. 前記前側推力発生部、前記後側推力発生部、前記左側推力発生部及び前記右側推力発生部は、
    それぞれ前記第１軸線、前記第２軸線、前記第３軸線及び前記第４軸線のうち対応する軸線と交差する方向に延びる軸線周りに回転するロータと、
    先端部が前記ロータに接続され且つ基端部が前記支持部に前記対応する軸線周りに回動可能に接続された支持ビームと、
    前記ロータを回転させるロータ駆動部と、前記対応する軸線周りに前記支持ビームを回動させる支持ビーム駆動部と、を含む、
    請求項１乃至５の何れか１に記載の飛行体。
  7. 前記機体本体は、
    操縦者が鞍乗りするためのシートを有する、
    請求項１乃至６の何れか１に記載の飛行体。
  8. 機体本体と、
    前記機体本体を支持する支持部と、
    前側推力発生部、後側推力発生部、左側推力発生部、及び右側推力発生部を含む推力発生ユニットと、
    前記推力発生ユニットを制御する飛行制御器と、を備え、
    前記前側推力発生部は、前記支持部の前後方向に延びる第１軸線上且つ前記支持部の前方に位置して前記支持部に接続され、前記第１軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第１軸線周りに推力の向きを変更可能であり、
    前記後側推力発生部は、前記支持部の前後方向に延びる第２軸線上且つ前記支持部の後方に位置して前記支持部に接続され、前記第２軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第２軸線周りに推力の向きを変更可能であり、
    前記左側推力発生部は、前記支持部の左右方向に延びる第３軸線上且つ前記支持部の左方に位置して前記支持部に接続され、前記第３軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第３軸線周りに推力の向きを変更可能であり、
    前記右側推力発生部は、前記支持部の左右方向に延びる第４軸線上且つ前記支持部の右方に位置して前記支持部に接続され、前記第４軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第４軸線周りに推力の向きを変更可能である、
    飛行体の制御方法であって、
    前記機体本体が受ける慣性力と重力との合力方向を算出するステップと、
    前記推力発生ユニットを制御し前記合力方向に前記機体本体を傾斜させるステップと、
    を備える飛行体の制御方法。
  9. 前記前側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第１軸線周り左側又は右側に傾斜させ且つ前記後側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第２軸線周りに左側及び右側のうち前記前側推力発生部と同じ側に傾斜させて前記推力発生ユニットが生み出す推力の前記機体本体の左右方向成分を制御するステップをさらに備え、
    前記推力発生ユニットを制御し前記合力方向に前記機体本体を傾斜させるステップは、
    前記前側推力発生部が生み出す推力と前記後側推力発生部が生み出す推力との間に推力差を発生させ、前記機体本体のピッチ軸周りの姿勢を制御し、
    前記左側推力発生部が生み出す推力と前記右側推力発生部が生み出す推力との間に推力差を発生させ、前記機体本体のロール軸周りの姿勢を制御する、
    請求項８に記載の飛行体の制御方法。
  10. 前記左側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第３軸線周り前側又は後側に傾斜させ且つ前記右側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第４軸線周りに前側及び後ろ側のうち前記左側推力発生部と同じ側に傾斜させて前記推力発生ユニットが生み出す推力の前記機体本体の前後方向成分を制御するステップをさらに備える、
    請求項８又は９に記載の飛行体の制御方法。
  11. 前記前側推力発生部、前記後側推力発生部、前記左側推力発生部及び前記右側推力発生部が生み出す推力の向きをそれぞれ前記支持部の上下方向に延びる軸周りの円周方向において互いに同一の側に傾斜させ、前記機体本体のヨー軸周りの姿勢を制御するステップを更に備える、
    請求項８乃至１０の何れか１に記載の飛行体の制御方法。
  12. 機体本体と、
    前記機体本体を支持する支持部と、
    前側推力発生部、後側推力発生部、左側推力発生部、及び右側推力発生部を含む推力発生ユニットと、
    飛行状態及び操縦入力情報を検知する飛行制御情報検知部と、
    前記推力発生ユニットを制御する飛行制御器と、を備え、
    前記前側推力発生部は、前記支持部の前後方向に延びる第１軸線上且つ前記支持部の前方に位置して前記支持部に接続され、前記第１軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第１軸線周りに推力の向きを変更可能であり、
    前記後側推力発生部は、前記支持部の前後方向に延びる第２軸線上且つ前記支持部の後方に位置して前記支持部に接続され、前記第２軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第２軸線周りに推力の向きを変更可能であり、
    前記左側推力発生部は、前記支持部の左右方向に延びる第３軸線上且つ前記支持部の左方に位置して前記支持部に接続され、前記第３軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第３軸線周りに推力の向きを変更可能であり、
    前記右側推力発生部は、前記支持部の左右方向に延びる第４軸線上且つ前記支持部の右方に位置して前記支持部に接続され、前記第４軸線と交差する方向に推力を生み出し且つ推力の大きさ及び前記第４軸線周りに推力の向きを変更可能である、飛行体の制御方法であって、
    前記飛行制御情報検知部で検知された前記飛行状態及び前記操縦入力情報に基づいて、前記前側推力発生部、前記後側推力発生部、前記左側推力発生部及び前記右側推力発生部が発生すべき推力の大きさを制御するステップと、
    前記飛行制御情報検知部で検知された前記機体本体が受けている加速度情報に基づいて、前記機体本体が受けている加速度が目標値となるように、前記前側推力発生部、前記後側推力発生部、前記左側推力発生部及び前記右側推力発生部が発生する前記推力の向きを制御するステップとを、備え、
    前記飛行制御情報検知部は、前記機体本体が受ける左右方向慣性力を検出し、
    前記推力の向きを制御するステップは、前記左右方向慣性力がゼロに近づくよう前側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第1軸線周り左側又は右側に傾斜させ且つ後側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第2軸線周りに左側及び右側のうち前記前側推力発生部と同じ側に傾斜させて前記推力発生ユニットが生み出す推力の前記機体本体の左右方向成分を制御するステップを含む、
    飛行体の制御方法。
  13. 前記飛行制御情報検知部は、前記機体本体が受ける前後方向慣性力を検出し、
    前記推力の向きを制御するステップは、
    前記前後方向慣性力の変動が少なくなるよう左側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第３軸線周り前側又は後側に傾斜させ且つ右側推力発生部が生み出す推力の向きを前記第４軸線周りに前側及び後側のうち前記左側推力発生部と同じ側に傾斜させて前記推力発生ユニットが生み出す推力の前記機体本体の前後方向成分を制御するステップを含む、
    請求項１２に記載の飛行体の制御方法。
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