JP7438589B1 - 飛行装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 0007438589000001
【課題】飛行時において、安定性、効率および長時間飛行を高いレベルで両立させる飛行装置を提供する。
【解決手段】飛行装置10は、垂直飛行用ロータ11と、水平飛行用ロータ12と、を有する。垂直飛行用ロータ11は、モータ13により回転される。水平飛行用ロータ12は、エンジン40により駆動的に接続されることで回転する。このようにすることで、垂直飛行用ロータ11がモータ13により回転されることで、離陸時および着陸時においては、モータ13により垂直飛行用ロータ11の回転数を高精度に制御できる。また、水平飛行時においては、エンジン40が駆動的に水平飛行用ロータ12を回転させることで、水平飛行用ロータ12を高効率に回転させることができ、飛行装置10の連続飛行距離を長くすることができる。
【選択図】図2

Description

本発明は、飛行装置に関し、特に、垂直方向および水平方向に沿って飛行することができる飛行装置に関する。
従来から、無人で空中を飛行することが可能な飛行装置が知られている。このような飛行装置は、垂直軸回りに回転するロータの推力で、空中を飛行することを可能としている。
かかる飛行装置の適用分野としては、例えば、輸送分野、測量分野および撮影分野等が考えられる。このような分野に飛行装置を適用する場合は、測量機器や撮影機器を飛行装置に備え付ける。飛行装置をかかる分野に適用させることで、人が立ち入れない地域に飛行装置を飛行させ、そのような地域の輸送、撮影および測量を行うことができる。かかる飛行装置に関する発明は、例えば、特許文献1に記載されている。
また、更なる長距離飛行を実現させるために、特許文献2に記載された飛行装置が開発された。特許文献2に記載された飛行装置は、パラレルハイブリッドドローンと称され、エンジンにより回転するメインロータと、モータにより回転するサブロータと、を有する。メインロータは、回転することで、飛行装置を空中に浮遊させるための推力を発生させる。サブロータは、回転することで、飛行装置の空中における位置姿勢を制御する。
一方、垂直離着陸飛行機と称される飛行装置が開発されている。垂直離着陸飛行機は、VTOL(Vertical Take-Off and Landing)と称される。VTOLは、垂直軸周りにロータを回転させることで、垂直方向に沿って着陸および離陸を行うことが出来る。更に、VTOLは、水平軸周りにロータを回転させることで、水平方向に沿って飛行することができる。VTOLに関する発明の一例は、以下の特許文献3等に記載されている。
特開2012-51545号公報 特開2021-020674号公報 特開2013-32146号公報
しかしながら、前述した各特許文献等に記載された発明では、飛行時における安定性、効率および長時間飛行を、高いレベルで両立させる観点から改善の余地があった。
具体的には、前述した特許文献3に記載されたVTOLは、全てのロータがモータにより電気的に回転される。よって、飛行装置に大容量のバッテリを搭載することが困難なことから、VTOLの連続飛行距離を長くすることは簡単ではない課題があった。また、共通のロータにより、離着陸および水平飛行を行うとなると、ロータの制御が複雑になり、飛行時における安定性を確保することが必ずしも簡単ではない課題があった。
本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、飛行時において、安定性、効率および長時間飛行を高いレベルで両立させる飛行装置を提供することにある。
本発明の飛行装置は、垂直飛行用ロータと、水平飛行用ロータと、発電機と、動力断続部と、を有し、前記垂直飛行用ロータは、モータにより回転され、前記水平飛行用ロータは、エンジンにより駆動的に接続されることで回転し、前記発電機は、前記エンジンにより駆動され、前記動力断続部は、前記エンジンと前記水平飛行用ロータとの間に配設され、前記動力断続部が接続状態となることで、前記エンジンから前記水平飛行用ロータに動力が伝達され、前記動力断続部が断絶状態となることで、前記エンジンから前記水平飛行用ロータに動力が伝達されず、且つ、前記エンジンにより前記発電機が駆動されることを特徴とする。
本発明の飛行装置によれば、飛行時において、安定性、効率および長時間飛行を高いレベルで両立させる飛行装置を提供することが出来る。
本発明の実施形態に係る飛行装置を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る飛行装置のエンジンおよび水平飛行用ロータの近傍を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る飛行装置のエンジンの近傍を示す上面図である。 本発明の他形態に係る飛行装置を示す上面図である。 本発明の他形態に係る飛行装置を示す側面図である。 本発明の他形態に係る飛行装置のエンジンおよび水平飛行用ロータの近傍を示す上面図である。
以下、本発明の実施形態に係る飛行装置10を図面に基づき詳細に説明する。以下の説明では前後左右の各方向を用いる。前方とは飛行装置10が飛行時に進行する方向であり、後方は前方の逆方向である。左右方向とは、飛行装置10を前方から見た場合の左右方向である。また、以下の説明では、同一の部材には原則的に同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
図1は、飛行装置10を示す上面図である。
飛行装置10は、垂直飛行用ロータ11と、水平飛行用ロータ12と、を有すことで、空中を飛行する装置である。具体的には、飛行装置10はVTOLである。飛行装置10は、垂直飛行用ロータ11が回転することで、垂直方向に沿って離陸および着陸を実行することができる。更に、飛行装置10は、水平飛行用ロータ12が回転することで、水平方向に沿って前方に向かって飛行することができる。また、飛行装置10は、ドローン、ハイブリッドドローンまたはパラレルハイブリッドドローンとも称される。
具体的には、飛行装置10は、本体部20と、第1翼部21および第2翼部22と、垂直飛行用ロータ11と、水平飛行用ロータ12と、エンジン40と、を主要に有する。飛行装置10は、これらの機器以外にも、センサやCPU等の伝送機器等、燃料タンク、輸送する荷物等を有する。
本体部20は、合成樹脂板または金属板等から成り、前後方向に沿って伸びる略筒状を呈する部材である。本体部20の内部に、エンジン40、各種電装品、荷物等が収納される。
第1翼部21および第2翼部22は、本体部20から左右方向に沿って伸びる翼状の部位である。第1翼部21は、本体部20の左側面から左方に向かって伸びる。第2翼部22は、本体部20の右側面から右方に向かって伸びる。
垂直飛行用ロータ11は、モータ13により回転されるロータである。垂直飛行用ロータ11は、飛行装置10の離陸時、着陸時、ホバリング時において、垂直軸周りに回転する。垂直飛行用ロータ11がこのように回転することで、飛行装置10は垂直方向に沿って上昇、下降またはホバリングすることができる。垂直飛行用ロータ11は、第1翼部21および第2翼部22の主面である水平面に対して回転軸が垂直となるように、その位置が固定されても良い。更には、垂直飛行用ロータ11は、アクチュエータ等により回転軸を変位できるように構成されても良い。
具体的には、垂直飛行用ロータ11は、第1サブロータ111ないし第4サブロータ114を有する。
第1サブロータ111および第2サブロータ112は、第1翼部21に備えられる。第1サブロータ111は、第1翼部21に設けられた略円形の貫通孔である第1設置孔241の内部に配設される。第1サブロータ111は、第1モータ131により回転される。第2サブロータ112は、第1翼部21に設けられた略円形の貫通孔である第2設置孔242の内部に配設される。第2サブロータ112は、第2モータ132により回転される。
第3サブロータ113および第4サブロータ114は、第2翼部22に備えられる。第3サブロータ113は、第2翼部22に設けられた略円形の貫通孔である第3設置孔243の内部に配設される。第3サブロータ113は、第3モータ133により回転される。第4サブロータ114は、第2翼部22に設けられた略円形の貫通孔である第4設置孔244の内部に配設される。第4サブロータ114は、第4モータ134により回転される。
水平飛行用ロータ12は、エンジン40により駆動的に接続されることで回転するロータである。水平飛行用ロータ12は、飛行装置10の水平飛行時において、本体部20の長軸方向である水平軸周りに回転する。水平飛行用ロータ12がこのように回転することで、飛行装置10は、水平方向に沿って前方に向かって飛行することができる。
水平飛行用ロータ12は、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122を有する。第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122は、本体部20の後端において、左右方向に沿って並列する。第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122が、前後方向に沿う水平軸まわりに回転することで、飛行装置10を前方に向かって推す推力が発生する。
エンジン40の駆動力を、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122に伝達する駆動力伝達構造は、図2を参照して説明する。
演算制御部29は、例えば、CPUであり、飛行装置10に搭載された各センサの出力を受け、垂直飛行用ロータ11や水平飛行用ロータ12等の各機器の動作を制御する。
本実施形態では、垂直飛行用ロータ11がモータ13により回転されることで、離陸時、着陸時およびホバリング時においては、モータ13により垂直飛行用ロータ11の回転数を高精度に制御し、飛行装置10の空中における安定性を確保できる。また、水平飛行時においては、エンジン40が駆動的に水平飛行用ロータ12を回転させることで、水平飛行用ロータ12を高効率に回転させることができ、飛行装置10の連続飛行距離を長くすることができる。
図2は、飛行装置10のエンジン40および水平飛行用ロータ12の近傍における動力伝達構造を示す上面図である。
前述した様に、本実施形態では、水平飛行用ロータ12はエンジン40により駆動される。また、エンジン40と水平飛行用ロータ12との間には、動力断続部25が配設される。
エンジン40の周辺部における駆動構成を説明すると、エンジン40と水平飛行用ロータ12との間には、動力を伝達させる手段として、エンジン側駆動軸18、動力断続部25、動力伝達部16およびロータ用駆動軸17が配設される。更に、エンジン40の近傍には、エンジン40により駆動される発電機15が配設される。
エンジン40は、後述する様に、対向配置することで低振動が実現された第1エンジン部41および第2エンジン部42を有する。第1エンジン部41は、第1水平飛行用ロータ121および発電機151を駆動させるための回転駆動力を発生する。第2エンジン部42は、第2水平飛行用ロータ122および発電機152を駆動させるための回転駆動力を発生する。エンジン40の具体構造は、図3を参照して説明する。
エンジン側駆動軸18は、後述するエンジン40のクランクシャフトと接続して回転する駆動軸である。エンジン40からは、エンジン側駆動軸18として、第1エンジン側駆動軸181と、第2エンジン側駆動軸182と、が導出する。
第1エンジン側駆動軸181は、後述する第1エンジン部41の第1クランクシャフト412と接続され、第1水平飛行用ロータ121を回転させる回転駆動力を伝達させる駆動軸である。第1エンジン側駆動軸181は、その前方側部分である第1前側駆動軸1811と、その後方側部分である第1後側駆動軸1812と、を有する。第1前側駆動軸1811と第1後側駆動軸1812との間に、後述する第1動力断続部251が配設される。また、第1後側駆動軸1812の後端に第2プーリ232が相対回転不能に接続される。
第2エンジン側駆動軸182は、後述する第2エンジン部42の第2クランクシャフト422と接続され、第2水平飛行用ロータ122を回転させる回転駆動力を伝達させる駆動軸である。第2エンジン側駆動軸182は、その前方側部分である第2前側駆動軸1821と、その後方側部分である第2後側駆動軸1822と、を有する。第2前側駆動軸1821と第2後側駆動軸1822との間に、後述する第2動力断続部252が配設される。また、第2後側駆動軸1822の後端に、第3プーリ233が相対回転不能に接続される。
動力断続部25は、エンジン40と水平飛行用ロータ12との間に配置され、エンジン40から水平飛行用ロータ12に伝達される動力の断続を行う機器である。動力断続部25としては、クラッチを採用でき、具体的には、電磁クラッチまたは遠心クラッチ等を採用できる。動力断続部25は、第1動力断続部251および第2動力断続部252を有する。
第1動力断続部251は、第1前側駆動軸1811と第1後側駆動軸1812との間に配設される。第1動力断続部251が接続状態となることで、第1前側駆動軸1811から第1後側駆動軸1812に回転駆動力が伝達される。一方、第1動力断続部251が断絶状態となることで、第1前側駆動軸1811から第1後側駆動軸1812に回転駆動力が伝達されない。
第2動力断続部252は、第2前側駆動軸1821と第2後側駆動軸1822との間に配設される。第2動力断続部252が接続状態となることで、第2前側駆動軸1821から第2エンジン側駆動軸182に回転駆動力が伝達される。一方、第2動力断続部252が断絶状態となることで、第2前側駆動軸1821から第2後側駆動軸1822に回転駆動力が伝達されない。
ロータ用駆動軸17は、第1ロータ用駆動軸171と、第2ロータ用駆動軸172と、を有する。
第1ロータ用駆動軸171は、第1水平飛行用ロータ121を回転させる略棒状の部材である。第1ロータ用駆動軸171の後方端部には、第1水平飛行用ロータ121が相対回転不能に接続される。第1ロータ用駆動軸171の前方端部には、第1プーリ231が相対回転不能に接続される。
第2ロータ用駆動軸172は、第2水平飛行用ロータ122を回転させる略棒状の部材である。第2ロータ用駆動軸172の後方端部には、第2水平飛行用ロータ122が相対回転不能に接続される。第2ロータ用駆動軸172の前方端部には、第4プーリ234が相対回転不能に接続される。
動力伝達部16は、第1動力伝達部161と、第2動力伝達部162と、を有する。第1動力伝達部161および第2動力伝達部162としては、例えば、ベルト、伝達棒、ギア列等を採用できる。本実施形態では、第1動力伝達部161および第2動力伝達部162として、ベルトを例示する。
第1動力伝達部161は、第1ロータ用駆動軸171または第1エンジン側駆動軸181の軸方向に対して交わる方向に沿って伸びるように構成される。具体的には、第1ロータ用駆動軸171または第1エンジン側駆動軸181の軸方向は、前後方向に沿って伸びる。また、第1動力伝達部161は左右方向に沿って伸びる。よって、ここでは、第1ロータ用駆動軸171または第1エンジン側駆動軸181の軸方向と、第1動力伝達部161とは直交する。このようにすることで、第1ロータ用駆動軸171を左方側に配置できる。具体的には、ベルトである第1動力伝達部161は、第1プーリ231と第2プーリ232との間に掛け渡される。かかる構成により、第1動力伝達部161は、第1ロータ用駆動軸171と第1エンジン側駆動軸181とを駆動的に接続する。
第2動力伝達部162は、第2ロータ用駆動軸172または第2エンジン側駆動軸182の軸方向に対して交わる方向に沿って伸びるように構成される。具体的には、第2ロータ用駆動軸172または第2エンジン側駆動軸182の軸方向は、前後方向に沿って伸びる。また、第2動力伝達部162は左右方向に沿って伸びる。よって、ここでは、第2ロータ用駆動軸172または第2エンジン側駆動軸182の軸方向と、第2動力伝達部162とは、直交する。このようにすることで、第2ロータ用駆動軸172を右方側に配置できる。具体的には、ベルトである第2動力伝達部162は、第3プーリ233と第4プーリ234との間に掛け渡される。かかる構成により、第2動力伝達部162は、第2ロータ用駆動軸172と第2エンジン側駆動軸182とを駆動的に接続する。
第1動力伝達部161および第2動力伝達部162が、各ロータ用駆動軸17および各エンジン側駆動軸18に対して直交する方向に沿って伸びることにより、第1ロータ用駆動軸171と第2ロータ用駆動軸172とを離間させることが出来る。具体的には、第1ロータ用駆動軸171と第2ロータ用駆動軸172との距離をL10とし、第1水平飛行用ロータ121の半径をL11とし、第2水平飛行用ロータ122の半径をL12とする。この場合、L10は、L11とL12とを加算した長さよりも長くされる。このようにすることで、第1水平飛行用ロータ121と第2水平飛行用ロータ122とを充分に離し、回転時において第1水平飛行用ロータ121と第2水平飛行用ロータ122とが、物理的に接触することを抑制し、更には、空力的に干渉することも抑制できる。
発電機15は、エンジン40の駆動力を用いて発電する機器である。発電機15は、発電機151と、発電機152と、を有する。発電機151は、発電機側駆動軸261を介して、後述する第1エンジン部41の第1クランクシャフト412と接続する。発電機152は、発電機側駆動軸262を介して、後述する第2エンジン部42の第2クランクシャフト422と接続する。発電機151および発電機152が発電した電力により、前述した垂直飛行用ロータ11は回転する。
以下に、エンジン40が水平飛行用ロータ12を回転させる動作を説明する。
先ず、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122を回転させる場合、第1動力断続部251および第2動力断続部252は接続状態となる。この状態でエンジン40を運転すると、第1エンジン部41が回転することで発生した回転駆動力は、第1前側駆動軸1811、第1動力断続部251、第1後側駆動軸1812、第1動力伝達部161および第1ロータ用駆動軸171の順番で伝達し、第1水平飛行用ロータ121を回転させる。また、第1エンジン部41の回転駆動力は発電機側駆動軸261を経由して発電機151にも伝達し、発電機151は発電動作を実行する。一方、第2エンジン部42が回転することで発生した回転駆動力は、第2前側駆動軸1821、第2動力断続部252、第2後側駆動軸1822、第2動力伝達部162および第2ロータ用駆動軸172の順番で伝達し、第2水平飛行用ロータ122を回転させる。また、第2エンジン部42の回転駆動力は発電機側駆動軸262を介して発電機152にも伝達し、これにより発電機152は発電動作を実行する。第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122が回転することにより、飛行装置10を前方に向かって飛行させるための推力が得られる。
一方、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122を回転させない場合、第1動力断続部251および第2動力断続部252は断絶状態となる。よって、第1エンジン部41および第2エンジン部42が回転することで発生する動力の全てを、発電機151および発電機152に割り当て、発電量を大きくすることができる。
図3は、飛行装置10のエンジン40の近傍を示す上面図である。エンジン40は、対向型エンジンである。
エンジン40は、第1エンジン部41と、第1エンジン部41に対して対向するように配置された第2エンジン部42と、を有する。第1エンジン部41および第2エンジン部42は、ケーシングブロック43の内部に収納される。
第1エンジン部41は、第1ピストン411と、第1クランクシャフト412と、第1コネクティングロッド413とを有する。第1コネクティングロッド413は、第1ピストン411と第1クランクシャフト412とを回転可能に接続する。
第2エンジン部42は、第2ピストン421と、第2クランクシャフト422と、第2コネクティングロッド423と、を有する。第2コネクティングロッド423は、第2ピストン421と第2クランクシャフト422とを回転可能に接続する。
また、第1クランクシャフト412は、その前端部が発電機側駆動軸261に接続し、その後端部が第1エンジン側駆動軸181に接続する。第2クランクシャフト422は、その前端部が発電機側駆動軸262に接続し、その後端部が第2エンジン側駆動軸182に接続する。
シリンダ44の内部に第1ピストン411および第2ピストン421が配置される。また、シリンダ44の内部において、第1ピストン411と第2ピストン421とにより挟まれる空間が燃焼室45である。第1ピストン411および第2ピストン421は、シリンダ44の内部で対向するように往復運動する。係る運動により、第1クランクシャフト412および第2クランクシャフト422は回転する。第1クランクシャフト412の回転方向と、第2クランクシャフト422の回転方向とは、逆となる。
エンジン40は、対向配置された第1エンジン部41および第2エンジン部42を有することで、運転時における振動が極めて小さくなる。よって、飛行装置10に搭載される各種センサ、例えば加速度センサ、方位センサ等がエンジン40の運転時に発生する振動により誤作動することが抑制される。
図1ないし図3に示した構成の飛行装置10は、次のように、垂直離陸、ホバリング、水平飛行および垂直着陸を実行する。
垂直離陸では、図1を参照して、第1モータ131ないし第4モータ134が、第1サブロータ111ないし第4サブロータ114を所定の回転速度で回転させる。このようにすることで、飛行装置10は、地面等の着陸面から浮遊して所定の高度に達するまで上昇する。上昇に伴い、演算制御部29は、各センサの出力に基づき、飛行装置10の空中における位置姿勢が所定のものとなるように、第1モータ131ないし第4モータ134の回転速度を個別に制御する。また、図2を参照して、演算制御部29は、垂直離陸の際には、動力断続部25を断絶状態にすることで、エンジン40の駆動力は水平飛行用ロータ12に伝達されないことから、水平飛行用ロータ12は回転しない。このようにすることで、エンジン40の駆動力の全てまたは大部分を、発電機15に供給することができる。よって、発電機15が発電する電力量を増大させ、第1モータ131ないし第4モータ134を高速で駆動させ、第1サブロータ111ないし第4サブロータ114を高速で回転させることで、飛行装置10を高速に離陸させることができる。垂直離陸では、エンジン40が発電する電力を、バッテリを経由することなく、第1モータ131ないし第4モータ134に直接的に供給する。係る事項は、ホバリング時および着陸時においても同様である。
ホバリングでは、演算制御部29の指示に基づき、第1モータ131ないし第4モータ134を回転させることで、第1モータ131ないし第4モータ134を所定の速度で回転させる。また、演算制御部29は、飛行装置10の空中における位置姿勢が所定のものとなるように、第1モータ131ないし第4モータ134の回転速度を個別に調整する。このようにすることで、飛行装置10は、空中において、高度および位置姿勢を一定とするホバリングを実行できる。ホバリングにおいても、演算制御部29は、第1動力断続部251および第2動力断続部252を断絶状態とし、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122を回転させない。よって、第1エンジン部41および第1エンジン部41が運転されることで発生する動力の全てを用いて、発電機151および発電機152は発電することができる。
垂直離陸から水平飛行に移行する際には、演算制御部29は、第1動力断続部251および第2動力断続部252を接続状態にする。これにより、図2を参照して、エンジン40の第1エンジン部41の回転駆動力は、第1エンジン側駆動軸181、第1動力伝達部161および第1ロータ用駆動軸171を経由し、第1水平飛行用ロータ121に伝達される。これにより、第1水平飛行用ロータ121は所定の回転速度で回転する。同様に、エンジン40の第2エンジン部42の回転駆動力は、第2エンジン側駆動軸182、第2動力伝達部162および第2ロータ用駆動軸172を経由して、第2水平飛行用ロータ122に伝達される。これにより、第2水平飛行用ロータ122は所定の回転速度で回転する。第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122が回転し始めることにより、飛行装置10は水平走行に沿って前方に向かって移動し始める。この時、演算制御部29は、第1モータ131ないし第4モータ134の回転を続行させ、第1サブロータ111ないし第4サブロータ114は回転を続行する。このようにすることで、演算制御部29は、第1サブロータ111ないし第4サブロータ114の回転により安定的に浮遊しながら、水平方向を開始させる。
水平飛行では、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122が高速で回転することにより、飛行装置10は水平走行に沿って高速で飛行することができる。この時、演算制御部29は、第1モータ131ないし第4モータ134を回転させないことにより、第1サブロータ111ないし第4サブロータ114は停止状態とされる。
水平飛行から垂直着陸に移行する際には、演算制御部29は、エンジン40の出力を低くすることにより、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122の回転速度を遅くする。これにより、飛行装置10の移動速度が遅くなる。同時に、演算制御部29は、第1モータ131ないし第4モータ134を回転駆動させ、第1サブロータ111および第4サブロータ114を回転させることで、所定の浮遊力を得る。
垂直着陸では、演算制御部29は、第1モータ131および第4モータ134の回転数を調整することで、第1サブロータ111ないし第4サブロータ114を所定の回転速度で回転させる。これにより、飛行装置10は地面に着陸するまで徐々に高度を下げる。この際、演算制御部29は、第1動力断続部251および第2動力断続部252を断絶状態とすることにより、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122を回転させない。このようにすることで、エンジン40の回転動力を、発電機151および発電機152に多く配分し、発電量を高めることができる。よって、発電機151および発電機152が発電する大きな電力により、第1モータ131ないし第4モータ134を安定的に回転させることができる。
図4ないし図6を参照して、他の形態に係る飛行装置10の構成を説明する。図4ないし図6に示す飛行装置10の基本構成および基本動作は、図1に示したものと同様である。図4ないし図6に示す飛行装置10は、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122が本体部20の後端側で積層配置される。係る事項を中心に、以下の説明を行う。
図4は、他形態に係る飛行装置10を示す上面図である。図5は、他形態に係る飛行装置10を示す側面図である。
図4および図5を参照して、飛行装置10は、水平飛行用ロータ12として、積層配置された第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122を有する。かかる構成を有する水平飛行用ロータ12は、プッシャーとも称される。第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122は、エンジン40により回転駆動される。
飛行装置10は、本体部20、第1翼部21および第2翼部22を有する。また、第1翼部21の下部にアウトリガ301が配置され、第2翼部22の下部にアウトリガ302が配置される。
飛行装置10は、図1に示したものと同様に、第1サブロータ111ないし第4サブロータ114、および、第1モータ131ないし第4モータ134を有する。第1サブロータ111および第1モータ131は、アウトリガ301の前方部分に配置される。第2サブロータ112および第2モータ132は、アウトリガ301の後方部分に配置される。第3サブロータ113および第3モータ133は、アウトリガ302の前方部分に配置される。第4サブロータ114および第4モータ134は、アウトリガ302の後方部分に配置される。
第1翼部21および第2翼部22の内部には、燃料を貯留するためのブラダタンクが配置される。更に、本体部20の内部には、演算制御部29等の制御系を構成する各機器、飛行装置10が輸送する輸送貨物、飛行装置10の構成する各電気機器に電力を供給するバッテリ等が配設される。
図5を参照して、本体部20の下部には脚部28が設置される。脚部28は、飛行装置10の着陸時に地面に接する部位である。
図6は、他形態に係る飛行装置10のエンジン40および水平飛行用ロータ12の近傍を示す上面図である。図6に示したエンジン40および水平飛行用ロータ12の基本構成および基本動作は、図2を参照して説明したものと同様である。
ここでは、エンジン40と水平飛行用ロータ12とを駆動的に接続する駆動軸19が示されている。駆動軸19は、エンジン40と第1水平飛行用ロータ121とを駆動的に接続する第1駆動軸191と、エンジン40と第2水平飛行用ロータ122とを駆動的に接続する第2駆動軸192と、を有する。かかる構成を以下に詳述する。
発電機151は、第1エンジン部41の後方側に配置され、第1エンジン側駆動軸181により回転駆動される。具体的には、発電機151は、図示しない回転子を有し、この回転子が第1エンジン側駆動軸181に対して回転不可能に接続される。係る構成により、第1エンジン側駆動軸181と共に、発電機151に内蔵された回転子が回転することにより、発電機151による発電が行われる。
発電機152の構成は、発電機151と同様である。具体的には、発電機152は、第2エンジン部42の後方側に配置され、第2エンジン側駆動軸182により回転駆動される。発電機152は、図示しない回転子を有し、この回転子が第2エンジン側駆動軸182に対して回転不可能に接続される。係る構成により、第2エンジン側駆動軸182と共に、発電機152に内蔵された回転子が回転することにより、発電機152による発電が行われる。
駆動軸19は、エンジン40から発生する駆動力により回転することで、前述した水平飛行用ロータ12を回転させる略軸状の部材である。駆動軸19は、第1エンジン部41により回転する第1駆動軸191と、第2エンジン部42により回転する第2駆動軸192と、を有する。駆動軸19は、メカニカルに同軸反転する機構を有する。
第1駆動軸191は、その後端が第1水平飛行用ロータ121に接続されることにより、第1水平飛行用ロータ121を回転させる。第1駆動軸191の前端近傍は、第1ベルト271を介して、第1エンジン側駆動軸181と駆動的に接続されている。即ち、第1エンジン部41により発生した回転駆動力は、第1エンジン側駆動軸181および第1ベルト271を経由して、第1駆動軸191に伝達される。
第2駆動軸192は、その後端が第2水平飛行用ロータ122に接続されることにより、第2水平飛行用ロータ122を回転させる。第2駆動軸192の前端近傍は、第2ベルト272を介して、第2エンジン側駆動軸182と駆動的に接続されている。即ち、第2エンジン部42により発生した回転駆動力は、第2エンジン側駆動軸182および第2ベルト272を経由して、第2駆動軸192に伝達される。
第1駆動軸191と第2駆動軸192とは、同軸的に配置される。具体的には、第1駆動軸191は、中空構造を有し、第2駆動軸192は、第1駆動軸191の内部に配置される。第1駆動軸191の内部には略円柱形状の空間が形成され、第2駆動軸192は係る空間を貫通している。また、第2駆動軸192の後端は、第1駆動軸191の後端よりも後方側に配置される。更に、第2駆動軸192の前端は、第1駆動軸191の前端よりも前方側に配置される。更にまた、第1駆動軸191と第2駆動軸192とは、同軸反転構造を形成している。
第1ベルト271は、第1エンジン側駆動軸181の回転駆動力を、第1駆動軸191に伝達する。具体的には、第1ベルト271は、第8プーリ238と第7プーリ237との間に掛け渡される。第8プーリ238は、第1エンジン側駆動軸181の後端部に、相対回転不能に接続される。第7プーリ237は、第1駆動軸191の前端に、相対回転不能に接続される。第1ベルト271は、第8プーリ238と第7プーリ237との間に架設される。係る構成により、飛行装置10の飛行時において、第1エンジン部41が運転されることにより、第1エンジン側駆動軸181および第8プーリ238が回転する。また、第8プーリ238の回転駆動力が、第1ベルト271を介して、第7プーリ237に伝達する。これにより、第1駆動軸191および第1水平飛行用ロータ121が回転する。
第2ベルト272の構成は、第1ベルト271と同様である。即ち、第2ベルト272は、第2エンジン側駆動軸182の回転駆動力を、第2駆動軸192に伝達する。第5プーリ235は、第2エンジン側駆動軸182の後端部に、相対回転不能に接続される。第6プーリ236は、第2駆動軸192の中間部に、相対回転不能に接続される。第2ベルト272は、第5プーリ235と第6プーリ236との間に架設される。係る構成により、飛行装置10の飛行時において、第2エンジン部42が運転されることにより、第2エンジン側駆動軸182および第5プーリ235が回転する。また、第5プーリ235の回転駆動力が、第2ベルト272を介して、第6プーリ236に伝達する。これにより、第2駆動軸192および第2水平飛行用ロータ122が回転する。
ここでも、エンジン側駆動軸18には、動力断続部25を介装することができる。動力断続部25は、第1動力断続部251および第2動力断続部252を有する。
第1動力断続部251は、第1エンジン側駆動軸181の途中部分であって、発電機151と第8プーリ238との間に介装される。第1動力断続部251が接続状態となることで、第1エンジン部41が運転されることで発生する回転動力により、第1エンジン側駆動軸181を介して、第1駆動軸191および第1水平飛行用ロータ121を回転させることができる。同時に発電機151による発電も行われる。一方、第1動力断続部251が断絶状態となることで、第1エンジン部41が運転されることで発生する回転動力は、第1駆動軸191および第1水平飛行用ロータ121には伝達されず、第1駆動軸191および第1水平飛行用ロータ121は回転しない。係る断絶状態であっても、発電機151による発電は続行される。
第2動力断続部252は、第2エンジン側駆動軸182の途中部分であって、発電機152と第5プーリ235との間に介装される。第2動力断続部252が接続状態となることで、第2エンジン部42が運転されることで発生する回転動力により、第2エンジン側駆動軸182を介して、第2駆動軸192および第2水平飛行用ロータ122を回転させることができる。同時に、発電機152による発電も行われる。一方、第2動力断続部252が断絶状態となることで、第2エンジン部42が運転されることで発生する回転動力は、第2駆動軸192および第2水平飛行用ロータ122には伝達されず、第2駆動軸192および第2水平飛行用ロータ122は回転しない。係る断絶状態であっても、発電機152による発電は続行される。
図4ないし図6に記載された飛行装置10の動作は、図1ないし図3に示された飛行装置10と同様である。具体的には、図4ないし図6に示した構成の飛行装置10は、次のように、垂直離陸、ホバリング、水平飛行および垂直着陸を実行する。
垂直離陸では、図4を参照して、第1モータ131ないし第4モータ134が、第1サブロータ111ないし第4サブロータ114を所定の回転速度で回転させる。このようにすることで、飛行装置10は、地面等の着陸面から浮遊して所定の高度に達するまで上昇する。上昇に伴い、演算制御部29は、各センサの出力に基づき、飛行装置10の空中における位置姿勢が所定のものとなるように、第1モータ131ないし第4モータ134の回転速度を個別に制御する。また、演算制御部29は、垂直離陸の際には、図6に示した第1動力断続部251および第2動力断続部252を断絶状態にすることで、第1エンジン部41および第2エンジン部42の駆動力は、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122に伝達されないことから、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122は回転しない。このようにすることで、第1エンジン部41および第2エンジン部42の駆動力の全てまたは大部分を、発電機151および発電機152に供給することができる。よって、発電機151および発電機152が発電する電力量を増大させ、第1モータ131ないし第4モータ134を高速で駆動させ、第1サブロータ111ないし第4サブロータ114を高速で回転させることで、飛行装置10を高速に離陸させることができる。垂直離陸では、エンジン40が発電する電力を、バッテリを経由することなく、第1モータ131ないし第4モータ134に直接的に供給することができる。係る事項は、ホバリング時および着陸時においても同様である。
ホバリングでは、演算制御部29の指示に基づき、第1モータ131ないし第4モータ134を回転させることで、第1モータ131ないし第4モータ134を所定の速度で回転させる。また、演算制御部29は、飛行装置10の空中における位置姿勢が所定のものとなるように、第1モータ131ないし第4モータ134の回転速度を個別に調整する。このようにすることで、飛行装置10は、空中において、高度および位置姿勢を一定とするホバリングを実行できる。ホバリングにおいても、演算制御部29は、第1動力断続部251および第2動力断続部252を断絶状態とし、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122を回転させない。よって、第1エンジン部41および第1エンジン部41が運転されることで発生する動力の全てを用いて、発電機151および発電機152は発電することができる。
垂直離陸から水平飛行に移行する際には、演算制御部29は、第1動力断続部251および第2動力断続部252を接続状態にする。これにより、図6を参照して、エンジン40の第1エンジン部41の回転駆動力は、第1エンジン側駆動軸181、第1動力断続部251および第1ベルト271を経由し、第1水平飛行用ロータ121に伝達される。これにより、第1水平飛行用ロータ121は所定の回転速度で回転する。同様に、エンジン40の第2エンジン部42の回転駆動力は、第2エンジン側駆動軸182、第2動力断続部252および第2ベルト272を経由して、第2水平飛行用ロータ122に伝達される。これにより、第2水平飛行用ロータ122は所定の回転速度で回転する。第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122が回転し始めることにより、飛行装置10は水平方向に沿って、即ち前方に向かって移動し始める。この時、演算制御部29は、第1モータ131ないし第4モータ134の回転を続行させ、第1サブロータ111ないし第4サブロータ114は回転を続行する。このようにすることで、演算制御部29は、第1サブロータ111ないし第4サブロータ114の回転により安定的に浮遊しながら、水平方向を開始させる。
水平飛行では、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122が高速で回転することにより、飛行装置10は水平方向、即ち前方向に沿って高速で飛行することができる。この時、演算制御部29は、第1モータ131ないし第4モータ134を回転させないことにより、第1サブロータ111ないし第4サブロータ114は停止状態とされる。
水平飛行から垂直着陸に移行する際には、演算制御部29は、エンジン40の出力を低くすることにより、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122の回転速度を遅くする。これにより、飛行装置10の移動速度が遅くなる。同時に、演算制御部29は、第1モータ131ないし第4モータ134を回転駆動させ、第1サブロータ111および第4サブロータ114を回転させることで、所定の浮遊力を得る。
垂直着陸では、演算制御部29は、第1モータ131および第4モータ134の回転数を調整することで、第1サブロータ111ないし第4サブロータ114を所定の回転速度で回転させる。これにより、飛行装置10は地面に着陸するまで徐々に高度を下げる。この際、演算制御部29は、第1動力断続部251および第2動力断続部252を断絶状態とすることにより、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122を回転させない。このようにすることで、エンジン40の回転動力を、発電機151および発電機152に多く配分し、発電量を高めることができる。よって、発電機151および発電機152が発電する大きな電力により、第1モータ131ないし第4モータ134を安定的に回転させることができる。
前述した実施形態によれば、以下の効果を主に奏することができる。
図2を参照して、第1水平飛行用ロータ121を第1エンジン部41により回転させ、第2水平飛行用ロータ122を第2エンジン部42により回転されることにより、第1水平飛行用ロータ121および第2水平飛行用ロータ122を、個別に且つ高効率に回転させることができる。
図2を参照して、垂直飛行用ロータ11が回転することにより離陸または着陸する際には、動力断続部25により水平飛行用ロータ12への動力伝達を遮断することで、エンジン40の動力を発電等に利用することができる。一方、水平飛行用ロータ12により水平飛行を行う際には、動力断続部25により動力を伝達させることにより、エンジン40により水平飛行用ロータ12を高効率に回転させることができる。
図2を参照して、離陸時、ホバリングおよび着陸時等において、動力断続部25が断絶状態の際に、エンジン40の駆動力を発電機15に多く割り当てることができ、発電機15からの発電量を大きくし、他のロータの回転等に電力を割り当てることができる。
図2を参照して、第1動力伝達部161および第2動力伝達部162が、各ロータ用駆動軸17および各エンジン側駆動軸18に対して直交する方向に沿って伸びることにより、第1ロータ用駆動軸171と第2ロータ用駆動軸172とを離間させることが出来る。よって、第1水平飛行用ロータ121と第2水平飛行用ロータ122とが回転時に干渉することを抑制できる。
図6を参照して、重畳するように配置された第1水平飛行用ロータ121と第2水平飛行用ロータ122を有することにより、効果的に水平飛行を実行することができる。
図6を参照して、第1駆動軸191と第2駆動軸192とが同軸的に配置されることにより、重畳配置される第2水平飛行用ロータ122および第2水平飛行用ロータ122を、効果的に回転動作させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、前述した各形態は相互に組み合わせることが可能である。
前述した実施形態から把握できる発明をその効果と共に下記する。
本発明の飛行装置は、垂直飛行用ロータと、水平飛行用ロータと、を有し、前記垂直飛行用ロータは、モータにより回転され、前記水平飛行用ロータは、エンジンにより駆動的に接続されることで回転することを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、垂直飛行用ロータがモータにより回転されることで、離陸時および着陸時においては、モータにより垂直飛行用ロータの回転数を高精度に制御できる。また、水平飛行時においては、エンジンが駆動的に水平飛行用ロータを回転させることで、水平飛行用ロータを高効率に回転させることができ、飛行装置の連続飛行距離を長くすることができる。
また、本発明の飛行装置では、前記エンジンと前記水平飛行用ロータとの間には、動力断続部が配設されることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、垂直飛行用ロータが回転することにより離陸または着陸する際には、動力断続部により水平飛行用ロータへの動力伝達を遮断することで、エンジンの動力を発電等に積極的に利用することができる。一方、水平飛行用ロータにより水平飛行を行う際には、動力断続部により動力を伝達させることにより、エンジンにより水平飛行用ロータを高効率に回転させ、飛行装置の高速運行を可能とし、連続飛行距離を延長することができる。
また、本発明の飛行装置では、前記エンジンにより駆動される発電機を、更に具備することを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、動力断続部が断絶状態の際に、エンジンの駆動力を発電機に多く割り当てることができ、発電機からの発電量を大きくし、他のロータの回転等に電力を割り当てることができる。
また、本発明の飛行装置では、動力伝達部と、ロータ用駆動軸と、を更に具備し、前記水平飛行用ロータは、第1水平飛行用ロータと、第2水平飛行用ロータと、を有し、前記動力伝達部は、第1動力伝達部と、第2動力伝達部と、を有し、前記ロータ用駆動軸は、第1ロータ用駆動軸と、第2ロータ用駆動軸と、を有し、前記第1水平飛行用ロータは、前記第1ロータ用駆動軸を介して回転され、前記第2水平飛行用ロータは、前記第2ロータ用駆動軸を介して回転され、前記エンジンからは、第1エンジン側駆動軸と、第2エンジン側駆動軸と、が導出し、前記第1動力伝達部は、前記第1ロータ用駆動軸または前記第1エンジン側駆動軸の軸方向に対して交わる方向に沿って伸びるように構成され、且つ、前記第1ロータ用駆動軸と前記第1エンジン側駆動軸とを駆動的に接続し、前記第2動力伝達部は、前記第2ロータ用駆動軸または前記第2エンジン側駆動軸の軸方向に対して交わる方向に沿って伸びるように構成され、且つ、前記第2ロータ用駆動軸と前記第2エンジン側駆動軸とを駆動的に接続することを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、第1動力伝達部および第2動力伝達部が、各ロータ用駆動軸および各エンジン側駆動軸に対して、例えば直交する方向に沿って伸びることにより、第1ロータ用駆動軸と第2ロータ用駆動軸とを離間させることが出来る。よって、第1水平飛行用ロータと第2水平飛行用ロータとが回転時に干渉することを抑制できる。
また、本発明の飛行装置では、前記エンジンは、第1エンジン部と、前記第1エンジン部に対して対向するように配置された第2エンジン部と、を有し、前記水平飛行用ロータは、第1水平飛行用ロータと、第2水平飛行用ロータと、を有し、前記第1水平飛行用ロータは前記第1エンジン部により回転され、前記第2水平飛行用ロータは前記第2エンジン部により回転されることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、第1水平飛行用ロータを第1エンジン部により回転させ、第2水平飛行用ロータを第2エンジン部により回転させることにより、第1水平飛行用ロータおよび第2水平飛行用ロータを個別に且つ高効率に回転させることができる。
また、本発明の飛行装置では、前記エンジンと前記水平飛行用ロータとを駆動的に接続する駆動軸を、更に具備し、前記水平飛行用ロータは、第1水平飛行用ロータと、前記第1水平飛行用ロータに対して重畳するように配置された第2水平飛行用ロータと、を有し、前記駆動軸は、前記エンジンと前記第1水平飛行用ロータとを駆動的に接続する第1駆動軸と、前記エンジンと前記第2水平飛行用ロータとを駆動的に接続する第2駆動軸と、を有することを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、重畳するように配置された第1水平飛行用ロータと第2水平飛行用ロータを有することにより、効果的に水平飛行を実行することができる。
また、本発明の飛行装置では、前記第1駆動軸と前記第2駆動軸とは、同軸的に配置されることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、第1駆動軸と第2駆動軸とが同軸的に配置されることにより、重畳配置される第1水平飛行用ロータおよび第2水平飛行用ロータを、効果的に回転動作させることができる。
10 飛行装置
11 垂直飛行用ロータ
111 第1サブロータ
112 第2サブロータ
113 第3サブロータ
114 第4サブロータ
12 水平飛行用ロータ
121 第1水平飛行用ロータ
122 第2水平飛行用ロータ
13 モータ
131 第1モータ
132 第2モータ
133 第3モータ
134 第4モータ
15 発電機
151 発電機
152 発電機
16 動力伝達部
161 第1動力伝達部
162 第2動力伝達部
17 ロータ用駆動軸
171 第1ロータ用駆動軸
172 第2ロータ用駆動軸
18 エンジン側駆動軸
181 第1エンジン側駆動軸
1811 第1前側駆動軸
1812 第1後側駆動軸
182 第2エンジン側駆動軸
1821 第2前側駆動軸
1822 第2後側駆動軸
19 駆動軸
191 第1駆動軸
192 第2駆動軸
20 本体部
21 第1翼部
22 第2翼部
231 第1プーリ
232 第2プーリ
233 第3プーリ
234 第4プーリ
235 第5プーリ
236 第6プーリ
237 第7プーリ
238 第8プーリ
241 第1設置孔
242 第2設置孔
243 第3設置孔
244 第4設置孔
25 動力断続部
251 第1動力断続部
252 第2動力断続部
261 発電機側駆動軸
262 発電機側駆動軸
271 第1ベルト
272 第2ベルト
28 脚部
29 演算制御部
301 アウトリガ
302 アウトリガ
40 エンジン
41 第1エンジン部
411 第1ピストン
412 第1クランクシャフト
413 第1コネクティングロッド
42 第2エンジン部
421 第2ピストン
422 第2クランクシャフト
423 第2コネクティングロッド
43 ケーシングブロック
44 シリンダ
45 燃焼室

Claims (5)

  1. 垂直飛行用ロータと、水平飛行用ロータと、発電機と、動力断続部と、を有し、
    前記垂直飛行用ロータは、モータにより回転され、
    前記水平飛行用ロータは、エンジンにより駆動的に接続されることで回転し、
    前記発電機は、前記エンジンにより駆動され、
    前記動力断続部は、前記エンジンと前記水平飛行用ロータとの間に配設され、
    前記動力断続部が接続状態となることで、前記エンジンから前記水平飛行用ロータに動力が伝達され、
    前記動力断続部が断絶状態となることで、前記エンジンから前記水平飛行用ロータに動力が伝達されず、且つ、前記エンジンにより前記発電機が駆動されることを特徴とする飛行装置。
  2. 動力伝達部と、ロータ用駆動軸と、を更に具備し、
    前記水平飛行用ロータは、第1水平飛行用ロータと、第2水平飛行用ロータと、を有し、
    前記動力伝達部は、第1動力伝達部と、第2動力伝達部と、を有し、
    前記ロータ用駆動軸は、第1ロータ用駆動軸と、第2ロータ用駆動軸と、を有し、
    前記第1水平飛行用ロータは、前記第1ロータ用駆動軸を介して回転され、
    前記第2水平飛行用ロータは、前記第2ロータ用駆動軸を介して回転され、
    前記エンジンからは、第1エンジン側駆動軸と、第2エンジン側駆動軸と、が導出し、
    前記第1動力伝達部は、前記第1ロータ用駆動軸または前記第1エンジン側駆動軸の軸方向に対して交わる方向に沿って伸びるように構成され、且つ、前記第1ロータ用駆動軸と前記第1エンジン側駆動軸とを駆動的に接続し、
    前記第2動力伝達部は、前記第2ロータ用駆動軸または前記第2エンジン側駆動軸の軸方向に対して交わる方向に沿って伸びるように構成され、且つ、前記第2ロータ用駆動軸と前記第2エンジン側駆動軸とを駆動的に接続することを特徴とする請求項1に記載の飛行装置。
  3. 前記エンジンは、第1エンジン部と、前記第1エンジン部に対して対向するように配置された第2エンジン部と、を有し、
    前記水平飛行用ロータは、第1水平飛行用ロータと、第2水平飛行用ロータと、を有し、
    前記第1水平飛行用ロータは前記第1エンジン部により回転され、
    前記第2水平飛行用ロータは前記第2エンジン部により回転されることを特徴とする請求項1に記載の飛行装置。
  4. 前記エンジンと前記水平飛行用ロータとを駆動的に接続する駆動軸を、更に具備し、
    前記水平飛行用ロータは、第1水平飛行用ロータと、前記第1水平飛行用ロータに対して重畳するように配置された第2水平飛行用ロータと、を有し、
    前記駆動軸は、前記エンジンと前記第1水平飛行用ロータとを駆動的に接続する第1駆動軸と、前記エンジンと前記第2水平飛行用ロータとを駆動的に接続する第2駆動軸と、を有することを特徴とする請求項1に記載の飛行装置。
  5. 前記第1駆動軸と前記第2駆動軸とは、同軸的に配置されることを特徴とする請求項4に記載の飛行装置。
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