JP7449421B1

JP7449421B1 - 回転翼飛行体

Info

Publication number: JP7449421B1
Application number: JP2023012321A
Authority: JP
Inventors: 隆夫小林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-01-12
Filing date: 2023-01-12
Publication date: 2024-03-13
Anticipated expiration: 2043-01-12

Abstract

【課題】機体の離陸、水平維持，旋回及び滑空、着陸等を同時に実現できる回転翼飛行体を提供することを目的とする。【解決手段】機体と、飛行時の進行方向に対して翼軸が横向き上下二段及び後傾に配置され、車輪を備え、離着陸を可能とし、飛行時に前記翼軸を中心に回転する回転翼を備え、前記回転翼は、飛行に伴った空気抵抗によって回転する回転翼飛行体とする。【選択図】図１

Description

本発明は、回転翼飛行体に関する。

これまでに実用されている翼を有する飛行体は、主翼が機体に対して固定され機体が前進することによって揚力を発生させ飛行する固定翼飛行体（特許文献１）と、１個以上の回転する翼によって揚力を発生させ飛行する回転翼飛行体（特許文献１）とに分類される。回転翼飛行体（特許文献１）としては、鉛直方向の軸に対して翼を公転させて揚力を得るヘリコプターやオートジャイロ等が広く利用されている。

特開２０１１－４６２１８号公報

固定翼飛行体は、主翼が機体に固定されているため、上昇又は下降の際に主翼が受ける空気の流れを変えるためには機体も進行方向に対して傾いてしまう。

一方、ヘリコプターやオートジャイロのように鉛直方向の軸に対して翼を公転させて揚力を得る回転翼飛行体では、上昇又は下降の際に機体自体を水平に維持することが可能である。しかしながら、ヘリコプターやオートジャイロのように鉛直方向の軸に対して翼を公転させて揚力を得る回転翼飛行体は、緊急時において回転動力が停止した際に動力なしで滑空することができず安全上の問題が発生する場合がある。

例えば、推進力がなくなった場合には舵等で方向が制御することができ、舵がとれなくなった場合であっても、機体を自然に水平に保ったまま滑空し、着陸できる飛行体であれば従来より安全な飛行が可能となる。

本発明は、従来の固定翼飛行体や回転翼飛行体では得られなかった機体の短距離の離着陸、水平維持及び滑空等を同時に実現できる回転翼飛行体を提供することを目的とする。

本発明の一つの態様は、回転翼飛行体であって、機体と、飛行時の進行方向に対して翼軸が横向きに配置され、飛行時に前記翼軸を中心に回転する回転翼を備え、前記回転翼は、飛行に伴った空気抵抗によって回転することを特徴とする。

ここで、前記回転翼は、飛行姿勢において、空気抵抗によって、上部が進行方向の逆方向かつ下部が進行方向に向けて回転する構造を有することが好適である。

また、前記回転翼は、回転中に上部が進行方向の逆方向に凸となり、下部が進行方向に凸となるＳ字形状を有することが好適である。左右翼のＳ字形状の位置は回転方向に９０度ずらして軸ブレを防ぐため配置することが好適である。

また、前記回転翼は、機体の進行方向に略平行に配置された円盤状の部材を備えることが好適である。

また、飛行時において、前記回転翼が生み出す揚力中心より、前記機体の重心の中心位置が低い位置に維持されることが好適である。

また、飛行時において、前記回転翼に対する前記機体の重心位置が調整可能であることが好適である。

本発明によれば、従来の固定翼飛行体や回転翼飛行体では得られなかった機体の短距離の離着陸、水平維持及び滑空等を同時に実現できる。

本発明の実施の形態における回転翼飛行体の構成を示す正面全体図である。本発明の実施の形態における回転翼飛行体の構成を示す側面全体図である。本発明の実施の形態における機体の構成を示す上面全体図である。本発明の実施の形態における回転翼の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態における回転翼飛行体の構成を示す斜視画像である。

本発明の実施の形態における回転翼飛行体１００は、図１の正面全体図及び図２の側面全体図に示すように、機体１０２及び回転翼１０４、回転翼１０５を含んで構成される。また、図３に、機体１０２の上面図を示す。また、図４に、回転翼１０４、回転翼１０５の拡大図を示す。
なお、図２では、機体１０２の構成を明確に示すために回転翼１０４、回転翼１０５を破線で示している。

本実施の形態における回転翼飛行体１００は、図２に示すように、機体１０２の進行方向左に対して横方向に広がる回転翼１０４と回転翼１０５を機体１２の両側に備える。
回転翼１０４と回転翼１０５は同じ形状をしているので、図４に示すようにＳ字状の翼を持っている。回転翼１０４と回転翼１０５は機体１０２に対して翼軸４０を中心に自転可能に取り付けられており、回転翼飛行体１００の飛行に伴って図２の時計回り回転方向に自転することによって揚力を生み出す。

これまでの固定翼飛行体や回転翼飛行体では、翼面の空気抵抗をなるべく少なくして気圧差を発生させることによって揚力を生み出すが、本実施の形態における回転翼飛行体１００は、風力抵抗を利用して揚力を生み出すものである。すなわち、空気抵抗により回転翼１０４、回転翼１０５が回転し、進行方向に対して上向き又は下向きの力を発生させる。このような回転翼飛行体１００は、他の飛行形態の飛行体よりも浮遊感のある飛行を可能とする。これを応用して推進装置故障時も浮遊感を有したオートローテーション着陸を生み出す。

機体１０２は回転翼飛行体１００の重心バランスを取ると共に、推進力を発生させる。機体１０２はプロペラ１０、車輪１１、制御部１２、方向舵１３、駆動モーター１４，車軸１５、ベアリング２２，機体フレーム２４，支持フレーム２６，翼フレーム２８、円盤部５０を含んで構成される。後部車輪は軽量化のため小型にすることが好適である。

機体１０２の構造部材となるプロペラ１０，車軸１５、ベアリング２２，機体フレーム２４，支持フレーム２６及び翼フレーム２８は、軽量かつ構造的強度に優れた材料とすることが好適である。例えば、木材、紙、カーボンファイバー、グラスファイバー等の繊維素材、チタン、アルミ等の軽量金属材料を用いることが好適である。

機体１０２の各構成部は機体フレーム２４に搭載される。機体フレーム２４は、棒状の部材であり、機体１０２の底部に配置される。プロペラ１０は駆動モーター１４の一端の周に取り付けられる。本実施の形態では、プロペラ１０は、機体１０２回転翼飛行体１００の進行方向の後方側に等角度で二枚設けられる。プロペラ１０は、機体１０２の回転翼飛行体１００の進行方向の中央より上の位置に等角度で二枚設けられる。

なお、本実施の形態では、プロペラ１０は二枚設けたが、これに限定されるものではなく、回転翼飛行体１００に必要な推進力等に応じて変更してもよい。またプロペラ１０は回転翼飛行体１００の中央より上の位置に配置させたが、これに限定されるものではなく、回転翼飛行体１００に必要な推進力が得られ、重心のバランスがとれる位置であればよい。

制御部１２は、回転翼飛行体１００の飛行を制御する。制御部１２は、機体フレーム２４に搭載される。例えば、制御部１２は、無線受信システムを備え、ユーザーが無線コントローラー（図示しない）を用いて発する制御信号を受けて、駆動モーターの回転速度を制御する制御信号を生成して出力する。また、駆動モーターを駆動するためのバッテリーを備えてもよい。

さらに、機体１０２には、回転翼１０４及び回転翼１０４のベアリング２２を支持するための翼フレーム２８が設けられる。翼フレーム２８は、回転翼飛行体１００の進行方向に対して縦向きに、機体１０２に対する回転翼１０４の取付角度に応じ角度で延設される。翼フレーム２８は、機体フレーム２４から延設される支持フレーム２６によって機体フレーム２４に固定される。翼フレーム２８には、ベアリング２２が固定される。ベアリング２２には，後述する回転翼１０４、回転翼１０５の翼軸４０が取り付けられる。ベアリング２２は，回転翼１０４、回転翼１０５が翼軸４０を中心に機体１０２に対して回転可能に支持する。

回転翼１０４、回転翼１０５は、図４の部分斜視図に示すように、翼軸４０、構造フレーム４２，翼面４６，円盤部５０を含んで構成される。

翼軸４０、構造フレーム４２、円盤部５０は、軽量かつ構造的強度に優れた材料とすることが好適である。例えば、木材、紙、カーボンファイバー、グラスァイバー等の繊維素材、チタン、アルミ等の軽量金属材料を用いることが好適である。また、翼面４６及び円盤部５０は、軽量なフィルム素材で構成することが好適である。

翼軸４０は、回転翼１０４、回転翼１０５を機械的に支持する構造体である。翼軸４０は、機体１０２の翼フレーム２８に設けられたベアリング２２に取り付けられ、機体１０２に対し翼軸４０を中心に回転翼１０４、回転翼１０５を回転可能とする。材料及び形状を調整して、回転翼１０４、回転翼１０５から得られる揚力に対して回転翼飛行体１００の重心位置が調整されるようにしておくことが好適である。

構造フレーム４２の形状に沿って翼面４６が形成される。翼面４６は、回転翼飛行体１００の飛行に伴った空気抵抗によって回転翼１０４、回転翼１０５が翼軸４０を中心に回転するように構成される。

例えば、図１、図２及び図４に示すように、Ｓ字状に形成した構造フレーム４２を並べて取り付け、構造フレーム４２の曲面に沿った翼面４６を形成する。このような回転翼１０４、回転翼１０５を、図２に示すように、機体１０２において進行方向の逆方向に凸となるように取り付ける。これにより、回転翼飛行体１００が図２の進行方向左に向けて飛行すると、進行方向左に対して逆向きに凸となる上部の空気抵抗は進行方向左対して凸となる下部の空気抵抗よりも大きくなり、図２の時計回り回転方向で示すように、上部が進行方向の逆方向かつ下部が進行方向に向けて回転する。

また、図１、図２、図３に示すように、回転翼１０４、回転翼１０５の端部に機体１０２の進行方向に略平行に配置された円盤部５０を設けることは好適である。
円盤部５０を設けることによって、回転翼１０４、回転翼１０５の端部に生ずるトレーリングボルテックス等の空気抵抗を抑制することができる。これによって、機体１０２を後ろへ引く力を軽減し、同じ推力でも効果的に前進できる。また、回転翼１０４、回転翼１０５による揚力の発生効率を向上させることができる。

上下二段の回転翼の中央より上の位置に推進力を生み出すプロペラ一基と方向舵一基を配置し、離着陸用車輪一組を備えたことによりプロペラの迎角を一定に保ち、出力の増減による前後振り子運動を防止し、上下二段の回転翼及びプロペラを後傾することにより、車輪の抗力による前屈転倒を防ぎ、短い離着陸性能を備えることを可能とした。
回転翼飛行体１００の飛行時には、図２に示すように、回転翼１０４、回転翼１０５に対する空気抵抗の中心位置より、機体１０２に対する空気抵抗の中心位置が低い位置に維持される。例えば、左右の回転翼１０４、回転翼１０５の長さをそれぞれ２５０ｍｍとした場合、回転翼飛行体１００の飛行時において下部回転翼１０４、回転翼１０５の端部と機体１０２の空気抵抗の中心位置との鉛直方向の距離は０～４０ｍｍ程度に調整することが好適である。飛行に成功しているこの実施例はバッテリーを含めた自重は１００ｇ未満であるため航空法に抵触しないので例えば、軽さ、安定性、速度の遅さ、短距離離着陸、操作容易性を兼ね備えた安全な飛行玩具等として応用することができる。

ただし、回転翼１０４、回転翼１０５の長さはこれに限定されるものではない。例えば、長さは１５００ｍｍとしても問題なく揚力を発生させることができる。このように、小型な回転翼飛行体１００であれば、比較的安価に作成することができる。

このように構成することによって、飛行時に回転翼１０４、回転翼１０５が回転した際も機体１０２と回転翼１０４、回転翼１０５とが安定した飛行姿勢を維持することが可能となる。

本実施の形態における回転翼飛行体１００は、上記の玩具の他に、低速飛行性、安定性、操縦容易性、軽量性、水平を維持したままの上昇、巡航、旋回、降下、推進力を失った際の安全性、災害時の観測用飛行体、大気のある天体での宇宙開発用飛行体、遊覧用飛行体、低公害な飛行体、昆虫サイズの微小飛行体として利用することができる可能性がある。

１０プロペラ
１１車輪
１２制御部
１３方向舵
１４駆動モーター
１５車軸
２２ベアリング
２４機体フレーム
２６支持フレーム
２８翼フレーム
４０翼軸
４２構造フレーム４６翼面
５０円盤部材
１００回転翼飛行体
１０２機体
１０４回転翼
１０５回転翼

Claims

回転翼飛行体であって、機体と、飛行時の進行方向に対して翼軸が略水平左右横向きに配置され、飛行時に前記翼軸を中心に回転する上下二段の回転翼であって左右に設けられた翼が一体に回転可能な二つの回転翼を備え、前記回転翼は、機体の進行方向に略平行に配置された円盤状の部材を備え，回転中に上部が進行方向の逆方向に凸となり、下部が進行方向に凸となる、Ｓ字形状を有し、左右翼のＳ字形状の位置は回転方向に９０度ずらして軸ブレを防ぐため配置し、飛行に伴った空気抵抗によって回転することを特徴とする回転翼飛行体。
推進力を生み出すプロペラ一基と方向舵一基、上下二段の回転翼の中央より上の位置に配置し、離着陸用車輪一組を備え、上下二段の回転翼及びプロペラを後傾することにより、プロペラの迎角を一定に保ち、出力の増減による前後振り子運動を防止し、車輪の抗力による前屈転倒を防ぎ、短い離着陸性能を備えることを特徴とする請求項１に記載の回転翼飛行体。