JPH06135391A - 浮揚性ガス気球を有する航空機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 飛行中の本航空機の飛行特性を改良する。 【構成】 ゴンドラが、該気球表面に近接して配置され
ていて、該ゴンドラが、該気球表面に合致するように、
該気球手段の長手方向中心から上方に湾曲している、該
水平軸手段の後方に位置する後方部分を有し、分離し上
昇した表面部分の幾つかが、該水平軸手段を横切る平面
に存在する溝によって分離されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は揚力の主要部分がヘリウ
ムの如き浮揚性ガスにより与えられる航空機、あるいは
飛行船に関する。本発明は１９８０年８月６日出願され
た本出願人の係属中のカナダ国特許願第３５７７００号
に記載された航空機及びこれに関連する改良である。

【０００２】

【従来技術及びその課題】前記出願は、膨脹したとき本
質的に一定の大きさ及び形状を有していて、そして気球
は内部支持構造体が僅かにあるかあるいは全くないとき
でも、気球の形状及び大きさが大気圧力及び温度の通常
の変化によって実質的に影響されない充分高い圧力の浮
揚性ガスを含んでいる所謂「過圧」気球を使用する航空
機について記載している。過圧気球の特質及び本発明に
使用される如き気球に使用せんとする圧力に関する更に
詳細なことは前記の出願において明らかであろう。

【０００３】前記の出願に記載されている如く、この航
空機は更に、中央ゴンドラから上方へ延びており、各々
が上方端を有している２つのアームを含む硬質荷重支持
ヨークと、気球の中心を通る標準水平軸線の周りに気球
を回転せしめるように前記アームの上方端に気球を回転
可能に連結している手段と、前記軸線を横切る前進方向
に空気を介して航空機を推進するための手段と、前記前
進方向に面する気球の表面が気球の中心に対して上向き
に移動するような方向に前記水平軸線の周りに気球を回
転するための手段と、を具備している。

【０００４】気球の回転は航空機が前進するとき効果的
となる、マグナス効果によって揚力に貢献する。という
のは最初の離昇機関推力が静的揚力を増大し得るからで
ある。上述の特徴を有する航空機を以下に「既述の型式
の」航空機と呼ぶ。

【０００５】前記の出願に記載された航空機はアーム及
び翼形態（ａｉｒｆｏｉｌ ｓｈａｐｅ）のゴンドラを
有し、そしてアームは気球の形状に合致し、且つ気球の
底部をゴンドラの頂部から分離している間隔が気球半径
の１／１０以下であるようにゴンドラを位置づけするた
め縦に曲げられている。ゴンドラの頂部は長手方向に曲
げられ航空機の方へ下に気球のカーブに従っており、中
心線を越えて表面は下方に傾斜している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の出願に記
載された特徴と類似の主たる特徴を有していて、しかも
ゴンドラ及び支持アームの配置が飛行特性及び特に回転
する気球によって得られることができる揚力と抗力（ｄ
ｒａｇ）との比を改善するため変更された航空機を提供
している。

【０００７】本発明によれば既述の型式の航空機では、
ゴンドラは横方向にも長手方向にも気球表面に合致する
ため凹状に形造られそして航空機が前進方向に移動する
ときゴンドラと気球との間の空気の流れを制限するのに
充分小さい量だけ前記気球表面から間隔をへだてられて
いるその上部表面を有している。

【０００８】ゴンドラの上部表面部分、そして好ましく
は主要部分は気球表面の最も近い部分から１２インチ
（３０．５ｃｍ）より少い所に位置づけされることがで
きる。この間隔は標準的に気球半径の２％より少く、そ
して大型の気球（つまり直径１６０ｆｆ、即ち５０ｍ）
では約１％とすることができる。そうでないと気球の前
方へ移動する底部表面下の流れはゴンドラの比較的滑ら
かな底部表面下で偏向されるので気球とゴンドラとの間
の流れの制限は抗力（ｄｒｏｇ）を減少する。

【０００９】

【実施例】添付図面を参照してより詳細に本発明を説明
する。

【００１０】航空機即ち飛行船の主要構成部分は本出願
人の前出願において記載された如くであり、そして下記
の通りである。周辺のケーブル１２ａを有している球形
過圧気球１０と、中央ゴンドラ３６から上向きに延びて
いる２つのアーム３２を含む硬質荷重支持ヨークと、気
球をその中心を通過する標準水平軸線１６の周りに回転
せしめるためこれ等のアームの上端に気球を回転可能に
連結する軸３０と、アームの上端に隣接して取付けられ
ており、空気中を軸線を横切る前進方向に航空機を推進
するためのガスタービン機関４０と、前進方向に面する
気球の表面が気球の中心に対して上向きに動く方向に気
球を回転するためアーム３２の頂部に取付けられた電動
モータであって、これによってマグナス（ｍａｇｎｕ
ｓ）効果により揚力を生ずる手段。

【００１１】特に気球材料と、気球を加圧するための手
段と、気球の球形を維持するための内部ケーブルと、気
球回転手段と、機間４０の種類と、ゴンドラ３６及び舵
４１を備えられているアーム３２とに関する全体的な詳
細はすべて本出願人の前出願に記載されている。しかし
乍ら、この飛行船は本出願人の前出願のものと比較する
と下記の変更を有している。

【００１２】１） 気球１０は周辺のケーブル１２ａに
加えて、気球の表面上に一連の方形を形成する付加的な
ケーブル１２ｂが設けられるように変更されている。気
球材料はピロー効果（Ｐｉｌｌｏｗｅｄ ｅｆｆｅｃ
ｔ）を与えるためケーブル間で僅かに膨らむ。大きさの
不規則性はゴルフボールのくぼみに類似しており（気球
の大きさに比例）、そしてその効果はマグナス効果を向
上し、且つ抗力（ｄｒａｇ）を減少することにおいてゴ
ルフボールに類似させる意図を有している。

【００１３】２） 本出願人の前出願によれば軸によっ
て気球の中心で支持されている単一の中央補助気嚢の代
りに２つの補助気嚢２４が使用されていて、その各々は
気球の回軸軸線の１端部に位置づけされている。大きな
エンドプレート１４が設けられており、これにケーブル
１２ａ端が取付けられており、そして補助気嚢２４の可
撓性材料はプレートの各々の周辺の周りに連結され、且
つシールされている。収縮したとき、補助気嚢材料は隣
接するエンドプレートに接触しているかあるいは接近し
ており、そして膨脹したとき補助気嚢はほぼ半球形とな
る。空気はアーム３２の上方を通り、且つ軸３０と同軸
線の気球内に入っている管を介して補助気嚢へ供給さ
れ、各々の補助気嚢は独立の圧縮機によって供給される
ので補助気嚢内の空気量は航空機のトリミングを助ける
ため独立して調整されることができる。中心軸１６は補
助気嚢を支持する必要がないので、これは全く軽い構造
体であり、ただ軸線方向の荷重に耐えるのに適していれ
ばよい。

【００１４】３） ゴンドラ３６は気球の隣接する表面
に非常に近接して同形状のその上部表面を有している；
ゴンドラ上部表面の主要部分は気球表面の最外方端から
１２インチ（３０．５ｃｍ）あるいは気球半径の約２％
より少いところに位置づけされることができる。気球の
最外方面からの好ましい空間は半径５０ｍの気球に対し
て気球半径の約１％あるいは約２５ｃｍである。双方の
部分が気球湾曲部に対して相接し同形状となるように軸
１６の前方にあるゴンドラトツプの前部に対してのみな
らず、軸１６後方にあるゴンドラトツプの後部のより少
ない部分に対して凹状湾曲部を設けることによりブラン
キング（ｂｌａｎｋｉｎｇ）効果が向上する。気球とゴ
ンドラとの間の気流を制限することにより、これはそう
でないと飛行船の全速度の恐らく２倍で前方へ動いてい
る気球の荒い底面のため生ずる抗力（ｄｒｏｇ）を減少
する傾向がある。換言すれば、気球の下部表面の実質的
部分はブランクオフされるか（ｂｌａｎｋｅｄ ｏｆ
ｆ）あるいはゴンドラによってマスク（ｍａｓｋ）さ
れ、そして飛行船が前方へ移動するとき空気は気球の下
部よりも少い抵抗を流れに与えるゴンドラ下方へ大部分
偏向される。ゴンドラトツプ表面は横にも縦にも凹んで
いるので、ブランキング効果はゴンドラの側縁部へ続
き、そしてブランキング効果はまた前後方向において広
く、且つまたそれ等の長さの大部分に対し横にも縦にも
内方に凹んでいるアーム３２の下方部分に続いている。

【００１５】４） 機関４０はアーム３２の上端に隣接
して取付けられているが気球半径のつまり１／５に相当
する量まで気球の回転軸線の下方に位置づけされ、そし
て少くとも全飛行船の重心に整合されるように近づけら
れている。この機関の位置づけは、本出願人の前出願に
おける如く気球軸線と整合された機関により前方へ加速
するときに生ずるゴンドラの僅かな後方への揺れをなく
す。

【００１６】５） 付加的な制御表面が機関の後に位置
づけされた推力デイフレクターの形で設けられている。
マグナスの揚力量は飛行船の前進速度と、気球の回転
速度と、気球の表面の凸凹とにより左右される。

【００１７】下記の表１は本発明に例示され、そしてそ
れぞれ７２ｆｆ、１６０ｆｆ及び２００ｆｆ（それぞれ
２２ｍ、４９ｍ及び６１ｍ）を有するデザインの３つの
飛行船のモデルに対して、何が最良の飛行条件であるか
を概略的にまとめた計算値を示している。

【００１８】

【表１】 表１ モ デ ル 名 称 ７２Ｐ １６０Ｐ ２００Ｐ 球体直径 (ff) ７２ １６０ ２００ （球体直径 −ｍ) (２２) (４９) (６１) 全球体容積(cu ff) 195,500 2,144,500 4,188,800 （全球体容積ｍ³） (5,530) (60,700) (118,500) 全静的揚力 (1b) 12,900 140,600 274,000 （全静的揚力 kg) (5,860) (63,800) (124,000) 正味重量 (1b) 7,000 45,600 99,000 （燃料塔載せず） 正味重量(kg) (3,170) (20,700) (45,000) （燃料塔載せず） 正味静的揚力(1b) 5,900 95,000 175,000 （正味静的揚力kg） (2,680) (43,100) (79,500) 最大マグナス揚力(1b) 6,000 30,000 40,000 (最大マグナス揚力)(kg) (2,720) (13,600) (18,200) 燃料荷重 (1b) 2,400 40,000 55,000 （燃料荷重 kg） (1,090) (18,200) (25,000) 正味利用可能静的揚力(1b) 3,500 55,000 120,000 (正味利用可能静的揚力)(kg) (1,590) (25,000) (54,500) 正味最大利用可能揚力(1b) 9,500 85,000 160,000 (正味最大利用可能揚力)(kg) (4,310) (38,600) (72,500) 最大対気速度(mph) ６０ ６０ ６０ （最大対気速度 kmph) (１００) (１００) (１００) マグナス揚力に対する数値は大規模な実験中の近似値で
あることに留意されたい。

【００１９】マグナス揚力は特に小型の飛行船のときに
正味最大利用可能揚力に実質的に貢献することができ
る。大きさが増加するにつれて全静的揚力は気球の直径
の三乗に比例して増加しこれに対してマグナス揚力は気
球直径の二乗に左右されるので、マグナス揚力の相対的
量は減少する。しかし乍１６０ｆｆ．（４９ｍ）直径の
モデルではマグナス揚力はなほ正味利用可能静的揚力の
４０％よりも多い。２００ｆｆ．（６１ｍ）直径モデル
の場合ですら正味利用可能静的揚力の約３０％であり、
そして確かに２５％を越えている。マグナス揚力は速度
並びに回転に左右されるので、正味利用可能静的揚力よ
りも大きい荷重をもって離陸するためには、飛行船は滑
走路に沿って走行せしめねばならないかあるいは静的揚
力を増加するため機関推力が使用されなければならな
い；浮上能力（ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｈｏｖｅｒ）が
重要であると考えられるので後者の選択が好ましい。離
陸のとき機関は全機関推力の少くとも６０％が離陸のと
き静的揚力を増加するため下方へ向けられるように方向
づけされることが予期されるので、従って機関は気球が
マグナス揚力を供給するため回転されている間に前進方
向に飛行船を推進するため水平位置に対して傾斜されて
いる。一旦巡般速度に達したとき、機関は第一に前進運
動のためのみに使用される。

【００２０】マグナス効果に対して実質的にペイロード
（ｐａｙ‐ｌｏａｄ）に貢献するため、機関は正味利用
可能静的揚力の少くとも２５％そして好ましくは少くと
も４０％である下方に向けられた推力を発生することが
出来なければならず；そして気球の表面特性及び気球を
回転するための手段は巡航速度のときマグナス揚力が正
味最大利用可能揚力のそれぞれ２５％あるいは４０％よ
りも大きくなるようにする。

【００２１】気球上のケーブルパターン（ｃａｂｌｉｎ
ｇ ｐａｔｌｅｒｎ）はより複雑にすることができ、そ
して例えば３角形ピロー領域（ｐｉｌｌｏｗｅｄ ａｒ
ｅａ）を与えることができる。この目的のためジオデシ
ツクドーム（ｇｅｏｄｅ‐ｓｉｃ ｄｏｍｅ）のパター
ンに類似するパターンに配置されることができ、あるい
はケーブルは球面二十面体に類似とすることができる。

【００２２】また、前述のブランキング効果は後方に延
びておりそして気球の表面に相接し、同形状のアーム３
２を有することによって増加されることができる。

【００２３】気球とゴンドラ上部表面との間の間隙は非
常に小さく、気球の表面凹凸によって流入した空気は気
球とゴンドラとの間の間隙を通り前方へ引かれることが
できる。この間隙が比較的大きければ、空気は気球の下
方を後方へ流れる。この間隙は気球とゴンドラとの間に
最小の気流があるように中間の大きさにあることが好ま
しいと考えられている。

【００２４】図４より図６に例示された飛行船のモデル
で凡洞試験が行なわれた。このモデルは各々が１／４イ
ンチ（６ｍｍ）の深さであって、９０度の円弧を越えて
延びている１６のパドル１１２を有し、そして飛行船の
ケーブルによって作られた模擬の表面荒さを与えている
１２インチ（３０．５ｃｍ）の球面体１１０を使用して
いる。このモデルのゴンドラ１３６はより少い深さを有
していてそしてまっすぐな面のアーム１３２を有するこ
とを除いて、図１より図３に示されているゴンドラと同
じように形造られている。ゴンドラは丁度パドルを通過
するのに充分なだけ球面体から間隔をへだてられてお
り、すきま間隔は球面体半径の１％よりも少い。

【００２５】下記の表は揚力係数ＣＬ及び抵抗係数ＣＤ
のための結果を示しており、これ等の量は下記の式を満
足する： 揚力 ＝ １／２ＣＬｅＳＶ^２ 抗力 ＝ １／２ＣＤｅＳＶ^２ ｅは空気の密度 Ｓは球面体の前部面積（のみ）そしてＶは対気速度。

【００２６】この試験は種々のゴンドラデザインの特定
の球面体の揚力及び抗力への影響を示す意図を有してい
たので、量Ｓはゴンドラ面積を含んでいない。

【００２７】この試験はｗｄ／ｕ で与えられる種々の
旋回速度で行なわれ、この場合− ｗは角速度、半径／秒であり； ｄは球面体直径， ｕは対気速度である。

【００２８】下記の表２の結果は、ゴンドラによって生
ずるマスク効果（ｍａｓｋｉｎｇｅｆｆｅｅｔ）を用い
て、球面体の回転速度が増加すると共に揚力が増加され
る間に抗力を減少されることができるということを示し
ている。

【００２９】

【表２】 表２ ｗｄ／ｕ ＣＬ ＣＤ ０．０ −０．１８ ０．４５ ０．５ ０．１２ ０．４０ １．０ ０．１３ ０．３７ １．５ ０．１３ ０．３８ ２．０ ０．１５ ０．３８ ２．５ ０．１３ ０．３７ ３．０ ０．１４ ０．３５ ３．５ ０．１５ ０．３４ ４．０ ０．１７ ０．３１

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の航空機の側部立面図である。

【図２】図１の航空機の正面立面図である。

【図３】同じ航空機の裏面の図である。

【図４】凡洞試験に使用された航空機のモデルの図であ
る。

【図５】凡洞試験に使用された航空機のモデルの図であ
る。

【図６】凡洞試験に使用された航空機のモデルの図であ
る。

【符号の説明】

１４ エンドプレート ２４ 補助気嚢 ３２ アーム ３６ 中央ゴンドラ ４０ 機関 ４１ 航

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 浮揚性ガスを含み、膨らんだとき、実質
   的に一定の寸法と形状とを有する所定の半径の球状非可
   撓性気球手段と、 該気球手段を回転可能に支持する該気球手段を介して延
   びている水平軸手段と、 中央部分と、該水平軸手段に連結するために、該中央部
   分から上方に延びている２つのアームとを有する剛性の
   負荷支持ヨークと、 該水平軸手段を横切る方向に前方に空中において本航空
   機を推進する、該アームに連結されたエンジン手段と、 前方に面している該気球手段の表面が、該水平軸手段に
   対して上昇するように、該水平軸手段の回りに該気球手
   段を回転する手段とを具備する航空機において、 該負荷支持ヨークの該中央部分が、負荷支持ゴンドラを
   構成し、 該ゴンドラが、気球表面に略合致した形状を有する上方
   表面の主要部分を有し、 該ゴンドラが、該気球表面に近接して配置されていて、
   該ゴンドラと該気球手段との間を空気が通過するのを禁
   止し、 該ゴンドラが、該気球表面に合致するように、該気球手
   段の長手方向中心から上方に湾曲している、該水平軸手
   段の後方に位置する後方部分を有し、 該気球手段の外側表面に延びて、該気球手段の外側表面
   に二次元的列の分離し上昇した表面部分を形成する手段
   を具備し、 該分離し上昇した表面部分の幾つかが、該水平軸手段を
   横切る平面に存在する溝によって分離されていて、該気
   球手段の回転及び非回転の双方における飛行中の本航空
   機の飛行特性を改良することを特徴とする航空機。
2. 【請求項２】 該エンジン手段が、本航空機の重心と実
   質的に整合し、該水平軸手段の該負荷支持ヨークの角度
   位置を安定させるように、該水平軸手段の下方に配置さ
   れている請求項１記載の航空機。