JPH0740897A - 無線制御航空機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 狭い場所での離着陸，滑空及び風上に向けて
空中停止が可能で、遠隔操縦が容易で機動性に優れてお
り、且つ不時着時の安全性の高い無線制御航空機を提供
する。 【構成】 胴体２の中央上方に固定されている中央桁材
3bとその前端に固定されており平面において略ハの字状
を成し後方に行くに従って下方に傾斜している側桁材3c
とに前方からの風を受けて翼型に膨らむ状態に固定され
ている主翼シート3aから成る主翼構成部材３と、胴体２
の後端部に直立固定された固定翼4aに側方へ揺動自在に
可動翼4bが装着されている垂直尾翼４と、固定翼4aの側
方に水平な軸回りに翼全体が揺動自在に装着されている
水平尾翼５と、機体の重心近傍に位置するプロペラ７を
回転せしめる原動機６と、それぞれ無線受信機により原
動機６と可動翼4bと水平尾翼５とを制御せしめる制御機
構とを備えた航空機本体１と、各制御機構に制御信号を
送信せしめる無線送信機13とから成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空撮影や鉄塔間にパ
イロットロープを渡す作業等の上空における作業を行う
際に使用され、飛行の安定性に優れ且つ遠隔操縦が容易
で、しかも安全性の高い無線制御航空機に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば航空撮影を行うには、有人
飛行機，有人ヘリコプタ等の有人航空機に撮影機材を搭
載し作業者が有人航空機に搭乗して作業を行っていた
が、有人航空機は非常に高価であり、しかも特殊技能で
あるパイロットを要するためにその費用が非常に高価で
あり、火災現場や噴火現場等の上空を飛行する際にはそ
の気象条件が不安定で墜落の危険性が高く、また万一墜
落した場合には搭乗者の生存率が極めて低く、更に有毒
ガスが発生している場所の上空等を飛行する際には搭乗
者の健康上にも問題があった。

【０００３】そこで、遠隔操縦によりその飛行を制御で
きる無人航空機が広く利用されている。この無人航空機
としては、主として胴体の略中央位置に左右両側方にそ
れぞれ固定されている固定翼から成る主翼と、胴体の後
端部にそれぞれ固定翼と可動翼とから成る水平尾翼及び
垂直尾翼と、胴体の前端部又は主翼に設けられており発
動機よりの出力を受けて回転せしめられるプロペラとか
ら成る無人飛行機や、主として胴体に垂直に設けられて
おり発動機よりの出力を受けて回転せしめられるメイン
ロータと、胴体の後端部に側方へ水平な軸回りに発動機
よりの出力を受けて回転せしめられる胴体回転防止用ロ
ータとから成るヘリコプタの如き無人回転翼機が使用さ
れていた。

【０００４】前者の無人飛行機は、主翼が側方に細長い
固定翼であるために直進飛行時には安定した飛行を得ら
れるが、横風を受けると機首が風上に向こうとする特性
を有しており、また揚力が機速の２乗に比例するので低
速飛行時に失速し易く、低速飛行には不向きであり、こ
のようなことからも飛行の機動性が悪く操縦が非常に難
しく、更には離着陸時に比較的速い速度を要するために
広い場所が無ければ離着陸させることができないので、
使用場所が限定されるという欠点があった。更に飛行中
の失速等により不時着した場合には、主翼の前縁やプロ
ペラが機首に位置する飛行機ではこのプロペラが、地上
の建造物や人等に接触して非常に危険であるだけでな
く、無人飛行機と地上の建造物や人等との両者を損傷さ
せることになるという欠点があった。

【０００５】また後者の無人回転翼機は、胴体に垂直に
設けられたメインロータの回転半径の大きなプロペラの
回転により垂直離着陸や空中停止が可能であるが、エン
ジン停止等のトラブルが発生すると墜落を免れることが
できないのであり、このような時にはメインロータのプ
ロペラが建造物や人等に接触して非常に危険であるだけ
でなく、無人回転翼機と地上の建造物や人等との両者を
損傷させることになるという欠点があった。更に、前記
したいずれの航空機もその構造が複雑で航空機自体が高
価であり、また分解・組立が難しいので発動機の故障や
構成部材の損傷時におけるメンテナンスに手間と時間と
を要し、維持管理に要する費用も高価であるという欠点
があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の欠点を解消し、機動性に優れ、安定飛行，原動機の
トラブル等における不時着時の安全性に優れ、更には航
空機自体の価格及びメンテナンスが安価である無線制御
航空機を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる課題
を解決すべく種々検討した結果、胴体に固定されている
支柱と垂直尾翼とにより胴体の中央上方に固定されてお
り前方が高く盛り上がっていて後方に行くに従ってほぼ
直線状に下方に傾斜する取付面を有する中央桁材と、該
胴体に固定されている支柱及び前記中央桁材に固定され
ている梁材の両先端と該中央桁材の前端とにそれぞれ固
定されており平面において両側方に略ハの字状を成す対
称な状態で且つ後方に行くに従ってほぼ直線状に下方に
傾斜している側桁材と、これら中央桁材の取付面と側桁
材とに前方からの風を受けて翼型に膨らむ状態に固定さ
れている可撓性素材から成る主翼シートとから成る主翼
構成部材と、前記胴体の後端部に直立して固定されてい
る固定翼に側方へ揺動自在に可動翼が装着されている垂
直尾翼と、該垂直尾翼の固定翼の側方に水平な軸回りに
翼全体が揺動自在に装着されている水平尾翼と、前記胴
体に搭載されており機体の重心近傍に位置せしめられて
いるプロペラを回転せしめる原動機と、それぞれ無線受
信機を備えて前記胴体に装着されており前記原動機の出
力を制御せしめる制御機構と前記垂直尾翼の可動翼の揺
動角度を制御せしめる制御機構と前記水平尾翼の揺動角
度を制御せしめる制御機構とを備えて成る航空機本体
と、前記制御機構に制御信号を送信せしめる無線送信機
とから成る構成とすれば、主翼面積が広く航空機本体の
滑空を可能とすることができて原動機の故障等に際して
安全性が高く、低速飛行時の安定性が高く操縦が簡単で
しかも機動性に優れた飛行を行わせることができること
を究明して本発明を完成したのである。

【０００８】以下、図面により本発明に係る無線制御航
空機の１実施例について詳細に説明する。図１は本発明
に係る無線制御航空機の１実施例の飛行状態を示す側面
説明図、図２は図１の平面説明図、図３は図１の正面説
明図、図４は本発明に係る無線制御航空機の垂直尾翼部
分を示す説明図、図５は本発明に係る無線制御航空機の
垂直尾翼の制御機構を示す説明図、図６は本発明に係る
無線制御航空機の水平尾翼部分を示す説明図、図７は本
発明に係る無線制御航空機の水平尾翼の制御機構を示す
説明図、図８は本発明に係る無線制御航空機の空中停止
時における力の釣り合いを説明する説明図である。

【０００９】本発明に係る無線制御航空機は、図１に示
す如く航空機本体１と、この航空機本体１における制御
機構に地上から制御信号を送信せしめる無線送信機13と
から構成されている。先ず、航空機本体１について説明
すると、２は胴体、３は胴体２の上方に構成されている
主翼構成部材であって、胴体２の中央上方において前方
が高く盛り上がっていて後方に行くに従ってほぼ直線状
に下方に傾斜する取付面3baを有する中央桁材3bが胴体
２に固定されている支柱3dと後述する垂直尾翼４とに固
定されており、この中央桁材3bに中央部を固定された梁
材3eが胴体２に固定されている支柱3fに固定されてお
り、また中央桁材3bの前端と梁材3eの両先端とに平面に
おいてそれぞれ両側方に略ハの字状を成すように対称な
状態で且つ後方に行くに従ってほぼ直線状に下方に傾斜
する側桁材3cが固定されていて、その中央を前記中央桁
材3bの取付面3baにまたその側縁を前記側桁材3cに前方
からの風を受けて翼型に膨らむ状態に可撓性素材から成
る主翼シート3aがそれぞれ固定されている。主翼シート
3aとしては、引張強さや耐水性に優れしかも前方からの
風をシッカリ受けとめる軽量なゴム又はプラスチックコ
ーティングを施した合成繊維布が好ましく使用される。

【００１０】４は胴体２の後端部に設けられている垂直
尾翼であり、直立して固定せしめられている固定翼4a
と、この固定翼4aに側方へ揺動自在に装着されており後
述する制御機構８によりその揺動角度を制御せしめられ
る可動翼4bとから構成されている。５は前記垂直尾翼４
の固定翼4aの側方において水平な軸回りに翼全体が揺動
自在に装着されている水平尾翼であって、図示した実施
例では垂直尾翼４の固定翼4aに挿通せしめられた軸5aの
両側部に翼材が配されていると共に互いに連結せしめら
れていて、軸5a回りに翼材全体が一体で揺動せしめられ
るように構成されている。

【００１１】６は胴体２に搭載されている原動機、７は
この原動機６の出力軸の回転により回転せしめられるプ
ロペラであり、この原動機６として所望の推進力を得ら
れれば種々のものを使用することができるが、ガソリン
やアルコールなどを燃料とする発動機が好ましく使用さ
れる。プロペラ７は、航空機本体１の重心Ｇ近傍に位置
せしめられており、この航空機本体１の重心Ｇ近傍とは
後述する搭載部材収納用容器10に搭載部材を収納した状
態における航空機本体１の重心Ｇの位置であることが好
ましい。また、プロペラ７の先端の回転軌跡の外方周辺
を囲む位置にプロペラガイド7aが設けられていること
が、主翼シート3aやプロペラ７を保護することができて
安全性の面から好ましい。また図示しないが、原動機６
にはその出力を制御せしめる制御機構が設けられてお
り、後述する無線送信機13よりの制御信号を受信する無
線受信機により前記制御機構が制御される。

【００１２】８は垂直尾翼４の可動翼4bの揺動角度を制
御せしめる制御機構、９は水平尾翼５の揺動角度を制御
せしめる制御機構であって、これらのいずれの制御機構
８，９も後述する無線送信機13よりの制御信号を受信す
る無線受信機により制御される。これら各制御機構８，
９としては、例えば垂直尾翼４の制御機構８は図４及び
図５に、また水平尾翼５の制御機構９は図６及び図７に
それぞれ示す如く、無線受信機で受信した制御信号によ
り作動するサーボモータ8c，9cが胴体２に設けられてお
り、また垂直尾翼４の可動翼4b及び水平尾翼５にそれぞ
れアーム4c，5bが突出せしめられており、サーボモータ
8c，9cとアーム4c，5bとがそれぞれプッシュロッド8a，
9aを介して連結されている態様を示すことができる。

【００１３】このプッシュロッド8a，9aとしては伸びや
変形が生じ難い素材で構成されていることが必要である
が、プッシュロッド8a，9aに伸びや変形が生じた場合に
その長さを調整する調整手段8b，9bが設けられているこ
とが好ましく、例えば図４，５及び図６，７に示す如
く、各尾翼４，５に突設されたアーム4c，5bとの連結部
材との連結をネジの螺合による構造とする態様を示すこ
とができる。10は例えば航空撮影を行う場合にはカメラ
やその他の撮影機器などの搭載部材を胴体２へ収納する
ための搭載部材収納用容器であり、図示した実施例の如
く胴体２の前端に装着されていたり、図示しないが胴体
２の下端に別途装着されていたり、胴体２の内部に形成
されていても良い。この搭載部材収納用容器10が胴体２
に装着されており且つ搭載部材が撮影用機器等の比較的
衝撃に弱いものである場合には、緩衝装置11を介して胴
体２に装着されていることが好ましく、緩衝装置11とし
てはバネ，ゴム，ダンパ等一般的な緩衝器を示すことが
できる。

【００１４】12は胴体２の下方に装着されていて離着陸
時に航空機本体１を支持する機体支持材であって、離着
陸場所が陸上である場合には図１及び図３に示した如き
胴体２の両側に回転自在に装着されている車輪である場
合が一般的であるが、胴体２の両側に平行に固定されて
いるそりの役目を成す棒状体であっても良く、また離着
陸場所が専ら水上である場合には胴体２の両側に平行に
固定されているフロートが使用される。このように構成
された航空機本体１に備えられている各制御機構の無線
受信機に制御信号を送信して遠隔操作するための無線送
信機13は、一般にラジコン模型等に使用されている無線
送信機を利用でき、各制御機構に対応して例えばレバー
が設けられていてこのレバーの変位に比例してそれぞれ
原動機６の出力を制御せしめる制御機構の燃料調整弁が
開閉せしめられ、垂直尾翼４の制御機構８のサーボモー
タ8cが回転せしめられ、水平尾翼５の制御機構９のサー
ボモータ9cが回転せしめられるように構成されている。

【００１５】

【作用】このように構成されている本発明に係る無線制
御航空機を離陸又は離水させるには、原動機６を駆動さ
せ無線送信機13により原動機６の出力を制御してプロペ
ラ７により所望の推進力を発生させると共に航空機本体
１の機首を風上に向け、地上又は水上に置いた状態では
離陸又は離水に要する速度に加速して離陸又は離水させ
るのであるが、航空機本体１が人力により持ち上げるこ
とができる程度に軽量である場合には人力により風上に
向けて投げても良い。かくして航空機本体１を飛行状態
にすることができるのであるが、主翼構成部材３におけ
る可撓性素材から成る主翼シート3aは前方が高く盛り上
がっていて後方に行くに従ってほぼ直線状に下方に傾斜
する取付面3baを有する中央桁材3bの取付面3baと側桁材
3cとに前方からの風を受けて翼型に膨らむ状態に固定さ
れているために、航空機本体１の重量に対してその面積
が大きく且つ水平尾翼５が翼全体を一体を成して揺動せ
しめられる構造であるので、無線送信機13により水平尾
翼５を比較的大きく揺動させてその後縁を上方へ向けた
状態に制御せしめれば、航空機本体１を低速であっても
急角度で上昇させることができるのである。

【００１６】すなわち、本発明に係る無線制御航空機は
航空機本体１の主翼シート3aの面積が通常の主翼が側方
に細長い固定翼である飛行機に比べて大きいため、この
主翼シート3aの単位面積当りに働く荷重が小さいので低
速度であっても比較的大きな揚力を得ることができて、
水平尾翼５を翼全体が揺動できるように構成することが
できるので、この水平尾翼５を比較的大きく揺動させて
その後縁が上方に向いた状態とすることによって短い滑
走で低速な状態でも航空機本体１を離陸又は離水させる
ことができるばかりか、離陸又は離水後には急角度で上
昇させることができるのである。また着陸又は着水させ
るに際しても、前記した如く航空機本体１の主翼シート
3aの面積が大きくてこの主翼シート3aの単位面積当りに
働く荷重が小さいので安定した低速飛行が可能であり且
つ水平尾翼５の翼全体が揺動せしめられるので、急角度
で着陸又は着水進入を安全に行うことができるのであ
る。

【００１７】そして飛行時には、前記した如く主翼シー
ト3aの単位面積当りに働く荷重が小さく滑空が可能であ
り自律姿勢復元力に優れているので、操縦が容易であ
る。また上記した如く低速であっても揚力を得ることが
できるので、風上に向けて空中で停止した状態を得るこ
とができる。空中で停止した状態を得るには、風により
発生する揚力ａを要するので、気象条件として或る程度
の風速を要求される。すなわち、図８に示す如く主翼シ
ート3aの受ける風により生じる揚力ａと抗力ｂとを合成
した力ｃと、プロペラ７による推進力ｄと航空機本体１
に作用する重力ｅとを合成した力ｆとの力が釣り合うよ
うに、無線送信機13により垂直尾翼４の可動翼4bの傾斜
角を制御して航空機本体１の機首を風上方向に向けると
共に、風速に対応する推進力ｄが得られるように無線送
信機13により原動機６の出力を制御するのである。

【００１８】左右に旋回するには、無線送信機13よりの
制御信号により垂直尾翼４の制御機構８を作動させ、サ
ーボモータ8cの回転に伴ってプッシュロッド8aを介して
可動翼4bを所望の方向に所望の角度だけ揺動せしめる。
昇降せしめるには、無線送信機13よりの制御信号により
水平尾翼５の制御機構９を作動させ、サーボモータ9cの
回転に伴ってプッシュロッド9aを介して水平尾翼５を水
平な軸回りに所望の角度だけ揺動せしめるのである。こ
のとき前記した如く水平尾翼５は翼全体が揺動しせしめ
られるので、水平尾翼５の揺動に伴って航空機本体１に
ブレーキ作用が働いて急角度で昇降させることができ
る。これら垂直尾翼４及び水平尾翼５の制御機構８，９
にプッシュロッド8a，9aの長さを調整する調整手段8b，
9bが設けられていると、プッシュロッド8a，9aに伸びや
変形が生じてサーボモータ8c，9cの基準位置に対して垂
直尾翼４の可動翼4b及び水平尾翼５の基準位置にズレを
生じても、このズレを簡単に調整することができて好ま
しい。

【００１９】また推進力を発生させるプロペラ７が航空
機本体１の重心Ｇ近傍に位置せしめられているので、原
動機６の出力制御時に航空機本体１の安定性が非常に良
い。そしてプロペラガイド7aが設けられていると、航空
機本体１が着陸又は着水しているときのような航空機本
体１に揚力が働いていない状態の場合に主翼シート3aが
弛んでも、主翼シート3aがプロペラ７により損傷するこ
とがない。また搭載部材収納用容器10が装着されている
と、目的に応じた機材等を搭載することができ、また搭
載部材が比較的振動に弱いものであるときには搭載部材
収納用容器10が緩衝装置11を介して装着されていると離
着陸時の衝撃や胴体２に装着されている原動機６の振動
等が胴体２を介して伝わる衝撃が緩衝される。

【００２０】

【発明の効果】以上に詳述した如く本発明に係る無線制
御航空機は、主翼構成部材の揚力を発生させるための主
翼シートの面積が大きくて単位面積当りに働く荷重が小
さく水平尾翼を翼全体が揺動できるように構成されてい
るので、低速であっても自律安定飛行を行うことができ
る他、以下に列挙する如く種々の効果を奏するものであ
り、航空撮影を初めとして種々の分野で利用することが
できてその工業的価値の非常に大きなものである。 離着陸時における進行角度を急角度とすることができ
るので、平坦な場所が狭くても離着陸可能で、使用場所
の制限がほとんどない。 滑空が可能であるため原動機の燃料切れや故障に伴う
墜落の危険性が少なく不時着時の安全性に非常に優れて
いる。また、プロペラが航空機本体の重心Ｇ近傍に位置
せしめられているので、着陸時や不時着時にこのプロペ
ラが地上の建造物や人等に接触して互いに損傷する恐れ
が無く安全性に優れている。 自律安定性が高いので昇降，旋回，方向及び速度の各
制御が容易で操縦が簡単であり、更に水平尾翼が翼全体
で揺動せしめられるので急角度で昇降させることができ
機動性に優れている。 風上に向けて空中で停止させることができるので、作
業目的によっては非常に有効である。例えば、航空撮影
を行う際に空中停止した状態を維持しておくことによっ
て、撮影用カメラの操作を容易に行うことができる。 航空機本体の構造が簡単で安価に製作することがで
き、更にメンテナンスを容易に且つ安価に行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る無線制御航空機の１実施例の飛行
状態を示す側面説明図である。

【図２】図１の平面説明図である。

【図３】図１の正面説明図である。

【図４】本発明に係る無線制御航空機の垂直尾翼部分を
示す説明図である。

【図５】本発明に係る無線制御航空機の垂直尾翼の制御
機構を示す説明図である。

【図６】本発明に係る無線制御航空機の水平尾翼部分を
示す説明図である。

【図７】本発明に係る無線制御航空機の水平尾翼の制御
機構を示す説明図である。

【図８】本発明に係る無線制御航空機の空中停止時にお
ける力の釣り合いを説明する説明図である。

【符号の説明】

１ 航空機本体 ２ 胴体 ３ 主翼構成部材 3a 主翼シート 3b 中央桁材 3ba 取付面 3c 側桁材 3d 支柱 3e 梁材 3f 支柱 ４ 垂直尾翼 4a 固定翼 4b 可動翼 4c アーム ５ 水平尾翼 5a 軸 5b アーム ６ 原動機 ７ プロペラ 7a プロペラガイド ８ 垂直尾翼の制御機構 8a プッシュロッド 8b 調整手段 8c サーボモータ ９ 水平尾翼の制御機構 9a プッシュロッド 9b 調整手段 9c サーボモータ 10 搭載部材収納用容器 11 緩衝装置 12 機体支持材 13 無線送信機 Ｇ 重心 ａ 揚力 ｂ 抗力 ｃ 合成力 ｄ 推進力 ｅ 重力 ｆ 合成力

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 胴体(２)に固定されている支柱(3d)と垂
   直尾翼(４)とにより胴体(２)の中央上方に固定されてお
   り前方が高く盛り上がっていて後方に行くに従ってほぼ
   直線状に下方に傾斜する取付面(3ba)を有する中央桁材
   (3b)と、胴体(２)に固定されている支柱(3f)及び中央桁
   材(3b)に固定されている梁材(3e)の両先端と中央桁材(3
   b)の前端とにそれぞれ固定されており平面において両側
   方に略ハの字状を成す対称な状態で且つ後方に行くに従
   ってほぼ直線状に下方に傾斜している側桁材(3c)と、こ
   れら中央桁材(3b)の取付面(3ba)と側桁材(3c)とに前方
   からの風を受けて翼型に膨らむ状態に固定されている可
   撓性素材から成る主翼シート(3a)とから成る主翼構成部
   材(３)と、胴体(２)の後端部に直立して固定されている
   固定翼(4a)に側方へ揺動自在に可動翼(4b)が装着されて
   いる垂直尾翼(４)と、垂直尾翼(４)の固定翼(4a)の側方
   に水平な軸回りに翼全体が揺動自在に装着されている水
   平尾翼(５)と、胴体(２)に搭載されており機体の重心
   (Ｇ)近傍に位置せしめられているプロペラ(７)を回転せ
   しめる原動機(６)と、それぞれ無線受信機を備えて胴体
   (２)に装着されており前記原動機(６)の出力を制御せし
   める制御機構と前記垂直尾翼(４)の可動翼(4b)の揺動角
   度を制御せしめる制御機構(８)と前記水平尾翼(５)の揺
   動角度を制御せしめる制御機構(９)とを備えて成る航空
   機本体(１)と、前記制御機構に制御信号を送信せしめる
   無線送信機(13)とを備えていることを特徴とする無線制
   御航空機。
2. 【請求項２】 プロペラ(７)の先端の回転軌跡の外方周
   辺を囲む位置にプロペラガイド(7a)が設けられている請
   求項１に記載の無線制御航空機。
3. 【請求項３】 搭載部材収納用容器(10)が胴体(２)に装
   着されている請求項１又は２に記載の無線制御航空機。
4. 【請求項４】 搭載部材収納用容器(10)が緩衝装置(11)
   を介して胴体(２)に装着されている請求項３に記載の無
   線制御航空機。
5. 【請求項５】 垂直尾翼(４)及び水平尾翼(５)の制御機
   構(８，９)が、垂直尾翼(４)の可動翼(4b)，水平尾翼
   (５)にプッシュロッド(8a，9a)を介してサーボモータ(8
   c，9c)が連結されている制御機構である請求項１から４
   までのいずれか１項に記載の無線制御航空機。
6. 【請求項６】 垂直尾翼(４)及び水平尾翼(５)の制御機
   構(８，９)にプッシュロッド(8a，9a)の長さ調整手段(8
   b，9b)が設けられている請求項５に記載の無線制御航空
   機。