JPH11508206A - 流体を加速し動的に制御するための流体推進システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 流体を加速し且つ方向を制御するための推進システムは、引きずり領域(４４)から流体を通して循環するための連続動的表面（４０）を有しており、引きずり領域（４４）においては、動的表面（４０）へ導入され、推力領域（４６）へと行き、この推力領域においては、流体が動的表面（４０）から放出される。動的表面（４０）は、推力領域（４６）を通して引きずり領域（４４）から加速流体の層を発生するようにその表面に近接した流体を加速させる。モータが、動的表面（４０）を駆動するために、動的表面（４０）に作動的に接続される。セパレータプレート（６０）が、動的表面（６２）に隣接して配置される。セパレータプレート（６０）は、動的表面（４０）から加速流体の層を引き剥がすための前縁（６２）と、前縁（６２）に隣接して加速流体を所望の方向に向けるための実質的に平らな推力面（６４）とを有する。セパレータプレート（６０）は、縁（６２）が動的表面（４０）に全体的に近接し、推力面（６４）が推力領域（４６）の少なくとも一部分に対して動的表面（４０）に対して接線方向となるように、動的表面に対して位置決めしうる。

Description

【発明の詳細な説明】 流体を加速し動的に制御するための流体推進システム技術分野 本発明は、急速に回転しうるシリンダまたは急速に移動しうるベルトの如き連 続動的表面を使用して流体を加速し且つその方向を制御することに関する。発明の背景 航空機、ボート、ホバークラフトおよびその他の移動体は、推力を発生するよ うに流体を加速することによって、推進させられる。推力は、その推力の方向と は反対の方向に移動体を駆動する力を発生する。通常の推進システムとしては、 一般的なものとして、プロペラおよびタービンがある。 プロペラ推進システムは、航空機およびボートに関連して広く使用されている 。しかし、プロペラは、比較的に効率の悪いものである。何故ならば、流体の相 当部分が、推力の所望の方向から外れて半径方向外側へ向けられてしまうからで ある。したがって、プロペラは、推力出力を最大限増大させる流体のエネルギー を浪費していまっている。また、プロペラは、水中で作動するときにはキャビテ ーションのために、その効率がさらに低下させられてしまう。プロペラの別の問 題点は、危険であるということであり、プロペラが回転しているときに、人や動 物がプロペラに接触すると重傷を負ったり、死に至る場合さえあるほどである。 最後に、プロペラは、非常に騒音の激しいものであり、空港周辺で公害をもたら してしまうほどのものである。 タービンは、航空機を推進させるのに広く使用されている。しかし、タービン の適用範囲は限られている。何故ならば、タービンは、高価であり騒音を発する ものであるからである。タービンは、また、水の如き高密度流体中では作動しな い。プロペラやタービンは、前述したような問題点を抱えているものであること にかんがみ、効率がよく、安全で、静かで且つ陸上、海上および空中移動体に広 く適用しうるような推進システムを開発することが望まれている。 １つの代替推進システムとして、回転シリンダがある。急速に回転するシリン ダに関する従来の開発は、一般的に、マグヌス効果による揚力を発生するように 流体流束中においてシリンダを使用することに向けられていた。急速に回転する シリンダをこのように使用するのは、揚力を得るためには有用であるが、これら は、静止流体中で推力を発生するのに急速に回転するシリンダを使用しようとし ているものではない。 回転シリンダは、これまでは、流体推進システムとしてはあまり受け入れられ ていない。シリンダが流体中で回転させられるとき、シリンダと流体との間の摩 擦により、流体の一部がそのシリンダの周りに層をなして引きづられていってし まう。回転シリンダを使用した通常の推進システムは、翼スパン（航空機）また はビーム（ボートおよび自動車）の如き所定の移動体の物理的諸寸法を越えるよ うな大きさとしなければ、十分な推力を発生できない。したがって、これまでは 、回転シリンダは、航空機、ボート、ホバークラフトおよびその他の移動体にそ のまま使用することは実際的には不可能であった。 回転シリンダを使用する推進システムの一例は、H.W.Bumpの米国特許第２９８ ５４０６号に示されている。この米国特許明細書には、航空機のための揚力およ び推進手段として作用する２つの回転シリンダが開示されている。これらシリン ダは、互いに実質的に平行に配置されており、互いに向かって回転されて、空気 はそれらシリンダのまわりに流れ、それらシリンダの後部で合流させられるよう になっている。空気は、初期的には、それらシリンダの間の空間から引きづられ て、それらシリンダの外側を回っていく。もし、妨げのない状態のままとされる ばらば、それらシリンダの間のスペースにおける加速流体の方向は、一般的には 、最大推力の所望の方向とは反対である。加速流体を適当な方向へと方向づける ために、Bumpの米国特許第２９８５４０６号では、シリンダの後部にデフレクタ を配置し、シリンダから加速空気を分離して、それを９０°角度変更して所望の 方向へと方向付けるようにしている。 回転シリンダ推進システムは、プロペラおよびタービンに比較して多くの利点 を有している。先ず、この種のシステムは、プロペラに比べて比較的に安全であ る。何故ならば、これらシステムは、ブレードを有しておらず、一般的に物体が シリンダの表面に実際に接触しないようにする粘性のない流体流の層をシリンダ の近傍に作り出すからである。回転シリンダは、また、非常に静かであり、空気 中での作動でも、水中での作動でも、同様に適用しうるものである。従って、静 止流体を加速し方向付けるために、急速に回転するシリンダ、または、急速に移 動するベルトの如き別の型の連続動的表面を使用した効率の良い融通性のある推 進システムを開発することが望まれている。発明の概要 本発明による推進システムは、引きずり領域から推力領域へと流体を循環させ るための連続動的表面である。この動的表面は、この表面に近接した流体を加速 して、引きずり領域から推力領域を通して加速された流体の層を発生させる。モ ータが、この動的表面を駆動するために、この動的表面に作動的に接続される。 セパレータプレートが、動的表面に隣接して配置される。このセパレータプレー トは、動的表面から加速された流体の層を引き剥がすための前縁と、この前縁に 隣接して加速された流体を所望の方向に向けるための実質的に平らな推力面とを 有している。セパレータプレートは、前縁が動的表面に大体近接し、推力面が推 力領域の少なくとも一部分について動的表面に対して実質的に接線方向となるよ うに、動的表面に関して位置決めしうる。 別の実施例では、本発明による推進システムは、複数のシリンダを有する。各 シリンダは、引きずり領域から推力領域へと流体を通して回転しうる外側表面を 有しており、この外側表面は、各々のまわりに加速された流体の層を発生するた めのものである。これらシリンダは、シリンダ間に引きずり収束ゾーンを定める ように離間されており、これらシリンダは、収束ゾーンの方へ向かって内側に回 転され、各シリンダから加速された流体が収束ゾーンを通して所望の推力方向に 流れるようにする。モータが、シリンダを急速度で駆動させるために、シリンダ に作動的に取り付けられる。各々が前縁および推力面を有している複数の移動可 能な推力セパレータプレートが、シリンダに隣接して配置され、各シリンダがそ の推力領域に配置された少なくとも１つの対応するセパレータプレートを有する ようにしている。各セパレータプレートは、収束ゾーンに位置決めしうるもので あり且つその対応するシリンダに対して移動しうるものである。図面の簡単な説明 第１図は、本発明による急回転シリンダ流体推進システムの横断面図である。 第２Ａ図は、第１図の流体推進システムの急回転シリンダの別の横断面図であ る。 第２Ｂ図は、第１図の推進システムの急回転シリンダの別の横断面図である。 第３Ａ図は、複数のセパレータプレートを有する本発明による流体推進システ ムの急回転シリンダの等角投影図である。 第３Ｂ図は、第３Ａ図の推進システムの横断面図である。 第４Ａ図は、船舶に関連して使用された本発明による流体推進システムの急回 転シリンダの順方向駆動の状態を示す図である。 第４Ｂ図は、第４Ａ図の急回転シリンダのニュートラル駆動の状態を示す図で ある。 第４Ｃ図は、第４Ａ図の急回転シリンダの逆方向駆動の状態を示す図である。 第５Ａ図は、第４Ａ図の急回転シリンダの詳細横断面図である。 第５Ｂ図は、第４Ｂ図の急回転シリンダの詳細横断面図である。 第５Ｃ図は、第４Ｃ図の急回転シリンダの横断面図である。 第６Ａ図は、本発明による流体推進システムの回転シリンダおよび長手方向に 移動しうるセパレータプレートを示す概略図である。 第６Ｂ図は、本発明による流体推進システムの回転シリンダおよび半径方向に 移動しうるセパレータプレートを示す概略図である。 第６Ｃ図は、本発明による流体推進システムの回転シリンダおよび接線方向に 移動しうるセパレータプレートを示す概略図である。 第６Ｄ図は、本発明による流体推進システムの回転シリンダおよび回転移動し うるセパレータプレートを示す概略図である。 第６Ｅ図は、本発明による流体推進システムの回転シリンダおよび角度的に移 動しうるセパレータプレートを示す概略図である。 第７図は、本発明による二重シリンダ流体推進システムの横断面図である。 第８図は、本発明による二重シリンダ流体推進システムの上面図である。 第９Ａ図は、本発明による二重シリンダ流体推進システムの順方向駆動の状態 を示す横断面図である。 第９Ｂ図は、本発明による二重シリンダ流体推進システムの逆方向駆動の状態 を示す横断面図である。 第９Ｃ図は、横方向推力を発生する本発明による二重シリンダ流体推進システ ムの横断面図である。 第９Ｄ図は、別の横方向推力を発生する本発明による二重シリンダ流体推進シ ステムの横断面図である。 第１０図は、船舶を推進させるのに使用された本発明による二重シリンダ流体 推進システムを示す図である。 第１１Ａ図は、本発明による多重シリンダ流体推進システムの等角投影図であ る。 第１１Ｂ図は、本発明による別の多重シリンダ推進システムの等角投影図であ る。 第１２図は、第１１Ａ図の多重シリンダ推進システムの横断面図である。 第１３図は、航空機に関連して使用された本発明による多重シリンダ推進シス テムの上面図である。 第１４図は、移動しうる回転軸を有した本発明による多重シリンダ推進システ ムの横断面図である。 第１５図は、フィンを有した本発明による多重シリンダ推進システムの上面図 である。 第１６図は、第１５図の多重シリンダ推進システムの横断面図である。 第１７図は、動的表面が移動ベルトである本発明による推進システムの横断面 図である。発明の詳細な説明 第１図から第１７図は、推力を発生するように流体を加速し且つ方向を制御す るための本発明による流体推進システムを例示している。ここで、用語「推力」 は、所定の方向の加速された流体の流れを示すのに総称的に使用され、用語「揚 力」は、ほぼ垂直方向に向けられた推力を示すのに使用されている。種々な図を 通して同様の部分には同様の参照番号を付している。 第１図は、連続動的表面、すなわち、単一の急回転シリンダ４０を有した流体 推進システム１０の横断面図である。シリンダは、外側表面４１を有しており、 回転シャフト４２に取り付けられている。シリンダ４０が回転するとき、外側表 面４１のどの所定点も、引きずり領域４４から推力領域４６へと流体を通して連 続的に回転していく。外側表面４１と流体Ｆとの間の摩擦界面により、引きずり 領域４４の始点に位置した点５２から推力領域４６の終点に位置した推力バンド ５４への加速された流体の層５０が形成される。この層５０の厚さは、それが引 きずり領域４４および推力領域４６を通して進むにつれて、半径方向において外 側へと大きくなっていく。この層５０には速度勾配が存在し、外側表面４１に近 い流体は、シリンダ４０に関して同じ半径位置での層５０の外側縁にそう流体よ りも速く移動する。 セパレータプレート６０は、推力領域４６に配置されて、加速された流体の層 ５０をシリンダ４０から引き剥がし、その流体層を所望の方向へ向ける。セパレ ータプレート６０は、シリンダ４０の外側表面４１に近接して配置された前縁６ ２およびこの前縁６２に隣接した推力面６４を有している。推力面６４は、平ら 、または実質的に平らであるのが好ましく、この推力面６４は、外側表面４１に 対して実質的に接線方向に延びるように配置されている。外側表面に対して接線 方向に配置された平らな、または実質的に平らな推力面６４を使用することによ り、加速されたりゅたいは、エネルギー損を最小にして外側表面４１から効率的 に引き剥がされる。実質的に平らな接線面６４は、平らでなくまたは接線面でな い羽根に比較して、加速流体をその境界層から引き剥がすエネルギー損を減少さ せる。何故ならば、推力面６４は、流体の回転エネルギーを減少させるだけであ るからである。他の平らでない、または接線面でない羽根は、流体の回転エネル ギーと直線エネルギーとの両方を減少させがちのものである。セパレータプレー ト６０は、また、推力面６４を越えた輪郭面６７（点線で示す）を有している。 好ましい実施例では、外側表面４１の半径と実質的に同じ半径を有する湾曲内側 表面６６が、前縁に近いプレート６０の他方の側に配置されている。 引きずりスクープ８１が、シリンダ４０の一部分のまわりに配置され、より多 くの流体をシリンダと接触する方向へと向け、且つ加速流体がセパレータプレー ト６０のまわりを巻いて引きずり領域４４へと戻されてしまわないようにしてい る。一実施例では、引きずりスクープ８１は、湾曲リーフ８０およびこの湾曲リ ーフ８０の外側の外側リーフ８２を含む複数のセグメントを有している。湾曲リ ーフ８０および外側リーフ８２は、シリンダ４０の回転軸とほぼ平行に延長する 領域８４にそって互いに重なり合っている。ガイド８６は、湾曲リーフ８０が矢 印Ａで示すようにシリンダ４０のまわりに移動されるとき、外側リーフ８２の下 へ湾曲リーフ８０を案内するために、湾曲リーフ８０および外側リーフ８２の隣 接端に配置されている。 引きずりスクープ８１は、回転シリンダ４０の推力出力を相当に高める。回転 シリンダ４０によって発生された推力により、これに接続された移動体が流体媒 体を通して移動させられる。移動体が移動するとき、それにより、シリンダ４０ に対する流体流束が形成される。したがって、シリンダに対するマグヌス効果が 発生し、低圧力ゾーンが前縁４０に形成され、高圧力ゾーンが引きずり領域４４ の外側表面４１に隣接して形成される。引きずりスクープ８１は、シリンダ４０ に対して高圧力を入れ込むようにし、外側表面４１と流体との間の摩擦が増大さ せられる。したがって、加速流体の層５０は、この引きずりスクープ８１が無い 場合よりも、より速くより大きくなる。 作動において、外側表面４１は、非常に高い速度で移動するのが好ましい。シ リンダ４０の半径および流体媒体の種類によって変わるが、シリンダ４０は、一 般的には、水中においてはほぼ５００−１２０００r.p.m.で回転し、空気中でほ ぼ１８０００−１０００００r.p.m.で回転する。本発明の範囲は、前述したよう な回転速度に限定されるものでなく、その他の回転速度を使用することもできる 。水中において使用されるとき、外側表面４１の速度は、一般的には、毎秒数百 フィートである（例えば、６インチの半径を有し且つ９０００r.p.m.で進むシリ ンダの場合４７１.２４ft/s）。シリンダ４０の外側表面４１と流体媒体との間 の摩擦により、層５０は、引きずり領域４４にて急速に速度を増していく。流体 流の矢印Ｆによって示されるように、引きずりスクープ８１は、引きずり領域４ ４を通しての境界層５０の成長を高め、なおも、推力領域において層５０へさら に流体が引きずり込まれるようにしている。層５０の速度は、シリンダの外側表 面４ １の速度および流体の粘性の関数である。移動体は、シリンダの速度および外側 表面４１のまわりの推力面６４の接線位置を変えることにより、所望の速度で且 つ所望の方向に推進させられる。 第２Ａ図および第２Ｂ図は、単一の回転シリンダ４０を使用した加速流体の方 向制御を例示している。第２Ａ図に示されるように、セパレータプレート６０は 、推力面６４を横切る推力をシリンダの右側へと向けるように、シリンダ４０の まわりに半径方向に回転させられる。第２Ｂ図は、推力５４がシリンダの左側へ 向けられるように、シリンダ４０のまわりに半径方向において配置されたセパレ ータプレート６０を例示している。 シリンダ４０に対するセパレータプレート６０の位置も、引きずり領域４４お よび推力領域４６のサイズおよび位置に影響を及ぼす。引きずり領域４４は、第 ２Ａ図に示すように右手推力が発生されるときには、シリンダ４０の右へ向けて 始まる。第２Ｂ図に示すように、推力をシリンダ４０の左へ向ける場合には、引 きずり領域４４は、シリンダ４０の左側へ向けて始まる。 第３Ａ図および第３Ｂ図は、セパレータプレートが前縁６２ａを有する第１の セクション６０ａと、前縁６２ｂを有する第２のセクション６０ｂとに分けられ ているような回転シリンダ４０を例示している。第１のセクション６０ａおよび 第２のセクション６０ｂは、外側表面４１に対して実質的に垂直な境界にそって 分けられている。第１および第２のセクション６０ａおよび６０ｂは、また、外 側表面４１のまわりに独立して位置決めされうる。第１のセクション６０ａは、 加速流体層５０ａをシリンダ４０から分離して、それをその推力面６４ａを横切 るように方向付け、一方、第２のセクション６０ｂは、加速流体を第２の層５０ ｂへと分割して、それをその推力面６４ｂを横切るように方向付ける。好ましい 実施例では、第１のセクション６０ａは、その推力面６４ａの端部に取り付けら れる第１の湾曲リーフ８０ａを有し、第２のセクション６０ｂは、その推力面６ ４ｂの端部に取り付けられる第２の湾曲リーフ８０ｂを有している。第１および 第２のセクション６０ａおよび６０ｂの場合のように、湾曲リーフ８０ａおよび ８０ｂは、独立して別々にシリンダ４０のまわりに位置決めされうる。単一の外 側リーフ８２が、湾曲リーフ８０ａおよび８０ｂの外側に配置される。外側 リーフ８２は、シリンダ４０の実質的に全長に旦って延びるようにされているの が好ましい。独立して別々に位置決めしうるセクション６０ａおよび６０ｂを設 けることにより、第３Ａ図に示されるように、加速流体が分割され、推力５４ａ がシリンダ４０の左へ向けられ、推力５４ｂがシリンダ４０の右へ向けられるよ うにすることができる。逆に、第１および第２のセクション６０ａおよび６０ｂ をシリンダ４０のまわりに回転させることにより、第３Ｂ図に示されるように、 推力５４ａがシリンダ４０の右へ向けられ、推力５４ｂが左へ向けられるように することができる。単一回転シリンダのまわりに多重セクションを有したセパレ ータプレートは、移動体の方向制御性を高めることができる。 第４Ａ図から第４Ｃ図は、船首９４と船尾９６との間に延長する底部９２を有 する船舶９０に単一急回転シリンダを適用した例を示す。一つの実施例において は、急回転シリンダ４０は、船舶９０のビームを横切って水平に取り付けられて おり、引きずりスクープ８１は、底部９２内に形成されている。回転シリンダ４ ０は、その最も低い表面が船尾９６で底部９２によって定められた平面と実質的 にツラ一となるように、配置されるのが好ましい。セパレータプレート６０は、 船尾９６で底部９２に配置されたポケット９７に部分的に配置されている。セパ レータプレート６０は、その前縁６２がシリンダ４０に近接する係合または引き 剥がし位置と、それがポケットに受け入れられる後退位置との間で往復移動しう る。好ましい実施例においては、セパレータプレート６０は、底部９２と実質的 に平行に且つ回転シリンダ４０の底部に対して接線方向に移動する。逆転プレー ト７０は、回転シリンダ４０の前側に配置されていて、船舶の船尾肋骨の方へ向 かって上方に角度が付けられている。この逆転プレート７０は、往復動ロッド７ １に接続されており、その往復動ロッド７１は、係合位置と後退位置との間で往 復移動するように開口９８を通して配置されている。 第４Ａ図および第５Ａ図は、順方向駆動状態にある単一シリンダ推進システム を例示している。順方向推力を発生するために、セパレータプレート６０は、そ の係合位置に配置され、逆転プレート７０は、引きずりスクープ８１の前部分に 対する後退位置に配置される。シリンダ４０が回転するとき、引きずり領域にお ける流体は、加速され、第１図に関して前述したように、セパレータプレートの 方に向かって後方に向けられる。加速流体５０が回転シリンダ４０の最低部分に 近づくとき、前縁６２は、シリンダ４０から推力５４を分離し、推力面６４は、 底部９２と実質的に平行なベクトルにて推力５４を方向付ける。 第４Ｂ図および第５Ｂ図は、ニュートラル駆動状態にある単一シリンダ推進シ ステムを例示している。セパレータプレート６０および逆転プレート７０は、共 に、それらの後退位置に配置されている。セパレータプレート６０は、第４Ｂ図 に示されるように部分的に後退させられているか、または、第５Ｂ図に示すよう に完全に後退させられているかである。両方のプレートがそれらの後退位置にあ るときには、推力は発生されない。何故ならば、加速流体はシリンダから全く分 離されないからである。したがって、シリンダのまわりの加速流体の力は互いに 打ち消し合ってしまい、実効的には、ニュートラル駆動の状態となる。 第４Ｃ図および第５Ｃ図は、逆方向駆動状態にある単一シリンダ推進システム を例示している。セパレータプレート６０は、ポケット９７内に後退させられて おり、逆転プレート７０は、係合位置にあって、その前縁７２が回転シリンダ４ ０の前側に近接配置されている。シリンダ４０が回転するとき、流体は、シリン ダ４０の後方側で引きずりスクープ内へと引きずり込まれ、推力面７４によって 船首９４の方へ向かって下向きの角度の方向に向けられる。 別の実施例(図示していない)においては、第４Ａ図から第４Ｃ図および第５Ａ 図から第５Ｃ図に示された水平回転シリンダ４０は、多重セクションセパレータ プレートおよび多重セクション逆転プレートを有している。多重セクションセパ レータプレートと逆転プレートとの組合せ作用により、シリンダの周りの流体流 は分割され、通常のツインスクリュー推進システムのように作動する。例えば、 左への転向は、左セパレータおよび逆転プレートを逆方向駆動状態に位置させ且 つ右セパレータおよび逆転プレートを順方向駆動状態に位置させることによって 行われうる。逆に、右への転向は、左セパレータおよび逆転プレートを順方向駆 動状態に位置させ、且つ右セパレータおよび逆転プレートを逆方向駆動状態に位 置させることによって、行われる。 第６Ａ図から第６Ｅ図は、セパレータプレート６０をシリンダ４０のまわりに 位置決めしうることを概略的に例示している。第６Ａ図において、セパレータプ レート６０は、シャフト４２に実質的に平行なシリンダ４０の長手方向にそって 位置決めしうる。シリンダ４０に対してセパレータプレート６０の長手方向にお ける位置を調整することにより、加速流体は、回転シリンダ４０から選択的に分 離させられ、モーメント力Ｍ１（セパレータプレート６０が中心から左に位置し ている）またはＭ２（セパレータプレート６０が中心から右に位置している）を 発生する。第６Ｂ図を参照するに、セパレータプレート６０は、外側表面４１か ら半径方向において外側で且つその外側表面４１に対して垂直に位置決めしうる ものである。セパレータプレート６０の半径方向における位置決めにより、シリ ンダ４０から分離される加速流体の量が調整される。セパレータプレート６０は 、加速流体の層から離脱して推力がなんら発生されないように、シリンダ４０か ら半径方向において十分に外側へと位置させられうる。第６Ｃ図において、セパ レータプレートは、外側表面４１に対する接線にそって位置決めされうる。第６ Ｂ図に示したような半径方向における位置決めの場合のように、セパレータプレ ートの接線方向における位置決めにより、シリンダ４０から分離される加速流体 の量が減少させられる。第６Ｄ図は、第２Ａ図および第２Ｂ図に関して説明した ようにシリンダ４０のまわりでのセパレータプレートの回転位置決めを例示して いる。第６Ｅ図においては、セパレータプレート６０の前縁６２は、シリンダ４ ０に対して角度的に調整しうる。前縁６２の第１の端部６１は、外側表面４１か ら離れて位置決めされており、前縁６２の第２の端部は、外側表面４１に対して 近接並置されている。前縁６２をシリンダ４０に対して角度的に調整することに より、推力の質量慣性および方向をわずかに変えて、移動体の喫水を調整し、ま たは速度を調整することができる。 第７図から第１４図は、本発明の別の実施例を例示しており、この実施例では 、本発明による推進システムは、増大推力ベクトルまた複数の推力ベクトルを発 生するために複数の回転シリンダを含む。第７図を参照するに、推進システム１ ００は、第１の回転シリンダ４０と、第２の回転シリンダ１４０とを備える。セ パレータプレート６０および湾曲リーフ８０は、第１図から第６図に関して前述 したように第１のシリンダ４０のまわりに作動的に位置決めされる。セパレータ プレート１６０および湾曲リーフ１８０は、同様に、第２の回転シリンダ １４０のまわりに位置決めされる。好ましい実施例においては、第２のセパレー タプレート１６０は、第２のローラ１４０の外側表面１４１に近接配置された前 縁１６２と、この前縁１６２に隣接した実質的に平らな推力面１６４とを有する 。推力面１６４は、外側表面１４１に対して実質的に接線方向に延びるのが好ま しく、且つ、その推力面１６４は、その運動範囲を通して外側表面１４１と実質 的に接線関係を維持して、外側表面１４１のまわりに回転しうるものである。第 １および第２のシリンダ４０および１４０は、セパレータプレート６０および１ ６０が引きずり収束ゾーン１４８を横切って互いに並置されるように、離間した 関係に配置される。好ましい実施例では、シリンダ４０および１４０は、対向対 の配列とされ、駆動シャフト４２および１４２が互いに実質的に平行とされてい る。したがって、セパレータプレート６０および１６０は、収束ゾーン１４８を 横切って互いに対向して実質的に平行に配置される。 動作において、第１のシリンダ４０は、推力５４として所望の方向において推 力面６４を横切るような加速流体の層５０へと点５２から流体を引きずり込む。 第２のシリンダ１４１は、同様に、推力１５４として所望の方向において推力面 １６４を横切るような加速流体の層１５０へと点１５２から流体を引きずり込む 。加速流体の層５０および１５０が収束ゾーン１４８で合流するとき、それらは 、単一回転シリンダに比べてより多くの流体を推力へ引きずり込み、その結果推 力が増大させられる。その増大した推力１５８は、このような増大のない単一推 力５４および１５４の和よりも相当に高い質量慣性を有する。増大推力の質量慣 性は、収束ゾーン１４８のサイズおよび駆動シャフト４２および１４２の相対位 置によって影響される。ここで注意すべきことは、もし、収束ゾーンが大き過ぎ るか、または小さ過ぎるか、または、シャフト４２および１４２が異なる水平面 に位置している場合には、個々の推力５４および１５４の増大は減少させられる ということである。したがって、推力増大を最大とする必要のあるような適用例 の場合には、回転シリンダの半径に対する収束ゾーン１４８のサイズを最適化し 且つ回転シャフト４２および１４２を共通の平面内に配置することが望ましい。 シリンダの回転方向は、本発明の多重シリンダの実施例の重要な特性である。 所定方向に移動体を駆動するために最大の推力を発生するために、第１のシリン ダ４０は、収束ゾーン１４８に向かって、時計方向に回転し、第２のシリンダ１ ４０は、反時計方向に回転する。したがって、加速流体の層５０および１５０は 、シリンダの外側から、シリンダの間の収束ゾーン１４８を通して且つ推力セパ レータプレート６０および１６０を通して流れる。加速流体の層５０および１５ ０がシリンダの間の収束ゾーン１４８を通して流れるようにシリンダ４０および １４０を回転することにより、その流れは、前述したように増大させられ、シリ ンダから接線方向へよりも多くの流れを向けるデフレクタプレートでのエネルギ ー損失はない。 第８図は、２つの回転シリンダ４０および１４０を有する推進システム１００ に対する駆動モータ２０および転向ロッド１８１の接続を例示している。この駆 動システムは、第１のプーリ２１と、第２のプーリ２３と、第３のプーリ２６と を備えている。第１のプーリ２１は、モータ２０の駆動シャフトに取り付けられ ており、第２および第３のプーリ２３および２６は、別々の回転シャフトに取り 付けられている。第２のプーリ２３は、第３のプーリ２６に取り付けられたギア ２５に係合しているギア２４を有している。ギア２４は、ギア２５に係合して、 第２のプーリ２３の一方向の回転を第３のプーリ２６の反対方向の回転へと伝え る。第４のプーリ２９は、第１のシリンダ４０のシャフト４２に取り付けられ、 第５のプーリ３０は、第２のシリンダ２３のシャフト１４２に取り付けられてい る。第１の駆動ベルト２７は、第３のプーリ２３と第４のプーリ２９との間に配 置され、第３の駆動ベルト２８は、第２のプーリ２３と第５のプーリ３０との間 に配置されている。動作において、モータ２０は、第１のプーリ２３を回転させ て、第１のベルト２２および第２のプーリ２３を駆動させる。第２のプーリ２３ は、第３のベルト２８と第３のプーリ２６との両方を駆動する。第２のベルト２ ７および第３のベルト２８は、ローラ４０および１４０をそれぞれ駆動する。 転向機構は、対向する点８７および８９で湾曲リーフ８０に固定接続されシャ フト４２に枢軸接続されたブラケット８５を備える。ブラケット１８５は、同様 に、シャフト１４２に取り付けられ、且つ点１８７および１８９で湾曲リーフ１ ８０に固定接続されている。ロッド１８１が、それぞれピン８３および１８３に よってブラケット８５および１８５の端部に枢動しうるように取り付けられて いる。動作において、ロッド１８１の軸方向移動により、ブラケット８５および １８５はシャフト４２および１４２の周りに回動させられる。ブラケット８５お よび１８５がそれぞれのシャフトの周りに枢動するとき、セパレータプレート６ ０および１６０および湾曲リーフ８０および１８０は、シリンダ４０および１４ ０のまわりに回転して、推力を所望の方向に向ける。 第９Ａ図から第９Ｄ図は、本発明の別の実施例を例示しており、この実施例で は、２つの回転シリンダ４０および１４０は、独立して別々に制御されるセパレ ータプレートおよび引きずりスクープを有している。第９Ａ図において、セパレ ータプレート６０および１６０は、第７図に関して前述したように収束ゾーン１ ４８に配置され、最大推力を順方向へ発生する。第９Ｂ図は、収束ゾーン１４８ の外側でシリンダ４０および１４０の対向側に配置されていて、逆方向の別々の 推力を発生させる。逆方向推力５４および１５４は、第９Ａ図に示すように増大 されない。何故ならば、推力は、静止流体の加速流体の層への引きずり込みを高 めるようには、収束ゾーン１４８にて合わせられないからである。第９Ｃ図は、 一方の方向への横方向推力を発生するように各セパレータシリンダの周りに位置 したセパレータプレート６０および１６０を例示しており、第９Ｄ図は、反対方 向への横方向推力を発生するように位置決めされたセパレータプレート６０およ び１６０を例示している。 第１０図は、タグボート１９０の底部１９２に取り付けられた２つの二重シリ ンダ推進システム１００の例を側面図で示している。この推進システムは、それ らの回転軸が底部１９２から下方に垂直に延長するように、タグボートに取り付 けられている。最大の順方向推力を発生するために、シリンダのセパレータプレ ートは、最大の力でタグボートを前方向に駆動させるように、第９Ａ図に示すよ うに位置決めされる。 第１１Ａ図は、４つのシリンダ４０、１４０、２４０および３４０を有する流 体推進システム２００を例示している。それらのシリンダは、隣接シリンダに対 して実質的に垂直となるように縦続配置されており、直線形状を有する収束ゾー ン２４８を形成している。二重シリンダ推進システム１００の場合のように、シ リンダの回転方向は、本発明の重要な特性である。流体流の最大の増大を得るた めに、これらシリンダは、加速流体がシリンダの間の収束ゾーン２４８を通して ながれ、それから、最大推力の所望の方向へその収束ゾーンから出ていくように 、収束ゾーン２４８の方へ向かって内側へ回転する。 各シリンダは、推力領域に位置した少なくとも１つの対応するセパレータプレ ートを有する。一つの実施例では、シリンダ４０は、２つのセパレータプレート ６０を有し、シリンダ１４０は、２つのセパレータプレート１６０を有しており 、シリンダ２４０は、セパレータプレート２６０を有しており、シリンダ３４０ は、セパレータプレート３６０を有している。各セパレータプレートは、各シリ ンダに関連した個々の推力ベクトルが個々に制御されうるように、対応するシリ ンダに対して位置決めしうる。第１１Ａ図に示すように、推力ベクトル５４、１ ５４、２５４および３５４は、それらの対応するシリンダから分離され、収束ゾ ーン２４８から下方向且つ外側へと向けられる。外側へ向けられた推力５４、１ ５４、２５４および３５４は、総計推力をより大きな領域に亘って分散させ、そ れにより、着陸操縦の制御性を高め且つ吹き下ろしの集中を減少させる。第１１ Ｂ図において、推力ベクトル５４、１５４、２５４および３５４は、内側へ向け られ、それにより、推力が集中させられ、加速流体の層へ引きずり込まれる流体 の体積を増大させる。動作において、第１１図に示した多重シリンダ構成は、航 空機またはホバークラフトの如き移動体を浮上させて且つ推進させるのに使用さ れうる。 第１２図は、４シリンダ推進システム２００の横断面図である。最大の揚力を 発生させるために、推力面６０、１６０、２６０および３６０は、推力５４、１ ５４、２５４および３５４を、収束ゾーン２４８におけるローラの最も内側に対 して接線方向且つ垂直に下方向へと向けるように位置決めされる。垂直推力と組 み合わせて横方向推力を発生させるために、セパレータプレートのうちの１つま たはそれ以上を個々のシリンダの周りに回転させ、所望の横方向推力を達成する に適当な角度で推力を横方向に向けるようにする。 この推進システム２００は、シリンダのうちの少なくとも２つが互いにほぼ対 向した位置となるようにした３つまたはそれ以上の回転シリンダを組み合わせる ことによって揚力および横方向推力の両方を与える。３つまたはそれ以上のシリ ンダを設けることによって、それらシリンダのうちの少なくとも２つを、浮上推 力を与えるものとし、一方、それらシリンダのうちの少なくとも１つが横方向推 力を与えうるものとすることができる。一つの実施例では、シリンダは、各対の シリンダが互いに実質的に平行となるように、対向対として構成される。このよ うな実施例におけるシリンダの数および配置構成としては、これらに限定するわ けではないが、４つのシリンダを直線状に配置したり、６つのシリンダを六角形 状に配置したり、８つのシリンダを八角形状に配置したりするものがありうる。 別の実施例では、この推進システム２００は、３つのシリンダをＵ字形状または 三角形状に備えたり、５つのシリンダを五角形状に備えたり、また、任意数のシ リンダを適当に配置したりしうるものである。 シリンダ４０、１４０、２４０および３４０の速度を個々に変えることにより 、移動体へジャイロスコープ効果およびロール特性を伝えることができる。左へ のロールをもった左転向は、シリンダ４０の速度を減少し、および／または、シ リンダ２４０の速度を増大することによって、行われる。逆に、右へのロールを もった右転向は、シリンダ４０の速度を増大させ、および／または、シリンダ２ ４０の速度を減少させることによって、行われる。 推進システム２００は、また、比較的に小さな領域において相当量の揚力を与 える。そして、シリンダは、移動体によって容易に支持される。第１３図は、ホ バークラフトまたは飛行機２９０における推進システム２００を示している。長 い片持ち梁で取り付けられたシリンダで形成された通常の回転翼とは違って、こ の推進システム２００におけるシリンダは、両端に取り付けられうる多数のより 短いシリンダを使用している。多数の短いシリンダを使用することにより、推進 システム２００は、非常に小さな物理的スペースに全体として同じ長さのシリン ダを有することができる。その上、この推進システム２００におけるシリンダは 、片持ち梁で支持されるローラの場合のように高価で複雑な構造支持体を必要と していない。 第１４図は、シリンダの回転軸が、増大した横方向推力および横方向速度を発 生するための推進システムとするように移動されうるようにした多重シリンダ推 進システム３００の別の実施例を例示している。第１のシリンダ４０は、その回 転軸４２がその通常の位置（点線で示す）より上に位置させられるように、上昇 させられる。同様に、第３のシリンダ２４０は、その回転軸２４２がその通常の 位置（点線で示す）よりも下方となるように、位置決めされうる。回転軸を移動 させることにより、推力５４および２５４は、シリンダ１４０および３４０に対 する流体の引きずり込みを乱すことなく、横方向へと向けられうる。 第１５図は、シリンダ４０の外側表面に取り付けられた複数のディスク状フィ ン６８を有する多重シリンダ推進システム２００の別の実施例を示している。同 様に、フィン１６８、２６８および３６８は、それぞれ、シリンダ１４０、２４ ０および３４０の外側表面に取り付けられる。これらフィンは、シリンダの外側 表面に垂直に且つ加速流体の流れに対して平行に位置される。これらのフィンは 、流体と摩擦接触する表面積を増大させ、それにより、加速流体の層へより多く の流体が引きずり込まれ、その層における流体の速度が増大させられる。第１５ 図に最もよく示されるように、セパレータプレート６０は、それらフィン６８の 各々の間のスペースに配置された複数のフィンガ６５を有する。セパレータプレ ートのこれらのフィンガは、加速流体を、シリンダの外側表面およびフィンの表 面から分離させ、その流体を前述したようにセパレータプレートの推力面にそっ て方向付ける。 本発明は、任意の型の連続動的表面を使用することが考えられるが、これは、 回転シリンダに限られない。第１７図は、別の型の連続動的表面、すなわち、少 なくとも２つのローラの周りに掛けられたベルト４０′を例示している。このベ ルトは、そのベルトの一部が流体を通して循環するように、少なくともローラの うちの一方によって直線急速度で駆動させられる。セパレータプレート６０は、 加速流体がベルトから分離されるべきローラの一方の位置に配置される。また、 セパレータプレート６０は、ベルトから推力を長手方向に遠ざかるように方向付 けるべくベルトの表面に対して実質的に接線方向に配置されるか、または、この セパレータプレート６０は、推力をベルトの側面へと方向付けるべくある角度（ 点線で示す）をなして配置されてもよい。一般的には、連続動的表面の種類（例 えば、回転シリンダまたは急速移動ベルト）によっては、ここで説明した原理お よび実施例に影響はない。したがって、本発明は、回転シリンダに限定されるも のではない。 本発明は、通常の動的表面推進システムに優るいくつかの利点を与える。先ず 、表面に対して接線方向のベクトルにそう動的表面から加速流体を分離すること により、セパレータプレートに対して失われるのは、加速流体の回転エネルギー のみである。その上、前縁に隣接する実質的に平らな推進面を有することにより 、加速流体が動的表面から分離されるときに生じてしまうようなエネルギー損失 が最小とされる。第二に、２つまたはそれ以上の回転シリンダを設ける場合には 、推力の所望の方向においてシリンダの間で推力が妨げなく流れるように、収束 ゾーンに向かって内側へシリンダを回転させることにより、推力を所望の方向に おいて増大させる収束ゾーンを形成するようにそれらシリンダが配置される。第 三に、本発明は、揚力および推進推力の両者を発生するために３つまたはそれ以 上の回転シリンダを使用する。 本発明の特定の実施例について例示のために説明してきたのであるが、本発明 の精神および範囲を逸脱することなく、種々の変形態様が可能であることは、明 らかであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ６３Ｈ 11/00 Ｂ６３Ｈ 11/00 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】 的表面に対して位置決めしうる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．流体を加速し方向を制御するための流体推進システムにおいて、 引きずり領域からの流体を循環させるための連続動的表面であって、前記引 きずり領域においては、流体が該動的表面に導入され、その後、該表面に近接し た流体が推力領域を通して加速流体の層を発生するように加速され、前記推力領 域においては、前記加速流体が該動的表面から放出されるような連続動的表面と 、 前記動的表面に作動的に接続され前記動的表面を駆動するためのモータと、 前記動的表面から前記層における加速流体を引き剥がすための前縁を有し且 つ該前縁に隣接して前記加速流体を所望の方向へ向けるための実質的に平らな推 力面を有しているセパレータプレートであって、前記推力面が前記推力領域の少 なくとも一部分に対して前記動的表面に対して実質的に接線方向となるようにし て、前記前縁が前記動的表面にほぼ近接するように、前記動的表面に対して位置 決めしうるようなセパレータプレートと、 を備えることを特徴とする流体推進システム。 ２．前記連続動的表面は、回転シリンダを備える請求項１記載の推進システム。 ３．２つのローラの周りに掛けられる可動ベルトを備え、該ベルトは、前記ロー ラのうちの少なくとも一方によって駆動され、前記ベルトの少なくとも一部分は 、前記連続動的表面を構成する請求項１記載の推進システム。 ４．前記引きずり領域に配置され付加的な流体を前記シリンダへと向けるための 引きずりスクープをさらに備える請求項２記載の推進システム。 ５．前記引きずりスクープは、前記セパレータプレートに取り付けられた湾曲リ ーフを備え、前記湾曲リーフは、前記セパレータプレートから前記引きずり領域 の方へ前記シリンダの一部分を回って延長している請求項４記載の推進システム 。 ６．前記引きずりスクープは、前記シリンダの周りに回転しうる請求項４記載の 推進システム。 ７．前記引きずりスクープは、湾曲リーフおよび該湾曲リーフの外側に位置する 外側リーフを含む複数のセグメントをさらに備える請求項４記載の推進システム 。 ８．前記湾曲リーフおよび外側リーフは、前記シリンダの回転軸に対して実質的 に平行に延長する領域にそって互いに重なり合っている請求項７記載の推進シス テム。 ９．前記リーフは、前記シリンダの回転軸に実質的に垂直な境界にそって互いに 分割されている複数のセクションを備える請求項７記載の推進システム。 10．前記動的表面に取り付けられたフィンを備えており、該フィンは、前記動的 表面に垂直に且つ前記加速流体の流れに平行に位置されている請求項７記載の推 進システム。 11．前記セパレータプレートは、前記前縁が前記動的表面に近接している引き剥 がし位置と、前記前縁が前記加速流体の層の実質的に外で前記動的表面から後退 させられている非係合位置との間で調整しうるものである請求項１記載の推進シ ステム。 12．前記前縁は、第１の端部および第２の端部を有しており、前記前縁は、前記 端部の一方が前記引き剥がし位置において前記動的表面に近接して並置され、他 方の端部が前記表面から少なくとも部分的に後退させられるように、前記動的表 面に対して角度的に調整しうるものである請求項１１記載の推進システム。 13．前記セパレータプレートは、複数のセクションを備えており、各セクション は、前縁および推力面を有し、前記セクションは、前記加速流体を複数の方向に 向けるように前記動的表面に対して個々に位置決めしうる請求項１記載の推進シ ステム。 14．各前縁は、該前縁が前記動的表面に近接している引き剥がし位置と、該前縁 が前記加速流体の層の実質的に外で前記動的表面から後退させられているような 後退位置との間で調整可能である請求項１３記載の推進システム。 15．各前縁は、第１の端部および第２の端部を有し、前記前縁は、前記端部のう ちの一方が前記引き剥がし位置において前記動的表面に近接して並置され、他方 の端部が前記表面から少なくとも部分的に後退させられるように、前記動的表面 に対して角度的に調整しうる請求項１３記載の推進システム。 16．前記引きずり領域に位置される逆方向流れセパレータプレートをさらに備え 、該逆方向流れプレートは、係合位置と後退位置との間で移動でき、該逆方向流 れプレートは、前記加速流体を前記動的表面から引き剥がし且つそれを、前記係 合位置にて逆方向に向け前記後退位置において前記下層流体から離脱する請求項 ２記載の推進システム。 17．複数のシリンダを備え、各シリンダは、その推進領域に位置される少なくと も１つの対応するセパレータプレートを有し、前記シリンダは、各セパレータプ レートが別のセパレータプレートに対して並置されるように互いに離して位置さ れている請求項２記載の推進システム。 18．前記シリンダは、これらシリンダ感に引きずり収束ゾーンを定めるように対 向対として構成されており、各シリンダは、その対向するシリンダと実質的に平 行に位置され、各セパレータプレートは、少なくとも１つの他のセパレータプレ ートに対向する前記収束ゾーンに位置される請求項１７記載の推進システム。 19．各セパレータプレートは、その対応するシリンダのまわりに位置決めしうる 請求項１７記載の推進システム。 20．各セパレータプレートは、複数のセクションを有し、各セクションは、その 対応するシリンダのまわりに位置決めしうる請求項１７記載の推進システム。 21．前記動的表面の速度は、可変である請求項１記載の推進システム。 22．流体を加速し且つその方向を制御するための流体推進システムにおいて、 複数のシリンダであって、各シリンダは、引きずり領域から流体を通して回 転しうる外側表面を有しており、該引きずり領域においては、流体が前記外側表 面に導入され、その後、該外側表面に近接した流体が推力領域を通して加速流体 の層を発生するように加速され、前記推力領域においては、前記流体が前記外側 表面から放出され、前記シリンダは、該シリンダの間に引きずりゾーンを定める ように離間させられており、前記シリンダは、各シリンダからの加速流体が推力 の所望の方向に前記シリンダの間の前記収束ゾーンを通して流れるように、前記 収束ゾーンの方へ内側に回転しうるようなシリンダと、 前記シリンダに作動的に接続され該シリンダを回転させるためのモータと、 各々が前縁および推力面を有する複数の推力セパレータプレートとを備えて おり、 各シリンダは、その推力領域に位置された少なくとも１つの対応するセパレ ータプレートを有しており、各セパレータプレートは、前記収束ゾーンにて位置 決めし得て且つその対応するシリンダに対して移動しうるものであることを特徴 とする流体推進システム。 23．前記シリンダは、互いに実質的に平行に位置きめされる２つのシリンダを含 む請求項２２記載の流体推進システム。 24．各シリンダに結合される引きずりスクープをさらに備え、各引きずりスクー プは、前記引きずり収束ゾーンにほぼ対向して配置される請求項２３記載の流体 推進システム。 25．前記シリンダは、少なくとも３つのシリンダを含む請求項２２記載の流体推 進システム。 26．各シリンダの速度は、可変であり、他のシリンダとは独立して制御可能であ る請求項２２記載の流体推進システム。