JPS5885795A - 浮揚性ガス気球を有する航空機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 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
カナダ国特許顧第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。

前記出願は、膨張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くでも、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１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、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−Ｆ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
上向外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。

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
昇磯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ａｉ
Ｕ９ｘ。

前記の出願に記載された航空機はアーム及び翼形部（ａ
ｉｒｆｏｉｌ　５ｈａｐｅ）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。

本発明は前述の出願に記載された特徴とｌｉＩ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
ことがで終る揚力と抗力（ｄｒａｇ）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。

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
と気球との簡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開隔をへだでちれているその上部
表面を有している。

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１６２インチ（３０，５ｃ
ｍ）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５０輪）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力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（ｄｒａｇ）を減少する。

添付図面を参照してより詳細に本発明を説明する。

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
ニー 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がスター
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７−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（ｍａｇｎｕｓ）効果により揚力を生ずる手段。

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、槻関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
、本発明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、Ｌ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。

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！ｌす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、その各々は気球の同軸
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→プル１２ａ端が
取付けられており、そして補助気１に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、補助気量材料は隣接するエ
ンドプレートに接触しているかあるいは接近しており、
そして膨張したと軽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
量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終る。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。

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（３
０，５ｃｍ）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５０論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
部に討して相接し同形状となるように紬１１６の前方に
あるゴンドラトップの前部に対してのみならず、紬１６
後方にあるゴンドラトッ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（ｂｌ
ａｎｋｉｎｓ）効果が向上する。気球とゴンドラとの開
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（ｄｒａｇ）を減少する傾向があ
る。換言すれば、気球のｆ部表面の実質的部分はブラン
クオフされるか（ｂｌａ＋＋ｋｅｄ　ｏｆｆ　）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
抵抗を流れに与えルコンドラ下方へ大部分偏向される。

ゴンドラトッ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
ナス揚力はなは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２
５％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
行せしめ輌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＊しい。離陸の
と外機間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開に前進方向に
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
。一旦這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。

マグナス効果に対して実質的にペイロード（ｐａｙ−ｌ
ｏａｄ）に噴献するため、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自転するため
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。

気球上のケーブルパターン（ｃａｂｌｉｎｇ　ｐａＬＩ
ｅｒｎ）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　ａｒｅａ）を与え
ることがで終る。この目的のためジオデシックドーム（
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かでか、あるいはケーブルは
球面二十面体にＭ似とすることができる。

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３２を有するこ
とによって増加されることができる。

気球とゴンドラデザインとめ闇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外る。この
間隙が比較的大軽ければ、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軽さにあることが好ましいと考えら
れている。

第４図より第６図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（６
１輪）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ＩＰＪ４擬の球面体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、第１図より第３図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、すトま間隔は球面体半径の１％よりも少い。

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＝　　１／２ＣＬｅＳＶ２ 抗力＝　　１／２ＣＤｅＳＶ２ 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。

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なので、量Ｓ
はゴンドラ面積を含んでいない。

この試験はりで与えられる種々の一回速度で行なわれ、 この場合− 一は角速度、半径７秒であり； ｄは球面体直径。

Ｕは対気速度である。

下記の−の結果は、ゴンドラによって生ずるマスク効果
（ｍａｓｋｉｎｇ　ｅｆｆｅｅｔ）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。

０．０　　　　　　−０．１８　　　　　０．４５０．
５　　　　　　　０，１２　　　　　　０．４０１．０
　　　　　　　０，１３　　　　　０．３７１．５　　
　　　　　０．１３　　　　　　０．３８２、０　　　
　　　　０．１５　　　　　　０．３８ごに５０．１３
０．３７ ３．０　　　　　　　０，１４　　　　　　０．３５３
．５　　　　　　　０．１５　　　、　　０．３４４．
０　　　　　　　０．１７　　　　　０，３］４、追加
の関係 この発明は［ｖｆ許願昭５７−４４５９８の浮揚性〃ス
気球を有する航空１ｆｉＪの発明の改良であり、空気の
流れを製限するため気球表面とゴンドラ上表面との間隔
を規定し、機関によって下方に向けられた所要の推力を
生ゼしぬ、そして２つの補助気嚢を、気球内に有してい
て独立の加圧気源により空気を供給し、航空機の浮揚力
及びトリムを調節するようになっている発明であり、特
許法第３１条第１号に規定する、追加の要件を満足する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の航空機の側部立面図である。 第２図は第１図の航空機の正両立面図である。 第３図は同じ航空機の裏面の図である。 第４図、第５図及び第６図は凡洞試験に使用された航空
機のモデルの図である。 １４　・・・Ｙ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 図面のｔＤ書（内容１！竺：Ｗな１−）手続補正書（自
＠） 昭和５７年１２月２７日 特許庁長′ぎ　若　杉　１　大　　殿 １、事件の表示 待顧哨５７−１９１９４８号 ２、発明の名称 ４悌性ガス気球を有する航空機 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住ＩＭ　　カナダ国オンタリオ・オタワ・コンブトンア
ベニュー２１７ 名　　称 （氏　名）　　フレデリック・ファーグンン４、代　理
　人〒１０７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、浮揚性がスを入れるため、且つ膨張したとき本質的
   に一定の大きさ及び形状を有する全体的に球形の過圧気
   球と、 中央ゴンドラから上向トに誕びており、且つ各々が上端
   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
   、 該気球の中心を通過する標準水平軸線の周りに該気球を
   回転せしめるように該７−ムの上端に該気球を回転可能
   に連結する手段と、 該空気中を該軸線を横切る前進方向に該航空機を推進す
   るための手段と、 該前進方向に面する該気球の表面が該気球の中心に対し
   て上方へ動くような方向に該水平軸線の周りに該気球を
   回転するための手段とを具備していて； 該ゴンドラが横方向にも長手方向にも該気球表面に合致
   するように凹状に形成され、且つ該航空機が前進方向に
   移動するとき該ゴンドラと該気球との間の空気の流れを
   制限するのに充分小さし・量まで該気球表面から間隔を
   へだてられているその上部表面部分を有している ことを特徴とする航空機。 ２、該凹状に湾曲された部分が該ゴンドラの上部表面の
   主要部分である特許請求の範囲第１項記載の航空機。 ３、該部分が該気球の半径の２％より少い量だけ該気球
   の表面の最も近い部分から間隔をへだてられている特許
   請求の範囲゛第１項又は第２項記載の航空機。 ４、該部分が該気球の半径の約１％より少い量だけ該気
   球表面の最も近い部分から間隔をへだてられている特許
   請求の範囲＄１項又は第２項記載の航空機。 ５、該部分が１２インチ（３０，５ｃ論）より少い量だ
   け該気球の最も近い部分から間隔をへだてられている特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載の航空機。 ６、該ゴンドラが標準的に該水平軸線の後方に置かれて
   いる後部部分を含み、そしてこれが該気球表面に合致す
   るように該気球の長手方向の中心から上向トに曲ってい
   る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の航空機。 ７、該アームの隣接部分の主要部分が該気球表面に合致
   するように横方向にも長手方向にも凹んでいる特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の航空機。 ８、該気球が該気球表面に沿って置かれている補強ケー
   ブルの間にある膨らみによって与えられた滑らかでない
   表面を有している特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の航空機。 ９、浮揚性がスを入れるため、其つ膨張したとき本質的
   に一定の大きさ及び形状を有する全体的に球形の過圧気
   球と、 々が上端を有している２つのアームを含む硬質荷重支持
   ヨークと、 該気球の中心を通過する標準水平軸線の周りに該気球を
   回転せしめるように該アームの上端に該気球を回転可能
   に連結する手段と、空気中を該軸線を横切る前進方向に
   航空機を推進するための手段と、 該前進方向に面する該気球の表面が該気球の中心に対し
   て上向きに動くような方向に該水平軸線の周りに該気球
   を回転するための手段を具備していて； 前進方向に該航空機を推進するための該手段が正味利用
   可能静的揚力の少くとも２５％である下方に向けられた
   推力を生じ得る機関であり、そして該気球を回転するた
   めの手段及び気球表面特性は、前方への飛行のとき該気
   球が該正味利用可能静的揚力の少くとも２５％に相当す
   るマグナス揚力を生ずるようになっている ことを特徴とする航空機。 １０、該機関が該正味利用可能静的揚力の少くとも４０
   ％である下方へ向けられた推力を生ずることが可能であ
   り、そして該気球を回転するための段及び該気球表面特
   性は、前方への飛行のとき該気球が該正味利用可能静的
   揚力の少くとも４０％に相当する該マグナス揚力を生ず
   るようになっている特−求の範囲第９項記載の航空機。 １１、離陸を助けるため全機関推力の少くとも６０％を
   下方へ向けられ得るように手段が設けられている特許請
   求の範囲第１項、第９項又は第１０項のいずれか一つの
   項に記載の航空機。 １２、浮揚性〃スを入れるため、且つ膨張したと島本質
   的に一定の大きさ及び形状を有する全体的に球形の過圧
   気球と、 中央ゴンドラから上向すに墓びており、且つ各々が上端
   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
   、 該気球の中心を通過する標準水平軸線の周りに該気球を
   回転せしめるように該アームの上端に該気球を回転可能
   に連結する手段と、空気中を該軸線を横切る前進方向に
   航空機を推進するための手段と、 該前進方向に面する該気球の表面が該気球の中心に対し
   て上向外に動くような方向に該水平軸線の周りに該気球
   を回転するための手段を具備し；該アームの、上端に該
   気球を連結する該手段が各々が該気球の側部に取付けら
   れていて、往つ該軸線りに中心を有する２つのエンドプ
   レートを含み、そして更に該航空機が該気球の内側に置
   かれた２つの補助気嚢を具備しており、各々の該補助気
   嚢は該エンドプレートの１つに隣接しており、且つ該エ
   ンドプレートの周りにシールされた周辺部を有する可撓
   性材料で形成されており、各々の該補助気嚢は独立の加
   圧空気源から空気を供給されるように配置されていて、
   これにより該補助気嚢は該航空機の浮揚力を変化するた
   めにも、横方向に該航空機をトリムするためにも使用さ
   れることができることを特徴とする航空機。