WO2019186918A1 - 航空機の飛行制御方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an aircraft flight control method.
  • the problem to be solved is that the current vertical take-off and landing aircraft requires two different controls from the two types of mechanisms for vertical take-off and landing and normal flight
  • the present invention is characterized in that vertical take-off and landing and normal flight are controlled by the same mechanism by introducing the concept of a shoulder rotation axis and an arm rotation axis into flight control of an aircraft.
  • the aircraft adopting the flight control method of the present invention is a vertical take-off and landing aircraft, since it does not have a mechanism and control dedicated to vertical take-off and landing, its structure is simpler, and the same method as a normal take-off and landing aircraft employing the present invention There is an advantage that you can control with.
  • FIG. 6 is a perspective view of the airframe coordinates of the airframe obtained by rotating the left side of the shoulder rotation shaft 2 to 55 °, the right side to ⁇ 35 °, and the both-arm rotation shaft 3 to 30 °.
  • Example 1 It is a front view of FIG. It is a side view of FIG. It is a bottom view of FIG. It is a top view of the body coordinate of the body which rotated the shoulder rotating shaft 2 and the arm rotating shaft 3 symmetrically (55 degrees and 30 degrees, respectively).
  • FIG. 6 is a side view of the space posture of the aircraft flying horizontally in FIG. 5.
  • FIG. 10 is a side view of the space posture of the aircraft with the nose lowered in FIG. 9.
  • FIG. 10 is a side view of the space posture of the aircraft with the nose lowered in FIG. 9.
  • FIG. 5 is a plan view of airframe coordinates of an airframe in which the left and right sides of the shoulder rotation shaft 2 are rotated asymmetrically (55 ° on the left side and ⁇ 35 ° on the right side) and the arm rotation shaft 3 is rotated symmetrically (60 °).
  • Example 1 It is a top view of the space posture of the airframe which turns in FIG.
  • FIG. 13 is a rear view of FIG. 12. It is a front view of the body coordinates of the body to roll which rotated the shoulder rotating shaft 2 left-right symmetrically and the left-right of the arm rotating shaft 3 asymmetrically.
  • FIG. 1 FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of the aircraft coordinates of an aircraft in which the left side of the shoulder rotation shaft 2 is rotated by 45 °, the right side is rotated by ⁇ 35 °, and both arm rotation shafts 3 are rotated by 90 °.
  • FIG. 16 is a front view of FIG. 15.
  • FIG. 16 is a side view of FIG. 15. It is a top view of the body coordinate of the body which rotated the shoulder rotating shaft 2 and the arm rotating shaft 3 symmetrically (45 degrees and 90 degrees, respectively).
  • Example 2 It is a side view of the space attitude
  • FIG. 5 is a plan view of airframe coordinates of an airframe in which the left and right sides of the shoulder rotation shaft 2 are rotated asymmetrically (left 45 °, right-35 °) and the arm rotation shaft 3 is rotated symmetrically (90 °).
  • Example 2 It is a top view of the space posture of the airframe which turns in FIG.
  • FIG. 26 is a rear view of FIG. 25. It is a top view of the space posture of the airframe which carried out the space stop by raising the nose, which rotated the shoulder rotation axis 2 and the arm rotation axis 3 symmetrically (25 ° and 90 ° respectively).
  • Example 2 Rotate the shoulder rotation axis 2 symmetrically and the arm rotation axis 3 left and right asymmetrically (30 ° on the left side and 120 ° on the right side). It is a top view. (Example 2) It is a side view of FIG. It is a top view of the space posture of the body which rotates the shoulder rotation axis 2 and the arm rotation axis 3 symmetrically (25 ° and 120 ° respectively) and moves backward while stopping the space by raising the nose.
  • Example 2 It is a top view of the body coordinate of the body which rotated the left and right of the shoulder rotating shaft 2 asymmetrically (25 ° on the left side, 0 ° on the right side) and rotated the arm rotating shaft 3 symmetrically (90 °). It is a top view of the space attitude
  • Example 3 It is a top view of the space attitude
  • FIG. 36 is a perspective view of FIG. 35.
  • FIGS. 1 to 14 show a normal take-off and landing type aircraft that performs flight control by the method of the present invention.
  • FIG. 5 and FIG. 6 are airframe coordinate diagrams showing the state of the shoulder rotation shaft 2 and the arm rotation shaft 3 when the airframe is flying horizontally, and a diagram of the space posture when flying in that state.
  • This aircraft rotates the shoulder rotation axis 2 to make the aircraft coordinate Z position of the lift point 5 on the left and right of the aircraft and the gravity center point 4 of the aircraft the same, thereby balancing the aircraft horizontally and flying horizontally.
  • the direction of the lift of the lift point 5 generated in the blade 6 is adjusted by rotating 3.
  • 7 to 10 are an aircraft coordinate diagram and a space attitude diagram showing a pitch control method of the aircraft.
  • the gravity center point 4 of the aircraft rotates around the straight line connecting both lift points 5 and below it.
  • the pitch control of the nose up is performed by utilizing the fact that it moves to and stabilizes.
  • the nose is lowered by moving both lift points 5 to the rear of the aircraft from the center of gravity 4 of the aircraft.
  • FIGS. 11 to 13 are an aircraft coordinate diagram and a space attitude diagram showing a method for controlling the turning of the aircraft.
  • the rotation angle of the inner shaft when turning is decreased from the outer shaft, and the lifting point 5 on the turning inner side is moved forward from the outer lifting point 5.
  • an inclination with respect to each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the aircraft coordinates is created on a straight line connecting both lift points 5, and the gravity center point 4 of the aircraft rotates around the axis having the inclination and moves below it.
  • the nose up control and the roll control are performed, and by reducing the rotation angle of the shoulder rotation shaft 2, the wing 6 on the inside of the turn whose angle of attack has increased is decelerated by air resistance As a result, the rotation of the yaw axis about the blade 6 is controlled to turn.
  • FIG. 14 is a machine coordinate diagram showing the roll control method of this machine. Roll control is performed by rotating the left and right sides of the arm rotation shaft 3 asymmetrically and tilting the left and right of the direction of lift asymmetrically.
  • FIGS. 15 to 33 show a vertical take-off and landing type aircraft that performs flight control by the method of the present invention.
  • 18 and 19 are a coordinate diagram of the aircraft during horizontal flight and a diagram of its space posture. There is no difference in the control method with the first embodiment, and the only difference is that the lift source of this fuselage is not the wing 6 but the propeller rotating surface 8.
  • 20 to 23 are an aircraft coordinate diagram and a space attitude diagram showing a pitch control method of the aircraft. This control method is the same as in the first embodiment.
  • FIGS. 24 to 26 are an aircraft coordinate diagram and a space attitude diagram showing a method of turning control of the aircraft. This control method is the same as that of the first embodiment, and the only difference is that the air resistance source used for obtaining the rotation of the yaw axis of the airframe is not the blade 6 but the propeller rotating surface 8.
  • the roll control method of this machine is also the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 27 is an aircraft coordinate diagram when the aircraft is raised and stopped in space. This pitch control is also the same as in the first embodiment.
  • FIG. 28 is a diagram of a space posture when the aircraft rotates with the yaw axis while raising the nose and stopping the space.
  • Rotation control of the yaw axis about the airframe is performed by rotating the left and right sides of the arm rotation shaft 3 asymmetrically and tilting the left and right directions of lift at the lift point 5 asymmetrically.
  • FIG. 29 is a side view of FIG.
  • FIG. 30 is a diagram of the space posture when the aircraft moves backward while raising the nose and stopping the space.
  • the arm rotation shaft 3 is rotated left and right symmetrically and the lift direction of both lift points 5 is tilted rearward to move backward.
  • FIG. 31 is an aircraft coordinate diagram when the aircraft moves in the lateral direction of the aircraft while raising the nose and stopping in space.
  • the rotational angle of the front shaft in the direction of travel during lateral movement is decreased from the subsequent shaft, and the lift point 5 on the front side of the travel direction is
  • a straight line connecting both lift points 5 is created with respect to the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the airframe coordinates.
  • 34 to 36 show a vertical take-off and landing aircraft that employs claim 2 of the present invention, and includes a jet engine on the wing 6.
  • This aircraft flight control method is the same as that of the second embodiment.

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Abstract

本発明は、航空機の飛行制御に肩回転軸と腕回転軸という新たな概念を導入し、垂直離着陸と通常の飛行を同一の機構で制御することにより、既存の航空機の飛行制御の概念では不可能であった離着陸専用の機構を使用しない垂直離着陸機を実現する方法である。これを導入することにより、航空機の機体から尾翼と補助翼が不要になりその製造・保守・運用の費用を低減でき、垂直離着陸機の機体が抱える、機動性と航続距離性能の問題が回避可能となった。

Description

航空機の飛行制御方法
　本発明は、航空機の飛行制御方法に関するものである。
　現在、垂直離着陸可能な航空機が実用に供されている。
　しかし、それらの垂直離着陸は垂直離着陸専用の機構を備えることによりその機能を実現しているため、通常離着陸型の航空機の機体より構造が複雑で重いという問題があった。
それらの垂直離着陸用の機構は通常の飛行時には機能せず、それらの尾翼は垂直離着陸時には機能せず、常に、飛行に貢献しない重量物を機体に抱えているという問題があった。
また、それらは垂直離着陸時と通常の飛行時とで異なる機構で飛行制御を行うことから、それらを飛行させるにはこの２種類の制御方法を習得する必要があった。
これらの理由により、垂直離着陸機の機体は、製造・保守・運用の費用は通常離着陸機より増加するにも係らず、その機動性と航続距離性能は通常離着陸型より劣るという問題が避けられなかった。
　解決しようとする問題点は、現状の垂直離着陸機が垂直離着陸用と通常の飛行用との２種類の機構と異なる２つの制御を必要とする点である
　本発明は、航空機の飛行制御に肩回転軸と腕回転軸という概念を導入することにより、垂直離着陸と通常の飛行を同一の機構で制御することを特徴とする。
　本発明の飛行制御方法を採用する航空機は、垂直離着陸機であっても、垂直離着陸専用の機構と制御を持たないためその構造がより単純で、本発明を採用する通常離着陸機と同一の方法で操縦できるという利点がある。
肩回転軸２の左側を５５°に、右側を－３５°に、両腕回転軸３を３０°に回転させた機体の機体座標の斜視図である。（実施例１） 図１の正面図である。 図１の側面図である。 図１の底面図である。 肩回転軸２と腕回転軸３を左右対称に（それぞれ５５°と３０°）回転させた機体の、機体座標の平面図である。（実施例１） 図５で水平飛行する機体の、空間姿勢の側面図である。 肩回転軸２と腕回転軸３を左右対称に（それぞれ３３°と５２°）回転させた機体の、機体座標の平面図である。（実施例１） 図７で機首上げした機体の、空間姿勢の側面図である。 肩回転軸２と腕回転軸３を左右対称に（それぞれ７５°と０°）回転させた機体の、機体座標の平面図である。（実施例１） 図９で機首下げした機体の、空間姿勢の側面図である。 肩回転軸２の左右を非対称に（左側５５°、右側－３５°）回転させ、腕回転軸３を左右対称に（６０°）回転させた機体の、機体座標の平面図である。（実施例１） 図１１で旋回する機体の、空間姿勢の平面図である。 図１２の背面図である。 肩回転軸２を左右対称に、腕回転軸３の左右を非対称に回転させた、ロールする機体の機体座標の正面図である。（実施例１） 肩回転軸２の左側を４５°に回転させ、右側を－３５°に回転させ、両腕回転軸３を９０°に回転させた機体の、機体座標の斜視図である。（実施例２） 図１５の正面図である。 図１５の側面図である。 肩回転軸２と腕回転軸３を左右対称に（それぞれ４５°と９０°）回転させた機体の、機体座標の平面図である。（実施例２） 図１８で水平飛行する機体の、空間姿勢の側面図である。 肩回転軸２と腕回転軸３を左右対称に（それぞれ２５°と９０°）回転させた機体の、機体座標の平面図である。（実施例２） 図２０で機首上げした機体の、空間姿勢の側面図である。 肩回転軸２と腕回転軸３を左右対称に（それぞれ６５°と９０°）回転させた機体の、機体座標の平面図である。（実施例２） 図２２で機首下げした機体の、空間姿勢の側面図である。 肩回転軸２の左右を非対称に（左側４５°、右側－３５°）回転させ、腕回転軸３を左右対称に（９０°）回転させた機体の、機体座標の平面図である。（実施例２） 図２４で旋回する機体の、空間姿勢の平面図である。 図２５の背面図である。 肩回転軸２と腕回転軸３を左右対称に（それぞれ２５°と９０°）回転させた、機首上げで空間停止する機体の空間姿勢の平面図である。（実施例２） 肩回転軸２を左右対称に、腕回転軸３の左右を非対称に（左側３０°、右側１２０°）それぞれ回転させ、機首上げで空間停止しながらヨー軸で回転する機体の、空間姿勢の平面図である。（実施例２） 図２８の側面図である。 肩回転軸２と腕回転軸３を左右対称に（それぞれ２５°と１２０°）回転させ、機首上げで空間停止しながら後退する機体の、空間姿勢の平面図である。（実施例２） 肩回転軸２の左右を非対称に（左側２５°、右側０°）回転させ、腕回転軸３を左右対称に（９０°）回転させた機体の、機体座標の平面図である。 図３１で空間停止しながら横へ移動する機体の、空間姿勢の平面図である。（実施例２） 図３２の正面図である。 水平飛行する機体の、空間姿勢の斜視図である。（実施例３） 機首上げで空間停止する機体の、空間姿勢の平面図である。（実施例３） 図３５の斜視図である。（実施例３）
以下に３つの実施例について説明する。
　図１～１４は、本発明の方法で飛行制御を行う通常離着陸型の航空機である。
図５と図６は、この機体が水平飛行する際の、肩回転軸２と腕回転軸３の状態を示す機体座標図と、その状態で飛行する際の空間姿勢の図である。この機体は肩回転軸２を回転させ機体左右の揚力点５と機体の重力中心点４の機体座標Ｚの位置を同じにすることにより、機体を水平にバランスさせて水平飛行し、腕回転軸３を回転させることにより翼６に生じる揚力点５の揚力の向きを調整する。
　図７から図１０は、この機体のピッチ制御の方法を示す機体座標図とその空間姿勢の図である。肩回転軸２を回転させ機体両側の揚力点５を機体の重力中心点４より機体前方に移動させることにより、両揚力点５を結ぶ直線を軸に機体の重力中心点４が回転しその下に移動し安定しようとすることを利用し機首上げのピッチ制御を行う。同様に、両揚力点５を機体の重力中心点４より機体後方に移動させることにより、機首下げを行う。
図１１から図１３は、この機体の旋回制御の方法を示す機体座標図とその空間姿勢の図である。２つの肩回転軸２のうちの、旋回時に内側となる側の軸の回転角をその外側となる軸より減少させ、旋回内側の揚力点５を外側の揚力点５より機体前方に移動させることにより、両揚力点５を結ぶ直線に機体座標のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれに対する傾きを作りだし、その傾きを有する軸を中心に機体の重力中心点４が回転しその下に移動し安定しようとすることを利用し機首上げ制御とロール制御の２つを行い、肩回転軸２の回転角を減少させたことにより、迎角が増加した旋回内側の翼６が空気抵抗で減速することによりその翼６を中心としたヨー軸の回転を制御して旋回する。
図１４は、この機体のロール制御の方法を示す機体座標図である。腕回転軸３の左右を非対称に回転させ揚力の向きの左右を非対称に傾けることによりロール制御を行う。
　図１５～図３３は、本発明の方法で飛行制御を行う垂直離着陸型の航空機である。
図１８と図１９は、この機体の水平飛行時の機体座標図とその空間姿勢の図である。実施例１との制御方法上の差異はなく、異なるのはこの機体の揚力源が翼６ではなくプロペラ回転面８である点だけである。
　図２０から図２３は、この機体のピッチ制御の方法を示す機体座標図とその空間姿勢の図である。この制御方法は実施例１と同じである。
図２４から図２６は、この機体の旋回制御の方法を示す機体座標図とその空間姿勢の図である。この制御方法は実施例１と同じで、異なるのはこの機体のヨー軸の回転を得るために利用する空気抵抗源が翼６ではなくプロペラ回転面８である点だけである。
この機体のロール制御の方法も実施例１と同じである。
図２７は、この機体が機首上げして空間停止する際の機体座標図である。このピッチ制御も実施例１と同じである。
図２８は、この機体が機首上げして空間停止しながら、ヨー軸で回転する際の空間姿勢の図である。腕回転軸３の左右を非対称に回転させ揚力点５の揚力の向きの左右を非対称に傾けることにより機体を中心としたヨー軸の回転制御を行う。
図２９は、図２８の側面図である。
図３０は、この機体が機首上げして空間停止しながら、後退する際の空間姿勢の図である。腕回転軸３を左右対称に回転させ両揚力点５の揚力の向きを機体後方に傾けることにより後退する。
図３１は、この機体が機首上げして空間停止しながら、機体の横方向に移動する際の機体座標図である。２つの肩回転軸２のうちの、横移動時に進行方向の前となる側の軸の回転角をその後となる側の軸より減少させ、進行方向の前となる側の揚力点５をその後となる側の側揚力点５より機体前方に移動させることにより、両揚力点５を結ぶ直線に機体座標のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれに対する傾きを作りだし、その傾きを有する軸を中心に機体の重力中心点４が回転しその下に移動し安定しようとすることを利用し、機首上げのピッチ制御とロール制御をおこない、その結果機体とともに揚力点５の揚力の向きが横方向へ傾くこと利用し、横方向へ移動する。
図３２と図３３は、図３１の空間姿勢の図である。
図３４から図３６は、本発明の請求項２を採用する垂直離着陸機であり翼６の上にジェットエンジンを備える。この機体の飛行制御の方法は実施例２と同じである。
　１　　機首
　２　　肩回転軸
　３　　腕回転軸
　４　　機体の重力中心点
　５　　揚力点
　６　　翼
　７　　プロペラ軸
　８　　プロペラ回転面
　

Claims (2)

  1. 　航空機の機体正面図を、Ｙ軸を縦軸とするＸＹ平面で表す３次元の直交座標を機体座標とし、これを基準とし下記の（１）から（４）を定義するとき、
    （１）肩回転軸：Ｙ軸と平行な軸の上部を、Ｚ軸を中心に４５°から６０°の範囲で回転させ機体外側に向けて傾け、Ｘ軸を中心に２０°から３５°の範囲で回転させ機体の機首方向に傾けた軸。
    （２）肩座標：肩回転軸を、原点を通るＹ軸とする直交座標。
    （３）腕回転軸：肩回転軸にとりつけられた機体外側に向けて伸びる軸で、肩座標Ｘ軸と平行な軸を、肩座標Ｚ軸を中心に２０°から３５°の範囲で回転させ、その軸の先を機体上方向に傾けた肩座標Ｚ＝０を通る軸。
    （４）揚力点：航空機の主翼片側一枚に働く揚力を１つの点として表すもの。
    １組以上の肩回転軸と腕回転軸を航空機の機体左右に設け、それらの腕回転軸に取り付けられた機体揚力源により生じる揚力点の機体との相対的な位置を、肩回転軸を回転させることにより変化させ、それらの揚力点に生じる揚力の向きを、腕回転軸を回転させることにより変化させ、それらの変化の組み合わせにより航空機を制御する方法であって、尾翼と補助翼を使用しないことを特徴とする。
  2. 請求項１における腕回転軸を、肩座標Ｚ≠０を通る腕回転軸で置き換えた請求項１の方法。
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