WO2020070927A1 - ダクテットファン装置 - Google Patents

ダクテットファン装置

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WO2020070927A1
WO2020070927A1 PCT/JP2019/024553 JP2019024553W WO2020070927A1 WO 2020070927 A1 WO2020070927 A1 WO 2020070927A1 JP 2019024553 W JP2019024553 W JP 2019024553W WO 2020070927 A1 WO2020070927 A1 WO 2020070927A1
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fan
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勇二 石塚
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本田技研工業株式会社
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to a ductet fan device, and more particularly to a ductet fan device having a containment function at the time of FBO (Fan / Blade / Out).
  • a device that is confined in a device is known (for example, Patent Document 1).
  • a tubular fan case formed of a resin-impregnated composite material containing a fiber-resin and containing a rotating fan blade therein, and a resin made of a fiber-resin
  • a cylindrical restraining member made of an impregnated composite material and provided as a hoop on the outer periphery of the fan case, wherein the resin content of the restraining member is set lower than the resin content of the fan case, and
  • a known fan blade piece captured by a restraining member.
  • the resin material impregnated with the resin impregnating the fan case and the restraining member has a high brittleness and may be broken by the fan blade pieces flying during the FBO.
  • the fan case and the restraining member are required. It is necessary to increase the plate thickness. This hinders the weight reduction of the ductet fan device.
  • the problem to be solved by the present invention is to enhance the containment at the time of FBO without inhibiting the weight reduction of the ductet fan device.
  • a ductet fan device (10) includes a fan shroud (52) having an annular shape in plan view, and fan blades (58, 64) disposed at the center of the fan shroud (52).
  • the fan shroud (52) includes at least one fiber layer (74, 86, 88) and at least one resin layer (70, 72, 80, 82, 84, 98), and a facing portion (A) including a portion facing the tip of the fan blade (58, 64) in the axial direction and a non-facing portion not facing the tip of the fan blade (58, 64).
  • the resin layer (70, 72, 80, 82, 8) is provided on the fiber layer (74, 86, 88).
  • , 98 is impregnated with the resin layer (70, 72, 80, 82, 84, 98) on the fiber layer (74, 86, 88) in the opposing portion (A). Constituent resin is not impregnated.
  • the fiber layer (74) of the facing portion (A) is not impregnated with the resin, and has high flexibility and elasticity due to the physical properties of the fibers constituting the fiber layer (74). Therefore, the brittle fracture hardly occurs, and the fan blade pieces are satisfactorily captured. As a result, it is not necessary to increase the thickness of the fan shroud (52) in order to enhance the containment property at the time of FBO, and the containment property at the time of FBO is not hindered without reducing the weight of the ductet fan device (50). Get higher.
  • the resin layer (70) is provided only on the radially outer surface of the fan shroud (52).
  • the containment at the time of FBO is enhanced without hindering the weight reduction of the ductet fan device (50).
  • the resin layers (70, 72) are provided on both surfaces of the fiber layer (74).
  • the fiber layer (74) is not exposed to the outside, and foreign matter does not adhere to the fiber layer (74).
  • a plurality of the fiber layers (86, 88) and a plurality of the resin layers (80, 82, 84) are provided alternately.
  • the resin layer (70, 72, 80, 82, 84) contains a thermosetting resin.
  • thermosetting resin a resin layer (70, 72, 80, 82, 84) having high mechanical strength can be easily obtained by the thermosetting resin.
  • the resin layers (70, 72) are made of prepreg.
  • the resin layer (98) that is the radially inner side of the fan shroud (52) among the resin layers (70, 98) is made of a foamed resin. .
  • the resin layer (98) can be easily broken at the time of FBO, and the fan layer pieces can be favorably captured by the fiber layer (74).
  • the fiber layer (74) is provided between the fiber layer (74, 86, 88) and the resin layer (80, 82, 84) in the facing portion (A).
  • , 86, 88) are provided with resin insulating sheets (76, 78, 92, 94, 96) for preventing impregnation of the resin.
  • the resin insulating sheet (76, 78, 92, 94, 96) can easily and reliably obtain a structure in which the fiber layer (74) of the facing portion (A) is not impregnated with the resin.
  • the fiber layer (74, 86, 88) is a plain or twill woven fabric of at least one of a polymer fiber and a carbon fiber.
  • the fiber layers (74, 86, 88) act like a net to capture fan blade pieces during FBO.
  • the containment at the time of FBO is enhanced without impairing the weight reduction.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a multicopter to which a ductet fan device according to the present invention is applied.
  • Plan view of the multicopter according to the present embodiment Enlarged sectional view of a main part of the ductet fan device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an exploded cross-sectional view of the fan shroud of the ductet fan device according to the first embodiment.
  • Enlarged sectional view of a main part of a ductet fan device according to a fourth embodiment.
  • FIGS. 1-10 An embodiment of a multicopter to which the ductet fan device according to the present invention is applied will be described with reference to FIGS.
  • the multicopter 10 has the body 12.
  • the fuselage 12 has a rectangular main body 14 having a rectangular shape that is long in the front-rear direction, and a truncated quadrangular pyramid-shaped front part that extends forward from the front end of the main body 14 and decreases in width toward the front.
  • a body 16 a truncated quadrangular pyramid-shaped box-shaped rear body 18 extending rearward from the rear end of the main body 14, and having a width decreasing toward the rear, and a rectangular parallelepiped box-shaped main body. It has a left body 20 connected to the left side of the body 14 and a right body 22 connected to the right side of the main body 14 in the shape of a rectangular parallelepiped long front and rear.
  • the front body 16 and the rear body 18 are provided along a center line extending in the front-rear direction of the main body 14 and are arranged symmetrically in the front-rear direction.
  • the left body 20 and the right body 22 are located on both left and right sides of the main body 14 and have a height approximately half the height of the main body 14, and are symmetrically arranged.
  • the main body 14, the left body 20, and the right body 22 are box-shaped, and house a power battery (not shown) therein.
  • a box-shaped seat 24 is mounted on the main body 14.
  • An occupant seat 26 is attached to the seat stand 24 in a forward direction.
  • a fixed handle 30 including left and right grips 28 for an occupant seated on an occupant seat 26 is attached to a front portion of the seat stand 24.
  • a flight control device (not shown) is provided near the fixed handle 30 or the passenger seat 26.
  • a 3-axis gyro sensor 32, a 3-axis acceleration sensor 34, a flight controller 36, and an autonomous flight controller 38 are attached to the seat base 24.
  • the gyro sensor 32 is disposed at the center of gravity G of the body 12 or at a position close to the center of gravity G in plan view so that the attitude control of the body 12 is easily and appropriately performed.
  • a leg 40 having a sled structure that is long in the front-rear direction is attached to a lower portion of the body 12.
  • the multicopter 10 is disposed on a first concentric circle C ⁇ b> 1 with a radius R ⁇ b> 1 substantially centered on the center of gravity G of the body 12, and is symmetrically arranged at the front part and the rear part of the body 12.
  • Four first duct units 50 which are lift generating devices attached to the fuselage 12, have a larger diameter than the first concentric circle C1 about the center of gravity G of the fuselage 12, that is, a radius R2 larger than the radius R1.
  • Two second ductet fans which are lift generators that are arranged on the concentric circle C2 and on the center axis X extending in the front-rear direction of the vehicle body 12 in front of and behind the vehicle body 12 and attached to the vehicle body 12 Device 110.
  • each first ductet fan device 50 of the first embodiment is constituted by double inverted wings which are arranged concentrically one above the other, and is open and closed on the airframe 12.
  • An annular fan shroud (duct) 52 an upper electric motor 56 arranged at the center of the fan shroud 52 by a plurality of upper arms 54, and a lower drive attached to the rotating shaft of the upper electric motor 56 for rotation by the upper electric motor 56.
  • a lower fan blade 64 driven to rotate.
  • the upper fan blade 58 and the lower fan blade 64 are concentrically arranged, face each other at an interval vertically, and rotate in opposite directions.
  • the upper electric motor 56 and the upper fan blade 58 and the lower electric motor 62 and the lower fan blade 64 constitute electric fans, respectively.
  • the fan shroud 52 includes an outer resin layer 70 forming an outer peripheral surface 52A of the fan shroud 52, an inner resin layer 72 forming an inner peripheral surface 52B of the fan shroud 52, and an outer resin layer 72.
  • This is a multilayer structure including a fiber layer 74 sandwiched between the inner resin layer 70 and the inner resin layer 72. That is, the resin layers (the outer resin layer 70 and the inner resin layer 72) are provided on both surfaces of the fiber layer 74.
  • the fan shroud 52 is adjacent to the upper part of the upper fan blade 58 and the lower fan blade 64 in the axial direction (the vertical direction in FIG. 3). It has a non-facing portion B that does not face the tips of the blades 58 and 64.
  • the opposing portion A is set according to the scattering area of the blade pieces of the upper fan blade 58 and the lower fan blade 64 during FBO.
  • the outer resin layer 70 and the inner resin layer 72 are made of a thermosetting resin such as an epoxy resin (EP) or a prepreg obtained by impregnating a matrix resin such as a thermosetting resin with a fibrous reinforcing material such as glass fiber or carbon fiber. Things. Since the outer resin layer 70 and the inner resin layer 72 are made of a thermosetting resin, the outer resin layer 70 and the inner resin layer 72 having high mechanical strength can be easily obtained.
  • a thermosetting resin such as an epoxy resin (EP) or a prepreg obtained by impregnating a matrix resin such as a thermosetting resin with a fibrous reinforcing material such as glass fiber or carbon fiber. Things. Since the outer resin layer 70 and the inner resin layer 72 are made of a thermosetting resin, the outer resin layer 70 and the inner resin layer 72 having high mechanical strength can be easily obtained.
  • FIG. 4 shows a decomposition state before thermosetting when the outer resin layer 70 and the inner resin layer 72 are made of prepreg.
  • the use of the prepreg facilitates the molding of the fan shroud 52.
  • the fiber layer 74 is made of a woven fabric of polymer fibers and carbon fibers made of aramid resin or the like. As shown in FIG. 5, the fiber layer 74 may be a plain or twill woven fabric in which the warp yarns 74A are made of aramid fibers (APF) and the weft yarns 74B are made of carbon fibers. .
  • APF aramid fibers
  • the fiber layer 74 is impregnated with a part of the resin constituting the outer resin layer 70 and the inner resin layer 72, and the outer resin layer 70 and the inner resin layer 72 Are bonded to each other by welding.
  • the resin constituting the outer resin layer 70 and the inner resin layer 72 is not impregnated in the fiber layer 74 in the facing portion A.
  • resin insulating sheets 76 and 78 are disposed between the fiber layer 74 and the outer resin layer 70 and between the fiber layer 74 and the inner resin layer 72, respectively.
  • the resin insulating sheets 76 and 78 are formed of a closed-cell foamed resin sheet or the like made of polymethacrylimide resin (PMI) or the like, and allow the resin of the outer resin layer 70 and the inner resin layer 72 to impregnate the fiber layer 74 during molding. Block.
  • PMI polymethacrylimide resin
  • the fiber layer 74 has a high flexibility due to the physical properties of the fiber material (woven cloth) itself constituting the fiber layer 74 because the resin of the outer resin layer 70 and the inner resin layer 72 is not impregnated in the facing portion A. Has elasticity and elasticity.
  • the fiber layer 74 is partially impregnated with the resin constituting the outer resin layer 70 and the inner resin layer 72, and the outer resin layer 70 and the inner resin layer 72 are impregnated. Since they are bonded to each other by welding with the fiber layer 74 interposed therebetween, high strength and rigidity can be obtained.
  • the fan blade pieces generated by the damage of the upper fan blade 58 and the lower fan blade 64 are displaced radially outward by centrifugal force. It scatters toward the portion of the inner peripheral surface 52B of the shroud 52 corresponding to the facing portion A, and collides with the inner resin layer 72 of the facing portion A. Accordingly, when the inner resin layer 72 is broken by a crack or the like, the fan blade piece penetrates the resin insulating sheet 78 and pierces the fiber layer 74 of the opposing portion A, and is captured by the fiber layer 74.
  • the fiber layer 74 of the opposing portion A is not impregnated with resin, and has high flexibility and elasticity due to the physical properties of the woven fabric itself constituting the fiber layer 74. In order to capture the fan blade pieces satisfactorily. This eliminates the need to increase the thickness of the fan shroud 52 in order to enhance the containment property during FBO, and increases the containment property during FBO without impairing the weight reduction of the first ductet fan device 50. . In the first embodiment, since both surfaces of the fiber layer 74 are covered with the outer resin layer 70 and the inner resin layer 72 and the fiber layer 74 is not exposed to the outside, foreign matter does not adhere to the fiber layer 74.
  • the first ductet fan device 50 according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
  • portions corresponding to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3, and description thereof will be omitted.
  • the inner resin layer 72 in the first embodiment is omitted, and the fiber layer 74 is exposed on the inner peripheral surface of the fan shroud 52. That is, the resin layer (outer resin layer 70) is provided only on the radially outer surface of the fan shroud 52.
  • the fan blade piece at the time of FBO pierces directly into the fiber layer 74 of the opposing portion A and is caught by the fiber layer 74, and the light weight of the first ductet fan device 50 is hindered by the minimum laminated structure.
  • the containment at the time of FBO is improved without performing.
  • the fiber layer 74 of the facing portion A is not impregnated with resin, and has high flexibility and elasticity due to the physical properties of the woven fabric itself constituting the fiber layer 74. Difficult to capture fan blade pieces satisfactorily. Accordingly, it is not necessary to increase the thickness of the fan shroud 52 in order to enhance the containment property at the time of FBO, and the containment property at the time of FBO is increased without hindering the weight reduction of the first ductet fan device 50. . Since the inner resin layer 72 is omitted, no destruction of the inner resin layer 72 is observed.
  • a first ductet fan device 50 according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
  • parts corresponding to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3, and description thereof will be omitted.
  • the outer resin layer 80 that forms the outer peripheral surface 52A of the fan shroud 52 the inner resin layer 82 that forms the inner peripheral surface 52B of the fan shroud 52, and the outer resin layer 80 and the inner resin layer 82 Including an intermediate resin layer 84, a fiber layer 86 interposed between the outer resin layer 80 and the intermediate resin layer 84, and a fiber layer 88 interposed between the inner resin layer 82 and the intermediate resin layer 84. It has a structure.
  • Resin insulating sheets 90, 92, 94, 96 are arranged in each space therebetween.
  • the fan blade piece at the time of FBO breaks the inner resin layer 82, pierces the fiber layer 88 of the facing portion A, and is captured by the fiber layer 74. Even when the fan blade piece passes through the fiber layer 74, the fan blade piece breaks the intermediate resin layer 84, pierces the fiber layer 86 in the opposing portion A, and is captured by either the fiber layer 74 or 76. Thereby, the containment at the time of FBO is further improved.
  • the first duct fan device 50 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 8, portions corresponding to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3, and description thereof will be omitted.
  • the fourth embodiment is different from the third embodiment in that the resin insulating sheets 90 and 92 are not provided between the outer resin layer 80 and the intermediate resin layer 84. Since the entire multilayer structure including the outer resin layer 80, the fiber layer 86, and the intermediate resin layer 84 exhibits high rigidity, the strength of the fan shroud 52 is improved.
  • resin insulating sheets 90 and 92 are provided between the outer resin layer 80 and the intermediate resin layer 84, and resin insulating sheets 90 and 92 are provided between the inner resin layer 82 and the intermediate resin layer 84.
  • a stacked structure without such a structure may be employed.
  • a first ductet fan device 50 according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
  • the portions corresponding to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3, and description thereof will be omitted.
  • the inner resin layer 98 is made of a closed-cell foam resin such as a polymethacrylimide resin (PMI).
  • the inner resin layer 98 is attached to the fiber layer 86 at the non-opposing portion B by an adhesive layer 100 made of a film adhesive.
  • the fiber layer 74 is not impregnated with the resin of the outer resin layer 70 in the facing portion A, and the inner resin layer 98 is not bonded thereto. It has high flexibility and elasticity due to the physical properties of the woven fabric) itself.
  • the fan blade piece at the time of FBO breaks the inner resin layer 98 and pierces the fiber layer 74 of the opposing portion A, and is captured by the fiber layer 74. Accordingly, it is not necessary to increase the thickness of the fan shroud 52 in order to enhance the containment property at the time of FBO, and the containment property at the time of FBO is increased without hindering the weight reduction of the first ductet fan device 50. .
  • the second duct fan unit 110 has substantially the same structure as the first duct fan unit 50, and thus the description of the second duct fan unit 110 is omitted.
  • the fan shroud 52 may have a hollow structure as shown in FIG.
  • the resin insulating sheets 76 and 78 are provided only in the portion A facing the inner wall of the hollow structure (the side facing the upper fan blade 58 and the lower fan blade 64), and the other portions are resin insulating sheets.
  • a layered structure including the outer resin layer 70, the fiber layer 74, and the inner resin layer 72 without including the layers 76 and 78 may be used. Thereby, the strength of the fan shroud 52 is improved as compared with the case where the resin insulating sheets 76 and 78 are provided other than the opposing portion A.
  • the resin insulating sheets 76 and 78 are provided only on the opposing portions of the outer wall of the hollow structure (the side opposite to the side facing the upper fan blade 58 and the lower fan blade 64), and other portions are provided.
  • a laminated structure including the outer resin layer 70, the fiber layer 74, and the inner resin layer 72 without including the resin insulating sheets 76 and 78 may be employed.
  • Multicopter 12 Airframe 14: Main Airframe 16: Front Airframe 18: Rear Airframe 20: Left Airframe 22: Right Airframe 24: Seat Stand 26: Occupant Seat 28: Grip 30: Fixed Handle 32: Gyro Sensor 34: Acceleration sensor 36: Flight control device 38: Autonomous flight control device 40: Leg 50: First ductet fan device 52: Fan shroud 52A: Outer peripheral surface 52B: Inner peripheral surface 54: Upper arm 56: Upper electric motor 58: Upper fan Blade 60: Lower arm 62: Lower motor 64: Lower fan blade 70: Outer resin layer 72: Inner resin layer 74: Fiber layer 74A: Warp yarn 74B: Weft yarn 76: Resin insulating sheet 78: Resin insulating sheet 80: Outside Resin layer 82: inner resin layer 84: intermediate resin layer 86: fiber layer 88: fiber layer 0: resin insulating sheet 92: resin insulating sheet 94: resin insulating sheet 96: resin insulating sheet 98: inner resin layer

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Abstract

【課題】ダクテットファン装置の軽量化を阻害することなくＦＢＯ時のコンテインメント性を高めること 【解決手段】平面視で円環形状のファンシュラウド５２と、ファンシュラウド５２の中心に配置されたファンブレード５８、６４を有する電動ファンとを有するダクテットファン装置であって、ファンシュラウド５２は、繊維層７４及び樹脂層７０、７２を含む多層構造であり、軸線方向においてファンブレード５８、６４の先端と対向する部分を含む対向部分Ａ及びファンブレード５８、６４の先端と対向しない非対向部分Ｂを有し、非対向部分Ｂにおいては繊維層７４に樹脂層７０、７２を構成する樹脂の一部が含浸し、対向部分Ａにおいては繊維層７４に樹脂層７０、７２を構成する樹脂が含浸していない。

Description

ダクテットファン装置
　本発明はダクテットファン装置に関し、更に詳細にはＦＢＯ（Ｆａｎ　Ｂｌａｄｅ　Ｏｕｔ）時のコンテインメント機能を有するダクテットファン装置に関する。
　ファン回転中のファンブレードの破損によって発生したファンブレード片が遠心方向に飛散するＦＢＯ時のコンテインメント機能を有するダクテットファン装置として、互いに平行に配向された複数の繊維をマトリックス樹脂中に含む樹脂含浸の複合材料により構成され、内部に回転するファンブレードを収容する筒状のファンケースを有し、繊維の配向がファンブレードの先端をファンケースの内周面に投影した投影線を横切る角度（９０度プラスマイナス３０度の範囲）に設定され、ＦＢＯ時に飛散したファンブレードの先端がファンケースの内周面に衝突した際の衝撃を繊維によって効率よく吸収し、飛散したファンブレード片をファンケース内に閉じ込めるものが知られている（例えば、特許文献１）。
　ＦＢＯ時のコンテインメント機能を有する他のダクテットファン装置として、繊維－樹脂による樹脂含浸の複合材料により構成され、内部に回転するファンブレードを収容する筒状のファンケースと、繊維－樹脂による樹脂含浸の複合材料により構成され、ファンケースの外周に箍のように設けられた筒状の拘束部材とを有し、拘束部材の樹脂含有率がファンケースの樹脂含有率よりも低く設定され、飛散したファンブレード片を拘束部材によって捕捉するものが知られている。（例えば、特許文献２）。
特開２０１３－１２４６４６号公報 国際公開ＷＯ２０１３／１９１０７０
　ファンケースや拘束部材を構成する樹脂含浸による複合材料は脆性が高いため、ＦＢＯ時に飛散するファンブレード片により破壊される虞があり、ＦＢＯ時のコンテインメント性を高めるためにはファンケースや拘束部材の板厚を大きくする必要がある。このことはダクテットファン装置の軽量化を阻害する。
　本発明が解決しようとする課題は、ダクテットファン装置の軽量化を阻害することなくＦＢＯ時のコンテインメント性を高めることである。
　本発明の一つの実施形態によるダクテットファン装置（１０）は、平面視で円環形状のファンシュラウド（５２）と、前記ファンシュラウド（５２）の中心に配置されたファンブレード（５８、６４）を有する電動ファンとを有するダクテットファン装置であって、前記ファンシュラウド（５２）は、少なくとも一つの繊維層（７４、８６、８８）及び少なくとも一つの樹脂層（７０、７２、８０、８２、８４、９８）を含む多層構造であり、軸線方向において前記ファンブレード（５８、６４）の先端と対向する部分を含む対向部分（Ａ）及び前記ファンブレード（５８、６４）の先端と対向しない非対向部分（Ｂ）を有し、前記非対向部分（Ｂ）においては前記繊維層（７４、８６、８８）に前記樹脂層（７０、７２、８０、８２、８４、９８）を構成する樹脂の一部が含浸し、前記対向部分（Ａ）においては前記繊維層（７４、８６、８８）に前記樹脂層（７０、７２、８０、８２、８４、９８）を構成する樹脂が含浸していない。
　この構成によれば、対向部分（Ａ）の繊維層（７４）は、樹脂が含浸しておらず、繊維層（７４）を構成する繊維自体の物性により、高い可撓性及び伸縮性を有するから、脆性破壊を生じ難く、ファンブレード片の捕捉を良好に行う。これにより、ＦＢＯ時のコンテインメント性を高めるためにファンシュラウド（５２）の板厚を大きくする必要がなくなり、ダクテットファン装置（５０）の軽量化を阻害することなくＦＢＯ時のコンテインメント性が高くなる。
　上記ダクテットファン装置（１０）において、好ましくは、前記樹脂層（７０）は、前記ファンシュラウド（５２）の径方向外方側の面のみに設けられている。
　この構成によれば、最小限度の積層構造により、ダクテットファン装置（５０）の軽量化を阻害することなくＦＢＯ時のコンテインメント性が高くなる。
　上記ダクテットファン装置（１０）において、好ましくは、前記樹脂層（７０、７２）は、前記繊維層（７４）の両面に設けられている。
　この構成によれば、繊維層（７４）が外部に露呈することがなく、繊維層（７４）に異物が付着することがない。
　上記ダクテットファン装置（１０）において、好ましくは、複数の前記繊維層（８６、８８）及び複数の前記樹脂層（８０、８２、８４）が交互に設けられている。
　この構成によれば、複数の繊維層（８６、８８）の存在により、ＦＢＯ時のコンテインメント性がより一層高くなる。
　上記ダクテットファン装置（１０）において、好ましくは、前記樹脂層（７０、７２、８０、８２、８４）は熱硬化樹脂を含む。
　この構成によれば、熱硬化樹脂により機械的強度が高い樹脂層（７０、７２、８０、８２、８４）が容易に得られる。
　上記ダクテットファン装置（１０）において、好ましくは、前記樹脂層（７０、７２）はプリプレグによるものである。
　この構成によれば、ファンシュラウド（５２）の成形が容易になる。
　上記ダクテットファン装置（１０）において、好ましくは、前記樹脂層（７０、９８）のうち最も前記ファンシュラウド（５２）の径方向内方側の前記樹脂層（９８）は発泡樹脂によるものである。
　この構成によれば、ＦＢＯ時の樹脂層（９８）の破壊が容易に行われ、繊維層（７４、）によるファンブレード片の捕捉が良好に行われる。
　上記ダクテットファン装置（１０）において、好ましくは、前記対向部分（Ａ）における前記繊維層（７４、８６、８８）と前記樹脂層（８０、８２、８４）との間に前記繊維層（７４、８６、８８）に対する前記樹脂の含浸を阻止する樹脂絶縁シート（７６、７８、９２、９４、９６）が配置されている。
　この構成によれば、樹脂絶縁シート（７６、７８、９２、９４、９６）により、対向部分（Ａ）の繊維層（７４）に樹脂が含浸していない構造が容易且つ確実に得られる。
　上記ダクテットファン装置（１０）において、好ましくは、前記繊維層（７４、８６、８８）は高分子繊維及び炭素繊維の少なくとも一方による平織り又は綾織りの織布である。
　この構成によれば、繊維層（７４、８６、８８）が網のように作用してＦＢＯ時のファンブレード片の捕捉が行われる。
　本発明によるダクテットファン装置によれば、軽量化を阻害することなくＦＢＯ時のコンテインメント性が高くなる。
本発明によるダクテットファン装置を適用されたマルチコプタの一つの実施形態を示す斜視図 本実施形態によるマルチコプタの平面図 実施形態１によるダクテットファン装置の要部の拡大断面図 実施形態１によるダクテットファン装置のファンシュラウドの分解断面図 実施形態１によるダクテットファン装置のファンシュラウドに用いられる織布の拡大平面図 実施形態２によるダクテットファン装置の要部の拡大断面図 実施形態３によるダクテットファン装置の要部の拡大断面図 実施形態４によるダクテットファン装置の要部の拡大断面図 実施形態５によるダクテットファン装置の要部の拡大断面図 他の実施形態によるダクテットファン装置の要部の拡大断面図
　本発明によるダクテットファン装置を適用されたマルチコプタの一つの実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。
　本実施形態によるマルチコプタ１０は、機体１２を有する。機体１２は、前後に長い直方形状の箱状の主部機体１４と、主部機体１４の前端から前方に延出し、前方に向かうに従って横幅が小さくなる切頭四角錘形状の箱状の前部機体１６と、主部機体１４の後端から後方に延出し、後方に向かうに従って横幅が小さくなる切頭四角錘形状の箱状の後部機体１８と、前後に長い直方体箱状をなして主部機体１４の左側に連接して設けられた左側機体２０と、前後に長い直方体箱状をなして主部機体１４の右側に連接して設けられた右側機体２２とを有する。
　前部機体１６と後部機体１８とは主部機体１４の前後方向に延在する中心線に沿って設けられて前後対称の配置である。左側機体２０と右側機体２２とは、主部機体１４の左右両側にあって主部機体１４の高さの略１／２の高さを有し、左右対称の配置である。
　主部機体１４、左側機体２０及び右側機体２２は、箱状をなしていて、内部に電源バッテリ（不図示）が収納されている。
　主部機体１４上には箱状の座席台２４が取り付けられている。座席台２４には乗員用座席２６が前向きに取り付けられている。座席台２４の前部には乗員用座席２６に着座した乗員のための左右のグリップ２８を含む固定ハンドル３０が取り付けられている。固定ハンドル３０或いは乗員用座席２６の近傍には飛行操縦装置（不図示）が設けられている。
　座席台２４には、３軸のジャイロセンサ３２、３軸の加速度センサ３４、飛行制御装置３６及び自律飛行制御装置３８が取り付けられている。ジャイロセンサ３２は、機体１２の姿勢制御が容易且つ適切に行われるべく、平面視で機体１２の重心Ｇ或いは重心Ｇに近い位置に配置されている。
　機体１２の下部には前後方向に長いそり構造の脚体４０が取り付けられている。
　マルチコプタ１０は、図２に示されているように、機体１２の重心Ｇを略中心とする半径Ｒ１による第１同心円Ｃ１上にあって機体１２の前部及び後部に各々左右対称に配置され且つ機体１２に取り付けられた揚力発生装置である４個の第１ダクテットファン装置５０と、機体１２の重心Ｇを略中心とする第１同心円Ｃ１より大径、つまり半径Ｒ１により大きい半径Ｒ２による第２同心円Ｃ２上且つ機体１２の前後方向に延在する中心軸線Ｘ上にあって機体１２の前方及び後方に配置され且つ機体１２に取り付けられた揚力発生装置である２個の第２ダクテットファン装置１１０とを有する。
　実施形態１の各第１ダクテットファン装置５０は、図１に示されているように、上下に互いに同心に配置された２重反転翼によるものであり、機体１２に取り付けられた上下開放の円環形状のファンシュラウド（ダクト）５２と、複数の上側アーム５４によってファンシュラウド５２の中心に配置された上側電動機５６と、上側電動機５６の回転軸に下向きに取り付けられて上側電動機５６によって回転駆動される上側ファンブレード（回転翼）５８と、複数の下側アーム６０によって上側電動機５６と同心配置の下側電動機６２と、下側電動機６２の回転軸に上向きに取り付けられて下側電動機６２によって回転駆動される下側ファンブレード６４とを有する。上側ファンブレード５８と下側ファンブレード６４とは、同心配置で、上下に間隔をおいて互いに対向し、互いに反対方向に回転する。上側電動機５６及び上側ファンブレード５８と、下側電動機６２及び下側ファンブレード６４とが各々電動ファンをなす。
　ファンシュラウド５２は、図３に示されているように、ファンシュラウド５２の外周面５２Ａを構成する外側樹脂層７０及びファンシュラウド５２の内周面５２Ｂを構成する内側樹脂層７２と、外側樹脂層７０と内側樹脂層７２とに挟まれた繊維層７４とを含む多層構造である。つまり、つまり、樹脂層（外側樹脂層７０及び内側樹脂層７２）は繊維層７４の両面に設けられている。
　ファンシュラウド５２は、軸線方向（図３で見て上下方向）において上側ファンブレード５８及び下側ファンブレード６４の先端と対向する部分を含む対向部分Ａ、及び対向部分Ａの上下に隣接し、ファンブレード５８、６４の先端と対向しない非対向部分Ｂを有する。対向部分Ａは、ＦＢＯ時の上側ファンブレード５８及び下側ファンブレード６４のブレード片の飛散領域に応じて設定される。
　外側樹脂層７０及び内側樹脂層７２は、エポキシ樹脂（ＥＰ）等の熱硬化性樹脂、熱硬化性樹脂によるマトリックス樹脂に、ガラス繊維、炭素繊維等による繊維状補強材が含浸されたプリプレグ等によるものである。外側樹脂層７０及び内側樹脂層７２が熱硬化性樹脂により構成されていることにより、機械的強度が高い外側樹脂層７０及び内側樹脂層７２が容易に得られる。
　図４は、外側樹脂層７０及び内側樹脂層７２がプリプレグによるものの場合の熱硬化前の分解状態を示されている。プリプレグの使用により、ファンシュラウド５２の成形が容易になる。
　繊維層７４は、アラミド樹脂等による高分子繊維、炭素繊維の織布により構成されている。繊維層７４は、好ましくは、図５に示されているように、縦糸７４Ａがアラミド繊維（ＡＰＦ）により構成され、横糸７４Ｂが炭素繊維により構成された平織り又は綾織りの織布であってよい。
　ファンシュラウド５２は、非対向部分Ｂにおいては、繊維層７４に外側樹脂層７０及び内側樹脂層７２を構成する樹脂の一部が含浸し、外側樹脂層７０と内側樹脂層７２とが繊維層７４を挟んで溶着によって互いに結合されている。
　ファンシュラウド５２は、対向部分Ａにおいては、繊維層７４に外側樹脂層７０及び内側樹脂層７２を構成する樹脂が含浸していない。対向部分Ａにおいては、繊維層７４と外側樹脂層７０との間及び繊維層７４と内側樹脂層７２との間に各々樹脂絶縁シート７６、７８が配置されている。樹脂絶縁シート７６、７８は、ポリメタクリルイミド樹脂（ＰＭＩ）等による独立気泡の発泡樹脂シート等により構成され、成形時に外側樹脂層７０及び内側樹脂層７２の樹脂が繊維層７４に含浸することを阻止する。樹脂絶縁シート７６、７８の使用により、対向部分Ａの繊維層７４に樹脂が含浸していない構造が容易且つ確実に得られる。
　繊維層７４は、対向部分Ａにおいては、外側樹脂層７０及び内側樹脂層７２の樹脂が含浸していないことにより、繊維層７４を構成する繊維材（織布）自体の物性により、高い可撓性及び伸縮性を有する。
　上述の構成によるファンシュラウド５２によれば、非対向部分Ｂにおいては、繊維層７４に外側樹脂層７０及び内側樹脂層７２を構成する樹脂の一部が含浸し、外側樹脂層７０と内側樹脂層７２とが繊維層７４を挟んで溶着によって互いに結合されているから、高い強度及び剛体が得られる。
　ファン回転中の上側ファンブレード５８、下側ファンブレード６４が破損するＦＢＯ時には、上側ファンブレード５８、下側ファンブレード６４の破損よって発生したファンブレード片は、遠心方力によって径方向外方にファンシュラウド５２の内周面５２Ｂのうちの対向部分Ａに対応する部分に向けて飛散し、対向部分Ａの内側樹脂層７２に衝突する。これにより、内側樹脂層７２に亀裂等による破壊が生じると、ファンブレード片は、樹脂絶縁シート７８を貫通して対向部分Ａの繊維層７４に突き刺さり、繊維層７４に捕捉される。
　対向部分Ａの繊維層７４は、樹脂が含浸しておらず、繊維層７４を構成する織布自体の物性により、高い可撓性及び伸縮性を有するから、脆性破壊を生じ難く、網のように作用してファンブレード片の捕捉を良好に行う。これにより、ＦＢＯ時のコンテインメント性を高めるためにファンシュラウド５２の板厚を大きくする必要がなくなり、第１ダクテットファン装置５０の軽量化を阻害することなくＦＢＯ時のコンテインメント性が高くなる。実施形態１では、繊維層７４の両面が外側樹脂層７０及び内側樹脂層７２によって被覆され、繊維層７４が外部に露呈することがないから、繊維層７４に異物が付着することがない。
　実施形態２の第１ダクテットファン装置５０を、図６を参照して説明する。なお、図６において、図３に対応する部分は、図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
　実施形態２では、実施形態１における内側樹脂層７２が省略され、繊維層７４がファンシュラウド５２の内周面に露呈している。つまり、樹脂層（外側樹脂層７０）はファンシュラウド５２の径方向外方側の面にのみ設けられている。
　実施形態２では、ＦＢＯ時のファンブレード片は、対向部分Ａの繊維層７４に直接に突き刺さり、繊維層７４に捕捉され、最小限度の積層構造により第１ダクテットファン装置５０の軽量化を阻害することなくＦＢＯ時のコンテインメント性が高くなる。
　実施形態２でも、対向部分Ａの繊維層７４は、樹脂が含浸しておらず、繊維層７４を構成する織布自体の物性により、高い可撓性及び伸縮性を有するから、脆性破壊を生じ難く、ファンブレード片の捕捉を良好に行う。これにより、ＦＢＯ時のコンテインメント性を高めるためにファンシュラウド５２の板厚を大きくする必要がなく、第１ダクテットファン装置５０の軽量化を阻害することなくＦＢＯ時のコンテインメント性が高くなる。内側樹脂層７２が省略されるから、内側樹脂層７２の破壊を観ることがない。
　実施形態３の第１ダクテットファン装置５０を、図７を参照して説明する。なお、図７において、図３に対応する部分は、図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
　実施形態３では、ファンシュラウド５２の外周面５２Ａを構成する外側樹脂層８０と、ファンシュラウド５２の内周面５２Ｂを構成する内側樹脂層８２と、外側樹脂層８０と内側樹脂層８２との間に配置された中間樹脂層８４と、外側樹脂層８０と中間樹脂層８４とに挟まれた繊維層８６と、内側樹脂層８２と中間樹脂層８４とに挟まれた繊維層８８とを含む多層構造になっている。
　対向部分Ａにおける繊維層８６と外側樹脂層７０との間、繊維層８６と中間樹脂層８４との間、繊維層８８と中間樹脂層８４との間、繊維層８８と内側樹脂層８２との間の各々には樹脂絶縁シート９０、９２、９４、９６が配置されている。
　実施形態３では、ＦＢＯ時のファンブレード片は、内側樹脂層８２を破壊して対向部分Ａの繊維層８８に突き刺さり、繊維層７４に捕捉される。ファンブレード片が繊維層７４を通過しても、ファンブレード片は、中間樹脂層８４を破壊して対向部分Ａの繊維層８６突き刺さり、繊維層７４或いは７６の何れかによって捕捉される。これにより、ＦＢＯ時のコンテインメント性がより一層向上する。
　実施形態４の第１ダクテットファン装置５０を、図８を参照して説明する。なお、図８において、図３に対応する部分は、図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
　実施形態４では、実施形態３との相違点として、外側樹脂層８０と中間樹脂層８４との間には樹脂絶縁シート９０、９２が設けられていない。外側樹脂層８０と繊維層８６と中間樹脂層８４とによる多層構造部は、その全体が高い剛性を示すから、ファンシュラウド５２の強度が向上する。
　尚、図示しないが、外側樹脂層８０と中間樹脂層８４との間には樹脂絶縁シート９０、９２を設け、内側樹脂層８２と中間樹脂層８４との間には樹脂絶縁シート９０、９２を設けない積層構造としてもよい。
　実施形態５の第１ダクテットファン装置５０を、図９を参照して説明する。なお、図９において、図３に対応する部分は、図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
　実施形態４では、内側樹脂層９８がポリメタクリルイミド樹脂（ＰＭＩ）等による独立気泡の発泡樹脂によって構成されている。内側樹脂層９８は、非対向部分Ｂにおいてフィルム接着剤による接着層１００によって繊維層８６に貼着されている。
　実施形態４では、繊維層７４は、対向部分Ａにおいては、外側樹脂層７０の樹脂が含浸しておらず、内側樹脂層９８が貼り合わせられていないから、繊維層７４を構成する繊維材（織布）自体の物性により、高い可撓性及び伸縮性を有する。
　実施形態４では、ＦＢＯ時のファンブレード片は、内側樹脂層９８を破壊して対向部分Ａの繊維層７４に突き刺さり、繊維層７４に捕捉される。これにより、ＦＢＯ時のコンテインメント性を高めるためにファンシュラウド５２の板厚を大きくする必要がなく、第１ダクテットファン装置５０の軽量化を阻害することなくＦＢＯ時のコンテインメント性が高くなる。
　第２ダクテットファン装置１１０は第１ダクテットファン装置５０と実質的に同一の構造であるので、第２ダクテットファン装置１１０の説明は省略する。
　以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、対向部分Ａにおいて繊維層７４は樹脂が含浸しないようにすることは、樹脂絶縁シート７６等によらずに、ファンシュラウド５２の成形時の外側樹脂層７０、内側樹脂層７２の溶融、硬化を非対向部分Ｂに限定すること等によって行うこともできる。
　ファンシュラウド５２は、図１０に示されているように、中空構造であってもよい。この場合には、中空構造体の内壁（上側ファンブレード５８及び下側ファンブレード６４に臨む側）による対向部分Ａにのみ樹脂絶縁シート７６、７８が設けられ、それ以外の部分は、樹脂絶縁シート７６、７８を含まず、外側樹脂層７０、繊維層７４、内側樹脂層７２による積層構造であってよい。これにより、対向部分Ａ以外にも樹脂絶縁シート７６、７８が設けられている場合よりファンシュラウド５２の強度が向上する。
　尚、図示しないが、中空構造体の外壁（上側ファンブレード５８及び下側ファンブレード６４に臨む側とは反対側）による対向部分にのみ樹脂絶縁シート７６、７８が設けられ、それ以外の部分は、樹脂絶縁シート７６、７８を含まず、外側樹脂層７０、繊維層７４、内側樹脂層７２による積層構造であってもよい。
　上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
１０　　：マルチコプタ
１２　　：機体
１４　　：主部機体
１６　　：前部機体
１８　　：後部機体
２０　　：左側機体
２２　　：右側機体
２４　　：座席台
２６　　：乗員用座席
２８　　：グリップ
３０　　：固定ハンドル
３２　　：ジャイロセンサ
３４　　：加速度センサ
３６　　：飛行制御装置
３８　　：自律飛行制御装置
４０　　：脚体
５０　　：第１ダクテットファン装置
５２　　：ファンシュラウド
５２Ａ　：外周面
５２Ｂ　：内周面
５４　　：上側アーム
５６　　：上側電動機
５８　　：上側ファンブレード
６０　　：下側アーム
６２　　：下側電動機
６４　　：下側ファンブレード
７０　　：外側樹脂層
７２　　：内側樹脂層
７４　　：繊維層
７４Ａ　：縦糸
７４Ｂ　：横糸
７６　　：樹脂絶縁シート
７８　　：樹脂絶縁シート
８０　　：外側樹脂層
８２　　：内側樹脂層
８４　　：中間樹脂層
８６　　：繊維層
８８　　：繊維層
９０　　：樹脂絶縁シート
９２　　：樹脂絶縁シート
９４　　：樹脂絶縁シート
９６　　：樹脂絶縁シート
９８　　：内側樹脂層
１００　：接着層
１１０　：第２ダクテットファン装置
Ａ　　　：対向部分
Ｂ　　　：非対向部分

Claims (9)

  1. 　平面視で円環形状のファンシュラウドと、前記ファンシュラウドの中心に配置されたファンブレードを有する電動ファンとを有するダクテットファン装置であって、
    　前記ファンシュラウドは、少なくとも一つの繊維層及び少なくとも一つの樹脂層を含む多層構造であり、軸線方向において前記ファンブレードの先端と対向する部分を含む対向部分及び前記ファンブレードの先端と対向しない非対向部分を有し、
    　前記非対向部分においては前記繊維層に前記樹脂層を構成する樹脂の一部が含浸し、前記対向部分においては前記繊維層に前記樹脂層を構成する樹脂が含浸していないダクテットファン装置。
  2. 　前記樹脂層は、前記繊維層の、前記ファンシュラウドの径方向外方側の面のみに設けられている請求項１に記載のダクテットファン装置。
  3. 　前記樹脂層は、前記繊維層の両面に設けられている請求項１に記載のダクテットファン装置。
  4. 　複数の前記繊維層及び複数の前記樹脂層が交互に設けられている請求項１に記載のダクテットファン装置。
  5. 　前記樹脂層は熱硬化樹脂を含む請求項１～４の何れか一項に記載のダクテットファン装置。
  6. 　前記樹脂層はプリプレグによるものである請求項１～４の何れか一項に記載のダクテットファン装置。
  7. 　前記樹脂層のうち最も前記ファンシュラウドの径方向内方側の前記樹脂層は発泡樹脂によるものである請求項１～４の何れか一項に記載のダクテットファン装置。
  8. 　前記対向部分における前記繊維層と前記樹脂層との間に前記繊維層に対する前記樹脂の含浸を阻止する樹脂絶縁シートが配置されている請求項１～４の何れか一項に記載のダクテットファン装置。
  9. 　前記繊維層は高分子繊維及び炭素繊維の少なくとも一方による平織り又は綾織りの織布である請求項１～４の何れか一項に記載のダクテットファン装置。
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