WO2022070254A1 - 飛行体 - Google Patents

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鈴木陽一
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株式会社エアロネクスト
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Definitions

  • the present invention relates to a flying object.
  • air vehicles such as drones and unmanned aerial vehicles (UAVs).
  • UAVs unmanned aerial vehicles
  • An air vehicle (hereinafter collectively referred to as a multicopter) that is generally called a multicopter and has a plurality of fixed pitch propellers and moves by tilting the aircraft is a VTOL aircraft equipped with a tilt rotor and a tilt wing mechanism on the main wing. Since the structure is simpler than that, it is easy to manufacture and maintain, and has the advantages of few failure points.
  • Patent Document 1 discloses an air vehicle that reduces the load on the rotary blade. (See, for example, Patent Document 1).
  • the angle between the rotation axis of the rotary wing and the normal line of the reference plane of the main body is set to be between 5 and 30 degrees, so that a positive angle of attack is obtained when the rotary wing aircraft moves forward.
  • An aircraft hereinafter collectively referred to as a conventional aircraft
  • a conventional aircraft has been developed for the purpose of reducing the load on the rotary wing and improving the flight time by the lift generated by the main body.
  • the multicopter always consumes energy while staying in the air.
  • Conventional aircraft reduce energy consumption and improve flight time.
  • the rotary wing is used to increase the cruising speed.
  • the speed of The forward speed will decrease, such as going up.
  • the propulsive force also decreases according to the amount of decrease in the rotation speed, so the cruising speed of the flying object decreases.
  • Movement speed is required in transportation, inspection, photography, etc., which are mentioned as services to be put into practical use, and it is particularly remarkable in the transportation field.
  • improving the moving speed means that the energy consumption of the entire flight system leads to the improvement of the fuel efficiency of the entire system. For example, in a flight from a certain point A to a point B, the less time the flying object stays in the air, the less energy is consumed. Although the energy consumption can be reduced by reducing the load on the rotor blades as in the conventional aircraft, it is not possible to reach the point B in the shortest distance because it rises due to the angle of attack of the main body 10 in exchange for the above. In order to prevent this, the speed is reduced by suppressing the rotation speed of the rotor blades, and as a result, the arrival at the point B is delayed, and the energy consumption increases as the flight time increases.
  • the present invention improves the cruising speed by making the body shape of the flying object (particularly the multicopter) into a shape in which the main body portion suppresses the drag force and the unnecessary positive lift is small in the cruising posture of the aircraft.
  • One purpose is to provide an airframe to obtain.
  • an air vehicle including a plurality of rotary wings including a propeller and a motor, characterized by having a main body portion having an inverted airfoil shape.
  • FIG. 3 is a top view of the flying object of FIG. 1 when hovering. It is a figure which showed the general airfoil. It is a graph which showed the lift characteristic of the airfoil of FIG. It is a graph which showed the resistance characteristic of the airfoil of FIG. It is a side view at the time of cruising of the structural example of the flying object by this invention. It is a side view at the time of hovering of the flying object of FIG. FIG. 8 is a top view of the flying object of FIG.
  • the flying object according to the embodiment of the present invention has the following configurations.
  • the flying object according to item 1 characterized in that.
  • [Item 4] In addition, it is equipped with a mounting unit that can mount the mounted object.
  • the mounting portion is connected to the main body portion via a connecting portion.
  • the flying object according to item 4 characterized in that.
  • the connection portion keeps the mounting portion in a predetermined posture.
  • the predetermined posture is horizontal.
  • a moving blade is provided in the main body.
  • the flying object 100 has at least a main body 10, a plurality of rotary wings including a propeller 110 and a motor 111, a motor mount and a frame 21 for supporting the motor, and the like in order to fly. It is desirable that the flight unit 20 includes the elements of the above and is equipped with energy for operating them (for example, a secondary battery, a fuel cell, a fossil fuel, etc.).
  • energy for operating them for example, a secondary battery, a fuel cell, a fossil fuel, etc.
  • the illustrated flying object 100 is drawn in a simplified manner for facilitating the explanation of the structure of the present invention, and for example, the detailed configuration of the control unit and the like is not shown.
  • the flying object 100 has the direction of arrow D (-Y direction) in the figure as the forward direction (details will be described later).
  • Front-back direction + Y direction and -Y direction
  • vertical direction or vertical direction
  • left-right direction or horizontal direction
  • traveling direction forward
  • Retreat direction or horizontal direction
  • traveling direction forward
  • retreat direction or + Y direction
  • ascending direction upward
  • descending direction downward
  • the propeller 110 rotates by receiving the output from the motor 111.
  • the rotation of the propeller 110 generates a propulsive force for taking off the flying object 100 from the starting point, moving it, and landing it at the destination.
  • the propeller 110 can rotate to the right, stop, and rotate to the left.
  • the propeller 110 included in the flying object of the present invention has one or more blades. Any number of blades (rotors) (eg, 1, 2, 3, 4, or more blades) may be used. Further, the shape of the blade can be any shape such as a flat shape, a curved shape, a twisted shape, a tapered shape, or a combination thereof. The shape of the blade can be changed (for example, expansion / contraction, folding, bending, etc.). The blades may be symmetrical (having the same upper and lower surfaces) or asymmetric (having different shaped upper and lower surfaces). The blades can be formed into an air wheel, wing, or geometry suitable for generating dynamic aerodynamic forces (eg, lift, thrust) as the blades move through the air. The geometry of the blades can be appropriately selected to optimize the dynamic air characteristics of the blades, such as increasing lift and thrust and reducing drag.
  • rotors e. 1, 2, 3, 4, or more blades
  • shape of the blade can be any shape such as a flat shape,
  • the propeller included in the flying object of the present invention may have a fixed pitch, a variable pitch, or a mixture of a fixed pitch and a variable pitch, but the propeller is not limited to this.
  • the motor 111 causes the rotation of the propeller 110, and for example, the drive unit can include an electric motor, an engine, or the like.
  • the blades are driveable by the motor and rotate around the axis of rotation of the motor (eg, the long axis of the motor).
  • All the blades can rotate in the same direction, and can also rotate independently. Some of the blades rotate in one direction and the other blades rotate in the other direction.
  • the blades can all rotate at the same rotation speed, or can rotate at different rotation speeds.
  • the rotation speed can be automatically or manually determined based on the dimensions (for example, size, weight) and control state (speed, moving direction, etc.) of the moving body.
  • the flight body 100 determines the rotation speed and flight angle of each motor according to the wind speed and the wind direction by a flight controller, a radio, or the like. As a result, the flying object can move ascending / descending, accelerating / decelerating, and changing direction.
  • the flight body 100 can perform autonomous flight according to routes and rules set in advance or during flight, and flight by maneuvering using a radio.
  • the above-mentioned flying object 100 has a functional block shown in FIG.
  • the functional block in FIG. 2 has a minimum reference configuration.
  • the flight controller is a so-called processing unit.
  • the processing unit can have one or more processors such as a programmable processor (eg, a central processing unit (CPU)).
  • the processing unit has a memory (not shown), and the memory can be accessed.
  • the memory stores the logic, code, and / or program instructions that the processing unit can execute to perform one or more steps.
  • the memory may include, for example, a separable medium such as an SD card or random access memory (RAM) or an external storage device.
  • the data acquired from the cameras and sensors may be directly transmitted and stored in the memory. For example, still image / moving image data taken by a camera or the like is recorded in the built-in memory or an external memory.
  • the processing unit includes a control module configured to control the state of the rotorcraft.
  • the control module adjusts the spatial arrangement, velocity, and / or acceleration of a rotorcraft with 6 degrees of freedom (translation x, y and z, and rotational motion ⁇ x , ⁇ y and ⁇ z ). It controls the propulsion mechanism (motor, etc.) of the rotorcraft.
  • the control module can control one or more of the states of the mounting unit and the sensors.
  • the processing unit is capable of communicating with a transmitter / receiver configured to transmit and / or receive data from one or more external devices (eg, terminals, display devices, or other remote controls).
  • the transceiver can use any suitable communication means such as wired communication or wireless communication.
  • the transmitter / receiver uses one or more of a local area network (LAN), wide area network (WAN), infrared, wireless, WiFi, point-to-point (P2P) network, telecommunications network, cloud communication, and the like. be able to.
  • the transmitter / receiver can transmit and / or receive one or more of data acquired by sensors, processing results generated by a processing unit, predetermined control data, user commands from a terminal or a remote controller, and the like. ..
  • Sensors according to this embodiment may include inertial sensors (acceleration sensors, gyro sensors), GPS sensors, proximity sensors (eg, riders), or vision / image sensors (eg, cameras).
  • inertial sensors acceleration sensors, gyro sensors
  • GPS sensors GPS sensors
  • proximity sensors eg, riders
  • vision / image sensors eg, cameras
  • the flight unit 20 included in the flying object 100 tilts forward toward the traveling direction as it travels.
  • the forward tilted rotor creates lift in the upward direction and thrust in the direction of travel, which causes the aircraft 100 to move forward.
  • the flying object 100 includes a main body portion 10 capable of containing a processing unit to be mounted, a battery, a mounted object, and the like.
  • the main body 10 is fixedly connected to the flight unit 20, and the attitude of the main body 10 changes as the attitude of the flight unit 20 changes.
  • the main body 10 has an outer skin that is strong enough to withstand flight and takeoff and landing.
  • plastic, FRP, and the like are suitable as materials for the outer skin because they have rigidity and waterproofness. These materials may be the same material as the frame 21 (including the arm) included in the flight unit 20, or may be a different material.
  • the motor mount, the frame 21, and the main body 10 included in the flight unit 20 may be configured by connecting the respective parts, or may be molded so as to be integrated by using a monocoque structure or an integral molding.
  • the motor mount and the frame 21 may be integrally molded, the motor mount, the frame 21, and the main body 10 may be integrally molded, etc.).
  • the shape of the main body 10 included in the flight body 100 is a shape in which the flight body 100 has less drag in the attitude during cruising and less unnecessary lift (the "reverse wing type" shape described below). More preferably, the shape may have a shape with less drag (for example, streamline), and the lift generated may be in the negative direction. In FIG. 1, a negative lift by the main body 10 is shown.
  • FIG. 5 shows an example of an airfoil (Gottingen 508).
  • the camber line 13 has a curved shape in which the central portion is convex upward (hereinafter, arch).
  • the camber line 13 is larger than the chord 12 or all are above the chord 12.
  • the camber line 13 has an inverted arch shape, and the camber line 13 has an inverted arch shape. The amount that is below the chord 12 is large, or all are below the chord 12.
  • camber line 13 has an inverted arch shape like the airfoil B, and the amount of the camber line 13 below the chord 12 is large or all of the camber line 13 is below the chord 12, the following is reversed.
  • airfoil shape Collectively referred to as airfoil shape.
  • FIG. 6 shows a graph showing lift characteristics
  • FIG. 7 shows a graph showing resistance characteristics when the airfoil A and the airfoil B in FIG. 5 are made to face the atmosphere of about 10 m / s in the standard atmosphere.
  • the drag force of the main body 10 should be small, so for example, the lift at the interception angle where the maximum drag force is 0.04 or less or 0.03 or less (note that the allowable maximum drag force can be set appropriately) is applied to the airfoil.
  • the airfoil B which is an inverted airfoil, has a smaller lift than the airfoil A.
  • the inverted airfoil shape has less drag and less unnecessary lift than other shapes (particularly airfoil shapes).
  • the inverted airfoil shape even if the angle of attack is positive, it does not generate positive lift or produces negative lift (in FIG. 6, if the positive angle of attack is about 12 degrees or less, it is positive. It can be seen that it does not produce lift).
  • FIG. 6 even in the airfoil A, there is an angle-of-attack range in which positive lift is not generated or negative lift is generated, but the drag force is greatly increased as shown in FIG. , The efficiency of advance is reduced.
  • the shape of the main body 10 included in the traveling body 100 is a reverse wing shape, the drag force of the main body 10 is small and the unnecessary lift is also small, so that the efficiency at the time of forward movement is improved.
  • the shape of the main body 10 is an inverted airfoil, and the angle of attack is such that the flying object 100 does not generate lift in the attitude during cruising.
  • the shape of the main body 10 is an angle of attack where the flying object 100 is a reverse wing type and which produces a negative lift in the posture during cruising, it rotates as compared with the case where the lift is not generated. Since the lift due to the wings is suppressed, it is allowed that the lift increases as the number of revolutions increases, and the cruising speed of the flying object can be improved by the increased thrust.
  • the flying object 100 can be mounted by storing a load (transport object) inside, for example, for use in carrying luggage such as home delivery.
  • the unit 30 may be provided.
  • the mounting portion 30 is connected to the flying object via a connecting portion 31 such as a rotation axis or a gimbal having one or more degrees of freedom so that the mounting portion 30 can be displaced independently of the main body portion 10 and the flight portion 20.
  • the posture of 100 the mounting portion 30 and the contained object to be transported can be kept in a predetermined posture (for example, horizontal).
  • a sensor that detects an angle, a motor, a servo, or a mechanism that can hold the posture of the mounting portion may be used, or a connection portion 31 by a gimbal may be used.
  • the position may be provided above the center of gravity of the mounting portion 30, and the posture may be maintained by using the own weight of the mounting portion 30.
  • the camber line 13 has an inverted arch shape, and the camber line 13 is below the chord 12. This is an inverted airfoil shape, and the same effects as those described above and the airfoil B can be obtained.
  • the airfoil C in which the airfoil D is turned upside down is used as a comparison target.
  • FIG. 12 shows a graph showing lift characteristics
  • FIG. 13 shows a graph showing resistance characteristics when the airfoil C and the airfoil D of FIG. 11 are made to face the atmosphere of about 10 m / s in the standard atmosphere.
  • the airfoil D which is an airfoil
  • the airfoil C has a higher lift than the airfoil C at an angle of attack within the same drag range (for example, the maximum drag is 0.04 or less, 0.03 or less, etc.). Is getting smaller. Therefore, even in the flying object provided with the reverse wing-shaped main body of FIG. 11, it is possible to suppress unnecessary lift and suppress an increase in drag.
  • the shape of the main body takes into consideration the application and operating environment of the flying object. It is desirable to be decided. At this time, by selecting a shape that has less unnecessary lift (furthermore, a negative lift is generated) and a shape that can be achieved with a smaller increase in drag, the forward speed of the flying object is efficiently improved.
  • the main body 10 may include a moving blade 11.
  • the moving blade 11 By deploying the moving blade 11 and giving it the role of a spoiler, it is possible to reduce the lift generated by the main body 10. For example, as shown in FIGS. 5 and 11, even if the shape has a large positive lift when the rotor blade 11 is not deployed, the main body portion 10 reduces unnecessary lift by deploying the rotor blade 11. It is more preferably a shape that does not generate lift, and more preferably a shape that can generate negative lift.
  • the main body provided with the rotor blade 11 in a shape that emphasizes the amount of decrease in drag rather than the amount of decrease in the amount that produces positive lift.
  • the method using the part 10 is preferable.
  • the configuration of the flying object in each embodiment can be implemented by combining a plurality of them. It is desirable to consider an appropriate configuration according to the cost of manufacturing the flying object and the environment and characteristics of the place where the flying object is operated.

Abstract

【課題】飛行体（特にマルチコプター）のボディ形状を、機体の巡航姿勢において、本体部による不要なプラスの揚力が少なく、抗力も少ない形状とすることにより、巡航速度を向上し得る飛行体を提供すること。 【解決手段】プロペラ及びモータを含む回転翼を複数備える飛行体であって、逆翼型形状の本体部を備える、ことを特徴とする飛行体。本体部は、巡航時に、揚力を生まない、または、マイナスの揚力を生む迎角である。本体部は、前記本体部はプラスの迎角１２度以下である。さらに、搭載物を搭載可能な搭載部を備える。搭載部は、接続部を介して前記本体部に接続されている。

Description

飛行体
　本発明は、飛行体に関する。
　近年、ドローン（Ｄｒｏｎｅ）や無人航空機（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ　Ａｅｒｉａｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの飛行体（以下、「飛行体」と総称する）を用いたサービスの実用化に向けた研究や実証実験が進められている。一般的にマルチコプターと呼ばれる、固定ピッチプロペラを複数備え、機体を傾けることで移動を行う飛行体（以下、マルチコプターと総称する）は、主翼にティルトローター及びティルトウイング機構等を備えるＶＴＯＬ機に比べて構造が単純なため、製作やメンテナンスが容易であり、故障個所が少ないというメリットがある。
　しかし、マルチコプター形状の機体は、主翼の生む揚力を用いて飛行するＶＴＯＬ機等に比べて燃費が劣る他、本体部によって生まれる抗力が考慮されていない。このような状況を鑑みて、特許文献１においては、回転翼の負荷を軽減する飛行体が開示されている。（例えば、特許文献１参照）。
米国特許出願公開第２０２０／０００１９９５号
　特許文献１では、回転翼の回転軸と、本体部の基準平面の法線との間の角度を５から３０度の間とすることで、回転翼航空機が前進するときに正の迎角を形成し、本体部が生む揚力により、回転翼の負荷を軽減し、飛行可能時間の向上を目的とする機体（以下、従来機体と総称する）が開発されている。
　マルチコプターは、空中に留まっている間は常にエネルギーを消費し続ける。従来機体はエネルギー消費を軽減し、飛行可能時間を向上させる。しかし、図１６－図１７に示されるように、従来機体のように、巡航時に本体部１０がプラスの揚力を生み、回転翼の負荷が軽減される形状において、巡航速度を上げるために回転翼の回転数を上昇させた場合、回転翼が発生する上方への揚力と、本体部１０が生む揚力によって飛行体が上昇する力が共に増加するため、飛行体が水平方向に前進できず、斜め上に向かってしまう等、前進速度の低下が起こる。
　また、飛行体が上方向へ向かわないように回転翼の回転数を抑えた場合には、回転数の減少量に応じて推進力も低下するため、飛行体の巡航速度は低下する。
　実用化されるサービスとして挙げられる輸送や点検、撮影などにおいては、移動速度が求められ、特に輸送分野においては特に顕著である。また、移動速度を向上させることは、飛行システム全体でのエネルギー消費がシステム全体の燃費の向上につながる。例えば、ある地点Ａから地点Ｂへの飛行において、飛行体が空中に留まる時間が減少するほど、消費するエネルギーは少なくなる。従来機体のように回転翼の負荷を軽減する事でも消費エネルギーは少なくなるが、上述のように引き換えに本体部１０の迎角により上昇するために地点Ｂまで最短距離で到達できないか、または、それを防ぐために回転翼の回転数を抑えることにより速度が低下することで、結果として地点Ｂへの到達は遅れ、飛行時間の増加分はエネルギー消費が増えることとなる。
　マルチコプターをより高速に移動させるには、推力を発生させる回転翼の回転をより早くする必要があり、回転翼の回転高速化は、回転翼にかかる負荷を強くすることにより可能となる。
　回転翼の回転数を減少させないために、機体を重くして夫々の回転翼の受け持ち荷重を増やす方法があるが、機体を不要なウエイトにより重くすることは、燃費に悪影響を与えることは明らかである。
　そこで、本発明は、飛行体（特にマルチコプター）のボディ形状を、機体の巡航姿勢において、本体部が抗力を抑えつつ、不要なプラスの揚力が少ない形状とすることにより、巡航速度を向上し得る飛行体を提供することを一つの目的とする。
　本発明によれば、プロペラ及びモータを含む回転翼を複数備える飛行体であって、逆翼型形状の本体部を備える、ことを特徴とする飛行体を提供することができる。
　本発明によれば、飛行体の巡航速度を向上する本体形状を提供し得る。
巡航時における本発明による飛行体を側面から見た概念図である。 図１の飛行体の機能ブロック図である。 図１の飛行体のホバリング時の側面図である。 図１の飛行体のホバリング時の上面図である。 一般的な翼型を示した図である。 図５の翼型の揚力特性を示したグラフである。 図５の翼型の抵抗特性を示したグラフである。 本発明による飛行体の構成例の、巡航時の側面図である。 図８の飛行体のホバリング時の側面図である。 図８の飛行体のホバリング時の上面図である。 図８の飛行体の本体形状を示した模式図である。 図１１の形状の揚力特性を示したグラフである。 図１１の形状の抵抗特性を示したグラフである。 本発明による飛行体の構成例の、巡航時の側面図である。 図１４の飛行体のホバリング時の側面図である。 従来機体が巡航している時の側面図である。 図１６の機体がホバリングしている時の側面図である。 図１６の機体がホバリングしている時の上面図である。
　本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施の形態による飛行体は、以下のような構成を備える。
［項目１］
　プロペラ及びモータを含む回転翼を複数備える飛行体であって、
　逆翼型形状の本体部を備える、
　ことを特徴とする飛行体。
［項目２］
　前記本体部は、巡航時に、揚力を生まない、または、マイナスの揚力を生む迎角である、
　ことを特徴とする項目１に記載の飛行体。
［項目３］
　前記本体部はプラスの迎角１２度以下である、
　ことを特徴とする項目１に記載の飛行体。
［項目４］
　さらに、搭載物を搭載可能な搭載部を備える、
　ことを特徴とする項目１ないし項目３のいずれかに記載の飛行体。
［項目５］
　前記搭載部は、接続部を介して前記本体部に接続されている、
　ことを特徴とする項目４に記載の飛行体。
［項目６］
　前記接続部は、前記搭載部を所定の姿勢に保つ、
　ことを特徴とする項目５に記載の飛行体。
［項目７］
　前記所定の姿勢は、水平である、
　ことを特徴とする項目６に記載の飛行体。
［項目８］
　さらに、動翼を前記本体部に備える、
　ことを特徴とする項目１ないし項目７のいずれかに記載の飛行体。
＜本発明による実施形態の詳細＞
以下、本発明の実施の形態による飛行体について、図面を参照しながら説明する。
　＜第１の実施の形態の詳細＞
　図１に示されるように、本発明の実施の形態による飛行体１００は飛行を行うために少なくとも本体部１０、プロペラ１１０及びモータ１１１からなる複数の回転翼、モータを支えるモータマウントやフレーム２１等の要素を含む飛行部２０を備えており、それらを動作させるためのエネルギー（例えば、二次電池や燃料電池、化石燃料等）を搭載していることが望ましい。
　なお、図示されている飛行体１００は、本発明の構造の説明を容易にするため簡略化されて描かれており、例えば、制御部等の詳しい構成は図示していない。
　飛行体１００は図の矢印Ｄの方向(－Ｙ方向)を前進方向としている(詳しくは後述する)。
　なお、以下の説明において、以下の定義に従って用語を使い分けることがある。前後方向：＋Ｙ方向及び－Ｙ方向、上下方向(または鉛直方向)：＋Ｚ方向及び－Ｚ方向、左右方向(または水平方向)：＋Ｘ方向及び－Ｘ方向、進行方向(前方)：－Ｙ方向、後退方向(後方)：＋Ｙ方向、上昇方向(上方)：＋Ｚ方向、下降方向(下方)：－Ｚ方向
　プロペラ１１０は、モータ１１１からの出力を受けて回転する。プロペラ１１０が回転することによって、飛行体１００を出発地から離陸させ、移動させ、目的地に着陸させるための推進力が発生する。なお、プロペラ１１０は、右方向への回転、停止及び左方向への回転が可能である。
　本発明の飛行体が備えるプロペラ１１０は、１以上の羽根を有している。任意の羽根（回転子）の数（例えば、１、２、３、４、またはそれ以上の羽根）でよい。また、羽根の形状は、平らな形状、曲がった形状、よじれた形状、テーパ形状、またはそれらの組み合わせ等の任意の形状が可能である。なお、羽根の形状は変化可能である（例えば、伸縮、折りたたみ、折り曲げ等）。羽根は対称的（同一の上部及び下部表面を有する）または非対称的（異なる形状の上部及び下部表面を有する）であってもよい。羽根はエアホイル、ウイング、または羽根が空中を移動される時に動的空気力（例えば、揚力、推力）を生成するために好適な幾何学形状に形成可能である。羽根の幾何学形状は、揚力及び推力を増加させ、抗力を削減する等の、羽根の動的空気特性を最適化するために適宜選択可能である。
　また、本発明の飛行体が備えるプロペラは、固定ピッチ、可変ピッチ、また固定ピッチと可変ピッチの混合などが考えられるが、これに限らない。
　モータ１１１は、プロペラ１１０の回転を生じさせるものであり、例えば、駆動ユニットは、電気モータ又はエンジン等を含むことが可能である。羽根は、モータによって駆動可能であり、モータの回転軸（例えば、モータの長軸）の周りに回転する。
　羽根は、すべて同一方向に回転可能であるし、独立して回転することも可能である。羽根のいくつかは一方の方向に回転し、他の羽根は他方方向に回転する。羽根は、同一回転数ですべて回転することも可能であり、夫々異なる回転数で回転することも可能である。回転数は移動体の寸法（例えば、大きさ、重さ）や制御状態（速さ、移動方向等）に基づいて自動又は手動により定めることができる。
　飛行体１００は、フライトコントローラやプロポ等により、風速と風向に応じて、各モータの回転数や、飛行角度を決定する。これにより、飛行体は上昇・下降したり、加速・減速したり、方向転換したりといった移動を行うことができる。
　飛行体１００は、事前または飛行中に設定されるルートやルールに準じた自律的な飛行や、プロポを用いた操縦による飛行を行うことができる。
　上述した飛行体１００は、図２に示される機能ブロックを有している。なお、図２の機能ブロックは最低限の参考構成である。フライトコントローラは、所謂処理ユニットである。処理ユニットは、プログラマブルプロセッサ（例えば、中央処理ユニット（ＣＰＵ））などの１つ以上のプロセッサを有することができる。処理ユニットは、図示しないメモリを有しており、当該メモリにアクセス可能である。メモリは、１つ以上のステップを行うために処理ユニットが実行可能であるロジック、コード、および／またはプログラム命令を記憶している。メモリは、例えば、ＳＤカードやランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの分離可能な媒体または外部の記憶装置を含んでいてもよい。カメラやセンサ類から取得したデータは、メモリに直接に伝達されかつ記憶されてもよい。例えば、カメラ等で撮影した静止画・動画データが内蔵メモリ又は外部メモリに記録される。
　処理ユニットは、回転翼機の状態を制御するように構成された制御モジュールを含んでいる。例えば、制御モジュールは、６自由度（並進運動ｘ、ｙ及びｚ、並びに回転運動θｘ、θｙ及びθｚ）を有する回転翼機の空間的配置、速度、および／または加速度を調整するために回転翼機の推進機構（モータ等）を制御する。制御モジュールは、搭載部、センサ類の状態のうちの１つ以上を制御することができる。
　処理ユニットは、１つ以上の外部のデバイス（例えば、端末、表示装置、または他の遠隔の制御器）からのデータを送信および／または受け取るように構成された送受信部と通信可能である。送受信機は、有線通信または無線通信などの任意の適当な通信手段を使用することができる。例えば、送受信部は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信などのうちの１つ以上を利用することができる。送受信部は、センサ類で取得したデータ、処理ユニットが生成した処理結果、所定の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンドなどのうちの１つ以上を送信および／または受け取ることができる。
　本実施の形態によるセンサ類は、慣性センサ（加速度センサ、ジャイロセンサ）、ＧＰＳセンサ、近接センサ（例えば、ライダー）、またはビジョン／イメージセンサ（例えば、カメラ）を含み得る。
　図１及び図３に示されるように、本発明の実施の形態における飛行体１００が備える飛行部２０は、進行時に進行方向に向かい前傾する。前傾した回転翼は、上方への揚力と、進行方向への推力を生み出し、これにより飛行体１００が前進する。
　飛行体１００は、搭載する処理ユニットやバッテリー、搭載物等を内包可能な本体部１０を備えている。本体部１０は、飛行部２０と固定して接続されており、本体部１０は飛行部２０の姿勢変化に伴い、その姿勢が変化する。飛行体１００の移動中、長時間維持されることが期待される巡航時の飛行体１００の姿勢における、本体部１０の形状を最適化し、速度を向上させることで、効率的に飛行時間を短縮する。
　本体部１０は、飛行や離着陸に耐え得る強度を持つ外皮を備えていることが望ましい。例えば、プラスチック、ＦＲＰ等は、剛性や防水性があるため、外皮の素材として好適である。これらの素材は、飛行部２０に含まれるフレーム２１（アーム含む）と同じ素材であってもよいし、異なる素材であってもよい。
　また、飛行部２０が備えるモータマウント、フレーム２１、及び本体部１０は、夫々の部品を接続して構成してもよいし、モノコック構造や一体成形を利用して、一体となるように成形してもよい（例えば、モータマウントとフレーム２１を一体に成形する、モータマウントとフレーム２１と本体部１０すべてを一体に成形する、等）。部品を一体とすることで、各部品のつなぎ目を滑らかにすることが可能となるため、ブレンデッドウィングボディやリフティングボディといった飛行体が持つ、抗力の軽減や燃費の向上が期待できる。
　飛行体１００が備える本体部１０の形状は、飛行体１００が巡航時の姿勢において抗力が少なく、不要な揚力が少ない形状（以下で説明する「逆翼型」形状）である。より好ましくは、さらに抗力の少ない形状（例えば、流線形）であるとよく、発生する揚力がマイナス方向であってもよい。図１では、本体部１０によるマイナスの揚力が図示されている。
　図５では、翼型の一例（Ｇｏｔｔｉｎｇｅｎ５０８）を示している。例えば図１６等に記載の従来機の本体部１０のような、揚力を生むために用いられる一般的な翼型Ａは、キャンバーライン１３が、中央部が上方向に凸な曲線形状（以下、アーチ状と総称する）となり、また、キャンバーライン１３が翼弦１２より上側となる量が多いもしくはすべて翼弦１２より上側となる。一方、例えば図１等に記載の本願発明の本体部１０のような、一般的な翼型Ａを上下反転させた翼型Ｂは、キャンバーライン１３が逆アーチ状となり、また、キャンバーライン１３が翼弦１２より下側となる量が多いもしくはすべて翼弦１２より下側となる。この、翼型Ｂのようにキャンバーライン１３が逆アーチ状となり、また、キャンバーライン１３が翼弦１２より下側となる量が多いもしくはすべて翼弦１２より下側となる形状について、以下、逆翼型形状と総称する。
　図５の翼型Ａと翼型Ｂを、標準大気において約１０ｍ／ｓの大気に相対させた場合の、揚力特性を示したグラフを図６、抵抗特性を示したグラフを図７にそれぞれ示している。理想的には本体部１０による抗力が少ないほうがよいので、例えば最大抗力が０．０４以下や０．０３以下（なお、許容される最大抗力は適宜設定され得る）である迎角における揚力を翼型Ａ及び翼型Ｂのそれぞれについて参照すると、図６に示されるように、逆翼型である翼型Ｂは翼型Ａよりも揚力を小さくなっている。すなわち、逆翼型形状は、他の形状（特に翼型形状）と比して、抗力が少なく、不要な揚力も少ない形状であるといえる。特に、逆翼型形状においては、プラスの迎角であっても、プラスの揚力を生まない、もしくは、マイナスの揚力を生む（図６においては、プラス迎角約１２度以下であればプラスの揚力を生まないと見てとれる）ことが示されている。なお、図６に示されるように、翼型Ａにおいてもプラスの揚力を生まない、もしくは、マイナスの揚力を生む迎角範囲も存在するが、図７に示されるように抗力が大きく増加するため、前進の効率は低下する。
　したがって、前進する飛行体１００が備える本体部１０の形状は、逆翼型形状であると、本体部１０による抗力が少なく、不要な揚力も少ないため、前進時の効率が向上する。
　より好ましくは、本体部１０の形状が逆翼型であり、且つ、飛行体１００が巡航時の姿勢において揚力を生まない迎角であるとよい。この場合、従来機の本体部による揚力が発生しないため、巡航時において回転翼の回転速度を抑えなくてもよく、飛行体の巡航速度を低下させない。さらに好ましくは、本体部１０の形状が、飛行体１００が逆翼型であり、且つ、巡航時の姿勢においてマイナスの揚力を生む迎角の場合には、揚力を生まない場合と比較して回転翼による揚力が抑えられるため、回転数の上昇に伴い揚力が増加することが許容され、併せて増加する推力により飛行体の巡航速度を向上させることが可能となる。
　図８－図１０に示されるように、飛行体１００は、例えば宅配等の荷物を運ぶ用途等に利用するために、搭載物（輸送対象物）を内部に格納するなどして搭載可能な搭載部３０を備えていてもよい。また、搭載部３０は、本体部１０や飛行部２０と独立して変位可能となるよう、回動軸や１以上の自由度を有するジンバルといった接続部３１を介して接続することで、飛行体１００の姿勢にかかわらず、搭載部３０及び内包する輸送対象物を所定の姿勢（例えば水平）に保つことが可能となる。
　搭載部３０の姿勢保持をより積極的に行う場合には、角度を検出するセンサや、モータやサーボ等、搭載部の姿勢を保持し得る機構を使用してもよいし、ジンバルによる接続部３１の位置を搭載部３０の重心より上に設け、搭載部３０の自重を利用した姿勢保持を行ってもよい。
　図１１に示した模式図のように、図８の飛行体１００の本体部１０のような翼型Ｄは、キャンバーライン１３が逆アーチ状となり、また、キャンバーライン１３が翼弦１２より下側となる逆翼型形状であり、上述と翼型Ｂと同様の効果が得られる。なお、翼型Ａの他の例として、翼型Ｄを上下反転させた翼型Ｃを比較対象とする。
　図１１の翼型Ｃ及び翼型Ｄを標準大気において約１０ｍ／ｓの大気に相対させた場合の、揚力特性を示したグラフを図１２、抵抗特性を示したグラフを図１３にそれぞれ示している。これらのグラフからも、同じ抗力の範囲内（例えば、最大抗力が０．０４以下や０．０３以下など）である迎角においては、逆翼型である翼型Ｄが翼型Ｃよりも揚力を小さくなっている。したがって、図１１の逆翼型形状の本体部を備える飛行体でも、不要な揚力を抑え、かつ、抗力の増加を抑えることが可能となる。
　巡航時の本体部１０が示す揚力特性及び抵抗特性は、巡航速度や本体部の形状、寸法等の様々な要因により変化するため、本体部の形状は飛行体の用途や運用環境を考慮して決定されることが望ましい。このとき、不要な揚力が少ない（さらには、マイナス揚力が発生する）形状を、より少ない抗力の増加で達成可能となる形状を選択することで、効率良く飛行体の前進速度を向上させる。
　＜第２の実施の形態の詳細＞
　本発明による第２の実施の形態の詳細において、第１の実施の形態と重複する構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明は省略する。
　図１４及び図１５に示されるように、本体部１０は動翼１１を備えていてもよい。動翼１１を展開し、スポイラーの役割を持たせることで、本体部１０が生む揚力を減少させることが可能となる。例えば、図５及び図１１に示されるように、動翼１１が展開していない状態ではプラスの揚力が大きい形状でも、動翼１１を展開することによって本体部１０が不要な揚力を少なくする、より好ましくは揚力を生まない、さらに好ましくはマイナスの揚力を生むことができる形状となる。特に、巡航速度が低速（例えば、対気速度１０ｋｍ／ｈ程度）の用途の飛行体では、プラスの揚力を生む量の減少量よりも抗力の減少量を重視した形状に動翼１１を備える本体部１０を用いる方法が好ましい。
　また、動翼が展開せずともプラスの揚力を生まない本体部１０に、さらに動翼１１を設け、マイナスの揚力をより増やすことも可能である。
　各実施の形態における飛行体の構成は、複数を組み合わせて実施することが可能である。飛行体の製造におけるコストや、飛行体が運用される場所の環境や特性に合わせて、適宜好適な構成を検討することが望ましい。
　上述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができると共に、本発明にはその均等物が含まれることは言うまでもない。
１０　　　本体部
１１　　　動翼
１２　　　翼弦線
１３　　　キャンバーライン
２０　　　飛行部
２１　　　フレーム
３０　　　搭載部
３１　　　接続部
１００　　飛行体
１１０ａ～１１０ｈ　　プロペラ
１１１ａ～１１１ｈ　　モータ

 

Claims (8)

  1. 　プロペラ及びモータを含む回転翼を複数備える飛行体であって、
    　逆翼型形状の本体部を備える、
    　ことを特徴とする飛行体。
  2. 　前記本体部は、巡行時に、揚力を生まない、または、マイナスの揚力を生む迎角である、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の飛行体。
  3. 　巡航時に、前記本体部はプラスの迎角１２度以下である、
    　ことを特徴とする請求項２に記載の飛行体。
  4. 　さらに、搭載物を搭載可能な搭載部を備える、
    　ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の飛行体。
  5. 　前記搭載部は、接続部を介して前記本体部に接続されている、
    　ことを特徴とする請求項４に記載の飛行体。
  6. 　前記接続部は、前記搭載部を所定の姿勢に保つ、
    　ことを特徴とする請求項５に記載の飛行体。
  7. 　前記所定の姿勢は、水平である、
    　ことを特徴とする請求項６に記載の飛行体。
  8. 　さらに、動翼を前記本体部に備える、
    　ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の飛行体。

     
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