(57)【要約】【課題】離着陸時における気球を着陸台により安定して支持可能な係留気球を提供する。【解決手段】第１内圧で内部に気体が充填されたときに扁平形状をなす樹脂製袋体を含む気球と、それぞれの一端が気球の外表面に接続された複数の係留索と、気球が着陸する着陸台と、を有し、着陸台は、第１内圧よりも低い第２内圧で内部に気体が充填されたときにトーラス形状をなす樹脂製袋体である受け部と、受け部の外表面に配置され、気球が着陸台に着陸するときに気球が接触する接触部と、一端が受け部に接続され、内部に気体が充填されて柱形状をなす複数の樹脂製袋体である脚部と、を備えるよう、係留気球を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１内圧で内部に気体が充填されたときに扁平形状をなす樹脂製袋体を含む気球と、
それぞれの一端が前記気球の外表面に接続された複数の係留索と、
前記気球が着陸する着陸台と、を有し、
前記着陸台は、
前記第１内圧よりも低い第２内圧で内部に気体が充填されたときにトーラス形状をなす樹脂製袋体である受け部と、
前記受け部の外表面に配置され、前記気球が前記着陸台に着陸するときに前記気球が接触する接触部と、
一端が前記受け部に接続され、内部に気体が充填されたときに柱形状をなす複数の樹脂製袋体である脚部と、を備える、係留気球。
【請求項２】
前記接触部の素材が、前記気球の外表面の素材と同一である、請求項１に記載の係留気球。
【請求項３】
前記接触部の素材が、前記気球の外表面の素材との静摩擦係数が前記気球の表面の素材よりも大きい素材である、請求項１に記載の係留気球。
【請求項４】
前記第１内圧は０．３ｋＰａ以上であり、
前記第２内圧が０．３ｋＰａ未満である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の係留気球。
【請求項５】
前記気球は、前記第１内圧で内部に気体が充填されたときに、水平方向の断面の直径である気球径Ｄ１が３ｍ以上９ｍ以下の扁平形状をなす、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の係留気球。
【請求項６】
前記第１内圧で内部に気体が充填されたときの前記気球径Ｄ１、および、前記第２内圧で内部に気体が充填されたときの前記トーラス形状における大円の外径Ｄ２は、Ｄ１×０．６≦Ｄ２＜Ｄ１の関係を満たす、請求項５に記載の係留気球。
【請求項７】
内部に気体が充填されたときに扁平形状をなす樹脂製袋体を含み、前記扁平形状の水平方向の断面の直径である気球径がＤ１である気球と、
それぞれの一端が前記気球の外表面に接続された複数の係留索と、
前記気球が着陸する着陸台と、を有し、
前記着陸台は、
内部に気体が充填されたときにトーラス形状をなす樹脂製袋体であって、前記トーラス形状における大円の内径Ｄ３がＤ１×０．６８≦Ｄ３≦Ｄ１の関係を満たす受け部と、
一端が前記受け部に接続され、内部に気体が充填されたときに柱形状をなす複数の樹脂製袋体である脚部と、を備える、係留気球。
【請求項８】
前記気球径Ｄ１と、前記脚部の前記一端でない他端から前記受け部の外表面に配置され前記気球が前記着陸台に着陸するときに前記気球が接触する接触部までの高さＨとは、Ｈ≧Ｄ１×０．３５の関係を満たす、請求項７に記載の係留気球。
【請求項９】
内部に気体が充填されたときに扁平形状をなす樹脂製袋体を含む気球と、
それぞれの一端が前記気球の外表面に接続された複数の係留索と、
前記気球が着陸する着陸台と、を有し、
前記着陸台は、
受け部気室に気体が充填されたときにトーラス形状をなす樹脂製袋体である受け部と、
一端が前記受け部に接続され、内部に気体が充填されたときに柱形状をなす複数の樹脂製袋体である脚部と、を備え、
前記脚部は、
気体を充填される第１脚部気室をそれぞれ有する複数の第１脚部と、
気体を充填される第２脚部気室をそれぞれ有する複数の第２脚部であって、前記第２脚部気室は前記受け部気室および前記第１脚部気室から分離されており、前記受け部における互いに隣り合った位置で前記受け部に接続される前記受け部気室および前記第１脚部気室から分離されて第２脚部と、を備える、係留気球。
【請求項１０】
内部に気体が充填されたときに扁平形状をなす樹脂製袋体を含む気球と、
それぞれの一端が前記気球の外表面に接続された複数の係留索と、
前記気球が着陸する着陸台と、を有し、
前記着陸台は、
内部に気体が充填されたときにトーラス形状をなす樹脂製袋体であって、前記トーラス形状の大円の内径がＤ３である受け部と、
一端が前記受け部に接続され、内部に気体が充填されたときに柱形状をなす複数の樹脂製袋体であって、前記一端でない他端から前記受け部の外表面に配置され前記気球が前記着陸台に着陸するときに前記気球が接触する接触部までの高さＨがＨ＜Ｄ３／２を満たす脚部と、を備える、係留気球。
【請求項１１】
前記高さＨおよび前記トーラス形状における大円の外径Ｄ２は、Ｈ＜Ｄ２×０．４１２５の関係を満たす、請求項１０に記載の係留気球。
【請求項１２】
内部に気体が充填されたときに扁平形状をなす樹脂製袋体を含む気球と、
それぞれの一端が前記気球の外表面に接続された複数の係留索と、
前記気球が着陸する着陸台と、を有し、
前記着陸台は、
内部に気体が充填されたときにトーラス形状をなす樹脂製袋体であって、前記トーラス形状における小円の直径ｄは、ｄ＜２／πの関係を満たす受け部と、
一端が前記受け部に接続され、内部に気体が充填されたときに円柱形状をなす複数の樹脂製袋体である脚部と、を備える、係留気球。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、係留索に接続された気球の離発着時に、着陸台により気球を支持する係留気球に関する。
【背景技術】
【０００２】
災害等で基地局の動作が停止した場合、動作を停止した基地局がカバーしていたエリアでは、携帯電話等の携帯端末の通信ができなくなる通信障害が発生する。通信障害が発生した場合に、動作を停止した基地局を早急に回復して通信障害を解消することが求められる。しかし、基地局が倒壊した場合等、基地局の機能を早急に復旧することが困難な場合がある。
【０００３】
一方、係留索を接続して上空の所定に係留可能な気球が知られている。このような気球は、風力発電装置等の大型構造物を建設するときの上空の風速調査、風速および気温等の鉛直分布の調査、および、災害時の被害状況の確認のための映像撮影等に使用されることが知られている。基地局機能を有する機器をこのような気球に取り付けて上空に係留することにより、地上に設置する臨時基地局よりも大きいエリアをカバーする臨時基地局を設置することが可能となる。
【０００４】
係留索による気球の係留にあたっては、強風を受けた場合でも適切な姿勢を維持することが重要である。例えば、特許文献１には、気流の風速に応じて係留索の何れかの長さを調整する索長調整部を有し、索長調整部が気流の風速に応じて係留索の長さを調整することにより、傾きを一定に保つことができる気球が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−００２９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
係留索により係留される気球の離着陸は、地表近傍で行われる。気球の離着陸時には、気球の姿勢の保持、気球へのガスの注入または排出、気球への機器の取り付けといった気球に対する各種作業が作業者により行われる。離着陸時に気球の姿勢が不安定であると、作業者による作業の効率が低下する。
【０００７】
そこで、本発明では、離着陸時における気球を着陸台により安定して支持可能な係留気球を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる第１の係留気球は、第１内圧で内部に気体が充填されたときに扁平形状をなす樹脂製袋体を含む気球と、それぞれの一端が気球の外表面に接続された複数の係留索と、気球が着陸する着陸台と、を有し、着陸台は、第１内圧よりも低い第２内圧で内部に気体が充填されたときにトーラス形状をなす樹脂製袋体である受け部と、受け部の外表面に配置され、気球が着陸台に着陸するときに気球が接触する接触部と、一端が受け部に接続され、内部に気体が充填されて柱形状をなす複数の樹脂製袋体である脚部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明にかかる第２の係留気球は、内部に気体が充填されたときに扁平形状をなす樹脂製袋体を含み、扁平形状の水平方向の断面の直径である気球径がＤ１である気球と、それぞれの一端が気球の外表面に接続された複数の係留索と、気球が着陸する着陸台と、を有し、着陸台は、内部に気体が充填されたときにトーラス形状をなす樹脂製袋体であって、トーラス形状における大円の内径Ｄ３がＤ１×０．６８≦Ｄ３≦Ｄ１の関係を満たす受け部と、一端が受け部に接続され、内部に気体が充填されて柱形状をなす複数の樹脂製袋体である脚部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明にかかる第３の係留気球着陸台は、内部に気体が充填されたときに扁平形状をなす樹脂製袋体を含む気球と、それぞれの一端が気球の外表面に接続された複数の係留索と、気球が着陸する着陸台と、を有し、着陸台は、受け部気室に気体が充填されたときにトーラス形状をなす樹脂製袋体である受け部と、一端が受け部に接続され、内部に気体が充填されたときに柱形状をなす複数の樹脂製袋体である脚部と、を備え、脚部は、気体を充填される第一脚部気室をそれぞれ有する複数の第１脚部と、気体を充填される第２脚部気室をそれぞれ有する複数の第２脚部であって、第２脚部気室は受け部気室および第１脚部気室から分離されており、受け部における互いに隣り合った位置で受け部に接続される第２脚部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明にかかる第４の係留気球着陸台は、内部に気体が充填されたときに扁平形状をなす樹脂製袋体を含む気球と、それぞれの一端が気球の外表面に接続された複数の係留索と、気球が着陸する着陸台と、を有し、着陸台は、内部に気体が充填されたときにトーラス形状をなす樹脂製袋体であって、トーラス形状の大円の内径がＤ３である受け部と、一端が受け部に接続され、内部に気体が充填されて柱形状をなす複数の樹脂製袋体であって、一端でない他端から受け部の外表面に配置され気球が着陸台に着陸するときに気球が接触する接触部までの高さＨがＨ＜Ｄ３／２を満たす脚部、を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明にかかる第５の係留気球着陸台は、内部に気体が充填されたときに扁平形状をなす樹脂製袋体を含む気球と、それぞれの一端が気球の外表面に接続された複数の係留索と、気球が着陸する着陸台と、を有し、着陸台は、内部に気体が充填されたときにトーラス形状をなす樹脂製袋体であって、トーラス形状における小円の直径ｄは、ｄ＜２／π（π＝円周率）の関係を満たす受け部と、一端が受け部に接続され、内部に気体が充填されて柱形状をなす複数の樹脂製袋体である脚部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、離着陸時における気球を着陸台により安定して支持可能な係留気球を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】係留気球１の概要を示す模式図である。
【図２】着陸台が接触により気球を支持するときの図１におけるＸ−Ｘ′断面図である。
【図３】第１実施形態の着陸台における受け部と気球との接触面を説明する模式図である。
【図４】第１実施形態の係留気球において横風を受ける気球が着陸台に支持されるときの図１におけるＸ−Ｘ′断面図である。
【図５】第２実施形態の係留気球において着陸台の内部で気球が気体を充填されるときの図１におけるＸ−Ｘ′断面図である。
【図６】（ａ）は第３実施形態の係留気球における着陸台の第１使用態様を示す図であり、（ｂ）は第３実施形態の係留気球における着陸台の第２使用態様を示す図である。
【図７】第４実施形態の係留気球における着陸台と気球との位置関係を示す図である。
【図８】第５実施形態の係留気球における着陸台と気球との位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して係留気球について詳細に説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。
【００１６】
本明細書に記載の実施形態にかかる係留気球は、気体を充填して上面視したときに直径３ｍ以上９ｍ以下の略円形をなす気球と、気球を離発着させる時に気球を支持する着陸台とを備える。気球は、係留索によって着陸台から係留される。着陸台は、気球と接触して保持する受け部と、一端が受け部に接続され、他端が設置面に配置される複数の脚部とを有する。表面に係留索が接続された気球は、受け部の中央近傍の設置面に配置された４面ローラによって係留索を固定される。着陸台は、係留索に接続された気球の移動範囲を制限し、離着陸時における気球の姿勢を安定させる。
【００１７】
図１は、係留気球１の概要を示す模式図である。
【００１８】
係留気球１は、気球１０と、係留索１１と、着陸台１３と、４面ローラ１４と、巻取装置２０とを有する。
【００１９】
気球１０は、気球本体部１０１と、ペイロード用ドーム１０２と、スクープ１０３とを有する。気球本体部１０１は、合成繊維等の堅固、軽量且つ風を通さない材料で形成される外袋と、外袋に内包され、ヘリウムガスが充填されるヘリウム収容袋とを有する。気球１０は、樹脂製袋体であるヘリウム収容袋にヘリウムガスが充填されると扁平球状の形状を有する。ペイロード用ドーム１０２は、有底の円筒状の部材であり、底部が気球本体部１０１に接するように配置される。ペイロード用ドーム１０２の凹部には、中継局等の機材が配置される。中継局は、不図示の中継用アンテナ及び対移動局用アンテナを有し、通信可能なエリア内に位置する携帯端末との間の通信網を形成する。スクープ１０３は、姿勢安定膜とも称され、一方の面から他方の面に空気を透過するように編み込まれたポリエステルにより形成される可撓性の面を有する膜材であり、気球本体部１０１の外袋に接合される。
【００２０】
係留索１１は、主係留索１１０と、第１副係留索１１１と、第２副係留索１１２と、第３副係留索１１３と、結節部１１４を有する。一例では、係留索１１の全長は１００ｍ程度である。主係留索１１０の一端は、第１副係留索１１１、第２副係留索１１２及び第３副係留索１１３と結節部１１４を介して接続される。第１副係留索１１１、第２副係留索１１２及び第３副係留索１１３の他端は、気球１０の気球本体部１０１の外表面に接続される。
【００２１】
着陸台１３は、受け部１３１と、脚部１３２とを有する。受け部１３１は、気球１０の着陸時に気球１０を支持する、トーラス形状を有する樹脂製袋体である。脚部１３２は、一端が受け部に接続され、他端が設置面に配置される柱形状を有する樹脂製袋体である。
【００２２】
４面ローラ１４は、上面視したときに略正方形を成すように配置された４つのローラを有している。４つのローラにより囲まれた内側は、索通過口を形成する。４面ローラ１４は、気球１０の上昇に伴って係留索１１が巻取装置２０から巻き出されるとき、および気球１０の下降に伴って係留索１１が巻取装置２０に巻き取られるときに、索通過口を通る係留索１１を摺動自在に案内する。
【００２３】
第１ローラ１５および第２ローラ１６は、回転可能な円柱状の案内部を有する。気球１０の上昇に伴って係留索１１が巻取装置２０から巻き出されるとき、及び気球１０の下降に伴って係留索１１が巻取装置２０に巻き取られるときに、案内部は、係留索１１の移動に伴って回転する。第１ローラ１５および第２ローラ１６は、４面ローラ１４と巻取装置２０との間に配置され、係留索１１を所望の方向に案内する。
【００２４】
巻取装置２０は、モータおよびドラムを有する。ドラムには係留索１１が固定される。モータは、第１方向又は第１方向と反対の第２方向に回転する。ドラムは、モータが第１方向に回転することに応じて係留索１１を巻き出し、モータが第２方向に回転することに応じて係留索１１を巻き取る。
【００２５】
図２は、着陸台が接触により気球を支持するときの図１におけるＸ−Ｘ′断面図である。
【００２６】
気球１０は、着陸台１３の受け部１３１に、接触により支持される。気球１０は、気体が充填されると扁平球状の形状をなす。Ｄ１は上面視したときの気球１０の直径である気球径である。また、Ｄ４は気球の高さである。本明細書に記載の実施形態において、気球径Ｄ１は３ｍ以上９ｍ以下である。また、本明細書に記載の実施形態において、気球１０の高さＤ４は気球径Ｄ１の０．７倍であり、気球１０の偏平率は０．７である。
【００２７】
着陸台１３の受け部１３１は、位置１３１ａにおいて気球１０と接触する。Ｘ−Ｘ′断面図における着陸台１３の受け部１３１の直径はｄであり、受け部１３１のトーラス形状における小円の直径に対応する。受け部１３１の左側の円形における左端と右側の円形における右端との間の距離はＤ２であり、受け部１３１のトーラス形状における大円の外径に対応する。受け部１３１の左側の円形における右端と右側の円形における左端との間の距離はＤ３であり、受け部１３１のトーラス形状における大円の内径に対応する。
【００２８】
脚部１３２は、一端１３２ａにおいて受け部１３１に接続され、他端１３２ｂにおいて設置面に配置される。脚部１３２の他端１３２ｂから受け部１３１の位置１３１ａまでの高さはＨである。
【００２９】
巻取装置２０は、係留索１１を力Ｎにより巻き取る。力Ｎは、３００ｋｇｆ〜１０００ｋｇｆである。力Ｎの方向は４面ローラ１４により変更されるため、係留索１１は、気球１０を力Ｎで下向きに引く。そのため、気球１０は着陸台１３の受け部１３１に力Ｎで接触する。
【００３０】
図３は、第１実施形態の着陸台における受け部における気球との接触面を説明する模式図である。なお、各実施形態の説明においては、図１および図２における各部の説明に使用した符号の末尾に、第１実施形態の場合「−１」を、第２実施形態の場合「−２」を、第３実施形態の場合「−３」を、第４実施形態の場合「−４」を、それぞれ付して説明する。
【００３１】
第１実施形態の係留気球１−１では、着陸台１３−１は、接触により気球１０−１を安定して支持する。
【００３２】
第１実施形態の係留気球１−１では、着陸台１３−１の受け部１３１−１が、気球１０−１を接触により支持する。図３は、受け部１３１−１において気球１０−１と接触している面を、上面（気球１０−１の側）から見た模式図である。図３では、破線で示す気球１０−１を透過させ、受け部１３１−１の上面が示されている。受け部１３１−１は、接触部１３１−１ｂにおいて気球本体部１０１−１と接触する。接触部１３１−１ｂは、受け部１３１−１の外表面に配置され、気球１０−１が着陸台１３−１に着陸するときに、気球１０−１に接触する。本実施形態において接触部１３１−１ｂは、幅Ｗの同心円である。接触部１３１−１ｂの形状は、同心円に限らず、例えば同心円の円周上に配置された複数の領域であってもよい。
【００３３】
一般に、物体間の静摩擦力は、接触面積に依存しない。しかし、物体が弾性体である場合、弾性体は変形して相手方の物体に密着するため、接触面積に応じた静摩擦力を生じることになる。本実施形態において、気球１０−１および受け部１３１−１はいずれも気体が充填された袋体であって弾性体であるため、接触部１３１−１ｂの面積が大きくなるほど大きな静摩擦力が発生する。気球１０−１と受け部１３１−１との間に大きな静摩擦力が発生すると、受け部１３１−１は気球１０−１を安定して支持することができる。
【００３４】
接触部１３１−１ｂの幅Ｗは、気球１０−１および受け部１３１−１の内圧と、気球１０−１を受け部１３１−１に接触させる力Ｎとに応じて変化する。すなわち、気球１０−１もしくは受け部１３１−１の内圧を低下させ、または力Ｎを大きくすると、幅Ｗは所定の範囲内で大きくなる。
【００３５】
気球１０−１の内圧が第１内圧であり、受け部１３１−１の内圧が第１内圧よりも低い第２内圧である場合、気球１０−１が受け部１３１−１に接触した場合に受け部１３１−１は気球１０−１の突出した外形形状に沿って変形する。したがって、受け部１３１−１の内圧を気球１０−１の内圧よりも小さくすることにより、幅Ｗを大きくすることができる。
【００３６】
なお、気球１０−１を運用するため、気球１０−１にはヘリウムなどの気体が、大気圧＋０．３〜０．６ｋＰａ程度の第１内圧で充填される。第１内圧を低下させると十分な浮力が発生しなくなるため、気球１０−１の運用に支障を来す。したがって、幅Ｗを大きくするために第１内圧を大気圧＋０．３ｋＰａ未満に低下させるのは、好ましくない。
【００３７】
一方、受け部１３１−１にはその形状を安定させるため、空気などの気体が第２内圧で充填される。第２内圧を０．３ｋＰａ未満に低下させた場合、受け部１３１−１の形状の安定性はある程度低下するものの、気球１０−１の運用には影響しない。
【００３８】
したがって、第１内圧を０．３ｋＰａ以上とし、第２内圧を０．３ｋＰａ未満とすることにより、気球１０−１の運用を妨げることなく、接触部１３１−１ｂの幅Ｗを適切な大きさとすることができる。
【００３９】
このとき、脚部１３２−１は、大気圧＋１０ｋＰａ程度で充填される。
【００４０】
なお、力Ｎは、巻取装置２０−１の巻取力を増加させることで大きくすることができる。しかし、巻取装置２０−１の巻取力を増加させるには、より大きな巻取装置２０−１への置き換え等が必要となり、容易ではない。また、受け部１３１−１に支持された気球１０−１に重りを取り付けることによっても力Ｎを大きくすることができるが、重りの取り付けには手間がかかる。また、気球１０−１が受け部１３１−１に支持されてから重りを取り付けられるまでの間は、力Ｎを大きくすることができない。
【００４１】
本実施形態において、気球１０−１の外表面の素材、および、接触部１３１−１ｂの素材は、いずれもナイロンである。このように、接触部１３１−１ｂの素材は、気球１０−１の外表面の素材と同一であってよい。
【００４２】
また、接触部１３１−１ｂの素材は、気球１０−１の外表面の素材との静摩擦係数が気球１０−１の表面の素材よりも大きい素材であってもよい。例えば、気球１０−１の表面の素材がナイロンである場合、ナイロンとの静摩擦係数がナイロンより大きい素材であるゴムを、接触部１３１−１ｂの素材としてもよい。接触部１３１−１ｂの素材をゴムとすることにより、気球１０−１と受け部１３１−１との間により大きな静摩擦力が発生するため、着陸台１３−１は気球１０−１をより安定して支持することができる。
【００４３】
また、着陸台１３−１は、気球１０−１を安定して支持するために、適切な大きさで形成されることが好ましい。具体的には、受け部１３１−１のトーラス形状の外径Ｄ２が気球径Ｄ１に対して小さ過ぎると、着陸台１３−１は気球１０−１を安定して支持することができない。また、受け部１３１−１のトーラス形状の外径Ｄ２が気球径Ｄ１よりも大きいと、着陸台１３−１は気球１０−１を支持できず、装置の可搬性の観点からも好ましくない。
【００４４】
図４は、第１実施形態の係留気球において横風を受ける気球が着陸台に支持されるときの図１におけるＸ−Ｘ′断面図である。
【００４５】
気球１０−１は、巻取装置２０−１により、水平断面における中央近傍において力Ｎにより下向きに引かれ、着陸台１３−１に支持される。一方、気球１０−１は横風によって力ＦＷを受けている。
【００４６】
気球１０−１の横風による、横風の風下側における受け部１３１−１との接触点を支点とした横転を防止するためには、中央近傍にかかる力Ｎが横風の風上側にかかる力ＦＷを上回っていればよい。
【００４７】
横風による風荷重ＦＷ（ｋｇｆ）は、空気密度ρ（０．１２５ｋｇｆ・ｓ2／ｍ4）、風速Ｖ（ｍ／ｓ）、受圧面積Ａ（ｍ2）、抗力係数ＣDにより、以下の式で表わされる。
【００４８】
ＦＷ＝１／２×ρ×Ｖ＾２×Ａ×ＣD
【００４９】
受圧面積は、気球１０−１の垂直方向の断面である長径をＤ１、短径をＤ４とする楕円の面積である。気球１０−１の偏平率は０．７であるので、Ａ＝π×０．５×Ｄ１×０．３５×Ｄ１＝０．１７５×π×Ｄ１＾２となる（π＝円周率）。
【００５０】
気球１０−１の抗力係数ＣDは、楕円球形状であるので、０．６とする。
【００５１】
係留気球１−１は、１５ｍ／ｓ程度の横風に対応できることが求められる。
【００５２】
以上より、力ＦＷは気球径Ｄ１により以下の式で表される。
【００５３】
ＦＷ≒１．４８×π×Ｄ１＾２
【００５４】
支点からＤ２／２の位置に加えられる力Ｎと、支点から（Ｄ１／２＋Ｄ２／２）の位置に加えられる力ＦＷと、がつり合う場合、以下の式が成立する。
【００５５】
Ｎ×Ｄ２／２＝ＦＷ×（Ｄ１／２＋Ｄ２／２）
【００５６】
上で求めたＦＷを上式に代入して整理すると、力ＮはＤ１により以下の式で表される。
【００５７】
Ｎ≒１．４８×π×Ｄ１＾２×（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｄ２
【００５８】
本実施形態において、気球径Ｄ１は３ｍ〜９ｍであり、力Ｎは３００ｋｇｆ〜１０００ｋｇｆである。ここで、気球径Ｄ１が９ｍのときに１０００ｋｇｆの力Ｎによって風速１５ｍ／ｓの横風の力ＦＷでの気球１０−１の横転を防止することを考える。
【００５９】
このとき、上式よりＮ＝３７７×（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｄ２≦１０００となるよう、Ｄ１とＤ２との比を定めればよい。この式を整理すると、Ｄ２≧３７７／６２３×Ｄ１≒Ｄ１×０．６となる。したがって、Ｄ２≧Ｄ１×０．６とすることが、横風による気球１０−１の横転を防止するために好ましい。
【００６０】
すなわち、本実施形態の係留気球１−１では、気球径Ｄ１と受け部１３１のトーラス形状の外径Ｄ２とが以下の関係を満たすことが好ましい。
【００６１】
Ｄ１×０．６＜Ｄ２＜Ｄ１
【００６２】
図５は、第２実施形態の係留気球において着陸台の内側で気球が気体を充填されるときの図１におけるＸ−Ｘ′断面図である。
【００６３】
第２実施形態の係留気球１−２では、着陸台１３−２は、気体充填中の気球１０−２を、受け部１３１−２の内側で安定して支持する。
【００６４】
第２実施形態では、気球１０−２は、図５において実線で示すように着陸台１３−２の受け部１３１−２のトーラス形状の内側に配置された状態でヘリウムを充填される。そして、気球１０−２は、運用に適した内圧までヘリウムを充填されると、図５において破線で示すように気球径がＤ１の扁平形状をなす。
【００６５】
図５において実線で示すヘリウムを部分的に充填された気球１０−２は、充填されたヘリウムにより部分的に浮上し、不安定な状態となる。このとき、気球１０−２の周囲に気球１０−２を支持する物が何もないと、気球１０−２が横風を受けた場合に、気球１０−２は揺動し、ヘリウムの充填作業が困難になる。
【００６６】
本実施形態の係留気球１−２における着陸台１３−２は、ヘリウムの充填過程にある気球１０−２を支持可能な形状を有している。そのため、係留気球１−２では、着陸台１３−２の内側で気球１０−２にヘリウムを充填することによって気球１０−２の横風による移動を規制し、気球１０−２を安定して支持することができる。
【００６７】
一方、受け部１３１−２のトーラス形状における大円の内径Ｄ２は、気球径Ｄ１−２よりも小さいので、受け部１３１−２のトーラス形状の内側に配置された状態のまま、運用に適した内圧まで気球本体部１０１−２にヘリウムを充填することはできない。
【００６８】
本実施形態の気球１０−２では、ヘリウムが気球本体部１０１−２に約７０％充填されると、気球１０−２の自重を超えた余剰浮力が発生し、安定した状態となる。そのため、本実施形態の着陸台１３−２において、受け部１３１−２は、ヘリウムが気球本体部１０１−２に７０％以上充填されるまで気球１０−２をトーラス形状の内側に配置可能な形状を有している。
【００６９】
運用に適した内圧までヘリウムを充填された気球１０−２の体積をＶ１とすると、Ｖ１は以下の式で表される。
【００７０】
Ｖ１＝４／３×π×（Ｄ１／２）＾２×（Ｄ４／２）
【００７１】
受け部１３１−２のトーラス形状の内側に配置された状態でヘリウムを充填された気球１０−２の体積をＶ２とする。このとき、気球１０−２において、設置面に平行な断面の直径が受け部１３１−２のトーラス形状の内径であるＤ３となり、高さが運用に適した内圧までヘリウムを充填された気球１０−２の高さと同じＤ４となっているとする。このとき、Ｖ２は、以下の式で表される。
【００７２】
Ｖ２＝π×（Ｄ３／２）＾２×Ｄ４
【００７３】
また、このとき、気球１０−２のヘリウム充填率Ｖ２／Ｖ１は、以下の式で表される。
【００７４】
Ｖ２／Ｖ１＝（３×Ｄ３＾２）／（２×Ｄ１＾２）
【００７５】
したがって、ヘリウム充填率Ｖ２／Ｖ１が７０％以上のときに受け部１３１−２の内側に気球１０−２を配置可能にするために、気球径Ｄ１とトーラス形状の内径Ｄ３とは以下の関係を満たす。
【００７６】
Ｄ３≧Ｄ１×０．６８
【００７７】
一方、内径Ｄ３が気球径Ｄ１以上となると、受け部１３１−２が気球１０−２を支持することができない。そこで、本実施形態の係留気球１−２において、気球径Ｄ１と内径Ｄ３とは、以下の関係を満たす。
【００７８】
Ｄ１×０．６８≦Ｄ３＜Ｄ１
【００７９】
また、受け部１３１−２のトーラス形状の内側に配置された状態でヘリウムを充填された気球１０−２を安定して支持するため、受け部１３１−２の高さＨが、ヘリウム充填率が７０％のときの気球１０−２の高さＤ４の１／２以上であることが好ましい。高さＨは、脚部１３２−２の受け部１３１−２に接続された一端でない他端から、受け部１３１−２の外表面に配置され気球１０−２が着陸台１３−２に着陸するときに気球１０−２が接触する接触部１３１−２ｂまでの高さである。運用に適した内圧までヘリウムを充填された気球１０−２の偏平率を０．７とすると、高さＤ４は、気球径Ｄ１を用いて、Ｄ４＝Ｄ１×０．７と表すことができる。すなわち、受け部１３１−２の高さＨと気球径Ｄ１とは、以下の関係を満たすことが好ましい。
【００８０】
Ｈ≧Ｄ１×０．３５
【００８１】
図６（ａ）は第３実施形態の係留気球における着陸台の第１使用態様を示す図であり、図６（ｂ）は第３実施形態の係留気球における着陸台の第２使用態様を示す図である。
【００８２】
第３実施形態の係留気球１−３では、着陸台１３−３は、車両３０の備える荷台３１の上に配置され、気体が充填されると扁平球状の形状をなす気球１０−３を、接触により支持する。第３実施形態の着陸台１３−３は、さまざまな設置環境に対応して気球を安定して支持することが可能な形状を有する。
【００８３】
第３実施形態の着陸台１３−３において、受け部１３１−３は第１受け部１３１−３−１および第２受け部１３１−３−２を備える。また、着陸台１３−３において、複数の脚部１３２−３は、複数の第１脚部１３２−３−１および複数の第２脚部１３２−３−２を備える。
【００８４】
複数の第２脚部１３２−３−２は、第２受け部１３１−３−２における互いに隣り合った位置で、第２受け部１３１−３−２に接続される。図６（ａ）は、車両３０の右側方から見た着陸台１３−３を示しているが、車両３０の左側方から見た場合、着陸台１３−３は、図６（ａ）と左右対称に現れる。すなわち、複数の第２脚部１３２−３−２のうち１つは車両３０の右後方に配置され、他の１つは車両３０の左後方に配置され、これらの複数の第２脚部１３２−３−２は、互いに隣り合っている。なお、車両３０の右後方の第２脚部１３２−３−２と左後方の第２脚部１３２−３−２との間に異なる第２脚部が配置されていてもよく、この場合も複数の第２脚部１３２−３−２は互いに隣り合っている。
【００８５】
第１受け部１３１−３−１は、第１受け部気室に気体を充填される。第２受け部１３１−３−２は、第２受け部気室に気体を充填される。第１脚部１３２−３−１は、第１脚部気室に気体を充填される。第２脚部１３２−３−２は、第２脚部気室に気体を充填される。
【００８６】
第１受け部気室、第２受け部気室、第１脚部気室、および第２脚部気室は、それぞれ分離されている。したがって、第１受け部１３１−３−１、第２受け部１３１−３−２、第１脚部１３２−３−１、および第２脚部１３２−３−２は、それぞれ独立に気体を充填されることができる。
【００８７】
図６（ａ）に示す第１態様において、第１受け部気室、第２受け部気室、第１脚部気室、および第２脚部気室は、いずれも気体が充填されている。第１態様の着陸台１３−３は、離発着時の気球１０−３を車両３０の荷台３１よりも高い位置で支持するので、気球１０−３の下部に設けられるペイロード用ドーム１０２−３に配置される機材をメンテナンスするのに好適である。
【００８８】
図６（ｂ）に示す第２態様において、第１受け部気室、第２受け部気室、および第１脚部気室には気体が充填されており、第２脚部気室には気体が充填されていない。その結果、着陸台１３−３は、第２受け部１３１−３−２および第１脚部１３２−３−１により車両３０の荷台３１に接地し、第１受け部１３１−３−１の上面は荷台３１に対して傾斜する。第２態様の着陸台１３−３は、第１態様の着陸台１３−３が支持するよりも低い位置で気球１０−３を支持するため、気球１０−３の側面に対する作業に好適である。気球１０−３の側面に対する作業には、例えば気球１０−３の側面への係留索１１−３の取り付けまたは取り外し、気球１０−３の側面への機材の取り付けまたは取り外しなどがある。
【００８９】
図７は、第４実施形態の係留気球における着陸台と気球との位置関係を示す図である。
【００９０】
第４実施形態の係留気球１−４では、着陸台１３−４は、気球１０−４を係留する係留索１１−４が受け部１３１−４と干渉しない形状を有する。スクープ１０３−４を有する気球１０−４を係留索１１により係留する場合、気球１０−４の係留角度は天頂から４５度以内に保たれる。したがって、着陸台１３−４は、係留点（４面ローラ１４−４の位置）からの係留角度が４５度のときに、係留索１１−４が受け部１３１−４に接触しない構造を有する。なお、図６においては、スクープ１０３−４の記載を省略している。
【００９１】
係留角度が４５度のときに、係留索１１−４が高さＨの受け部１３１−４に接触する場合、受け部１３１−４のトーラス形状における大円の内径Ｄ３は高さＨと等しくなる。高さＨは、脚部１３２−４の受け部１３１−４に接続された一端でない他端から、受け部１３１−４の外表面に配置され気球１０−４が着陸台１３−４に着陸するときに気球１０−４が接触する接触部１３１−４ｂまでの高さである。すなわち、係留索１１−４と受け部１３１−４とが接触しないようにするため、高さＨを内径Ｄ３よりも小さくする。したがって、受け部１３１−４の高さＨと受け部１３１−４のトーラス形状における大円の内径Ｄ３とは、以下の関係を満たす。
【００９２】
Ｈ＜Ｄ３／２
【００９３】
また、受け部１３１−４のトーラス形状における大円の内径Ｄ３は、受け部１３１−４のトーラス形状における大円の外径Ｄ２および受け部１３１−４のトーラス形状における小円の直径ｄにより、以下の式で表される。
【００９４】
Ｄ３＝Ｄ２−ｄ×２
【００９５】
受け部１３１−４のトーラス形状における大円の外径Ｄ２および受け部１３１−４のトーラス形状における小円の直径ｄは、気球１０−４を安定して支持するために、気球径Ｄ１と以下の関係を有することが好ましい。
【００９６】
Ｄ２＝Ｄ１×０．８
ｄ＝Ｄ１×０．０７
【００９７】
したがって、高さＨは、受け部１３１−４のトーラス形状の外径Ｄ２を用いて以下のように表すことができる。
【００９８】
Ｈ＜Ｄ２×０．４１２５
【００９９】
なお、４面ローラ１４−４を設置面に配置したとき、係留索１１−４は、４面ローラ１４−４の物理的な高さΔＨだけ設置面よりも高い位置から係留される。上述の高さＨは、ΔＨも含まない（４面ローラ１４−４の上面からの）高さであるので、実際の受け部１３１−４の設置面からの高さは、Ｈ＋ΔＨよりも低ければ足りる。
【０１００】
例えば、トーラス形状の大円の外径Ｄ２が４ｍである受け部１３１−４の高さＨは、上述の式により、Ｈ＞０．４１２５×４＝１．６５（ｍ）となる。したがって、受け部１３１−４の高さを１．６５ｍよりも低くすると、受け部１３１−４は係留索１１−４に接触しない。
【０１０１】
このとき、４面ローラ１４−４の高さΔＨが２０ｃｍである場合、受け部１３１−４の高さを２０ｃｍ高くすることができる。具体的には、受け部１３１−４の高さを１．８５ｍよりも低くすると、受け部１３１−４は係留索１１−４に接触しない。
【０１０２】
図８は、第５実施形態の係留気球における着陸台と気球との位置関係を示す図である。
【０１０３】
第５実施形態の係留気球１−５では、着陸台１３−５は、低高度で係留される気球１０−５の地面への衝突を防止する形状を有する。気球１０−５を地面付近に係留する場合、地面付近では気流が乱れやすいため、乱れた気流による地面への接触により気球１０−５が損傷する場合がある。一方、本実施形態の気球１０−５は、着陸台１３−５から１ｍ程度上昇した状態で横風を受けた場合、スクープ１０３−５によって横風を揚力に変換することができるため、姿勢が安定する。そこで、本実施形態の着陸台１３−５は、気球１０−５を１ｍ以下の低高度で係留する場合における気球１０−５の地面への衝突を防止する形状を有している。
【０１０４】
気球１０−５が図８において破線で示す位置Ｐ１にあるとき（受け部１３１−５に支持されているとき）の係留索１１−５の繰り出し量を最低繰り出し量Ｌとする。この状態から係留索１１−５を追加繰り出し量ΔＬだけ繰り出すと、気球１０−５は上昇する。このときに無風状態であれば、気球１０−５は、図８における位置Ｐ２に位置する。係留索１１−５をＬ＋ΔＬだけ繰り出された状態で強い横風を受けると、気球１０−５は、受け部１３１−５の上部を中心として横転し、図８における位置Ｐ３に位置し、地面と接触することがある。
【０１０５】
このとき、４面ローラ１４−５で保持された係留索１１−５は、受け部１３１−５の上面に沿って受け部１３１−５に支持される。受け部１３１−５のトーラス形状における小円の円周の上半分の長さが、追加繰り出し量ΔＬに相当する。すなわち、追加繰り出し量ΔＬと受け部１３１−５のトーラス形状における小円の直径ｄとは、以下の式を満たす。
【０１０６】
ΔＬ＝１／２×π×ｄ
【０１０７】
本実施形態の着陸台１３−５では、追加繰り出し量ΔＬが１ｍ以下の場合における気球１０−５の地面への衝突を防止するため、以下の関係を満たすように受け部１３１−５のトーラス形状における小円の直径ｄを定める。
【０１０８】
ｄ＜２／π≒０．６４（ｃｍ）
【０１０９】
上述の関係を満たすようｄを定めることにより、追加繰り出し量ΔＬが１ｍを超えるまでは、気球１０−５の動きは係留索１１−５に規制される。また、追加繰り出し量ΔＬが１ｍ以上となると、上述のように気球１０−５の姿勢が安定する。
【０１１０】
当業者は、本発明の精神および範囲から外れることなく、種々の変更、置換および修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。
【符号の説明】
【０１１１】
１、１−１〜５    係留気球
１０、１０−１〜５    気球
１１、１１−１〜５    係留索
１３、１３−１〜５    係留気球着陸台
１３１、１３１−１〜５    受け部
１３２、１３２−１〜５    脚部
【図１】
2020015470.tif 000003
【図２】
2020015470.tif 000004
【図３】
2020015470.tif 000005
【図４】
2020015470.tif 000006
【図５】
2020015470.tif 000007
【図６】
2020015470.tif 000008
【図７】
2020015470.tif 000009
【図８】
2020015470.tif 000010