(57)【要約】【課題】プロペラの推力によって翼の揚力を維持しつつ機体の飛行姿勢を制御できる飛行機を提供すること。【解決手段】飛行機１０は、主翼２１に設けられて推力Ｆ３１を発生する主プロペラ３１と、主プロペラ３１よりも機体１１の後方に配置されて推力Ｆ４１を発生する補助プロペラ４１と、を備え、主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１と補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１とが機体１１の側方から見て機体１１の重心Ｇを上下方向に挟むように延在するととともに互いに交差する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主翼に設けられて推力を発生する主プロペラと、
前記主プロペラよりも機体の後方に配置されて推力を発生する補助プロペラと、を備え、
前記主プロペラの推力中心線と前記補助プロペラの推力中心線とは、前記機体の側方から見て前記機体の重心を上下方向に挟むように延在するととともに互いに交差することを特徴とする飛行機。
【請求項２】
請求項１に記載の飛行機であって、
前記主プロペラは、前記主翼の上方に配置され、
前記主プロペラの推力中心線は、前記機体の重心より上方に位置し、
前記補助プロペラの推力中心線は、前記機体の側方から見て前記主プロペラの推力中心線に対して前記機体の重心より後方で交差し、かつ前記機体の重心より下方に位置することを特徴とする飛行機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の飛行機であって、
前記主プロペラは、前記機体の左右に対で設けられ、
前記補助プロペラは、前記機体の左右に対で設けられることを特徴とする飛行機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の飛行機であって、
前記主翼は、翼端板を備え、
前記補助プロペラは、前記翼端板に設けられることを特徴とする飛行機。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の飛行機であって、無尾翼機であることを特徴とする飛行機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数のプロペラの推力によって機体の飛行姿勢を制御する航空機が開示されている。
【０００３】
特許文献１の航空機は、パイロットを収容するコクピットと、コクピットの前端と後端にそれぞれ設けられる２つの翼と、を備える。２つの翼には、電動モータによって駆動される合計８個のプロペラが配置される。航空機は、各プロペラの推力を増減することで、機体の飛行姿勢が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０５３０５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の航空機では、各プロペラの回転軸が機体に対して同一方向を向いて並ぶように配置されているため、各プロペラの推力によって翼の揚力を維持しつつ機体の飛行姿勢を制御することが難しい。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、プロペラの推力によって翼の揚力を維持しつつ機体の飛行姿勢を制御できる飛行機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】
【０００７】
本発明のある態様によれば、主翼に設けられて推力を発生する主プロペラと、前記主プロペラよりも機体の後方に配置されて推力を発生する補助プロペラと、を備え、前記主プロペラの推力中心線と前記補助プロペラの推力中心線とは、前記機体の側方から見て前記機体の重心を上下方向に挟むように延在するととともに互いに交差することを特徴とする飛行機が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
上記態様によれば、飛行機は、重心周りについて主プロペラの推力によるモーメントと補助プロペラの推力によるモーメントとが互いに打ち消し合う方向に働く。これにより、飛行機は、主プロペラの推力によって主翼の揚力を維持しつつ補助プロペラの推力によって機体の飛行姿勢を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態の飛行機を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面を含む飛行機の側面図である。
【図３】図３は、飛行機を後方から見た背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る飛行機１０を示す斜視図である。飛行機１０は、固定翼として左右の主翼２１を備え、胴体及び尾翼を有さない無尾翼機である。
【００１２】
左右の主翼２１は、機体１１の中央に位置する翼付け根部２２から左右の翼端部２３へと斜め後方に延在する。つまり、主翼２１は、後退角を持つ後退翼である。
【００１３】
主翼２１は、左右の翼端部２３から延在する左右の翼端板２５を備える。左右の翼端板２５は、左右の翼端部２３の後側上部から上方かつ後方に延在する。翼端板２５は、翼端部２３に生じる渦流を抑えて主翼２１の抵抗を低減するとともに、機体１１の飛行姿勢をヨー方向について安定させる垂直安定板の働きをする。
【００１４】
飛行機１０の機体１１は、翼付け根部２２から後方に延在する搭乗部１５と、翼付け根部２２から上方に突出する左右のハンドル部１６と、を備える。飛行機１０では、パイロット５０が搭乗部１５の上に乗り、両手で左右のハンドル部１６を持って身体を保持するようになっている。
【００１５】
パイプ状のハンドル部１６は、その前端部が翼付け根部２２から上方に突出し、その後端部が垂直板１７に連結される。垂直板１７は、翼付け根部２２から上方に突出する。
【００１６】
飛行機１０は、推力発生要素としての主プロペラ３１及び補助プロペラ４１を備える。
【００１７】
主プロペラ３１は、機体１１の左右に対で設けられる。複数の主プロペラ３１は、左右の主翼２１の後部上方に配置され、翼幅方向に並んで設けられる。本実施形態では、１４個の主プロペラ３１が設けられるが、主プロペラ３１の個数は仕様に応じて任意に設定される。主プロペラ３１は、左右の主翼２１の翼弦方向について中央部より後方に配置される。主プロペラ３１は、主翼２１に干渉しない範囲で、主翼２１の後端部２４に近接するように配置される。
【００１８】
主プロペラ３１は、電動モータ３２によって回転駆動される。電動モータ３２は、主翼２１の後側上部から上方に突出する垂直板３３によって支持される。主プロペラ３１の回転軸(図示せず)は、後述するように機体１１に対する所定の位置及び所定の方向に配置される。
【００１９】
補助プロペラ４１は、機体１１の左右に対で設けられる。本実施形態では、左右の補助プロペラ４１は左右の翼端板２５の内側にそれぞれ配置される。これにより、飛行機１０は、補助プロペラ４１が機体１１の左右に突出することがなく、左右方向の長さが抑えられる。なお、これに限らず、左右の補助プロペラ４１は左右の翼端板２５の外側にそれぞれ配置されてもよい。
【００２０】
補助プロペラ４１は、電動モータ４２によって回転駆動される。電動モータ４２は、翼端板２５から内側に突出するビーム４３によって支持される。これにより、補助プロペラ４１の回転軸(図示せず)は、後述するように機体１１に対する所定の位置及び所定の方向に配置される。
【００２１】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面を含む側面図である。図２には、便宜上、右の主翼２１に設けられる複数(７個)の主プロペラ３１のうち翼幅方向について中央に配置される主プロペラ３１のみを図示している。
【００２２】
主プロペラ３１は、主翼２１の後端部２４の後方かつ下方に向けて送風する。図２において、推力中心線Ｏ３１は、主プロペラ３１の回転軸上に延びる直線である。主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１は、機体１１の重心Ｇより上方に位置する。主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１は、主プロペラ３１の回転軸から前方に延びる部位が重心Ｇに対して距離Ｌ３１を持つように配置される。距離Ｌ３１は、後述するように主プロペラ３１の推力Ｆ３１によって生じる機首下げモーメントのモーメントアームとなる。
【００２３】
補助プロペラ４１は、機体１１の後方かつ上方に向けて送風する。図２おいて、推力中心線Ｏ４１は、補助プロペラ４１の回転軸上に延びる直線である。補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１は、機体１１の側方から見て主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１に対して機体１１の重心Ｇより後方で交差し、かつ機体１１の重心Ｇより下方に位置する。補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１は、補助プロペラ４１の回転軸から前方に延びる部位が重心Ｇに対して距離Ｌ４１を持つように配置される。距離Ｌ４１は、後述するように補助プロペラ４１の推力Ｆ４１によって生じる機首上げモーメントのモーメントアームとなる。
【００２４】
図３は、飛行機１０を後方から見た背面図である。機体１１は、重心Ｇを含む機体中心面Ｃについて対称的に形成される。左右の主翼２１は、上反角を有し、翼付け根部２２から左右の翼端部２３へと斜め上方に延在する。
【００２５】
主プロペラ３１及び補助プロペラ４１は、機体中心面Ｃについて対称的に配置される。
【００２６】
各主プロペラ３１は、ハンドル部１６及び垂直板１７と翼端板２５との間に並んで配置される。図３において、各主プロペラ３１は、翼幅方向に等間隔を持って並び、隣り合う主プロペラ３１の翼端経路面Ｓ３１どうしが重なり合うように配置される。なお、翼端経路面Ｓ３１は、主プロペラ３１の先端が通る回転軌跡を含み、かつ主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１(図２)に対して直交する平面である。
【００２７】
補助プロペラ４１は、最も外側の主プロペラ３１に対して後上方に配置される。つまり、補助プロペラ４１と最も外側の主プロペラ３１とは、翼端板２５の内側において主翼２１の翼弦線に対して斜め方向に並ぶように配置される。
【００２８】
次に、飛行機１０の動作について説明する。
【００２９】
飛行機１０の右側では、主プロペラ３１が主翼２１の上方から主翼２１の後端部２４の後方に向けて送風することにより、図２、図３に示すように推力ＲＦ３１が発生する。同様に、飛行機１０の左側では、主プロペラ３１が主翼２１の上方から主翼２１の後端部２４の後方に向けて送風することにより、推力ＬＦ３１が発生する。そして、飛行機１０では、主プロペラ３１の送風によって主翼２１の周りに循環する渦流が発生することから、主翼２１の揚力係数が高められる。飛行機１０は、主プロペラ３１の送風によって主翼２１が失速状態になることが抑えられるため、低速領域で離陸及び着陸を行うことができる。
【００３０】
飛行機１０は、図２に示すように主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１が重心Ｇより上方に配置されているため、主プロペラ３１の推力ＲＦ３１、ＬＦ３１を高めると、ピッチ軸(重心Ｇ)周りに機首を下げる機首下げモーメントが生じる。
【００３１】
飛行機１０の右側では、補助プロペラ４１が翼端板２５の側方から後方に向けて送風することにより、図２、図３に示すように推力ＲＦ４１が発生する。同様に、飛行機１０の左側では、補助プロペラ４１が翼端板２５の側方から後方に向けて送風することにより、推力ＬＦ４１が発生する。そして、飛行機１０は、図２に示すように補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１が重心Ｇより下方に配置されているため、補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１を高めると、ピッチ軸周りに機首を上げる機首上げモーメントを生じる。
【００３２】
これにより、飛行機１０では、主プロペラ３１の推力ＲＦ３１、ＬＦ３１と補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１とのバランスを変えることによって、ピッチ方向について飛行姿勢が制御され、上昇飛行及び下降飛行が行われる。
【００３３】
飛行機１０では、機体１１の左右に設けられる主プロペラ３１の推力ＲＦ３１、ＬＦ３１のバランスを変えることによって、ヨー軸(重心Ｇ)周りのモーメントが生じる。又、飛行機１０では、左右の補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１のバランスを変えることによって、ヨー軸周りのモーメントが生じる。これにより、飛行機１０では、左右の主プロペラ３１どうしの推力バランス、又は左右の補助プロペラ４１どうしの推力バランスを変えることによって、ヨー方向について飛行姿勢が制御され、左右の旋回飛行が行われる。
【００３４】
飛行機１０では、右側の主プロペラ３１の推力ＲＦ３１と左側の補助プロペラ４１の推力ＬＦ４１が同時に高められることによって、ピッチ軸周りのモーメント及びヨー軸周りのモーメントが生じることなく、ロール軸(重心Ｇ)周りに右の主翼２１が左の主翼２１より高くなる方向のモーメントが生じる。同様に、飛行機１０では、左側の主プロペラ３１の推力ＬＦ３１と右側の補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１が同時に高められることによって、ピッチ軸周りのモーメント及びヨー軸周りのモーメントが生じることなく、ロール軸周りに左の主翼２１が右の主翼２１より高くなる方向のモーメントが生じる。飛行機１０は、主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１と補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１とが機体１１の側方から見て交差して配置されることにより、飛行姿勢をロール方向のみについて制御することができる。なお、主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１と補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１とが機体１１の側方から見て平行に配置された飛行機では、飛行姿勢をロール方向について制御しようとすると、ピッチ軸周りモーメントとヨー軸周りのモーメントの少なくとも一方が生じるため、飛行姿勢をロール方向のみについて制御することができない。
【００３５】
飛行機１０では、補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１を増減して飛行姿勢を制御するため、例えば尾翼などの小翼を用いて飛行姿勢を制御する従来の飛行機に比べて安定して機首上げモーメントを発生することができ、より低速領域でも飛行姿勢を容易に制御できる。
【００３６】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００３７】
［１］本実施形態によれば、主翼２１に設けられて推力Ｆ３１を発生する主プロペラ３１と、主プロペラ３１よりも機体１１の後方に配置されて推力Ｆ４１を発生する補助プロペラ４１と、を備え、主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１と補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１とが機体１１の側方から見て機体１１の重心Ｇを上下方向に挟むように延在するととともに互いに交差する飛行機１０が提供される。
【００３８】
このように構成することで、飛行機１０は、重心Ｇ (ピッチ軸)周りについて主プロペラ３１の推力ＲＦ３１、ＬＦ３１によるモーメントと補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１によるモーメントとが互いに打ち消し合う方向に働く。これにより、飛行機１０は、主プロペラ３１の推力ＲＦ３１、ＬＦ３１によって主翼２１の揚力を維持しつつ、補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１によって機体１１の飛行姿勢を制御できる。
【００３９】
［２］飛行機１０は、主プロペラ３１が主翼２１の上方に配置され、主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１が機体１１の重心Ｇより上方に位置し、補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１が機体１１の側方から見て主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１に対して機体１１の重心Ｇより後方で交差し、かつ機体１１の重心Ｇより下方に位置する。
【００４０】
このように構成することで、飛行機１０は、主翼２１の上方に配置された主プロペラ３１の送風によって主翼２１に生じる揚力が安定して得られる。そして、飛行機１０は、主プロペラ３１の推力ＲＦ３１、ＬＦ３１によって機首下げモーメントが生じる一方、補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１によって機首上げモーメントが生じる。これにより、飛行機１０は、主プロペラ３１の推力ＲＦ３１、ＬＦ３１によって主翼２１の揚力を維持しつつ、補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１によって機体１１の飛行姿勢を制御できる。
【００４１】
飛行機１０は、主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１と補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１とが機体１１の側方から見て交差する。これにより、飛行機１０では、補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１が揚力を発生する主プロペラ３１の推力ＲＦ３１、ＬＦ３１に比べて大幅に小さい値であっても、補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１によるモーメントによって主プロペラ３１の推力ＲＦ３１、ＬＦ３１によるモーメントが打ち消され、機体１１の飛行姿勢を十分に制御できる。
【００４２】
［３］飛行機１０は、主プロペラ３１が機体１１の左右に対で設けられ、補助プロペラ４１が機体１１の左右に対で設けられる構成とした。
【００４３】
このように構成することで、飛行機１０は、左右の主プロペラ３１の推力ＲＦ３１、ＬＦ３１及び左右の補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１を増減することによって、ピッチ方向、ロール方向、及びヨー方向について飛行姿勢を安定して制御できる。
【００４４】
飛行機１０は、主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１と補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１とが機体１１の側方から見て交差する。これにより、飛行機１０では、主プロペラ３１の推力ＲＦ３１、ＬＦ３１と補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１とを機体１１の左右でバランスして調整することで、ピッチ軸周り及びヨー軸周りのモーメントを生じさせずに、ロール方向のみについて飛行姿勢を制御することができる。
【００４５】
［４］飛行機１０は、左右の翼端部２３から後方に延在する翼端板２５を備え、左右の補助プロペラ４１は左右の翼端板２５にそれぞれ支持される構成とした。
【００４６】
このように構成することで、飛行機１０は、補助プロペラ４１が左右の翼端板２５に支持されることから、補助プロペラ４１が機体１１の左右端部において主プロペラ３１の後方に十分な距離を持って配置される。そして、飛行機１０は、主翼２１の左右端部から延在する翼端板２５によって主翼２１の抵抗が低減されることから、巡航飛行時の消費エネルギが抑えられる。
【００４７】
［５］飛行機１０は、無尾翼機である。飛行機１０は、水平尾翼及び昇降舵を備えない無尾翼機であっても、補助プロペラ４１が主プロペラ３１の後方に十分な距離を持って配置されることにより、補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１によって飛行姿勢がピッチ方向について制御される。又、飛行機１０は、機体１１の中央に胴体及び尾翼を備えないため、主翼２１の翼付け根部２２から後方に延在する搭乗部１５が設けられ、パイロット５０が搭乗部１５の上に乗ることができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００４９】
例えば、上記実施形態における飛行機１０は、補助プロペラ４１が機体１１の左右端部に対で設けられる。これに限らず、飛行機１０は、補助プロペラ４１が機体１１の中央のみに設けられ、補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１によってピッチ方向について飛行姿勢が制御される構成としてもよい。
【００５０】
さらに、上記実施形態における飛行機１０は、胴体及び尾翼を備えない全翼機型の無尾翼機である。飛行機１０は、これに限らず、胴体又は尾翼を備えるものであってもよい。また、飛行機１０は、補助プロペラ４１が尾翼に設けられるものであってもよい。
【００５１】
さらに、上記実施形態における飛行機１０は、主プロペラ３１の回転軸が機体１１に対する定位置にあり、推力中心線Ｏ３１の方向が変えられない。これに限らず、飛行機１０は、主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１が重心Ｇより上方を通る範囲内で、水平線に対する主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１の推力中心線Ｏ４１の傾斜角度を飛行条件に応じて変えられる構成としてもよい。これにより、飛行機１０は、巡航飛行時の消費エネルギが抑えられる。
【００５２】
さらに、上記実施形態における飛行機１０は、補助プロペラ４１の回転軸が機体１１に対する定位置にあり、推力中心線Ｏ４１の方向が変えられない。これに限らず、飛行条件に応じて補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１の位置及び方向が変えられる構成としてもよい。例えば、飛行機１０は、旋回時に図２に示すように補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１が重心Ｇより下方に位置する一方、巡航飛行時に補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１が水平線に対する傾斜角度を小さくして重心Ｇより上方に位置する構成としてもよい。これにより、飛行機１０は、巡航飛行時の消費エネルギが抑えられる。
【００５３】
さらに、上記実施形態における飛行機１０は、主プロペラ３１が主翼２１の上方に配置される。これに限らず、飛行機１０は、主プロペラ３１が主翼２１の下方に配置されてもよい。又、主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１が重心Ｇより下方を通る構成としてもよい。これにより、主プロペラ３１の推力ＲＦ３１、ＬＦ３１を高めると、ピッチ軸周りに機首を上げる機首下げモーメントが生じる。一方、補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１は、機体１１の重心Ｇより上方に位置し、かつ機体１１の側方から見て主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１に対して機体１１の重心Ｇより後方で交差するように配置される。これにより、補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１を高めると、ピッチ軸周りに機首を下げる機首下げモーメントが生じる。この場合も、飛行機１０では、主プロペラ３１の推力ＲＦ３１、ＬＦ３１と補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１とのバランスを変えることによって飛行姿勢が制御される。
【００５４】
さらに、上記実施形態における飛行機１０は、主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１と補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１とが機体１１の側方から見て機体１１の重心Gより後方で交差する。これに限らず、飛行機１０は、主プロペラ３１の推力中心線Ｏ３１と補助プロペラ４１の推力中心線Ｏ４１とが機体１１の側方から見て機体１１の重心Gより前方で交差する構成としてもよい。これにより、飛行機１０は、重心G (ピッチ軸)周りについて主プロペラ３１の推力ＲＦ３１、ＬＦ３１によるモーメントと補助プロペラ４１の推力ＲＦ４１、ＬＦ４１によるモーメントとが互いに打ち消し合う方向に働くことで、機体１１の飛行姿勢を制御できる。
【００５５】
又、主プロペラ３１が主翼２１の後方に配置される構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１０  飛行機、１１  機体、２１  主翼、２３  翼端部、２５  翼端板、３１  主プロペラ、４１  補助プロペラ、Ｇ  重心、Ｏ３１  主プロペラの推力中心線、Ｏ４１  補助プロペラの推力中心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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