(57)【要約】【目的】飛行体本体が外力によって傾斜した場合に、直ちに水平状態に補正することができる垂直離着陸用飛行体及びその離着陸時の飛行体の傾斜補正方法を提供する。【解決手段】機体１０の傾斜を検知するための傾斜検知手段２６と、プロペラ１２へ回転力を伝達する回転軸２２と、エンジン１６の動力を一対のプロペラ１２の回転軸２２に伝達する作動歯車装置２０と、回転軸２２の回転数を減少させるブレーキ３０とを備える。垂直方向に上昇または下降する離着陸時に機体１０が傾斜した際に、一対のプロペラ１２のうち、傾斜によって相対的に上位になったプロペラ１２の回転数を回転軸２２に取付けたブレーキ３０を作動させ減少させる。この際、作動歯車装置の２８働きでブレーキをかけた回転軸２２とは反対側の回転軸２２の回転数を増加させる。これによって、機体１０の左右のプロペラ１２の回転数を調整して、機体１０の傾斜を直ちに補正する。【選択図】図２
2010274753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体と、偶数個のプロペラと、前記機体に取付けられるエンジンと、前記エンジンと連結されるものであって前記偶数個のプロペラに前記エンジンの動力を伝達するための回転軸と、前記プロペラの方向を前記機体に対して変位させる軸方向変換装置とを有するものであって、離着陸の際に垂直方向に移動する垂直離着陸用飛行体において、前記機体の傾斜を検知するための傾斜検知手段と、左右一対の前記プロペラの前記回転軸と前記エンジンとを連絡するための差動歯車装置と、前記回転軸の回転数を減少させるための左右傾斜補正用ブレーキと、前記機体が傾斜した場合に前記傾斜検知手段からの信号を受けて前記左右一対のプロペラのうち相対的に上位位置のプロペラに回転力を伝達する前記回転軸に前記左右傾斜補正用ブレーキを作動させるコンピュータと、を備えたことを特徴とする垂直離着陸用飛行体。
【請求項２】
前記プロペラの個数を４個以上の偶数個とした場合に、前記プロペラの位置を順に結んで前記プロペラの個数の多角形を形成した領域の内部に飛行体全体の重心を位置させることを特徴とする請求項１記載の垂直離着陸用飛行体。
【請求項３】
前記プロペラの個数を４個以上の偶数個とし、左右一対の前記プロペラ２個毎に１個ずつの差動歯車装置を備え、前記エンジンからの動力を前記各差動歯車装置に伝達する各出力軸を備え、前記各出力軸にそれぞれ前記コンピュータで作動する前後傾斜補正用ブレーキを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の垂直離着陸用飛行体。
【請求項４】
機体と偶数個のプロペラとエンジンと前記エンジンから各プロペラに回転力を伝達する回転軸とを有し、離着陸の際に垂直方向に機体を上昇または下降させる垂直離着陸用飛行体において、前記エンジンからの回転力を作動歯車装置に伝達し、前記作動歯車装置からの回転力を前記回転軸を介して左右一対の前記プロペラに伝達し、垂直方向に機体を上昇または下降させる際に前記機体が左右に傾斜すると、前記機体の傾斜を傾斜検知手段で検知して、前記左右一対のプロペラのうち相対的に上位になったプロペラ側の回転軸にブレーキをかけて相対的に上位になったプロペラの回転数を減少させ、前記作動歯車装置の働きで前記作動歯車装置と連絡する前記ブレーキをかけた回転軸とは別の回転軸の回転数を増加させることを特徴とする垂直離着陸用飛行体の離着陸時の傾斜補正方法。
【請求項５】
前記プロペラの個数を４個以上の偶数個とし、左右の前記プロペラ２個毎に１個ずつの差動歯車装置を備え、前記エンジンと前記各差動歯車装置とを連絡する各出力軸を備え、前記各出力軸にそれぞれ前記コンピュータで作動するブレーキを備え、垂直方向に機体を上昇または下降させる際に前記機体が上下左右に傾斜すると、前記機体の傾斜を前記傾斜検知手段で検知して、左右一対の相対的に上位になったプロペラ側の回転軸にブレーキをかけて相対的に上位になったプロペラの回転数を減少させ、前記作動歯車装置の働きで前記作動歯車装置と連絡する前記ブレーキをかけた回転軸とは別の回転軸の回転数を増加させ、機体の前後方向のプロペラに高低がある場合に、上位位置にあるプロペラにエンジンからの回転力を伝達する前記出力軸のブレーキを作動させて上位位置にあるプロペラへの回転数を減少させることを特徴とする請求項４記載の垂直離着陸用飛行体の離着陸時の傾斜補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、離陸時や着陸時にほぼ垂直方向に上昇または下降する垂直離着陸用飛行体及びその離着陸時の飛行体の傾斜補正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、一般の飛行機では、離陸や着陸のために長距離の滑走路を必要とする。しかし、離陸や着陸のために長距離の滑走路が取れない場所に使用する飛行機としては、離着陸時にほぼ垂直方向に上昇または下降するエアクラフト等の垂直離着陸用飛行機が使用されている。従来既知の垂直離着陸用飛行機は、例えば特許文献１に示されている。
【０００３】
垂直離着陸用飛行機では、垂直離着陸用飛行機は複数のプロペラを備え、プロペラの回転軸は、飛行状態に応じて方向を変えるものである。即ち、プロペラの回転軸の軸中心を鉛直方向に向けた状態とし、複数のプロペラの高さを同一高さに設定することで、垂直離着陸用飛行機は垂直方向に上昇または下降でき、垂直離着陸用飛行機を離着陸させることができる。垂直離着陸用飛行機がある程度の高さに上昇した後、プロペラの回転軸の軸中心をやや水平方向に向けた状態にすることで、垂直離着陸用飛行機は前進または後退させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５０７３０６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ほぼ水平方向に離着陸する航空機等は、離着陸の際に水平方向の速度が大きいため、横方向や上下方向の突風等の外力が加わったとしても、離着陸時における突風等の外力の影響が小さい。しかし、離着陸時に垂直方向に上昇または下降する垂直離着陸用飛行機では、飛行機の上昇または下降の速度が非常に緩やかなため、離着陸時に例えば斜め下方からの突風が吹いた場合に、翼の下側から上に翼を持ち上げる揚力が発生して機体が傾斜し易くなり、機体が傾斜した場合には操縦に支障をきたしたり、飛行機が墜落したりするおそれがあった。特に、操縦者にとっては、前後方向の傾斜に対しては機首の上下操作で速やかに機体を水平に戻すことができて恐怖感は少ないが、左右方向の傾斜に対しては恐怖感を感じるものであり、左右の傾斜からの速やかな復元が望ましいものである。
【０００６】
本発明は、離着陸時に垂直方向に上昇または下降する際に、突風等の外力によって飛行体本体が左右に傾斜しても、その傾斜を直ちに補正して所定の安定状態に補正することができる垂直離着陸用飛行体及びその離着陸時の飛行体の傾斜補正方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る垂直離着陸用飛行体は、機体と、複数個のプロペラと、前記機体に取付けられる駆動装置と、前記駆動装置と連結されるものであって各プロペラに回転力を伝達するための回転軸と、前記プロペラの回転軸方向を前記機体に対して変位させる軸方向変換装置とを有するものであって、離着陸の際に垂直方向に移動する垂直離着陸用飛行体において、前記機体の傾斜を検知するための傾斜検知手段と、前記回転軸の回転数を制動させるためのブレーキと、前記機体が傾斜した場合に前記傾斜検知手段からの信号を受けて相対的に上位位置のプロペラに回転力を伝達する前記回転軸に前記ブレーキを作動させるコンピュータと、を備えたことを特徴とするものである。本発明は、前記プロペラの個数を３個以上とした場合に、前記プロペラの位置を結んで前記プロペラの個数の多角形を形成した領域の内部に飛行体全体の重心を位置させることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る垂直離着陸用飛行体の離着陸時の飛行体の傾斜補正方法は、機体と複数個のプロペラと各プロペラに回転力を伝達する回転軸とを有し、離着陸の際に垂直方向に機体を上昇または下降させる垂直離着陸用飛行体において、垂直方向に機体を上昇または下降させる際に前記機体が傾斜すると、前記機体の傾斜を傾斜検知手段で検知して、相対的に上位になったプロペラの回転軸にブレーキをかけて相対的に上位になったプロペラの回転数を減少させることを特徴とするものである。本発明は、前記プロペラの個数を３個以上とした場合に、相対的に最下位になったプロペラ以外のプロペラの回転軸にブレーキをかけることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、離着陸時である垂直方向の上昇または下降の際に、突風等の外力で機体が傾斜すると、傾斜検知手段が機体の傾斜を検知して、相対的に上位になったプロペラへ回転力を伝達する回転軸にブレーキをかける。これによって、傾斜によって相対的に上位になったプロペラの回転数が減少し、傾斜によって相対的に上位になったプロペラの高さと相対的に下位になったプロペラの高さとを同じ高さに補正して、機体を所定の安定角度に直ちに補正することができる。このように、突風等の外力で機体が傾斜しても、直ちに機体を所定の安定角度に補正することができるので、操縦の支障を無くし、墜落のおそれを防止することができる。また、プロペラの数を３個以上とすることで、機体の傾斜方向を容易に認識することができ、傾斜に対する飛行体本体の補正をより確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る垂直離着陸用飛行体の実施例１を示す平面図である。
【図２】本発明に係る垂直離着陸用飛行体の要部構成を示す構成図である。
【図３】本発明に係る垂直離着陸用飛行体の実施例２を示す平面図である。
【図４】本発明に係る垂直離着陸用飛行体の実施例３の要部構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、離着陸の際に突風等の外力によって飛行体の機体が傾斜しても、直ちに機体の傾斜を安定角度に補正することができるものである。
【実施例１】
【００１２】
次に、本発明を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る垂直離着陸用飛行体の平面図、図２は本発明に係る垂直離着陸用飛行体の要部構成図である。垂直離着陸用飛行体は、機体１０と、複数のプロペラ１２を有する。図１では２個のプロペラ１２を取付けた垂直離着陸用飛行体を示す。図１では、プロペラ１２は機体１０に取付けられている状態を示すが、機体１０から外部に張出した翼１４に取付けられるものであっても良い。機体１０の内部には、エンジン１６と、エンジン１６からの動力を伝達する出力軸１８と、その出力軸１８からの出力が伝達される差動歯車装置２０とが備えられている。差動歯車装置２０には左右一対の第一回転軸２２ａ（回転軸２２）の一端が取付けられている。差動歯車装置２０は、左右の第一回転軸２２ａのそれぞれを別個に自由に回転させるものである。即ち、左右の第一回転軸２２ａにかかる負荷が異なる場合には、負荷の大きい側の第一回転軸２２ａの相対的回転数を小さくし、負荷の小さい側の第一回転軸２２ａの相対的回転数を大きくする。左右の第一回転軸２２ａに同一の負荷が加わる場合には、左右の第一回転軸２２ａは同じ回転数で回転する。
【００１３】
２本の第一回転軸２２ａの他端にはそれぞれ軸方向変換装置２４が備えられ、その軸方向変換装置２４に第二回転軸２２ｂ（回転軸２２）の一端が取付けられ、第二回転軸２２ｂの他端に前記プロペラ１２が取付けられている。軸方向変換装置２４は、第一回転軸２２ａの回転を第二回転軸２２ｂを経由してプロペラ１２に伝達するためと、第一回転軸２２ａや機体１０に対して、第二回転軸２２ｂの軸方向を変位させるためのものである。第一回転軸２２ａと第二回転軸２２ｂは、プロペラ１２に差動歯車装置２０からの出力を伝達するものであり、第一回転軸２２ａと第二回転軸２２ｂと併せて回転軸２２とする。
【００１４】
垂直離着陸用飛行体においては、離陸時や着陸時には、第二回転軸２２ｂの軸方向を鉛直方向に向かせることで、プロペラ１２が回転する回転円形平面は水平位置となり、垂直離着陸用飛行体を垂直方向に上昇または下降させて、離陸や着陸を行わせることができる。垂直離着陸用飛行体が所定の高さ以上まで上昇した後は、第二回転軸２２ｂの軸中心をほぼ水平方向に向かせることで、プロペラ１２が回転する円形平面はほぼ鉛直位置となり、垂直離着陸用飛行体はほぼ水平方向に前進または後退させることができる。
【００１５】
機体１０には、機体１０のどの方向がどれだけ傾斜したかを検知するジャイロスコープ等の傾斜検知手段２６が備えられている。この傾斜検知手段２６は１個だけ設置するものであっても、複数個設置するものであってもどちらでも良い。傾斜検知手段２６を１個だけ設置する場合には、傾斜検知手段２６は機体１０の左右の中心軸上でしかも機体１０のほぼ重心位置に設置するのが望ましい。複数個の傾斜検知手段２６を設置する場合には、機体１０の左右の中心軸を中心に対称位置に設置する。
【００１６】
機体１０にはコンピュータ２８が備えらており、傾斜検知手段２６からの信号をコンピュータ２８に入力する。即ち、コンピュータ２８には、傾斜検知手段２６によって機体１０のどの方向がどれだけ傾斜しているかが入力される。前記左右の各第一回転軸２２ａには左右傾斜補正用ブレーキ３０が取付けられ、そのブレーキ３０の作動はコンピュータ２８によって制御される。なお、ブレーキ３０の取付け位置は、第一回転軸２２ａに代えて第二回転軸２２ｂであっても良い。
【００１７】
次に、離着陸時の機体１０の傾斜補正方法について説明する。機体１０が離着陸する際、即ち機体１０がほぼ垂直方向に上昇または下降している時には、傾斜検知手段２６は機体１０のどの位置がどれだけ傾斜しているかを検知し、コンピュータ２８に機体１０の傾斜位置と傾斜方向を入力する。プロペラ１２が２個の場合、左右のプロペラ１２の傾斜状態（高さの相違）を検知し、コンピュータ２８に左右のプロペラ１２の傾斜状態を入力する。左右のプロペラ１２が傾斜しない状態（左右のプロペラ１２の高さが同じ状態）では、機体１０は垂直方向の上昇または下降は安定した状態で行われているとみなす。この状態においては、差動歯車装置２０から左右の第一回転軸２２ａに伝達される回転数は同数になっている。
【００１８】
次に、図２において、突風等の原因によって、例えば機体１０の上昇時に右側のプロペラ１２が相対的に下方に傾いた状態（左側のプロペラ１２が相対的に上方に傾いた状態）について説明する。右側のプロペラ１２が左側のプロペラ１２に比べて相対的に下方に傾斜した状態になった時に、その傾斜状態を傾斜検知手段２６が検知し、コンピュータ２８にその傾斜状態を伝達する。コンピュータ２８は直ちに、上方側に位置するプロペラ１２（左側のプロペラ１２）の回転軸２２のブレーキ３０を作動させる。これによって、左側のプロペラ１２の回転数は減少し、機体１０の左側の上昇が制限される。一方、左側の回転軸２２の回転数が減少することによって、差動歯車装置２０の働きで、右側の回転軸２２の回転数が増加する。これによって、右側のプロペラ１２の回転数は増加し、機体１０の右側の上昇が促進される。
【００１９】
このように、上方に位置するプロペラ１２の回転軸２２にブレーキをかけることによって、上方に位置するプロペラ１２の回転数が減少すると共に、下方に位置するプロペラ１２の回転数が増加する。即ち、左右のプロペラ１２の高さに傾斜が生じても、左側のプロペラ１２の回転数を機体１０を水平に保つための回転数に調整し、右側のプロペラ１２の回転数を機体１０を水平に保つための回転数に調整する。この結果、左右のプロペラ１２の高さが直ちに同一高さとなり、機体１０の左右の傾斜を直ちに補正することができる。左右のプロペラ１２の高さが同じになった時に、コンピュータ２８はブレーキ３０の作動を解除する。なお、機体１０の上昇時について説明したが、機体１０の下降時についても同様の動作を行なうものであるので、その説明を省略する。
【００２０】
以上のように、機体１０がほぼ垂直方向に上昇または下降している際に機体１０が左右に傾斜すると、相対的に上方に位置するプロペラ１２側の回転軸２２にブレーキ３０によって回転数を減少させると共に、相対的に下方に位置するプロペラ１２側の回転軸２２の回転数を差動歯車装置２０の働きによって自動的に増加させる。このように、差動歯車装置２０の両側の回転軸２２の回転数をそれぞれ同時に減少並びに増加させることで、機体１０の左右の傾斜を直ちに補正することができる。よって、離着陸時にほぼ垂直方向に上昇または下降する垂直離着陸用飛行体において、離着陸時に常に安定した操縦をおこなうことができ、機体１０の墜落のおそれを防止することができる。
【実施例２】
【００２１】
次に，本発明の他の実施例を図３に基づいて説明する。実施例１では２個のプロペラ１２を備えた例について説明したが、実施例２では４個のプロペラ１２を備える例について説明する。機体１０において、前方側に左右一対のプロペラ１２Ａと後方側に左右一対のプロペラ１２Ｂとの合計４個のプロペラ１２を備える。垂直離着陸用飛行体の全体（機体１０、翼１４等全ての構成部材を含む）の重心Ｇを、４個のプロペラ１２で囲まれた四角形の領域の中に配置する。垂直離着陸用飛行体の全体の重心Ｇを４個のプロペラ１２で囲まれた四角形の領域の中に配置するのは、ブレーキ３０で機体１０の傾斜を補正する際に、機体１０を安定させ易いためである。
【００２２】
４個のプロペラ１２を有する場合においては、左右一対の各プロペラ１２毎に１個の差動歯車装置２０を有する。左右一対の各プロペラ１２には、差動歯車装置２０からの回転力が、図２に示すものと同一構成（第一回転軸２２ａ、軸方向変換装置２４、第二回転軸２２ｂ）によって伝達される。即ち、４個のプロペラ１２を有する場合には、合計２個の差動歯車装置２０を有する。
【００２３】
４個のプロペラ１２を使用した場合において、機体１０が傾斜した場合には、４個のプロペラ１２の相対的高さがそれぞれ異なる場合がある。その場合においても、前方側の左右のプロペラ１２の高さ（傾斜）を、差動歯車装置２０によって水平に直ちに補正すると共に、後方側の左右のプロペラ１２の高さ（傾斜）を、差動歯車装置２０によって水平に直ちに補正する。ここで、機体１０の前後方向の中心軸の高さが異なる場合があるが、機体１０の前後方向の中心軸の高さの相違は、操縦士の操縦によって、容易に直ちに補正することができる。
【実施例３】
【００２４】
次に，本発明の実施例３を図４に基づいて説明する。図４において、図２と同一符号は同一部材を示す。実施例２では、機体１０が左右方向に傾斜した場合に、機体１０の左右方向の傾斜を自動的に直ちに水平に補正するものであるが、機体１０の中心軸方向の前後方向の傾斜の補正は、操縦士の操縦に任せるものであった。これに対して、実施例３は、機体１０の中心軸方向の前後方向の傾斜も、左右方向の傾斜と共に、自動的に直ちに補正する（前後左右の全方向を補正する）ためのものである。この実施例３においては、実施例２と同様、４個のプロペラ１２を備えたものについて説明する。機体１０（図１及び図３参照）に、前方の左右一対のプロペラ１２Ａと後方の左右一対のプロペラ１２Ｂの合計４個のプロペラ１２を備える。垂直離着陸用飛行体の全体の重心Ｇを、実施例２と同様、４個のプロペラ１２で囲まれた四角形の領域の中に配置する。垂直離着陸用飛行体の全体の重心Ｇを４個のプロペラ１２で囲まれた四角形の領域の中に配置するのは、ブレーキ３０で機体１０の傾斜を補正する際に、機体１０を安定させ易いためである。
【００２５】
エンジン１６からの出力軸１８を出力分岐装置３２に接続し、出力分岐装置３２に出力を第一出力軸３４及び第二出力軸３６を接続する。即ち、エンジン１６の動力を第一出力軸３４及び第二出力軸３６に伝達する。第一出力軸３４は第一差動歯車装置２０Ａ（差動歯車装置２０と同一構造）と接続し、第二出力軸３６は第二差動歯車装置２０Ｂ（差動歯車装置２０と同一構造）と接続する。第一差動歯車装置２０Ａに、前方側の一対のプロペラ１２Ａに回転力を伝達する一対の回転軸２２を接続する。第一差動歯車装置２０Ｂに、後方側の一対のプロペラ１２に回転力を伝達する一対の回転軸２２を接続する。第一出力軸３４の途中に前後傾斜補正用第一ブレーキ３８を取付け、第二出力軸３６の途中に前後傾斜補正用第二ブレーキ４０を取付ける。コンピュータ２８によって第一ブレーキ３８及び第二ブレーキ４０を作動操作する。
【００２６】
４個のプロペラ１２を使用した場合において、機体１０が傾斜した場合には、４個のプロペラ１２の相対的高さがそれぞれ異なる場合がある。その場合の機体１０の補正操作について、一例を説明する。前方側の左右のプロペラ１２Ａの高さ（傾斜）を、差動歯車装置２０Ａによって水平に直ちに補正する。それと共に、後方側の左右のプロペラ１２Ｂの高さ（傾斜）を、差動歯車装置２０によって水平に直ちに補正する。ここで、前方側の左右のプロペラ１２Ａの高さが、後方側の左右のプロペラ１２Ｂの高さよりも高い場合に、第一出力軸３４の途中の第一ブレーキ３８を作動させる。これによって、前方側の左右のプロペラ１２Ａの回転数が、後方側の左右のプロペラ１２Ｂの回転数より相対的に小さくなり、前後のプロペラ１２Ａ，  １２Ｂの高さを直ちに補正することができる。
【００２７】
なお、その他の補正方法として、最も下方に位置するプロペラ１２以外のプロペラ１２の回転軸２２のブレーキ３０を作動させると共に、第一ブレーキ３８か第二ブレーキ４０の一方を作動させるようにしても良い。この際、コンピュータ２８による各ブレーキ３０と第一ブレーキ３８と第二ブレーキ４０の作動強さは、プロペラ１２の相対的高さによって異なるようにする。この結果、機体１０がどの方向に傾斜しても、直ちに機体１０を水平に補正することができる。この実施例３では、操縦士の操縦による補正を不要とすることができるので、垂直離着陸用飛行体は、有人用飛行機だけでなく、無人の探査用飛行体等にも利用することができる。
【００２８】
なお、前記実施例１〜実施例３では、プロペラ１２の数を２個と４個で説明したが、プロペラ１２の数は６個以上の偶数であれば適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係る垂直離着陸用飛行体では、離陸時や着陸時の機体１０の傾斜を傾斜検知手段２６が検知して、コンピュータ２８によって相対的に高位置にあるプロペラ１２の回転軸6にブレーキをかけることで、機体１０を水平に保持させて、離陸時や着陸時の操縦性を安定させ、機体１０の墜落を防止するものである。
【符号の説明】
【００３０】
１０  機体
１２  プロペラ
１６  エンジン
１８  出力軸
２０  差動歯車装置
２０Ａ  差動歯車装置
２０Ｂ  差動歯車装置
２２  回転軸
２２ａ  第一回転軸
２２ｂ  第二回転軸
２４  軸方向変換装置
２６  傾斜検知手段
２８  コンピュータ
３０  左右傾斜補正用ブレーキ
３４  第一出力軸
３６  第二出力軸
３８  前後傾斜補正用第一ブレーキ
４０  前後傾斜補正用第二ブレーキ
【図１】
2010274753.tif 000003
【図２】
2010274753.tif 000004
【図３】
2010274753.tif 000005
【図４】
2010274753.tif 000006