(57)【要約】      （修正有）【課題】飛翔体の操舵装置において、空気抵抗を受ける抵抗体の駆動を、小さなモータで可能にする構成を提供する。【解決手段】飛翔体本体１２と、飛翔体本体１２の胴部１１の外周面上で自由回転する外郭体１３と、外郭体１３に機軸から径外へそれぞれ胴部１１に設けられ外郭体１３に回転力を与える正圧面１６を有する２枚の翼１７と、各翼１７が旋回によって取る位置よりも空気流の下流側に胴部１１に設けられ、翼１７に対峙する起立位置および胴部１１内に収容される収容位置を取る抵抗体１８と、抵抗体１８を起立位置および収容位置の間で動かし各翼１７および抵抗体１８に空力による操舵力を発生させる駆動機構１９とを備え、駆動機構１９は翼１７が抵抗体１８の前方を横切るときに抵抗体１８を起立駆動して抵抗体１８への空気抵抗を低減させ、飛翔体本体１２の姿勢を変更する操舵装置１０が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機軸を有する胴部を持つ飛翔体本体と、
この飛翔体本体の前記胴部の外周面上で自由回転する外郭体と、
この外郭体に前記機軸から径外へそれぞれ前記胴部に設けられ、空気流により前記外郭体に回転力を与える正圧面を有する複数の翼と、
これらの翼が旋回によって取る位置よりも前記空気流の下流側に前記胴部に設けられ、前記翼に対峙する起立位置および前記胴部内に収容される収容位置を取る抵抗体と、
この抵抗体を前記起立位置および前記収容位置の間で動かしこれらの翼および抵抗体に空力による操舵力を発生させる駆動機構と、を備え、
この駆動機構は前記翼が前記抵抗体の前方を横切るときに前記抵抗体を起立駆動して前記抵抗体への空気抵抗を低減させてこの起立駆動力を軽減し、前記飛翔体本体の姿勢を変更する操舵装置。
【請求項２】
前記翼は後縁部およびこの後縁部上の面部を有し、前記抵抗体はこの面部により前記翼を前記空気の風よけとする請求項１記載の操舵装置。
【請求項３】
複数の抵抗体が前記胴部の周方向において前記機軸を中心とした径方向で等角配置された請求項１又は請求項２記載の操舵装置。
【請求項４】
前記外郭体の前記機軸周りの回転位置を検出する検知器と、
この検知器の出力により前記駆動機構による駆動を制御する操舵制御部と、を更に備える請求項１乃至請求項３何れか一記載の操舵装置。
【請求項５】
前記駆動機構を駆動して前記収容位置の前記抵抗体を起立させる第１のスイッチと、
この第１のスイッチの状態のオンにより起立した前記抵抗体を前記駆動機構の駆動により収容させる第２のスイッチと、
これらの第１のスイッチおよび第２のスイッチの各状態を切替える前記外郭体に設けられた切替部材と、を更に備える請求項１乃至請求項４何れか一記載の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一実施形態は操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛翔体本体の外周面には操舵翼が設けられており、飛翔体に搭載された操舵装置による操舵翼の操舵によって飛翔体の姿勢が変更される。飛行方向を例えば右に曲げあるいは左に曲げるために、操舵翼が操舵される。従来、飛翔体の内部空間に大きな設置空間を必要としない飛翔体の操舵装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３２０７５号公報
【特許文献２】特開２００７−３０６７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、小型の飛翔体では、操舵装置は空気抵抗による力を受ける抵抗体を駆動するための大きな力を必要とするが、大きなモータを収容するスペースが不足している。操舵翼といった空気流に対する翼面を持つ抵抗体の舵角を変えるためには、モータの回転力によって翼の軸へトルクを伝達させて抵抗体を動かす。小型サイズの飛翔体は操舵のために大きな駆動力を要し、大きなサイズのモータを必要とする。しかし、飛翔体の構造上、小型の飛翔体の内部には大きなサイズのモータを収容可能なスペースが限られる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を解決するため、一実施形態によれば、機軸を有する胴部を持つ飛翔体本体と、この飛翔体本体の前記胴部の外周面上で自由回転する外郭体と、この外郭体に前記機軸から径外へそれぞれ前記胴部に設けられ、空気流により前記外郭体に回転力を与える正圧面を有する複数の翼と、これらの翼が旋回によって取る位置よりも前記空気流の下流側に前記胴部に設けられ、前記翼に対峙する起立位置および前記胴部内に収容される収容位置を取る抵抗体と、この抵抗体を前記起立位置および前記収容位置の間で動かしこれらの翼および抵抗体に空力による操舵力を発生させる駆動機構と、を備え、この駆動機構は前記翼が前記抵抗体の前方を横切るときに前記抵抗体を起立駆動して前記抵抗体への空気抵抗を低減させてこの起立駆動力を軽減し、前記飛翔体本体の姿勢を変更する操舵装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施の形態に係る操舵装置の側面図である。
【図２】実施の形態に係る操舵装置の内部構造を示す図である。
【図３】実施の形態に係る操舵装置の抵抗体が収容位置である場合の斜視図である。
【図４】実施の形態に係る操舵装置の抵抗体が起立位置である場合の斜視図である。
【図５】関連技術に係る操舵装置の斜視図である。
【図６】実施の形態の第１の変形例に係る操舵装置の飛翔体本体の内部構造を示す図である。
【図７】実施の形態の第２の変形例に係る操舵装置の飛翔体本体の内部構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施の形態に係る操舵装置について、図１乃至図７を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【０００８】
図１は実施の形態に係る操舵装置の側面図である。操舵装置１０は、推進方向に機軸を有するベースフレーム１１（胴部）を持つ小型の飛翔体本体１２と、この飛翔体本体１２のベースフレーム１１の外周面上で自由回転する駆動用シェル１３（外郭体）と、この駆動用シェル１３に機軸から径外へそれぞれベースフレーム１１に設けられ前縁部１４、後縁部１５及び推進方向からの空気流により駆動用シェル１３に回転力を与える正圧面１６を有する２つの翼１７（同図では一方のみ表示されている）とを備えている。
【０００９】
更に操舵装置１０はこれらの翼１７が旋回によって取る旋回位置よりも空気流の下流側にベースフレーム１１にそれぞれ設けられ翼１７に対峙する起立位置およびベースフレーム１１内に収容される収容位置を取る２つの抵抗体１８と、これらの抵抗体１８を起立位置および収容位置の間で動かしこれらの翼１７および抵抗体１８に空力によるそれぞれ操舵力を発生させる２つの駆動用モータ１９（駆動機構）とを備えている。これらの駆動用モータ１９は、旋回中の各翼１７が２つの抵抗体１８の前方を横切るときにこれらの抵抗体１８を起立駆動して抵抗体１８への空気抵抗を低減させて起立駆動力を軽減し、飛翔体本体１２の姿勢が変更されるようにしている。
【００１０】
飛翔体本体１２は、推進方向前部に設けられた目標検出用のシーカ２０と、一つの点座標を計算する信号処理部２１と、この点座標への飛行経路により各駆動用モータ１９を駆動する操舵制御部２２とを備える。飛翔体本体１２は後部の空間にノズル２３を備える。駆動用シェル１３はその内周面がベースフレーム１１の外周面に接して自由回転する。
【００１１】
図２は操舵装置１０の内部構造を示す図であり、推進方向から後方を見た例が示されている。同図で反時計回りに駆動用シェル１３が回転するように２つの翼１７は角度をもって固定されている。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。
【００１２】
図１、図２のように２つの翼１７はベースフレーム１１上で周方向に固定取付けされている。翼列は一つの円周上に載る。２つの翼１７の取付け間隔はこれらの翼１７間の位相差が１８０度になる位置である。これらの翼１７の翼形状は前方から後方に向かって徐々に翼厚が増しテーパ状の翼形状を有する。一方の翼１７の翼形状は、ベースフレーム１１の外周面に固定される底側の部分と、機軸に対して傾斜する角度をもってその外周面から立上がる正圧面１６と、例えば径方向及び機軸方向の双方に平行な平坦面２４と、これらの正圧面１６及び平坦面２４が前方で交差して稜線を成す前縁部１４と、面部を有する後縁部１５とを備える。他方の翼１７の翼形状も一方の翼１７の形状と実質同じである。ベースフレーム１１及び駆動用シェル１３は各翼１７をロール軸周りに回転する旋回駆動機構２５を構成する。
【００１３】
また、各抵抗体１８は翼１７の後縁部１５によりこの翼１７を空気の風よけとして用いている。これらの抵抗体１８はベースフレーム１１の周方向において径方向で等角配置されている。２つの抵抗体１８は何れも例えば板状又は柱状の部材である。これらの抵抗体１８はその長手方向の一端部がそれぞれ軸部２６によりベースフレーム１１に軸受けされている。抵抗体１８はその収容位置において露出する面は飛翔体本体１２の外周面と面一になるように適宜湾曲してもよい。各駆動用モータ１９は例えばステッピングモータである。各駆動用モータ１９は操舵制御部２２から一方向への回転指令信号と、逆方向への回転指令信号とを受けて動作駆動される。これらの駆動用モータ１９は例えばギアなどの伝達機構２７を介してそれぞれ軸部２６を回転駆動する。
【００１４】
一つの抵抗体１８、対応の駆動用モータ１９及び伝達機構２７は一つの操舵力発生部２８を構成する。操舵力発生部２８は推進方向からの空気流に対する抵抗体１８の起立及び収容を一旋回毎に繰返してもよい。操舵力発生部２８は一旋回での所定タイミングで抵抗体１８を起立し抵抗体１８の戻すことを、旋回の一周期毎に同じ旋回位置で行うことにより、ピッチアップ、ピッチダウンや、ヨーを左右何れか一方へ偏向するなどの姿勢制御を行い、飛行経路が制御されるようになっている。
【００１５】
また、操舵装置１０は、図２のように駆動用シェル１３の機軸周りの回転位置を検出する検知器２９を備えてもよい。検知器２９は一例としてベースフレーム１１の内周面に取付けられた導体３０と、閉回路を有しこの導体３０との接触でその回路を閉じ及び導体３０と非接触でその閉回路を開く回路基板３１とを有する。操舵制御部２２はこの検知器２９の出力により駆動用モータ１９による駆動を制御する。操舵制御部２２はプロセッサ、ＲＯＭ及びＲＡＭによって構成される。
【００１６】
図３は実施の形態に係る操舵装置１０による抵抗体１８が収容位置である場合の操舵装置１０の後方斜視図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。
【００１７】
上述の構成の操舵装置１０により姿勢を制御される飛翔体本体１２は飛行し始める。飛翔体本体１２はノズル２３から噴射物質を噴射し、この噴射流の方向とは逆の推進方向への推力を受ける。２枚の翼１７はそれぞれの正圧面１６により推進方向からの空気流の圧力を受け、ロール軸Ｒ周りの回転力を駆動用シェル１３に作用させる。駆動用シェル１３及び２枚の翼１７が回転することにより、飛翔体本体１２は機軸方向のモーメントを受けるため、飛翔体本体１２は飛行が安定する。動力が与えられなくても飛翔体本体１２は駆動用シェル１３の自由回転によって安定して飛行する。操舵装置１０は、これらの駆動用シェル１３及び２枚の翼１７が回転するという機構と、抵抗体１８による起立機構とを組合わせて操舵を行う。
【００１８】
シーカ２０は目標を検出する。信号処理部２１はセンサ出力及び慣性装置により取得した飛翔体本体１２の姿勢によって一つの点座標を計算する。操舵制御部２２は、この座標への飛行経路に基づいて操舵の方向を決める。操舵制御部２２は検知器２９の出力によって駆動用シェル１３及び２枚の翼１７が検知器２９の位置を通過したことを検知すると、操舵制御部２２は翼１７が抵抗体１８の前を横切る瞬間に抵抗体１８を起立させる。
【００１９】
図４は実施の形態に係る操舵装置１０による抵抗体１８が起立位置である場合の操舵装置１０の後方斜視図である。駆動用モータ１９は駆動力を発生させ始める。抵抗体１８が起立し始めてから、この駆動用モータ１９による決められた角度の回転が終わって抵抗体１８が起立し切るまでの間、翼１７は旋回を続ける。翼１７の後縁部１５が抵抗体１８の板面と対面する。対面位置では、抵抗体１８は翼１７よりも空気流の下流側に位置する。抵抗体１８にとっては翼１７が風よけとなる。翼１７の後縁部１５が風よけとしての壁体として機能している。翼１７が抵抗体１８の前方に位置するタイミングにおいて、抵抗体１８の露出している板面及び翼１７に空気抵抗が発生する。操舵装置２１は、翼１７が抵抗体１８の前を通過すると、抵抗体１８の起立を元に戻す。ピッチアップの例では、翼１７が抵抗体１８の前にきたタイミングで操舵装置２１が翼１７を起立させ、降ろすことを繰返す。操舵装置２１は翼１７を起立させるタイミングを回転角速度に同期させている。旋回の度に翼１７が抵抗体１８の前を通り過ぎるときに抵抗体１８を起立させる。空気抵抗が翼１７及び抵抗体１８に作用し、飛翔体本体１２にはその後部において推進方向と逆向きの加速度が生じる。これにより、飛翔体本体１２の姿勢は推進方向に対してピッチアップする方向へ変更される。飛翔体本体１２はピッチアップの操舵がかかる。
【００２０】
一対の翼１７及び抵抗体１８が推進方向に並んだとき、抵抗体１８への空気抵抗が緩和する。翼１７が抵抗体１８の前方を横切るときに、抵抗体１８に生じる飛行による空気抵抗の大きさが軽減する。従って駆動用モータ１９に必要な回転駆動力は一時的に低減する。具体的には抵抗体１８が起き上がる間、推進方向からの空気抵抗を受け続ける。軸部２６には空気抵抗と例えば抵抗体１８の長手寸法とを乗じた値を持つ大きさの負荷がかかる。伝達機構２７を介して駆動用モータ１９はこの負荷に抗する大きさの回転駆動力によって軸部２６を回転させる。軸部２６に加わる空気抵抗が軽減するため、駆動用モータ１９の回転駆動力は減る。
【００２１】
また、飛行方向を下方あるいは右や左に曲げる場合、１枚の翼１７の旋回位置がそれぞれ飛翔体本体１２に対して真下の位置あるいは右側面側、左側面側であるタイミングで、操舵装置１０は抵抗体１８の旋回毎の起立及び収容を繰返す。
【００２２】
以上を総括すると、操舵装置１０は、図１のように操舵力発生部２８と、ロール軸Ｒ周りに翼１７を回す旋回駆動機構２５と、これらの操舵力発生部２８及び旋回駆動機構２５を支持するベースフレーム１１とを備える。操舵力発生部２８は例えば抵抗体１８と、駆動用モータ１９とを備える。旋回駆動機構２５は例えばベースフレーム１１と、駆動用シェル１３に設置された少なくとも１枚の翼１７とを備える。
【００２３】
抵抗体１８を同図の上部に示すように操舵装置１０が立てた状態とすることで、抵抗体１８の空気抵抗による力が発生し、姿勢変更のための力を発生することができる。翼１７の翼面には飛行による空気抵抗による力が発生し、この力により駆動用シェル１３がロール軸Ｒ周りに回転する。抵抗体１８の起立駆動を翼１７が抵抗体１８の前方を横切る時に操舵装置１０が行うことにより、抵抗体１８に生じる飛行による空気抵抗が軽減し駆動力を小さくできる。
【００２４】
図５は関連技術に係る操舵装置による抵抗体１８だけを起立させた場合の操舵装置の後方斜視図である。操舵装置１００は翼１７が抵抗体１８の前方を横切る時に抵抗体１８を起立させない。操舵装置１００は抵抗体１８を駆動する際に飛行による空気抵抗を受ける構造を持つため、この抵抗体１８を起立させる駆動用モータには大きな駆動力が必要となる。駆動用モータの小型化ができなかった。
【００２５】
これに対して本実施形態に係る操舵装置では、駆動用シェル１３に翼１７を設置して回転させる機構に、抵抗体１８の起立機構と、翼１７が抵抗体１８の前方を横切る時にこの抵抗体１８を起立させる機構とを組合わせて操舵を行うようにした。この操舵装置によれば、抵抗体１８の前方にこの抵抗体１８への空気抵抗を軽減する翼１７による機構を設置し、抵抗体１８の駆動に必要な力を軽減できる。従って、抵抗体１８の駆動に必要な機構を小型化でき操舵装置の設置に必要となるスペースの削減が可能になる。一時的に抵抗体１８に生じる飛行による空気抵抗を軽減させることができる。駆動用モータ１９を小型化することができ飛翔体本体１２の操舵装置１０の設置スペースの削減が可能となる。小型の飛翔体において、姿勢変更のための力を発生する抵抗体１８を具備する操舵装置１０が提供される。姿勢変更のための力を発生させる抵抗体１８の駆動力を軽減させる操舵装置１０が得られる。
【００２６】
図１の例では操舵装置１０の設置スペースのうち、向かい合う２つの操舵力発生部２８はノズル２３を挟んで配置されている。飛翔体本体１２のサイズに応じて噴射物質の量やノズル２３のサイズは予め決められる。操舵力を飛翔体本体１２の後方で生成する場合、大きなサイズを有する駆動用モータ１９を飛翔体本体１２が搭載することはできないか、あるいはほとんど困難であった。図５のように関連技術では小型の飛翔体本体１２が操舵のために大きな駆動力を必要とし、大きなサイズのモータを必要とする。小型の飛翔体本体１２が大きなサイズの駆動用モータ１９を搭載することはスペースの点でできない。あるいは大きな駆動用モータ１９を搭載するためには飛翔体本体１２が大型化する。
【００２７】
これに対して実施形態に係る操舵装置によれば、図５の例と同じ大きさの空力操舵力を得るために、駆動力を小さくすることができるようになるため、図５の例に使われる駆動用モータのサイズに比べてより小さいサイズの駆動用モータ１９で足りる。
【００２８】
（第１の変形例）
上記実施形態では、検知器２９の出力による制御によって抵抗体１８の起立駆動が行われていたが、この抵抗体１８の起動は制御によらずに行うようにもできる。
【００２９】
図６は第１の変形例に係る操舵装置の飛翔体本体の内部構造を示す図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。操舵装置１０Ａは、駆動用モータ１９（駆動機構）を駆動して収容位置にある抵抗体１８を起立させる第１のスイッチ３６と、この第１のスイッチ３６の状態のオンにより起立した抵抗体１８を駆動用モータ１９の駆動により収容させる第２のスイッチ３７と、これらの第１のスイッチ３６および第２のスイッチ３７の各状態を切替える駆動用シェル１３（外郭体）に凸設された片３５（切替部材）とを備える。第１のスイッチ３６、第２のスイッチ３７はハードウェアスイッチである。操舵装置１０Ａはこれらの第１のスイッチ３６、第２のスイッチ３７及び片３５の対を２つ備えてもよい。
【００３０】
これにより、２枚の翼１７は正圧を受けて、旋回力を発生させ、駆動用シェル１３が同図で反時計回りに回転する。この駆動用シェル１３の内周面側の片３５は第１のスイッチ３６をオンする。片３５の接触によって第１のスイッチ３６は駆動用モータ１９へ一回転方向への回転を指令する。駆動用モータ１９は駆動力を発生させ抵抗体１８が起立し始める。翼１７は第１のスイッチ３６の位置から更に旋回を続け、この翼１７が起立した抵抗体１８の板面と対面する。対面位置において、空気抵抗が抵抗体１８へ作用し飛翔体本体１２は例えばピッチアップする操舵がかかる。翼１７が抵抗体１８の前方を横切るときに、抵抗体１８に生じる飛行による空気抵抗の大きさが軽減する。対面位置を通り過ぎた翼１７は更に片３５の接触によって第２のスイッチ３７をオンする。第２のスイッチ３７は駆動用モータ１９へ逆の回転方向への回転を指令する。起立状態の抵抗体１８は収容位置へ戻る。この翼１７は飛翔体本体１２の下部を旋回し、再度、上部の第１のスイッチ３６へ向けて旋回する。旋回を操舵装置２１は繰返す。操舵装置２１は抵抗体１８を起立させ収容させることを繰返す。
【００３１】
また、飛行方向を下方あるいは右や左に曲げる場合の例も、ピッチアップの例と実質同じである。
【００３２】
また、操舵装置１０Ａは第１のスイッチ３６、第２のスイッチ３７及び片３５の対のうちの両方を使って操舵を行ってもよい。
【００３３】
この変形例によれば、駆動用シェル１３の位置検出を行う制御が不要になる。抵抗体１８の起立タイミングと、この抵抗体１８の前方を翼１７が横切るタイミングとの同期を確実に行える。
【００３４】
（第２の変形例）
上記実施形態及び第１の変形例では、翼１７の数は２であったが、翼１７の取付け数は３又は４であってもよい。
【００３５】
図７は第２の変形例に係る操舵装置の飛翔体本体の内部構造を示す図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。複数の翼１７の取付け間隔は推進方向から見た円周上で等角配置されてもよい。操舵装置１０Ｂは、翼１７の枚数と同じ数の抵抗体１８を設けてもよい。
【００３６】
この操舵装置１０Ｂによれば、１つの抵抗体１８又は２つの抵抗体１８が産み出す空気抵抗による操舵力よりも大きな操舵力を得ることができる。小型の飛翔体本体１２が大きなモータを搭載せずに、操舵が可能となる。
【００３７】
また、実施の形態に係る操舵装置は１２０度間隔の３枚の抵抗体１８を設けること、あるいは５枚以上の抵抗体１８をベースフレーム１１の周方向において機軸を中心とした径方向で等角配置されるように設けてもよい。
【００３８】
（他の実施の形態）
上記実施形態及び各変形例では、翼１７及び抵抗体１８の形状は種々変更可能である。抵抗体１８を起立させる駆動機構は、駆動用モータ１９のほかの駆動部材によっても構わない。
【００３９】
検知器２９の構成や第１のスイッチ３６、第２のスイッチ３７及び片３５の構成は種々変更可能である。検知器２９は反射式のセンサでもよい。例えば検知器２９は駆動用シェル１３の内周面側にミラーを設け、ベースフレーム３１の外周面付近に光の送受信器を設け、反射光の受光によりベースフレーム３１の回転位置を操舵制御装置２１が検知してもよい。
【００４０】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４１】
１０，１０Ａ，１０Ｂ…操舵装置、１１…ベースフレーム（胴部）、１２…飛翔体本体、１３…駆動用シェル（外郭体）、１４…前縁部、１５…後縁部、１６…正圧面、１７…翼、１８…抵抗体、１９…駆動用モータ（駆動機構）、２０…シーカ、２１…信号処理部、２２…操舵制御部、２３…ノズル、２４…平坦面、２５…旋回駆動機構、２６…軸部、２７…伝達機構、２８…操舵力発生部、２９…検知器、３０…導体、３１…回路基板、３５…片（切替部材）、３６…第１のスイッチ、３７…第２のスイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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