(57)【要約】      （修正有）【課題】推進動力からの騒音、粉塵、ＣＯ２およびＮＯＸなどの排出を低減する環境適合航空機とその飛行パターンを提供する。【解決手段】サイクリック的推進力システムを導入し、その飛行パターンとして、フゴイドモードでの飛行を行なう。プロペラ機では、フライホイール型プロペラをサイクリック的動力装置によって駆動する。ジェット機では、推進動力装置に対して、燃料がサイクリック的に供給される。電動航空機では、フライホイール型プロペラを駆動するモーターに対して、蓄電池から、サイクリック的に給電される。これらサイクルの周期は、フゴイドモード運動が継続されるように決定される。機体形状は、フゴイドモードを容易にする形状、即ち、揚力傾斜が大きい翼型、また、揚力傾斜が大きく、揚抗比の大きく縦横比の大きい翼平面形や楕円形主翼形状などを特徴とする。これら環境適合性技術は、単発機、双発機以上の機体にも適用することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロペラ航空機は、別途、燃料タンクから供給される燃料を動力装置で燃焼して動力を発生して、プロペラに推進力を伝達しているが、ここでは、動力装置での燃料燃焼は、大量の排気ガスの放出を伴い環境問題を惹起しているため、これを逓減するために、動力装置への燃料供給をサイクリック的に行い、その燃焼をサイクリック的に行うことにより、燃料消費を逓減して環境問題に寄与することを特徴とする。
【請求項２】
推進力を発生するプロペラへの動力の伝達もサイクリック的に行うことになるが、この場合、プロペラのサイクリック回転を維持するために、プロペラはフライホイール型とするフライホイールプロペラを特徴とする。
【請求項３】
プロペラ電動航空機では、搭載蓄電池から、推進プロペラを駆動する駆動モーターへの給電をサイクリック的に行うことで、蓄電池の蓄電容量の消費を節約して、長時間長距離の飛行を可能にし、これは、輸送効率の向上と省エネルギー化に寄与することを特徴とする。
【請求項４】
ジエット航空機では、動力装置での燃料燃焼は、大量の排気ガスの放出を伴い環境問題を惹起しているため、これを逓減するために、動力装置への燃料供給をサイクリック的に行い、その燃焼をサイクリック的に行うことにより、燃料消費を逓減し騒音やＣＯ２とＮＯＸなど公害を低減する環境問題に寄与することを特徴とする。
【請求項５】
本発明の航空機では、このように動力発生をサイクリック的とすることで、航空機の推進力がサイクリック的に変動する。航空機の縦動安定モードにはフゴイドモードと呼ばれる長周期振動モードがあり、本発明の航空機は、このモードを利用した飛行パターンで飛行することを特徴とする。フゴイドモードでは、その基礎方程式には、推力の項を伴わない形で解析されるため、推力を低減してもフゴイドモードは成立するがこの式には空力抵抗の項が含まれるので、一旦、低減した推力を再び、元の値まで回復させることでフゴイドモードは継続される。ここでは、推力がサイクリック的に変化するという特徴がフゴイドモードでの継続的飛行を可能にしている。
【請求項６】
固定翼航空機では、このフゴイドモードを一層効果的に実現するため本発明の航空機の機体形状として、縦動安定の長周期フゴイドモードを容易ならしめるため、揚力傾斜が大きく、揚力抗力比の大きい条件を満たす主翼の翼型形状として、翼厚比は、１０％以上を特徴とする。さらに、翼平面形については、縦横比の大きい主翼、または、楕円形平面形を実現した航空機を特徴とする。
【請求項７】
ここで特徴とするサイクリック的は、時間的変動を特徴とする。フゴイドモードの振動高度変化は、サイン曲線的に変動するが、速度変化はコサイン曲線的に変動する。しかし、双方ともに、周期は、同じである。本発明の航空機は、これらの周期性に呼応して、その推力をコサイン曲線的に変動させることを特徴とする。
【請求項８】
その推力変化の振幅と周期は、航空機の固有な空力抵抗の程度によって選択される。空力抵抗は、フゴイドモードを減衰させる方向に作用するので、フゴイドモードを維持するために、一旦、絞った推力を再度回復させる必要があり、推力変化も周期的となり、それはフゴイドモードの変動する高度変化や速度変化の振幅と周期に呼応する形で決定される。
【請求項９】
推力は、フゴイドモードに入る直前の推力値から、推力を絞っていき、その後、フゴイドモードが減衰しないように、推力を回復させ、フゴイドモードで継続飛行を行うが、この推力値の、サイクリック変動の振幅は、その上限値が、元のフゴイドモード直前の値を超えることはない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、環境適合性航空機と、その飛行パターンに関する。
【技術背景】
【０００２】  従来の航空機エンジンの燃焼では、騒音公害や、さらに大量の排気は、ＣＯ２ガスやＮＯＸの排出で、大気公害を増長し、地球温暖化を促進し、昨今の環境問題を引き起こしている。このように従来の技術は環境問題を抱えており、そのような状況を改善することが求められている。
【０００３】  電池を動力とする場合では、その運用においては、蓄電池の容量に対する給重量の割合が大きく、蓄電池は、長時間の使用に耐えることができない。このため、作動効率が大きく低下して、その利用範囲が狭まっている。このように従来の技術には限界が存在しており、これを緩和する省エネルギー技術が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  本発明は、化石燃料を燃焼する航空機の動力の燃焼をサイクリック的に制御し、また、電動航空機の蓄電池からの給電消費をサイクリックに制御することによって、推進力をサイクリック的に変化させ、航空機の飛行パターンを縦動安定のフゴイドモードに呼応して飛行させ、長時間長距離飛行を可能として、輸送効率を改善し、省エネルギーに寄与し、さらに、大気への騒音や排気公害問題を逓減し、地球温暖化の進行を遅らせることに  寄与する航空機分野に関するものである。【０００５】  本発明者らは、航空機において、化石燃料燃焼動力に対しては、その排気量を逓減させ、環境問題に貢献し、従来の技術上の問題を解決する。また、電池電源利用には、給電方式を改善して、省エネルギーに貢献し、従来に技術の限界を緩和する。さらに、電池の使用寿命が延びることによって電池廃却の環境問題を改善する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  その鍵となる手段はサイクリック特性を導入することを特徴とする。航空機の化石燃料型動力装置において、燃料供給をサイクリック的に変動させて燃料消費の効率化を図る。【０００７】  プロペラ式に対しては、サイクリック特性を改善するために、従来型プロペラにフライホイール特性を付与する。【０００８】  電動航空機に対しては、搭載電源から、プロペラへの駆動モーターへの給電にサイクック特性を導入して搭載電源の電力消費量を効率化する。【０００９】  航空機の飛行パターンに対しては、サイクリック特性を導入して、新しい縦安定の長周期フゴイドモードを利用して水平飛行する。フゴイドモードは、従来の航空機が経験する安全な飛行パターンである。
【発明の効果】
【００１０】  航空機の化石燃科型動力装置において、燃料供給をサイクリック的に変動させて燃料消費を効率化することによって、騒音を低減し、大気への排気量を逓減させ、ＣＯ２及びＮＯＸの排出を減少させ、大気汚染を改善して地球温暖化問題改善に寄与する。【００１１】  プロペラ式に対しては、本発明では、プロペラには駆動力が動力装置からサイクリック的に供給されるので、プロペラにフライホイール特性を付与することで、プロペラの回転力を保存させ、プロペラのサイクリック回転の推力特性を向上させることが出来る。【００１２】  電動航空機に対しては、搭載電源から、プロペラモーターへの給電にサイクリック特性を導入する。これによって搭載電源の電力消費量を省エネルギー化する。これは、輸送効率を改善することに繋がり、航空機の長時間長距離の飛行が可能となり、従来の技術の限界が改善される。【００１３】  航空機の飛行パターンに対しても、サイクリック特性を導入する。搭載動力や電源から駆動力の取り出しが、サイクリック特性に準拠しているので、推進力もサイクリック的に変動するので、従来のように水平飛行ができないように思われるが、これは誤解である。航空機の縦動安定モードには、サインおよびコサイン曲線的に、緩やかに上下に波打つ長周期フゴイドモードがある。従来でも、時々、これを経験するが水平飛行している。本発明では、これを積極的に利用する新しい飛行パターンで飛行する。この場合、飛行パターンは、高度変動のサイン曲線および速度変動のコサイン曲線的に沿って長周期フゴイドモードで緩やかに上下運動ながら飛行する。これは、その僅かの速度低下による運動エネルギーが、僅かな高度変化の位置エネルギーに変換される周期的な飛行パターンである。【００１４】これに呼応して、推力をサイクリック的に周期変動させることによって、航空機は減速することなく速度を維持し、また高度を失うことなく連続してフゴイドモードを維持して水平飛行することができる。フゴイドモードは、周期が長く緩やかな高度変動や速度変動を伴うだけなので、飛行中、乗客に気づかれることはない。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１５】  先ず、サイクリック的推力変化型環境適合航空機の飛行パターンの実施例を説明する。その飛行パターンは、フゴイドモードを利用するもので、そのフゴイドモードの基礎方程式は［数１］および［数２］で示される。この基礎方程式を解くと、フゴイドモードは航空機の縦の動安定の長周期振動のモードである。実際に、航空機が、飛行中、僅かな突風などの擾乱を受け、しばしば遭遇するモードであり安全な飛行モードである。
［数１］
2014136573.tif 000002
［数２］
2014136573.tif 000003
［記号の説明］
2014136573.tif 000004
ｍ：  機体質量
ｔ：  時間
ｖ：  機体飛行速度
θ：  機体姿勢角
ｄｒａｇ：  機体空力抵抗
ｌｉｆｔ：  機体揚力【００１６】  この基礎方程式から得られるフゴイドモード振動の特徴は、機体の飛行速度エネルギーと飛行高度の位置のエネルギーが、僅かな量で交換される振動運動であり、従って、基礎方程式は、機体の推力の寄与を除いて成立する振動モードであることを特徴とすることを示している。フゴイドモードは、エレベータの僅かな瞬間操舵で励起され、その後の時系列変化は、機体姿勢角および高度変化は、サイン曲線的に周期変化するが、速度変化は、コサイン曲線的に周期変化する。このため、フゴイドモードで飛行している最中は、推力を周期変化させて飛行することが可能になる。【００１７】  しかし、フゴイド基礎方程式の中には、空力抵抗の項が含まれており、これが、フゴイドモード振動の減衰項として働く。このため、フゴイドモード飛行を継続するためには、一旦、絞った動力を復活する必要がり、これが、本発明のサイクリック的推力供給を行えば、フゴイドモードでの継続的飛行が可能となり、動力供給も半減するので、環境適合型航空機が実現される。【００１８】  サイクリック的推力供給は、推力をフゴイドモードの高度振動周期変化や速度振動周期変化に呼応して推力をサイクリック的に周期変動させる。この推力周期変動の周期と推力変動の振幅値は、フゴイドモードの減衰項である各機体の固有の空力抵抗を考慮して、フゴイドモードが持続するように決定することができる。ここでは、推力変動の振幅は、ここまで飛行を続けてきた推力を上限として、これ以下でサイクリック的に周期変動させる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】  本発明は、化石燃料型動力航空機では、燃焼消費量を低減するので、動力装置の排気量が逓減する。このため、ＣＯ２並びにＮＯＸの排出量が減少し、大気公害や地球温暖化問題の改善に寄与することができる。【００２０】  電動航空機に対しては、蓄電池など電源の電力消費が低減するので、省エネルギー技術の導入となる。従って航空機の長時間長距離の飛行を可能とし、輸送効率を改善して従来の技術の限界を拡張する。また、蓄電池寿命を延長させるので、廃却による公害を低減する。【００２１】  航空機の飛行パターンでは、新しい長周期フゴイドモードの飛行パターンを採用することで、上述のように様々な問題の解決に寄与する環境適合型航空機を可能とすることができる。フゴイドモードは、一般に、航空機の飛行で遭遇する安全な飛行パターンである。【００２２】  本発明を航空機へ適用する事例は、単発機では、フゴイドモードを継続するために、推力変化の周期を短く、また振幅は、小さくすることで可能である。双発以上の機体では、推力変化は、サイクリック的に周期変化させるが、これを動力間で、交代で行うことができる。このように実施することで、フゴイドモードを減衰させることなく、本発明の環境適合型航空機の飛行を可能とすることができる。