(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮揚ガスを注入した充分な強度を有する構造の船体に、内燃機関を動力源とする推進装置と、海面に降下した成層圏滞留型の成層圏飛行船に接続される曳航索と、上記成層圏飛行船の捕捉・継船用の機材と、作業者搭乗空間と、上記成層圏飛行船に上記曳航索を介して電力、圧縮空気、ヘリウムガスおよび水バラストを供給する設備とを装備し、上記成層圏飛行船を上記曳航索を介して曳航することを特徴とするタグ飛行船。
【請求項２】
上記推進装置として、サイクロイダルプロペラを用いたことを特徴とする請求項１記載のタグ飛行船。
【請求項３】
上記曳航索は、上記船体の最大直径部または上記船体の重心部に接続されたことを特徴とする請求項１または２に記載のタグ飛行船。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成層圏に滞留する無人大型飛行船の回収や貨物の空中輸送などに使用されるタグ飛行船に関する。
【０００２】
【従来の技術】
成層圏滞留型の飛行船（以下、成層圏飛行船という）は、機体長が２００〜３００ｍの大型飛行船であり、流線型気球の電動推進式成層圏無人プラットフォームとして期待され、地上約２０ｋｍ高度（ミッション高度）の成層圏に長期間滞留して地球環境の調査観測や電波中継用として利用される。
成層圏飛行船は、ガスバリヤー膜であるガス袋内にヘリウムガスなどの浮揚ガスが充填される加圧膜構造体であり、浮揚ガスと大気圧との比重差により生じる浮揚ガスの余剰浮力で上昇しミッション高度で余剰浮力分の浮揚ガスを放出して滞留する。
【０００３】
成層圏飛行船を海上もしくは地上の基地に回収する場合は、浮揚ガスの一部を排出して原則として自重によってミッション高度の成層圏から無動力飛行で海上に降下させ、シーアンカーで海面上に拘束した後、風や海流で流されることもあるが、おおよそは降下した地点（場所）、いわゆる降着点の近辺から台船（バージ）に搭載して基地まで曳航し帰投する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、成層圏飛行船を回収するため海上に降下させる際、成層圏飛行船は強風に大幅に流され陸からかなり離れた沖合に降着することがある。ところが、台船の速度が通常５〜６ノットと極めて遅いため、台船が降着点に到着するまでの時間や降着点から基地までの曳航に要する時間が掛かり、作業性も低下させるという問題点がある。
また、成層圏飛行船の回収に時間を掛けることは、漂流状態にある成層圏飛行船を長時間放置することになり、これは他の船舶との接触の可能性があるなど安全上好ましくなく、安全対策のために警戒用航空機を飛ばす必要があるなどコストが掛かるという問題点がある。
【０００５】
さらに、成層圏飛行船は強風に曝されると、シーアンカーを使用しても降着点から風によって流され、また、海流によっても流されてしまい、台船の速度では成層圏飛行船に追いつけないことがあるとともに、緊急非常事態に成層圏飛行船を海上に降着させる場合は、予め予定の降着点で待ち受けることができないという問題点がある。
【０００６】
また、台船は、成層圏飛行船のような大型飛行船を搭載できる程度の大型の構造物であるため、その維持管理にコストが掛かり不経済であるという問題点がある。
そこで、かかる問題点を回避するため、成層圏飛行船を低空で動力飛行してもよいが、成層圏飛行船は無人のため、低空を動力飛行するには充分な耐候性および信頼性が要求される上、海面上の空気密度の１／１５〜１／２０と空気密度の小さい成層圏ではこの空気密度に比例した小さなパワーでも地上と同様の速度が出せるものの、地上近辺の低空では同じ速度を出すのに大きなパワーが必要になり、船体強度も空気密度に比例して、成層圏での同速度の動力飛行の１５〜２０倍必要とするので、低空での動力飛行は得策ではない。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、成層圏飛行船を短時間かつ低コストで確実に回収することができるタグ飛行船を提供することにある。
本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明に係るタグ飛行船は、浮揚ガスを注入した充分な強度を有する構造の船体に、内燃機関を動力源とする推進装置と、海面に降下した成層圏滞留型の成層圏飛行船に接続される曳航索と、上記成層圏飛行船の捕捉・継船用の機材と、作業者搭乗空間と、上記成層圏飛行船に上記曳航索を介して電力、圧縮空気、ヘリウムガスおよび水バラストを供給する設備とを装備し、上記成層圏飛行船を上記曳航索を介して曳航することを特徴としている。
上記構成を有するタグ飛行船は、上記推進装置として、サイクロイダルプロペラを用いるのが適しており、また、上記曳航索が、上記船体の最大直径部または上記船体の重心部に接続されるのが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。実施の形態を説明するに当たって、同一機能を奏するものは同じ符号を付して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るタグ飛行船による成層圏飛行船の曳航を説明する図、図２および３は、本発明の一実施の形態に係るタグ飛行船のサイクロイダルプロペラの原理図である。
【００１０】
図１において、タグ飛行船１０は流線型船体を有し、ガスバリヤー膜であるガス袋を有する小型で堅牢な船体１１と尾翼１２とを備え、これら船体１１の内部には浮揚ガスとしてヘリウムガスが充填され、充分な強度と剛性を有する加圧膜構造もしくは硬骨構造あるいはこれらの組み合わせからなっている。
【００１１】
船体１１には、タグ飛行船１０が成層圏飛行船２０を曳航するためにタグ飛行船１０と成層圏飛行船２０とを継船する曳航索３０が備え付けられ、曳航索３０は船体１１の最大直径部の左右両側に位置する継点１３にそれぞれ接続されている。継点１３の位置はタグ飛行船１０の後述する推進装置の位置と船体１１の巡航時の姿勢および成層圏飛行船２０の相対位置とを勘案して決定され、継点１３を船体１１の最大直径部に位置させることで継点１３に充分な強度と剛性が得られる。
【００１２】
船体１１の前部の左右両側には、内燃機関を動力源とする少なくとも一対の推進装置、たとえばサイクロイダルプロペラ（ホイトシュナイダープロペラともいう）１４がその回転軸を船体１１の前部に貫通させてそれぞれ配設され、タグ飛行船１０の前後方向および上下方向に瞬時に大きな推力が発生できるよう操作可能になっている。
これにより、タグ飛行船１０が成層圏飛行船２０を曳航する際、突風などによってタグ飛行船１０と成層圏飛行船２０とが接触したり、曳航索３０がタグ飛行船１０にからまったりするのを回避し、成層圏飛行船２０が確実に曳航されるようにしている。
【００１３】
サイクロイダルプロペラ１４の動力源である内燃機関としては、ジーゼルエンジンなどのレシプロエンジンまたはターボプロップエンジンが用いられる。
【００１４】
サイクロイダルプロペラ１４は、図２、３に示すように、翼面積が大きいため、低速度で大推力の発生を任意の方向に瞬時に効率よくできる。水車のように回転主軸に平行に対称翼１４ｅが均等に配置され、回転中の対称翼１４ｅの迎い角をラジアル方向の任意の方向で変えることにより、同方向に極めて大きな推力を瞬時に出すことができる。
サイクロイダルプロペラ１４は、回転輪１４ａが中心Ｏの回りに原動機で常に回転させられ、回転輪１４ａにはアーム１４ｂが固定されている。対称翼１４ｅはアーム１４ｂの先端のピボット１４ｃを中心にチルトリンク１４ｇで押したり引いたりして傾けることができるようになっている。
図２に示すサイクロイダルプロペラ１４では、対称翼１４ｅが中立位置にあり、すべての対称翼１４ｅが中心Ｏの回りに反時計方向に回転してもラジアル方向には何の力も生じない。
しかし、図３に示すように、制御点１４ｆを、たとえば右方向に移動すると、これに連結したチルトリンク１４ｇがそれぞれの対称翼１４ｅを傾けさせ総体として左方向に揚力を発生させる。このようにして、制御点１４ｆを素早く動かせば、瞬時に任意の方向に推力を出せる。
【００１５】
船体１１の所定箇所には、成層圏飛行船２０を捕捉し継船するために必要な小型ボートやウインチなどの機材を搭載しダイバーなどの作業者を乗船させるペイロードベイ（搭載空間）が設けられ、成層圏飛行船２０の曳航中に成層圏飛行船２０にその形状維持と浮力調節などに必要な電力、圧縮空気、ヘリウムガスおよび水バラストなどを曳航索３０を介して供給する設備が装備されている。
【００１６】
成層圏飛行船２０は、流線型気球であり、ガスバリヤー膜であるガス袋を主体とする船体２１と尾翼２２とを備え、これら船体２１および尾翼２２の内部に浮揚ガスであるヘリウムガスが充填される加圧膜構造体に構築されている。
船体２１の後部には電動推進式プロペラ２４、船体２１の下部にはシーアンカー２５がそれぞれ設けられ、船体２１の前部よりには曳航索３０を接続する複数の継点２３が設けられている。
【００１７】
成層圏飛行船２０は、成層圏に長期間滞留して地球環境観測や電波中継などに利用される成層圏無人プラットフォームとしての大型飛行船であり、ヘリウムガスの余剰浮力で上昇し、ミッション高度で余剰浮力分の浮揚ガスを放出して滞留し、下降時はヘリウムガスの一部をさらに排出して自重によって海上もしくは地上に降下するものである。
【００１８】
次に、成層圏飛行船２０の回収方法について述べる。
まず、成層圏飛行船２０は、ヘリウムガスの一部を排出してその自重によって海面４０に降下される。降下後、成層圏飛行船２０が突風によって不用意に空中に舞い上がり、降着点より大幅に移動しないようにシーアンカー２５を海中に降ろす。
【００１９】
タグ飛行船１０は、成層圏飛行船２０の近傍に接近し、小型ボートなどの機材およびダイバーなどの作業者を海面４０上に吊り下げて降ろす。作業者は、成層圏飛行船２０を捕捉した後、曳航索３０を成層圏飛行船２０の継点２３から伸びている索に接続し、タグ飛行船１０と成層圏飛行船２０とを継船する。
その後、タグ飛行船１０のサイクロイダルプロペラ１４の推進力により成層圏飛行船２０を曳航し、海上もしくは地上の基地に帰投する。その際、非常時は曳航索３０は随時切断できるものとし、成層圏飛行船２０への電力、圧縮空気、ヘリウムガスおよび水バラストなどの供給はタグ飛行船１０より曳航索３０を介して行われる。
【００２０】
このように、本実施の形態のタグ飛行船１０では、成層圏飛行船２０よりも小型で堅牢な船体１１を有し、強力な内燃機関を動力源とし、低速での推進力に優れたサイクロイダルプロペラ１４の推進装置を有し、曳航中に曳航される成層圏飛行船２０にその形状維持と浮力調節などに必要な電力、圧縮空気、ヘリウムガスおよび水バラストなどの供給ができる設備を有し、捕捉・継船作業に必要な作業者や機材を搭載したので、成層圏飛行船２０を短時間で低コストかつ確実に回収することができる。
【００２１】
また、タグ飛行船１０は推進力が強力で海上の船よりも５０〜６０ノットと格段に速いので、海上での成層圏飛行船２０の回収の業務がないときは山間部や離島への重量物や長大貨物の空中輸送などの業務に従事させ、極力、無駄な時間を作らず有効利用ができ運行スケジュールの経済性を高めることができる。
【００２２】
以上、本発明の実施の形態のタグ飛行船について詳述したが、本発明は、上記実施の形態記載のタグ飛行船に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
たとえば、サイクロイダルプロペラ１４の代わりに、ペリコプターのロータをサイクリックピッチ制御する機構を採用することによって、タグ飛行船１０に頭上げ、頭下げおよび左右方向のモーメントを生じさせ、タグ飛行船１０のピッチおよびヨー方向の姿勢角を短時間の中に変化させ、同時に前進と後退の動作を行わせることもできる。
また、曳航索３０と尾翼１２との干渉を避けるために、尾翼アセンブリを逆Ｙ字型の配置にすることも可能である。
また、タグ飛行船１０の船体１１の重心部に曳航索３０の継点１３を位置させ、曳航索３０と尾翼１２との干渉が回避されるようにすれば、尾翼１２による姿勢制御性能が確実に維持される。
また、曳航される成層圏飛行船２０がタグ飛行船１０よりも大幅に上昇・下降する恐れのあるときは、継点１３に固定した曳航索３０をタグ飛行船１０の船尾で再固定して尾翼１２との干渉を回避することもできる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明によれば、内燃機関を動力源とする推進装置、たとえばサイクロイダルプロペラを装着したタグ飛行船によって成層圏飛行船を空中曳航し基地に帰投させるので、成層圏飛行船を短時間で低コストかつ確実に回収することができる。
また、曳航索は、船体の最大直径部に接続されたので、継点に充分な強度と剛性を得ることができる。
また、曳航索を船体の重心部に接続し、曳航索とタグ飛行船の尾翼との干渉を回避すれば、尾翼による姿勢制御性能を確実に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるタグ飛行船による成層圏飛行船の曳航を説明する図。
【図２】本発明の一実施の形態であるタグ飛行船のサイクロイダルプロペラの原理図。
【図３】本発明の一実施の形態であるタグ飛行船のサイクロイダルプロペラの原理図。
【符号の説明】
１０  タグ飛行船
１１，２１  船体
１２，２２  尾翼
１３，２３  継点
１４  サイクロイダルプロペラ
１４ａ  回転輪
１４ｂ  アーム
１４ｃ  ピボット
１４ｅ  対称翼
１４ｆ  制御点
１４ｇ  チルトリンク
２０  成層圏飛行船
２４  電動推進式プロペラ
２５  シーアンカー
３０  曳航索
４０  海面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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