(57)【要約】      （修正有）【課題】耐波性を格段に向上させた水上飛行機を提供する。【解決手段】フロートはダンパー付きバネ装置を介して機体に装着されているため、波浪の波高に対する機体の上下振動は軽減される。一方、ロッドによってダンパー付きバネ装置の運動は一定以内に規制され、フロートと機体本体との位置関係が限度を超えたものとなることを防いでいる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水上飛行機用フロート・システムであって、該水上飛行機の機体本体との結合部に動的支持装置を備えることを特徴とする、水上飛行機用フロート・システム。
【請求項２】
動的支持装置を介してフロートを機体本体に装着することを特徴とする水上飛行機。
【請求項３】
水上飛行機の機体本体とフロートとを結合するための結合器であって、動的支持装置を備えることを特徴とする結合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水上飛行機に関し、特に水上飛行機のフロートに関する。
【背景技術】
【０００２】
陸地の狭隘な日本は言うまでも無く、インド・スマトラ地震で見られる様に、陸上輸送手段が制約された状態では、大量且つ高速の輸送を確保するために、波浪を伴う海面を対象にした水上飛行機による輸送システムの需要が大きい。
【０００３】
陸路輸送が制約されている状態では海路への需要がクローズアップしてくる。しかし、船舶輸送は輸送速度に限界が有るほか、浚渫や荷揚げ設備等の港湾設備の整備が必要である。その点でヘリコプターは身軽で好ましいが、大量且つ長距離の輸送に向いていない。それに対し、水上機は船舶とは比較にならない高速輸送が可能であるだけでなく、海岸近くまで接近出来るため貨物の積み卸し、人員の乗降が容易である。このように、陸路の交通が途絶した場合は勿論、通常の場合でも特定の離着陸エリア(飛行場)を建設する必要の無い水上機は、自由度の高い輸送手段として好ましいものである。
【０００４】
この様に水上機による交通・輸送への潜在需要は高いにも拘わらず、これまで大きく発達して来なかったのは、従来の水上機が耐波性に欠け、定時運行の信頼性が低いことが大きい。従来の水上機では、海面が僅かに波立つだけで欠航せざるを得なかった。
【０００５】
図１は、従来型水上機における機体とフロートの結合方法を示したものである。従来の水上飛行機１０００は、機体１０１０に形状一定のフロート１０２０及び１０３０を備えている。左のフロート１０２０は、２本の支柱１０３０及び１０４０と一本の斜め部材１０５０で、機体１０１０に剛に結合している。同様に、右のフロート１０６０は、２本の支柱１０７０及び１０８０と一本の斜め部材１０９０で、機体１０１０に剛に結合している。さらに図示されていないが、フロート１０２０と１０６０は、前後に設けられた２本の横部材で結合されている。
【０００６】
これらの部材はトラス構造を構成するため剛性が高いが、フロートと機体は殆ど一体になって運動する為、波浪によるフロートの上下運動がそのまま機体つまり操縦者及び乗客に伝わる。波の波高が低い場合は、従って、高波高時には振動が激しく操縦出来なくなるのである。
【０００７】
このように従来の水上飛行機１０００は、フロートの水中沈下深さと浮力が、バネとして作用するため離着水時の衝撃を緩和出来て飛行機として最低限の要求を満たしているが、波面と機体が一体になって昇降し、更に波の前進に伴って機体はピッチング運動を起こすため波浪に対する耐性が低く、僅かの波浪で運行不能になる。
【０００８】
図２に、耐波性に関する水上機のカタログ値をまとめた表と、それをグラフにしたものを示す。グラフを見ると、耐波性がフロート長に比例して変化して悪化する様子がわかる。水上飛行機は、セスナ級の、機体長７〜８ｍ程度の小型機が多いが、運行可能な波高は、一般に0.3ｍと言われている。
【０００９】
図３は、愛媛県にある佐田岬の波高値グラフを示したものである。（海洋気象台の毎時データ・・・２００３年１年分）佐田岬でのデータによれば、現行のセスナ級の水上機の限界である波高０.３ｍでは、年間で数えるほどしか運行できない。しかし０.６ｍの耐波性が得られれば年間約４０％程度は離着水・滑走が可能になる。
【００１０】
図４のグラフは各地の波高別の累積割合を示したもので、横軸の値以下の波の発生割合を縦軸にプロットしてある。曲線が下にあるほど高波が発生する割合が多いことを示す。極端に高波の多い「CapeCanaveral」「喜夜武岬」と、静かな「LakeErie」は別として、波高0.3ｍ→0.6ｍの領域でグラフが急上昇している様子が読み取れる。従って、現行のセスナ級の水上機の限界である波高０.３ｍでは、運行率の面で不利が否めず、より高い耐波性を持つ水上飛行機が求められている。
【００１１】
このように、従来の水上機は運用環境が厳しく、凪状態の静水面に限られているため、定常的な輸送手段としての信頼性が低く世界的にも例が少ない。日本には現役の水上機航空路線は存在しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、水上飛行機の耐波性を向上させる技術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】
【００１３】
本発明の１つの側面によれば、本発明は、動的支持装置を介してフロートを機体本体に装着することを特徴とする水上飛行機を提供することができる。
【００１４】
動的支持機構とは、例えばフロートと機体本体との間の衝撃を緩和する緩衝機構であることができる。ある実施態様では、上記動的支持機構は、バネ及び／又はダンパーを備える緩衝器であることができる。
【００１５】
本発明による上記の水上飛行機が備える特徴によって、波浪の波高に対する機体の上下振動とピッチング揺動の振幅を低減させることができる。このため、水上飛行機の耐波性を従来技術に比べて格段に向上させることができる。特に、現用の小型実用水上機(4人乗セスナ機等)において、限界といわれる波高０.３ｍを上回る高い波浪水面で離着水・滑走可能なフロート・システムを世界ではじめて実現することができる。
【００１６】
上記の動的支持機構には、プラスチック又はＦＲＰ等の複合材料を利用することが望ましい。
【００１７】
上記の機体本体は、例えば超軽量動力機（ＵＬＰ）やセスナ級小型実用機であることができる。ＵＬＰは、例えば全長約５ｍ、全備重量約４００kgf程度の大きさ及び重量を有する。
【００１８】
本発明による上記の水上飛行機のある実施態様において、上記フロートは、着陸用車輪を備えることができる。
【００１９】
本発明による上記の水上飛行機のある実施態様において、上記水上飛行機は、フロート浮力の等価バネ定数、浮き沈み運動に対するダンピング係数、水力学に基づく付加質量等を上記動的支持装置の状態変数として、これらの状態変数を積極的に変化させるアクティブ制御機構を備えることができる。
【００２０】
本発明の別の側面によれば、本発明は、水上飛行機用フロート・システムであって、該水上飛行機の機体本体との結合部に動的支持装置を備えることを特徴とする、水上飛行機用フロート・システムを提供することができる。
【００２１】
本発明のさらに別の側面によれば、本発明は、水上飛行機の機体本体とフロートとを結合するための結合器であって、動的支持装置を備えることを特徴とする結合器を提供することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、水上飛行機の耐波性を従来技術に比べて格段に向上させることができる。特に、現用の小型実用水上機(4人乗セスナ機等)において、限界といわれる波高０.３ｍを上回る高い波浪水面で離着水・滑走可能なフロート・システムを世界ではじめて実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。ただし以下の説明が本発明の範囲を特に限定するものではないことは、注意しておく必要がある。
【００２４】
図５は、本発明の１実施例である水上飛行機の模式図である。水上飛行機１１００は、機体１１１０と形状一定のフロート１１２０及び１１３０を備えている。フロート１１２０と１１３０とは、これらの間隔が一定に保たれるように、前後に設けられたロッド１２と１４によって結合される。ロッド１２と１４の中心付近には、それぞれ回転自在のピンジョイント６、９を介してダンパー付きバネ装置１５、１６が結合しており、ダンパー付きバネ装置１５、１６はそれぞれ回転自在のピンジョイント３、４を介して機体１１１０の下面中心線付近に接続されている。さらにフロートの前部には、ダンパー付きバネ装置１５、１６の運動を規制するためのロッド１１、１３が回転自在のピンジョイント５、７を介してフロート１１２０、１１３０に結合しており、このロッド１１、１３は回転自在のピンジョイント１、３を介して機体１１１０の下面前方に結合している。
【００２５】
図６は水上飛行機１１００の機体本体とフロートの結合の様子を横方向から描いた図である。図５と図６から分かるように、フロート１１２０と１１３０とはダンパー付きバネ装置１５、１６を介して機体本体１１１０に装着されているため、波浪の波高に対する機体本体１１１０の上下振動は軽減される。一方、ロッド１１〜１４によってダンパー付きバネ装置１５、１６の運動は一定以内に規制され、フロートと機体本体との位置関係が限度を超えたものとなることを防いでいる。
【００２６】
図７は、ダンパー付きバネ装置１５、１６の内部構造を示す図である。このようなダンパー付きバネ装置は、自動車のサスペンションによく見られる。
【００２７】
図８は、本発明によるフロート・システムの原理を説明する図である。従来の構造の内、機体とフロートを結ぶ支柱を圧縮バネに置き換え、並列にダンパーを挿入して、あたかも自動車の車軸と車体を結合するサスペンションと同様の構造に変更している。従って、波浪の波高に対する機体本体１１１０の上下振動は軽減される。
【００２８】
図９と図１０は、本発明によるフロート・システムを備えた水上飛行機の波浪の応答性のシミュレーション結果を、従来の水上飛行機との比較において示したものである。機体の全備質量400kg、内フロート質量60kgのＵＬＰに装着し、周波数３Hz、波高0.5ｍの正弦波状の波浪が加わった時の応答波形を、１次元バネ質量系として解析した応答曲線を示している。
【００２９】
図９は従来の水上飛行機、図１０は本発明によるフロート・システムを備えた水上飛行機のシミュレーション結果である。図９と図１０のいずれにおいても、丸付き文字１が波浪波形、丸付き文字２がフロートの上下振動波形、丸付き文字３がフロートの水位波形、丸付き文字４が機体振動波形を示す。丸付き文字２と丸付き文字４が並行しているのはフロートが剛構造で結合されていることを示している。丸付き文字４の振幅が丸付き文字１よりも大きいのは、フロートが波の上でジャンプしている為である。
【００３０】
図９と図１０を比べると、本発明によるフロート・システムを備えた水上飛行機の上下動が効果的に抑制されていることが分かる。
【００３１】
図１１は、本発明によるフロート・システムを備えた水上飛行機の波浪の応答性のシミュレーション結果を、従来の水上飛行機との比較において示す。機体とフロートを２次元構造にモデル化して有限要素法を適用し、機体の前方から進行して来た波がフロートを押し上げることでピッチングとヒービング運動を励起した場合の現象を解析した。（ａ−１）〜（ａ−４）に従来の水上飛行機について、（ｂ−１）〜（ｂ−４）に本発明によるフロート・システムを備えた水上飛行機について、それぞれ機体とフロートの変位を「1/6周期」毎の時系列で示してある。図中、機体本体の及びフロートの実際の位置は塗りつぶされた絵で示されると共に（（ａ−４）のＰ１参照）、波高が０の時の機体本体の及びフロートの実際の位置が線図で示されている（（ａ−４）のＰ０参照）。
【００３２】
（ａ−１）〜（ａ−４）と（ｂ−１）〜（ｂ−４）を比べると分かるように、本発明によるフロート・システムを備えた水上飛行機は、波浪の波高に対する機体の上下振動の振幅が小さいことが分かる。これは、本発明によるフロート・システムが、動的支持機構を備えているためである。このため本発明によれば、水上飛行機の耐波性を従来技術に比べて格段に向上させることができる。特に、現用の小型実用水上機(4人乗セスナ機等)において、限界といわれる波高０.３ｍを上回る高い波浪水面で離着水・滑走可能なフロート・システムを世界ではじめて実現することができる。
【００３３】
以上、本発明の実施態様を好適な実施例を用いて説明したが、上記の実施例や説明は本発明の範囲を限定するものではない。当業者であれば、この明細書に開示された本発明の範囲を逸脱することなく、様々な応用・変形が可能であることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
佐田岬でのデータによれば、セスナ級の水上機の限界である波高０.３ｍでは年間で数えるほどしか運行できないが、本発明によれば水上飛行機の耐波性を従来技術に比べて格段に向上させることができるので、運航率を大きく向上させることができる。一般に航行可能な波高は、船体長にとともに大きくなるので、より大きな機体に本発明を応用すれば、さらに耐波性、運航率を向上することができる。従って本発明は、その実施態様によっては、高速大量の海上輸送への道を開く可能性のある発明である。また本発明の実施態様によっては、国内外のスポーツ飛行クラブ、海洋観光施設、沿海部の自治体による安全監視、救難、漁業関係の漁場監視等の諸分野への適用と販売が期待でき、さらに、海洋国家日本のインフラ提供、関連中小企業の振興、将来を担う青少年へものづくりの楽しさの実例への寄与が考えられる。
【００３５】
新規需要の掘り起こし・拡大が中心になるため、市場拡大の効果は徐々に現れると思われる。加えて、本発明の様々な実施態様は、高耐波性の魅力で現在世界に約１６,０００機ある水上機への置換需要も期待できる。現在これらの製品は全数輸入で国内にはフロート・メーカは存在しない。
【００３６】
本発明の様々な実施態様を応用した製品の開発製造販売により、高度な海洋工学や航空宇宙技術を有する中小企業メーカや商社等に新たな海外展開を行う幅広いビジネス・チャンスを提供できると考える。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来型水上機における機体とフロートの結合方法を示した図である。
【図２】耐波性に関する水上機のカタログ値をまとめた表と、それをグラフにしたものである。
【図３】愛媛県にある佐田岬の波高値グラフを示したものである。
【図４】各地の波高別の累積割合を示した図である。
【図５】本発明の一実施例である水上飛行機の模式図である。
【図６】水上飛行機の機体本体とフロートとの結合の様子を横方向から描いた図である。
【図７】ダンパー付きバネ装置１５、１６の内部構造を示す図である。
【図８】本発明によるフロート・システムの原理を説明する図である。
【図９】本発明によるフロート・システムを備えた水上飛行機の波浪の応答性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明によるフロート・システムを備えた水上飛行機の波浪の応答性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】本発明によるフロート・システムを備えた水上飛行機の波浪の応答性のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１００  水上飛行機は、機体と形状一定のフロート１１２０及び１１３０を備えている１１１０  機体本体
１１２０  フロート
１１３０  フロート
【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】
2006224686.tif 000009
【図８】
2006224686.tif 000010
【図９】
2006224686.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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