(57)【要約】【課題】  翼とプロペラ等の回転翼を有して離着陸時の揚力や巡航時の推力を得る垂直離着陸機において、省エネルギーで効率の良い原動機を有し、プロペラ等の回転翼の吹き出し方向を垂直面のみならず水平面においても迅速・正確に変更できて、航空機でありながら、地上を走る自動車のような容易な操縦を可能とする航空機。【解決手段】  垂直離着陸機の離着陸時の揚力と巡航時の推力を発生するプロペラの原動機に、省エネルギーで効率の良いリニアモーターの駆動原理を有し、２軸のティルトを高速で実現できる２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を採用して運用すると、風量と吹き出し方向を上下にも左右にも制限も限界もなく自在かつ迅速・正確に変更できるので、操縦において複雑な翼の操作をすることなく、あたかも地上を走る自動車のような感覚で機体を操縦可能な垂直離着陸機を作成できる。【選択図】  図１７
2006021733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに逆回転する２つのリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼を、回転する縦軸方向に重ね合わせて作成することによって、単独の場合に発生する強力なジャイロ効果を相殺したことを特徴とする２重反転のシュラウド付回転翼。
【請求項２】
リニアモーターの駆動原理を有する第１の急速風向変更装置の中央部をドーナツ状にくり抜いた内側の回動する内周部に、第２の同様の急速風向変更装置を直交するように取り付けて、一方の内周部が水平軸の周りに３６０度回転とすれば、他方の内周部が垂直軸の周りに３６０度回転とすることによって、第２の急速風向変更装置の内周部が全周に対し、迅速・正確で自在な動きを可能にしたことを特徴とする２軸ティルトの急速風向変更装置。
【請求項３】
請求項１の２重反転のシュラウド付回転翼を、請求項２の２軸ティルトの急速風向変更装置を構成する第２の急速風向変更装置の内周部に直交するように取り付け一体となしたことによって、風量の発生及び変更が自在で、風向を全周に対し迅速・正確に変更可能であることを特徴とする２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置。
【請求項４】
請求項３の２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に取り付け、翼の操作に代わって、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の風量と風向を自在に変更することによって操縦することを可能としたことを特徴とする垂直離着陸機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、リニアモーターの駆動原理を有する２重反転のシュラウド付回転翼と２軸で吹き出し方向を急速に変更可能な急速風向変更装置とを一体なものとなす、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、翼とプロペラもしくはファン（以下、プロペラ等）を有する航空機の揚力及び推進装置に用いることによって、垂直離着陸及び短距離離着陸を可能とするとともに、操縦においてはあたかも地上を走る自動車と同様の感覚で容易に操縦できる航空機の実現に関する。
【背景技術】
【０００２】  特許文献４、特許文献５、特許文献７、特許文献９及び非特許文献１は、巡航時の揚力の大部分を発生する固定翼を有し、プロペラ等の回転翼をもって、離着陸時の揚力や巡航時の推力を得て飛行する垂直離着陸機であり、駆動に関しては、特許文献５、特許文献７、特許文献９及び非特許文献１は、いずれもプロペラ等の回転翼の回転の中心に動力を作用させ、特許文献４は、ファンの回転の中心にある燃焼室でジェット燃料の爆発的燃焼をもって駆動力や推進力を得て、プロペラ等の回転翼を駆動させるが、それらの駆動には、莫大なエネルギーを消費している。【０００３】  駆動に関し、特許文献１、特許文献３、特許文献６及び特許文献８は、プロペラ等の回転翼の回転の中心に莫大なエネルギーを消費しつつ動力を接続するという従来からの方式をやめ、最小のエネルギーで効率の良いトルク（回転トルク）を得ることができる回転翼の翼端部付近にリニアモーターの駆動原理を適用してプロペラ等の回転翼を回転させるシュラウド付回転翼の仕組みを提案した。リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼の駆動力は、回転翼の翼端部付近で発生する関係上、シュラウド側の固定子となる磁石と翼端部側（円環や回転ダクトを含む）の回転子となる磁石との間に発生する力の大きさと、シュラウドの半径との積によって、その回転トルクの大きさが決定するので、シュラウドの開口部の大きさ（以下、口径）が大きなものほど、有効な揚力や推力を発生できる。しかし、特許文献８は、プロペラ等の回転翼を構成するブレードの伸縮について全く考慮されておらず、特許文献６は、ブレードの伸縮を、遠心力と温度変化の２つのみの考慮で、ブレードを長大にし、水平位置で使用した際のブレードの自重から生じるたわみやゆがみについては考慮されておらず、また、もともと直径１．２ｍ（半径０．６ｍ）程度までを想定して作られた発明であるのでブレード等の伸縮対処が不十分で、大きな口径ほど、有利な効果を発揮できるリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼ではあるが、その開示された仕組みを拡張し一般化しても、直径が概ね３ｍ（半径が概ね１．５ｍ）を超えるような口径のシュラウド付回転翼を作成することは著しく困難である。特許文献３は、ブレードの翼厚中にブレードの大きな伸縮にも対応できるための電気機械的な仕組みを有しているが、吹き出し方向の急速な変更には脆弱な部分を有しているので、回転ディスク面を傾けることなく、回転面の任意の位置のブレードの迎角を摺動装置等で変えながら揚力を調整したり、２重反転にして使用する等、強烈なジャイロ効果の影響が少ない環境で使用することが望ましい。特許文献１は、大口径ほど有利な効果を持つリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼の特性の、その有利な効果の最大限の発揮を可能とするために、ブレード上の途中途中にブレードの自重によるたわみやゆがみを抑える回転支持部を有し、回転支持部をもってしても残るブレードの遠心力と熱による伸縮は回転ダクトが吸収する等、ブレードの伸縮対策がなされているため、理論的には、無限の大口径のシュラウド付回転翼の作成が可能であり、また、吹き出し方向の急速な変更を実施する環境でも、使用可能で��る。【０００４】  ティルトに関し、特許文献２、特許文献５、特許文献７、特許文献９及び非特許文献１は、垂直面上で１軸の周りにティルトする方式で、水平面上で左右にティルトする仕組みは有していない。ティルトの方式は、電動モーター、歯車装置、遊星歯車装置、ラックピニオン装置、油圧装置、ラックピニオン形シリンダ装置及び急速風向変更装置によって行われるが、急速風向変更装置を除けば、ティルトは徐々に行われるものであって、たとえば特許文献７では、９０度のティルトに１２９秒〜６０秒を要し、速いものでも数秒、通常、１分を超える程度の速度である。特許文献４は、２軸のティルト機構をラックピニオン形シリンダ装置によって実現しているが、強烈なジャイロ効果に打ち勝って吹き出し方向を変更するためには、大きな力を必要とし、その分、回動速度が抑えられることから、最速で見積もっても９０度のティルトには数秒かかるものと推定され、また、ラックピニオン形シリンダ装置のティルト可能な角度範囲は、シリンダを有する構造上、限界のある有限なので、ティルト方向を限定される場合を生ずることもあり、２軸でありながら自在とはいい難い上に、そのファンエンジンから出る後流は、きわめて高熱で長大なため、機体側を遮蔽板によって防護するといえども、機体に後流が当たる方向へ向けることは、著しく危険性をともなうので事実上実施できず大きな制限を有する。【０００５】  ティルトに関して、特許文献２の急速風向変更装置は、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼と同様の仕組みをもつので、強烈なジャイロ効果に抗して大きな力を発揮し、ティルト速度も９０度を１秒以内で転向するだけの能力を有し、１軸上でティルトできる角度範囲に限界も制限もない。しかしながら、急速風向変更装置の形状が円盤状もしくは円筒状のため、２軸のティルト装置の作成は、困難である。【０００６】  操縦性に関しては、特許文献４、特許文献５、特許文献７、特許文献９及び非特許文献１は、左右のプロペラ等の推力の独立的な変更は慣用技術として可能ではあっても、進行方向の変更に際しては、原則、翼を操作して実施する。特に、大きく進行方向を変えるときには、機体そのものをバンクして行うが、機体がバンクして翼が傾くと翼の揚力が減少し、減少した揚力を、翼の他の部分の操作や、プロペラ等の推力の操作等、複雑な操作を伴う。この中で、特許文献４のファンエンジンは、２軸のティルトを持つので、機体を水平にしたままファンエンジンの向きを左右に向けて、機体を傾けることによる翼の揚力低下を生ずることなく、進行方向を変えることが可能である。しかしながら、ジェット燃料を燃焼するファンエンジンは、エンジン出力の微細な調整が困難な上に、出力のアップ・ダウンの指示に対する時間遅れが大きく、また、超高速で回転するファンエンジンのブレードには、迎角を変更して風量を調整する仕組みを構成することは著しく困難であるので、機体の進行方向を変える際に、ファンエンジンの左右の向きの変更と出力の増減をもって、翼の方向舵に代えて操縦に用いることはできない。すなわち、たとえコンピュータを介することによって操作を容易にすることはできても、ファンエンジンの応答速度やティルト��置の回動速度を早めることにはならないことから、操縦性の向上を図ることはできない。【０００７】
【特許文献１】  特願２００４−０４８６８６号（請求項１、図４、図６）
【特許文献２】  特願２００３−２９０８７３号（請求項１、図１３）
【特許文献３】  特願２００２−３８３０３１号（請求項１、図１、図２、図４、図６）
【特許文献４】  特開２００３−１３７１９２号公報（請求項１、請求項２、請求項５、図１、図２、図５、図６、図８、図９、図１０、図１１、図１２）
【特許文献５】  特開２００２−２０５６９４号公報（請求項１、請求項２、請求項３、図１、図７、図８、図９）
【特許文献６】  特開２００１−０９７２８８号公報（請求項６、図７、図８）
【特許文献７】  特表平１１−５１３６３５号公報（請求項１、請求項２、請求項７、請求項１０、請求項１１、請求項２３、請求項２４、請求項２６、図１、図２、図３、図６、図９、図１２）
【特許文献８】  特開平７−２０５８９７号公報（請求項１、０００８、図１、図２、図３）
【特許文献９】  特開平５−０７７７８９号公報（請求項１、図１、図２）
【非特許文献１】  西川  渉、”航空の現代：４発ティルトローター機”、［ｏｎｌｉｎｅ］、「日本航空新聞」２０００年９月２１日付掲載、［平成１６年４月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ２ｇ．ｂｉｇｌｏｂｅ．ｎｅ．ｊｐ／〜ａｖｉａｔｉｏｎ／ｑｔｒ０００９２１．ｈｔｍｌ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  翼とプロペラ等の回転翼を有して離着陸時の揚力や巡航時の推力を得る垂直離着陸機において、省エネルギーで効率の良い原動機で、プロペラ等の回転翼の吹き出し方向を垂直面のみならず水平面においても素早くかつ正確に変更可能で、航空機でありながら、地上を走る自動車のような容易な操縦性を有する航空機が、解決しようとする課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  垂直離着陸機の離着陸時の揚力と巡航時の推力を発生するプロペラの原動機には、省エネルギーで効率の良いリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼を使用する。リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、大口径ほど効率が良く、所要の揚力や推力を発生できるが、本発明の垂直離着陸機は、短距離離着陸の運用も可能とするため、プロペラのブレードの回転半径は２．５ｍ程度を目安として作成する。口径が小さいことによる揚力及び推力の増強策として、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、互いに逆方向に回転する２つを回転軸方向に重ね合わせた２重反転のシュラウド付回転翼を作成して使用する。２重反転のシュラウド付回転翼は、ジャイロ効果を相殺できるので、吹き出し方向を急速に変更する際にも、有効である。【００１０】  プロペラ等の向きを上下もしくは左右に全周の３６０度回動するティルト装置は、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼と同様な構造を持ち、大きな力を発揮できてティルト可能な角度範囲に制限や限界がなく、素早い動きの可能な急速風向変更装置を使用する。この際、従来の急速風向変更装置は、円盤状もしくは円筒状であったが、中央部をくり抜いたドーナツ状のものを作成し、ドーナツ状の急速風向変更装置の外側が固定された場合に、内側が回動し、回動する内側に、もう一つの急速風向変更装置を直交するように取り付けて２軸の急速風向変更装置を作成し、内側の急速風向変更装置に２重反転のシュラウド付回転翼を取り付けて一体となした２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置として運用する。【００１１】  水平飛行している間の操縦において、複雑な翼の操作をすることなく、あたかも地上を走る自動車のような感覚で機体を操縦できるためには、迅速・的確なプロペラ等の吹き出し方向の変更が随時可能で、かつ推力の増減が、タイムリーに可能である必要がある。特許文献４のファンエンジンに係るティルト装置は、高速で回転するファンエンジンのジャイロ効果が大きいことと、２軸のラックピニオン形シリンダ装置のティルト速度が遅くかつティルト可能な角度範囲に制限があること、並びにファンエンジンの推力の機微なる変更は、著しく困難なことから、２軸であっても必ずしも操縦性能の向上にならなかった。しかし、本発明の２重反転のシュラウド付回転翼は、強烈なジャイロ効果を、エンジン内で相殺でき、かつ推力を変更するための回転数の増減が、容易かつ時間遅れがない。また、２軸ティルトの急速風向変更装置は、ティルト可能な角度範囲に制限や限界がなく、ティルトは迅速な上に、吹き出し方向の設定もディジタル的に正確である。よって、本発明の２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置は、その風量と吹き出し方向を上下にも左右にも自在に変更できるので、操縦性能の向上に充分に寄与することができる。【００１２】  巡航時は、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を推力装置として用い、翼の揚力をもって飛行する。ただし、短距離離着陸実施時や機体の存速が低下して翼の揚力が充分得られない場合、あるいは旋回時の機体の高度沈下の場合においては、図１３〜図２０の実施例では、２重反転���軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向の操作を行って俯角を与え、推力の一部を揚力として用いて翼の揚力の補助とし、図２１〜図２８の実施例では、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼の風量の増減をもって揚力の補助をする。
【発明の効果】
【００１３】  リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、省エネルギーで大きな揚力や推力の発生が可能な上に、軽量である。本発明は、このシュラウド付回転翼の発生する強烈なジャイロ効果を相殺するような２重反転のシュラウド付回転翼であるので、固定翼機の翼端等の脆弱な部分への取付も可能である。また、２軸であっても風量の吹き出し方向の角度制限と遅い回動速度に問題がある特許文献４と異なり、本発明の２軸ティルトの急速風向変更装置は、全周の３６０度で吹き出し方向に制限や限界がなく、どの向きにも迅速・正確に変更できることから、翼の方向舵の操作の代わりをさせることが充分にできるので、２重反転のシュラウド付回転翼と２軸ティルトの急速風向変更装置を一体のものとした本発明の２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を用いると、高い操縦性能を有する垂直離着陸機を作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  原動機の作成については、省エネルギーで効率の良い方式が追求できることと、２重反転を作成する際には電気的装置だけで実現できて歯車装置等の複雑な機構が不要であることから、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼を採用する。この際、使用場所において吹き出し方向を急速に変更することから、吹き出し方向の急速な変化に対応できる構造を有する特許文献１に記載された回転ダクト方式シュラウド付回転翼をジャイロ効果を相殺できるように回転する縦軸方向に２つ重ねて作成する。【００１５】  ティルト機構の作成については、電動モーター、歯車装置、遊星歯車装置、ラックピニオン装置のいずれもティルト時の速度が充分ではない。また、比較的回動速度を上げることのできる油圧装置やラックピニオン形シリンダ装置は、ティルト可能な角度に限界がある。よって、高速でティルトでき、かつティルト可能な角度に制限のない特許文献２の急速風向変更装置を使用する。ただし、このままでは２軸のティルト機構の作成はできないので、水平に設置した第１の急速風向変更装置の中央部をドーナツ状にくり抜き、くり抜いた第１の急速風向変更装置の内側に第２の同じくドーナツ状の急速風向変更装置を垂直に直交するように取り付けたものを２軸ティルトの急速風向変更装置として使用する。【００１６】  垂直離着陸機の離着陸時の揚力の発生や巡航時の推力の発生及び機体の方向を翼の操作に代わって行う装置の作成は、リニアモーターの駆動原理を有する２重反転のシュラウド付回転翼を、第１と第２のドーナツ状の急速風向変更装置を直交するように組み合わせた２軸ティルトの急速風向変更装置の内側の第２の急速風向変更装置の内周部に直交するように取り付けて一体となし、これを２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置とすることによって、揚力並びに巡航時の推力及び操縦時の推力装置とする。【００１７】  本発明では、離着陸時の揚力、巡航時の推力及び方向舵の役目を果たす推力となる２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に取り付けて垂直離着陸機とする。
【実施例１】
【００１８】  図１〜図４は、特許文献１の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を、強力なジャイロ効果を相殺できるように互いに逆回転するように２つ重ねた、２重反転のシュラウド付回転翼の実施例である。
【実施例２】
【００１９】  図５〜図８は、特許文献２の急速風向変更装置の中央部をドーナツ状にくり抜いた第１の急速風向変更装置の内側に、同様の第２の急速風向変更装置を直交するように取り付けた、２軸ティルトの急速風向変更装置の実施例である。
【実施例３】
【００２０】  図９〜図１２は、２重反転のシュラウド付回転翼を２軸ティルトの急速風向変更装置の内周部に取り付けた、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の実施例である。
【実施例４】
【００２１】  図１３〜図２０は、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の４つの翼に１基ずつの計４基（以下、翼に４基）を取り付けた、垂直離着陸機の実施例である。
【実施例５】
【００２２】  図２１〜図２８は、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基とティルト装置のない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の一方の側面に２基ずつ両方の側面で計４基（以下、側面に４基）の計８基を取り付けた、垂直離着陸機の実施例である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】  本発明の垂直離着陸機の原動機は、回転力の作用点を回転翼の翼端部付近に作用させて効率的にプロペラ等を回転させることのできるリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼なので、従来の回転のための駆動力を回転の中心軸に作用させる原動機の場合に比べ、はるかに省エネルギーを実現できる。また、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、その口径が大きければ大きいほど揚力や推力の発生において有利な効果を発揮できるので、大型の垂直離着陸を作成して大量輸送に結びつけることが容易である。大型の機体を作る場合においても、本発明の２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置と、ティルト機構を有さない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を組み合わせた場合には、大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を用いても、機体高を低く抑えることができるので、進行方向に対する抵抗を減ずることができ、垂直離着陸機の輸送力の増大と速度の増加を、同時に実現することもできる。また、離着陸場所を選ばないので、貧弱な設備の飛行場の利用や緊急の場合は広場のような場所の利用が可能である。さらに、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置は、風量の増減も風向の変更も応答性がきわめて良いので、翼の操作に代えて、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の風量と風向の変更をもって、あたかも地上を走る自動車の感覚のような容易な操縦を可能とするので、操縦者への負担の軽減ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】  ２重反転のシュラウド付回転翼の正面図である。
【図２】  ２重反転のシュラウド付回転翼の平面図である。
【図３】  ２重反転のシュラウド付回転翼の側面図である。一点鎖線は切断表示する個所を示し、燕尾矢印は切断面を見る方向を表す。
【図４】  ２重反転のシュラウド付回転翼の断面図である。
【図５】  ２軸ティルトの急速風向変更装置の正面図である。
【図６】  ２軸ティルトの急速風向変更装置の平面図である。
【図７】  ２軸ティルトの急速風向変更装置の側面図である。一点鎖線は切断表示する個所を示し、燕尾矢印は切断面を見る方向を表す。
【図８】  ２軸ティルトの急速風向変更装置の断面図である。
【図９】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の正面図である。
【図１０】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の平面図である。
【図１１】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の側面図である。一点鎖線は切断表示する個所を示し、燕尾矢印は切断面を見る方向を表す。
【図１２】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の断面図である。
【図１３】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の正面図である。
【図１４】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の平面図である。
【図１５】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の側面図である。
【図１６】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の水平飛行時の平面図である。
【図１７】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の、前の２つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振ることによって、機体を右方向へ旋回する場合の平面図である。機体の進行方向は、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の推力のみでコントロールできるので、翼を傾けることがなく、方向変換中でも水平飛行を維持できる。
【図１８】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の、前後の４つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振ることによって、機体を右方向へゆっくりと平行移動する場合の平面図である。従来の航空機（運動性優先設計機（ＣＣＶ：Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）を除く）にはできなかった横への平行移動を、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の推力のみで実施できる。
【図１９】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の、前後の４つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振ることによって、機体を右方向へ急激に平行移動する場合の平面図である。従来の航空機（運動性優先設計機（ＣＣＶ：Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）を含む）にはできなかった急激な横への平行移動であるが、巡航時にこれを行うのは、本発明の垂直離着陸機が突然の障害物を避ける場合や、戦場でのミサイル追尾をかわす際などの特殊な場合に使用される。
【図２０】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の、前後の２つずつの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を互いに逆方向に振ることによって、機体を急激に右旋回する場合の平面図である。曲芸飛行のような１種のスピン飛行であるが、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の推力操作のみで実施できるので、垂直離着陸機の存速が充分残っている間の本発明の垂直離着陸機にとっては、難しい操縦ではない。
【図２１】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の正面図である。
【図２２】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の平面図である。
【図２３】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の側面図である。
【図２４】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機の水平飛行時の平面図である。
【図２５】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機が、前方の２つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振って、右に旋回する場合の平面図である。この場合は、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼が、常時、必要な揚力の発生ができるので、機体の存速の有無にかかわらず旋回可能である。さらに旋回の要領も、大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼の揚力を旋回の内側と外側でコントロールすることによって、あたかも４輪自動車のような機体の水平を保ったままの方向変換も、２輪バイクのような機体を傾けた方向変換も、あるいはスラロームのような行動を行うことも可能である。
【図２６】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機が、前後の４つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振ることによって、機体を右方向へゆっくりと平行移動する場合の平面図である。従来の航空機（運動性優先設計機（ＣＣＶ：Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）を除く）にはできなかった横への平行移動を、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の推力操作のみで実施できる。この場合は、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼が、常時、必要な揚力の発生ができるので、機体の存速の有無にかかわらず実施可能である。
【図２７】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機が、前後の４つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振ることによって、機体を右方向へ急激に平行移動する場合の平面図である。従来の航空機（運動性優先設計機（ＣＣＶ：Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）を含む）にはできなかった急激な横への平行移動であるが、巡航時にこれを行うのは、本発明の垂直離着陸機が突然の障害物を避ける場合や、戦場でのミサイル追尾をかわす際などの特殊な場合に使用される。この場合は、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼が、常時、必要な揚力の発生ができるので、機体の存速の有無にかかわらず実施可能である。
【図２８】  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機が、前方の２つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置と、後方の２つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を互いに逆方向へ振って、急速に右旋回する場合の平面図である。この場合には、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼が、常時、揚力を発生できるので、機体の存速の有無にかかわらず旋回が可能である。
【符号の説明】
【００２５】      １  ２重反転のシュラウド付回転翼
２  第１の急速風向変更装置
３  第２の急速風向変更装置
４  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置
５  ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼
６  急速風量発生風向変更装置によって作られる風量の風向（後流方向）
１１  シュラウド
１２  ブレード
１３  ハブ
１０１  電磁石
１０２  永久磁石
１０３  回転ダクト
【図１】
2006021733.tif 000003
【図２】
2006021733.tif 000004
【図３】
2006021733.tif 000005
【図４】
2006021733.tif 000006
【図５】
2006021733.tif 000007
【図６】
2006021733.tif 000008
【図７】
2006021733.tif 000009
【図８】
2006021733.tif 000010
【図９】
2006021733.tif 000011
【図１０】
2006021733.tif 000012
【図１１】
2006021733.tif 000013
【図１２】
2006021733.tif 000014
【図１３】
2006021733.tif 000015
【図１４】
2006021733.tif 000016
【図１５】
2006021733.tif 000017
【図１６】
2006021733.tif 000018
【図１７】
2006021733.tif 000019
【図１８】
2006021733.tif 000020
【図１９】
2006021733.tif 000021
【図２０】
2006021733.tif 000022
【図２１】
2006021733.tif 000023
【図２２】
2006021733.tif 000024
【図２３】
2006021733.tif 000025
【図２４】
2006021733.tif 000026
【図２５】
2006021733.tif 000027
【図２６】
2006021733.tif 000028
【図２７】
2006021733.tif 000029
【図２８】
2006021733.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月27日(2004.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】  駆動に関し、特許文献１、特許文献３、特許文献６及び特許文献８は、プロペラ等の回転翼の回転の中心に莫大なエネルギーを消費しつつ動力を接続するという従来からの方式をやめ、最小のエネルギーで効率の良いトルク（回転モーメント、ねじり偶力）を得ることができる回転翼の翼端部付近にリニアモーターの駆動原理を適用してプロペラ等の回転翼を回転させるシュラウド付回転翼の仕組みを提案した。リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼の駆動力は、回転翼の翼端部付近で発生する関係上、シュラウド側の固定子となる磁石と翼端部側（円環や回転ダクトを含む）の回転子となる磁石との間に発生する力の大きさと、シュラウドの半径との積によって、その回転トルクの大きさが決定するので、シュラウドの開口部の大きさ（以下、口径）が大きなものほど、有効な揚力や推力を発生できる。しかし、特許文献８は、プロペラ等の回転翼を構成するブレードの伸縮について全く考慮されておらず、特許文献６は、ブレードの伸縮を、遠心力と温度変化の２つのみの考慮で、ブレードを長大にし、水平位置で使用した際のブレードの自重から生じるたわみやゆがみについては考慮されておらず、また、もともと直径１．２ｍ（半径０．６ｍ）程度までを想定して作られた発明であるのでブレード等の伸縮対処が不十分で、大きな口径ほど、有利な効果を発揮できるリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼ではあるが、その開示された仕組みを拡張し一般化しても、直径が概ね３ｍ（半径が概ね１．５ｍ）を超えるような口径のシュラウド付回転翼を作成することは著しく困難である。特許文献３は、ブレードの翼厚中にブレードの大きな伸縮にも対応できるための電気機械的な仕組みを有しているが、吹き出し方向の急速な変更には脆弱な部分を有しているので、回転ディスク面を傾けることなく、回転面の任意の位置のブレードの迎角を摺動装置等で変えながら揚力を調整したり、２重反転にして使用する等、強烈なジャイロ効果の影響が少ない環境で使用することが望ましい。特許文献１は、大口径ほど有利な効果を持つリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼の特性の、その有利な効果の最大限の発揮を可能とするために、ブレード上の途中途中にブレードの自重によるたわみやゆがみを抑える回転支持部を有し、回転支持部をもってしても残るブレードの遠心力と熱による伸縮は回転ダクトが吸収する等、ブレードの伸縮対策がなされているため、理論的には、無限の大口径のシュラウド付回転翼の作成が可能であり、また、吹き出し方向の急速な変更を実施する環境でも、使用可能である。
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月7日(2005.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）リニアモーターによる力の発生と作用点を円環や回転ダクトを含む回転するブレードの翼端部付近に有し、回転の中心部には駆動力の接続を行わないところのリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼（以下、シュラウド付回転翼）を２つ有すること。
（２）２つのシュラウド付回転翼は、互いに逆回転する２つの回転の中心軸を合わせ、回転軸方向に縦に連ねて一体化して構成されていること。
（３）互いに逆回転する２つのシュラウド付回転翼の間には、歯車装置や遊星歯車装置や油圧装置（以下、歯車装置等）の複雑な機構を介して関連させることなく、互いに独立した電気的装置だけを用いて反転していること。
以上を特徴とする２重反転のシュラウド付回転翼。
【請求項２】
（１）請求項１のシュラウド付回転翼と同様、駆動力は円環や回転ダクトを含む回転するブレードの翼端部付近で発生するが、固定されたシュラウド側に対向してリニアモーターの駆動原理によって回動する内周部となる回転ダクト部を残し、シュラウド付回転翼にはあったブレードを含むブレードから内側の装置を取り外して、回転ダクト部のみがシュラウドに対して回動するように作成した急速風向変更装置であること。
（２）急速風向変更装置は、外側に第１、その内側に第２の２つ有すること。
（３）第１の急速風向変更装置の回動する回転ダクトの内周部に、第２の急速風向変更装置のシュラウドを、第１の急速風向変更装置と第２の急速風向変更装置の回動軸が互いに直交する関係位置で取り付けて一体化されていること。
（４）一方の急速風向変更装置の回転ダクトから成る内周部が水平軸の周りに３６０°回動とすれば、他方の急速風向変更装置の回転ダクトから成る内周部が垂直軸の周りに３６０°回動とする２軸の回動軸を有すること。
以上の２つの急速風向変更装置の第１の急速風向変更装置のシュラウドを固定した際に、ティルトに関し１軸ずつの第１、第２の急速風向変更装置が共動して２軸で回動することによって、第２の急速風向変更装置の内周部が全周に対し、全方向への自在な動きをなすことを可能にしたことを特徴とする２軸ティルトの急速風向変更装置。
【請求項３】
請求項１の２重反転のシュラウド付回転翼を、請求項２の２軸ティルトの急速風向変更装置を構成する第２の急速風向変更装置の内周部に、２重反転のシュラウド付回転翼の回転軸と第２の急速風向変更装置の回動軸とが互いに直交するように取り付け、第１の急速風向変更装置、第２の急速風向変更装置及び２重反転のシュラウド付回転翼を一体化して構成したことから、風量の発生が自在な２重反転のシュラウド付回転翼の風向を、２軸の急速風向変更装置によって、全周に対し迅速・正確に吹き出し方向の変更が可能であることを特徴とする２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置。
【請求項４】
請求項３の２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼部に取り付け、翼の操作に代わって、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の風量と風向を自在に変更することによって操縦することを可能としたことを特徴とする垂直離着陸機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモーターの駆動原理を有する２重反転のシュラウド付回転翼と２軸で吹き出し方向を急速に変更可能な急速風向変更装置とを一体なものとなす、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、翼とプロペラもしくはファン（以下、プロペラ等）を有する航空機の揚力及び推進装置に用いることによって、垂直離着陸及び短距離離着陸を可能とするとともに、操縦においてはあたかも地上を走る自動車と同様の感覚で容易に操縦できる航空機の実現に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献４、特許文献５、特許文献７、特許文献９及び非特許文献１は、巡航時の揚力の大部分を発生する固定翼を有し、プロペラ等の回転翼をもって、離着陸時の揚力や巡航時の推力を得て飛行する垂直離着陸機であり、駆動に関しては、特許文献５、特許文献７、特許文献９及び非特許文献１は、いずれもプロペラ等の回転翼の回転の中心に動力を作用させ、特許文献４は、ファンの回転の中心にある燃焼室でジェット燃料の爆発的燃焼をもって駆動力や推進力を得て、プロペラ等の回転翼を駆動させるが、それらの駆動には、莫大なエネルギーを消費している。
【０００３】
駆動に関し、特許文献１、特許文献３、特許文献６及び特許文献８は、プロペラ等の回転翼の回転の中心に莫大なエネルギーを消費しつつ動力を接続するという従来からの方式をやめ、最小のエネルギーで効率の良いトルク（回転モーメント、ねじり偶力）を得ることができる回転翼の翼端部付近にリニアモーターの駆動原理を適用してプロペラ等の回転翼を回転させるシュラウド付回転翼の仕組みを提案した。リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼の駆動力は、回転翼の翼端部付近で発生する関係上、シュラウド側の固定子となる磁石と翼端部側（円環や回転ダクトを含む）の回転子となる磁石との間に発生する力の大きさと、シュラウドの半径との積によって、その回転トルクの大きさが決定するので、シュラウドの開口部の大きさ（以下、口径）が大きなものほど、有効な揚力や推力を発生できる。しかし、特許文献８は、プロペラ等の回転翼を構成するブレードの伸縮について全く考慮されておらず、特許文献６は、ブレードの伸縮を、遠心力と温度変化の２つのみの考慮で、ブレードを長大にし、水平位置で使用した際のブレードの自重から生じるたわみやゆがみについては考慮されておらず、また、もともと直径１．２ｍ（半径０．６ｍ）程度までを想定して作られた発明であるのでブレード等の伸縮対処が不十分で、大きな口径ほど、有利な効果を発揮できるリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼ではあるが、その開示された仕組みを拡張し一般化しても、直径が概ね３ｍ（半径が概ね１．５ｍ）を超えるような口径のシュラウド付回転翼を作成することは著しく困難である。特許文献３は、ブレードの翼厚中にブレードの大きな伸縮にも対応できるための電気機械的な仕組みを有しているが、吹き出し方向の急速な変更には脆弱な部分を有しているので、回転ディスク面を傾けることなく、回転面の任意の位置のブレードの迎角を摺動装置等で変えながら揚力を調整したり、２重反転にして使用する等、強烈なジャイロ効果の影響が少ない環境で使用することが望ましい。特許文献１は、大口径ほど有利な効果を持つリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼の特性の、その有利な効果の最大限の発揮を可能とするために、ブレード上の途中途中にブレードの自重によるたわみやゆがみを抑える回転支持部を有し、回転支持部をもってしても残るブレードの遠心力と熱による伸縮は回転ダクトが吸収する等、ブレードの伸縮対策がなされているため、理論的には、無限の大口径のシュラウド付回転翼の作成が可能であり、また、吹き出し方向の急速な変更を実施する環境でも、使用可能である。
【０００４】
ティルトに関し、特許文献２、特許文献５、特許文献７、特許文献９及び非特許文献１は、垂直面上で１軸の周りにティルトする方式で、水平面上で左右にティルトする仕組みは有していない。ティルトの方式は、電動モーター、歯車装置、遊星歯車装置、ラックピニオン装置、油圧装置、ラックピニオン形シリンダ装置及び急速風向変更装置によって行われるが、急速風向変更装置を除けば、ティルトは徐々に行われるものであって、たとえば特許文献７では、９０°のティルトに１２９秒〜６０秒を要し、速いものでも数秒、通常、１分を超える程度の速度である。特許文献４は、２軸のティルト機構をラックピニオン形シリンダ装置によって実現しているが、強烈なジャイロ効果に打ち勝って吹き出し方向を変更するためには、大きな力を必要とし、その分、回動速度が抑えられることから、最速で見積もっても９０°のティルトには数秒かかるものと推定され、また、ラックピニオン形シリンダ装置のティルト可能な角度範囲は、シリンダを有する構造上、限界のある有限なので、ティルト方向を限定される場合を生ずることもあり、２軸でありながら自在とはいい難い上に、そのファンエンジンから出る後流は、きわめて高熱で長大なため、機体側を遮蔽板によって防護するといえども、機体に後流が当たる方向へ向けることは、著しく危険性をともなうので事実上実施できず大きな制限を有する。
【０００５】
ティルトに関して、特許文献２の急速風向変更装置は、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼と同様の仕組みをもつので、強烈なジャイロ効果に抗して大きな力を発揮し、ティルト速度も９０°を１秒以内で転向するだけの能力を有し、１軸上でティルトできる角度範囲に限界も制限もない。しかしながら、急速風向変更装置の形状が円盤状もしくは円筒状のため、２軸のティルト装置の作成は、困難である。
【０００６】
操縦性に関しては、特許文献４、特許文献５、特許文献７、特許文献９及び非特許文献１は、左右のプロペラ等の推力の独立的な変更は慣用技術として可能ではあっても、進行方向の変更に際しては、原則、翼を操作して実施する。特に、大きく進行方向を変えるときには、機体そのものをバンクして行うが、機体がバンクして翼が傾くと翼の揚力が減少し、減少した揚力を、翼の他の部分の操作や、プロペラ等の推力の操作等、複雑な操作を伴う。この中で、特許文献４のファンエンジンは、２軸のティルトを持つので、機体を水平にしたままファンエンジンの向きを左右に向けて、機体を傾けることによる翼の揚力低下を生ずることなく、進行方向を変えることが可能である。しかしながら、ジェット燃料を燃焼するファンエンジンは、エンジン出力の微細な調整が困難な上に、出力のアップ・ダウンの指示に対する時間遅れが大きく、また、超高速で回転するファンエンジンのブレードには、迎角を変更して風量を調整する仕組みを構成することは著しく困難であるので、機体の進行方向を変える際に、ファンエンジンの左右の向きの変更と出力の増減をもって、翼の方向舵に代えて操縦に用いることはできない。すなわち、たとえコンピュータを介することによって操作を容易にすることはできても、ファンエンジンの応答速度やティルト装置の回動速度を早めることにはならないことから、操縦性の向上を図ることはできない。
【０００７】
【特許文献１】特願２００４−０４８６８６号（請求項１、図４、図６）
【特許文献２】特願２００３−２９０８７３号（請求項１、図１３）
【特許文献３】特願２００２−３８３０３１号（請求項１、図１、図２、図４、図６）
【特許文献４】特開２００３−１３７１９２号公報（請求項１、請求項２、請求項５、図１、図２、図５、図６、図８、図９、図１０、図１１、図１２）
【特許文献５】特開２００２−２０５６９４号公報（請求項１、請求項２、請求項３、図１、図７、図８、図９）
【特許文献６】特開２００１−０９７２８８号公報（請求項６、図７、図８）
【特許文献７】特表平１１−５１３６３５号公報（請求項１、請求項２、請求項７、請求項１０、請求項１１、請求項２３、請求項２４、請求項２６、図１、図２、図３、図６、図９、図１２）
【特許文献８】特開平７−２０５８９７号公報（請求項１、０００８、図１、図２、図３）
【特許文献９】特開平５−０７７７８９号公報（請求項１、図１、図２）
【特許文献１０】特開２００４−０１７７２２号公報（請求項２、請求項３、０００３、０００９、００２９、００３２、図１、図２）
【特許文献１１】特開２００３−１７０８９８号公報（請求項１、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、図１）
【特許文献１２】特表２００３−５１２２５３号公報（請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１８、請求項１９、０００２、０００６、０００７、０００８、０００９、００１０、００１１、００１２、００１３、００１５、００１７、００１８、００１９、００２２、００２３、００２４、００２５、００２６、００２７、００２８、００２９、００３０、００３１、００３３、００３６、図１、図２、図３、図４）
【特許文献１３】特開２００１−０２６２９７号公報（請求項１、０００８、０００９、００１０、００１１、００１２、００１３、００１４、００１５、００１６、００１７、００１８、００１９、００２３、００２４、００２５、００２６、００２７、００２８、００２９、００３７、００４０、００４２、００４５、００９６、００９９、０１００、０１０１、０１０２、０１０３、０１０４、０１１１、図１、図２、図３、図４、図５、図７、図１１、図１２、図１３）
【特許文献１４】特開２００１−０１８８９５号公報（請求項１、００１８、００１９、００２６、００２７、００２８、００２９、００４２、０１０４、０１０５、０１０９、０１１０、０１１１、０１２９、図１、図２、図３、図４、図５、図７、図１１、図１２、図１３）
【特許文献１５】特開２０００−１９８４９４号公報（請求項１、請求項２、請求項３、図１、図２）
【特許文献１６】特開平８−１５０８１８号公報（請求項１、０００４、０００５、００１９、００２０、００２１、００２２、００２７、００４１、００４５、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１２、図１３）
【非特許文献１】西川  渉、”航空の現代：４発ティルトローター機”、［ｏｎｌｉｎｅ］、「日本航空新聞」２０００年９月２１日付掲載、［平成１６年４月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ２ｇ．ｂｉｇｌｏｂｅ．ｎｅ．ｊｐ／〜ａｖｉａｔｉｏｎ／ｑｔｒ０００９２１．ｈｔｍｌ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
翼とプロペラ等の回転翼を有して離着陸時の揚力や巡航時の推力を得る垂直離着陸機において、省エネルギーで効率の良い原動機で、プロペラ等の回転翼の吹き出し方向を垂直面のみならず水平面においても素早くかつ正確に変更可能で、航空機でありながら、地上を走る自動車のような容易な操縦性を有する航空機が、解決しようとする課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
垂直離着陸機の離着陸時の揚力と巡航時の推力を発生するプロペラの原動機には、省エネルギーで効率の良いリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼を使用する。リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、大口径ほど効率が良く、所要の揚力や推力を発生できるが、本発明の垂直離着陸機は、短距離離着陸の運用も可能とするため、プロペラのブレードの回転半径は２．５ｍ程度を目安として作成する。口径が小さいことによる揚力及び推力の増強策として、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、互いに逆方向に回転する２つを回転軸方向に重ね合わせた２重反転のシュラウド付回転翼を作成して使用する。２重反転のシュラウド付回転翼は、ジャイロ効果を相殺できるので、吹き出し方向を急速に変更する際にも、有効である。
【００１０】
プロペラ等の向きを上下もしくは左右に全周の３６０°回動するティルト装置は、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼と同様な構造を持ち、大きな力を発揮できてティルト可能な角度範囲に制限や限界がなく、素早い動きの可能な急速風向変更装置を使用する。この際、従来の急速風向変更装置は、円盤状もしくは円筒状であったが、中央部をくり抜いたドーナツ状のものを作成し、ドーナツ状の急速風向変更装置の外側が固定された場合に、内側が回動し、回動する内側に、もう一つの急速風向変更装置を直交するように取り付けて２軸の急速風向変更装置を作成し、内側の急速風向変更装置に２重反転のシュラウド付回転翼を取り付けて一体となした２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置として運用する。
【００１１】
水平飛行している間の操縦において、複雑な翼の操作をすることなく、あたかも地上を走る自動車のような感覚で機体を操縦できるためには、迅速・的確なプロペラ等の吹き出し方向の変更が随時可能で、かつ推力の増減が、タイムリーに可能である必要がある。特許文献４のファンエンジンに係るティルト装置は、高速で回転するファンエンジンのジャイロ効果が大きいことと、２軸のラックピニオン形シリンダ装置のティルト速度が遅くかつティルト可能な角度範囲に制限があること、並びにファンエンジンの推力の機微なる変更は、著しく困難なことから、２軸であっても必ずしも操縦性能の向上にならなかった。しかし、本発明の２重反転のシュラウド付回転翼は、強烈なジャイロ効果を、エンジン内で相殺でき、かつ推力を変更するための回転数の増減が、容易かつ時間遅れがない。また、２軸ティルトの急速風向変更装置は、ティルト可能な角度範囲に制限や限界がなく、ティルトは迅速な上に、吹き出し方向の設定もディジタル的に正確である。よって、本発明の２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置は、その風量と吹き出し方向を上下にも左右にも自在に変更できるので、操縦性能の向上に充分に寄与することができる。
【００１２】
巡航時は、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を推力装置として用い、翼の揚力をもって飛行する。ただし、短距離離着陸実施時や機体の存速が低下して翼の揚力が充分得られない場合、あるいは旋回時の機体の高度沈下の場合においては、図１３〜図２０の実施例では、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向の操作を行って俯角を与え、推力の一部を揚力として用いて翼の揚力の補助とし、図２１〜図２８の実施例では、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼の風量の増減をもって揚力の補助をする。
【発明の効果】
【００１３】
リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、省エネルギーで大きな揚力や推力の発生が可能な上に、軽量である。本発明は、このシュラウド付回転翼の発生する強烈なジャイロ効果を相殺するような２重反転のシュラウド付回転翼であるので、固定翼機の翼端等の脆弱な部分への取付も可能である。また、２軸であっても風量の吹き出し方向の角度制限と遅い回動速度に問題がある特許文献４と異なり、本発明の２軸ティルトの急速風向変更装置は、全周の３６０°で吹き出し方向に制限や限界がなく、どの向きにも迅速・正確に変更できることから、翼の方向舵の操作の代わりをさせることが充分にできるので、２重反転のシュラウド付回転翼と２軸ティルトの急速風向変更装置を一体のものとした本発明の２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を用いると、高い操縦性能を有する垂直離着陸機を作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
原動機の作成については、省エネルギーで効率の良い方式が追求できることと、２重反転を作成する際には電気的装置だけで実現できて歯車装置等の複雑な機構が不要であることから、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼を採用する。この際、使用場所において吹き出し方向を急速に変更することから、吹き出し方向の急速な変化に対応できる構造を有する特許文献１に記載された回転ダクト方式シュラウド付回転翼をジャイロ効果を相殺できるように回転する縦軸方向に２つ重ねて作成する。
【００１５】
ティルト機構の作成については、電動モーター、歯車装置、遊星歯車装置、ラックピニオン装置のいずれもティルト時の速度が充分ではない。また、比較的回動速度を上げることのできる油圧装置やラックピニオン形シリンダ装置は、ティルト可能な角度に限界がある。よって、高速でティルトでき、かつティルト可能な角度に制限のない特許文献２の急速風向変更装置を使用する。ただし、このままでは２軸のティルト機構の作成はできないので、水平に設置した第１の急速風向変更装置の中央部をドーナツ状にくり抜き、くり抜いた第１の急速風向変更装置の内側に第２の同じくドーナツ状の急速風向変更装置を垂直に直交するように取り付けたものを２軸ティルトの急速風向変更装置として使用する。
【００１６】
垂直離着陸機の離着陸時の揚力の発生や巡航時の推力の発生及び機体の方向を翼の操作に代わって行う装置の作成は、リニアモーターの駆動原理を有する２重反転のシュラウド付回転翼を、第１と第２のドーナツ状の急速風向変更装置を直交するように組み合わせた２軸ティルトの急速風向変更装置の内側の第２の急速風向変更装置の内周部に直交するように取り付けて一体となし、これを２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置とすることによって、揚力並びに巡航時の推力及び操縦時の推力装置とする。
【００１７】
本発明では、離着陸時の揚力、巡航時の推力及び方向舵の役目を果たす推力となる２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に取り付けて垂直離着陸機とする。
【実施例１】
【００１８】
図１〜図４は、特許文献１の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を、強力なジャイロ効果を相殺できるように互いに逆回転するように２つ重ねた、２重反転のシュラウド付回転翼の実施例である。
【実施例２】
【００１９】
図５〜図８は、特許文献２の急速風向変更装置の中央部をドーナツ状にくり抜いた第１の急速風向変更装置の内側に、同様の第２の急速風向変更装置を直交するように取り付けた、２軸ティルトの急速風向変更装置の実施例である。
【実施例３】
【００２０】
図９〜図１２は、２重反転のシュラウド付回転翼を２軸ティルトの急速風向変更装置の内周部に取り付けた、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の実施例である。
【実施例４】
【００２１】
図１３〜図２０は、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の４つの翼に１基ずつの計４基（以下、翼に４基）を取り付けた、垂直離着陸機の実施例である。
【実施例５】
【００２２】
図２１〜図２８は、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基とティルト装置のない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の一方の側面に２基ずつ両方の側面で計４基（以下、側面に４基）の計８基を取り付けた、垂直離着陸機の実施例である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の垂直離着陸機の原動機は、回転力の作用点を回転翼の翼端部付近に作用させて効率的にプロペラ等を回転させることのできるリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼なので、従来の回転のための駆動力を回転の中心軸に作用させる原動機の場合に比べ、はるかに省エネルギーを実現できる。また、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、その口径が大きければ大きいほど揚力や推力の発生において有利な効果を発揮できるので、大型の垂直離着陸を作成して大量輸送に結びつけることが容易である。大型の機体を作る場合においても、本発明の２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置と、ティルト機構を有さない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を組み合わせた場合には、大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を用いても、機体高を低く抑えることができるので、進行方向に対する抵抗を減ずることができ、垂直離着陸機の輸送力の増大と速度の増加を、同時に実現することもできる。また、離着陸場所を選ばないので、貧弱な設備の飛行場の利用や緊急の場合は広場のような場所の利用が可能である。さらに、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置は、風量の増減も風向の変更も応答性がきわめて良いので、翼の操作に代えて、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の風量と風向の変更をもって、あたかも地上を走る自動車の感覚のような容易な操縦を可能とするので、操縦者への負担の軽減ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】２重反転のシュラウド付回転翼の正面図である。
【図２】２重反転のシュラウド付回転翼の平面図である。
【図３】２重反転のシュラウド付回転翼の側面図である。一点鎖線は切断表示する個所を示し、燕尾矢印は切断面を見る方向を表す。
【図４】２重反転のシュラウド付回転翼の断面図である。
【図５】２軸ティルトの急速風向変更装置の正面図である。
【図６】２軸ティルトの急速風向変更装置の平面図である。
【図７】２軸ティルトの急速風向変更装置の側面図である。一点鎖線は切断表示する個所を示し、燕尾矢印は切断面を見る方向を表す。
【図８】２軸ティルトの急速風向変更装置の断面図である。
【図９】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の正面図である。
【図１０】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の平面図である。
【図１１】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の側面図である。一点鎖線は切断表示する個所を示し、燕尾矢印は切断面を見る方向を表す。
【図１２】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の断面図である。
【図１３】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の正面図である。
【図１４】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の平面図である。
【図１５】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の側面図である。
【図１６】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の水平飛行時の平面図である。
【図１７】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の、前の２つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振ることによって、機体を右方向へ旋回する場合の平面図である。機体の進行方向は、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の推力のみでコントロールできるので、翼を傾けることがなく、方向変換中でも水平飛行を維持できる。
【図１８】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の、前後の４つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振ることによって、機体を右方向へゆっくりと平行移動する場合の平面図である。従来の航空機（運動性優先設計機（ＣＣＶ：Control Configured Vehicle）を除く）にはできなかった横への平行移動を、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の推力のみで実施できる。
【図１９】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の、前後の４つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振ることによって、機体を右方向へ急激に平行移動する場合の平面図である。従来の航空機（運動性優先設計機（ＣＣＶ：Control Configured Vehicle）を含む）にはできなかった急激な横への平行移動であるが、巡航時にこれを行うのは、本発明の垂直離着陸機が突然の障害物を避ける場合や、戦場でのミサイル追尾をかわす際などの特殊な場合に使用される。
【図２０】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の、前後の２つずつの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を互いに逆方向に振ることによって、機体を急激に右旋回する場合の平面図である。曲芸飛行のような１種のスピン飛行であるが、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の推力操作のみで実施できるので、垂直離着陸機の存速が充分残っている間の本発明の垂直離着陸機にとっては、難しい操縦ではない。
【図２１】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の正面図である。
【図２２】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の平面図である。
【図２３】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の側面図である。
【図２４】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機の水平飛行時の平面図である。
【図２５】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機が、前方の２つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振って、右に旋回する場合の平面図である。この場合は、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼が、常時、必要な揚力の発生ができるので、機体の存速の有無にかかわらず旋回可能である。さらに旋回の要領も、大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼の揚力を旋回の内側と外側でコントロールすることによって、あたかも４輪自動車のような機体の水平を保ったままの方向変換も、２輪バイクのような機体を傾けた方向変換も、あるいはスラロームのような行動を行うことも可能である。
【図２６】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機が、前後の４つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振ることによって、機体を右方向へゆっくりと平行移動する場合の平面図である。従来の航空機（運動性優先設計機（ＣＣＶ：Control Configured Vehicle）を除く）にはできなかった横への平行移動を、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の推力操作のみで実施できる。この場合は、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼が、常時、必要な揚力の発生ができるので、機体の存速の有無にかかわらず実施可能である。
【図２７】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機が、前後の４つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振ることによって、機体を右方向へ急激に平行移動する場合の平面図である。従来の航空機（運動性優先設計機（ＣＣＶ：Control Configured Vehicle）を含む）にはできなかった急激な横への平行移動であるが、巡航時にこれを行うのは、本発明の垂直離着陸機が突然の障害物を避ける場合や、戦場でのミサイル追尾をかわす際などの特殊な場合に使用される。この場合は、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼が、常時、必要な揚力の発生ができるので、機体の存速の有無にかかわらず実施可能である。
【図２８】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機が、前方の２つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置と、後方の２つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を互いに逆方向へ振って、急速に右旋回する場合の平面図である。この場合には、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼が、常時、揚力を発生できるので、機体の存速の有無にかかわらず旋回が可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１  ２重反転のシュラウド付回転翼
２  第１の急速風向変更装置
３  第２の急速風向変更装置
４  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置
５  ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼
６  急速風量発生風向変更装置によって作られる風量の風向（後流方向）
１１  シュラウド
１２  ブレード
１３  ハブ
１０１  電磁石
１０２  永久磁石
１０３  回転ダクト
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月17日(2005.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモーターの駆動原理を有する２重反転のシュラウド付回転翼と２軸で吹き出し方向を急速に変更可能な急速風向変更装置とを一体なものとなす、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、翼とプロペラもしくはファン（以下、プロペラ等）を有する航空機の揚力及び推進装置に用いることによって、垂直離着陸及び短距離離着陸を可能とするとともに、操縦においてはあたかも地上を走る自動車と同様の感覚で容易に操縦できる航空機の実現に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献４、特許文献５、特許文献７、特許文献９及び非特許文献１は、巡航時の揚力の大部分を発生する固定翼を有し、プロペラ等の回転翼をもって、離着陸時の揚力や巡航時の推力を得て飛行する垂直離着陸機であり、駆動に関しては、特許文献５、特許文献７、特許文献９及び非特許文献１は、いずれもプロペラ等の回転翼の回転の中心軸に動力を作用させ、特許文献４は、ファンの回転の中心部にある燃焼室でジェット燃料の爆発的燃焼をもって駆動力や推進力を得て、プロペラ等の回転翼を駆動させるが、それらの駆動には、莫大なエネルギーを消費している。
【０００３】
駆動に関し、特許文献１、特許文献３、特許文献６及び特許文献８は、プロペラ等の回転翼の回転の中心軸に莫大なエネルギーを消費しつつ動力を接続するという従来からの方式をやめ、最小のエネルギーで効率の良いトルク（回転モーメント、ねじり偶力）を得ることができる回転翼の翼端部付近にリニアモーターの駆動原理を適用してプロペラ等の回転翼を回転させるシュラウド付回転翼の仕組みを提案した。リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼の駆動力は、回転翼の翼端部付近で発生する関係上、シュラウド側の固定子となる磁石と翼端部側（円環や回転ダクトを含む）の回転子となる磁石との間に発生する力の大きさと、シュラウドの半径との積によって、その回転トルクの大きさが決定するので、シュラウドの開口部の大きさ（以下、口径）が大きなものほど、有効な揚力や推力を発生できる。しかし、特許文献８は、プロペラ等の回転翼を構成するブレードの伸縮について全く考慮されておらず、特許文献６は、ブレードの伸縮を、遠心力と温度変化の２つのみの考慮で、ブレードを長大にし、水平位置で使用した際のブレードの自重から生じるたわみやゆがみについては考慮されておらず、また、もともと直径１．２ｍ（半径０．６ｍ）程度までを想定して作られた発明であるのでブレード等の伸縮対処が不十分で、大きな口径ほど、有利な効果を発揮できるリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼ではあるが、その開示された仕組みを拡張し一般化しても、直径が概ね３ｍ（半径が概ね１．５ｍ）を超えるような口径のシュラウド付回転翼を作成することは著しく困難である。特許文献３は、ブレードの翼厚中にブレードの大きな伸縮にも対応できるための電気機械的な仕組みを有しているが、吹き出し方向の急速な変更には脆弱な部分を有しているので、回転ディスク面を傾けることなく、回転面の任意の位置のブレードの迎角を摺動装置等で変えながら揚力を調整したり、２重反転にして使用する等、強烈なジャイロ効果の影響が少ない環境で使用することが望ましい。特許文献１は、大口径ほど有利な効果を持つリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼の特性の、その有利な効果の最大限の発揮を可能とするために、ブレード上の途中途中にブレードの自重によるたわみやゆがみを抑える回転支持部を有し、回転支持部をもってしても残るブレードの遠心力と熱による伸縮は回転ダクトが吸収する等、ブレードの伸縮対策がなされているため、理論的には、無限の大口径のシュラウド付回転翼の作成が可能であり、また、吹き出し方向の急速な変更を実施する環境でも、使用可能である。
【０００４】
ティルトに関し、特許文献２、特許文献５、特許文献７、特許文献９及び非特許文献１は、垂直面上で１軸の周りにティルトする方式で、水平面上で左右にティルトする仕組みは有していない。ティルトの方式は、電動モーター、歯車装置、遊星歯車装置、ラックピニオン装置、油圧装置、ラックピニオン形シリンダ装置及び急速風向変更装置によって行われるが、急速風向変更装置を除けば、ティルトは徐々に行われるものであって、たとえば特許文献７では、９０°のティルトに１２９秒〜６０秒を要し、速いものでも数秒、通常、１分を超える程度の速度である。特許文献４は、２軸のティルト機構をラックピニオン形シリンダ装置によって実現しているが、強烈なジャイロ効果に打ち勝って吹き出し方向を変更するためには、大きな力を必要とし、その分、回動速度が抑えられることから、最速で見積もっても９０°のティルトには数秒かかるものと推定され、また、ラックピニオン形シリンダ装置のティルト可能な角度範囲は、シリンダを有する構造上、限界のある有限なので、ティルト方向を限定される場合を生ずることもあり、２軸でありながら自在とはいい難い上に、そのファンエンジンから出る後流は、きわめて高熱で長大なため、機体側を遮蔽板によって防護するといえども、機体に後流が当たる方向へ向けることは、著しく危険性をともなうので事実上実施できず大きな制限を有する。
【０００５】
ティルトに関して、特許文献２の急速風向変更装置は、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼と同様の仕組みをもつので、強烈なジャイロ効果に抗して大きな力を発揮し、ティルト速度も９０°を１秒以内で転向するだけの能力を有し、１軸上でティルトできる角度範囲に限界も制限もない。しかしながら、急速風向変更装置の形状が円盤状もしくは円筒状のため、２軸のティルト装置の作成は、困難である。
【０００６】
操縦性に関しては、特許文献４、特許文献５、特許文献７、特許文献９及び非特許文献１は、左右のプロペラ等の推力の独立的な変更は慣用技術として可能ではあっても、進行方向の変更に際しては、原則、翼を操作して実施する。特に、大きく進行方向を変えるときには、機体そのものをバンクして行うが、機体がバンクして翼が傾くと翼の揚力が減少し、減少した揚力を、翼の他の部分の操作や、プロペラ等の推力の操作等、複雑な操作を伴う。この中で、特許文献４のファンエンジンは、２軸のティルトを持つので、機体を水平にしたままファンエンジンの向きを左右に向けて、機体を傾けることによる翼の揚力低下を生ずることなく、進行方向を変えることが可能である。しかしながら、ジェット燃料を燃焼するファンエンジンは、エンジン出力の微細な調整が困難な上に、出力のアップ・ダウンの指示に対する時間遅れが大きく、また、超高速で回転するファンエンジンのブレードには、迎角を変更して風量を調整する仕組みを構成することは著しく困難であるので、機体の進行方向を変える際に、ファンエンジンの左右の向きの変更と出力の増減をもって、翼の方向舵に代えて操縦に用いることはできない。すなわち、たとえコンピュータを介することによって操作を容易にすることはできても、ファンエンジンの応答速度やティルト装置の回動速度を早めることにはならないことから、操縦性の向上を図ることはできない。
【０００７】
【特許文献１】特願２００４−０４８６８６号（請求項１、図４、図６）
【特許文献２】特願２００３−２９０８７３号（請求項１、図１３）
【特許文献３】特願２００２−３８３０３１号（請求項１、図１、図２、図４、図６）
【特許文献４】特開２００３−１３７１９２号公報（請求項１、請求項２、請求項５、図１、図２、図５、図６、図８、図９、図１０、図１１、図１２）
【特許文献５】特開２００２−２０５６９４号公報（請求項１、請求項２、請求項３、図１、図７、図８、図９）
【特許文献６】特開２００１−０９７２８８号公報（請求項６、図７、図８）
【特許文献７】特表平１１−５１３６３５号公報（請求項１、請求項２、請求項７、請求項１０、請求項１１、請求項２３、請求項２４、請求項２６、図１、図２、図３、図６、図９、図１２）
【特許文献８】特開平７−２０５８９７号公報（請求項１、０００８、図１、図２、図３）
【特許文献９】特開平５−０７７７８９号公報（請求項１、図１、図２）
【特許文献１０】特開２００４−０１７７２２号公報（請求項２、請求項３、０００３、０００９、００２９、００３２、図１、図２）
【特許文献１１】特開２００３−１７０８９８号公報（請求項１、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、図１）
【特許文献１２】特表２００３−５１２２５３号公報（請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５、請求項１６、請求項１７、請求項１８、請求項１９、０００２、０００６、０００７、０００８、０００９、００１０、００１１、００１２、００１３、００１５、００１７、００１８、００１９、００２２、００２３、００２４、００２５、００２６、００２７、００２８、００２９、００３０、００３１、００３３、００３６、図１、図２、図３、図４）
【特許文献１３】特開２００１−０２６２９７号公報（請求項１、０００８、０００９、００１０、００１１、００１２、００１３、００１４、００１５、００１６、００１７、００１８、００１９、００２３、００２４、００２５、００２６、００２７、００２８、００２９、００３７、００４０、００４２、００４５、００９６、００９９、０１００、０１０１、０１０２、０１０３、０１０４、０１１１、図１、図２、図３、図４、図５、図７、図１１、図１２、図１３）
【特許文献１４】特開２００１−０１８８９５号公報（請求項１、００１８、００１９、００２６、００２７、００２８、００２９、００４２、０１０４、０１０５、０１０９、０１１０、０１１１、０１２９、図１、図２、図３、図４、図５、図７、図１１、図１２、図１３）
【特許文献１５】特開２０００−１９８４９４号公報（請求項１、請求項２、請求項３、図１、図２）
【特許文献１６】特開平８−１５０８１８号公報（請求項１、０００４、０００５、００１９、００２０、００２１、００２２、００２７、００４１、００４５、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１２、図１３）
【非特許文献１】西川  渉、”航空の現代：４発ティルトローター機”、［ｏｎｌｉｎｅ］、「日本航空新聞」２０００年９月２１日付掲載、［平成１６年４月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ２ｇ．ｂｉｇｌｏｂｅ．ｎｅ．ｊｐ／〜ａｖｉａｔｉｏｎ／ｑｔｒ０００９２１．ｈｔｍｌ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
翼とプロペラ等の回転翼を有して離着陸時の揚力や巡航時の推力を得る垂直離着陸機において、省エネルギーで効率の良い原動機で、プロペラ等の回転翼の吹き出し方向を垂直面のみならず水平面においても素早くかつ正確に変更可能で、航空機でありながら、地上を走る自動車のような容易な操縦性を有する航空機が、解決しようとする課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
垂直離着陸機の離着陸時の揚力と巡航時の推力を発生するプロペラの原動機には、省エネルギーで効率の良いリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼を使用する。リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、大口径ほど効率が良く、所要の揚力や推力を発生できるが、本発明の垂直離着陸機は、短距離離着陸の運用も可能とするため、プロペラのブレードの回転半径は２．５ｍ程度を目安として作成する。口径が小さいことによる揚力及び推力の増強策として、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、互いに逆方向に回転する２つを回転軸方向に重ね合わせた２重反転のシュラウド付回転翼を作成して使用する。２重反転のシュラウド付回転翼は、ジャイロ効果を相殺できるので、吹き出し方向を急速に変更する際にも、有効である。
【００１０】
プロペラ等の向きを上下もしくは左右に全周の３６０°回動するティルト装置は、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼と同様な構造を持ち、大きな力を発揮できてティルト可能な角度範囲に制限や限界がなく、素早い動きの可能な急速風向変更装置を使用する。この際、従来の急速風向変更装置は、円盤状もしくは円筒状であったが、中央部をくり抜いたドーナツ状のものを作成し、ドーナツ状の急速風向変更装置の外側が固定された場合に、内側が回動し、回動する内側に、もう一つの急速風向変更装置を直交するように取り付けて２軸の急速風向変更装置を作成し、内側の急速風向変更装置に２重反転のシュラウド付回転翼を取り付けて一体となした２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置として運用する。
【００１１】
水平飛行している間の操縦において、複雑な翼の操作をすることなく、あたかも地上を走る自動車のような感覚で機体を操縦できるためには、迅速・的確なプロペラ等の吹き出し方向の変更が随時可能で、かつ推力の増減が、タイムリーに可能である必要がある。特許文献４のファンエンジンに係るティルト装置は、高速で回転するファンエンジンのジャイロ効果が大きいことと、２軸のラックピニオン形シリンダ装置のティルト速度が遅くかつティルト可能な角度範囲に制限があること、並びにファンエンジンの推力の機微なる変更は、著しく困難なことから、２軸であっても必ずしも操縦性能の向上にならなかった。しかし、本発明の２重反転のシュラウド付回転翼は、強烈なジャイロ効果を、エンジン内で相殺でき、かつ推力を変更するための回転数の増減が、容易かつ時間遅れがない。また、２軸ティルトの急速風向変更装置は、ティルト可能な角度範囲に制限や限界がなく、ティルトは迅速な上に、吹き出し方向の設定もディジタル的に正確である。よって、本発明の２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置は、その風量と吹き出し方向を上下にも左右にも自在に変更できるので、操縦性能の向上に充分に寄与することができる。
【００１２】
巡航時は、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を推力装置として用い、翼の揚力をもって飛行する。ただし、短距離離着陸実施時や機体の存速が低下して翼の揚力が充分得られない場合、あるいは旋回時の機体の高度沈下の場合においては、図１３〜図２０の実施例では、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向の操作を行って俯角を与え、推力の一部を揚力として用いて翼の揚力の補助とし、図２１〜図２８の実施例では、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼の風量の増減をもって揚力の補助をする。
【発明の効果】
【００１３】
リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、省エネルギーで大きな揚力や推力の発生が可能な上に、軽量である。本発明は、このシュラウド付回転翼の発生する強烈なジャイロ効果を相殺するような２重反転のシュラウド付回転翼であるので、固定翼機の翼端等の脆弱な部分への取付も可能である。また、２軸であっても風量の吹き出し方向の角度制限と遅い回動速度に問題がある特許文献４と異なり、本発明の２軸ティルトの急速風向変更装置は、全周の３６０°で吹き出し方向に制限や限界がなく、どの向きにも迅速・正確に変更できることから、翼の方向舵の操作の代わりをさせることが充分にできるので、２重反転のシュラウド付回転翼と２軸ティルトの急速風向変更装置を一体のものとした本発明の２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を用いると、高い操縦性能を有する垂直離着陸機を作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
原動機の作成については、省エネルギーで効率の良い方式が追求できることと、２重反転を作成する際には電気的装置だけで実現できて歯車装置等の複雑な機構が不要であることから、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼を採用する。この際、使用場所において吹き出し方向を急速に変更することから、吹き出し方向の急速な変化に対応できる構造を有する特許文献１に記載された回転ダクト方式シュラウド付回転翼をジャイロ効果を相殺できるように回転する縦軸方向に２つ重ねて作成する。
【００１５】
ティルト機構の作成については、電動モーター、歯車装置、遊星歯車装置、ラックピニオン装置のいずれもティルト時の速度が充分ではない。また、比較的回動速度を上げることのできる油圧装置やラックピニオン形シリンダ装置は、ティルト可能な角度に限界がある。よって、高速でティルトでき、かつティルト可能な角度に制限のない特許文献２の急速風向変更装置を使用する。ただし、このままでは２軸のティルト機構の作成はできないので、水平に設置した第１の急速風向変更装置の中央部をドーナツ状にくり抜き、くり抜いた第１の急速風向変更装置の内側に第２の同じくドーナツ状の急速風向変更装置を垂直に直交するように取り付けたものを２軸ティルトの急速風向変更装置として使用する。
【００１６】
垂直離着陸機の離着陸時の揚力の発生や巡航時の推力の発生及び機体の方向を翼の操作に代わって行う装置の作成は、リニアモーターの駆動原理を有する２重反転のシュラウド付回転翼を、第１と第２のドーナツ状の急速風向変更装置を直交するように組み合わせた２軸ティルトの急速風向変更装置の内側の第２の急速風向変更装置の内周部に直交するように取り付けて一体となし、これを２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置とすることによって、揚力並びに巡航時の推力及び操縦時の推力装置とする。
【００１７】
本発明では、離着陸時の揚力、巡航時の推力及び方向舵の役目を果たす推力となる２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に取り付けて垂直離着陸機とする。
【実施例１】
【００１８】
図１〜図４は、特許文献１の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を、強力なジャイロ効果を相殺できるように互いに逆回転するように２つ重ねた、２重反転のシュラウド付回転翼の実施例である。
【実施例２】
【００１９】
図５〜図８は、特許文献２の急速風向変更装置の中央部をドーナツ状にくり抜いた第１の急速風向変更装置の内側に、同様の第２の急速風向変更装置を直交するように取り付けた、２軸ティルトの急速風向変更装置の実施例である。
【実施例３】
【００２０】
図９〜図１２は、２重反転のシュラウド付回転翼を２軸ティルトの急速風向変更装置の内周部に取り付けた、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の実施例である。
【実施例４】
【００２１】
図１３〜図２０は、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の４つの翼に１基ずつの計４基（以下、翼に４基）を取り付けた、垂直離着陸機の実施例である。
【実施例５】
【００２２】
図２１〜図２８は、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基とティルト装置のない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の一方の側面に２基ずつ両方の側面で計４基（以下、側面に４基）の計８基を取り付けた、垂直離着陸機の実施例である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の垂直離着陸機の原動機は、回転力の作用点を回転翼の翼端部付近に作用させて効率的にプロペラ等を回転させることのできるリニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼なので、従来の回転のための駆動力を回転の中心軸に作用させる原動機の場合に比べ、はるかに省エネルギーを実現できる。また、リニアモーターの駆動原理を有するシュラウド付回転翼は、その口径が大きければ大きいほど揚力や推力の発生において有利な効果を発揮できるので、大型の垂直離着陸を作成して大量輸送に結びつけることが容易である。大型の機体を作る場合においても、本発明の２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置と、ティルト機構を有さない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を組み合わせた場合には、大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を用いても、機体高を低く抑えることができるので、進行方向に対する抵抗を減ずることができ、垂直離着陸機の輸送力の増大と速度の増加を、同時に実現することもできる。また、離着陸場所を選ばないので、貧弱な設備の飛行場の利用や緊急の場合は広場のような場所の利用が可能である。さらに、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置は、風量の増減も風向の変更も応答性がきわめて良いので、翼の操作に代えて、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の風量と風向の変更をもって、あたかも地上を走る自動車の感覚のような容易な操縦を可能とするので、操縦者への負担の軽減ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】２重反転のシュラウド付回転翼の正面図である。
【図２】２重反転のシュラウド付回転翼の平面図である。
【図３】２重反転のシュラウド付回転翼の側面図である。一点鎖線は切断表示する個所を示し、燕尾矢印は切断面を見る方向を表す。
【図４】２重反転のシュラウド付回転翼の断面図である。
【図５】２軸ティルトの急速風向変更装置の正面図である。
【図６】２軸ティルトの急速風向変更装置の平面図である。
【図７】２軸ティルトの急速風向変更装置の側面図である。一点鎖線は切断表示する個所を示し、燕尾矢印は切断面を見る方向を表す。
【図８】２軸ティルトの急速風向変更装置の断面図である。
【図９】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の正面図である。
【図１０】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の平面図である。
【図１１】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の側面図である。一点鎖線は切断表示する個所を示し、燕尾矢印は切断面を見る方向を表す。
【図１２】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の断面図である。
【図１３】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の正面図である。
【図１４】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の平面図である。
【図１５】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の側面図である。
【図１６】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の水平飛行時の平面図である。
【図１７】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の、前の２つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振ることによって、機体を右方向へ旋回する場合の平面図である。機体の進行方向は、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の推力のみでコントロールできるので、翼を傾けることがなく、方向変換中でも水平飛行を維持できる。
【図１８】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の、前後の４つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振ることによって、機体を右方向へゆっくりと平行移動する場合の平面図である。従来の航空機（運動性優先設計機（ＣＣＶ：Control Configured Vehicle）を除く）にはできなかった横への平行移動を、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の推力のみで実施できる。
【図１９】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の、前後の４つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振ることによって、機体を右方向へ急激に平行移動する場合の平面図である。従来の航空機（運動性優先設計機（ＣＣＶ：Control Configured Vehicle）を含む）にはできなかった急激な横への平行移動であるが、巡航時にこれを行うのは、本発明の垂直離着陸機が突然の障害物を避ける場合や、戦場でのミサイル追尾をかわす際などの特殊な場合に使用される。
【図２０】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を、機体の翼に４基取り付けた垂直離着陸機の、前後の２つずつの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を互いに逆方向に振ることによって、機体を急激に右旋回する場合の平面図である。曲芸飛行のような１種のスピン飛行であるが、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の推力操作のみで実施できるので、垂直離着陸機の存速が充分残っている間の本発明の垂直離着陸機にとっては、難しい操縦ではない。
【図２１】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の正面図である。
【図２２】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の平面図である。
【図２３】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機の離着陸時の側面図である。
【図２４】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機の水平飛行時の平面図である。
【図２５】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機が、前方の２つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振って、右に旋回する場合の平面図である。この場合は、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼が、常時、必要な揚力の発生ができるので、機体の存速の有無にかかわらず旋回可能である。さらに旋回の要領も、大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼の揚力を旋回の内側と外側でコントロールすることによって、あたかも４輪自動車のような機体の水平を保ったままの方向変換も、２輪バイクのような機体を傾けた方向変換も、あるいはスラロームのような行動を行うことも可能である。
【図２６】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機が、前後の４つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振ることによって、機体を右方向へゆっくりと平行移動する場合の平面図である。従来の航空機（運動性優先設計機（ＣＣＶ：Control Configured Vehicle）を除く）にはできなかった横への平行移動を、２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の推力操作のみで実施できる。この場合は、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼が、常時、必要な揚力の発生ができるので、機体の存速の有無にかかわらず実施可能である。
【図２７】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機が、前後の４つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を振ることによって、機体を右方向へ急激に平行移動する場合の平面図である。従来の航空機（運動性優先設計機（ＣＣＶ：Control Configured Vehicle）を含む）にはできなかった急激な横への平行移動であるが、巡航時にこれを行うのは、本発明の垂直離着陸機が突然の障害物を避ける場合や、戦場でのミサイル追尾をかわす際などの特殊な場合に使用される。この場合は、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼が、常時、必要な揚力の発生ができるので、機体の存速の有無にかかわらず実施可能である。
【図２８】２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置を機体の翼に４基、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼を機体の側面に４基、計８基を取り付けた垂直離着陸機が、前方の２つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置と、後方の２つの２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置の吹き出し方向を互いに逆方向へ振って、急速に右旋回する場合の平面図である。この場合には、ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼が、常時、揚力を発生できるので、機体の存速の有無にかかわらず旋回が可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１  ２重反転のシュラウド付回転翼
２  第１の急速風向変更装置
３  第２の急速風向変更装置
４  ２重反転２軸ティルトの急速風量発生風向変更装置
５  ティルト装置を有しない固定の大口径の回転ダクト方式シュラウド付回転翼
６  急速風量発生風向変更装置によって作られる風量の風向（後流方向）
１１  シュラウド
１２  ブレード
１３  ハブ
１０１  電磁石
１０２  永久磁石
１０３  回転ダクト