(57)【要約】【課題】回転翼と固定翼の双方を備える飛行体において、水平飛行と垂直離着陸との間で遷移させる際の姿勢制御や操縦の難しさを緩和することを目的とする。また、望ましくは、回転翼と固定翼の双方を備える飛行体の構造や可動部の簡素化を図る。【解決手段】機体と、前記機体に固定され機軸前方に水平飛行する際に揚力を生じる主翼と、機軸を挟んで対称に配設され回転軸の傾きが可変しない左右一対の第１種ローターと、機軸上に配設され回転軸の傾きが可変する第２種ローターと、前記第２種ローターの送風下流側に連結固定された舵軸に軸支された舵板と、を備えることを特徴とする飛行体。【選択図】図１
2018086916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体と、
前記機体に固定され機軸前方に水平飛行する際に揚力を生じる主翼と、
機軸を挟んで対称に配設され回転軸の傾きが可変しない左右一対の第１種ローターと、
機軸上に配設され回転軸の傾きが可変する第２種ローターと、
前記第２種ローターの送風下流側に連結固定された舵軸に軸支された舵板と、
を備えることを特徴とする飛行体。
【請求項２】
左右一対の前記第１種ローターは略鉛直に配向された回転軸を有し、
前記第２種ローターは垂直離着陸時に回転軸の傾きを略鉛直に可変され、
前記垂直離着陸時において、前記舵軸を中心とする前記舵板の角度調整により前記第２種ローターの回転反作用トルクと逆向きの揚力を発生することを特徴とする請求項１に記載の飛行体。
【請求項３】
前記水平飛行時において、前記第２種ローターの回転軸を非鉛直に傾けて前記第２種ローターによって水平方向の推進力を得て前記主翼に揚力を発生させ、当該主翼の揚力の分だけ前記第１種ローターの出力を低下することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の飛行体。
【請求項４】
前記水平飛行時において、前記舵軸を中心とする前記舵板の角度調整により本飛行体をヨー軸周りに旋回させる揚力を発生することを特徴とする請求項３に記載の飛行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、代表的な飛行体の形状として、飛行機等の固定翼式飛行体とヘリコプター等の回転翼式飛行体とがある。
【０００３】
固定翼式飛行体は、機体に取り付けられた主翼の揚力で浮上する飛行体である。すなわち、固定翼式飛行体は、略水平方向へ機体を推進する推進装置を有し、機体の前進時に、機体に取り付けられた主翼の周囲の気流が主翼上面と主翼下面の間に形成する差圧が揚力となる飛行体である。固定翼式飛行体は、エネルギー効率が良く、高速飛行が可能である点で有利である。ただし、離着陸に滑走路場を要するため、離着陸場の確保が難しいという不利益が有る。
【０００４】
回転翼式飛行体は、回転翼によって必要な揚力や推力の全部あるいは一部を得て飛行する飛行体である。回転翼式飛行体は、垂直離着陸可能であるため離着陸に場所をとらず、小回りが利く点で有利である。また、いわゆるマルチコプターは、最低限必要な可動部品がモーターとローターブレードのみであり、ギアなどの機械的な構成部品が少ないため、信頼性が高く、振動ノイズが少ない点で有利である。ただ、固定翼式飛行体に比べると飛行速度が遅く、飛行時間や航続距離が短い点で不利益が有る。
【０００５】
そこで、固定翼式飛行体と回転翼式飛行体を組み合わせた飛行体が種々提案されている。
【０００６】
例えば特許文献１には、主翼の両端のそれぞれに機軸に直交する水平軸まわりに回転可能に対をなすローターを装置し、胴体最後部に機軸に直交する水平軸まわりに回転可能に１個のローターを装置した航空機が開示されている。この航空機では、離着陸時及びホバリング時には、３つのローターをいずれもその回転面がほぼ水平面内にあるように回転させて用い、機体が水平飛行に移る場合や水平飛行から前進速度を落して着陸する場合においては、従来のティルトローターと同様に３つのローターの回転面を約９０°偏向して鉛直方向に回転させて用いる。
【０００７】
また、例えば、特許文献２には、胴体の長手方向軸にほぼ沿って配置された少なくとも２つの駆動されるローターを備えた航空機が開示されている。ローターユニットは回転台座または枢動台座を介して胴体に結合され、回転ユニットを動かすことで、航空機はホバーモードから移行モードにおよび次いで前進飛行モードに移行し、また戻ることが可能である。ホバーモードにある間は、ローターは、胴体に対して主に下方向に配向された推力を生成し得る。前進飛行モードにある間は、ローターは、主に胴体の後部方向に配向された中心線推力を発生させ得る。
【０００８】
特許文献１，２に記載のティルトローター方式の飛行体によれば、固定翼式飛行体と回転翼式飛行体の特性を併せ持ち、回転翼式飛行体であるヘリコプターに比べて飛行速度、飛行時間及び航続距離を改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０５−１９３５８３号公報
【特許文献２】特表２０１６−５０１１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来提案されてきた固定翼式飛行体と回転翼式飛行体を組み合わせた飛行体は、いずれも水平飛行と垂直離着陸との間で遷移させる際の姿勢制御や操縦が難しい。また、ティルトローター式の飛行体は、回転翼の方向を切り替える可動部が多く、構造が複雑になる傾向があった。
【００１１】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、回転翼と固定翼の双方を備える飛行体において、水平飛行と垂直離着陸との間で遷移させる際の姿勢制御や操縦の難しさを緩和することを目的とする。また、望ましくは、回転翼と固定翼の双方を備える飛行体の構造や可動部の簡素化を図る。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の態様の１つは、機体と、前記機体に固定され機軸前方に水平飛行する際に揚力を生じる主翼と、機軸を挟んで対称に配設され回転軸の傾きが可変しない左右一対の第１種ローターと、機軸上に配設され回転軸の傾きが可変する第２種ローターと、前記第２種ローターの送風下流側に連結固定された舵軸に軸支された舵板と、を備えることを特徴とする飛行体である。
【００１３】
このように構成された飛行体は、従来のマルチコプターと異なり機体に主翼が設けられており、且つ、複数あるローターのうち左右一対の第１種ローターについては回転軸の傾きが可変せず、第２種ローターについては回転軸の傾きが可変する構成となっている。これら少なくとも３つのローターが直線上に並ばないように配設することで垂直上昇時は３つのローターの協働により浮上する。また、少なくとも３つのローターの回転軸の可変の可否を相違させることで、水平飛行時には回転軸を可変可能な第２種ローターの回転軸を進行方向に傾けて水平方向の推進力を発生させ、同時に主翼の揚力を利用してローターによる垂直方向の上昇力を低下できる。更に、舵板が第２種ローターの送風下流側に連結されて第２種ローターと連動するため、第２種ローターが発生する気流を利用した揚力が舵板に発生する。また、第２種ローターと舵板の相対的な位置関係が変わらないため、舵板で第２種ローターの回転反作用トルクの全部又は一部を打ち消す揚力や、水平飛行時に飛行体を旋回させる揚力等を効果的に発生でき、飛行体のヨー軸周りの回転制御を容易に行える。
【００１４】
本発明の選択的な態様の１つは、左右一対の前記第１種ローターは略鉛直に配向された回転軸を有し、前記第２種ローターは垂直離着陸時に回転軸の傾きを略鉛直に可変され、前記垂直離着陸時において、前記舵軸を中心とする前記舵板の角度調整により前記第２種ローターの回転反作用トルクと逆向きの揚力を発生することを特徴とする飛行体である。
【００１５】
このように構成された飛行体は、第１種ローターの回転軸が略鉛直に配向されているため、第２種ローターの回転軸を略鉛直に可変することで、第１種ローターと第２種ローターの出力調整で飛行体の垂直離着陸を行うことができる。しかも、機軸上に配設された第２種ローターの送風下流側に連結固定された舵軸に軸支された舵板の角度調整によって、第2種ローターの回転反作用トルクを打ち消す揚力を得ることができる。
【００１６】
本発明の選択的な態様の１つは、前記水平飛行時において、前記第２種ローターの回転軸を非鉛直に傾けて前記第２種ローターによって水平方向の推進力を得て前記主翼に揚力を発生させ、当該主翼の揚力の分だけ前記第１種ローターの出力を低下することを特徴とする飛行体である。
【００１７】
このように構成された飛行体は、第２種ローターの水平方向への推進力を用いて水平飛行する際に、第１種ローターの出力を主翼の揚力の分だけ低下するため、第１種ローターの消費電力が低下して飛行可能時間が長くなる。
【００１８】
本発明の選択的な態様の１つは、前記水平飛行時において、前記舵軸を中心とする前記舵板の角度調整により本飛行体をヨー軸周りに旋回させる揚力を発生することを特徴とする飛行体である。
【００１９】
このように構成された飛行体は、舵軸を中心とする舵板の角度調整によって、垂直離着陸時の第２種ローターの回転反作用トルクの打消しと、水平飛行時の飛行体のヨー軸周りの旋回との双方を行うことができる。
【００２０】
以上説明した飛行体は、他の機器に組み込まれた状態で実施されたり他の方法とともに実施されたりする等の各種の態様を含む。また、本技術は飛行体の制御方法、制御プログラム、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、等としても実現可能である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、回転翼と固定翼の双方を備える飛行体において、水平飛行と垂直離着陸との間で遷移させる際の姿勢制御や操縦の難しさを緩和することができる。また、回転翼と固定翼の双方を備える飛行体の構造や可動部の簡素化を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の本実施形態に係る飛行体の斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係る飛行体の側面図である。
【図３】第１の実施形態に係る飛行体の正面図である。
【図４】第１の実施形態に係る飛行体の平面図である。
【図５】第１の実施形態に係る飛行体の背面図である。
【図６】第１の実施形態に係る飛行体の垂直離着陸時の状態を説明する図である。
【図７】垂直離着陸時のテールローター付近の状態を説明する図である。
【図８】第１の実施形態に係る飛行体の水平飛行時の状態を説明する図である。
【図９】水平飛行時のテールローター付近の状態を説明する図である。
【図１０】水平飛行時のテールローター付近の他の状態を説明する図である。
【図１１】テールローター付近の更に他の状態を説明する図である。
【図１２】第１の実施形態に係る飛行体の重心と主翼の揚力中心との位置関係を説明する図である。
【図１３】第２の実施形態に係る飛行体の重心と主翼の揚力中心との位置関係を説明する図である。
【図１４】第３の実施形態に係る飛行体の重心と主翼の揚力中心との位置関係を説明する図である。
【図１５】コントローラの機能の概略を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、下記の順序に従って本技術を説明する。
（Ａ）第１の実施形態：
（Ｂ）第２の実施形態：
（Ｃ）第３の実施形態：
【００２４】
（Ａ）第１の実施形態：
図１は本実施形態に係る飛行体１００の斜視図、図２は本実施形態に係る飛行体１００の側面図、図３は本実施形態に係る飛行体１００の平面図、図４は本実施形態に係る飛行体１００の正面図、図５は本実施形態に係る飛行体１００の背面図である。以下では図中に示す方向（前後左右上下）を用いて説明を行う場合がある。また、ローターや飛行体１００全体の回転方向を説明する際は、飛行体１００の上方から見た回転方向（時計回り／反時計回り）を用いて説明を行う。また、以下では、横風等の気流条件の無い状態で前進水平飛行する際の姿勢を基準姿勢と呼ぶ場合がある。なお、飛行体１００の姿勢は、後述する３軸加速度センサ５２及び３軸ジャイロセンサ５３の出力に基づくコントローラ５０の制御により、リモートコントローラ等によって指示される一定の傾き姿勢を維持するように自動調整される。
【００２５】
飛行体１００は、概略、機体１０、主翼２０、左右一対の第１種ローターとしてのローター３０Ｌ，３０Ｒ、１以上の第２種ローターとしてのローター３０Ｂ、ローター傾角調整機構４０、制御部としてのコントローラ５０、ラダー機構６０、及び、電源７０（不図示）を備える。ローター３０Ｌ，３０Ｒ及びローター３０Ｂは、ローター３０Ｌ，３０Ｒが底辺の両端、ローター３０Bが頂点に相当する略二等辺三角形の位置関係で配設されている。なお、本実施形態では、左右一対の第１種ローターを１組、第２種ローターを１つ備える構成を例に取り説明するが、左右一対の第１種ローターを複数組備えてもよいし、第２種ローターを複数備えてもよく、その数に制限は無い。
【００２６】
電源７０は、ローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｂ、ローター傾角調整機構４０、及びコントローラ５０に対して直接又は間接的に電力を供給する。その他、図１〜図５に示す例では、着陸時に飛行体１００全体を着陸面上で所定の姿勢に支持する脚部８０ａ〜８０ｃを設けてある。
【００２７】
機体１０の形状及び構造は、様々なものを採用可能であるが、軽量で後述する垂直離着陸や水平飛行の際の空気抵抗が少ないことが望ましく、人員や貨物を収容搬送する必要が無い場合は、例えば線状の部材を組み合わせた骨組状の構造体とすることが考えられる。
【００２８】
主翼２０は、機体１０に固定されている。主翼２０は、平面視、飛行体１００の胴体の略中心を通り略前後方向に延びる基準線である機軸Ｘ１を挟んで左右対称な前進翼形状を有し、前方寄りの部位に設けられる左右幅が最も大きい幅広部２１と、幅広部２１から後方へ向かうにつれ左右幅が徐々に狭幅化する幅漸減部２２と、を有する全体として略逆三角形状としてある。主翼２０の形状に幅広部２１と幅漸減部２２とを設けることで、主翼２０のサイドエッジで発生する乱流の影響を緩和することができる。
【００２９】
主翼２０は、図２に示すように、基準姿勢において一定の仰角を付けて水平飛行時に揚力を発生する形状としてある。なお、図に示す主翼２０は薄板状の部材で形成した例を示してあるが、主翼２０の形状はこれに限らず、例えば、いわゆる翼型と呼ばれる形状（前後に延びる垂直断面において、前縁が丸く、前縁から１／３程度の所で最大厚みとなり、後縁が鋭利な細長い涙滴形状であって、当該断面の上下中間を結ぶ線が円弧状である形状）を採用してもよい。
【００３０】
主翼２０は、図４や図５に示すように、基準姿勢において翼の根元から翼端に向かってそれぞれ上り傾斜を付けた一定の上反角を付けてあり、水平飛行時に横滑りを防止する形状としてある。なお、水平飛行時の横滑り防止形状としては、基準姿勢において翼の根元から翼端に向かってそれぞれ下り傾斜を付けた一定の下反角を付ける形状としてもよい。
【００３１】
図１２は、飛行体１００の重心Ｃ１と主翼２０の揚力中心Ｃ２との位置関係を説明する図である。重心Ｃ１と揚力中心Ｃ２は、平面視においていずれも機軸Ｘ１上にあり、重心Ｃ１が揚力中心Ｃ２よりも前方に位置するように調整してある。重心Ｃ１の調整は、飛行体１００のコントローラ５０や電源７０等のように、飛行体１００の中で配設位置に関する制限の無い荷重要素の位置調整により行うことができる。
【００３２】
ローター３０Ｌ，３０Ｒは飛行体１００の前方寄りに設けられており、機体１０と主翼２０の少なくとも一方に対して固定されることにより主翼２０との相対的な位置関係を固定されている。
【００３３】
本実施形態においては、主翼２０の左部２０Ｌ及び右部２０Ｌには、それぞれ、上下に貫通する開口２３Ｌ，２３Ｒが設けられている。ローター３０Ｌは左部２０Ｌの開口２３Ｌに配設され、ローター３０Ｒは右部２０Ｒの開口２３Ｒに配設される。左部２０Ｌ及び右部２０Ｒは、機軸Ｘ１を挟んで左右対称の位置関係及び形状で形成されており、左部２０Ｌ及び右部２０Ｒにそれぞれ形成される開口２３Ｌ，２３Ｒも機軸Ｘ１を挟んで左右対称の位置関係及び形状に形成されている。
【００３４】
開口２３Ｌ，２３Ｒは、ローター３０Ｌ，３０Ｒの回転半径よりも若干大き目の径以上に形成されており、ローター３０Ｌ，３０Ｒの回転翼先端が描く円と開口２３Ｌ，２３Ｒの内側面との間に一定以上の隙間が設けられる。これにより、ローター３０Ｌ，３０Ｒと開口２３Ｌ，２３Ｒとの直接的な干渉が防止され、ローター３０Ｌ，３０Ｒが発生する気流を介した空気抵抗等の間接的な干渉も緩和される。
【００３５】
ローター３０Ｌとローター３０Ｒは、機軸Ｘ１を挟んで左右対称に配設されている。ローター３０Ｌとローター３０Ｒは、回転方向が逆向きであり、回転反作用トルクを互いに相殺し合う。ローター３０Ｌとローター３０Ｒの回転軸は、左右方向の力が発生しない又は左右方向の力が相殺し合うような回転軸傾きであり、ローター３０Ｌ，３０Ｒの回転軸がいずれも略鉛直に配向している態様やローター３０Ｌ，３０Ｒの回転軸が機軸Ｘ１を挟んで左右対称な傾きを持つ態様が例示される。ローター３０Ｌ，３０Ｒの回転軸が前後方向に傾きを持つ場合は、ローター３０Ｌ，３０Ｒの前後方向の力は、ローター３０Ｂの回転軸に前後逆方向の傾きを設けて相殺し合うように構成する。
【００３６】
主翼２０の開口２３Ｌ，２３Ｒは、ローター３０Ｌ，３０Ｒのプロペラガードとして用いることもできる。例えば、ローター３０Ｌ，３０Ｒの回転面を開口２３Ｌ，２３Ｒの主翼２０の肉厚内に配設することで、主翼２０周辺を流れる気流に対して主翼２０がプロペラガードとして機能する。この場合、ローター３０Ｌ，３０Ｒの回転面は、主翼２０の傾きに合わせて傾けてもよい。むろん、ローター３０Ｌ，３０Ｒの回転面の全部又は一部が主翼２０の肉厚外に出ていても構わない。主翼２０の肉厚が薄い場合には、ローター３０Ｌ，３０Ｒの回転面の少なくとも一部を主翼２０の肉厚内に位置させ、ローター３０Ｌ，３０Ｒへの空気抵抗を緩和してもよい。
【００３７】
ローター３０Ｌ，３０Ｒを主翼２０又は主翼２０近くに固定すると、飛行体１００の姿勢安定性が向上する。例えば、煽り風や乱流で主翼２０にブレが発生して飛行体１００の姿勢が変化した場合に、この姿勢変化を抑制するようにコントローラ５０がローター３０Ｌ，３０Ｒの出力制御を行うことになるが、その際、ローター３０Ｌ，３０Ｒが主翼２０に固定されていると、ローター３０Ｌ，３０Ｒの力の主翼２０への伝達時間が短縮され、姿勢安定までのタイムラグが短縮し、姿勢安定に係るコントローラ５０がローター３０Ｌ，３０Ｒの出力制御の精度が向上する。
【００３８】
また、ローター３０Ｌ，３０Ｒを主翼２０の左部２０Ｌ及び右部２０Ｒの広い部分にそれぞれ固定すると、飛行体１００の姿勢安定性が向上する。例えば、煽り風や乱流で主翼２０にブレが発生して飛行体１００の姿勢が変化した場合に、この姿勢変化を抑制する力をローター３０Ｌ，３０Ｒが主翼２０の翼面積の大きい部位に加えることで、姿勢安定に係るコントローラ５０がローター３０Ｌ，３０Ｒの出力制御に対する飛行体１００の姿勢変化の応答性を向上することができる。
【００３９】
ローター３０Ｂは、飛行体１００の後方寄りに設けられており、主翼２０の尾端付近、すなわち略逆三角形の頂部付近に配設されている。ローター３０Ｂは、ローター傾角調整機構４０を介して機体１０又は主翼２０に連結されている。ローター傾角回転軸駆動部４２は、ピッチ軸と平行な回転軸を中心にローター３０Ｂを軸回転させることで、ローター３０Ｂの傾きを主翼２０に対して相対的に可変する。
【００４０】
ローター傾角調整機構４０は、機体１０に軸支されたローター傾角回転軸４１と、ローター傾角回転軸４１を回転駆動するローター傾角回転軸駆動部４２とを備える。ローター傾角回転軸４１は、回転軸を飛行体１００のピッチ軸と略平行に配向した状態で機体１０に対し、軸回転可能に固定されている。ローター３０Ｂは、ローター傾角回転軸４１に対して略垂直にその回転軸を配向させた状態で固定されており、ローター傾角回転軸４１の軸回転に連動してローター傾角回転軸４１周りを回動することで前後方向の傾き、いわゆるピッチングが可変する。
【００４１】
ローター傾角回転軸駆動部４２は、例えばサーボ機構により構成することができる。サーボ機構としてのローター傾角回転軸駆動部４２は、例えば、機体１０に対して固定されたサーボモータ４２ａ、コントローラ５０の制御に従いサーボモータ４２ａを駆動するドライバ４２ｂ、及び、サーボモータ４２ａの回転力をローター傾角回転軸４１に伝えるリンク機構４２ｃにより構成される。このように構成されたローター傾角回転軸駆動部４２は、コントローラ５０の制御に応じてローター３０Ｂのピッチングを調整する。
【００４２】
本実施形態に係る飛行体１００は、ローター３０Ｌ，３０Ｒの傾きを変化せずに、ローター３０Ｂの回転軸の傾きを調節するだけで垂直離着陸／水平飛行の切り替えを行うことができる。
【００４３】
垂直離着陸や水平飛行の間のローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｂの出力制御は、既存のマルチコプターのローター出力制御アルゴリズムと同様のアルゴリズムにより、後述する３軸加速度センサ５２及び３軸ジャイロセンサ５３の出力に基づいて、飛行体１００が一定の姿勢を維持するようにコントローラ５０が自動調整するものとする。なお、飛行体１００をプロポーショナル等のリモートコントローラで制御する場合は、コントローラ５０は、リモートコントローラの操作インターフェースを介して入力される指令信号に応じて、ローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｂの出力、及び、ローター傾角調整機構４０を制御することになる。
【００４４】
垂直離着陸を行う際は、図６，図７に示すように、ローター３０Ｂの回転軸が略垂直（ただし、ローター３０Ｌ，３０Ｒが前後方向の水平分力を有する場合は、これを相殺する水平分力が発生する傾き方向）に配向するようにローター傾角回転軸駆動部４２を制御し、この状態で飛行体１００が基準姿勢を保つようにローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｂの上昇力ＦＬ，ＦＲ，ＦＢを釣り合わせる。このようにローター３０Ｂの回転軸を略垂直に配向させてローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｂの上昇力ＦＬ，ＦＲ，ＦＢを釣り合わせると、主翼２０を設けない一般的なマルチコプターと同様の垂直離着陸を行うことができる。
【００４５】
水平飛行を行う場合は、上述の垂直昇降によって一定高度まで浮上してから、図８，図９又は図１０に示すように、ローター３０Ｂの回転軸の傾きを略非鉛直な所望の傾きに可変し、この状態で飛行体１００が基準姿勢を保つようにローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｂの上昇力ＦＬ，ＦＲ，ＦＢ１を釣り合せる。このとき、ローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｂの上昇力ＦＬ，ＦＲ，ＦＢ１の釣り合いにより飛行体１００の基準姿勢が維持されつつ、ローター３０Ｂはローター３０Ｌ，３０Ｒと釣り合わない水平分力ＦＢ２を持ち、ローター３０Ｂの水平分力ＦＢ２に応じた推進力で飛行体１００が水平飛行を行う。
【００４６】
すると、飛行体１００の水平飛行速度に応じた揚力ＦＷが主翼２０に発生し、この揚力ＦＷによって主翼２０前端が持ち上がって飛行体１００が仰け反り始める。このとき、コントローラ５０は、３軸加速度センサ５２、３軸ジャイロセンサ５３の出力に基づいてこの傾きの変化を検出し、傾きが一定するようにローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｂの出力（特にローター３０Ｌ，３０Ｒの出力）を主翼２０の揚力ＦＷを加味して釣り合う程度に自動的に調整する。これにより、飛行体１００の仰け反りが回避されると同時に、水平飛行時のローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｂ（特にローター３０Ｌ，３０Ｒ）の消費電力が低減し、飛行体１００の飛行可能時間を延長できる。なお、水平飛行時に後方への推力を得たい場合は、図１１に示すようにローター３０Ｂの回転軸を後方側に傾けてローター３０Ｂが後方へ向かう水平分力を発生するように可変してもよい。
【００４７】
このように傾きの可変により垂直離着陸と水平飛行を容易に切替可能に構成されたローター３０Ｂの送風下流側（ローター３０Ｂの送風に晒される側）にはラダー機構６０が設けられている。ラダー機構６０を設けることで、飛行体１００のヨー軸周り回転を制御することができる。ラダー機構６０は、概略、ラダー回転軸６１、舵板６２及びラダー回転軸駆動部６３を有する。
【００４８】
ラダー回転軸６１は、ローター傾角回転軸４１に対して略垂直な方向に延びる回転軸であり、ローター傾角回転軸４１に対して軸回転可能に固定されている。このため、ラダー回転軸６１は、ローター傾角回転軸４１との相対的な位置関係を維持しつつ、ローター傾角回転軸４１の軸回転量に連動して配向方向が変化する。すなわち、ラダー回転軸６１の配向方向は、ローター傾角回転軸４１の軸回転に伴い、機軸Ｘ１を含む略垂直面に沿う面内で変化する。ラダー回転軸６１には、舵板６２が軸支されている。
【００４９】
舵板６２は、ラダー回転軸６１に軸支された平板板状部材である。なお、舵板６２の形状は、公知の様々な舵板形状を採用可能であり、例えば一般的な舵板の形状（水平断面形状の前方が丸く後半部はなだらかな曲線となり後端部が鋭く尖った流線形状）としてもよい。
【００５０】
舵板６２には、上述したラダー回転軸６１を挿通する軸孔を有する。図に示す例では、舵板６２の最もローター３０Ｂ寄りの縁部６２ａに沿って軸孔が形成されている。舵板６２のローター３０Ｂ寄りの縁部６２ａ近くには、縁部６２ａとローター３０Ｂとの間を遮る位置に直線状の棒状部材６４が設けられている。棒状部材６４は、横回転軸に固定されている。
【００５１】
ラダー回転軸駆動部６３は、舵板６２の板面の角度（舵角）を調整するものであり、ラダー回転軸６１を中心とする軸回転量の調整により舵板６２の板面の角度（舵角）を調整する。
【００５２】
ラダー回転軸駆動部６３は、例えばサーボ機構により構成することができる。サーボ機構としてのラダー回転軸駆動部６３は、例えば、ローター傾角回転軸４１に対して固定されたサーボモータ６３ａ、及び、サーボモータ６３ａのドライバ６３ｂにより構成され、コントローラ５０の制御に従い、ドライバ６３ｂがサーボモータ６３ａを駆動することでラダー回転軸６１の軸回転量を調整することができる。
【００５３】
舵板６２は、その板面の延びる方向を可変することで、ラダー回転軸６１及びローター傾角回転軸４１を介して飛行体１００の尾部に力を加えて、飛行体１００のヨー軸周り回転を制御する。すなわち、垂直離着陸時においては、舵板６２は、ローター３０Ｂの回転反作用トルクの一部又は全部を打ち消す力、又は、反作用トルクを上回る力を飛行体１００の尾部に加える。また、水平飛行時においては、飛行体１００を右旋回又は左旋回させるために必要な力を飛行体１００の尾部に加える。
【００５４】
ローター３０Ｂの回転反作用トルクを打ち消す力は、具体的には、ローター３０Ｂが上方から見て時計回りに回転する場合、舵角を図中右方向に傾けることで回転反作用トルクを打ち消す揚力として発生し、ローター３０Ｂが上方から見て半時計回りに回転する場合、舵角を図中左方向に傾けることで回転反作用トルクを打ち消す揚力として発生する。
【００５５】
飛行体１００を右旋回又は左旋回させるために必要な力は、具体的には、舵角を図中右に傾けることで飛行体１００を右旋回させる揚力として発生し、舵角を図中左に傾けることで飛行体１００を左旋回させる揚力として発生する。
【００５６】
なお、舵板６２の舵角調整に係る制御はコントローラ５０が行うものとし、垂直離着陸時の回転反作用トルクの打消し及び水平飛行時の旋回は、既存のトライコプターのテールローターの傾き調整に用いる制御アルゴリズムと同様のアルゴリズムにより行うことが可能であり、後述する３軸加速度センサ５２及び３軸ジャイロセンサ５３の出力に基づいて自動調整することができる。
【００５７】
図１５は、コントローラ５０の機能の概略を説明するブロック図である。同図に示すように、コントローラ５０は、制御用コンピュータ５１、３軸加速度センサ５２、３軸ジャイロセンサ５３、受信部５４を備えている。コントローラ５０は、リモートコントローラの送信部から送信される指令信号を受信部５４で受信し、ローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｂの出力、及び、ローター傾角調整機構４０を制御する。
【００５８】
制御用コンピュータ５１は、内蔵するメモリに記録された制御プログラムによりローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｂの回転数やローター３０Ｂの傾き、舵板６２の傾きを制御する。
【００５９】
制御用コンピュータ５１の入出力回路５１ａ〜５１ｅには、それぞれローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０ＢのモータアンプＡｍｐ１〜Ａｍｐ３、ローター３０Ｂの傾きを調整するサーボＳｖ１、及び、舵板６２の傾きを調整するサーボＳｖ２、がそれぞれ接続されている。
【００６０】
コントローラ５０は、主に３軸ジャイロセンサ５３の出力する角速度の積算により得られる角度情報を用いて機体１０のピッチ軸周り及びロール軸周りの水平方向に対する傾き並びにヨー軸周りの回転を検出する。機体１０のピッチ軸は、図中に示す上下方向に延びている。また、コントローラ５０は、３軸ジャイロセンサ５３のオフセット量を、３軸加速度センサ５２の出力する傾き情報を用いて補正する。これにより、コントローラ５０は、機体１０のピッチ軸周りの傾き及びロール軸周りの傾き並びにヨー軸周りの回転を正確に検出することができる。
【００６１】
コントローラ５０は、垂直上昇を示す指令信号を受信部５４を介してリモートコントローラから受信すると、サーボＳｖ１を制御してローター３０Ｂの回転軸の傾きを略垂直に調整し、モータアンプＡｍｐ１〜Ａｍｐ３を制御してローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｂの出力を上昇させる。このとき機体１０のピッチ軸周りの傾き及びロール軸周りの傾きが略水平を保つようにローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｂの出力を制御する。また、サーボＳｖ２を制御して舵板６２の角度を調整し、ローター３０Ｂの回転反作用トルクにより生じる飛行体１００のヨー軸周りの回転が適正な範囲に収まるように制御する。
【００６２】
コントローラ５０は、水平飛行を示す指令信号を受信部５４を介してリモートコントローラから受信すると、サーボＳｖ１を制御してローター３０Ｂの回転軸の傾きを調整しつつ、機体１０のピッチ軸周りの傾き及びロール軸周りの傾きが略水平を保つようにローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｂの出力を制御する。これにより、上述したように、主翼２０の揚力とローター３０Ｌ，３０Ｒ，３０Ｂの上昇力との釣り合いで飛行体１００の基準姿勢が保たれた状態が実現され、ローター３０Ｌ，３０Ｒの出力が低下した状態で水平飛行することができる。このとき、コントローラ５０は、サーボＳｖ２を制御して舵板６２の角度を調整し、ローター３０Ｂの回転反作用トルクの垂直分力により生じる飛行体１００のヨー軸周りの回転が適正な範囲に収まるように制御する。また、右旋回又は左旋回を示す指令信号を受信部５４を介してリモートコントローラから受信すると、コントローラ５０は、サーボＳｖ２を制御して舵板６２の角度を調整し、舵板６２の揚力で飛行体１００が旋回するように制御する。
【００６３】
（Ｂ）第２の実施形態： 
本実施形態に係る飛行体２００は、主翼の形状が後退翼形状である点で大きく飛行体１００と異なる。図１３は、本実施形態に係る飛行体２００の概略形状を示すとともに、重心Ｃ１と主翼２２０の揚力中心Ｃ２との位置関係を説明する図である。
【００６４】
飛行体２００は、概略、機体２１０、主翼２２０、２以上の第１種回転翼としてのローター２３０Ｌ，２３０Ｒ、１以上の第２種回転翼としてのローター２３０Ｂ、ローター傾角回転調整機構２４０、制御部としてのコントローラ２５０（不図示）、ラダー機構２６０、及び、電源２７０（不図示）を備える。飛行体２００にも脚部を設けてよい。なお、これら構成要素で飛行体１００の対応する構成と共通する構造や機能等については説明を省略する。
【００６５】
主翼２２０は、平面視、飛行体２００の胴体の略中心を通り略前後方向に延びる基準線である機軸Ｘ１を挟んで左右対称な後進翼形状を有し、後方寄りの部位に設けられる左右幅が最も大きい幅広部２２１と、幅広部２２１から前方へ向かうにつれ左右幅が徐々に狭幅化する幅漸減部２２２と、を有する全体として略三角形状としてある。主翼２２０の形状に幅広部２２１と幅漸減部２２２とを設けることで、主翼２２０のサイドエッジで発生する乱流の影響を緩和することができる。
【００６６】
主翼２２０は、基準姿勢において一定の仰角を付けてあり、水平飛行時に揚力を発生する形状としてある。なお、主翼２２０の形状は、薄板状の部材で形成してもよいし、いわゆる翼型と呼ばれる形状を採用してもよい。主翼２２０は、基準姿勢において、一定の上反角又は一定の下反角を付けた形状としてある。
【００６７】
重心Ｃ１と揚力中心Ｃ２は、平面視においていずれも機軸Ｘ１上にあり、重心Ｃ１が揚力中心Ｃ２よりも前方に位置するように調整してある。
【００６８】
ローター２３０Ｌ，２３０Ｒは、主翼２２０の左部２２０Ｌ及び右部２２０Ｒの斜め前方に機体１０から延設された支持部２１１Ｌ，２１１Ｒに固定されており、機軸Ｘ１を挟んで左右対称の位置関係で、主翼２２０と重複しない位置関係に配設されている。すなわち、ローター２３０Ｌ，２３０Ｒは飛行体２００の前方寄りに設けられており、主翼２２０に対して固定されることにより主翼２２０との相対的な位置関係を固定されている。このため、主翼２２０には、飛行体１００のような開口２３Ｌ，２３Ｒに対応する構造は設けられていない。ローター２３０Ｌとローター２３０Ｒの出力を一致させた際に発生する左右方向の力が相殺し合うようになっている点は、飛行体１００と同様である。
【００６９】
ローター２３０Ｂは、ローター傾角調整機構４０と同様のローター傾角調整機構２４０を介して機体２１０又は主翼２２０に連結されており、主翼２２０の尾端付近、すなわち略三角形の底辺部中央付近に連結されている。
【００７０】
このように構成した飛行体２００は、ローター２３０Ｂの出力を用いた姿勢安定性は低下するものの、自立安定性が向上する。
【００７１】
その他、主翼２２０の略三角形の底辺部の左右両側に対応する尾部にエレボン２２３Ｌ，２２３Ｒを設けてもよい。エレボン２２３Ｌ，２２３Ｒを設けることで、ラダー機構２６０の舵板２６２の揚力を用いず、エレボン２２３Ｌ，２２３Ｒの角度調整で左右の旋回を行うことも可能となる。なお、エレボン２２３Ｌ，２２３Ｒについても角度調整用のサーボ機構を設けて、このサーボ機構をコントローラ２５０が制御することで角度調整を行うことになる。
【００７２】
（Ｃ）第３の実施形態： 
本実施形態に係る飛行体３００は、概略、飛行体１００を前後逆に構成した形状、及び構造である。図１４は、本実施形態に係る飛行体３００の概略形状を示すとともに、重心Ｃ１と主翼２０の揚力中心Ｃ２との位置関係を説明する図である。
【００７３】
飛行体３００は、概略、機体３１０、主翼３２０、２以上の第１種回転翼としてのローター３３０Ｌ，３３０Ｒ、１以上の第２種回転翼としてのローター３３０Ｂ、ローター傾角回転調整機構３４０、制御部としてのコントローラ３５０（不図示）、ラダー機構３６０、及び、電源３７０（不図示）を備える。飛行体３００にも脚部を設けてよい。なお、これら構成要素で飛行体１００の対応する構成と共通する構造や機能等については説明を省略する。
【００７４】
主翼３２０は、平面視、飛行体１００の胴体の略中心を通り略前後方向に延びる基準線である機軸Ｘ１を挟んで左右対称な後進翼形状を有し、後方寄りの部位に設けられる左右幅が最も大きい幅広部３２１と、幅広部３２１から前方へ向かうにつれ左右幅が徐々に狭幅化する幅漸減部３２２と、を有する全体として略三角形状としてある。主翼３２０の形状に幅広部３２１と幅漸減部３２２とを設けることで、主翼３２０のサイドエッジで発生する乱流の影響を緩和することができる。
【００７５】
主翼３２０は、基準姿勢において一定の仰角を付けてあり、水平飛行時に揚力を発生する形状としてある。なお、主翼３２０の形状は、薄板状の部材で形成してもよいし、いわゆる翼型と呼ばれる形状を採用してもよい。主翼３２０は、基準姿勢において、一定の上反角又は一定の下反角を付けた形状としてある。
【００７６】
重心Ｃ１と揚力中心Ｃ２は、平面視においていずれも機軸Ｘ１上にあり、重心Ｃ１が揚力中心Ｃ２よりも前方に位置するように調整してある。
【００７７】
ローター３３０Ｌ，３３０Ｒは飛行体３００の後方寄りに設けられており、機体３１０と主翼３２０の少なくとも一方に対して固定されることにより主翼３２０との相対的な位置関係を固定されている。ローター３３０Ｌ，３３０Ｒを主翼３２０又は主翼３２０近くに固定すると、飛行体３００の姿勢安定性が向上する。また、ローター３３０Ｌ，３３０Ｒを主翼３２０の左部３２０Ｌ及び右部２０Ｒの広い部分にそれぞれ固定すると、飛行体３００の姿勢安定性が向上する。
【００７８】
本実施形態においては、主翼３２０の左部３２０Ｌ及び右部３２０Ｌには、それぞれ、上下に貫通する開口３２３Ｌ，３２３Ｒが設けられている。ローター３３０Ｌは左部３２０Ｌの開口３２３Ｌに配設され、ローター３３０Ｒは右部３２０Ｒの開口３２３Ｒに配設される。左部３２０Ｌ及び右部３２０Ｒは、機軸Ｘ１を挟んで左右対称の位置関係及び形状で形成されており、左部３２０Ｌ及び右部３２０Ｒにそれぞれ形成される開口３２３Ｌ，３２３Ｒも機軸Ｘ１を挟んで左右対称の位置関係及び形状に形成されている。開口３２３Ｌ，３２３Ｒは、ローター３３０Ｌ，３０Ｒの回転半径よりも若干大き目の径以上に形成されている。
【００７９】
ローター３３０Ｌとローター３３０Ｒは、機軸Ｘ１を挟んで左右対称に配設されている。ローター３３０Ｌとローター３３０Ｒは、回転方向が逆向きであり、回転反作用トルクを互いに相殺し合う。ローター３３０Ｌとローター３３０Ｒの回転軸は、左右方向の力が発生しない又は左右方向の力が相殺し合うような回転軸傾きであり、ローター３３０Ｌ，３３０Ｒの回転軸がいずれも略鉛直に配向している態様やローター３３０Ｌ，３３０Ｒの回転軸が機軸Ｘ１を挟んで左右対称な傾きを持つ態様が例示される。ローター３３０Ｌ，３３０Ｒの回転軸が前後方向に傾きを持つ場合は、ローター３３０Ｌ，３３０Ｒの前後方向の力は、ローター３３０Ｂの回転軸に前後逆方向の傾きを設けて相殺し合うように構成する。
【００８０】
ローター３３０Ｂは、飛行体３００の前方寄りに設けられており、主翼３２０の先端付近、すなわち略三角形の頂部付近に配設されている。ローター３３０Ｂは、ローター傾角調整機構３４０を介して機体３１０又は主翼３２０に連結されている。ローター傾角回転軸駆動部３４２は、ピッチ軸と平行な回転軸を中心にローター３３０Ｂを軸回転させることで、ローター３３０Ｂの傾きを主翼３２０に対して相対的に可変する。
【００８１】
ローター３３０Ｂの送風下流側（ローター３３０Ｂの送風に晒される側）にはラダー機構３６０が設けられている。ラダー機構３６０を設けることで、飛行体３００のヨー軸周り回転を制御することができる。
【００８２】
以上説明した飛行体３００は、垂直離着陸時の制御は飛行体１００と同様であるが、水平飛行時の制御はローター３３０Ｂの傾き方向が前後逆になる点で相違する。このように構成した飛行体３００によれば、主翼形状が後退翼形状になって自立安定性が向上するとともに、前で舵を切る形なので、自動車の操舵と類似で感覚的に操作しやすくなる。
【００８３】
なお、本発明は上述した各実施形態に限られず、上述した各実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した各実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。また，本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されず，特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【符号の説明】
【００８４】
１０…機体、２０…主翼、２０Ｒ…右部、２１…幅広部、２２…幅漸減部、２３Ｌ…開口、２３Ｒ…開口、３０Ｂ…ローター、３０Ｌ…ローター、３０Ｒ…ローター、４０…ローター傾角調整機構、４１…ローター傾角回転軸、４２…ローター傾角回転軸駆動部、５０…コントローラ、５１…制御用コンピュータ、５１ａ〜５１ｅ…入出力回路、５２…３軸加速度センサ、５３…３軸ジャイロセンサ、５４…受信部、６０…ラダー機構、６１…ラダー回転軸、６２…舵板、６２ａ…縁部、６３…ラダー回転軸駆動部、６４…棒状部材、７０…電源、８０ａ〜８０ｃ…脚部、１００…飛行体、２００…飛行体、２１０…機体、２１１Ｌ…支持部、２１１Ｒ…支持部、２２０…主翼、２２０Ｌ…左部、２２０Ｒ…右部、２２１…幅広部、２２２…幅漸減部、２２３Ｌ…エレボン、２２３Ｒ…エレボン、２３０Ｂ…ローター、２３０Ｌ…ローター、２３０Ｒ…ローター、２４０…ローター傾角回転調整機構、２５０…コントローラ、２６０…ラダー機構、２６２…舵板、２７０…電源、３００…飛行体、３１０…機体、３２０…主翼、３２０Ｌ…左部、３２０Ｒ…右部、３２１…幅広部、３２２…幅漸減部、３２３Ｌ…開口、３２３Ｒ…開口、３３０Ｂ…ローター、３３０Ｌ…ローター、３３０Ｒ…ローター、３４０…ローター傾角回転調整機構、３４２…ローター傾角回転軸駆動部、３５０…コントローラ、３６０…ラダー機構、３７０…電源、Ａｍｐ１〜Ａｍｐ３…モータアンプ、Ｓｖ１…サーボ、Ｓｖ２…サーボ
【図１】
2018086916.tif 000003
【図２】
2018086916.tif 000004
【図３】
2018086916.tif 000005
【図４】
2018086916.tif 000006
【図５】
2018086916.tif 000007
【図６】
2018086916.tif 000008
【図７】
2018086916.tif 000009
【図８】
2018086916.tif 000010
【図９】
2018086916.tif 000011
【図１０】
2018086916.tif 000012
【図１１】
2018086916.tif 000013
【図１２】
2018086916.tif 000014
【図１３】
2018086916.tif 000015
【図１４】
2018086916.tif 000016
【図１５】
2018086916.tif 000017