(57)【要約】  【課題】  【解決手段】ここに開示する航空機は、第１および第２の端部と、揚力ユニットと、ペイロードユニットとを具える懸垂構造を含む。この揚力ユニットは、ナセルとテールブームとを具え、前記懸垂構造の第１の端部に回動可能に連結しており、ペイロードユニットが懸垂康応の第２の端部に連結されている。これにより、テールブームはペイロードユニットに対し回動可能に連結され、テールブームを特定の飛行モードの向きにすることが可能となる。垂直飛行または空中停止モードでは、テールブームは懸垂構造とほぼ平行の向きで揚力ユニットから吊り下がり、揚力ユニットの吹き下ろしの抵抗を最小限としている。水平飛行中は、テールブームは懸垂構造に直交し、縦揺れと横揺れモーメントを制御して安定した水平飛行となるよう後側に延在する。他にも有利な変形例や方法が開示されている。【選択図】図１
2007508998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１および第２の端部を具える実質的に硬質の懸垂構造と；
（ｂ）前記懸垂構造の第１の端部に回動可能に連結され、（１）ナセルと、（２）前記ナセルに回動可能に連結されたテールブームとを具える揚力ユニットと；
（ｃ）前記懸垂構造の第２の端部に連結されたペイロードとを具えることを特徴とする航空機。
【請求項２】
前記ナセルが一対のエンジンを収容していることを特徴とする請求項１の航空機。
【請求項３】
さらに、水平飛行中に前記揚力ユニットからの上昇力の大部分を生成するのに十分なサイズの空力的揚力構造体を具えることを特徴とする請求項１の航空機。
【請求項４】
前記空力的揚力構造体が、回動可能に取り付けられたウィングパネルを具え、各パネルが選択的に（ａ）前記テールブームとほぼ平行する向きと、（ｂ）前記テールブームとほぼ直交する向きとの双方に延在可能であることを特徴とする請求項３の航空機。
【請求項５】
前記揚力ユニットがさらに、前記テールブームを前記ナセルに対して回動可能に取り付けられたテールブームアクチュエータを具えることを特徴とする請求項１の航空機。
【請求項６】
前記揚力ユニットがさらに、前記ナセルの一方の端部のハブに装着されたロータを具えることを特徴とする請求項１の航空機。
【請求項７】
前記揚力ユニットさらに、前記ナセルに対して前記テールブームを回動可能に取り付けられたテールブームアクチュエータを具えることを特徴とする請求項６の航空機。
【請求項８】
前記ロータが、実質的に２セットのロータブレードからなり、これらのセットが独立して前記ハブの周りを回転可能であることを特徴とする請求項６の航空機。
【請求項９】
前記ロータの半径が、前記懸垂構造の第１および第２の端部間の距離より僅かに短いことを特徴とする請求項８の航空機。
【請求項１０】
さらに、各ブレードとハブ間のラッチ式回動カップリングを具え、これにより前記ブレードが選択的に前記テールブームと平行に配置可能となり前記航空機をコンパクトに収納しうることを特徴とする請求項８の航空機。
【請求項１１】
前記ロータの半径が約４０フィートであり、前記テールブームの長さが約４０フィートであり、前記ブレードは選択的に前記テールブームと平行に配置可能となり、前記航空機をコンパクトにして標準的な軍艦の武器昇降機に収納しうることを特徴とする請求項１０の航空機。
【請求項１２】
前記テールブームが、水平安定板と昇降舵とを具えることを特徴とする請求項６の航空機。
【請求項１３】
前記テールブームがさらに、垂直安定板とラダーとを具えることを特徴とする請求項１２の航空機。
【請求項１４】
前記テールブームの１つとペイロードユニットとに設けられ前記テールブームを前記ペイロードユニットにラッチ可能に連結する固定具を具え、前記テールブームが、前記ペイロードユニットにラッチしたときに前記懸垂構造とほぼ平行する向きに固定されることを特徴とする請求項６の飛行機。
【請求項１５】
前記テールブームが前記ペイロードユニットにラッチされ支持面に安置されている場合、前記揚力ユニットが部分的に前記テールブームに支持されることを特徴とする請求項１４の航空機。
【請求項１６】
前記揚力ユニットが、
（ａ）前記懸垂構造の第１および第２の端部を通る軸に直交する回動軸を中心に、少なくとも所定の角度範囲で回動自在であり；
（ｂ）その移動範囲が、前記懸垂構造の第１の端部に対し前記回動軸に平行な方向に限定されていることを特徴とする請求項６の航空機。
【請求項１７】
前記ペイロードユニットは飛行時に自身の重量を支持する構造を有さず、少なくとも前記揚力ユニットからその重量の少なくとも一部が吊り下げられていることを特徴とする請求項６の航空機。
【請求項１８】
前記ペイロードユニットが、垂直安定板とラダーとを具えることを特徴とする請求項１７の航空機。
【請求項１９】
前記ペイロードユニットが、互いに２０フィート、前記懸垂構造の第２の端部から約１０フィートの間隔を空けた輸送コンテナサポートを具えることを特徴とする請求項１７の航空機。
【請求項２０】
さらに、水平飛行中に前記揚力ユニットからの上昇力の大部分を生成するのに十分なサイズであって、回動可能に連結された一対のウィングパネルを具える空力的揚力構造体を具え、各パネルが選択的に（ａ）前記テールブームとほぼ平行する向きと、（ｂ）前記テールブームとほぼ直交する向きとの双方に延在可能であることを特徴とする請求項６の航空機。
【請求項２１】
（ａ）前記ロータが実質的に２セットのロータブレードからなり、各セットは独立して前記ハブの周りを回転可能であり、
（ｂ）前記ロータの半径が、前記懸垂構造の第１および第２の端部間の距離より僅かに短く、
（ｃ）前記揚力ユニットがさらに前記ハブに対してテールブームを回動させるよう連結されたテールブームアクチュエータを具えることを特徴とする請求項２０の航空機。
【請求項２２】
（ａ）推進サブシステムとテールブームとを具える揚力ユニットを設けるステップと、
（ｂ）前記揚力ユニットに回動可能に連結されたペイロードユニットであって、前記テールブームとペイロードユニットが第１の軸の周りで互いに独立して自由に回動するペイロードユニットを設けるステップと、
（ｃ）前記揚力ユニットを、その推力サブシステムが航空動力を反重力方向が優勢となる第１のモードで駆動するステップと、
（ｄ）前記第１のモードの最後の部分において、前記テールブームを前記ペイロードユニットにほぼ垂直方向にラッチさせるステップと、
（ｅ）前記揚力ユニットを、その推力サブシステムが航空動力を地面と平行方向が優勢となる第２のモードで駆動するステップと、
（ｆ）前記第２のモードの最後の部分において、前記テールブームを前記ペイロードユニットを解放し、これにより前記テールブームが前記ペイロードユニットから独立して回動可能となるステップとを具えることを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記推力サブシステムとして前記揚力ユニットにロータを設けるステップを具えることを特徴とする請求項２２の方法。
【請求項２４】
（ａ）前記揚力ユニットに前記ロータとして一対のブレードのセットを設けるステップと、
（ｂ）１のセットの前記ブレードが他のセットのブレードと反対方向に回転するよう前記揚力ユニットを駆動するステップとを具えることを特徴とする請求項２３の方法。
【請求項２５】
さらに、前記揚力ユニットを前記第１のモードで駆動する前に、前記揚力ユニットを前記ペイロードユニットの近くの支持面に安置するステップを具えることを特徴とする請求項２３の方法。
【請求項２６】
（ａ）前記揚力ユニットが硬質の懸垂構造を介して前記ペイロードユニットに回動可能に連結されており、
（ｂ）前記方法がさらに、前記第１のモードの初期に、前記揚力ユニットを前記支持面から離れる方向に前記ペイロードユニットを吊り上げ始めるまで前記ペイロードを中心に弧を描くように移動させるステップを具えることを特徴とする請求項２５の方法。
【請求項２７】
（ａ）前記テールブームに一対のウィングパネルを回動可能に設けるステップと；
（ｂ）揚力ユニットを移動させる前に、ウィングパネルを（１）前記テールブームとほぼ平行な収納位置から展開し、前記テールブームとほぼ直交する展開位置にするステップとを具えることを特徴とする請求項２６の方法。
【請求項２８】
前記ペイロードを吊り下げるステップがさらに、前記ペイロードが第１の軸に直交するすべての軸に関する回動動作を制限するステップを具えることを特徴とする請求項２３の方法。
【請求項２９】
さらに、前記揚力ユニットを駆動する前に、前記ペイロードユニットに前記テールブームがラッチされるようにしてこれを支持面上に安置するステップを具え、前記揚力ユニットの少なくとも一部が前記テールブームに支持されていることを特徴とする請求項２３の方法。
【請求項３０】
前記テールブームを解放するステップは、前記テールブームが前記揚力ユニットとペイロードユニットを通る軸と直交する回動軸の周りを所定の角度範囲内で回転するのを許容するステップを具えることを特徴とする請求項２３の方法。
【請求項３１】
さらに、テールブームを解放するステップの後に、前記テールブームを前記揚力ユニットに対して回動させるステップを具えることを特徴とする請求項３０の方法。
【請求項３２】
前記テールブームを解放するステップの後に、水平安定板と昇降舵で前記テールブームの縦揺れを制御するステップを具えることを特徴とする請求項３０の方法。
【請求項３３】
さらに、前記テールブームを解放するステップの後に、垂直安定板とラダーとで前記テールブームの横揺れを制御するステップを具えることを特徴とする請求項３０の方法。
【請求項３４】
前記揚力ユニットを設けるステップがさらに、前記テールブームに回動可能に取り付けられる一対のウィングパネルを設けるステップを具え、この方法がさらに、
（ａ）前記テールブームがペイロードユニットにラッチされている間は、前記ウィングパネルを前記テールブームにほぼ平行する向きとし、
（ｂ）前記テールブームがペイロードユニットから解放されている間は、前記ウィングパネルが前記テールブームとほぼ直交する向きに延在することを特徴とする請求項２３の方法。
【請求項３５】
（ａ）前記懸垂構造の第１および第２の端部を通る軸と直交する回動軸の周りを、少なくとも所定の角度範囲内で、前記揚力ユニットの自由回転を許容するステップと；
（ｂ）実質的に前記揚力ユニットの移動を懸垂構造の第１の端部に対して前記回動軸と平行する方向に制限するステップとをさらに具えることを特徴とする請求項２３の方法。
【請求項３６】
ペイロードを輸送するシステムであって、
（ａ）ロータとテールブームとを具える揚力ユニットと；
（ｂ）前記揚力ユニットに回動可能に連結されたペイロードユニットであって、前記テールブームとペイロードユニットが互いに独立して第１の軸を中心に回動可能であるペイロードユニットと；
（ｃ）前記揚力ユニットのロータを駆動して航空動力を発生させる手段と；
（ｄ）前記航空動力を所望の方向に向けるために前記揚力ユニットの向きを決める手段と、
（ｅ）選択的に（１）前記テールブームをペイロードユニットにほぼ垂直の向きにラッチさせ、あるいは（２）前記テールブームをペイロードユニットから解放し、これにより前記テールブームがペイロードユニットから独立して回動可能とする手段とを具えることを特徴とするシステム。
【請求項３７】
（ａ）前記懸垂構造の第１および第２の端部を通る軸と直交する回動軸の周りを、少なくとも所定の角度範囲内で、前記揚力ユニットの自由回転を許容する手段と；
（ｂ）前記揚力ユニットの移動を懸垂構造の第１の端部に対して前記回動軸と平行する方向に実質的に制限する手段とをさらに具えることを特徴とする請求項３６のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
垂直離着陸機（ＶＴＯＬ機）は、空中で静止し、滑走路がなくても離着陸可能で、さらに水平方向にも飛行可能であり、長い間望まれていた。この飛行機の揚力ユニットは、航空動力を発する推進器（例えばロータ、チルト可能なジェットエンジン等）を具える。この航空動力は、「揚力点」と称する１つの点を通る、垂直（すなわち反重力）と水平（すなわち地面に平行）のベクトルの組み合わせとして見ることができる。ＶＴＯＬ機での空中停止または垂直飛行を安定すべく、航空動力の垂直ベクトルは重心を通らねばならない。
【背景技術】
【０００２】
従来のシングルロータ型ヘリコプターは、ロータのすぐ下に重心を配置してこの要求を満たしている（ロータの数は、与えられた「ロータ」の羽がシングルセットであると対の逆回転セットであるとに拘わらず、通常はロータ軸の数で数えられる）。しかしながら、この構成ではロータの軸を傾けて固定の羽根の推力で水平飛行することができない。代わりに、水平方向の対気速度を得るべくロータを傾けるのに十分なロータクリアランスのみの、ロータ自身の横向きの気流で不効率な揚力に頼らねばならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
折衷案として、対向する翼端にチルト式のロータを具える航空機が開発された。この構成は重要な欠点があり、第１に、予想される航空機本体の中心線とのブレードの干渉により、同一平面上のロータ対の直径がシングルロータ型の半分以下に制限される。直径の小さなロータ対を用いると効率が悪くなり、ホバリング時の推進力がシングルロータ型のエンジンパワーと比較して７０％以下となる一方、吹下ろし速さが４０％以上大きくなる。
【０００４】
したがって、シングルロータを具え、安定した垂直飛行と空中静止が可能で、同時に固定翼による揚力を利用した水平飛行での軸気流の効率も良いＶＴＯＬ機が求められていた。また、組み込まれた揚力ユニットの種類に拘わらず、水平飛行と垂直飛行またはホバリング飛行の切替制御が改善されたＶＴＯＬ機が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の様々な態様にかかる航空機は、第１の端部と、第２の端部と、揚力ユニットと、ペイロードユニットとを有する実質的に剛性の懸垂構造を具える。この揚力ユニットは、ナセル（通常１以上のエンジンを搭載）とテールブームとを具え、前記懸垂構造の第１の端部に回転可能に取り付けられる。ペイロードユニットはこの構造体の第２の端部に取り付けられる。これにより、テールブームがペイロードユニットに対し回転可能に取り付けられ、テールブームを特定の飛行モードに必要な角度にすることができる。
【０００６】
本発明の特定の有利な態様によると、揚力ユニットは、航空動力を得る推進サブシステムとしてロータを具えてもよい。この動力が重力と反対の向きが優勢に出力する飛行モード（垂直飛行または空中静止）では、テールブームが懸垂構造と実質的に平行な向きに揚力ユニットに吊られ、揚力ユニットからの吹き下ろしの抵抗を最低限としている。ロータ（または他の適切な推進サブシステム）の航空動力が地面と平行な向きに優勢となるよう出力する飛行モード（水平飛行）では、テールブームは懸垂構造に直交し、水平飛行を制御し安定させるべく、縦揺れや横揺れを改善する向きに、後側に延在する。
【０００７】
本発明の方法において、ペイロードユニットは、推進サブシステム（例えばロータ）やテールブームを有する揚力ユニットに軸支されており、このテールブームとペイロードユニットは前記揚力ユニットと平行する軸に対して独立して回転自在である。この揚力ユニットは、この方法を通じて複数のモードで動作する。第１のモードでは、推進サブシステムは、重力と逆向きの航空動力が優勢である。換言すれば、この力は、地面に関する座標系において、他の水平方向のベクトルの組み合わせよりも垂直方向のベクトルが大きい。この第１のモードの少なくとも一部では、テールブームはペイロードユニットに実質的に垂直方向にラッチする。固定翼による揚力の任意の時点において、揚力ユニットは第２のモードに移行し、ここでは推進サブシステムの航空動力の出力が地面と平行な向きが優勢となる、すなわち、組み合わさった水平ベクトルに対して垂直ベクトルが弱くなる。この第２のモードの少なくとも一部で、テールブームがペイロードユニットから解放されペイロードユニットから独立して回転可能となる。解放されると、テールブームは、水平飛行に適するよう後側に延在する向きとなる。
【０００８】
上記の概略は本発明のすべての態様を網羅したものではない。実際、発明者は本発明が上記概説された様々な態様のすべての好適な組み合わせとして実践可能なすべてのシステムと方法を含むことを企図しており、これには以下に開示する説明や、特に本願添付のクレームに記載したものを含む。このような組み合わせは、上記概説で特に明示しなくても特有の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、本発明の多様な態様にかかる航空機の斜視図であり、飛行モードが垂直と水平の間を移行する状態を示す図である。
【００１０】
図２は、図１に示す航空機の分解斜視図である。
【００１１】
図３は、図１に示す航空機を収納状態とした斜視図である。
【００１２】
図４は、図１に示す航空機において、揚力ユニットの作動前に展開した状態を示す斜視図である。
【００１３】
図５は、図１に示す航空機において、揚力ユニットの初期動作を示す斜視図である。
【００１４】
図６は、図１に示す航空機において、輸送するペイロードの上で揚力ユニットがホバリングしている状態を示す斜視図である。
【００１５】
図７は、図１に示す航空機において、揚力ユニットが図６のペイロードを伴い垂直飛行モードにある状態を示す斜視図である。
【００１６】
図８は、図１に示す航空機において、図６に示すペイロードの輸送中であって揚力ユニットが水平飛行モードにある状態を示す斜視図である。
【００１７】
図９は、図９Ａと図９Ｂを含み、図２の航空機のペイロードユニットの固定具の側部断面図であり、テールブームがペイロードユニットに着脱する状態を示す図である。
【００１８】
図１０は、図１０Ａと図１０Ｂと図１０Ｃとを含み、図１の航空機の側部概略図であって、水平飛行と、２段階の垂直飛行を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の多様な態様にかかるＶＴＯＬ機は、垂直飛行モードと水平飛行モードの双方を効率的で安定させるテールブームを具えている。図１を参照してよく理解できるように、例えば、この航空機１００は懸垂構造１１０と、ペイロードユニット１３０と、ナセル１２８およびテールブーム１４０を有する揚力ユニット１２０とを具えている。懸垂構造１１０の一方の端部１１３は、揚力ユニット１２０に回転可能に取り付けられており、他方の端部１１５はペイロードユニット１３０に回動可能に取り付けられている。揚力ユニット１２０はさらに、空力的揚力構造体１５０を具えている。
【００２０】
本発明の多様な態様にかかる揚力ユニットは、いかなる外部支持構造や気体静力学の浮力に対し関連する力を用いることなく、上側成分を含む航空動力を発生するのに適した重航空機構造を具える。揚力ユニットは、適切に構成された推進サブシステム、空力揚力構造、またはこれらの双方でこのような力を生成する。図２に分解斜視図に示すように、例えば、揚力ユニット１２０は、（ナセル１２８の一方の端部から延在する）ハブ１２６に取り付けられたロータ２００と、空力的揚力構造体１５０とを具える。
【００２１】
本発明の多様な態様において、ナセルは、揚力ユニットと懸垂構造との間にあり、揚力ユニットのテールブームと他の部分との間の回動アタッチメントの中心点をなす通常空力的な流線型の外側シェルを具える構造物である。１のナセルは通常１またはそれ以上のエンジンと、ギヤボックスと、揚力ユニットが推進サブシステムを駆動するのに用いる他の構造物とを具える。しかしながら、ナセルは必要に応じてこのような構造体の一部または全部を省略することができ、例えば推進サブシステムはブレードに先端取り付け型のジェットエンジンを具えるロータを搭載していてもよい。ここで用いられるように、「ナセル」の語は通常の外側シェルの構成に限らずすべての構造物を含むが、保護と空力学のために設けられるものに限らず、揚力ユニットを懸垂構造に回動可能に取り付け、テールブームを揚力ユニットの残りの部分に回動可能に取り付ける様々なものを含む。
【００２２】
ロータは、推進サブシステムに特に有利なものであり、ハブの周りを軸回転可能なブレードに適した構造のハブに搭載された様々な構成のエアフォイルブレードを具え、これにより軸に平行な向きに航空動力を生成する。例えば、ロータ２００は実質的に２対のロータブレードのセット２１０、２２０からなる。ブレードセット２１０、２２０はハブ１２６の周りを独立して回転可能であり、これらのセットを反対方向へ回転させることによりこれらが単独で軸の周りに生成するナセル１２８とハブ１２６を通るモーメントが打ち消されるようにしている。ナセル１２８に別に設けたターボシャフトエンジンがロータ２００のブレードセット２１０、２００を駆動する。
【００２３】
ロータブレードのセットの軸の周囲の回転を支持するハブとして、適切な様々な構成を用いることができる。例えば、ハブ１２６は１対の同軸トーションシャフト（図示せず）と、ラッチ型回動カップリングの２つのセット３１０、３２０（図３）を具える。各トーションシャフトは、揚力ユニットのナセル１２８内部のエンジン（図示せず）に駆動されるギヤボックスからの機械エネルギーをロータブレードのセット２１０、２２０に接続する。
【００２４】
様々な他のタイプの推進サブシステムを、上側成分を含む航空動力を好適に生成するのに用いることができ、これらが本願と同じ発明者による２００１年１０月１２日出願の整理番号０９／９７６，３４８の実施例１０、１００、２００、１６００に設けられており、これを出願’３４８として以下に参照する。
【００２５】
揚力構造体１５０は、テールブーム１４０の固定式の中央エアフォイル部１４１の反対側に回動可能に取り付けられたウィングパネル１５２、１５４を具える。ウィングパネル１５２、１５４は、垂直飛行モードと水平飛行モードの切り替え時に展開して揚力を増大させる部分スパンフラップ１５５、１５６を具える。本発明の多様な態様にかかる空力的揚力構造体は、例示のウィングパネル１５２、１５４に限定されるものではなく、特に大気などの流体中を水平に飛ぶ特定の航空機の目的に適した、有意の空力的上昇力を生成するのに適した様々な構造物であってよい。他の空力学的揚力構造物の例として、’３４８出願の実施例１０、１００、２００、６８００がある。
【００２６】
ロータ２００は、航空動力を生成するが回転力学的にはニュートラルに動作し、適切な燃料（または例えば電池など他の適切な貯蓄エネルギー）の変換による機械エネルギーで駆動される。このニュートラル性により、航空機の垂直飛行時の縦揺れや横揺れが改善される。回転力学的理論によると、回転体（gyroscope）はモーメント中で動作する場合、加わるモーメントに対し正面をなす角度に変位する。この効果を打ち消す方法の一つに、第１の回転体と同軸に、同じ回転速度で逆方向に回転する第２の回転体を配置することがある。この方法を用いると、ブレードセット２１０と逆向きに回転するブレードセット２２０の作用により、事実上回転力学的にニュートラルとなる。単一のブレードセットを具える回転ロータとは異なり、この回転力学的にニュートラルなシステムは、縦揺れや横揺れのモーメントの作用を歪めない。このような歪みをなくすと、縦揺れや横揺れの制御が向上する。
【００２７】
図２から理解が容易なように、例示する航空機１００のテールブーム１４０は揚力ユニット１２０に、ナセル１２８の上側中間地点の近くに図示しない機械構造により回動可能に取り付けられる。このような取り付け構造として適切な例として、例えば、中央エアフォイル１４１の前端部にヒンジで取り付けることがある。
【００２８】
テールブーム１４０を揚力ユニット１２０に回動可能に連結すると、テールブーム１４０がペイロードユニット１３０に対し（揚力ユニット１２０とともに）回動自在となるため、厳密にはテールブーム１４０が垂直飛行の際に垂直に向き、水平飛行の際に水平に向く所望の機能を持っていなくてもよい。しかしながら、テールブーム１４０を揚力ユニット１２０に回動可能に取り付けると、ロータ２００に対して様々な向きに延在可能となる。図１に示すように、例えば、ロータ２００（図２）がやや垂直方向にあっても飛行機１００の水平飛行により水平気流が生じている場合、テールブーム１４０は揚力ユニット１２０からほぼ水平に延在する。テールブーム１４０を揚力ユニット１２０に回動可能に連結する他の利点は、図３−４に示すように、ナセル１２８をペイロードユニット１３０の横に配置した場合に、テールブーム１４０を懸垂構造１１０とともにナセル１２８とペイロードユニット１３０の間にほぼ水平に配置することができる。
【００２９】
揚力ユニット１２０は、図３を参照して後述するように、航空機１００が収納状態にある場合に揚力ユニット１２０を支持する着陸ギア２２９（図２）を具えている。着陸ギア２２９は、例えば、揚力ユニット１２０の重量を支えるのに十分な直径と構造的な丈夫さを有するホイールのセットや、対応する受け部に収まるよう設計された固定構造であってもよい。
【００３０】
本発明の多様な態様にかかる懸垂構造は、揚力ユニットにペイロードユニットを吊り下げるのに適した様々な構造体を含む。例えば、懸垂構造１１０は、適切な材料（例えばカーボングラファイト）でなり、航空機１００にとって予測される飛行状況すべてにおいて揚力ユニット１２０からペイロードユニット１３０とペイロード１９０を吊り下げられる適切な構造（例えば、空力学に基づき押し出し成型された断面中空パイプであって、オプションで燃料パイプや機械および／または電源および制御ケーブルを内包してもよい）の一対の伸長部材１１２、１１４を具える。
【００３１】
例示する航空機１００では、揚力ユニット１２０は、硬質の懸垂構造１１０を介してペイロードユニット１３０に取り付けられている。伸長部材１１２、１１４の剛性が、収納時と初期展開構造において航空機１００の構造的な安定度の維持に役立っている。後述するように、これらの構造は図３、４にそれぞれ描かれている。本発明の多様な態様にかかる懸垂構造は、多くの好適な変形例とすることができ、これは’３４８出願の段落９６（横揺れ制御）や段落１０４−１０５、１０７、１１１−１１２、１２８−１３０、１３５（減衰弾性構造）を参照すれば容易に理解できるであろう。
【００３２】
有利なことに、本発明の多様な態様にかかる垂直飛行型航空機の懸垂構造は、揚力ユニットに回転可能に軸支され、直交する２軸の回転が制限されている。１軸で回転するようにし、他の回転を制限しているため、この構成により吊り下げているペイロードユニットの動きが揚力ユニットと同じ平面上となり、ペイロードユニットがこの平面外で実質的に横にぶれるのが防止される。例えば、懸垂構造１１０の端部１１５のベアリング１２７は、ペイロードユニット１３０の前後の動きは許容するが、横方向の動きは制限する。これにより、許容された動きの平面は水平飛行方向に平行となり、結果として航空機１００の横揺れの安定度が向上する。
【００３３】
図２に示すように、揚力ユニット１２０はそのナセル１２８の両側にベアリング１２７を具え、これがチューブ１１２、１１４の上端部に回転可能に結合している。さらに、ペイロードユニット１３０は、チューブ１１２、１１４の下端部に回転可能に結合するベアリング１３７を具える。これにより、揚力ユニット１３０は懸垂構造１１０の端部１１５に回転可能に取り付けられ、ペイロードユニット１３０が懸垂構造１１０の反対側の端部１１３に回転可能に取り付けられる。
【００３４】
本発明の多様な態様によると、構造部材間の連結を回動式とするには、２つの部材間で軸回転可能であり横の力を一方の部材から他方の部材へと伝達する様々な構成のものを用いることができる。このような構造物の一例として、少なくとも１本のシャフトからなる（を含む）第１の部材と、このシャフトから自由回転可能だが横方向には動かないよう第１の部材に取り付けられる第２の部材とを具える従来型のベアリングがある。他の例として、’３４８特許の図４と添付の説明に要素１０２として示されているものがある。回転構造物の他の型としては、ボールソケット型構造やフレキシブルケーブル長などがある。
【００３５】
例示するペイロードユニット１３０はさらに、両サイドに整板１３１を有するルーフ１３２と、クルーコンパートメント１３４と、上側トラス部材１３６と、下側トラス部材１３５と、前端キャップ１３８と、後端キャップ１３９と、ペイロード安定部材１３３とを具える。２０フィート型の標準カードコンテナの重量を基部の四隅から、下側トラス部材１３５，上側トラス部材１３６を介し、懸垂構造１１０に吊す（図６−８）。クルーコンパートメント１３４はパイロットの視認性のために透明キャノピーと適切な座席、制御板、環境快適化システム（図示せず）を１以上のクルーメンバ用に具えてもよい。トラス部材１３５と１３６は、使用しない場合に上側に折りたたんでルーフ１３２の内側の整板１３１内に納めることができる。
【００３６】
本発明の多様な態様によると、可能な様々な代替実施例を構成および運用することができ、様々なサイズの（例えば、標準的な人間より小さい）無人型の航空機や、１以上の貨物コンテナをペイロードとして輸送可能な有人または無人の航空機、多数の乗客を輸送できるよう構成された航空機、ペイロードユニットの不可欠な部分やペイロードユニットのエンクロージャー内から派生するペイロードを搭載した航空機などがある。
【００３７】
航空機１００がペイロード１９０を輸送する方法の一例として、図３−４−５−６−７−１−８の順番で参照するとよく理解できる。
【００３８】
図３は、例示するすべての方法における離陸前の航空機１００（ウィングパネル１５２を部分的に切り欠いて示す）を示す図である。ラッチ型回動連結部のセット３１０、３２０がブレードのセット２１０、２２０とハブ１２６との間にそれぞれ装着されており、これによりすべてのブレードをテールブーム１４０と平行にして図に示すコンパクトな収納状態とすることができる。例示する構成において、ロータ２００（図２）の半径は約４０フィートであり、テールブーム１４０と懸垂構造１１０の長さも約４０フィートである。この構成の利点は、航空機１００が、四面が５０フィートの一般的な軍艦の武器昇降機の「対角線（corner-to-corner）」に斜めに駐機できる点にある。揚力ユニット１２０は支持面（昇降機３３０）のペイロードユニット１３０と並んで安置されており、ペイロードユニット１３０に回動式にラッチされたテールブーム１４０に直立するように保持されている。
【００３９】
ロータ２００の半径を懸垂構造１１０の長さより僅かに短くしている利点が他にもある。このケースでは、ロータが便利なことに回動連結部（ナセル１２８）の近くに配置される。図８に示すように、このケースでは、ロータ２００が動作時に最大可能範囲で回転し、これにより、ロータブレードの先端が水平飛行モードでペイロードユニット１３０に当たることなく最大限の効果を得られる。
【００４０】
図４は、図３の収納状態から展開した航空機を示すが、揚力ユニット１２０はまだ駆動可能ではなく、まだ着陸ギヤ２２９に支持されテールブーム１４０に直立に保持されている。ブレード２１２、２１４、２１６と、ブレード２２２、２２４、２２６は完全に拡開しており、各セットのブレードがハブ１２６から外側に延びている。同軸の逆回転ロータでは予測されるように、図４に例を示すように、２つのセットのブレードの弦の輪郭は反対となっており、この例がブレード２１４、２２０として図４に示されている。ウィングパネル１５２、１５４はこれらの回動連結部から重力の最下部において中央エーロフォイル１４１に連結される。ペイロード安定構造１３３は後ろに倒され、ペイロード１３０の後ろに連結され水平飛行時にこれを安定させる。
【００４１】
航空機１００の操作方法は、図５から理解可能なように、支持面４２０から揚力ユニット１２０を遠ざけるよう、ペイロードユニット１３０に対して弧５１０を描くように、ペイロードユニット１３０を持ち上げ始めるまで移動させる。この揚力ユニット１２０の初期動作は、例示する実施例におけるペイロードユニット１３０と懸垂構造１１０の端部１１３との間の回動連結部と、テールブーム１４０と揚力ユニット１２０との間の回動連結部とにより実現する。テールブーム１４０が動作中にペイロードユニット１３０にラッチした場合、好適には、テールブーム１４０は、揚力ユニット１２０が弧５１０に沿って移動するに伴い揚力ユニット１２０とペイロード１３０の間の機械的連結の構造的な剛性に寄与する（全体的な構成は平行四辺形に類似する）。
【００４２】
図６は、航空機１００がペイロード１９０の上でホバリングしており、揚力ユニット１２０が垂直モードで動作し、反重力が優勢となる航空動力が生成されている。テールブーム１４０は適切にペイロードユニット１３に、ほぼ垂直の向きでラッチしている。図６の構成においてテールブーム１４０の垂直からのずれは約５度しかない。この構成において、テールブーム１４０は懸垂構造１１０と協力して、航空機１００が上に降りたときにペイロード１９０を押し下げたりこれを横切るすべての力を支持する。この時点で、上側支持トラス１３６はルーフ１３２の溝から出るよう回転する。ペイロードユニット１３０が、コンテナに詰めた燃料など敏感な外部の積荷を搭載するとき、ペイロードユニット１３０に積荷を連結する際、航空機１００と外部積荷の双方が地上に置かれていてもよい。
【００４３】
他の方法では、航空機１００は離陸前に、図４−６と同様の配置で、適切な支持体に静止または吊られ、航空機１００の飛行開始前にペイロード１９０をペイロードユニット１３０に搭載できるようにしてもよい。’３４８出願の図２７−３２、４１−４５、５０−５２にはこのような構造の例が開示されている。
【００４４】
ペイロード１９０の端部キャップ１３８、１３９は、前後の端部がそれぞれ適当に空気力学的に流線構造となっている。航空機１００の水平飛行中のペイロード１９０の風の抵抗を低減する様々な構造を用いることができる。例えば、端部キャップ１３８、１３９は、内側リブで強化された弾性シートで製造することができる。他の例では、内部ポンプまたは移動とまだ流動の本体の圧力差によ収集した外の空気からの圧縮空気を充填した膨張構造とすることができる。
【００４５】
本発明の多様な態様において、テールブームをペイロードユニットに連結するには様々な適切な型の固定具（fastner）を用いることができる。この固定具は、テールブームの端部近傍に設けられ、ペイロードユニットに直接機械的に連結する。あるいは、この固定具はテールブームとペイロードユニットの間の回動点またはその近くに設けてもよい。図９Ａ、９Ｂから理解できるように、航空機１００はペイロードユニット１３０のクルーコンパートメント１３４の後端部に固定具９００を具えている。
【００４６】
固定具９００は、適切な固定具や内部構造その他を（１）ペイロードユニット１３０（図２）のルーフ１３２上に台座９１０の底部９１２を、（２）クルーコンパートメント１３４の後端部に台座９１０の後側９１４を、または（３）その両方、に取り付け可能な張り出し台座９１０を具える。台座９１０は、ペイロードユニット１３０を横切って延在するシャフト９３０にラチェット搭載されているカム９２０を保持している。カム９２０は、図９Ａに示す（凸部が下側と後側に向いている）位置から図９Ｂに示す（凸部が前側と下側に向いている）位置まで時計回りに動くよう構成されている。（図示しない）ラチェット機構が設けられており、適切なアクチュエータ（図示せず）がカム９２０をリリースした場合を除き、カム９２０が反時計回りに動くのを防止している。
【００４７】
図７に示すように、テールブーム１４０の底部は、尾翼ブーム１４２、１４４の端部を互いに連結する横材７２０を具えている。固定具９００のラッチ操作において、図９Ａ−９Ｂに順番に示すように、横材７２０はカム９２０を時計回り方向に押してカム９２０の下側に向いた凸部と台座９１０の内壁との間に固定される。このようにして固定したら、横材７２０によりテールブーム１４０とペイロードユニット１３０との連結が保持される。アクチュエータ（図示せず）を設けて、コンピュータまたはオペレータの操作でカム９２０をシャフト９３０の周りを反時計回りに回転させ、テールブーム１４０をペイロードユニット１３０から解放し、これによりテールブーム１４０がペイロードユニット１３０から独立して回動するようにしてもよい。
【００４８】
用いられる固定具の特定のタイプに拘わらず、テールブームをペイロードユニットにラッチさせると、懸垂構造１１０とほぼ平行な向きに固定される。この構成により、航空機の横移動の際にテールブームが繰り返しペイロードユニットに衝突するのが防止される。また、テールブームが支持面上に安置されているときに、懸垂構造１１０とテールブームが機械的に連動して揚力ユニットの力を支持する。さらに、ペイロード１９０の重心が前側にあると、回動可能にラッチされたテール１４０が揚力ユニット１２０の方へ押し上げられる。許容可能なペイロードの前側の重心には限界があり、垂直飛行モードにおける十分なロータのピッチアップ制御や、回動可能にラッチされたテールブーム１４０によるノーズダウンモーメントのバランスが担保される。
【００４９】
テールブームはペイロードユニットに連結されていない場合、懸垂構造１１を通る軸に直交する回動軸において、ある角度幅で回転自在である。揚力ユニット１２０の一例は、ナセル１２８に対し回動式のテールブーム１４０にチルトブーム１４３を介して連結された（図示しない）アクチュエータを具える。これは図１１−１３を参照するとよく理解できる。図１０Ａ−１０Ｂ−１０Ｃの順番で参照して後述するテールブーム１４０と揚力ユニット１２０の回動連結の他の利点は、連結のアクチュエータ（図示せず）でロータを傾斜させて水平飛行から垂直飛行への移行を開始できることにある。
【００５０】
前述したように、図１０Ｃにおいて航空機１００は、水平飛行モードでの効率とスピードは得られないものの、垂直飛行モード中にも水平方向に移動することができる。例えば、図７では垂直飛行モードの航空機１００とペイロードユニット１３０に連結されたペイロード１９０を示し、航空機１００がゆっくりしたスピードで水平移動している。この垂直飛行モード中は、図６に示すように、テールブーム１４０が揚力ユニット１２０から懸垂構造１１０とほぼ平行の向きで吊られている。この構成により揚力ユニット１２９からの吹き下ろしの抵抗が最小限となる。
【００５１】
ペイロード安定構造１３３は、ペイロードユニット１３０の後端部に吊り下げられており、航空機１００の前進移動による気流（矢印７１０として示す）と相互作用し、これにより後述するようにペイロードユニット１３０の縦揺れと横揺れを安定させる。この気流はまた、この時点ではペイロードユニット１３０、空力的揚力構造体１５０のウィングパネル１５２、１５４に対して回動自在であるテールブーム１４０を押し戻し、これによりテールブーム１４０にほぼ直交する方向に延在する動作位置の開始となる。都合のよいことに、ウィングパネル１５２、１５４を位置決めする動作にアクチュエータは不要であるが、所望であれば取り付けてもよい。
【００５２】
図１は、航空機１００の、図７に示す垂直飛行モードと図８に示す水平飛行モードとの切り替えを示す図である。この時点では、空力的揚力構造体１５０は完全にその動作位置にあり、揚力ユニット１２０で生成される揚力の有意な部分を生成する。特定の例において、移行時の水平スピードは約１２２ノットである。
【００５３】
図８は、完全に水平飛行モードとなった航空機１００を示す図である。このモードでは、空力揚力構造１５０は、航空機１００の輸送を維持すべく、揚力ユニット１２０からの揚力の大部分を効率よく生成する。揚力ユニット１２０の僅かな上側への縦揺れによる僅かな上側への力を除き、ロータ２００は厳密には、（ａ）空力揚力構造１５０を空気中で引っ張る水平推進デバイスであり、これにより構造１５０が揚力と（ｂ）航空機１００の目的地への輸送が提供される。特定の実施例では、水平飛行モードでの水平スピードは約３１ノットである。
【００５４】
上述したように、揚力ユニット１２０は懸垂構造１１０に、懸垂構造１１０の上端部１１５のベアリング（図示せず）を軸に回動可能に連結されている。その結果、揚力ユニット１２０は垂直と水平のいずれにも向くことができる。航空機１００は、これにより揚力ユニット１２０が反対する重力より優勢な垂直の航空動力を生成する垂直飛行モードか、揚力ユニット１２０が地面に平行な方向に優勢な航空動力を生成する水平飛行モードで動作することができる。図１は、航空機がこれら２つのモードを切り替える状態である。
【００５５】
水平飛行モード中は、テールブーム１４０は図８に示すように懸垂構造１１０とほぼ直交する。この構成において、テールブーム１４０が後側に延在し、縦揺れと横揺れを制御して水平飛行が安定し、空力的揚力構造体１５０が発生するモーメントを打ち消すことができる。
【００５６】
本発明の多様な態様にかかるテールブームは、一方の端部で気流と相互作用し、他方の端部にモーメントを発生するのに適した様々な構成を具えることができる。気流との相互作用は、可動式の制御面または固定式のエーロフォイルを具え受動的であってもよい。代替的に、または付加的に、気流の相互作用は航空動力の１以上の動力発生機たとえばテールロータを具えてもよい。図２から理解できるように、例えば、テールブーム１４０はラダーを具える垂直安定板と、ロータ２００または飛行機１００またはその両方により生成される気流を受動的に相互作用する水平テールとが設けられたタイプである。
【００５７】
本発明の多様な態様にかかる制御面は、航空機のロール、縦揺れ、横揺れに作用する様々なスタビライザ、補助翼、ラダー、テール、またトリミング装置を含む。例えば、テールブーム１４０はラダー１４５、１４７を具える垂直スタビライザ１４６、１４８と、垂直スタビライザ１４６、１４８の頂部に取り付けられた水平テール１４９とを含んでいる。テール１４９は、弧の３０％が部分的に延在する昇降舵４１０（図４）を含んでもよい。テールブーム１４０はさらに、２つの尾翼ブーム１４２（図２）と１４４（図４）とを、垂直安定板の場所にそれぞれ具えている。
【００５８】
テールブーム１４０の動作は、水平飛行の航空機が図示された図８から理解できるように、空力的揚力構造体１５０が生成するモーメントが打ち消されている。航空機１００の前進により空力的揚力構造体１５０のウィング１５２、１５４（図２に最もよく示されている）が揚力を発生し、これにより揚力ユニット１２０の航空動力が地面に平行な方が優勢となる（図示せず）。空中静止時に揚力ユニット１２０が生成する航空動力、空力的揚力構造体１５０による揚力は、ここで揚力点と呼ばれる点を通る垂直ベクトル８１０として見ることができる。この点は揚力ユニット１２０が懸垂構造１１０に回動可能に連結している部分の懸垂構造の端部１１５の僅かに後ろに置き換えられている。
【００５９】
ペイロード１９０を入れたペイロードユニット１３０の重量は、懸垂構造１１０に下向きの力８２０を構成し、空力的揚力構造体１５０の揚力で航空機１００が空輸する妨げとなる。構造１５０の揚力点と懸垂構造１１０の端部回動点１１５との間の水平のずれは、この点を中心とするモーメント８３０となり、航空機を下側に縦揺れさせる。
【００６０】
図４に示すテールブーム１４０の水平テール１４９に設けられた昇降舵４１０は、テール１４９に対して僅かに上側または下側に配向してもよい（例えば、プラスまたはマイナス２０度）。空力的揚力構造体１５０からの下側縦揺れモーメントを打ち消すために、昇降舵４１０は上側に配向して航空機１００が前に進むことにより発生する気流と相互作用し、反対に、上側縦揺れモーメント８４０を生成する。
【００６１】
図１０Ａ−１０Ｂ−１０Ｃの順番で参照してよく理解できるように、航空機１００は、テールブーム１４０とナセル１２８の回動連結部（図示せず）に設けられたアクチュエータ（図示せず）でロータ２００をチルトさせ、水平飛行モード（図８、１０Ａ）から水平の速度をもった垂直飛行モード（図７、１０Ｃ）に切り替えるようにしてもよい。水平飛行モード（図１０Ａ）では、テールブーム１４０のテール１４９が航空機１００の水平動作の気流と好ましく相互作用し、上述のように、空力的揚力構造体１５０からの下向きの縦揺れモーメントをそれ自体の上向きの縦揺れモーメントで打ち消す。
【００６２】
垂直飛行モードへの移行を開始するには、アクチュエータがナセル１２８に関し（図１０Ｂに対峙して）反時計回りのモーメントをテールブーム１４０に加え、昇降舵４１０（図４）を僅かに上側ピッチモーメントが増大するよう調節する。この結果、テールブーム１４０は地面（図示せず）に関しての向きを維持し、ナセル１２８がテールブーム１４０に対し時計回りに回転し、ロータ２００が垂直方向となる。図１０Ｃに示すように、航空機１００は、ロータ２００を僅かに前に倒してテールブーム１４０を後ろになびかせ、テール１４９がピッチを、ラダー１４５、１４７（図２）がヨーを起こすようにして、垂直飛行モードでも水平方向に移動することができる。
【００６３】
図１０の概略図において、ナセル１２８は航空機１００の重心と解することができる。ロータ２００の面に対し垂直な航空動力がこの重心を通る。ナセル１２８は好適には、ウィングパネル１５２、１５４（図２）の空力的翼弦が１０％平均のとき空力的揚力構造体１５０の下に固定される。
【００６４】
有利なことに、ペイロードユニット１３０は、回転が１軸に制限されている揚力ユニット１２０から吊り下げることにより、航空機１００に横方向の安定性を付与する。このような吊り下げ構造において、ペイロード１９０は、平行部材１１２、１１４（図２）を通る平面の慣性モーメントを増大させる。結果として、吊り下げられたペイロード１９０はこの平面に垂直な軸に関する安定性が向上している。
【００６５】
重力により、ペイロードユニット１３０は揚力ユニット１２０の真下に配置され、これにより重心が下がり振り子の安定性が増大する。この特徴は、振り子の安定度（側方安定性やロール安定性とも呼ばれる。）が増大した重心の低い「ハイウィング」飛行機などの、許容される航空機の設計論理に従ったものである。従来の教えに反して、揚力ユニット１２０の縦揺れ安定度を大きくすることは、懸垂構造１１０とペイロードユニット１３０を追加することにより主目的ではなくなった。代わりに、ペイロードユニット１３０の重量（mass）が縦揺れの際に回転軸での重心に影響を与えると考えられる。縦揺れの安定度と揚力ユニット１２０の制御は、懸垂構造１１０とペイロードユニット１３０の追加によっては影響を受けず、一方で水平飛行（図９）でのロールや振り子の安定度および垂直飛行（図８）の横揺れ安定度が増大する。
【００６６】
例示する航空機１００の多様な特有の特徴がラベル付けした以下の段落を参照してよく理解できるであろう。これらの特有の特徴の利点のバリエーションは必須ではなく、上述した本発明の多様な態様の利点を残しつつ適切に省略したり変更したりしてもよい。考えうる例外では、参照符号で紹介していない構造的要素は図面に描いていない。このような符号を付した構造的特徴は図２に示されており、そうでなければ別な方法で示されている。
【００６７】
ペイロードユニット
ペイロードユニット１３０は、２０フィートのＭＩＬＶＡＮコンテナであるペイロード１９０の実施例を保持し、流線型にするのに適している。ペイロードユニット１３０はフライト時に４０フィートのＩＳＯコンテナを保持し部分的に流線型にするよう変更されてもよい。クルーコンパートメント１３４の下にスラングカーゴを取り付けるウィンチが設けられている。燃料、燃料ポンプ、流線型の底部を収容する特別のＭＩＬＶＡＮを、自己展開型輸送オペレーションに用いてもよい。回収補助システムの飛行機部分がペイロードユニット１３０の両側の懸垂構造１１０の取り付け部分に配置されている。ペイロードユニット１３０は外部の積荷を持たずに操作されてもよい。
【００６８】
クルーコンパートメント
クルーコンパートメント１３４は一人のパイロットを保持し、高さ４フィート、奥行き４フィート、幅３フィートの寸法を有する。全体がモノコックのクルーコンパートメントがペイロードユニット１３０にオレオ干渉装置で着陸時の衝撃を吸収するよう搭載され、緊急時には出口排出され、パラシュートや海中での回収用に浮力を有する。クルーコンパートメント１３４は独立した回収モジュールとなる。コーパイロット用の設備も離して設けられている。
【００６９】
通常フライトコントロール
航空機１００は、クルーコンパートメント１３４またはリモートオペレータコンソールから、１人のパイロットによって操作可能である。ロータや固定面制御の手段により制御モーメントが生成され、ロータ回転制御を飛行機１００から徐々に取り去って垂直飛行モードから水平飛行モードに切り替える。この切り替えや動力マネジメントシステムは、直送式コクピット操作用に設計されている。すべての通常または緊急の手続が１人のパイロットで制御可能である。
【００７０】
コクピットコントロール
コクピットコントロールは、縦／横スティックと、集合型パワーレバー、パイロットとリモートオペレータの双方用のペダルとを具える。スロットルは、フラップ１５５、１５６を制御するレバーと、マニュアルでロータ調速機を操作するブレードピッチ調速ハンドホイールとを具えている。
【００７１】
ロータコントロール
垂直飛行モードにおいて、ロータ２００のブレードの縦の周期的なピッチ変化により上下モーメントが生じる。パワーレバーの上側または下側に操作すると、同時にエンジンパワーとロータブレード調速ピッチが増減し、垂直推力制御が可能である。ロータの調速ピッチの差が垂直飛行モードにおいて横揺れモーメントを生成し、水平飛行モードにおいて回転モーメントを生ずる。
【００７２】
固定コントロール
昇降舵４１０（図４）は、いずれの飛行モードでも動作する。垂直飛行モードから水平飛行モードへの切り替え時に、空力的揚力構造体１５０がロータを降ろすように周期的なピッチコントロールを段階的に低減させ、ペダル制御から横方向のスティック制御の集合の差を段階的に実行することにより、所望のコントロールレスポンスが得られる。ウィングパネル１５２、１５４は、切り替え中に増大する揚力のため、それぞれ部分スパンフラップ１５５、１５６を具える。
【００７３】
飛行モード切替
切り替えシステムはギアボックスに搭載されており、水平飛行モードから垂直飛行モードへの切り替え時のみ動作する。水平飛行では、このシステムがチルトブーム１４３に係合してナセル１２８を空力的揚力構造体１５０の下に引っ張り、垂直モードではナセル１２８を徐々に解放する。この力は、液圧モータと電動サーボバルブを具える冗長（redundant）線形アクチュエータで得られる。この切り替えシステムは、非動作時にチルトブーム１４３を切り離す。切り替えシステムが故障した場合、自動機械ダンパが一時的にチルトブーム１４３に係合して、ナセル１２８の垂直モードへの移行を実行する。
【００７４】
パワー調節
パワー調節コクピットコントロールは、１対のスロットルとパワーレバーとからなる。この集合スティック型のパワーレバーはパイロットの左側に配置され、従来のヘリコプタの集合スティックと同じ操作感覚である。エンジン始動と点検後、各スロットルレバーがパワーレバーにフック（hook）される。その後、垂直飛行モードでは、パワーレバーは同時に動いてロータのパワーセッティングを変化させる。水平飛行モードでは、反対に、パワーレバーは、ナセルのチルト角の機能として集合的な上下入力が段階的に取り除かれるようにエンジンのパワーセッティングを制御するのみである。さらに、パワー調節は、ロータの回転数をパイロットが設定した値に維持するよう調整するロータの集合的縦揺れ調整器の自動入力により単純化される。
【００７５】
動力装置
２つのロールスロイスＡＥ１１０７ターボシャフトエンジンと、同軸ギヤボックスが、センターライン型のナセル１２８に設けられている。この同軸ギヤボックスは、Kamov Ka-32Aヘリコプターのギヤボックスと同等の機能を有する。エンジンのトータルレーティングは１２，３００ＨＰでトランスミッションのレーティングは１０，２０９ＨＰである。
【００７６】
ペイロードユニット横揺れ安定サブシステム
懸垂構造１１０に横揺れセンサが設けられており、制御情報を提供している。フィードバックループが、懸垂構造１１０の横揺れの力をペイロード安定構造１３３におけるラダーの補正モーメントに変換し、これによりペイロードユニット１３０が揚力ユニット１２０と整列して横揺れの重畳が防止される。パイロットは、この横揺れ安定サブシステムに拘わらず、外乱が安定している対気速時にペダル制御またはこれを無効とすることができる。
【００７７】
揚力ユニットの突風および負荷軽減システム
地上モードでの動作において、揚力ユニット１２０は、ラッチされたテールブーム１４０のストレスが最小限となるよう自動制御となる。ペイロードユニット１３０のラッチ固定具に設けられた力センサが、テールブーム１４０上のペイロードユニット１３０に加わる回転と横揺れモーメントを測定する。ロータコントロールへのフィードバックループが、ロータ２００に同等のモーメントを生成し、テールブーム１４０に加わる力を解放する。海況レベルが高くデッキが横揺れしている場合には、ロータ２００はテールブーム１４０にストレスを与えることなく接地しているペイロードユニット１３０の横揺れに従う。パイロットは、外部負荷が軽い場合や空気が穏やかでデッキが安定している場合に揚力ユニット１２０の突風および負荷軽減システムを無効とすることができる。
【００７８】
ロータＲＰＭ調整器
ロータＲＰＭ調整器は、単なるパワー調節としてすべてのモードで使用可能である。これは閉ループシステムであり、集合的ブレードピッチを制御してパイロットが設定したＲＰＭを維持する。垂直飛行モードでは、このＲＰＭ調整器からの集合ピッチ入力は、パワーレバーからの集合ピッチ入力と、コントロールスティックからの集合ピッチ入力の差とに重ね合わされる。水平飛行モードでは、パイロットが設定したＲＰＭを維持すべく、ＲＰＭ調整器からの第１の集合ピッチ入力が出る。この結果、切り替え中にパワーレバーからの集合ピッチ入力は徐々に減少し、コントロールスティックからのごく小さな差分集合ピッチ入力のみが水平飛行モードのロール制御に保持される。パイロットはマニュアルでＲＰＭ調整器をオーバライドすることができる。
【００７９】
燃料システム
燃料は、エアフォイル部１４１の中央に固定され、軽量で、耐破損性があり、容量４，０００ポンドの燃料セルからエンジンに供給される。フィラーキャップを介して重力による燃料供給が可能である。外部燃料が特別に２４，０００ポンドの燃料容量のＭＩＬＶＡＮ型コンテナから供給される。十分な長さの、電気的に駆動されるブーストポンプがコンテ何の下端部に設けられており、懸垂構造１１０の左側のホースを介して燃料をエンジンナセル１２８の燃料セルに供給する。あるいは、燃料は、移動と静止流体の圧力差を利用して集められた空気を用いてポンプされてもよい。特別のＭＩＬＶＡＮとペイロードユニット１３０のインタフェースは、クイック脱着型燃料コネクションとクイック脱着型電気コネクションを有する。懸垂構造１１０のホースは両端が回動可能に連結しており、ナセル１２８とペイロードユニット１３０において回動自在である。
【００８０】
油圧システム
航空機１００は３つの独立したトランスミッション駆動油圧システムを具える。各システム用のポンプがトランスミッションクラッチのロータ側と連動して、両方のエンジンが止まった状態でロータが通常の速度帯で回転している限り油圧パワーのすべてが提供される。この油圧システムは周期的コントロール、集合的コントロール、ＲＰＭ調整器、昇降機、熱交換ブロアの動力源となる。
【００８１】
電気システム
電気システムはデュアルＤＣ・ＡＣ電気サブシステムからなり、１つのエンジンが故障した場合のピーク負荷要求にも十分な容量である。通常動作において各ＤＣバスにはバッテリが接続される。このバッテリは自給式のエンジンスタート機能を提供する。ＤＣ電力はペイロードユニット１３０に懸垂構造１１０の右側の分配バスを介して配給される。ペイロードユニット１３０のＡＣ電力は２つのソリッドステートインバータに供給される。
【００８２】
環境コントロールシステム
環境コントロールシステムはクルーコンパートメント１３４のヒーティング、換気、エアコンディショニング、窓の霜取り、乗員呼吸用酸素を提供する。ヒーティングは電気ヒータにより提供される。外部エアインレットバルブが、クルーコンパートメント１３４の新鮮な空気による換気用の未調整の空気を導入するのを可能としている。電動のインレットファンがすべての飛行状況において必要な空気を提供する。ノイズと振動制御構造または装置を必要に応じて設けてもよい。
【００８３】
モノコック構造
ウィングパネル１５２、１５４、垂直スタビライザ１４６、１４８、ラダー１４５１４７、水平テール１４９、昇降舵４１０（図示せず）、ペイロード安定構造１３３、そしてクルーコンパートメント１３４は従来のモノコック構造である。ブーム１４２、１４３、１４４は硬質の金属管でできている。懸垂構造１１０は引っ張り強度の高い素材でできている。ペイロードユニット１３０は、ペイロード１９０（図６）を保持する軽量空力エンドキャップ１３８、１３９を具え、このペイロード１９０を流線型に包む軽量エンドキャップ１３８、１３９を具える。
【００８４】
着陸ギア
ペイロード１９０はそれ自身で着陸ギアにもなる。積み荷がない場合、ペイロードユニット１３０は特別の着陸ギア要素なしに自分自身を支持する。ナセル１２８は、レストモードで支持をなす２本足の着陸ギアを有し、レストモードに近い状態で突風やデッキが動いた場合の衝撃を緩和する。各脚部は１５，０００ポンドを支持するよう設定される。
【００８５】
テールブームおよび懸垂構造のラッチ
接地モードと垂直飛行モードでは、テールブーム１４０はペイロードユニットに固定具９１０でラッチされている（図９Ａ、９Ｂ）。前進飛行すなわち水平飛行モードへの切り替えは、シャフト７２０を固定具９１０から解放しテールブーム１４０を気流により回転自在とすることから開始される。係合していない場合、固定具９１０は図９Ａに示す待ち受け（capture）状態に戻る。水平飛行モードから垂直飛行モードへの逆切り替え時、固定具９１０は再びテールブーム１４０と係合する。懸垂構造１１０はペイロードユニット１３０に対しベアリング１３７（図２）で回動自在であるが、テールラッチングの係合時にシャフト７２０を解放して自再び自由にするとペイロードユニット１３０に対する角度を固定することができる。
【００８６】
ペイロードユニット
ペイロードユニット１３０は積荷輸送部材と空気力学部材とを具えている。回動支持トラス１３６、１３６は積荷をＩＳＯコンテナ（図６のペイロード１９０）の底部の四隅から懸垂構造１１０に連結する。空気力学部材はルーフ１３２、ペイロード安定構造１３３、側部、エンドキャップ１３８、１３９である。エンドキャップ１３８、１３９は下側トラス部材１３５の下端部との回動アタッチメントと、ルーフ１３２へのスクリュジャッキアタッチメントとを具える。スクリュジャッキが回転すると、端部キャップがルーフ端部を超えて移動し上側の支持トラス部材１３６を回転させる。エンドキャップ１３８、１３９のそれぞれがＩＳＯコンテナの角を保持するラッチを具える。ジャッキスクリュとラッチは電気で駆動される。アコーディオンスライドが回動支持トラス部材１３６と展開可能である。動作時（図６）、垂直飛行モードの航空機はペイロードユニット１３０をペイロード１９０まで降ろす。その後スクリュジャッキが下側エンドキャップ１３８、１３９と、トラス部材１３５、１３６とに回転し、ペイロード１９０にスライドする。ラッチがエンドキャップ１３９、１３９および部材１３６をＩＳＯコンテナの角に保持する。コンテナを固定したら、航空機１００は上昇し巡航すなわち水平飛行モード（図８）に切り替わり、エンドキャップ１３８、１３９が膨張して流線型となる。航空機１００はペイロード１９０を目的地まで輸送し、逆の動作を行ってペイロード１９０を脱着し、帰りのフライト用にエンドキャップ１３８、１３９を水平位置に回転させる。ペイロードユニット１３０は飛行時に２０フィートまたは４０フィートのＩＳＯコンテナの双方に適合するよう変更されてもよい。トラス部材１３５、１３６は互いに重なり合い、飛行時に延びたり縮んだりしてもよい。大きな積荷の場合、カーゴネットをペイロードユニット１３０に統合レンチで張るようにしてもよい。航空機のリカバリアシストシステムの部分として、コンテナの上へ回収または船のデッキ上に降ろすために、ペイロードユニット１３０の両側の懸垂構造１１０の端部１１３（連結ポイント）から２本のメッセンジャケーブルを配備する。航空機１００は特別に流線型のＭＩＬＶＡＮ燃料コンテナを用いる自動展開型であってもよい。
【００８７】
ロータ
ロータ２００のディスク範囲は５，０２６平方フィートである。垂直飛行モードでは、ロータのディスク平面は、ペイロードユニット１３０のルーフ１３２と平行となる。水平飛行モードにおいて、ロータの中心線は、空力揚力構造１５０の中心線より１０度低く固定され、これによりウィングパネル１５２、１５４の揚力効率が最大近くとなる軸方向の推力を得られる。水平飛行において、セット２１０、２２０のブレードの先端はウィングパネル１５２、１５４から約９フィート離れている必要がある。
【００８８】
構造上の構成および材料
航空機全体（再び、特定の実施例のみであるが）は、最大の総重量が約７４，０００ポンドである。３つの重要な構造的要素はブーム１４２，１４３、１４４と、全体としてのテールブーム１４０と、懸垂構造１１０である。テールブーム１４０は離着陸時に構造的な支持を提供する。レストモードから地上での垂直飛行モードへの切り替え時に、テールブーム１４０はペイロードユニット１３０にラッチされる。懸垂構造１１０は、テールブームが圧縮に対する支持であるのに対し引っ張りに対する支持を提供し、これらはともに回転軸の周りの固い片持ちアームを形成して突風や船のデッキの動きによるローリングや横揺れモーメントを緩和する。懸垂構造１１０は、適切な安全マージンをとったうえで、３７，０００ポンドの積荷で１５０ノットの垂直飛行モードを支持し、３５０ノットの水平飛行モードで３０，０００ポンドを支持するのに十分な引っ張り強さを有する。チルトブームは、水平飛行モードへの切り替え時にウィングの下のギアボックスを引っ張るのに十分な引っ張り強度を有し、ブーム１４２、１４３、１４４の組み合わせがロータの旋回が誘発するテールのフラッターを防止するのに十分な剛性を有する。ペイロードユニット１３０は、３７，０００ポンドの４０フィートＩＳＯコンテナを保持するのに十分な引っ張り強度と、海況がレベル５のデッキ上にコンテナを降ろす衝撃に耐えるのに十分な強度を有するトラス１３５、１３６を具える。水平飛行モードでは、固定式の中央エアフォイル部１４１がギアボックスと折り畳んだウィングパネル１５２、１５４の双方を固定し、構造強度を向上させている。
【００８９】
オートローテーション
ロータ２００の翼面荷重は小さく、これにより緊急着陸効果レートを低減するオートローテーションモードで駆動することができる。すべての動力が消失した場合、航空機１００は自動的にオートローテーションモードに戻る。ロータ２００のブレード２１２−２２６はオートローテーションピッチに戻り、フェイルセーフコンバージョンダンパが係合し、ウィングパネル１５２、１５４のロックが解放され、昇降舵４１０（図４）が回転上昇する。クルーコンパートメント１３４を支持し、二足の着陸ギア１２７を支持するオレオ緩衝装置は、所望の総重量でのオートローテーション降下レートに耐えるよう構成されている。
【００９０】
エンジンセーフティ
ブレードセット２１０、２２０は中央に搭載され高い信頼性が保証されたエンジンにより駆動される。同軸ギアボックスが一対のエンジンを一対のブレードセット２１０、２２０に接続しており、これによりエンジン故障が生じた場合に各エンジンが双方のブレードセットを駆動できるようにしている。エンジン減速ギアリング内のオーバランニングクラッチが自動的に故障したエンジンを駆動システムから切り離し、これにより利用可能な動力を効率的に利用できるようにしている。ナセル１２８の同軸ギアボックスにより、単一のエンジンのパフォーマンス、安定性、およびコントロールは、２つのエンジンを低出力で駆動した場合とほぼ同じとなる。水平飛行モードとモード切替は通常通り可能であるが、単一のエンジンでの空中静止（垂直飛行モード）は、ペイロードの重量が小さい場合に限られる。切り替えのメカニズムは単純で、自然の空力的な力を用いる。動力が完全に失われた場合、オートローテーションでの水平飛行モードから垂直飛行モードへの切り替えは自動的に達成される。
【００９１】
システムセーフティ
航空機の設計には、適切なレベルの油圧システムと電気システムの冗長性と安全策が盛り込まれている。パイロット警告や警報システムは、油圧システムの圧力低下、ローター制御不順、エンジン停止、ラッチ故障などのシステム不調を検出したら視覚および／または聴覚的な指令を発する。計器類は、積荷や飛行中の危険箇所（制御リンクや操縦面など）をモニタできるよう構成されている。
【００９２】
航空機１００の他の特有の構成やそのバリエーションは、ここに引用するwww.baldwintechnologyのコンテンツを参照するとより一層理解できるであろう。
【００９３】
本発明の目的とクレームに関する公の告知
本願発明者はクレームに記載した様々な態様の要素や方法は有利な点と考えているが、本発明の特定の実施例では不安定な場合もある。しかしながら、発明者は、特定のクレームに記載されている以外のいかなる特定の要素も「本質的」ではないと考えている。例えば、空力的揚力構造体に関するクレームにおいて、航空機の回動式ウィングパネルの記載がない場合は、システムがこのようなウィングパネルを有するか有さないかに拘わらず、様々な適切なタイプ（すなわち、単一の固定式ウィングやファブリックフリーウィング）の空力的揚力構造体を採用することができる。
【００９４】
好適な実施例の用語と一般に付随する方法をこれまで記載したが、発明者は、当業者であれば明細書や図面を見て好適な実施例と方法の代替や変更ができることを企図している。例えば、図２のハブ１２６に代えて、中央シャフトを囲む一対のブレードピッチ制御ロッドや他の構造を用いてもよい。
【００９５】
このような構成や方法を参照していない本発明のクレームにある多様な態様を実行しながら、さらなる構成を含めたり更なる方法を実施したりしてもよい。例えば、ロータは垂直飛行モードと水平飛行モードの双方で「多様な外形」型であってもよく、これが２００１年１月２３日にYuriyに出願された米国出願公開番号２００２／００９８０８７、２０００年２月１日に発行されたHager et al.による米国特許６，０１９，５７８、２００３年６月１７日に発行されたByrnes et al.による米国特許６，５７８，７９３がここで参照されている（ここに記載の特許や特許出願はそれ自体が文献を参酌しており、このような文献もここに含まれる）。「様々な外形」ロータの他の例は、マルチエレメントエアフォイルを具えるブレードを具える。このブレードは、遅い垂直モードにおいて表面積を増大するよう展開し、水平飛行モードでロータが十分な軸方向への推力を生成して高速動作が可能となるよう収縮するフラップを具える。さらに、ウィングパネル１５２、１４３を除去して揚力ユニットを軽量化し、垂直飛行モードでの短い牽引飛行用にペイロードを増大してもよい。
【００９６】
しがたって、上述の好適な実施例も要約書も本発明を規定し限定するものではない。むしろ、発行されたクレームが本発明を多様に規定する。本発明の各バリエーションは、各クレームで列挙した限定またはその同等物でのみ限定され、クレームに記載のない他の用語で限定されない。
【００９７】
さらに、クレームにおいて、発明者が広範で妥当な解釈がなされると考える専門用語で特筆している態様、より具体的には３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１２（６）の用語は、用語「手段」や「ステップ」が実際に用いられている例だと解されるべきである。例えば、「地面」の語は、航空機の真下の地球の表面（あるいは、想像では、地球外の物体）の一部を広範に示し、この面が実際には乾いた土または水面であるとを問わない。他の例として、「直交する」の語は２つの構造物が互いにほぼ９０度に配置されいることを示し、これらの構造物の軸が厳密に直角に配置または交差することを要求するものではない。
【００９８】
「含む」「具える」「有する」の語は、制限を設けない専門用語であり、各例に「少なくとも」のフレーズを付すのと同じ意味である。「それにより」の語を用いた箇所は、単に任意のクレームの限定要素の結果を示すにすぎず更なる限定となるものではない。クレームと上記説明の双方において、「または」と代替要素との「および／または」の接続詞は、文脈または特定の記述がそうでないことを示さない限り、各要素を互いに排他的に暗示するものではない。
【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】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【国際調査報告】
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