(57)【要約】      （修正有）【課題】航空輸送体によって放出される音響放射を緩和するシステム及び方法を提供する。【解決手段】航空輸送体は、機体、及び１以上のモータに動作可能に連結された複数のローターを備える。複数のローターは、第１、第２、第３、及び第４のローターを備えてよい。第１、第２、第３、及び第４のローターの各々は、単一の平面内に配置され、機体に対して下方に推力を向けるように方向付けられている。特定の態様では、複数のローターのうちの少なくとも２つが異なる幾何学的形状を採用して、目標ノイズシグネチャを生成する。【選択図】図３
2019214354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低減されたノイズシグネチャを有する航空輸送体であって、
機体（１０２）、
第１のプロペラ（（２、１３２））を駆動するように構成された第１の電気モータであって、前記第１のプロペラ（２、１３２）が前記機体（１０２）に揚力を提供するように方向付けられている、第１の電気モータ、及び
第２のプロペラ（（２、１３２））を駆動するように構成された第２の電気モータであって、前記第２のプロペラ（２、１３２）が前記機体（１０２）に揚力を提供するように方向付けられている、第２の電気モータを備え、
前記第１のプロペラ（２、１３２）が第１のプロペラ（２、１３２）設計を採用し、前記第２のプロペラ（２、１３２）が前記第１のプロペラ（２、１３２）設計とは異なる第２のプロペラ（２、１３２）設計を採用し、
前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）が、所定の分当たりの回転数「RPM」で駆動されたときに、等しい量の推力を供給するように構成されている、航空輸送体。
【請求項２】
前記第１のプロペラ（２、１３２）設計と前記第２のプロペラ（２、１３２）設計が、異なるプロペラ（２、１３２）ブレード（５０４）の総数を採用している、請求項１に記載の航空輸送体。
【請求項３】
前記航空輸送体が、前記航空輸送体の所望のノイズシグネチャを実現するために前記所定のRPMを動的に調整するように構成されている、請求項１又は２に記載の航空輸送体。
【請求項４】
前記第１のプロペラ（２、１３２）設計が偶数のブレード（５０４）から成り、前記第２のプロペラ（２、１３２）設計が奇数のブレード（５０４）から成る、請求項２に記載の航空輸送体。
【請求項５】
前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）が、ホバリング飛行モード中に同じRPMで駆動されるように構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の航空輸送体。
【請求項６】
前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）が、ホバリング飛行モード中に異なるRPMで駆動されるように構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の航空輸送体。
【請求項７】
前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）が、単一の平面内に配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の航空輸送体。
【請求項８】
前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）が、各々、固定された回転軸を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の航空輸送体。
【請求項９】
前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）が、各々、旋回する回転軸を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の航空輸送体。
【請求項１０】
航空輸送体内のノイズシグネチャを低減させるための方法であって、
第１のプロペラ（２、１３２）形状を有する第１のプロペラ（２、１３２）を所定の分当たりの回転数「RPM」で駆動するように構成された第１の電気モータを駆動すること、
第２のプロペラ（２、１３２）形状を有する第２のプロペラ（２、１３２）を前記所定のRPMで駆動するように構成された第２の電気モータを駆動することであって、前記第２のプロペラ（２、１３２）形状が、前記第１のプロペラ（２、１３２）形状とは異なり、前記所定のRPMで駆動されたときに前記第１のプロペラ（２、１３２）形状と等しい量の推力を供給するように構成されている、第２の電気モータを駆動すること、
プロセッサを介して、前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）のうちの少なくとも一方のRPMを動的にモニタリングし、前記所定のRPMからの逸脱を特定すること、及び
前記所定のRPMからの逸脱のイベントにおいて前記第１のプロペラ（２、１３２）又は前記第２のプロペラ（２、１３２）の前記RPMを調整して、前記ノイズシグネチャを調整することを含む、方法。
【請求項１１】
前記プロセッサが、比例・積分・微分「PID」コントローラにRPMフィードバックを提供するために前記RPMを動的にモニタし、前記RPMフィードバックが、前記PIDコントローラによって使用されて、前記第１の電気モータ又は前記第２の電気モータに対する電力コマンドを調整する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記プロセッサが、比例・積分・微分「PID」コントローラにノイズフィードバックを提供するように構成されたマイクロフォン（８１０）を介して、アクティブノイズ制御を動的に実施する、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記PIDコントローラが、前記ノイズフィードバックを使用して、アクティブノイズ制御トランスデューサーに対する電力コマンドを調整する、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機内の音響放射を制御するためのシステム及び方法に関し、より具体的には、回転翼航空機内のプロペラノイズを低減させるためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的には複数のローター／プロペラによって駆動される完全電気及びハイブリッド電気式航空輸送体は、過去十年にわたり人気が高まってきた。しかし、そのような航空輸送体は、ノイズを生成する傾向がある。そのノイズの主たる源は、ローター自身である。
【０００３】
プロペラノイズを低減させるための多くの既存の戦略が存在する。それらの大半は、ローターブレードの設計それ自体に対処するものである。ローターから生じるノイズは、大まかには主たる２つの種類のノイズに分けることができる。すなわち、広帯域ノイズと周期性ノイズである。広帯域ノイズは、渦ノイズと乱流誘起ノイズとを含み、一方で、周期性ノイズは、回転ノイズと相互作用／歪効果とを含む。トーンノイズは、主として、プロペラブレードの総数と、（所与の作動点に対して）プロペラブレードが回転しているときの分当たりの回転数（RPM）と、の関数として決定される。複数のローターを同じ作動点で作動していると、ノイズの認知に対する多数の悪影響が生じる。１つは、より高い音圧レベル（SPL）を生成するノイズシグネチャの累積的干渉が、トーンノイズ成分内でピークに達するということである。
【０００４】
前述のことに鑑みて、航空輸送体によって放出される音響放射を緩和するシステム及び方法が必要である。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の対象は、航空輸送体によって放出される音響放射を制御するためのシステム及び方法であり、より具体的には、ローター航空機によって放出される音響放射を緩和するための受動的システム及び方法である。
【０００６】
幾つかの態様が、独立請求項内で規定される。態様の任意選択的な特徴が、従属請求項内で規定される。
【０００７】
第１の態様によれば、低減されたノイズシグネチャを有する航空輸送体は、機体、第１のプロペラを駆動するように構成された第１の電気モータであって、第１のプロペラが機体に揚力を提供するように方向付けられている、第１の電気モータ、及び第２のプロペラを駆動するように構成された第２の電気モータであって、第２のプロペラが機体に揚力を提供するように方向付けられている、第２の電気モータを備え、第１のプロペラが第１のプロペラ設計を採用し、第２のプロペラが第１のプロペラ設計とは異なる第２のプロペラ設計を採用し、第１のプロペラと第２のプロペラが、所定の分当たりの回転数（RPM）で駆動されたときに、等しい量の推力を供給するように構成されている。
【０００８】
特定の態様では、第１のプロペラ設計と第２のプロペラ設計が、異なるプロペラブレードの総数を採用する。
【０００９】
特定の態様では、航空輸送体が、航空輸送体の所望のノイズシグネチャを実現するために所定のRPMを動的に調整するように構成されている。
【００１０】
特定の態様では、第１のプロペラ設計が偶数のブレードから成り、第２のプロペラ設計が奇数のブレードから成る。
【００１１】
特定の態様では、第１のプロペラと第２のプロペラが、ホバリング飛行モード中に同じRPMで駆動されるように構成されている。
【００１２】
特定の態様では、第１のプロペラと第２のプロペラが、ホバリング飛行モード中に異なるRPMで駆動されるように構成されている。
【００１３】
特定の態様では、第１のプロペラと第２のプロペラが、単一の平面内に配置されている。
【００１４】
特定の態様では、第１のプロペラと第２のプロペラが、各々、固定された回転軸を有する。
【００１５】
特定の態様では、第１のプロペラと第２のプロペラが、各々、旋回する回転軸を有する。
【００１６】
第２の態様によれば、低減されたノイズシグネチャを有する航空輸送体が、機体、並びに、１以上のモータと動作可能に連結された複数のプロペラであって、第１、第２、第３、及び第４のプロペラを備えた複数のプロペラを備え、第１、第２、第３、及び第４のプロペラの各々が、単一の平面内に配置され、機体に対して下向きに推力を向けるように方向付けられており、複数のプロペラのうちの少なくとも２つが、異なる幾何学的形状を採用する。
【００１７】
特定の態様では、複数のプロペラの各々が、固定された回転軸を有する。
【００１８】
特定の態様では、第１のプロペラ設計と第２のプロペラ設計が、異なる長さを有するブレードを採用する。
【００１９】
特定の態様では、第１のプロペラ設計が２つのブレードから成り、第２のプロペラ設計が３つのブレードから成る。
【００２０】
特定の態様では、第１のプロペラ設計と第２のプロペラ設計が、異なる形状を有するブレードを採用する。
【００２１】
特定の態様では、第１のプロペラと第２のプロペラが、ホバリング飛行モード中に調和したRPMで駆動されるように構成されている。
【００２２】
特定の態様では、第１のプロペラと第２のプロペラが、ホバリング飛行モード中に異なる速度で駆動されるように構成されている。
【００２３】
第３の態様によれば、航空輸送体内のノイズシグネチャを低減させるための方法が、第１のプロペラ形状を有する第１のプロペラを所定の分当たりの回転数（RPM）で駆動するように構成された第１の電気モータを駆動すること、第２のプロペラ形状を有する第２のプロペラを所定のRPMで駆動するように構成された第２の電気モータを駆動することであって、第２のプロペラ形状が、第１のプロペラ形状とは異なり、所定のRPMで駆動されたときに第１のプロペラ形状と等しい量の推力を供給するように構成されている、第２の電気モータを駆動すること、プロセッサを介して、第１のプロペラと第２のプロペラのRPMを動的にモニタリングし、所定のRPMからの逸脱を特定すること、及び、所定のRPMからの逸脱のイベントにおいて第１のプロペラ又は第２のプロペラのRPMを調整して、ノイズシグネチャを調整することを含む。
【００２４】
特定の態様では、プロセッサが、比例・積分・微分（PID）コントローラにRPMフィードバックを提供するように構成されたRPMセンサを介して、第１のプロペラと第２のプロペラのRPMを動的にモニタする。その場合、RPMフィードバックは、PIDコントローラによって使用されて、第１の電気モータ又は第２の電気モータに対する電力コマンドを調整する。
【００２５】
特定の態様では、該方法が、プロセッサを介して、アクティブノイズ制御を動的に実施するステップを更に含む。
【００２６】
特定の態様では、プロセッサが、比例・積分・微分（PID）コントローラにノイズフィードバックを提供するように構成されたマイクロフォンを介して、アクティブノイズ制御を動的に実施する。
【００２７】
特定の態様では、PIDコントローラが、ノイズフィードバックを使用して、アクティブノイズ制御トランスデューサーに対する電力コマンドを調整する。
【００２８】
本発明の一実施形態は、低減されたノイズシグネチャを有する航空輸送体を含み、該航空輸送体は、機体、第１のプロペラを駆動するように構成された第１の電気モータであって、第１のプロペラが機体に揚力を提供するように方向付けられている、第１の電気モータ、及び第２のプロペラを駆動するように構成された第２の電気モータであって、第２のプロペラが機体に揚力を提供するように方向付けられている、第２の電気モータを含み、第１のプロペラが第１のプロペラ設計を採用し、第２のプロペラが第１のプロペラ設計とは異なる第２のプロペラ設計を採用し、第１のプロペラと第２のプロペラが、所定の分当たりの回転数（RPM）で駆動されたときに、等しい量の推力を供給するように構成されている。第１のプロペラ設計と第２のプロペラ設計は、異なるプロペラブレードの総数を採用し得る。航空輸送体は、航空輸送体の所望のノイズシグネチャを実現するために所定のRPMを動的に調整するように構成され得る。第１のプロペラ設計は偶数のブレードから成り、第２のプロペラ設計は奇数のブレードから成り得る。第１のプロペラと第２のプロペラは、ホバリング飛行モード中に同じRPMで駆動されるように構成され得る。  第１のプロペラと第２のプロペラは、ホバリング飛行モード中に異なるRPMで駆動されるように構成され得る。第１のプロペラと第２のプロペラは、単一の平面内に配置され得る。第１のプロペラと第２のプロペラは、各々、固定された回転軸を含み得る。第１のプロペラと第２のプロペラは、各々、旋回する回転軸を有し得る。
【００２９】
本発明の別の一実施形態は、低減されたノイズシグネチャを有する航空輸送体を含み、該航空輸送体は、機体、並びに、１以上のモータと動作可能に連結された複数のプロペラであって、第１、第２、第３、及び第４のプロペラを備えた複数のプロペラを備え、第１、第２、第３、及び第４のプロペラの各々が、単一の平面内に配置され、機体に対して下向きに推力を向けるように方向付けられており、複数のプロペラのうちの少なくとも２つが、異なる幾何学的形状を採用する。       複数のプロペラの各々は、固定された回転軸を有し得る。第１のプロペラ設計と第２のプロペラ設計は、異なる長さを有するブレードを採用し得る。第１のプロペラ設計は２つのブレードから成り、第２のプロペラ設計は３つのブレードから成り得る。これは、性能を高め、ノイズを低減させることとなる。第１のプロペラ設計と第２のプロペラ設計は、異なる形状を有するブレードを採用し得る。第１のプロペラと第２のプロペラは、ホバリング飛行モード中に調和したRPMで駆動されるように構成され得る。第１のプロペラと第２のプロペラは、ホバリング飛行モード中に異なる速度で駆動されるように構成され得る。
【００３０】
本発明の別の一実施形態は、航空輸送体内のノイズシグネチャを低減させるための方法を含み、該方法は、第１のプロペラ形状を有する第１のプロペラを所定の分当たりの回転数（RPM）で駆動するように構成された第１の電気モータを駆動すること、第２のプロペラ形状を有する第２のプロペラを所定のRPMで駆動するように構成された第２の電気モータを駆動することであって、第２のプロペラ形状が、第１のプロペラ形状とは異なり、所定のRPMで駆動されたときに第１のプロペラ形状と等しい量の推力を供給するように構成されている、第２の電気モータを駆動すること、プロセッサを介して、第１のプロペラと第２のプロペラのうちの少なくとも一方のRPMを動的にモニタリングし、所定のRPMからの逸脱を特定すること、及び、所定のRPMからの逸脱のイベントにおいて第１のプロペラ又は第２のプロペラのRPMを調整して、ノイズシグネチャを調整することを含む。プロセッサは、比例・積分・微分（PID）コントローラにRPMフィードバックを提供するためにRPMを動的にモニタし得る。その場合、RPMフィードバックは、PIDコントローラによって使用されて、第１の電気モータ又は第２の電気モータに対する電力コマンドを調整する。該プロセッサは、比例・積分・微分（PID）コントローラにノイズフィードバックを提供するように構成されたマイクロフォンを介して、アクティブノイズ制御を動的に実施し得る。PIDコントローラは、ノイズフィードバックを使用して、アクティブノイズ制御トランスデューサーに対する電力コマンドを調整し得る。
【００３１】
本発明のこれらの及び他の利点は、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照することによって確実に理解されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１ａ】例示的なマルチローター垂直離着陸（VTOL）無人航空輸送体（UAV）を示す。
【図１ｂ】図１ａのVTOL UAVに対する例示的な航空機制御システムのブロック図を示す。
【図２】クワッドコプターVTOL UAVの４つの同一なプロペラを選択的に駆動したときのパワースペクトル密度への影響を示す。
【図３】図３ａ及び図３ｂは、例示的なVTOLクワッドコプターUAVを示す。
【図４ａ】例示的な２つのブレードを有するプロペラを示す。
【図４ｂ】例示的な２つのブレードを有するプロペラを示す。
【図４ｃ】例示的な２つのブレードを有するプロペラを示す。
【図４ｄ】例示的な２つのブレードを有するプロペラを示す。
【図５ａ】例示的な３つのブレードを有するプロペラを示す。
【図５ｂ】例示的な３つのブレードを有するプロペラを示す。
【図５ｃ】例示的な３つのブレードを有するプロペラを示す。
【図５ｄ】例示的な３つのブレードを有するプロペラを示す。
【図６】例示的な単一のブレードを有するプロペラを示す。
【図７ａ】推力に対する２つのブレードを有するプロペラと３つのブレードを有するプロペラの性能の同等性のチャートを示す。
【図７ｂ】電力に対する２つのブレードを有するプロペラと３つのブレードを有するプロペラの性能の同等性のチャートを示す。
【図８ａ】RPMフィードバックを提供するためのフィードバック制御図を示す。
【図８ｂ】RPMフィードバックを提供し、アクティブノイズ制御を実施するための、フィードバック制御図を示す。
【図９】図９ａは、第２の例示的なVTOLクワッドコプターUAVを示し、図９ｂは、例示的なVTOLヘキサコプターUAVを示す。
【図１０】図１０ａ及び図１０ｂは、傾斜翼機能を有する例示的なVTOL航空機を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の好適な実施形態が、添付の図面を参照しながら以下で説明されることとなる。図面における構成要素は必ずしも正確な縮尺で描かれておらず、むしろ、本発明の原理を明確に示すことに重点が置かれている。例えば、要素のサイズは、説明の明快さ及び利便性のために強調され得る。更に、可能な場合には、一実施形態の同じ又は類似の部品に言及するのに、図面全体を通して同じ参照番号を使用する。既知の機能や構造は、不必要な詳細によって本発明を不明確にし得るため、以下の記載では詳細には説明しない。明細書中の如何なる言葉も、実施形態の実施に必須である請求されていない要素を示すものとして解釈されるべきではない。以下の記載では、「第1の」「第2の」「頂部」「底部」「側部」「前」「後」などといった用語は、利便性のための用語であって、限定する用語と解釈すべきではない。本願に関しては、以下の用語及び定義が適用される。
【００３４】
「約」及び「近似的に」という用語は、値（又は値の範囲）を修正又は説明するために使用されるときに、その値又は値の範囲に適切に近いことを意味する。したがって、本明細書で説明される実施形態は、挙げられた値及び値の範囲にのみ限定されるのではなく、むしろ適切に働き得る偏差を含むべきである。本書で使用する場合、水平及び垂直という用語は、航空機が地上にあるときといったように、地面に対する角度または面を表すために使用される。
【００３５】
「航空輸送体」及び「航空機」という用語は、限定しないが、固定翼機、無人航空輸送体、可変翼機、及び垂直離着陸機（VTOL）を含む、飛行可能な機械を意味する。VTOL航空機は、固定翼航空機（例えば、ハリアージェット）、回転翼航空機機（例えば、ヘリコプター）、傾斜ローター／傾斜翼航空機、マルチローター航空機などを含み得る。
【００３６】
本明細書で使用される際に、「及び／又は」は、「及び／又は」によって接合されるリスト内の項目の任意の１以上を意味する。一実施例として、「ｘ及び／又はｙ」は、３つの要素の組｛（ｘ）、（ｙ）、（ｘ、ｙ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えると、「ｘ及び／又はｙ」は、「ｘとｙのうちの一方又は両方」を意味する。別の一実施例として、「ｘ、ｙ、及び／又はｚ」は、７つの要素の組｛（ｘ）、（ｙ）、（ｚ）、（ｘ、ｙ）、（ｘ、ｚ）、（ｙ、ｚ）、（ｘ、ｙ、ｚ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えると、「ｘ、ｙ、及び／又はｙ」は、「ｘ、ｙ、及びｚのうちの１以上」を意味する。
【００３７】
「伝達する」及び「通信する」という用語は、データを発信元から送付先へ送信若しくは他の方法で伝えることと、データを送付先へ伝えるために、通信媒体、システム、チャネル、ネットワーク、装置、回線、ケーブル、ファイバー、回路、及び／又はリンクに送達することとの、両方を意味する。
【００３８】
「回路」及び「電気回路」という用語は、物理的電子部品（すなわち、ハードウェア）、並びに、ハードウェアを構成し、ハードウェアによって実行され、且つ／又はさもなければハードウェアに関連し得る、任意のソフトウェア及び／又はファームウェア（「コード」）を指す。本書で使用する場合、具体的なプロセッサ及びメモリは、第1のセットの1つ以上の命令行を実行するときには第1の「回路」を備えていてよく、第2のセットの1つ以上の命令行を実行するときには第2の「回路」を備えていてよい。
【００３９】
「例示的な」及び「実施例」という用語は、非限定的な実施例、例、又は実例として機能することを意味する。本明細書で使用される際に、「例えば（e.g.）」及び「例えば（for example）」という用語は、１以上の非限定的な実施例、事例、又は例示のリストを強調している。本明細書で使用される際に、（例えば、オペレータが構成可能な設定、工場での調整などによって）機能の実行が不可能であるか又は可能でないか否かに関わりなく、回路が機能を実行するために必要なハードウェア及び（もし必要ならば）コードを備えるときはいつでも、回路は、機能を実行するために「動作可能」である。
【００４０】
「プロセッサ」という用語は、ハードウェアに実装されていてもソフトウェアに明白に具現化されていても又はそれらの両方でも、それがプログラム可能であってもそうではなくても、プロセッサデバイス、装置、プログラム、回路、構成要素、システム、及びサブシステムを意味する。本明細書で使用される際に、「プロセッサ」という用語は、１以上のコンピュータデバイス、配線回路、信号修正デバイス及びシステム、システムを制御するためのデバイス及び機械、中央処理装置、プログラマブルデバイス及びシステム、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、チップ上のシステム、離散した要素及び／又は回路を備えたシステム、状態機械、仮想機械、データプロセッサ、処理設備、並びにそれらの任意の組み合わせを含むが、それらに限定されるものではない。例えば、プロセッサは、任意の種類の汎用マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラ、デジタル信号処理（DSP）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ASIC）であり得る。プロセッサは、メモリデバイスに接続され又はメモリデバイスと統合され得る。
【００４１】
「メモリデバイス」という用語は、プロセッサによって使用されるために情報を記憶するコンピュータハードウェア又は回路を意味する。メモリデバイスは、例えば、リードオンリーメモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）、キャッシュメモリ、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（CDROM）、電気光学メモリ、磁気光学メモリ、プログラマブルリードオンリーメモリ（PROM）、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（EPROM）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（EEPROM）、コンピュータ可読媒体などの、任意の適切な種類のコンピュータメモリ又は任意の他の種類の電子記憶媒体であり得る。
【００４２】
設計要素のうちの幾つかが、航空輸送体の推進システム内のノイズに影響を与え得る。それらの要素には、（１以上の）ローター、モータ選択／作動点、輸送体（機体）構造、及び任意のアクティブノイズキャンセリングシステムが含まれる。クワッドコプターなどのマルチローターVTOL UAV（別称、回転翼航空機）は、今日の社会にかなり普及してきており、それらの最も大きい欠点の１つは、ノイズ、特にローターから生成されるノイズである。ローターのノイズシグネチャは、幾つかの設計要因と結び付いている。それらの要因には、プロペラブレードの総数、RPM、プロペラの直径、及びプロペラの形状（例えば、プロペラのブレード／翼型の形状）が含まれる。各ローターが個々にノイズを放射するだけではなく、ローター間の相互作用及びローターと輸送体との間の相互作用もまた、複数のローターが輸送体上に位置決めされたときにノイズを生成する。トーンノイズに関して、最も大きな成分は、ブレードの総数とRPMに結び付いたブレード通過周波数（BPF）によって駆動される。複数のローターを有する輸送体は、ノイズの単純な重ね合わせと更に相互作用効果との両方を通じて、このサウンドスケープを複雑にする。例えば、複数のローターが同じ作動点で作動するときに、それらのノイズシグネチャは、累積的に相互作用して、トーンノイズの音圧レベル（SPL）を増加させる。ノイズシグネチャを低減させるために、本開示の主題は、次のコンセプトを導入する。すなわち、とりわけ、ブレードの形状、数、及びそれらの作動条件を変更することによって、同じ輸送体上に異なるローターの幾何学的形状を提供し、それによって、（例えば、大きな振幅の離散したトーンを有するよりもむしろ）スペクトル全体にわたりノイズを拡散させることである。更により具体的には、本開示は、単一の輸送体に対して複数のローターの設計を使用して、より多くのスペクトルにわたりエネルギーを拡散させることを説明する。というのも、各ローターのノイズ特性は異なり、特に、トーンノイズは、より低いピークのSPL及び低減された認知される不快さをもたらすからである。
【００４３】
図１ａは、例示的なマルチローター航空輸送体１００、具体的には、VTOLクワッドコプターUAVを示している。航空輸送体１００は、概して、機体１０２（例えば、胴体又は他の構造体）、機体１０２から径方向に延在する複数のローターブーム１０４（例えば、４つの長手ブーム）、着陸装置１１０（例えば、スキッド又は車輪がついた着陸装置）、及び複数のプロパルサー１０８（例えば、ローターブーム１０４毎に１つ）を備える。
【００４４】
機体１０２は、複数のローターブーム１０４の遠位端が機体１０２から径方向に延在するように、複数のローターブーム１０４の各々の近位端に連結され得る。機体１０２及び複数のローターブーム１０４は、（示されているように）単一のユニットとして製作され得るか、又は互いに連結される別個の構成要素として製作され得る。複数のローターブーム１０４の各々の遠位端は、プロパルサー１０８に連結され、プロパルサー１０８の各々は、プロペラ１３２に連結され且つプロペラ１３２を駆動／回転させるように構成されたリフトモータ１１４として示されている。前記複数のプロパルサー１０８の各々は、ローターブーム１０４の遠位端に置かれており、推力をＺ軸に沿って（機体１０２に対して）下方に向けるように方向付けられている。複数のプロパルサー１０８の各々の回転軸１３４は、プロペラ１３２から下方へ推力を向けるために、Ｚ軸に固定され且つＺ軸と実質的に平行になっていてよい。
【００４５】
図示されているように、プロペラ１３２の各々は、概して、同じ平面（示されているようにＸＹ平面）内で常駐／回転し、互い（そしてＺ軸）に平行な回転軸１３４を有する。図示されているように、上から見ると、複数のローターブーム１０４は、実質的に同じ長さであり、航空輸送体１００は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って実質的に対称である。したがって、そのような配置では、各プロパルサー１０８と航空輸送体１００の重心（COG）との間の距離は、実質的に同じである。
【００４６】
航空輸送体１００の重心は、既知の技術を使用して（例えば、コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアを使用して又は既知の数学の方程式を使用して）決定され得る。当業者によって理解され得るように、重心という用語は、概して、航空輸送体１００が吊り下げられるならば、全ての位置においてバランスがとられ得る位置（ポイント）、すなわち、航空輸送体１００の全ての方向における仮想バランス位置（ポイント）を指す。図示されている実施例では、ＸＹ平面内の航空輸送体１００に対するCOGが、ＸＹ平面内の機体１０２のCOGと一致するが、Ｚ軸においては異なっていてよい。
【００４７】
リフトモータ１１４は、電子速度コントローラ（ESC）１０６によって制御される電気モータであり得る。その目的のために、ESC１０６は、例えば、リフトモータ１１４に隣接し且つローターブーム１０４の遠位端に統合された（又はさもなければ連結された）ものとしても提供され得る。航空輸送体１００は、４つのプロパルサー１０８を有するものとして示されているが、当業者は、更なる又はより少ないプロパルサー１０８が採用されて、例えば、推力要件に応じて所望の機能を実現し得ることを理解するだろう。したがって、航空輸送体１００は、実際には任意の数のプロパルサー１０８を採用することができる。例えば、航空輸送体１００は、トライコプター（３つのローターを有する航空輸送体）、クワッドコプター（４つのローターを有する航空輸送体）、ヘキサコプター（６つのローターを有する航空輸送体）、及びオクトコプター（８つのローターを有する航空輸送体）などの、３つ以上のプロパルサー１０８を採用する航空輸送体であり得る。
【００４８】
全てのローターが中央ハブから放射する従来の構成に加えて、中央本体の両側に２つの列のローターを有するｅVTOL（電気垂直離着陸）航空機の構成などの、本開示から利益を受けることができる他のマルチコプターの構成が存在する。他の態様では、航空機が、図１０ａ及び図１０ｂを参照して説明されることとなるように、傾斜翼機能を採用し得る、翼に沿って位置決めされたプロパルサーを有する分散型電気推進システムを採用することができる。
【００４９】
リフトモータ１１４は、各ローターブーム１０４の遠位端に示されているが、代わりに、複数のリフトモータ１１４（または単数のリフトモータ１１４）が機体１０２に位置決めされ、リフトモータ１１４と１以上のプロペラ１３２との間のギアボックス及び／又はドライブシャフトを介して、１以上のプロペラ１３２を駆動（回転）するように構成されていてもよい。更に、各ローターブーム１０４は単一のプロパルサー１０８のみを有するものとして図示されているが、各ローターブーム１０４の遠位端に、複数のプロパルサー１０８が設けられていてもよい。例えば、各ローターブーム１０４の遠位端にクロスメンバー（図示せず）が位置決めされ、プロパルサー１０８を互いから離間させるように（例えば、ローターブーム１０４の長さ方向に対して垂直に）配列するか、又は他の態様でプロペラ１３２間の干渉を防止するように（例えば、互い違いの構成／一部が重なった構成で）配列してよい。航空輸送体１００の構成要素は、金属、複合材料、又はこれらの組み合わせから製作されていてよい。図１ａは、クワッドコプターとして構成されたマルチローターVTOLを示しているが、本開示の主題は、分散型電気推進輸送体を有するものなど、固定翼を含む他の形態の航空機に適用され得る。
【００５０】
図１ｂは、航空輸送体１００用の例示的な航空機制御システムのブロック図を示している。航空機制御システムは、航空輸送体１００の様々な航空機構成要素及び機能を制御するように構成されている。図示されているように、航空輸送体１００は、少なくとも１つのメモリデバイス１１８、飛行コントローラ１２０、無線送受信機１２２、及び航法システム１２４に通信可能に連結された１以上の航空機プロセッサ１１６を含む。航空機プロセッサ１１６は、メモリデバイス１１８（例えば、ハードドライブ、フラッシュメモリなど）に記憶された指示命令（例えば、ソフトウェア）及び１以上のデータベースに少なくとも部分的に基づいて、１以上の動作を実行するように構成され得る。
【００５１】
航空機制御システムは、航空輸送体１００と遠隔デバイス１３０（例えば、スマートフォン、タブレット、及びラップトップコンピュータなどの、遠隔制御装置若しくは携帯用電子機器）又は他のコントローラ（例えば、基地局）との間でデータを通信するための、アンテナ１１２に接続された無線送受信器１２２などの、他の所望の設備を更に含んでいてよい。例えば、航空輸送体１００は、ネットワーク１２８を経由して遠隔デバイス１３０とデータ（処理済みデータ、未処理データなど）を通信してよい。特定の態様では、無線送受信器１２２が、ブルートゥース（例えば、2.4から2.485GHzまでの工業、科学、及び医療（ISM）帯域の短波長超高周波数（UHF）電波）、近距離無線通信（NFC）、Wi-Fi（例えば、米国電気電子学会（IEEE）802.11標準）などの、１以上の無線標準を使用して通信するように構成され得る。遠隔デバイス１３０は、航空輸送体１００並びに諜報、監視、及び調査（ISR）ペイロード１２６を含むその（１以上の）ペイロードのモニタリング及び／又は制御を容易にし得る。
【００５２】
航空機プロセッサ１１６は、オペレータ、自動操縦、航法システム１２４、又は他の高レベルシステムからの、無線送受信機１２２を介したコマンドに応答して、様々なアクチュエータ（例えば、任意の操縦翼面の動作を制御するためのアクチュエータ）及び／又は（例えば、ESC１０６を介して）リフトモータ１１４の動作を制御するため、飛行コントローラ１２０と動作可能に接続され得る。特定の態様では、航空機プロセッサ１１６及び飛行コントローラ１２０が、単一の構成要素又は回路の中へ統合され得る。動作中、飛行コントローラ１２０は、航空機輸送体１００のロール、ピッチ、又はヨーを制御するESC１０６を介して、飛行の様々な段階（例えば、離陸、巡航、着陸）の間に、各ローターブーム１０４上のプロペラ１３２／リフトモータ１１４の各々からの推力を、動的に（すなわち、リアルタイムで又はほぼリアルタイムで）且つ独立して調整し得る。言い換えれば、飛行コントローラ１２０は、リフトモータ１１４の各々が所望の上昇推力を生成するように（又は所望のノイズレベルを実現するように）、所与のローターブーム１０４上のリフトモータ１１４の各々を、独立して制御することができる。例えば、飛行コントローラ１２０は、プロペラ１３２のRPMを変更し、及び／又は、望まれる場合にプロペラブレードのピッチを変更することができる。具体的には、ESC１０６を介して電源（例えば、バッテリパック又はバッテリバンク）から各電気モータに供給される電力を調整することによって、リフトモータ１１４が制御され得る。
【００５３】
航空機プロセッサ１１６は、慣性航法装置（INS）１２４ｂ及び／又は慣性計測装置（IMU）１２４ｃに通信可能に接続された全地球測位システム（GPS）１２４ａを含み得る、航法システム１２４に動作可能に接続されていてよい。慣性航法装置（INS）１２４ｂ及び／又は慣性計測装置（IMU）１２４ｃは、１以上のジャイロスコープ及び加速度計を含み得る。GPS１２４ａによって、INSの解をリセットするのに使うことができるか、又はカルマンフィルタといった数学的アルゴリズムを使ってINSの解とブレンドすることができる、完全に偏流（drift）のない、位置の値が与えられる。航法システム１２４は、とりわけ、航空機プロセッサ１１６に慣性安定化データを通信し得る。
【００５４】
データを収集し且つ／又はエリアをモニタするために、航空輸送体１００には、例えば、１以上のカメラ１２６ａ（例えば、光検出測距（LIDAR）デバイスを含む、画像及び／動画を記録又はキャプチャするための光学機器）、音響デバイス１２６ｂ（例えば、マイクロフォン、反響定位センサなど）、及びISR機能を促進しISRデータ（例えば、写真、ビデオ、音響、センサ測定値など）を提供するための他のセンサ１２６ｃを備えた、ISRペイロード１２６が更に装備され得る。ISRペイロード１２６は、ISRペイロード１２６と航空機プロセッサ１１６との間のISRデータの通信を促進するため、航空機プロセッサ１１６に動作可能に接続されている。ISRデータは、航空輸送体１００を航行するために、航空機プロセッサ１１６への入力として使用され得る。ISRペイロード１２６は、例えば、下方の及び／又は地上の物体をモニタするために、ISRペイロード１２６がより容易に下方へ方向付けられることを可能にするように、ジンバルシステムを介して機体１０２（又はローターブーム１０４などの別の１つの構造的構成要素）の１以上の側面と回転可能且つ旋回可能に連結され得る。データは、航空輸送体１００から無線送受信器１２２を介してネットワーク１２８経由で遠隔デバイス１３０へ動的若しくは周期的に通信され得るか、又は後のアクセス若しくは処理のためにメモリデバイス１１８に記憶され得る。
【００５５】
図２は、図１の航空輸送体１００（例えば、クワッドコプターVTOL UAV）の４つの同一なプロペラを選択的に駆動したときのパワースペクトル密度への影響を示しているチャートである。具体的には、実線が、全ての（すなわち、４つの）同一なプロペラを調和して駆動／回転させることによるパワースペクトル密度への影響を表し、一方で、一点鎖線と破線は、それぞれ、プロペラの１つ及び２つのみを回転させたときのパワースペクトル密度への影響を表している。チャートは、１から２へ、２から４へ増加させたときに、同一のプロペラのBPFに対応するピークにおいて累積的な増加が存在することを示している。それは、より高い高調波で実質的に明らかになる。
【００５６】
プロペラのノイズシグネチャの累積的な干渉は、異なる設計点（例えば、ブレードの総数、RPMなど）で作動する異なるプロペラ１３２を採用することによって、緩和され（又は更に避けられ）得る。実際、プロペラの幾何学的形状のばらつきは、低減された組み合わされたBPF及びSPLを実現するために使用され得る。したがって、本開示の一態様では、航空輸送体１００が、輸送体の全体的なノイズシグネチャを低減させるために、異なるプロペラ設計のプロペラ１３２を採用し得る。例えば、プロペラ１３２は、同じRPMで同じ量の推力を生成する異なるプロペラブレードの総数を用いて設計され得る。それによって、一定のRPMでの作動を可能にし、制御問題を単純化する。しかし、（先端速度を低減させるために）RPM、直径、又はそれらの組み合わせなどの、プロペラ設計の他の態様も、変更されてよい。用途に応じて、物理的制約を原因としてプロペラ直径を変更することは実際的ではないだろう。更に、作動RPMは、モータの選択によって決定され得る。というのも、モータの効率は所与のRPMでピークに達し、したがって、モータのピークから外れたところでの作動は、航空機の性能を低減させ得るからである。最後に、RPMのばらつきは、しばしば、輸送体のコントローラが、モータの制御を提供することによってそのようなばらつきに対処することを要求する。そのようなモータの制御は、重要な技術的問題ではないが、望ましくないだろう。異なる作動点で作動している異なるプロペラを有することは、スペクトルをぼかすように作用する。更に、各プロペラ設計に対するBPFは、異なり、したがって、ピークは互いに位相外で生じ、より低いピークのSPLをもたらし得る。
【００５７】
図３ａ及び図３ｂは、一態様による、例示的なVTOLクワッドコプター３００ａ、３００ｂの上面図を示している。図示されているように、推進及び上昇のために使用されるプロペラ１３２は、異なるブレードの総数、ホバリング飛行モード中の異なるRPM、異なる直径、又はそれらの任意の組み合わせを有するように設計され得る。プロペラは、ローターブーム１０４を介して機体１０２に取り付けられ得る。プロペラは、図３ａで示されているように異なる幾何学的形状の全部で４つのプロペラ、又は図３ｂで示されているように異なる幾何学的形状の２つの組のプロペラを有する。図１の航空輸送体１００に関して上述されたように、プロペラ１３２は、概して、同じ平面（示されているようにＸＹ平面）内で常駐／回転し、互い（そしてＺ軸）に平行な固定された回転軸１３４を有する。すなわち、プロペラ１３２は、Ｚ軸に沿って（機体１０２に対して）推力を下方に向けるように方向付けられている。図３ａで示されているように、VTOLクワッドコプター３００ａは、偶数及び奇数の両方のプロペラブレードの総数を有する４つのプロペラ１３２の一組を採用し得るが、図３ｂのVTOLクワッドコプター３００ｂで示されているように、プロペラ１３２が、偶数だけ（又は奇数だけ）のプロペラブレードの総数を採用することも考慮される。
【００５８】
従来通りに一組の同一なプロペラを採用する既存の回転翼航空機とは対照的に、図示されているVTOLクワッドコプター３００ａ、３００ｂは、異なる（非同一な）プロペラの組を使用する。更に、各々は４つのプロペラ１３２を備えるが、VTOLクワッドコプター３００ａは、４つの異なるプロペラ設計を使用し、VTOLクワッドコプター３００ｂは、２つの異なるプロペラ（２つのプロペラを含む２つの組）設計を使用する。より具体的には、第１のVTOLクワッドコプター３００ａは、６つのブレードを有するプロペラ１３２ａ、８つのブレードを有するプロペラ１３２ｂ、２つのブレードを有するプロペラ１３２ｃ、及び３つのブレードを有するプロペラ１３２ｄを備えるが、一方で、第２のVTOLクワッドコプター３００ｂは、６つのブレードを有するプロペラ１３２ａが２つと、８つのブレードを有するプロペラ１３２ｂが２つと、の組を使用する。図示されているように、対称な回転翼航空機として配置されたときに、ＸＹ平面内で各プロパルサー１０８の（Ｚ軸周りの）回転軸１３４と航空輸送体１００の重心（COG）との間の距離は、実質的に同じである。
【００５９】
特定の態様では、飛行コントローラ１２０が、異なるプロペラ設計に対応するように（例えば、ソフトウェアの更新を介して）修正され得る。例えば、飛行コントローラ１２０は、クワッドコプターをトリミングするために１以上のソフトウェア方法を実施し、それによって、プロペラ１３２の差異にも関わらずバランスされたリフトプロファイルを生成することができる。これは、（対気速度、重量、及び他の飛行条件に応じて、命令されたプロペラのRPMを変更する）参照テーブルと、所望のトリム条件からの逸脱を測定し、それらの逸脱をRPMコマンドにフィードバックする、フィードバック制御と、の組み合わせによって達成され得る。フィードバックは、プロペラ１３２の各々によって提供される単位RPM当たりの推力の差を考慮に入れることができる。これらの方法は、フライトエンベロープ（例えば、安定状態のホバリング飛行又は直線飛行）にわたり一貫したロバストなトリムを保証するのに役立つ。信頼可能な不安定な進入性能、外乱除去、及び１つのトリム条件（対気速度、クライム速度など）から別のトリム条件への移行を保証するためにも、特別な気遣いが必要とされ得る。別の一態様では、フィードフォーワードミキシング用語が、飛行制御法則から来る輸送体のモーメントコマンドに適用され得る。これらのミキシング用語は、RPMに依存するRPM当たりの推力の差異を近似的に構成するのに役立つ。その後、フィードバックが使用されて、実現された実際の速度及び加速度をコマンド値と比較し、システムがよりロバストであることを保証し、ミキシング値の不正確さに対処するのに役立つ。したがって、フィードフォーワード及び／又はフィードバックは、所望の性能を実現するために採用され得る。
【００６０】
図８ａ及び図８ｂは、２つの例示的なフィードバック制御図を示している。具体的には、図８ａが、RPMフィードバックを各ローターに提供するように構成されたフィードバック制御図８００ａを示し、一方で、図８ｂは、更に、アクティブノイズ制御を実施するように構成されたフィードバック制御図８００ｂを示している。図８ａ及び図８ｂのフィードバック制御は、（例えば、ISRペイロード１２６の）１以上のセンサからの入力に基づいて、航空機プロセッサ１１６を介して実施され得る。
【００６１】
図８ａを参照すると、RPMコマンドは、電力コマンドを生成する、比例・積分・微分（PID）コントローラ８０２（例えば、RPM PIDコントローラ）の中へ入力され得る。電力コマンドは、ローターシステム８０４に（例えば、（１以上の）リフトモータ１１４又は推進システムの別の電気モータ／アクチュエータに）通信されて、プロペラ１３２を駆動する（すなわち、回転させる）。RPMセンサ８０６は、ローターシステム８０４と動作可能に接続され、（１以上の）プロペラ１３２及び／又は（１以上の）リフトモータ１１４の回転をモニタして、（例えば、動的に、リアルタイムで又はほぼリアルタイムで）RPMを決定することができる。測定された（又は計算された）RPMは、RPMフィードバックの形態でPIDコントローラ８０２にフィードバックされ得る。その後、PIDコントローラ８０２は、RPMフィードバックに応じて電力コマンドを調整し得る。
【００６２】
したがって、特定の態様では、航空輸送体１００が、航空輸送体のノイズシグネチャを低減させるための方法を採用し得る。例えば、該方法は、第１のプロペラ形状を有する第１のプロペラ１３２を所定のRPMで駆動するように構成された第１の電気モータ（例えば、第１のリフトモータ１１４）を駆動すること、及び第２のプロペラ形状を有する第２のプロペラを所定のRPMで駆動するように構成された第２の電気モータ（例えば、第２のリフトモータ１１４）を駆動することであって、第２のプロペラ形状が、第１のプロペラ形状とは異なり、所定のRPMで駆動されたときに第１のプロペラ形状と等しい量の推力を供給するように構成されている、第２の電気モータを駆動することを含み得る。航空輸送体１００は、プロセッサ１１６を介して、第１のプロペラと第２のプロペラの（例えば、実際の又は予測された）RPMを動的にモニタして、所定のRPMからの逸脱を特定し得る。所定のRPMからの逸脱（すなわち、測定された／予測されたRPMが、所定のRPMに基づいて所定のRPMから逸脱する、例えば、ｘ％の逸脱）のイベントでは、プロセッサ１１６が、第１のプロペラ又は第２のプロペラのRPMを調整して、（場合によっては）所定のRPMに調和させ、それによって、ノイズシグネチャを調整する。
【００６３】
図８ｂのフィードバック制御図８００ｂは、フィードバック制御図８００ｂが、アクティブノイズ制御を更に実施することを除いて、概ね、RPMフィードバックに関する図８ａのフィードバック制御図８００ａと同じである。より具体的には、フィードバック制御図８００ａが、RPMフィードバックを促進するために単一のPIDコントローラ８０２（PIDコントローラ８０２ａとして図８ｂで示されている、RPM PIDコントローラ）を採用している一方で、フィードバック制御図８００ｂは、ノイズフィードバックを提供するために第２のPIDコントローラ８０２ｂ（例えば、ノイズPIDコントローラ）を備える。動作中、RPMコマンドは、PIDコントローラ８０２ａの中へ入力され得る。PIDコントローラ８０２ａは、電力コマンドを生成し、電力コマンドは、プロペラ１３２を駆動するためにローターシステム８０４に通信される。ノイズセンサ（例えば、マイクロフォン８１０）は、（１以上の）プロペラ１３２及び／又は（１以上の）リフトモータ１１４によって生成された任意のノイズをモニタするために、ローターセンサ８０４（又はその構成要素）の近傍に位置決めされ、ノイズフィードバックを生成するように構成され得る。マイクロフォン８１０は、ISRペイロード１２６のスタンドアローン又は部分であってよい。ノイズフィードバックは、第２のPIDコントローラ８０２ｂに通信され得る。第２のPIDコントローラ８０２ｂは、電力コマンドを生成して、アクティブノイズ制御トランスデューサー８０８を制御し、それによって、ローターシステム８０４からのノイズを調整する。マイクロフォン８１０は、ノイズのモニタを継続し、ノイズフィードバックを第２のPIDコントローラ８０２ｂに提供し得る。第２のPIDコントローラ８０２ｂは、ノイズフィードバックに応じて、アクティブノイズ制御トランスデューサー８０８に対する電力コマンドを調整する。したがって、特定の態様では、航空輸送体１００が、プロセッサ１１６を介して、更に、アクティブノイズ制御を動的に実施し得る。例えば、航空機プロセッサ１１６は、マイクロフォン８１０を介して、アクティブノイズ制御を動的に実施し得る。マイクロフォン８１０は、ノイズフィードバックをPIDコントローラ８０２ｂに提供するように構成されている。ノイズフィードバックは、PIDコントローラ８０２ｂによって使用されて、アクティブノイズ制御トランスデューサー８０８に対する電力コマンドを調整する。
【００６４】
飛行コントローラ１２０を単純化するために、４つの異なるプロペラ（例えば、プロペラ１３２ａから１３２ｄ）は、異なるプロペラ設計（例えば、プロペラブレードの総数）を採用しているにも関わらず、所与のRPMにおいて推力及び電力の性能を調和させるように構成され（サイズ決定され且つ形作られ）得る。例えば、プロペラは、たとえ各プロペラ１３２上に異なる数のブレードを有するとしても、リフトモータ１１４が各プロパルサー１０８に対して同じ推力及びトルクを経験するように、設計され得る。そのような配置は、より従来型の飛行コントローラが、異なるブレードの幾何学的形状を伴って働くことを可能にし、同じモータが各プロペラに対して使用され得ることを保証し得る。
【００６５】
図４ａから図４ｄは、例示的な２つのブレードを有するプロペラ１３２ｃを示しており、一方で、図５ａから図５ｄは、例示的な同等の３つのブレードを有するプロペラ１３２ｄを示している。２つのブレードを有するプロペラ１３２ｃは、３つのブレードを有するプロペラ１３２ｄと同等であると考えられる。というのも、２つのブレードを有するプロペラ１３２ｃは、異なるブレードの総数及び形状を採用しているにも関わらず、同じRPMで駆動されたときに等しい（実質的に同じ）推力及び電力を生成するからである。図示されているように、図５ａの３つのブレードを有するプロペラ１３２ｄは、２つのプロペラブレード（プロペラブレードの総数が２つ）から３つのプロペラブレード（プロペラブレードの総数が３つ）へプロペラブレードの数を増加させることによって、図４ａで示されている２つのブレードを有するプロペラ１３２ｃ設計から修正された。具体的には、２つのブレードを有するプロペラ１３２ｃは、中央ハブ４０２に連結され、互いに対して１８０度だけ周方向にずらされた、２つのプロペラブレード４０４を備える。一方、３つのブレードを有するプロペラ１３２ｄは、中央ハブ５０２に連結され、互いに対して１２０度だけ周方向にずらされた、３つのプロペラブレード５０４を備える。プロペラブレードの総数が２つ及び３つのものが図示されているが、他のブレードの総数も考慮される。その場合、周方向のずれは、概して、３６０度をブレードの総数で割ることによって決定される。
【００６６】
図４ｂから図４ｄと図５ｂから図５ｄとの比較で最も良く示されているように、３つのブレードを有するプロペラ１３２ｄは、２つのブレードを有するプロペラ１３２ｃの推力及び電力曲線に調和するように再設計され、３つのブレードを有するプロペラ１３２ｄの幾何学的形状に変化をもたらした。例えば、図５ｂと図４ｂとの比較で最も良く示されているように、３つのブレードを有するプロペラ１３２ｄの翼長５０６に沿ったコード長は、２つのブレードを有するプロペラ１３２ｃの翼長４０６に沿ったコード長と比べて低減されている。当該技術分野において知られているように、コードラインは、プロペラブレードの翼型の前縁と後縁をつなぐラインを指す。コードラインの長さ（すなわち、コード長）は、ブレードの半径／長さの関数として変化する。すなわち、コード長は、プロペラブレードのブレード長さに沿ったその位置に応じて変化する。例えば、コードラインのコード長は、ブレードの先端の近くで最も短い。
【００６７】
２つのブレードを有するプロペラ１３２ｃと３つのブレードを有するプロペラ１３２ｄの性能の同等性を検証するために、推力及び電力が速度（RPM）の関数として決定された。その結果は、図７ａ及び図７ｂのチャート７００ａ、７００ｂで示されている。具体的には、ブレードの数／プロペラブレードの総数にも関わらず、重なり合ったグラフの跡は、プロペラの性能が所与の速度（すなわち、同じRPM）において実質的に同じであることを示している。異なるブレードの総数で同等な（調和した）プロペラを設計することは、飛行コントローラの複雑さを低減させる。
【００６８】
上述の実施例は、４つのプロペラ１３２を有するクワッドコプターを説明したが、本開示の対象は、各設計のプロペラが偶数である航空機に限定されるものと見るべきではない。したがって、輸送体の構成に応じて、設計者は、第１の設計を有する１つのプロペラを、プロペラが同じ速度で作動する第２の異なる（しかし同等な）設計を有するプロペラと交換することができる。代替的に、輸送体のプロペラは、異なる作動点で作動することができる。更に、本開示の主題は、VTOL航空機に限定されるものではなく、したがって、非VTOL航空機、例えば、分散型電気推進固定翼航空機に適用され得る。例示的な電気／ハイブリッド電気推進固定翼航空機は、2017年1月11日に出願された「Hybrid Propulsion Vertical Take-Off and Landing Aircraft.」という名称のFrancesco Gianniniらによって共同所有された米国特許出願第15/403,818号によってより詳細に説明されている。ノイズを低減させることに加えて、本開示の主題の技術は、輸送体のノイズシグネチャをマスキングし、それによって、敵のシステムによる検出を困難にさせるためにも役立ち得る。
【００６９】
本開示の主題は、主としてプロペラ全体に適用されるものとして説明されてきたが、このコンセプトは、個別のブレードに関して単一のプロペラに適用することもできる。例えば、シグネチャを調整するために、個別のブレードの直径、形状、及び／又は間隔が変更され得る。特定の態様では、異なる直径を有するブレードを採用することが有利であり得る。というのも、それらの先端の渦が互いに干渉しないからであり、そのことは、輸送体のシグネチャを変更し得る。更に、間隔を変更することは、ブレード通過に対応するスペクトル上のピークを変更するのに役立ち得る。それはもはや、ブレードの数の定数倍ではないだろう。更に、プロペラのばらつきによってもたらされる慣性における差を低減させるために、ブレードの１以上に重量を追加することも有利であり得る。これらの慣性のばらつきは、トリム、ヨーコマンド、及び他のモーメントコマンドに上手く従わない可能性がある。しかし、それを緩和する戦略として慣性を追加することが採用され得る。この一実施例は、単一のブレードを有するプロペラである。例示的な単一のブレードのプロペラ１３２ｅが、図６で示されており、それによって、単一のブレード６０４の重量は、単一のブレードのプロペラ１３２ｅをバランスさせるために、重量６０６を使用して中央ハブ６０２の反対側にそれに対するカウンター手段が設けられる。そのことは、空気力学的に効率的であり得る。
【００７０】
最後に、慣性におけるブレードとブレードのばらつき、作動点、及びブレードの組にわたる単位RPM当たりの推力は、飛行特性を最適化するために使用され得る更なる自由度を提供し得る。例えば、（マイクロフォン又は他の手段を使用して）音響シグネチャを測定することによって、オペレータは、ノイズシグネチャを更に低減させるために、リアルタイムでか又はオフライン較正プロセスとして、RPM又は荷重のばらつきを調整することができる。フライトエンベロープ全体にわたりこの調整を実行することが可能である。音響シグネチャを調整するための例示的なシステム及び方法が、2017年5月8日に出願された「Systems and Methods for Acoustic Radiation Control.」という名称のMartin Kearney-Fischerらによって共同所有された米国特許出願第15/588,977号によってより詳細に説明されている。別の一実施例では、低ノイズ、一貫したトリム、及び優れた進入性能を実現する、ブレードとRPMの最適な組み合わせを決定するために、実験的な調整が様々なブレード構成に対して実行され得る。
【００７１】
例えば、図９ａ及び図９ｂを参照すると、機体１０２とローターブーム１０４のサイズ及び形状が調整され得る。該当する場合には、航空輸送体の非対称性が、利点として使用され得る。何故ならば、長手軸において必要とされる性能特性が、側方（すなわち、横手軸）において必要とされるものとは異なるからである。その目的で、プロペラブレードの設計、ブームの長さ、及びRPMが、性能、関心がある感知場、及びノイズを低減させるために作動点において差を生成するという目的に沿った他のパラメータに対して最適化され得る。図９ａで示されているように、航空機は、６つのブレードを有するプロペラ１３２ａの一組（前方の組）と８つのブレードを有するプロペラ１３２ｂの一組（後方の組）を採用し得る。一方で、図９ｂの航空機は、とりわけ、更なるヨー制御を提供するために、前方の組と後方の組との間に、３つのブレードを有するプロペラ１３２ｄの一組を更に備える。したがって、航空輸送体は、横手軸における単純な飛行制御を可能にするために側方に対称であり得るが、長手軸において異なる前方及び後方プロペラ１３２、RPM、ローターブーム１０４の長さなどが装備され得る。実際、プロペラ１３２は、特定の前方飛行速度に対して最適化され得る。そのようにして、高速性能、進入性能、及びノイズの全てが、共に最適化され得る。
【００７２】
非対称性は、ローターの種類と同様に、ローターの位置にまで拡張され得る。例えば、ローターブーム１０４の長さ及びＺ軸における地上高さ（ローター平面）は、他のパラメータ最適化と共に目標の音響効果を実現するために変更され得る。実際、図９ａの航空機は、１０４の２つの組を採用し、その場合、ローターブーム１０４ａの第１の組は、ローターブーム１０４ｂの第２の組よりも短い。図９ｂは、１３２ｄ（及び任意の関連するリフトモータ１１４）を支持するために、ローターブーム１０４ｃの第３の組を導入する。しかし、両方の航空機は、それらの対称軸を横断して対称なままであることに留意されたい。ローターの高さ寸法において、ブームの上方へのローターの上昇は、より低い「ブレードスラップ」（例えば、各ローターブレードがブームの上を通過する際に誘起される圧力のスパイク）をもたらし得る。その場合、ローターの後流におけるブームの影響は、ブームの上方のローターの高さを変更することによって変動し得る。ノイズを低減させるための相殺的干渉は、様々なやり方、例えば、ローターの高さを正確にＫ＋１／２音響波長にすることで実現され得る。ここで、Ｋは任意の整数である。本明細書で開示される様々な技術は、Ｎ個のプロペラ／ローターに適用され得る。したがって、それらの技術は、通常、マルチローター航空輸送体に結合される４つのプロペラ／ローターに限定されるものではない。
【００７３】
前述されたことは、主として固定された回転軸を有するプロペラを有するマルチローターVTOL航空機との関連で説明されてきたが、本開示は、プロパルサーの１以上が、プロパルサー１０８からの推力ベクトルを向け直す旋回する回転軸を有する、航空機にも適用され得る。
【００７４】
例えば、図１０ａ及び図１０ｂは、傾斜翼機能を有する例示的なVTOL航空機１０００を示している。図示されているように、主翼１００４及びカナード翼１００６は、胴体１００２の各側に位置決めされている。複数のプロパルサー１０８は、主翼１００４とカナード翼１００６の各々の長さに沿って分散されている。２つの主翼１００４は、主翼の組を画定し、２つのカナード翼１００６は、カナード翼の組を画定し、それらは、傾斜翼機能を提供するために、VTOL航空機１０００の機体に（例えば、胴体１００２の上側に）旋回可能に取り付けられている。例えば、胴体１００２は、VTOL動作に対する垂直翼構成と前方／翼の本来の動作に対する水平翼構成との間で、（飛行コントローラ１２０などの飛行コントローラからの信号に応答して）主翼１００４及びカナード翼１００６を選択的に旋回させる、複数のアクチュエータ制御された旋回コネクタを備え得る。理解され得るように、各プロパルサー１３２の回転軸１３４は、プロパルサー１０８が旋回する際に、主翼１００４／カナード翼１００６と共に旋回する。
【００７５】
VTOL航空機１０００は、複数の独立して制御可能な交流（AC）モータ駆動ダクトファンを使用して推進力を生成するという点においてハイブリッド推進式航空機であり得る。ファンは、１以上のタービン駆動式発電機からAC電力を受け取る。したがって、分散型電気推進システムは、概して、エンジン、ギアボックス、１以上の主たる発電機１０１２、及び複数のダクトファンを備える。前記複数のダクトファンの各々は、電動モータによって駆動される。複数のダクトファンは、主翼１００４に位置決めされた複数の主たるダクトファン１００８、及びカナード翼１００６に位置決めされた複数のカナードダクトファン１０１０を含み得る。例示的なVTOL航空機１０００は、2017年1月11日に出願された「Hybrid Propulsion Vertical Take-Off and Landing Aircraft.」という名称のFrancesco Gianniniらによって共同所有された米国特許公開第2017/0203839号によってより詳細に説明されている。更に、2015年2月10日に公開された「Modular Miniature Unmanned Aircraft With Vectored-Thrust Control,」という名称のAdam Woodworthらによって共同所有された米国特許公開第8,951,086号は、航空機のピッチ、ロール、及びヨーの各々に対する推力ベクトルを直接的に制御することによって航空機に対して側方及び長手方向の制御を提供するように構成された推力ベクトリングモジュールを有する航空機を開示している。
【００７６】
部品、特徴などの特定の配置を参照しながら、様々な実施形態が説明されてきたが、これらは、全ての可能な配置又は特徴を網羅することを意図するものではなく、実際、多くの他の実施形態、修正例、及び変形例が、当業者に究明可能であろう。したがって、本発明は、特に上述されていなくとも実施可能であることが理解されるべきである。上記で引用された特許及び特許文献は、全体として参照により本願に援用される。
【００７７】
本開示は、以下の条項で説明される主題を含む
条項１
低減されたノイズシグネチャを有する航空輸送体であって、
機体（１０２）、
第１のプロペラ（（２、１３２））を駆動するように構成された第１の電気モータであって、前記第１のプロペラ（２、１３２）が前記機体（１０２）に揚力を提供するように方向付けられている、第１の電気モータ、及び
第２のプロペラ（（２、１３２））を駆動するように構成された第２の電気モータであって、前記第２のプロペラ（２、１３２）が前記機体（１０２）に揚力を提供するように方向付けられている、第２の電気モータを備え、
前記第１のプロペラ（２、１３２）が第１のプロペラ（２、１３２）設計を採用し、前記第２のプロペラ（２、１３２）が前記第１のプロペラ（２、１３２）設計とは異なる第２のプロペラ（２、１３２）設計を採用し、
前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）が、所定の分当たりの回転数（RPM）で駆動されたときに、等しい量の推力を供給するように構成されている、航空輸送体。
条項２
前記第１のプロペラ（２、１３２）設計と前記第２のプロペラ（２、１３２）設計が、異なるプロペラ（２、１３２）ブレード（５０４）の総数を採用している、条項１に記載の航空輸送体。
条項３
前記航空輸送体が、前記航空輸送体の所望のノイズシグネチャを実現するために前記所定のRPMを動的に調整するように構成されている、条項１又は２に記載の航空輸送体。
条項４
前記第１のプロペラ（２、１３２）設計が偶数のブレード（５０４）から成り、前記第２のプロペラ（２、１３２）設計が奇数のブレード（５０４）から成る、条項２に記載の航空輸送体。
条項５
前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）が、ホバリング飛行モード中に同じRPMで駆動されるように構成されている、条項１から４のいずれか一項に記載の航空輸送体。
条項６
前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）が、ホバリング飛行モード中に異なるRPMで駆動されるように構成されている、条項１から５のいずれか一項に記載の航空輸送体。
条項７
前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）が、単一の平面内に配置されている、条項１から６のいずれか一項に記載の航空輸送体。
条項８
前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）が、各々、固定された回転軸を有する、条項１から７のいずれか一項に記載の航空輸送体。
条項９
前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）が、各々、旋回する回転軸を有する、条項１から８のいずれか一項に記載の航空輸送体。
条項１０
低減されたノイズシグネチャを有する航空輸送体であって、
機体（１０２）、並びに
１以上のモータと動作可能に連結された複数のプロペラ（２、１３２）であって、第１、第２、第３、及び第４のプロペラ（２、１３２）を備えた複数のプロペラ（２、１３２）を備え、前記第１、第２、第３、及び第４のプロペラ（２、１３２）の各々が、単一の平面内に配置され、前記機体（１０２）に対して下向きに推力を向けるように方向付けられており、前記複数のプロペラ（２、１３２）のうちの少なくとも２つが、異なる幾何学的形状を採用している、航空輸送体。
条項１１
前記複数のプロペラ（２、１３２）の各々が、固定された回転軸を有する、条項１０に記載の航空輸送体。
条項１２
前記第１のプロペラ（２、１３２）設計と前記第２のプロペラ（２、１３２）設計が、異なる長さを有するブレード（５０４）を採用している、条項１０又は１１に記載の航空輸送体。
条項１３
前記第１のプロペラ（２、１３２）設計が２つのブレード（５０４）から成り、前記第２のプロペラ（２、１３２）設計が３つブレード（５０４）から成る、条項１２に記載の航空輸送体。
条項１４
前記第１のプロペラ（２、１３２）設計と前記第２のプロペラ（２、１３２）設計が、異なる形状を有するブレード（５０４）を採用している、条項１２に記載の航空輸送体。
条項１５
前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）が、ホバリング飛行モード中に調和したRPMで駆動されるように構成されている、条項１０から１４のいずれか一項に記載の航空輸送体。
条項１６
前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）が、ホバリング飛行モード中に異なる速度で駆動されるように構成されている、条項１０から１５のいずれか一項に記載の航空輸送体。
条項１７
航空輸送体内のノイズシグネチャを低減させるための方法であって、
第１のプロペラ（２、１３２）形状を有する第１のプロペラ（２、１３２）を所定の分当たりの回転数（RPM）で駆動するように構成された第１の電気モータを駆動すること、
第２のプロペラ（２、１３２）形状を有する第２のプロペラ（２、１３２）を前記所定のRPMで駆動するように構成された第２の電気モータを駆動することであって、前記第２のプロペラ（２、１３２）形状が、前記第１のプロペラ（２、１３２）形状とは異なり、前記所定のRPMで駆動されたときに前記第１のプロペラ（２、１３２）形状と等しい量の推力を供給するように構成されている、第２の電気モータを駆動すること、
プロセッサを介して、前記第１のプロペラ（２、１３２）と前記第２のプロペラ（２、１３２）のうちの少なくとも一方のRPMを動的にモニタリングし、前記所定のRPMからの逸脱を特定すること、及び
前記所定のRPMからの逸脱のイベントにおいて前記第１のプロペラ（２、１３２）又は前記第２のプロペラ（２、１３２）の前記RPMを調整して、前記ノイズシグネチャを調整することを含む、方法。
条項１８
前記プロセッサが、比例・積分・微分（PID）コントローラにRPMフィードバックを提供するために前記RPMを動的にモニタし、前記RPMフィードバックが、前記PIDコントローラによって使用されて、前記第１の電気モータ又は前記第２の電気モータに対する電力コマンドを調整する、条項１７に記載の方法。
条項１９
前記プロセッサが、比例・積分・微分（PID）コントローラにノイズフィードバックを提供するように構成されたマイクロフォンを介して、アクティブノイズ制御を動的に実施する、条項１７又は１８に記載の方法。
条項２０
前記PIDコントローラが、前記ノイズフィードバックを使用して、アクティブノイズ制御トランスデューサーに対する電力コマンドを調整する、条項１９に記載の方法。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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