(57)【要約】【解決手段】本発明は、固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機であって、電動マルチローター動力系統と、統合コントローラとを有し、固定翼動力系統と電動マルチローター動力系統とは、構造的に互いに独立して設けられ、統合コントローラは、固定翼制御系統と、電動マルチローター動力系統の運転を制御するために用いられる電動マルチローター制御系統を備え、固定翼制御系統と電動マルチローター制御系統とが独立して又は協同して運転するように制御するために用いられ、電動マルチローター動力系統のローター回転面は、機体の中心軸線に平行である航空機を開示する。この航空機は、２つの飛行モードを自由に切り替えることができ、固定翼航空機だけでなくヘリコプターのように離着陸や飛行ができる。固定翼航空機−ヘリコプター混合モードも、離着陸及び飛行過程で使用できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機であって、
機体と、翼と、固定翼動力系統と、固定翼動力制御系統及び固定翼舵面制御系統を含む固定翼制御系統と、を備える１組の固定翼航空機コンポーネントと、
１組の電動マルチローター動力系統と、
統合コントローラと、を有し、
前記電動マルチローター動力系統と前記固定翼動力系統とは、構造的に互いに独立して設けられ、
前記統合コントローラは、前記固定翼制御系統と、前記電動マルチローター動力系統の運転を制御するために用いられる電動マルチローター制御系統を備え、前記固定翼制御系統と前記電動マルチローター制御系統とが独立して又は協同して運転するように制御するために用いられ、
前記電動マルチローター動力系統のローター回転面は、前記機体の中心軸線に平行であることを特徴とする固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項２】
前記電動マルチローター制御系統は、航空機の離着陸、姿勢、及び、飛行方向を制御する、請求項１に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項３】
前記電動マルチローター制御系統は、全てのローターの回転速度及び／又はピッチを増減することによって航空機の離着陸を制御する、請求項２に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項４】
前記電動マルチローター制御系統は、飛行方向に沿って航空機の重心の前に位置するローターの回転速度及び／又はピッチを減少させると同時に、飛行方向に沿って航空機の重心の後に位置するローターの回転速度及び／又はピッチを増加させることによって、航空機の姿勢を制御する、請求項２に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項５】
前記電動マルチローター制御系統は、航空機の旋回方向に対して逆転するローターの回転速度及び／又はピッチを増加させることと、航空機の旋回方向と同じ方向で回転するローターの回転速度及び／又はピッチを減少させることによって、航空機の飛行方向を制御する、請求項２に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項６】
前記航空機は、４組の前記電動マルチローター動力系統を備え、
前記電動マルチローター動力系統の各組は、動力装置と、該動力装置に連結されたローターとを備え、前記ローターは、それぞれ、前記機体の両側及び前記翼の前側と後側に設けられ、前記航空機の重心に対して対称に設置され、または、前記電動マルチローター動力系統の全体は、それぞれ、前記機体の両側及び前記翼の前側と後側に設けられ、前記航空機の重心に対して対称に設置される、請求項１に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項７】
前記電動マルチローター動力系統の各組又は前記各ローターは、サポートアームを介して、前記機体又は前記翼に連結される、請求項６に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項８】
前記電動マルチローター動力系統のいくつかの組又は前記ローターのいくつかは、１つのサポートアームを共用して前記機体又は前記翼に連結される、請求項６に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項９】
前記動力装置はモーターである、請求項６に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項１０】
前記電動マルチローター制御系統は、ローターブレード位置制御ユニットを備え、前記ローターブレード位置制御ユニットは、前記電動マルチローター動力系統が停止し、前記固定翼動力系統が始動している場合、前記電動マルチローター動力系統のローターブレードの位置が常に飛行方向と平行であるように、ローターブレードの位置を制御するために用いられる、請求項１に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項１１】
前記協同運転モードの１つは、マルチローターヘリコプター飛行モードから固定翼飛行モードへの変換過程で、航空機のホバリング中にプロペラが動力の発生を開始し、航空機が水平移動を開始し、対気速度の増加にしたがって固定翼が徐々に揚力を発生し、同時に、対気速度が固定翼の失速速度より大きくなるまで全体の揚力を一定に維持するように、ローターの揚力を低減するために、マルチローターは回転速度を徐々に低減し、かくしてマルチローターヘリコプター飛行モードから固定翼飛行モードへの変換が完了することである、請求項１に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項１２】
前記協同運転モードの１つは、固定翼飛行モードからマルチローターヘリコプター飛行モードへの変換過程で、水平プロペラからの推力が減少し、対気速度が固定翼の失速速度に近づくにしたがって、マルチローターが揚力の発生を開始し、対気速度が更に低減されると、全体の揚力を一定に維持するように、揚力を増加して固定翼部の揚力の減少を補償するために、マルチローターは回転速度を増加し、プロペラが回転を停止し、対気速度がゼロに減少するとき、固定翼飛行モードはマルチローターヘリコプター飛行モードに完全に変換されることである、請求項１に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項１３】
前記協同運転モードの１つは、離陸、飛行、及び着陸の全過程で、前記固定翼制御系統及び前記電動マルチローター制御系統は、前記統合コントローラの制御の下で協同運転することである、請求項１に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項１４】
前記固定翼動力系統のプロペラは、前記機体の前部又は後部に設けられ、又は、前記プロペラは、前記機体の両側若しくは前部と後部とに同時に設けられる、請求項１に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項１５】
前記航空機の尾翼構造は、尾翼がない飛行翼式、
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である、請求項１に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項１６】
前記固定翼動力系統は、電力動力系統又は燃料動力系統である請求項１に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【請求項１７】
前記固定翼動力系統の数量は、１組又は複数組である、請求項１−１６のいずれか１項に記載の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航空機に関し、特に、固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の航空機の技術に係る固定翼航空機において、主に翼からの揚力は航空機の重さをバランスさせ、動力系統は航空機に作用する空気抵抗を克服することを主要機能としているので、固定翼航空機は航空機の重さよりずっと小さい動力（推力と引っ張る力）で飛べる。固定翼航空機は、飛行速度が速く、航程が長く、航続時間も長い。しかし、離着陸距離が長く、質の高い滑走路も要求する。そのために、固定翼航空機は空港がない辺境で利用することがひどく妨げられる。
【０００３】
航空機の技術に係る従来のローターヘリコプターは、狭い場所での離着陸の問題を解決することができる。既知のローター航空機には、シングルローターヘリコプターがあり、マルチローターヘリコプターもある。一般的にローターの回転速度の変化によって、マルチローターヘリコプターの飛行姿勢を変更する。例えば、４ローターローターヘリコプターにおいて、４のローターが中心対称に配置され、その内、２のローターが時計回りに回転し、ほかの２のローターが反時計回りに回転する。２の時計回りローター／反時計回りローターの回転速度を増加し、かつ２の反時計回りローター／時計回りローターの回転速度を減少すれば、航空機は一方の側に転向することができる。航空機が傾く必要がある場合、飛行方向のローターの回転速度を減少させ、かつ対称な位置のローターの回転速度を増加させるだけで、揚力の違いによって、航空機が指定された方向へ傾いて飛行する。
【０００４】
動力系統に直接に接続されているローターの効率は、固定翼航空機の翼より遥かに低いので、より多くの出力を消費する。ローターヘリコプターの前進速度は、傾斜プレートの傾斜によりロータープレートから発生した分力によって提供されるので、ローターヘリコプターの前進飛行の抵抗は固定翼航空機よりも大きい。かくして、ローターヘリコプターの飛行速度、飛行距離、及び、航続時間は固定翼航空機より低い。したがって、当業者は、ローターヘリコプターと固定翼航空機との両方の長所がある航空機の開発を待ち望んでいた。
【０００５】
揚力エンジン自体はデザインが簡単だが、巡航する時には運転せず、航空機内の容積を占めているので、揚力エンジンの重量は死重（デッドウェイト）になっている。垂直離着陸航空機においては、死重を減少するまたは除去することが差し迫った課題である。揚力エンジンと巡航エンジンを統合すれば、専用の揚力エンジンの死重を確実に除去することができる。揚力エンジンと巡航エンジンとを統合する最も簡単な手段は、ジェットエンジンを傾斜させることにより、エンジンが地面に噴射し、揚力を確実に発生させるようにすることである。この原理は単純だが、何故垂直離着陸航空機のための最初の選択肢にならないのか？第１に、エンジンが傾斜する場合、航空機内でのエンジンの位置は極めて制限され、具体的には、翼及びエンジンの位置は航空機の重心に一致にしなければならず、エンジンは基本的に翼の下か翼端にしか設けることができない。かくして、一度一部の揚力エンジンに故障が発生し、または、瞬時に出力が不足した場合、不対称な揚力は壊滅的な事故を起こし得る。傾斜するローターが同期シャフトを用いることで前記の問題を解決することができる。しかし、傾斜したジェットエンジンは、一方の側のエンジンが運転できないときに、他方の側のエンジンが補償を提供することは基本的に不可能である。第２に、エンジン自体は非常に重いので、傾斜機構は実現困難である。第３に、エンジンは吸気についての要求が高く、さもなければ、エンジンの効率がひどく低下する。しかし、エンジンが傾斜しているとき、吸気条件を維持するのは難しい。さらに、垂直離着陸には短時間に大量の推力を生成することが必要である一方、巡航には長い運転時間が必要だがそれほどの推力は必要ない。その巡航の要件および垂直離着陸の要件は協調し難いので、揚力がエンジンから生成されるのは必要である。極端な場合には、滑走して滑走路上で離陸し、翼により揚力を生じさせるには、わずかな推力しか必要とされない。だが、ジェットを用いて垂直に離着陸するには、推力/重量比は少なくとも１：１が必要なので、動力に対する要求はより厳しい。
【０００６】
従来の垂直離着陸の機能及び固定翼の機能がある航空機は、大体後述のように５つのデザインに分かれる。
【０００７】
１．図１に示すように、ダクテッドファンとフォワードローター１１を組み合わせる方法がある。例えば、シコルスキーエアクラフト社のＵＡＶのマリナー（Mariner）やゼネラル・エレクトリック・カンパニー（General Electric Company、 GEC）のＸＶ−５などの航空機がある。前記の航空機は、ダクトが航空機の重量を増加させ、空気抵抗を増大させ、航空機内の積載貨物と装備の配置を妨げ、或いは翼の有効な揚力エリアを減少させるという欠点がある。
【０００８】
２．動力の傾斜により垂直離着陸の機能を持つ固定翼航空機。図２に示したＶ２２などの航空機にはプロペラ１２がある。この航空機は、離陸するときに動力装置の推力（引っ張る力）を地面に対して垂直にし、垂直に離陸した後、空中で、動力装置の推力（引っ張る力）を徐々に航空機の前進方向に転向し、従来の固定翼航空機のように前進飛行する。だが、前記の航空機の転向装置は複雑で、コストが高く、信頼性が低い。特に、動力システムが転向するとき（航空機の飛行スピドがゼロであるとき）の安定性や操縦性の問題は航空技術者を常に悩ませてきた。
【０００９】
３．ローターと翼を共有する航空機。その内、図３ａ−３ｃに示したボーイングの「ドラゴンフライ」航空機がある。このタイプの航空機は、翼１３がローターとして使用され、垂直な離着陸ができる。動力を傾斜した航空機と同じように、ローターと翼を共有する航空機は複雑で、コストが高く、信頼性が低い。
【００１０】
４．図４ａ−４ｃに示した底部に揚力エンジン１４を搭載した航空機。このタイプの航空機は、固定翼航空機の垂直離着陸の問題を解決することを意図している。しかし、ドルニエＤＯ．２３１航空機のように、揚力エンジンは、垂直離着陸の揚力を供給し、又は部分的に方向を制御するためのものに過ぎない。そのような航空機は、完全なヘリコプターの飛行モードを持っていない。
【００１１】
５．ソ連のヤク３８戦闘機は２基の揚力エンジン及び１基の揚力巡航エンジンのみを有し、機体内の揚力エンジンは、一方のエンジンの故障による飛行の安全上の脅威を減少させる。しかし、揚力エンジンは航空機の機体内に設けられているので、様々な問題を引き起こす。第１に、高温のジェットガスはエンジンの空気入口に近く、ジェットガスがエンジンに再び吸い込まれやすい問題がある。第２に、高速ジェットガスが機体下の地面に沿って両側に流れ、揚力エンジンの空気入口を除いて機体の上方は空気が相対的に静止しているので、機体が地面へ吸い込まれる（suck down）状態になる。第３に、前記の戦闘機は、デッキ上で垂直に離着陸するので、下向きに噴射された高温のガスがデッキを酷く腐蝕して、実用的ではない。
【００１２】
したがって、当業者は、簡単な構造で、高い信頼性があり、固定翼航空機の機能とローターヘリコプターの機能を持ち、自由に２つの飛行モードを切り替えることができる航空機の開発を待ち望んでいた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この発明は、前記の問題を解決するために、簡単な構造で、高い信頼性があり、固定翼航空機とローターヘリコプターの機能を持ち、自由に２つの飛行モードを切り替える航空機を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本発明に係る固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機は、機体と、翼と、固定翼動力系統及び固定翼舵面制御系統を含む固定翼制御系統とを備える１組の固定翼航空機コンポーネントと、１組の電動マルチローター動力系統と、統合コントローラとを有することを特徴とする。固定翼動力系統と電動マルチローター動力系統は、構造的に互いに独立して設けられている。統合コントローラは、固定翼制御系統と、電動マルチローター動力系統の運転を制御するために用いられる電動マルチローター制御系統を備える。また、統合コントローラは、電動マルチローター制御系統と固定翼制御系統とが独立して又は協同して運転するように制御するために用いられる。電動マルチローター動力系統のローター回転面は、機体の中心軸線に平行である。
【００１５】
好ましくは、電動マルチローター制御系統は、航空機の離着陸、姿勢、及び飛行方向を制御する。
【００１６】
好ましくは、電動マルチローター制御系統は、全てのローターの回転速度及び／又はピッチを増減することによって航空機の離着陸を制御する。
【００１７】
好ましくは、電動マルチローター制御系統は、飛行方向に沿って航空機の重心の前に位置するローターの回転速度及び／又はピッチを減少させるとともに飛行方向に沿って機体の重心の後に位置するローターの回転速度及び／又はピッチを増加させることによって、航空機の姿勢を制御する。
【００１８】
好ましくは、電動マルチローター制御系統は、航空機の旋回方向に対して逆転するローターの回転速度及び／又はピッチを増加させるとともに航空機の旋回方向と同じ方向で回転するローターの回転速度及び／又はピッチを減少させることによって、航空機の飛行方向を制御する。
【００１９】
好ましくは、電動マルチローター動力系統は、少なくとも４つの組を有し、各組は、動力装置と、動力装置に連結されたローターを備える。ローターは、それぞれ、機体の両側及び翼の前側と後側に設けられ、航空機の重心に対して対称設置される。または、電動マルチローター動力系統の全体は、それぞれ、機体の両側及び翼の前側と後側に設けられ、航空機の重心に対して対称設置される。
【００２０】
好ましくは、電動マルチローター動力系統の各組又は各ローターは、サポートアームを介して、翼又は機体に連結される。
【００２１】
好ましくは、電動マルチローター動力系統のいくつかの組又はローターのいくつかは、１つのサポートアームを共用して翼又は機体に連結される。
【００２２】
好ましくは、動力装置はモーターである。
【００２３】
好ましくは、電動マルチローター制御系統は、ローターブレード位置制御ユニットを備え、電動マルチローター動力系統が停止し、固定翼動力系統が始動している場合、ローターブレード位置制御ユニットは、電動マルチローター動力系統のローターブレードの位置が常に飛行方向と平行であるようにローターブレードの位置を制御するために用いられる。かくして、空気抵抗は最大限に減少し、航空機の飛行効率はより高くなる。
【００２４】
好ましくは、協同運転モードの１つは、マルチローターヘリコプター飛行モードから固定翼飛行モードへの変換過程で、航空機のホバリング中にプロペラが動力の発生を開始し、航空機が水平移動を開始し、対気速度の増加にしたがって固定翼が徐々に揚力を発生し、同時に、対気速度が固定翼の失速速度より大きくなるまで全体の揚力を一定に維持するように、ローターの揚力を低減するために、マルチローターは回転速度を徐々に低減し、かくしてマルチローターヘリコプター飛行モードから固定翼飛行モードへの変換が完了することである。
【００２５】
好ましくは、協同運転モードの１つは、固定翼飛行モードからマルチローターヘリコプター飛行モードへの変換過程で、水平プロペラからの推力が減少し、対気速度が固定翼の失速速度に近づくにしたがって、マルチローターが揚力の発生を開始し、対気速度が更に低減されると、全体の揚力を一定に維持するように、揚力を増加して固定翼部の揚力の減少を補償するために、マルチローターは回転速度を増加し、プロペラが回転を停止し、対気速度がゼロに減少するとき、固定翼飛行モードはマルチローターヘリコプター飛行モードに完全に変換されることである。
【００２６】
好ましくは、協同運転モードの１つは、離陸、飛行、及び着陸の全過程で、固定翼制御系統や電動マルチローター制御系統は、統合コントローラの制御の下で協同運転することである。
【００２７】
好ましくは、固定翼動力系統のプロペラは、機体の前部又は後部に設けられ、又は、プロペラは、機体の両側若しくは前部と後部とに同時に設けられる。
【００２８】
好ましくは、航空機の尾翼構造は、尾翼がない飛行翼式、
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である。
【００２９】
好ましくは、固定翼動力系統は、電力動力系統又は燃料動力系統である。
【００３０】
好ましくは、固定翼動力系統の数量は、１組又は複数組である。
【発明の効果】
【００３１】
この発明に係る航空機は、固定翼航空機の機能とローターヘリコプターの機能があるのみならず、独立制御の固定翼動力系統および電動マルチローター動力系統もあるので、自由に前記の２つの飛行モードを切り替えることができる。つまり、前記の航空機は、ヘリコプターのように垂直離着陸や飛行ができ、固定翼航空機のように離着陸や飛行もでき、更に前記の２つの動力系統が混合運転して離着陸や飛行もできる。
【００３２】
本発明は、互いに独立制御の動力系統を採用しているので、１組の動力系統に固定翼航空機やローター航空機の構造が実現されることに比べて、機体内の積載貨物や装備の配置には影響しない簡単な構造を有し、複雑なチルト構造が必要ない。しかも、独立した電動マルチローター動力系統は、動力系統の開発リスクを減少する。適切な配置により、主エンジンが故障し又は戦闘で壊されたときに、揚力エンジンによって、動力がバックアップされ、航空機は安全に帰還することができる。
【００３３】
特に、本発明では電動動力が用いられているので、航空機の重量の増分が少なく、固定翼飛行モードが使用される場合の死重の増分（ローターヘリコプター部の重量）が少ない。更に、電動動力が用いられているので、航空機全体の騒音も少なく、ローターヘリコプターから下向きに噴出する空気流は高温ではなく、かくして従来のエンジンを採用した航空機に比べて環境にやさしい。また、モーターを動力装置として使用することにより、電動マルチローター動力系統の重量が航空機全体の重量の２０％以下に抑えられ、従来の動力系統を採用した航空機より遥かに軽量であり、これにより、航空機は一層用意に制御され、エネルギーが節約される。
【００３４】
最後に、本発明は、民間航空の分野や軍事の分野を含む広い用途を有する。模型航空機だけではなく、無人航空機や有人航空機にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ダクテッドファンや前進ブレードを組み合わせた従来の航空機を示す図である。
【図２】動力の傾斜により、垂直離着陸ができる従来の航空機を示す図である。
【図３ａ】ローターと翼を共有する従来の航空機を示す図である。
【図３ｂ】ローターと翼を共有する従来の航空機を示す図である。
【図３ｃ】ローターと翼を共有する従来の航空機を示す図である。
【図４ａ】揚力エンジンを底部に搭載した従来の航空機を示す図である。
【図４ｂ】揚力エンジンを底部に搭載した従来の航空機を示す図である。
【図４ｃ】揚力エンジンを底部に搭載した従来の航空機を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態の航空機を示す図である。
【図６】本発明の航空機の動力制御系統を示す図である。
【図７】本発明の尾翼タイプによって異なる航空機を示す図である。
【図７】本発明の尾翼タイプによって異なる航空機を示す図である。
【図８】本発明の尾翼タイプによって異なる航空機を示す図である。
【図９】本発明の尾翼タイプによって異なる航空機を示す図である。
【図１０】本発明の尾翼タイプによって異なる航空機を示す図である。
【図１１】本発明の尾翼タイプによって異なる航空機を示す図である。
【図１２】本発明の尾翼タイプによって異なる航空機を示す図である。
【図１３】本発明の尾翼タイプによって異なる航空機を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態の航空機を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態の航空機を示す図である。
【図１６】本発明の航空機の離着陸の制御、姿勢制御および飛行方向制御を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
この発明の特徴及び効果を、以下の実施形態および図面と通して詳細に説明する。
【００３７】
第１の実施形態
図５に示した第１実施形態の固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機は、１組の固定翼航空機コンポーネントを有する。前記のコンポーネントは、機体１と、主翼２と、尾翼３と、固定翼航空機コンポーネントに動力を供給する固定翼動力系統４（固定翼航空機動力系統としても知られている）とを含む。当業者は、前記の主翼と固定翼が同じ部品であり、ローターに対して固定翼と呼ばれ、航空機の構造によれば、尾翼に対して主翼と呼ばれることを理解するであろう。前記の固定翼航空機コンポーネントに基づいて、ローターヘリコプターの機能を有するコンポーネントに動力を供給する４組の電動マルチローター動力系統５がさらに増設される。だが、前記の電動マルチローター動力系統５の数量は、４組に限らず、ほかの数量でもよい。前記の電動マルチローター動力系統５の構成は従来のヘリコプターの構成を採用することができるので、ここでは詳しく説明しない。前記の電動マルチローター動力系統のローター回転面は水平面と平行であるが、この平行はほぼ平行を含み、例えば、機体と水平面のピッチ角が１０度以内でもよい。当業者は、ここで、平行や垂直、水平などの術語は、幾何学の上での絶対な平行や垂直、水平に限らず、ほぼ平行や垂直、水平も含むことを理解するであろう。電動マルチローター動力系統５は、動力装置及びローターを有する。ローターは、機体の両側に、且つ、主翼の前側と後側に設けられ、機体に対して対称設置される。動力装置は機体に設けられる。または、電動マルチローター動力系統５の全組は、それぞれ、機体の両側に、且つ、主翼の前側と後側に設けられ、機体に対して対称設置される。この配置により、航空機の重心は機体の中心線に位置し、離陸、着陸、及び飛行の過程で航空機のバランスを維持できるとともに航空機の動作状態には影響を与えないことを保障できる。もちろん、前記の効果を実現することができるほかの位置の設定方式も採用できる。第１実施形態では、各電動マルチローター動力系統５の全体または各電動マルチローター動力系統５のローターが、サポートアーム６を通じて、主翼２に接続される。もちろん、他の実施形態において、電動マルチローター動力系統５又はローターのいくつかは、翼及び機体に接続するサポートアームを共有する。
【００３８】
第１実施形態の電動マルチローター動力系統は、モーター及びモーターに連結されたローターを有する電動動力系統を採用する。実際の状況に応じて電動動力系統にギアボックスを追加するかどうかを判断する。電動様式が採用されて重量の増加が少ないので、固定翼飛行モードが使用されているときの死重（ローターヘリコプターの部分の重量）の増加が非常に少ない。それと同時に、電動様式が採用されているので、航空機の全体の騒音が低く、ローターヘリコプターから下向きに噴出する空気が高温ではなく、かくして本発明による航空機は、従来のエンジンを採用した航空機よりも環境にやさしい。固定翼動力系統の動力は電動又は他の形式の動力を使用できる。固定翼動力系統の数量は１組でもよいが、複数組でもよい。固定翼動力系統のプロペラは、機体の両側に、または、機体の前側と後側に同時に設けられてもよい。
【００３９】
この発明に係る航空機が自由に２つのモードを切り替えられるようにするために、固定翼動力系統及び電動マルチローター動力系統は、構造の上では互いに独立して設けられるとともに、２つのモードの切り替えを実現する統合コントローラ７を備える。前記の統合コントローラ７は、固定翼制御系統７１を有する。前記の固定翼制御系統７１は、固定翼動力系統を制御するための固定翼動力制御系統と、固定翼舵面制御系統とを備える。前記の固定翼制御系統の構成は、従来の固定翼航空機の制御系統の構成を採用することができるので、ここでは詳しく説明しない。
【００４０】
前記の統合コントローラ７は、電動マルチローター動力系統５を制御する電動マルチローター制御系統７２を備えている。統合コントローラ７は、電動マルチローター制御系統７２と固定翼制御系統７１が独立して又は共同して運転するように制御するために用いられる。この固定翼制御系統７１が単独に運転するのは固定翼航空機モードと呼ばれる。航空機の離着陸、姿勢および飛行方向を制御するために電動マルチローター制御系統７２が単独に運転するのはヘリコプターモードと呼ばれる。さらに、この２つの制御系統が一緒に運転するのは固定翼航空機とヘリコプターの混合モードと呼ばれる。
【００４１】
当業者が容易に理解できるようにするために、離着陸過程や飛行過程について、３つのモードの具体的な運転原理を詳しく説明する。前記の飛行過程は、航空機が離陸した後、着陸するまでの水平飛行の過程であり、前記の離着陸過程は、航空機の離陸と着陸の過程であることを明記しておく。
【００４２】
前記の離着陸過程は、以下のヘリコプターモードや固定翼航空機モード、混合モードを採用できる。
【００４３】
１．ヘリコプターモードで離着陸する場合、固定翼動力系統は停止され、４組の電動マルチローター動力系統（又はより多くの電動マルチローター動力系統）が始動される。電動マルチローター制御系統は全部のローターの回転速度及び／又はピッチを増減することによって航空機の垂直離着陸を制御する。垂直離着陸は、消費電力が大きいが、電動マルチローター動力系統の運転時間は短く、離着陸するときの消費電力は全飛行過程の消費電力の小さな割合しか占めない。かくして、このモードは航空機の主な離着陸モードであり、この時に航空機はヘリコプターのように離着陸する。図１６に示すように、離着陸の間、４つのローター全ての運転速度が増加され又は減少される。
【００４４】
２．固定翼航空機モードで離着陸する場合、固定翼動力系統が始動され、４組の電動マルチローター動力系統（又はより多くの電動マルチローター動力系統）は停止される。航空機は、固定翼航空機のように滑走路で離着陸することができる。
【００４５】
３．混合モードで離着陸する場合、固定翼動力系統及び電動マルチローター動力系統の両方が始動される。混合モードの長所と短所がヘリコプターモードと固定翼航空機モードとの間にある。
【００４６】
混合モードで離陸する間、２つの動力系統は、発生された揚力が１つの動力系統による揚力よりもはるかに大きくなるように、一緒に運転されることができる。かくして、混合モードは応用範囲がより広く、特に航空機の積載貨物が重い場合に応用できる。例えば、戦闘機は、離陸時に燃料や武器を大量に載せている。従来の戦闘機は、固定翼動力系統から供給された動力だけで離陸する。しかし、動力は限られ、離陸の速度は遅い。しかしながら、本発明では、電動マルチローター動力系統が同時に動力を供給することにより、動力は大幅に強化され、離陸速度は非常に速くなる。
【００４７】
混合モードで離陸する場合、本発明は、滑走路の長さが不足の場合にも適用できる。一般には滑走路の長さは５００メートルであるが、しかし、地理環境に制約を受けた状況、例えば、山地などの平らでないエリア又は空母の甲板では、滑走路の長さは５００メートルに達することができない。例えば、滑走路の長さが２５０メートルしかない場合、混合モードによって滑走路を滑走及び離陸して短距離離陸を遂行することができる。
【００４８】
前記の飛行過程は、以下のヘリコプターモードや固定翼航空機モード、混合モードを採用できる。
【００４９】
１．ヘリコプターモードで飛行する場合、固定翼動力系統は停止され、４組の電動マルチローター動力系統（又はより多くの電動マルチローター動力系統）は始動される。航空機は、ヘリコプターの全ての機能を有し、空撮や固定位置調査などの任務を達成できる。ヘリコプターモードで航空機がヘリコプターのように飛行する時に、電動マルチローター制御系統は、飛行方向に沿って機体の重心の前に位置するローターの回転速度及び／又はピッチを減少させるとともに、飛行方向に沿って機体の重心の後に位置するローターの回転速度及び／又はピッチを増加させることによって、航空機の姿勢を制御する。図１６に示すように、航空機が左側へ飛行する場合、ローター５ａ、５ｃの回転速度が増加されるとともに、ローター５、５ｂの回転速度が減少される。航空機が右側へ飛行する場合、ローター５ａ、５ｃの回転速度が減少されるとともに、ローター５、５ｂの回転速度が増加される。
【００５０】
電動マルチローター制御系統は、航空機の旋回方向に対して逆転するローターの回転速度及び／又はピッチを増加させるとともに、航空機の旋回方向と同じ方向で回転するローターの回転速度及び／又はピッチを減少させることによって、航空機の飛行方向を制御する。図１６に示すように、航空機が左旋回する場合、ローター５、５ｃの回転速度が増加されるとともに、ローター５ａ、５ｂの回転速度が減少される。航空機が右旋回する場合、ローター５、５ｃの回転速度が減少されるとともに、ローター５ａ、５ｂの回転速度が増加される。
【００５１】
具体的には、半分のローターが時計回りに回転し、残りの半分のローターが反時計回りに回転する。ヘリコプターモードで飛行する場合、電子ジャイロスコープによって４つのローターの回転速度を制御して定常ローターヘリコプター飛行プラットフォームを形成できる。ローターの回転速度の変化させ、４つのローターの揚力やトルクを変化させることにより、全方向へ飛行や旋回するようにローターヘリコプターを制御できる。前記の電子ジャイロスコープは本技術分野において一般的な装置であり、当業者は具体的な要求に基づいてそのタイプを選択できる。
【００５２】
２．固定翼航空機モードで飛行する場合、固定翼動力系統だけが始動され、４組のローター（又はより多くのローター）が停止される。航空機は固定翼航空機の全ての機能を遂行できる。消費電力が少ないことや、飛行距離および飛行時間が長いことなどの長所がある。このモードはこの航空機の主なン飛行モードであり、航空機は通常の固定翼航空機のように飛行する。
【００５３】
３．混合モードで飛行する場合、固定翼動力系統及び電動マルチローター動力系統の両方が始動される。混合モードの長所と短所がヘリコプターモードと固定翼航空機モードとの間にある。
【００５４】
混合モードで飛行する時に、ローター回転を停止した後、ローターを航空機の飛行方向に平行に維持することにより、空気抵抗を最大限に減少させて航空機の飛行効率を改善するために、電動マルチローター制御系統は、ローター位置制御ユニット７２１をさらに備える。ローター位置制御ユニット７２１は、電動マルチローター動力系統が停止されるとともに、固定翼動力系統が始動されるとき、電動マルチローター動力系統のローターブレードの位置が常に航空機の飛行方向と平行になるように制御する。
【００５５】
混合モードで飛行する時に、前記の２つの動力系統が協同運転している１つの状況では、ヘリコプターモードから固定翼航空機モードへの変換過程で、プロペラで発生した動力によって、航空機がホバリング状態から水平飛行の状態に変換される。次いで、対気速度の増加にしたがって固定翼は揚力を発生する。同時に、対気速度が固定翼の失速速度より大きくなるまで全体の揚力を一定に維持するように、マルチローターの回転速度を徐々に低減することによってローターの揚力を低減する。かくして、マルチローターヘリコプター飛行モードから固定翼航空機モードへの変換が完了する。
【００５６】
混合モードで飛行する時に、前記の２の動力系統が協同運転しているもう１つの状況では、固定翼航空機モードからヘリコプターモードへの変換過程で、水平プロペラの推力が低減され、対気速度が固定翼の失速速度に近づくにしたがって、マルチローターが揚力の発生を開始する。対気速度が更に低減されると、全体の揚力を一定に維持するように、マルチローターの回転速度を増加してローターの増加した揚力によって固定翼部の揚力の減少を補償する。プロペラが完全に回転を停止され対気速度がゼロまで減少するとき、固定翼飛行モードはヘリコプター飛行モードに完全に変換される。前記の協同運転のもう１つの状況では、離着陸や飛行の全て過程で、固定翼制御系統及び電動マルチローター制御系統が統合コントローラの制御の下で協同運転する。
【００５７】
前記の統合コントローラや各制御系統、各制御ユニットの具体的な製造と具体化は従来の電子制御方法又はソフトウェアを通じて実現することができるので、ここでは詳しく説明しない。
【００５８】
図７−１３に示すように、本発明の固定翼航空機コンポーネントの尾翼構造は他の種類の構造を採用することができ、例えば、尾翼がない飛行翼式、
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などの構造が採用できる。
【００５９】
第２の実施形態
図１４及び１５に示すように、第２実施形態の航空機と第１実施形態の航空機との違いは、第２実施形態の航空機は６組の電動マルチローター動力系統を有し、その内、４組の電動マルチローター動力系統は主翼に取り付けられ、他の２組の電動マルチローター動力系統は機体の尾翼近傍の位置に取り付けられることである。図１５に示すように、航空機の尾部にジェット装置８が搭載され、その排気を、航空機を推進して前方へ飛行させる動力として使用できる。第２実施形態の航空機の他の部分は、第１実施形態の航空機とほぼ同じである。
【００６０】
以上に本発明の特定の実施形態が説明されたが、当業者は、前記の実施形態は例にすぎないことと、本発明の保護範囲は特許請求の範囲で規定されることを理解すべきである。当業者は、本発明の原理及び実質の原則から逸脱しさえしなければ、前記の実施形態に様々な変更又は修正をしてもよい。しかし、これらの変更および修正は、本発明の保護範囲に帰属する。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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