(57)【要約】  垂直又は短距離離陸及び着陸のための方法及び装置を提供する。一実施例において、装置は、１つ以上の翼が取り付けられた２つ以上の反転するリングを備える。一変形例では、それぞれ複数の翼が取り付けられた上側リング及び下側リングを備える。一変形例では、主に大気流により揚力を発生して、装置の配備地域での長期滞空を可能にする。
2015501751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに複数の翼が取り付けられた２つ以上のリングと、
実質的に反転するように前記リングを回転させるように構成された１つ以上のモータと、
前記１つ以上のモータに動力を供給するように構成された１つ以上の動力源と
を備える、垂直短距離離着陸（ＶＳＴＯＬ）装置。
【請求項２】
前記複数の翼のそれぞれが、２つ以上の位置の間を関節運動するように構成されている、請求項１に記載のＶＳＴＯＬ装置。
【請求項３】
前記複数の翼のそれぞれが、前記複数の翼のうちの他の翼とは独立して関節運動するように更に構成されている、請求項２に記載のＶＳＴＯＬ装置。
【請求項４】
前記複数の翼が、上向きの配向のための揚力と関連付けられた少なくとも１つの位置を維持するように構成されている、請求項１に記載のＶＳＴＯＬ装置。
【請求項５】
前記複数の翼が、前記上向きの配向のための負の揚力と関連付けられた少なくとも１つの位置を維持するように更に構成されている、請求項４に記載のＶＳＴＯＬ装置。
【請求項６】
前記複数の翼が、動力を低下させた状態においてＶＳＴＯＬ装置の高度を維持するように構成されている、請求項１に記載のＶＳＴＯＬ装置。
【請求項７】
前記複数の翼が、少なくとも部分的に大気流に基づき前記維持を実現するように構成されている、請求項６に記載のＶＳＴＯＬ装置。
【請求項８】
胴体を更に備える、請求項１に記載のＶＳＴＯＬ装置。
【請求項９】
前記胴体が、複数のセンサ機器を収容するように構成されている、請求項８に記載のＶＳＴＯＬ装置。
【請求項１０】
前記胴体が、１人以上の人員を収容するように構成されている、請求項８に記載のＶＳＴＯＬ装置。
【請求項１１】
前記胴体が、送受信装置を収容するように構成されている、請求項８に記載のＶＳＴＯＬ装置。
【請求項１２】
少なくとも前記送受信装置を介して遠隔操作されるように構成されている、請求項１１に記載のＶＳＴＯＬ装置。
【請求項１３】
それぞれに少なくとも２つの翼が取り付けられた２つのリングを備える空力装置で揚力を発生させる方法であって、
前記２つのリングのうち第１のリングを回転させることと、
前記第１のリングに対して、前記２つのリングのうちの第２のリングを反転させることと
を含み、
前記２つのリングのそれぞれに取り付けられた前記少なくとも２つの翼の周囲の空気流により揚力を発生させる
方法。
【請求項１４】
前記翼の少なくとも幾つかのピッチを同時に変更することによって前記揚力を調節する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記揚力を調整することが、
前記２つのリングの一方にある前記少なくとも２つの翼のピッチを第１の角度に配向させることと、
前記２つのリングの他方にある前記少なくとも２つの翼のピッチを第２の角度に配向することと
を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記翼のうちの１つ以上の形状を変更することによって前記揚力を調整する、請求項１３に記載のＶＳＴＯＬ装置。
【請求項１７】
前記１つ以上の翼の形状を変更することが、前記１つ以上の翼のうちの少なくとも１つに配置された少なくとも１つのフラップの位置を調節することを含む、請求項１６に記載のＶＳＴＯＬ装置。
【請求項１８】
一対のリングと
前記リングに配置された複数の翼と、
前記一対のリングのそれぞれを反転させるように構成された駆動装置と
を備える揚力発生システムであって、
前記一対のリングが反転している間、前記翼の周囲の空気流により揚力を発生させるように構成された揚力発生システム。
【請求項１９】
前記複数の翼のそれぞれの１つ以上の位置を関節運動するように構成された複数のアクチュエータ装置を更に備える、請求項１８に記載の揚力発生システム。
【請求項２０】
前記発生した揚力を前記複数のアクチュエータ装置間の調和動作によって促進させる、請求項１９に記載の揚力発生システム。
【請求項２１】
エネルギー源を更に備え、
前記駆動装置が、前記エネルギー源と連通している、請求項１９に記載の揚力発生システム。
【請求項２２】
前記エネルギー源がバッテリを備え、前記駆動装置が電動モータを備える、請求項２１に記載の揚力発生システム。
【請求項２３】
前記エネルギー源が、実質的な液体燃料を備え、前記駆動装置が、前記燃料で動作するように構成された燃焼機関を備える、請求項２１に記載の揚力発生システム。
【請求項２４】
前記複数の翼が、それらが関連するリングに対するそれらの姿勢を制御可能に変更できるように関節運動される、請求項１９に記載の揚力発生システム。
【請求項２５】
前記制御可能な変更を用いて、前記システムの（ｉ）揚力の変化及び／又は（ｉｉ）姿勢の変化のうち少なくとも１つを提供できる、請求項２４に記載の揚力発生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、同じ発明の名称で２０１１年１１月１６日付で出願された米国特許仮出願第６１／５６０，６６７号の優先権を主張し、この出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、概して、航空学・航空宇宙工学の分野に関する。より詳細には、一例示的態様において、本開示は、垂直・短距離離着陸のための方法及び装置を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
航空学に関連した幅広い用途では、航空機の移動における柔軟性が要求されている。共通の要件としては、垂直離陸又は短距離離陸やホバリング能力、フライトベクトルの頻繁な変化等がある。加えて、無人航空機は、防衛、又は、任務の要件を考慮して人員の配備が非常に難しい又は実際的ではない他の用途（例えば薬物監視や薬物阻止）において高い要望がある。
【０００４】
全ての航空用途の要求に応える航空機を設計することは不可能である。従って、幅広い様々な飛行システム（例えば、推進や離陸、着陸等）を利用した幅広い様々な航空機設計をもつことが、数多くの任務の要件を満たすために必要となる。しかしながら、財政上の制約を考慮すると、ある特定の目的又はグループ専用に製造できる航空機の数には実際的な限界がある。従って、選択した設計で、すでに広く使用されている航空機のものと過度に重複することなく、可能な限り広い任務柔軟性を提供することが必要である。
【０００５】
垂直・短距離離着陸（ＶＳＴＯＬ）のための既存の解決手段には、概して、以下のものが含まれる。（ｉ）テールロータにより安定化されるメインロータによって駆動されるもの（例えば、ヘリコプター）、（ｉｉ）複数の姿勢で載置できるエンジン又はタービンによって駆動されるより伝統的な飛行機（例えば、Ｖ−２２オスプレイやハリアージェット機）、（ｉｉｉ）１つ以上のタービンを用いた小型飛行機（Ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ  ａｎｄ  Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ  Ｍｉｓｓｉｏｎ  プラットフォームやＳｏｌｏＴｒｅｋ  Ｅｘｏ−Ｓｋｅｌｅｔｏｒ  Ｆｌｙｉｎｇ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）。より伝統的な飛行機設計は、高い最高速度を提供し、滑空能力による運用範囲／時間を増大できるが、これらのシステムは、フライトベクトルの大幅な変化に対応可能な速度に限界がある。このため、これらのビークルは、例えば、都市環境での低高度用途には不適切となる。逆に、ヘリコプター及び小型タービン使用機は、相当量の動力又は燃料源を消費してそのタービンを動作させ続けることなく空中に留まった状態を維持する能力に欠ける。また、これらのビークルは全て、反転する際にその浮揚能力を回復する前にその飛行機の姿勢を正す必要があり、好ましい姿勢を有する。
【０００６】
残念ながら、現代の用途においては、多くの場合、航空機には、限定された領域での飛行と配備地域での長期滞空又は長距離展開との両方が要求される。また、このような用途に使用されるビークルは、その空域途中において激しい外乱又は乱流を経験することが多い。これにより、環境条件又は予期せぬ反転のために浮揚能力を失うことは、運用上の大きな制約となる。
【０００７】
従って、改善された解決手段が、ＶＳＴＯＬに求められている。このような改善された解決手段は、理想的には、都市又は他の制約のある領域で航行するのに十分な柔軟性を有し、複数の姿勢で揚力を発生させ、配備地域での適切な滞空及び領域での運用能力を有することが要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本開示は、とりわけ、垂直短距離離着陸のための改良された方法及び装置を提供することによって、前述の要求を満たすものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の第１の態様において、垂直短距離離着陸装置が開示される。一実施例において、この装置は、翼が取り付けられた複数（例えば２つ）の反転リングと、胴体と、動力源と、内蔵モータ・駆動系とを備える。翼が取り付けられた反転リングは、装置の中心軸周りに回転して揚力を発生させる。
【００１０】
一変形例において、主に大気流から揚力を発生させる能力が導入される。これによりビークルは、最小限のエネルギー消費で、あるいは、エネルギーを消費することなく空中に滞在可能となる。
【００１１】
本開示の第２の態様において、装置を運用する方法が開示される。
【００１２】
本開示の第３の態様において、揚力発生機構が開示される。一実施例において、この機構は、それぞれに複数の翼が配置された少なくとも２つの反転リングを備える。一変形例において、翼は、個々に（又は同調して）ピッチ又は姿勢を変化させる。他の変形例において、翼は、リングから径方向に延出して装置の有効径を増大させるようにしてもよい。
【００１３】
本開示の第４の態様において、翼機構が開示される。一変形例において、この機構は、前述の反転リングに配置され、それぞれが、回転軸線周りに関節運動するように構成された複数の翼を備える。軸線のそれぞれは、リングに対して径方向に配向されている。他の変形例において、翼機構は、それぞれがその有効翼表面積を増大できるように径方向に延出可能である。
【００１４】
本開示の第５の態様において、装置に関するビジネス方法が開示される。
【００１５】
本開示の第６の態様において、ＶＳＴＯＬ装置の遠隔操作のための装置が開示される。
【００１６】
本開示の第７の態様において、ＶＳＴＯＬ装置で揚力を発生させる方法が開示される。
【００１７】
本開示の第８の態様において、ＶＳＴＯＬ装置を制御する方法が開示される。
【００１８】
本開示の第９の態様において、卓越空気流（ｐｒｅｖａｉｌｉｎｇ  ａｉｒ  ｃｕｒｒｅｎｔｓ）を利用して揚力を発生させるＶＳＴＯＬ装置の操作方法が開示される。
【００１９】
第１０の態様において、低被観測性のＶＳＴＯＬ装置が開示される。
【００２０】
本開示の第１１の態様において、ＶＳＴＯＬ航空機の飛行中のレーダー反射断面積（ＲＣＳ）を低減する方法が開示される。
【００２１】
本開示の第１２の態様において、延出可能な翼装置が開示される。
【００２２】
本開示の第１３の態様において、揚力発生システムが開示される。一実施例において、このシステムは、（ｉ）１つ以上の対のリングと、（ｉｉ）リングに配置された複数の翼と、（ｉｉｉ）各対のリングを反転させるように構成された駆動装置とを備える。揚力発生システムは、対のリングが反転している間、翼の周囲の空気流により揚力を発生させるように構成されている。
【００２３】
本開示の第１４の態様において、少なくとも１つのコンピュータプログラムを記憶するように構成された非一時的なコンピュータ読取可能媒体が開示される。一実施例において、このコンピュータプログラムは、実行されると、翼の姿勢制御の利用等、ＶＳＴＯＬ装置の動作の様々な側面を制御するように構成された複数の命令を含む。一変形例において、コンピュータプログラムは、高度計や加速度計、電子又は電磁コンパス等からの物理入力信号を取り込み、ＶＳＴＯＬ装置の飛行を制御する。
【００２４】
一変形例において、上記様々な側面は、ＶＳＴＯＬ装置の自動操縦を含む。
【００２５】
他の変形例において、上記様々な側面は、遠隔ソースから受信した遠隔操縦命令を支援・変換することを含む。
【００２６】
更に他の変形例において、上記様々な側面は、ＶＳＴＯＬ装置に配置されたセンサ機器の制御を含む。
【００２７】
本開示の他の特徴及び利点は、添付の図面及び以下に示す例示的実施例の詳細な説明を参照することによって、当業者によって直ちに認識できるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本明細書において提供する開示に示す原理に係る垂直短距離離着陸（ＶＳＴＯＬ）装置の一例示的実施例の浮揚機構の斜視図を示す。
【図１Ａ】ＶＳＴＯＬ装置の第２の例示的実施例の浮揚機構の斜視図を示す。
【図２】円盤形状の胴体が装着された図１のＶＳＴＯＬ装置の斜視図を示す。
【図２Ａ】取り付けられた胴体のための支持フレームを有する図１ＡのＶＳＴＯＬ装置の斜視図を示す。
【図３】その翼の関節運動を示す、図２の例示的なＶＳＴＯＬ装置の斜視図を示す。
【図３Ａ】その翼の関節運動を示す、図２Ａの例示的なＶＳＴＯＬ装置の斜視図を示す。
【図３Ｂ】制御点を過ぎて翼が回転するときの翼の動作を示す、図２ＡのＶＳＴＯＬ装置の一部の側面図を示す。
【図３Ｃ】延出可能な翼を有する回転リングの一部の斜視図を示す。
【図４】図３のＶＳＴＯＬ装置の翼を関節運動させるための関節装置の一実施例の斜視図を示す。
【図４Ａ】図３ＡのＶＳＴＯＬ装置の翼を関節運動させるための関節装置の一実施例の詳細斜視図を示す。
【図５】最下降位置にある図４の関節装置の斜視図を示す。
【図５Ａ】最下降位置にある図４Ａの関節装置の斜視図を示す。
【図６】最上昇位置にある図４の関節装置の斜視図を示す。
【図６Ａ】最上昇位置にある図４Ａの関節装置の斜視図を示す。
【図７】ＶＳＴＯＬ装置の代替の実施例の斜視図を示す。
【図８】本開示の原理に係るＶＳＴＯＬ装置の更に他の代替の実施例の斜視図を示す。
【図９】本開示の原理に係るＶＳＴＯＬ装置の更に他の代替の実施例の斜視図を示す。
【図１０】ＶＳＴＯＬ装置のための制御アーキテクチャの一実施例を示す機能ブロック図を示す。
【図１１】高ピッチ揚力（ｈｉｇｈ−ｐｉｔｃｈ  ｌｉｆｔ）を発生させる翼の配置を示す、ＶＳＴＯＬ装置の一例示的実施例の側面図を示す。
【図１２】負の揚力を発生させる翼の配置を示す、ＶＳＴＯＬ装置の例示的実施例の側面図を示す。
【図１３】細長い（直径）の翼を示す、ＶＳＴＯＬ装置の代替実施例の上面図を示す。
【図１４】衛星を介した無線動力及び双方向データ通信を示す、ＶＳＴＯＬ装置の一実施例の斜視図を示す。
【図１５】本開示の原理に係るＶＳＴＯＬ装置の更に他の代替実施例の斜視図を示す。
【図１５Ａ】図１５に示すＶＳＴＯＬ装置の実施例の上面斜視図を示す。
【図１５Ｂ】図１５に示すＶＳＴＯＬ装置の実施例の底面斜視図を示す。
【図１６】ＶＳＴＯＬ装置の更に他の実施例の斜視図を示す。
【図１６Ａ】図１６に示すＶＳＴＯＬ装置の実施例の他の斜視図を示す。
【図１７】インラインライダーの使用を示す、ＶＳＴＯＬ装置の一実施例の斜視図を示す。
【図１８】成形されたホイール及びリングにより発生する復元力の詳細を示す、図１６に示すＶＳＴＯＬ装置の実施例の斜視図を示す。
【図１９】本開示の原理に係るＶＳＴＯＬ装置の他の実施例の斜視図を示す。
【図１９Ａ】ＶＳＴＯＬ装置を再配向する手段の詳細を示す、図１９に示すＶＳＴＯＬ装置の実施例の他の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下図面を参照するが、全体を通じて同様の符号は同様の構成要素を示す。
【００３０】
（概要）
一態様において、本開示は、垂直短距離離着陸（ＶＳＴＯＬ）のための方法及び装置を提供する。一実施例において、本装置は、それぞれの周囲に複数の関節翼（ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｎｇ  ａｅｒｏｆｏｉｌｓ）が取り付けられて揚力を発生させる（例えば２つの）反転リングを使用する。この装置は、光（太陽）電池若しくは１つ以上の電池により供給される１つ以上の電動モータによって、又は、燃焼機関（例えば、２ストローク、４ストローク若しくはターボジェット）によって、あるいは、装置の内部に完全に収容された駆動装置に動力を供給する（例えばマイクロ波領域の）電磁放射ビームを供給する衛星ダウンリンクを介して駆動させることができる。
【００３１】
他の態様において、航空機は、そのモータ機能を低減し、卓越気流を利用して高度及び位置を維持し且つ／又は揚力を発生させるように構成される。
【実施例】
【００３２】
以下、例示的実施例を詳細に説明する。これらの実施例は、軍用無人航空機の文脈において主に説明するが、当業者であれば、本開示がそれに限定されないことは認識されよう。実際、垂直短距離離着陸に対して、様々な態様が、様々な他の文脈から有用である。例えば、実施例は、法執行、薬物阻止、又は私立探偵のための遠隔視及び／又は他の知覚補助（例えば、音声、ＩＲ、電離、放射、無線通信等の電磁放射）としての使用にすぐに適用させることができる。同様に、実施例は、機を見てのビデオ機器の展開（スポーツイベントや災害区域、又は高放射線区域などの人員にとって危険すぎる地域）にも利用できるだろう。
【００３３】
更に、本開示は、地球の大気等の気体流体媒体において揚力を発生させる文脈において主に説明するが、当業者であれば、気体媒体を使用した説明が単に例示的なものであり、本明細書に開示の設計概念（アーキテクチャ）及び原理が、液体などの他の動作環境における使用にもすぐに適用させることができることは認識されよう。
【００３４】
また、本装置及びその構成要素に対して、特定の寸法を与えているが、本装置は、有利には、その目的とする用途に応じて様々な異なる大きさに設計できることは認識されよう。例えば、本開示は、例えば低高度監視等に有用となりうる小型のテーブルトップ更にはハンドヘルドの変形例をも考慮に入れている。同様に、より大規模な多くのセンサや武器（例えば、ヘルファイア用精密誘導兵器等）を装備することができ、より高いロイター及び高度能力等を有する大型の変形例も考慮に入れている。この設計拡張性が、本装置の顕著な利点の一つである。
【００３５】
（例示的な装置及び動作）
ここで図１を参照し、ＶＳＴＯＬ装置用の浮揚機構１００の例示的実施例を示すとともに詳細に説明する。図１の浮揚機構は、上側リング１０３及び下側リング１０４を含む、並列に配置された２つの反転駆動リングを備える。上側及び下側リングには、上側翼１０１及び下側翼１０２がそれぞれ取り付けられている。翼のそれぞれは、概して湾曲形状を有して、周囲空気中を回転しながら揚力を発生することが可能になっている。従って、機構１００の上側リング及び下側リングが旋回すると、翼が揚力（あるいは、以下に説明する様な翼の配向に応じて下降気流又は負の揚力）を作り出す。翼のそれぞれは、全体的に湾曲した又は丸くなった前縁と、より細い後縁とを備える。図示の実施例において、上側翼の湾曲した前縁は、上側回転リングが（上から見たときに）反時計回り方向に回転することによって揚力を発生させるように位置付けられている。逆に、下側翼の湾曲した前縁は、下側回転リングが反対方向（すなわち時計回り）に回転することによって揚力を発生させるように位置付けられている。図では特定の構成を示しているが、上側及び下側翼の前縁は、対向する回転（すなわち、上側翼の時計回りの回転及び下側翼の反時計回りの回転）がＶＳＴＯＬ装置に揚力を発生させるように逆にしてもよいことは理解されよう。
【００３６】
図１Ａを参照し、リング当たり４枚の翼を有する構成１１０を示す。この構成によれば、浮揚システムを装置の形状及び寸法に対して最適化することができる。しかし、所望の特性に応じて、他の翼形状及び大きさ並びに／又は翼の数を採用してもよい。
【００３７】
上側及び下側リングが、反対方向に回転し且つ構造が基本的に同一（ただし配向は逆転）な場合、リングの組み合わせた動きは、上側及び下側リングを同じ速度で回転させたとき装置に対して正味トルクを発生しない。これは、追加のロータ、又は、直交配向に配向された（従来のヘリコプターに見られるような）ロータを、反転をさせるために必要としない点で有用である。加えて、反転するリングの相対速度を変化させることによって、正味トルクを発生させることができ、これにより、ＶＳＴＯＬ装置は、この場合も追加のロータを必要とすることなく中心（鉛直）軸線周りに回転することができる。
【００３８】
加えて、複数のリングによって、浮揚能力の増大が可能になる。これは、それらによって揚力を発生させる点がより多くなるからである。更に、本明細書において後に理解されることだが、上側及び下側翼要素の調和が、浮揚能力の相乗効果的な向上に繋がる。この上側及び下側翼の調和に関して考慮すること（リングの間隔、翼形状、回転速度等）により、上昇揚力を最大化させる効果的な翼／リング設計の助けとなる。
【００３９】
ここで図２を参照し、円盤状の胴体２０１がリング内部に支持されている、図１のＶＳＴＯＬ装置の例示的実施例の斜視図を示す。リングに対する胴体のこのような載置は、前で述べたように、胴体にトルクがかからないため、飛行中、配向において実質的に固定された状態を維持できる点において効果的である。これにより、中心対称設計によって、旋回等の動作を効果的に旋回半径ゼロで且つ最小限のパワー出力で行なうことができるため、機動性の高い航空機が可能になる。例えば、ブレーキ（例えば制動機構）を、回転リング又はパワーリングの１つ以上にかけることができる。この結果、軸線周りの回転が生まれ、航空機を旋回させる。更に、航空機を傾けるために、翼を制御点で関節運動させて、それらが発生させる揚力の量を増減させることができる。これにより、航空機の一方側において発生する揚力が大きく又は小さくなって、ＶＳＴＯＬ装置が傾く。以下の図３Ｂの説明を参照のこと。
【００４０】
ここで図２Ａを参照し、図１ＡのＶＳＴＯＬ装置の例示的実施例の斜視図を示す。この構成において、胴体を支持するフレーム２２０が示されている。フレームの上側及び下側部分は、それぞれ一対の回転リング（２２３及び２２４）によって囲まれている。各対のリングはタンデム回転し、以下に説明するように、幾つかの実施例において翼の関節運動を制御するために使用される。
【００４１】
また、図２の実施例における胴体の載置によって、翼が受ける歪みも低減できる。更に、中央ハブ又は回転軸がないため、センサ及び貨物（例えば、武器弾薬）のための空間的余裕が増加する。
【００４２】
この設計の他の重要な利点は、空力的な胴体を容易にできることである。円盤形状によって、大容量化が可能となり、なおかつ、横断飛行の方向に関して（例えば横方向において）比較的小さい断面を維持できる。これは、抗力によるパワー損失の低減、及び、レーダー反射断面積（ＲＣＳ）の低減（本明細書において後により詳しく説明する）に繋がる。
【００４３】
また、ギア減速（例えば、モータやエンジン等の駆動源の出力軸と、リングに与えられる駆動力との間の）による利点を、本明細書に記載の反転リング設計を用いて容易に活用できることは理解できよう。実際、ＶＳＴＯＬ装置の駆動系をリングの円周の内側に完全に位置付けると、リングそれ自体が主減速ギアとして働くことができる。
【００４４】
胴体は、一実施例において、リングの回転を駆動し、翼を関節運動させる動力源（例えば、太陽電池やバッテリ、エンジン等）及びモータを備える。図示の実施例において、胴体は無人運転用に設計されているが、航空機が乗員用コックピット等の重量を効果的に浮揚させるのに十分な大きさの場合には、そのようなコックピットを収容することも想到できよう。これらの実施形態のいずれにおいても、適切な大きさ及び浮揚能力による制約はあるものの多くの武器又は調査システムを胴体内に収容することもできる。望ましい場合には、兵器格納ベイを胴体内に内蔵してもよく（例えば、Ｆ−２２ラプターのものと同様に）、これによって空力抗力及びＲＣＳを低減できる。
【００４５】
一実施例において、胴体は、他の材料を使用してもよいが強度及び軽量化のために軽量複合材料（例えば、接合剤としてエポキシを使用したグラファイト系又はウレタン系材料）から作られる。
【００４６】
胴体は、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機等の自律航行機器やコンピュータ制御航行システムを収容するようにしてもよい。これは、所望の自律性レベルに応じて、その必要性の程度は変わってくるであろう。胴体は、人間又は他の外部入力の有無に応じてＶＳＴＯＬ装置を制御及び操作する（すなわち、高度、姿勢、翼のピッチ等）ように構成されたコンピュータを収容してもよい。このようなシステムは、地上型又は衛星型無線リンク等の外部通信リンクを使用できる。胴体は、例えば、レーザー測距システム、電気光学又はＩＲマシン・ビジョン、高度計、レーダー、ジャイロスコープ及び／又は光学ジャイロスコープ等の航行用搭載機器を収容してもよい。
【００４７】
他の構成において、翼の全て又は一部を、リングに対してそれらピッチを調節してもよい。例えば、それらは、リングに対する取り付け軸線周りに回転してもよい。コントロールリングを使用して、翼の可変ピッチを調節することにより、揚力を制御することができる。ここで図３の斜視図を参照し、関節運動させた（概してその取り付け軸線（図示していないが後に説明する）周りに回転させた）装置の翼３０１，３０２を示す。具体的に、上側リングの翼３０１を（その端部から見て）反時計回りに回転させ、下側リングの翼３０２を時計回りに回転させている。これらの２つの回転によって、各リングそれぞれに対して追加的な揚力が提供される。
【００４８】
同様に、図３Ａは、図１Ａに示す実施例における翼の動き及び関節運動の方向を示す。
【００４９】
幾つかのバージョンにおいて、上側リングの翼３０１のみ（あるいは、逆に下側リングの翼３０２のみ）を関節運動させてもよいことは理解されよう。他の設計において、上側及び下側リングの両方の翼３０１及び３０２を関節運動させることができる。
【００５０】
ＶＳＴＯＬ装置の一実施形態（図３Ｂに示す）において、コントロールリング上の３つの制御点を使用している（後により詳細に説明する）。コントロールリングは、パワーリングとともに回転する。しかしながら、それは、パワーリングの水平方向の拘束力（すなわち、パワーリングが実質的に固定された水平方向位置を維持するという要件）とは独立している。上述の制御点の１つが関節運動している（図３Ｂにおける中央矢印）とき、コントロールリングのみが動いて、翼のピッチを変化させる（その制御点の影響領域内で）。他の２つの制御点は、（それらも関節運動又は制御されない限り）固定された状態を維持する。
【００５１】
図３Ｃは、例示的な翼の他の実施例を示し、この実施例では、翼の有効長さを変化させることができるように径方向に延出可能な翼３５０が使用されている。一変形例において、延出可能部３５２が、延出不可能部３５４内部から外方に摺動し、これによって各翼の有効長さを（ひいては翼によりもたらされる揚力を）増加させる。このような延出性は、例えば、高度を変化させる、異なる高度（すなわち異なる空気密度の条件下）で動作を行う、装置の効率性を変化させる、演習を行う、航空機のレーダー反射断面積（ＲＣＳ）を変更する等のために望ましい場合がある。一実施形態において、この延出は、一端が延出可能部３５２の内径に装着され、他端が伸縮機構（例えば、ネジ若しくはウォーム駆動ギヤ、油圧アクチュエータ、又は電磁ソレノイド等）に装着されたロッド３５６によって提供できる。他の変形例において、１つ以上のバネを使用して、回転リング（及び翼）の遠心力によって、バネ力に抗して延出可能部３５２を外方へ引っ張るようにし、リングの回転速度が速ければ速いほどより大きく延出させること（及びより大きな揚力）を実現させる。延出可能部３５２の位置を制御するための様々な他の手段が、本開示を与えられた当業者には認識されよう。
【００５２】
ここで図４を参照し、翼１０１，１０２を関節運動させるための装置の例示的実施例の斜視図を示すとともに説明する。この実施例において、翼のピッチ（すなわち、リングの回転面に対する角度）は、２つのロッドを用いて制御される。一方のロッド４０１は、翼のテールを径方向に貫通しており、他方のロッド４０２は、翼の前部を貫通している。一方のロッド４０１は、制御エレメント４０３に取り付けられ、翼が装着された主回転リング（図１、１０３又は１０４）に対して上下に移動可能である。第２のロッド４０２は、リングの内側に配置され、翼が装着されたリングに対して固定された第２エレメント４０４に取り付けられている。スロット４０８によって、制御エレメント４０３が上下に移動するとき、第２のロッド４０２はスロット４０８の内部を移動可能であり、このようにして、制御エレメント４０３が第２エレメント４０４に対して上下に移動すると、それぞれ翼の角度が増減する。翼４０６のテールが中立位置にある状態を図４に示す。
【００５３】
前述の機能が、ロッドの接続を逆にすることによって代替的に実現できることは認識されよう。すなわち、第２のロッド４０２を第１の制御エレメント４０３に固定し、第１のロッドを第２のエレメント４０４に固定して、上述の移動が逆の反応（すなわち、上方への移動によって角度が増加する等）を生じさせるようにしてもよい。
【００５４】
同様に、制御エレメントの機能は、変更することができる。例えば、図４に示す構成を用いて、内側（第２）制御エレメントを固定した状態に維持して外側（第１）エレメントを移動させる代わりに、外側エレメント４０３を固定し、内側（第２）エレメント４０４を上下に移動させることができる。
【００５５】
また、前述の機能は、制御エレメント４０３，４０４のうち１つ以上とは反対に、既存のリング（１０３又は１０４）によって行なわれてもよい。あるいは、同調して回転するがその回転面に直交する方向において互いに対して移動自在な一対のリングを、プラットフォーム（４０３及び４０４）の両方として機能させることができる。このような実施例のより詳細な説明は、本明細書において後に提供する。
【００５６】
また、図４に示すように、幾つかのホイール４０５を使用して、２つのリングの低摩擦回転によって第１のプラットフォームを位置付ける。
【００５７】
ここで図４Ａを参照し、翼の関節運動システムの例示的な構成の詳細を示す。このシステムは、図４に示す２つの制御ロッド機構を使用する。図４Ａの実施例において、関節運動システムは、ネジ山４１０を回動させるステッパモータ４０９によって駆動される。ネジ山が、２つのホイール（４１１及び４１２）の位置を制御する。そして、これらのホイールが、それらが接触しているリングを下降又は上昇させる。これが、２つのリングの相対位置を変化させ、翼を関節運動させる。
【００５８】
あるいは、ネジ山は、回転リングの内側の機構を駆動するために使用できることは理解できよう。これにより、リングの相対位置を変化させることなく、翼を位置付けることができる。更に、ネジ山及びホイールの組み合わせは、回転リングの局所部分を位置付けるために使用することができる。これにより、幾つかの実施例において、翼を互いに対して独立して位置付けることができる。
【００５９】
他のバージョンにおいて、第１制御エレメントは、円若しくは楕円の円弧又は他の関数に沿って移動し、翼の回転を容易にする。翼も、望ましい場合には、少なくとも周方向に多少変位するようにしてもよい。このような特徴によって、より滑らかな位置付けが可能になる。
【００６０】
ここで図５及び図５Ａを参照し、図４の翼のテールがその最下降位置５０１にある状態を示す。図６及び図６Ａには、翼のテールがその最上昇位置６０１にある状態を示す。
【００６１】
また、翼が、フラップ、スラット、又は、伸縮して翼の形状を変化させることができる他の延出可能な制御面を備えることができることは理解できよう。形状の変化を用いて、翼により実現できる揚力を増減することができる。また、翼の形状を変化させることによって除氷が実現でき、蓄積する氷を潜在的に落とすことができる。
【００６２】
更に他の変形例において、翼は、内部機構を介して実質的に変形可能である。上述の（基本的に、前縁からテール縁部までの距離が増加するようにテール部を外方に延長することによって翼の形状を拡大する）「フラップ」の変形例とは異なり、飛行中に、翼の実際の曲率を変化させて、ベルヌーイ効果（及び／又は空力特性）を要望通りに変化させることができる。一実施形態において、翼の外面は、フレーム上に配置された、実質的に曲げることが可能な高分子の「スキン」を備える。フレームは、１つ以上の関節運動ジョイントによって、その形状を機械的に変形させることができる。更に他の手法も、本開示を与えられた当業者には認識されよう。
【００６３】
他の考えられる実施形態は、伸縮して翼の形状を変化させる翼フラップを利用してもよい。この翼の伸縮によって、装置の空力的断面を変化させて、例えば、大気流を利用した浮揚を容易にすることができる。
【００６４】
更に他の選択肢として、翼は、径方向位置に応じて変化するピッチ／曲率を有するように構成してもよい。例えば、このような変形例の一つにおいて、翼が回転する根元付近の翼のピッチ又は曲率をある一つの値とする一方、翼の先（外側）端部に近づくにつれて曲率は変化する。すなわち、あたかも、翼の端部を握って、その形状を歪ませるように捻ったようにする。このように変化する曲率が、ある用途において所望の属性、例えば、回転速度又は角速度に応じてより大きな揚力を提供できる。
【００６５】
ここで図７を参照し、例示的なＶＳＴＯＬ装置の上部斜視図を示す。この装置は、略三角形状のプラットフォーム７０２によって装置の上部に接合された３本の上側支持ビーム７０１を備える支持フレームを含む。３本の上側支持ビームは、３つのマルチホイールマウント７０４を介して下側三角形状支持フレーム７０３に接続されている。これらのホイールマウントは、上側ホイール７０５、中央ホイール７０６及び下側ホイール７１１を備え、これらのホイールが上側リング７０８及び下側リング７０９のトラック７０７の組に沿って転動して、フレームが胴体を固定支持している状態で、回転リングを旋回させることができる。
【００６６】
図７の例示的な支持フレームは、チタン合金等の軽量合金で形成されるが、他の材料を使用してもよい。そのような材料としては、高分子（例えば、プラスチック）、更には、航空機の技術分野で周知の種類の炭素繊維複合材等の複合材が挙げられる。
【００６７】
図７の構成は、ＶＳＴＯＬ装置の厳しい重量要件を満たしながら、向上した構造一体性を提供する。具体的には、このようなフレーム型構造によって、フルシートの材料の重量又はコストを加えて、高い安定性を提供する。しかしながら、フルシートの材料が、他の領域（例えば、装甲、空力抗力、光学又は電磁遮蔽等）において利点を提供できることは注意されたい。従って、図７の実施例は軽量支持フレームのみを用いたものを示しているが、（ｉ）フレームはカバー又は「スキン」と共に使用してもよい、（ｉｉ）支持フレームは最小化してもよい（例えば、非常に剛性の高い材料を使用し、中央サポートのみを「三角形」（不図示）とし、スキンを使用し又は使用せずに）、（ｉｉｉ）スキン自体を、エアフレームに必要な剛性／支持を提供するために使用できる。例えば、本明細書の図２の例示的な胴体形状は、例えば強力な軽量合金又は複合材により十分な剛性を有する外側スキンを使用して形成してもよく、これによって相当な重量を削減できる。
【００６８】
すでに述べたように、この設計に使用される上側及び下側リング（７０８及び７０９）は、翼（４０３及び４０４）を関節運動させるためのプラットフォームとして動作する。この構成は、関節運動プロセスを大幅に簡略化する。一変形例において、各「リング」は、同調して回転する一対のリング、すなわち、１つの固定主リングと、回転面に対して垂直に（すなわち上下に）移動する１つのコントロールリングとを備える。翼のテールロッド４０１がコントロールリングに取り付けられ、翼の前部ロッド４０２が固定リングに取り付けられる。そして、コントロールリングが、回転方向に垂直な方向に上下動すると、翼が回転する。
【００６９】
より多くのコントロールリングを装置に追加してもよいことは理解できよう。従って、個々の翼を個々のコントロールリングに取り付けてもよい。これによって、各翼を独立して制御することが可能になる。しかしながら、多くの構成において、リングの中心とその好適な回転軸線とが配列されるように翼をリングに取り付けるとより有利となることが考えられる。これにより、非理想的な回転から発生する望ましくないトルクを除去できる。従って、各コントロールリングで少なくとも１対の翼を制御すると有利であろう。反対に、この非理想的な回転から発生するトルクは、対向配置されたリングの補完的な反転によって相殺しうる。
【００７０】
より小型化した他のデザインを使用してもよい。このような例示的実施例の一つにおいて、図８に示すようなリング形状の内部フレームを使用する。ここで図８を参照し、上側外部ホイール８０１及び下側外部ホイール８０２が、それぞれ外部上側リング８０３の上部及び外部下側リング８０４の底部に沿って転動する。ホイールは、ホイールマウント８０５を介して内部フレームに取り付けられている。内部上側ホイール８０６及び内部下側ホイール８０７は、外部リングの内側に沿って、上側内部リング８０８の直上及び下側内部リング８０９の直下を転動する。同様に、外部リング及び内部リングは、翼の関節運動のためのプラットフォーム４０３及び４０４として働く。
【００７１】
図８の構成で使用しているリング形状のフレームは、空力的な胴体と効果的に組み合わせられる。また、この構成は、胴体の境界又は輪郭を画成しない。このため、そのようなパラメータは、任意の所定の胴体構成（例えば、武器／センサストレージ、コックピット、駆動系等）の特定の要求によって代わりに画成することができる。
【００７２】
ここで図９を参照し、他の構成において、前述の実施例におけるリング形状の内部フレームを、安価で軽量なワイヤフレーム９０１で作る。これは、幅広い種類の材料（プラスチック、金属、金属合金、結晶性材料、ファイバーグラス等、又はそれらの任意の組み合わせ）から作ることができる。リング形状の内部ワイヤフレームは、３本の上側ワイヤフレームビーム９０２及び３本の下側ワイヤフレームビーム９０３で補強されている。このようなワイヤフレームを使用することで、装置は、重量及び構造一体性の要件をより容易に満たすことができる。加えて、ワイヤフレームビームは、より従来の（図７に示すような）ビームよりも空間効率性が高い。ワイヤフレームは、通信又は監視装置９０４を収容するようにすることができる。あるいは、フレームは、例えば通信システム用のＲＦアンテナの一部として取り入れて働くようにできる。
【００７３】
図９の実施例におけるリング、翼、及びフレームを暗く着色することは、それらが、上層大気にインピーダンス整合して装置のレーダーシグネチャ（ｒａｄａｒ  ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）（ＲＣＳ）を低減する材料から作られる（且つ／又は被覆されている）ということから考えられる。数多くの非レーダー反射材料又はレーダー吸収材料がこの目的に適している（例えば、強磁性材料やナノ粒子コーティング）。更に、幾つかの実施例において、ＶＳＴＯＬ装置の湾曲した外観を多角形近似形状に平坦化して、装置からの反射の分散を低減する。これにより、放射線をその発生源の方向に反射し難くできる。また、入射レーダーがその発生源又は他の受信機に向けて反射する傾向がある表面に、その反射を最小限に抑えるような傾斜又は形状を与えることができる。例えば、回転リングの平坦又は鉛直な外面を、翼のそれぞれの外方縁にできるように、斜めに交差する角度付けられた２つの面によって近付けることができる。レーダーは、多くの場合航空機に側方（又は幾分下方、また、航空機が高高度にあるときには側方）からぶつかりやすいため、これらの表面は最も重要となる。
【００７４】
幅広い種類の胴体スタイル及び目的が、本開示の内容を与えられた当業者には直ちに明らかとなろう。
【００７５】
ここで図１０を参照し、ＶＳＴＯＬ装置を遠隔操作するための第２の装置が、幾つかの実施例において必要である。
【００７６】
図示の実施例において、制御機器（ＣＥ）は、ユーザインタフェース１００２に接続された無線送受信器１００４を備える。ユーザインタフェース１００２は、装置を制御するためのオペレータ（又は、後でより詳細に説明するようにコンピュータ）の入力を受信する。そして、送受信器は、コマンドをインタフェースからＶＳＴＯＬ装置に位置付けられた送受信器１００６に転送する。送受信器１００６は、搭載コントローラ１００８と通信する。無線リンクは、直接的なもの（例えば、ＬＯＳや、地球の大気を介した湾曲伝播（ｃｕｒｖｅｄ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ））か、あるいは、１つ以上の中継体（ｒｅｌａｙ  ｅｎｔｉｔｉｅｓ）（例えば、地上塔（不図示）や衛星１０１０）を介したような間接的なものであってもよい。
【００７７】
また、フォワードリンク及び／又はリバースリンクのデータを、既存の無線インフラを介して、例えば、携帯基地局又はフェムトセル（例えば、ｅＭｏｄｅＢ）、Ｗｉ−Ｆｉホットスポット、ＷｉＭＡＸ送受信器等を介して送信して、ＶＳＴＯＬ装置をインターネット等の既存のネットワークを介して遠隔操作できることは想到できる。
【００７８】
人間が操作するインタフェースのために、１つ以上のジョイスティックを使用してコマンドを入力することができる。ジョイスティックは、他の航空機のオペレータがＶＳＴＯＬ装置の制御に慣れるのを助けうる親和性を提供する。この目的のために、インタフェースをコックピットを模するように構成してもよい。一変形例において、既存のプレデター及びグローバルホークシステムで使用されているものと類似したユーザインタフェース及び制御システムを使用し、オペレータ／プラットフォーム間の容易な移行を可能にすることで、インベントリ要件（ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ）等を軽減する。
【００７９】
他の考えられるオペレータのために、ビデオゲーム機器のコントローラ（例えば、Ｘｂｏｘ３６０（登録商標）やプレイステーション（登録商標）３、任天堂Ｗｉｉ（登録商標）で使用されるもの）を模するように作られた制御装置を備えるインタフェースによって、同様に親和性の高い経験を提供してもよい。
【００８０】
従って、複数のインタフェース設計の中で選択肢を提供することによって、広範なバックグラウンド、ひいては大きな人材プールからオペレータを選択することができる。
【００８１】
ＣＥの他の重要な要素はディスプレイである。ディスプレイは、ＶＳＴＯＬ装置に位置付けられた「環境」センサからの映像又はセンサデータを表示する。「環境」センサは、例えば、電気光学撮像装置（例えば、ＣＭＯＳやＣＣＤ）、ＦＬＩＲ等のＩＲ撮像装置、電磁センサ、放射線センサ（例えば、ニュートロン、ベータ、ガンマ放射線等のイオン化放射線）等を備えることができる。加えて、ＶＳＴＯＬ自体の制御（例えば、ピッチ、ヨー、ロール、翼の迎え角、リングＲＰＭ、対気速度、高度等）に関するセンサからデータを遠隔ＣＥにフィードバックすることで、オペレータに航空機を操縦するのに必要な情報を提供するようにしてもよい。これにより、遠隔地にいるオペレータは、典型的なケースだがオペレータがＶＳＴＯＬ装置を視認できなくても、ＶＳＴＯＬ航空機の制御及びその周囲の環境に対する対応の両方を行うことが可能になる。
【００８２】
このようなディスプレイが、センサデータ及び映像を同時に表示するのを容易にする「ヘッドアップ方式（ｈｅａｄｓ−ｕｐ  ｆｏｒｍａｔ）」を使用してもよいことは理解できよう。
【００８３】
他の構成において、遠隔地にいる人間のオペレータを、ＶＳＴＯＬ装置を自律的に操作するように構成されたコンピュータアプリケーションを走らせる処理エンティティを更に備えるＣＥと置き換えてもよい。ＶＳＴＯＬ装置の処理システムを遠隔地に位置付けることには複数の利点がある。第１に、処理システムに関連する重量を、ＶＳＴＯＬ装置に負わせなくて済む。また、処理システムを、ＶＳＴＯＬ装置の位置に関連する危険や過酷な条件に晒すことがない。このため、ＶＳＴＯＬ装置が破壊されるか又は操作不能にならない限り、処理システム及びそこに記憶されたデータを失うことがない。逆に、このような処理システムを装置から離れて位置付けると、ＶＳＴＯＬ装置と処理システムとの間に固有の待機時間が導入される。
【００８４】
以下に示すものを含む複数の制御システム構造を、本開示と調和させて、（制限なしに）採用してもよいことは理解されよう。
【００８５】
１）遠隔地にいる人間のオペレータが、環境及び制御センサデータを航空機から無線リンクを介して受信する。
２）遠隔地にいる人間のオペレータが、環境データを航空機から受信し、航空機が、動作のための自律型（搭載）コンピュータ制御を利用する。
３）遠隔地にいる人間のオペレータが、環境データを航空機から受信し、航空機が、動作のための遠隔（オペレータと共に位置しているか、それ以外の場所）コンピュータ制御を利用し、制御コマンドが、航空機に無線インタフェースを介してリンクされている。
４）遠隔地にいる人間のオペレータが、制御データを航空機から受信し、航空機が、環境センサのための自律型（搭載）コンピュータ制御を利用する。
５）遠隔地にあるコンピュータのオペレータが、環境データを航空機から受信し、航空機が、動作のための自律型（搭載）コンピュータ制御を利用する。
６）遠隔地にあるコンピュータのオペレータが、航空機の動作及び環境センサの制御のために、環境及び制御データを航空機から受信する。
【００８６】
上述の構成の更に他の組み合わせや変化させたものが、本開示を与えられた当業者には理解されよう。
【００８７】
ＶＳＴＯＬは、完全に自律的に動作させてもよく、例示的実施例において、搭載処理エンティティ（例えば、図１０のコントローラ１００８）が、搭載航行装置及びセンサにより供給されるデータを評価するように構成されたコンピュータプログラムを走らせる。処理エンティティは、このデータを使用して、予め計画された飛行経路に沿って、例えば、ＧＰＳ又は他の航行位置（ｆｉｘｅｓ）を飛行経路の「中間地点」として使用して、装置を案内する。他の変形例において、例えば無線又はレーザ高度計からの地形等高線データを使用し、航空機がその所望の飛行経路を維持するために登録される予めロードさせておいたデジタル地形マップと照合する。
【００８８】
処理エンティティが、外的イベントに基づき、計画された飛行経路から逸れるように決定を行うことができることは想到できよう。例えば、装置は、追跡ターゲットを追ったり対抗手段又はミサイルを回避したりするために、その経路を変更できる。あるいは、装置は、遠隔ＣＥ又は搭載コンピュータから送られてくる周期的なコマンドアップデートにより半自律的に動作できる。
【００８９】
（動作方法）
動作時、ＶＳＴＯＬ装置は、リングを反転させることにより翼を連続的に移動させることによって揚力を発生させる。とりわけ、ベルヌーイの法則によって、揚力を発生させる。
【００９０】
一実施例において、翼の湾曲形状が、揚力を発生させるための主要な機構を提供する。翼が気体中を移動すると、気体が翼の上側と下側とで異なる速度で流れる。具体的に、曲率は、翼の上側を移動する気体が、翼の下側を移動するものよりも早く移動するようになっている。より速く移動する気体は、より遅く移動する気体よりも低い圧力にある。この圧力不均衡が、翼に対して上向きの力を与える。その結果、揚力が発生する。図示の実施例における翼の前縁及び後縁を、ティアドロップ型モデルを用いて成形して、翼が気体媒体中を移動するときに渦流及び乱流を低減してもよい。
【００９１】
しかしながら、一定の揚力を発生させるために、翼は、気体媒体中を連続的に適切な方向に移動しなければならない。ホバリング及び鉛直方向の浮揚が望ましい状況において、回転運動によって連続的な移動が提供される。しかしながら、回転移動を維持するために必要なトルクを発生させるために、同等且つ反対方向のトルクも発生させなければならない。前述したように、従来の回転翼航空機は、反転力を提供する直交配向されたロータ（例えば、ヘリコプターのテールロータ）を使用している。しかしながら、このような航空機において、第２ロータの運動は、揚力の発生に寄与しない。従って、このようなシステムは、効率性を低下させる可能性がある。
【００９２】
しかしながら、本ＶＳＴＯＬ装置は、リングにより正味トルクが生じないように同一速度で反転させることができる翼が取り付けられたリングを使用している。従って、両方のロータが、揚力の発生及び装置の配向の安定性に寄与する。これによりＶＳＴＯＬ装置の浮揚能力が増大し、逆にその効率性が増大する。また、異なるトルクをロータに与えると、浮揚能力を低下させることなく迅速且つ効率的に装置を再配向させることができる。それにもかかわらず、本ＶＳＴＯＬ装置は、例えば一方のリングを他方よりも早く回転させる、あるいは、一方のリングの翼のピッチを他方に対して調節する等によって、意図的に上述のトルクを与えることによってその中心（鉛直）軸線周りに回転させることができる。
【００９３】
装置は、上側翼及び下側翼の関節運動の組み合わせにより操縦することもできる。ここで図１１に示す側面図を参照し、上側翼のテールが、最下降位置１１０１に位置し、下側翼のテールが最上昇位置１１０２に位置している。この構成によって、「高ピッチ揚力（ｈｉｇｈ−ｐｉｔｃｈ  ｌｉｆｔ）」が生じる。逆に、図１２の側面図に示すように、上側翼のテールが上昇位置１２０１にあり、下側翼のテールが最下降位置１２０２にある。この構成によって、「負の揚力（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｌｉｆｔ）」が生じる。
【００９４】
ＶＳＴＯＬ装置は、その配向を水平方向に対して傾動させることによって、水平方向の運動を発生させることができる。これにより、装置を水平方向に対して傾動させていない場合に揚力を発生させる力の一部が今度は水平方向の運動を発生させる。この傾動は、様々な方法によって実現できる。装置は、胴体の機械的部品又は内容物をシフトさせることによってその重心を変化させることができる。例えば、通常は中心にある重心を、例えば電動モータを用いることにより、中心から外れた位置に移動させて航空機がその方向に向かって下方に傾動するようにできる。航空機が化石燃料又は他の燃料で駆動している場合、航空機の重量分布を望ましいように変更するために、例えば小型の分離された燃料電池のネットワークを使用して、液体燃料の分配を変化させる（例えば、圧入又は移動する）ことができる。装置は、異なる位置において翼によって発生される揚力を変化させることもできる。これは、フラップを使用することによって、又は、すでに述べたように翼の配向、長さ、更には形状を変更することによって実現できる。
【００９５】
本ＶＳＴＯＬ装置の重要な利点は、空気流を利用して揚力を発生させるように動作させることもできることである。これは、装置を展開させることができる時間と、それが動作できる範囲との両方における性能の向上に繋がる。リング及び胴体の円盤形状が、滑空及び浮揚の助けとなる。従って、このＶＳＴＯＬ装置のデザインは、空気流にのみ基づく動作に特に良好に適している。
【００９６】
揚力は、ある条件下において、上方又は下方に傾動させた翼の露出面に対して、移動する空気が衝突することによっても発生する。この特徴は、装置が「ロイター」モードにあるときに特に有用である。ロイターモードでは、リング（及び翼）が、最小限に回転又は回転せず、ＶＳＴＯＬ装置が事実上まるで凧のように働く。このようなロイターモードにおいて、オペレータ（又は、搭載／遠隔コンピュータコントローラ）は、航空機の高度を維持するのに十分な揚力を発生させるために、卓越風（ｐｒｅｖａｉｌｉｎｇ  ｗｉｎｄ）に対する所定の迎え角で航空機の姿勢を維持するように働く。
【００９７】
極めて長期間の運用において、リングを駆動する（また、場合により、翼を関節運動させる）モータ／駆動系を停止させ、ＶＳＴＯＬ装置は、浮揚及びバランスのために空気流に完全に依存する。しかしながら、あと少しのエネルギーの使用により、翼のピッチ、延出、及び広がり（並びに、前述の「中心におかれた」重心）を調節して、ＶＳＴＯＬ装置の浮揚及びバランスを制御できる。これによりこの運用モードの適応性が増大する。
【００９８】
最後に、リングを駆動するモータは、低動力消費モードに設定して、揚力の発生において大気流を更に助けることができる。ロータを駆動することは、燃料を大幅に消費することに繋がる。しかしながら、調節可能な低動力消費モードにおいて、幅広い空気流速を利用して揚力の発生を助けることができる。このようにして、動力の効果的な利用及び燃料の節約が実現できる。
【００９９】
ホバリング能力及び小さい回転半径によって、混雑した空間における、又は、敵の対抗手段若しくは兵器に対する、ＶＳＴＯＬ装置の運用が可能になる。例えば、都市環境において低高度での運用では、数多くの障害物（建物や送電線等）が存在することになる。これらの障害物を避けるために、従来の固定翼の飛行機では、十分な浮揚を発生させることができないほど低速で航行し且つこれらの障害物をうまく通り抜ける必要がある。このため、ＶＳＴＯＬ装置は、そのような空間における監視又は追跡ミッションに非常に適している。同様に、敵地上空にあるときに、向かってくるミサイルや発射物、他の航空機等を避けるために、航空機は、「ｖｉｆｆ」（例えばハリアーＶＳＴＯＬのパイロットによって利用されたマニューバ（機動飛行）で、ベクトルを付けた推力ノズルを用いて、側方／上方／下方に急激に減速又は加速する）を迅速に行なうことができる。これは、一変形例において、その重心を所望の側に急速にシフトさせる、あるいは、一方又は両方のリングの翼のピッチを急速に変化させて、急速に高度を変更することによって達成できる。
【０１００】
（代替構成）
ここで図１３を参照し、他の構成において、より細長い翼１３０１を前に示した短い翼の代わりに使用する。図１３の翼は、ヘリコプター又は風力発電装置に見られるブレードにより類似している。前で述べたように、翼の数及び形状は、特定の用途の要件に合うように変更できる。例えば、装置のより長い展開が必要な用途では、より長く薄い翼（図１３に示すようなもの）を使用、且つ／又は、より多くの翼を使用して装置の動力効率を向上させてもよい。これは、グライダーや、航続時間の極めて長い航空機、動力航空機よりも長く薄い翼を使用する人力飛行機の翼設計に類似している。
【０１０１】
更に、図示の翼（この実施例又は他の実施例のいずれか）が、例えば径方向位置又は長さに応じた固有ピッチを備えてもよい。例えば、従来のプロペラ駆動の航空機のプロペラと同様に、翼は、幾分「捻じれて」又は漸進的に湾曲して、揚力、渦流の抑制、より高い効率性等の所望の空力特性を実現するようにできる。このピッチは、本明細書内でとりわけ図３に関して前述したような翼のその取付点周りの実際の運動（回転）によって与えられるものとは別である。
【０１０２】
ここで図１４を参照し、幾つかの構成において、ＶＳＴＯＬ装置は、衛星ダウンリンク１４０１を介して動力を与えられる。衛星１４０２が、指向性電磁エネルギー（例えば、マイクロ波）ビーム（レーザー、メーザー、Ｘ線レーザー、又は任意の他の指向性放射線ビーム等が挙げられる）を、ＶＳＴＯＬ装置に位置付けられたパラボラディシュ１４０３（又は他の整流アンテナ）に与える。加えて、双方向通信アップリンク／ダウンリンク１４０４を、同一の又は他の帯に設けて、ＶＳＴＯＬ装置から同一又は異なる周回機（ｏｒｂｉｔａｌ  ｖｅｈｉｃｌｅ）へのデータ伝送を容易にしてもよい。ＶＳＴＯＬ装置は、それ自身又は遠隔のディシュの操縦能力を備えて、ディシュ１４０３が衛星からのビームにロックオンした状態を維持してもよい。
【０１０３】
また、図１４の実施例にはパラボラ型ディシュ１４０３を図示しているが、感知可能な量の電磁エネルギーを、例えば当該技術分野においてよく知られている種類のフェーズドアレイ等の分散アレイを介して、航空機に伝送してもよいことは理解されよう。このような実施形態において、アンテナのアレイを使用して、マイクロ波帯（又は他）の電磁エネルギーを受信し、その入射電気を電力に変換してもよい。同様に、特に航空機が非常に日光の強い気候（例えば、砂漠）の中で運用されエネルギー貯蔵手段を備える場合には、高効率太陽又は光電池を使用することも考えられよう。
【０１０４】
ここで図１５、図１５Ａ及び図１５Ｂを参照し、ＶＳＴＯＬ装置の他の例示的実施例を、それぞれ上面斜視図、側面斜視図及び底面斜視図を示す。この実施例において、３つの駆動モータ１５０１が、付随する３つの主駆動ホイール１５０２を走らせる。これらの駆動ホイールが、複数の翼が取り付けられたリングを回転させるのに必要なトルクを与える。この３つの駆動ホイールは、主駆動ホイールに対して垂直に配向された平坦な駆動ホイール１５０３によってアシストされる。２つの組のホイールの使用が、回転リングに与えることができる最大トルクを増大する。加えて、ホイールセットの垂直配向が、リングがその最適軸線周りに回転するのを確実にする助けになる。
【０１０５】
同図は、完全な翼の関節運動アセンブリ１５０４の一実施例も示す。この実施例において、トライポッドサポート１５０５が、胴体支持フレーム２０２に取り付けられている。このトライポッドサポートは、駆動モータ１５０１、衛星用ディシュ１４０３、及び、エネルギーを貯蔵し装置全体に動力を与えるバッテリパック１５０６を保持する。
【０１０６】
ここで図１６を参照し、ＶＳＴＯＬ装置の他の例示的実施例を示す。この実施例において、ホイール１６０２及びパワーリング１６０４が、ホイールとリングとの接触を増大させる傾斜した面１６０６を備える。ホイールの大径の外側部は、パワーリングに沿って移動する際、ホイールの小径の内側部と同じ数の回転１６０８を行う。傾斜したホイール設計によって、場合に応じたパワーリングとの接触レベルが可能になる。例えば、幾つかの実施形態において、ブルノーズ（ｂｕｌｌ  ｎｏｓｅ）又は湾曲した断面を有するホイールを、単一の点でパワーリングと接触させる。ある高トルク状況（ｈｉｇｈ−ｔｏｒｑｕｅ  ｓｃｅｎａｒｉｏｓ）では、ブルノーズホイールは、パワーリングに対してより大きなトルクを与えずに「空転」する。従って、自由な設計パラメータとしてホイールとパワーリングとの間を傾斜と曲率を用いることによって、システムのトルク要件に応じた摩擦／抗力レベルが、静的又は動的に可能になる。後者に関しては、本開示は、例えば、ホイールの断面の形状又は構成を動的に変化させて（例えば、内部制御機構により）、より大きい又は小さい接触面積を実現するようにできることを考慮に入れている。低トルク状況では、とりわけ効率性を最大化／摩擦損失を緩和するために、接触が少ない方が望ましい。
【０１０７】
加えて、ホイール及びパワーリングの成形（例えば、傾斜、溝、湾曲等）は、それらの配列を維持するために使用できる。ここで図１７を参照し、平坦なパワーリングの例示的実施例１７００を示す。システムの配列は、インラインライダー（ｉｎｌｉｎｅ  ｒｉｄｅｒ）１７０２によって維持される。インラインライダーによってリングに張力が加えられて、リングの配列を維持する。しかしながら、インラインライダーは、抗力源として働いてもよい。成形されたホイール及びリングがシステムの配列の維持に寄与するため、インラインライダーに対する依存を軽減してもよい。幾つかの成形した実施例において、システムにおける総抗力は、インラインライダーによる抗力低減寄与のために、平坦なホイールのシステムのものよりも小さい。成形されたホイール／パワーリングの対は、図１６及び１６Ａに示したような傾斜面１６０６を備えてもよい。図１８の斜視図に示す例示的実施例１６００を参照し、傾斜したホイール１６０４及びリング１６０４により発生する復元力１８０２によって、配列されたパワーリングを維持する。しかしながら、ＶＳＴＯＬシステムは、この傾斜したホイール／リングの実施例には何ら限定されない。（疑似）正弦曲線パターンを発生させる１本以上の溝を使用してもよい。同様に、のこぎり波又は正方形溝パターンを設けてもよい。更に、レールを使用して、駆動ホイールの配列安定性及び摩擦の両方を与えるようにしてもよい。小型の磁気浮揚技術（例えば、希土類系）を使用して、実質的に抗力成分を与えることなく、レール又は溝の配列を維持してもよい。
【０１０８】
ここで図１９を参照し、更なる例示的実施例１９００において、ブレーキ１９０２が、個々のインラインライダー１７０２に追加されている。これらのブレーキは独立して動作して、ＶＳＴＯＬ装置上の特定の位置において増大した抗力を発生させることができる。これにより、パワーリングの回転を主胴体に対して減速する。全体的な効果は、胴体をブレーキがかけられたリングの回転方向に旋回させることである。例えば、どちらも３００ｒｐｍで旋回する２つの反転パワーリングを有するシステムにおいて、ブレーキを上側リングにかけて、それを２００ｒｐｍまで減速する。角運動量の保存により、胴体が上側リングの回転方向に回転し始めることが知られている。胴体が所望の配向を実現したら、ブレーキを下側リングにかけて、それを２００ｒｐｍまで減速する。これにより胴体は回転を停止する。このプロセスを図１９Ａに示す。同様に、この旋回は、制動に加えてリングを駆動することによって実現してもよい。３００ｒｐｍでの開始から、ＶＳＴＯＬは、上側リングを３５ｒｐｍまで加速し（その結果、上側リングの回転とは反対方向に旋回する）、そして下側リングを３５０ｒｐｍまで駆動して停止する。駆動及び制動の組み合わせによって、旋回も可能になる。例えば、ＶＳＴＯＬは、一方のリングを制動（駆動）して胴体の旋回を開始し、その後、同じリングを駆動（制動）して旋回を止める。場合により、後方伝搬リング間の運動量の一定のリバランス（例えば、コンピュータ又は手動による）を用いて、胴体の配向を維持してもよい。これは、ＶＳＴＯＬ装置における摩擦／抗力による運動量の一定の少ない損失を打ち消すように適用できる。
【０１０９】
本開示のある態様を方法の特定の一連の工程について説明したが、これらの説明は、本明細書に記載のより広い方法の例示的なものでしかなく、特定の用途により必要とされるように変更してもよいことは認識されよう。ある工程は、ある状況では、不必要又は任意的なものとすることができる。また、ある工程又は機能性を、開示の実施例に加えてもよく、あるいは、２つ以上の工程の実行順序を入れ替えてもよい。このような変更の全ては、本明細書に開示され主張される開示内に包含されるものと考えられる。
【０１１０】
上述の詳細な説明により、様々な実施例に適用されるような新規の特徴を示し、説明し、指摘してきたが、当業者により様々な省略、置換、及び変更を図示の装置又はプロセスの形態及び詳細に加えてもよいことは理解されよう。上記説明は、本明細書に記載の原理及びアーキテクチャを実行する上で現在考えられる最良の形態のものである。この説明は、何ら限定を意味するものではなく、むしろ、本開示の一般的な原理を例示するものとして受け止めるべきである。本発明の範囲は、特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。
【図１】
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【図１ａ】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図３】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図４ａ】
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【図５】
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【図５ａ】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１６ａ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図１９ａ】
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【図１０】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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