(57)【要約】【課題】  陸上交通機関は、公共交通機関である鉄道からパーソナル交通機関である自動車へと発達し、産業規模も拡大してきた。一方、空中交通機関は、公共交通機関である旅客機が実現し、これからパーソナル交通機関が誕生する段階にある。【解決手段】  本願発明は、従来存在しなかった空中交通のパーソナル交通機関を実現するための空中離発着法の発明である。本願発明は、衝突する物体の存在しない空中から発航、着航を行う事を特徴とし、離発着に必要な動力を飛行体が持たないことを特徴とすることにより身近な場所からの離発着を可能にする交通機関となる。本願発明により、地上では離発着せず人が操縦せず危険な気象条件では運行せずネットワークで管理されるドアtoドアの安全なパーソナル空中交通が実現する。【選択図】    図５
2005138641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中交通機関であって、地上設備により、飛行体が十分に飛行可能な高度を有する空中において、該飛行体の発航、着航を行うことを特徴とする空中交通機関。
【請求項２】
請求項１記載の空中交通機関において、垂直離着陸に必要な離着陸装置を上記地上設備に依存することにより、上記飛行体は、垂直離着陸に必要な装置を有しないことを特徴とする空中交通機関。
【請求項３】
請求項１又は２記載の空中交通機関において、発航時には地上の障害物などの衝突する物体が存在せず、かつ、十分に飛行可能な高度まで飛行体を上昇させ、上記飛行体に対し、飛行に十分な初速を与え、発航を行うことを特徴とする空中交通機関。
【請求項４】
請求項１又は２記載の空中交通機関において、着航時には地上の障害物などの衝突する物体が存在せず、かつ、十分に飛行可能な高度において、ショックアブソーバーを使用して、上記飛行体を捕獲した後、該飛行体の減速及び停止を行うことを特徴とする空中交通機関。
【請求項５】
請求項１又は２記載の空中交通機関において、上記地上設備は、発航時には上記飛行体に対し、飛行に十分な初速を与え、着航時には上記飛行体の捕獲後に該飛行体の減速及び停止を含む全ての動作を行う設備を具有することを特徴とする空中交通機関。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の空中交通機関において、運行は無線ネットワークにより運行制御されることを特徴とする空中交通機関。
【請求項７】
飛行体であって、地上設備の動力を利用して発航及び着航を行うことにより、垂直離着陸に必要な構造を搭載しないことを特徴とする飛行体。
【請求項８】
上記請求項７記載の飛行体であって、伸縮又は折り畳みにより格納又は保管が可能であることを特徴とする飛行体。
【請求項９】
誘導制御システムであって、垂直離着陸のための余分な動力を持たない軽量な飛行物体を、地上設備の動力により地上の障害物などの衝突する物体が存在せず、かつ、十分に飛行可能な高度を有する空中まで上昇させた後、気象情報に基づき最適な方向に発航させた後、ＧＰＳ及び広域無線ＬＡＮを用いて該飛行物体が位置制御、姿勢制御、衝突防止、危険回避及び目的地へのアプローチの制御を行い、目的地に到着した後、目的地の地上設備と該飛行物体との通信により位置情報を共有することにより空中にて該地上設備により着航を行うことを特徴とする誘導制御システム。
【請求項１０】
請求項１又は２記載の空中交通機関において、上記地上設備は、伸縮又は折り畳みにより地上に格納及び保管が可能であることを特徴とする空中交通機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、陸上交通機関の公共交通機関（鉄道）に対するパーソナル交通機関（自動車）の発明の空中交通機関版であり、空中交通機関の公共交通機関（旅客機）に対するパーソナル交通機関の発明である。
交通機関は、歴史的にまず公共交通機関が発明され、その次世代としてパーソナル交通機関の発明が行われ普及していく過程を経てきた。
陸上交通機関の例を挙げると、ジェームス・ワットにより発明された蒸気機関を載せた蒸気機関車に端を発する鉄道は、陸上交通機関の確立という大役を果たすが、２０世紀後半には自動車の発明により陸上交通機関の主役の座を明け渡す。このように公共交通機関がまずその交通機関の存在を確立し、やがて主流はパーソナル交通機関の発明によりパーソナル交通機関に移行する。空中交通機関においても同様であり、ライト兄弟の飛行機の発明から１世紀に渡る飛行機の進歩により現在ようやく空中公共交通機関の確立が成し遂げられた。これが一般大衆の交通機関となり主流となるためには空中パーソナル交通機関の発明が不可欠であるため、本願発明の行うところとなった。
【０００２】
本願発明は、墜落することなく地上から離発着しない人が操縦する必要がない特徴を持ち、危険な条件では運行されないよう無線通信ネットワークで管理されたシステムを有することを特徴とするドアtoドアのパーソナル空中交通を実現する交通機関に関するものである。更に詳しくは、落下傘の原理を利用した低速で失速しない飛行体を、空中で飛行体に追随するアームロボットを用いた特設地上装置にて離発航させることを特徴とする交通機関であり、飛行時以外は翼を広げず狭い場所での収納離発着を可能にし、飛行体の運行は無線通信による無線通信ネットワークにより管理され、無線通信ネットワークは気象情報処理によって運行可否を決定する空中パーソナル交通機関システムを実現する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来の空中交通機関である航空機は公共交通機関であり、陸上交通でいう鉄道に相当するため、陸上交通の自動車で実現されているドアtoドア移動の利便性は実現されていない。その原因として、航空機は離発着のために滑走路を必要とし広大な地上設備が不可欠である点が挙げられる。
【０００４】
従来の空中交通機関である航空機は、離発着のために必ず滑走路を必要としてきた。水上に離着陸する飛行艇にせよ、水上にある程度の水路を必要としてきた。この問題を解決するＶＴＯＬと呼ばれる垂直離着陸機は従来から存在するが、機体を空中に垂直上昇させるために飛行体に積載される垂直離着陸機構はその後の巡航には不要となり、効率が悪いためにあまり実用に至っていない。また、ヘリコプターがこの問題を解決する手段ではあるが、浮上させる能力を持つために原動機出力も大きくシステムが複雑かつ高価で、騒音も大きく、大きなローターを回転させる危険性から、パーソナル交通機関を実現させるに至っていない。
【０００５】
従来技術として、浮上装置を用いて滑走路を必要としないようにしたものはあるが（下記特許文献１、２参照）、飛行体に浮上するだけの動力とエネルギーを要求しているため、交通機関として物資や人間を乗せるだけのエネルギーが得られない。
【特許文献１】特開２００３−１２７９９５号公報
【特許文献２】特開２００３−１１８６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明は、地上設備の動力で飛行体を十分水平飛行が可能な高度まで移動させた後、その高度で飛行体が水平飛行に必要な水平方向の初速を与えることにより、空中からの発航を可能にし、飛行体に垂直離着陸に必要な原動機やエネルギーを要求しないことで、滑走路を必要としない空中交通機関を実現するものである。また着航に関しても、飛行体が十分に水平飛行可能な高度で地上設備により捕獲されることにより空中での着航を可能にし、飛行体に垂直離着陸に必要な原動機やエネルギーを要求しないことで滑走路を必要としない空中交通機関を実現する。
【０００７】
本願発明が解決しようとする課題は、飛行体に垂直離着陸に必要な原動力を要求せずに垂直離着陸を実現させる点にある。そのために地上設備の動力で飛行体を上昇下降させ、空中で離発着を行う。
地上設備の動力により離発着することで、ヘリコプターのように垂直離着陸のために飛行体動力の推力増加を図る必要がないため騒音問題も発生しない上に、飛行体に無駄な出力を持つ原動機や車輪、脚などの機体重量を支える構造および、機体重量を支えるための機体構造を搭載することなく軽量小型で安価にパーソナル交通機関を実現させる点に特徴を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明は、陸上交通における自動車のようなドアtoドアの空中交通機関を実現させるものである。そのためには、広大な空港や滑走路を必要としないことが課題を解決する手段である。
具体的な課題解決手段を下記に示す。
【０００９】
１）発航前の飛行体は、地上に畳んで保管され、発航時には畳んで保管されていたロボットアーム状の本願発明の地上設備で飛行可能な高度まで引き上げられる。
【００１０】
２）飛行体はロボットアーム状の本願発明の地上設備により空中に引き上げられた後、畳まれていた翼を展開し、飛行可能な形態を整える。
【００１１】
３）飛行体が飛行に必要な初速をロボットアーム状の本願発明の地上設備により風上方向すなわち発航方向に与えられる。
【００１２】
４）飛行体の発航後、ロボットアーム状の本願発明の地上設備は、収縮し格納される。
【００１３】
５）自動運行制御された飛行体の接近に伴い、ロボットアーム状の本願発明の地上設備は、収縮収納状態から伸展し、飛行体との無線通信により飛行体の運行を制御しながら同時に自らのロボットアームを制御し、飛行体が十分定常飛行が可能な高度にて飛行体を捕獲する。
【００１４】
６）捕獲の際の制御は、飛行体の全地球測位システム（ＧＰＳ）から送信される情報と地上設備の備える飛行体観測センサー、風向風速センサーからの複数の情報を用いて行われるため、確実な動作となる。
【００１５】
７）飛行体は、定員一名で２５０ｋｇ程度、定員４名で５００ｋｇ程度の総重量が想定されるため、捕獲に際してはフックや電磁石の他に確実に把握し飛行体重量を保持する強度を捕獲システムは有する。
【００１６】
８）飛行体は、定員一名で２５０ｋｇ程度、定員４名で５００ｋｇ程度の総重量が想定されるため、捕獲時の大きな慣性力により捕獲逃れを避けるため、捕獲瞬時の加速度を緩和するショックアブソーバーを有する。
【００１７】
９）飛行体は、定員一名で２５０ｋｇ程度、定員４名で５００ｋｇ程度の総重量が想定されるため、捕獲後の制動に減速加速度が生じる。
飛行体の捕獲から停止までは、自動車と同様に空走距離と制動距離が存在し、停止距離は、空走距離と制動距離の和となる。空走距離は、地上設備が飛行体を捕獲直後に捕獲装置の捕獲状態確認やショックアブソーバーによる捕獲装置への加重時間遅れに起因して発生する。
本願発明の低失速速度を持つ飛行体の着航速度は３０ｋｍ／ｈであるため、通常の普通自動車の時速３０ｋｍにおける空走距離、制動距離、停止距離を調べるとそれぞれ、８ｍ、６ｍ、１４ｍとなる。
このことから本願発明の飛行体の場合でも着航速度が３０ｋｍ付近なため、制動には６ｍの距離を確保すれば自動車並みの減速加速度とすることが可能となる。
【００１８】
１０）飛行体を捕獲した後、飛行体は翼を畳みロボットアーム状の本願発明の地上設備は収縮し、畳まれた飛行体と運搬物資、乗員を地上に降ろす。
【００１９】
１１）飛行体の格納の後、ロボットアーム状の本願発明の地上設備も、収縮し格納される。
【発明の効果】
【００２０】
本願発明により、個人で所有する空中パーソナル交通機関が誕生し、ドアtoドアの利便性を持ち、道路渋滞に影響されない移動機関が実現される。本願発明により実現される新交通機関は、運転する必要なく目的地に到達することが可能となり、高齢化社会における高齢者の移動、行動範囲の拡充に貢献する。パーソナル交通機関であるために、購買層が自動車並みに広いため自動車産業並みの大きな市場、産業が誕生する。また、本願発明により実現される新交通機関は、ドアtoドアの移動時間が短いため実効到達時間での到達時間地図が縮小し地方と都市部の立地条件の違いによる利便性の差が減少し、地方の活性化が促進される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１に示すように、空中移動交通機関として最も安全なものは、物を運ぶために構築されるフックとフックが移動するレールのネットワークである。地上の建築物や地形に影響されることなくインターネットのようにネットワークの範囲内で自在に物質を運搬することが可能である。しかし実際は図１のようなフックとレールのネットワークの建設はインフラストラクチャーとしては高価であり、支柱を建設する地上の土地も必要なため現実的ではない。
【００２２】
図２に示すように、フックの移動するレールを無線とし、フック自体が無線の空路を飛行する交通機関を考案した。これが本願発明の原理である。これは視点を変えればパーソナルな空中交通機関である。
この点で、従来の飛行機、航空機の考え方とは大きく異なる。
【００２３】
図３は、公共交通機関とパーソナル交通機関の対比を、陸上交通と空中交通を比較することによりまとめたものである。交通機関の発達は、歴史的に公共交通機関からパーソナル交通機関へと移行し発展してきた経緯がある。陸上交通の公共交通機関とパーソナル交通機関の具体例としては、それぞれ鉄道と自動車を挙げた。これに対して空中交通の公共交通機関の具体例は航空機が挙げられるが、パーソナル交通機関の具体例は従来存在せず、本願発明が最初の該当例となる。
【００２４】
交通機関は、近年出発地から目的地までの過程、経由地の数の多さが重要となってきており、その数を極限まで減少させたドアtoドアの利便性を達成するものがパーソナル交通機関である。このドアtoドアの利便性を陸上交通で実現したのは自動車で、空中交通では本願発明が実現する。鉄道や航空機は駅や空港まで行く必要があり、ドアtoドアの利便性がない。
【００２５】
それに対して巡航速度は、公共交通機関である鉄道や航空機が圧倒的に速いため、実効到達速度として公共交通機関は距離が遠ければ到達時間が早い特性を持つため、このパーソナル交通機関にない特色から公共交通機関にも依然として需要が存在し住み分けが行われている。逆にパーソナル交通機関では、実効到達速度は距離が近ければドアtoドアの利便性が効果を発揮し到達が早くなる。  陸上交通の場合、利便性が最大となる条件は、公共交通機関では、巡航速度が新幹線を例とすると巡航速度毎時２５０ｋｍ、距離６００〜８００ｋｍに対して、パーソナル交通機関である自動車では高速道路使用時でも巡航速度８０ｋｍ毎時、距離４００ｋｍあたりである。このことから、空中パーソナル交通機関も同様に巡航速度毎時１００ｋｍ、距離５００ｋｍあたりに最適条件を持たせることにより、自動車並の利便性を得ることが可能となるため、非常に大きな需要が期待できることがわかる。これは、公共交通機関である国内線旅客機の利便性最適点が、巡航速度８００ｋｍ毎時、距離１０００ｋｍ付近であることから従来の航空機とは住み分けが成される。
【００２６】
公共交通機関の場合、運搬効率を上げるために乗客数を通常多くとる。陸上公共交通機関の鉄道の場合、通常１回５０〜１０００人程度、空中公共交通機関の旅客機でも通常１回２０〜５００人である。これに対して、陸上パーソナル交通機関の自動車の場合、乗員数は１〜５人程度であり、空中パーソナル交通機関である本願発明も同程度の乗員数である。このことは、同じ人数を運搬するためには製造個体数が異なることを示しており、必然的にパーソナル交通機関の方が製造数は多くなり生産規模も大きく、産業規模も大きく、量産により価格も低く寿命も短くなり技術革新速度も速くなる。
【００２７】
また、公共交通機関の場合、交通機関移動体やシステムの保守管理に経験やノウハウが積み重なりそれが事業者の優位性や市場での強みに繋がることが多く、交通機関移動体やシステムの供給が市場原理に基づくことなく需要家の都合により決定される産業構造となっているため、良品浸透速度や技術革新速度が遅く新規メーカー参入が難しいが、パーソナル交通機関産業の場合は需要家が個人ユーザーなため、ニーズに多様性があるため市場として自由競争が支配的となり、良品浸透速度や技術革新速度が速くその結果産業規模も大きくなる。
【実施例１】
【００２８】
上記の空中パーソナル交通機関の条件をもとに、本願発明の空中パーソナル交通機関に必要な滑走路を使用せず空中にて離発着を行う地上設備の実施形態例を示す。
【００２９】
図４に、垂直離着陸用原動機を飛行体が保持しない原理を示す。従来の空中飛行体である一般的な航空機は通常図中の降下角θは、２０度以下である。従来の航空機に広大な空港が必要な理由は、θが２０度以下によることから実に飛行高度の１０倍のアプローチ距離が必要であることと、失速速度の高さに起因する着陸時の制動距離の長さに起因する長大な滑走路が空港敷地を占有することにある。
本願発明の空中パーソナル交通機関では、空中の高さＴで発着可能な設備を有することから、図４のように従来の広大な空港は不要となり、地上の設備面積は点で済ませることが可能となる。
【００３０】
図５は、本願発明の地上設備による空中発着や、ＧＰＳ測位や気象情報処理、飛行体無線情報通信によって行われるネットワーク管理による空中パーソナル交通機関の飛行体の運行により人の操縦を必要としない様子を示している。この自動ネットワーク運行制御により、飛行体同士の衝突が全く生じない。
【００３１】
実施形態例としては、２つのタイプが考えられる。１つは、都市圏と離れた郊外あるいは地方、田園、農村等の土地に余裕のある場所で運用される形態１。もう１つは、都市圏近郊、あるいは都市圏内のビルや建築物が密集した環境での運用を可能にする形態２である。
まず、形態１と２の各々の概略を以下に述べる。
【００３２】
形態１は、飛行体が離発航を行う空間を大きく確保するにより、飛行体の自由度を増加させより大きな安全性を確保する形態である。離発航空間が大きいため、地上設備は必然的に大きくなり機動性が損なわれるため、地上設備の捕獲運動は後述する形態２のように積極的に飛行体を掴みに行く動作を行う能動性は持たず、飛行体に離発航空間自由度を与えるかわりに飛行体にある程度の位置制御を要求するような受動性をもつ。
【００３３】
逆に形態２は、形態１と比較して狭い空間で離発着を行うことが可能な利点を有するため、着航時には積極的に飛行体を掴みに行き発航時には飛行体に初速を与えてリリースする動作を行うことにより、その機動性の高さで離発着空間を狭くすることを可能とする形態である。
以下に具体的な地上設備形態１と地上設備形態２の実施例を示す。
【００３４】
図６、７に、空中パーソナル交通実現に必要な本願発明の空中離発着設備の形態１の実施例を示す。図６、７の実施例の地上設備は、現在従来技術として既に市販されているタダノ社製スカイステーションＡＴ−５５０Ｓの先端に、捕獲装置を取り付けただけのものであり、作業範囲、飛行体捕獲範囲は全てタダノ社製スカイステーションＡＴ−５５０Ｓの性能に基づくものである。既に現有のタダノ社製スカイステーションＡＴ−５５０Ｓのヘッド部分に３０ｍ程度の台と飛行体を係留する装置を取り付けるだけでその低い失速速度から台上に着航が可能となり、また発航時には台を傾斜させることにより飛行体に初速を与えることが可能となり簡易な形態１を実現することが可能であるが、ここでは更に進歩した形態１の実施例を示す。図６が空中離発着設備の側面図であり、図７が上面図である。この空中離発着設備は、発航時に飛行体、飛行体を飛行可能な高度まで持ち上げて飛行に必要な初速を与える機能と、帰着時に飛行体、飛行体を飛行可能な高度のうちに捕獲し制動し地上に降ろす機能の双方を備えた地上設備を有している。
【００３５】
図４において説明した地上設備高Ｔは、飛行体の離発航空間を重視する地上設備形態１では、図６のように７０ｍ近くもあり飛行体の離発航に十分な安全空間を提供することが可能となる。実用上これ以上の空間を越える必要はないことから、現有技術の範囲内で十分に地上設備形態１は実現可能であることを示している。飛行体の移動方向においても図７のように７０ｍ程度の距離範囲があり、飛行体捕獲時の空走距離や制動距離として使用される。
地上設備形態１においては、その十分なアーム長の長さから捕獲方式として、電磁石吸着やフック引掛方式のような受動性の強い捕獲方式を持つ。
【００３６】
着航時の飛行体の捕獲の際の制御は、飛行体の全地球測位システム（ＧＰＳ）から送信される位置情報と地上設備の備える飛行体観測画像センサー、風向風速センサーからの複数の情報を用いて行われる。飛行体は、定員一名で２５０ｋｇ程度、定員４名で５００ｋｇ程度の総重量があるため、捕獲に際しては電磁石の他に確実に把握し飛行体総重量を保持する強度を捕獲システムは有する。
【００３７】
図８には、捕獲時の大きな慣性力により捕獲逃れを避けるため、捕獲瞬時の加速度を緩和するショックアブソーバーを示している。飛行体はその総重量から捕獲後の制動に減速加速度が生じる。飛行体の捕獲から停止までは、自動車と同様に空走距離と制動距離が存在し、停止距離は、空走距離と制動距離の和となる。
【００３８】
以下に、普通自動車の空走距離、制動距離、停止距離の例を示す。
＜普通自動車の速度による停止距離の例＞ 
速度    空走    制動    停止
距離    距離    距離
（km/h）（m）    (m)    (m)
20    6        3      9
30    8        6      14 
40    11      11      22 
50    14      18      32 
60    17      27      44 
70    19      39      58 
80    22      54      76 
90    25      68      93 
100    28      84     112 
【００３９】
本願発明における飛行体の場合、着航速度が３０ｋｍ付近であるため、制動は６ｍで自動車並みの減速加速度とすることが可能である。あとは、空走距離を自動車の例と仮定しても総停止距離は１４ｍで済むこととなる。空走距離は、地上設備が飛行体を捕獲直後に捕獲装置の捕獲状態確認やショックアブソーバーによる捕獲装置への加重時間遅れに起因して発生する。
【００４０】
図９に前述の都市圏近郊、あるいは都市圏内のビルや建築物が密集した環境での運用を可能にする地上設備形態２の着航時の地上設備の位置情報処理、飛行体との同調、捕獲、制動、翼畳の一連の動作の上面図と側面図を示す。形態２は、形態１と比較して狭い空間で離発着を行うことが可能な利点を有するため、着航時には積極的に飛行体を掴みに行き発航時には飛行体に初速を与えてリリースする動作を行うことにより、その機動性の高さで離発着空間を狭くすることを可能とする形態である。このため、着航時の飛行体の捕獲制御には、飛行体の全地球測位システム（ＧＰＳ）から送信される位置情報と地上設備の備える毎秒１０００フレーム以上の画像情報処理と風向風速センサーからの情報を処理した出力が用いられ、アームロボット状の地上設備は飛行体の着航速度以上の高速で動作する。従来技術でこの毎秒１０００フレーム以上の画像情報処理を可能にする技術としてビジョンチップが挙げられる。
【００４１】
またアームロボット状の地上設備の従来技術でこれを可能にする製品として、図９に示す通り油圧で動く構造の日立建機社製Ｓ−ＦＳ４５０Ａがある。日立建機社製Ｓ−ＦＳ４５０Ａは６．０ｒｐｍの高速旋回性能を有するため、捕獲装置部分の速度は最大時速３８ｋｍに達し最大つかみ質量も１５００ｋｇであることから、時速３０ｋｍの低失速速度を持つ最大５００ｋｇ程度の総重量の本願発明の飛行体の捕獲を可能にするほか、発航時において飛行体に十分な初速を与えることも可能にする。
【００４２】
図４において説明した地上設備高Ｔは、飛行体の離発航空間を重視する地上設備形態２では図９のように１５ｍ程度しかなくなるが、支柱の上やビルや建築物の上に地上設備を設置することを想定しているため、飛行体の離発航に十分な安全空間を提供することが可能となる。地上設備形態２においては、アーム長は限られるが、その十分な機動性の高さから、捕獲方式として、図９、図１０のように電磁石吸着やマニピュレーター方式のような能動性の強い捕獲方式を持つ。
【００４３】
着航時の飛行体の捕獲の際の制御は、形態１と同様飛行体の全地球測位システム（ＧＰＳ）から送信される位置情報と地上設備の備える飛行体観測画像センサー、風向風速センサーからの複数の情報を用いて行われる。飛行体は、定員一名で２５０ｋｇ程度、定員４名で５００ｋｇ程度の総重量があるため、形態２においても捕獲に際しては電磁石の他に確実に把握し飛行体重量を保持する強度を捕獲システムは有する。
【００４４】
図１０に示すように、捕獲時の大きな慣性力により捕獲逃れを避けるため、捕獲瞬時の加速度を緩和するショックアブソーバーを使用する。捕獲後の制動に減速加速度は、本願発明の飛行体の場合着航速度が３０ｋｍ付近なため、制動は６ｍで自動車並みとすることが可能である。あとは、空走距離を自動車の例と仮定しても総停止距離は１４ｍで済むこととなる。空走距離は、地上設備が飛行体を捕獲直後に捕獲装置の捕獲状態確認やショックアブソーバーによる捕獲装置への加重時間遅れに起因して発生する。
【００４５】
空中にて離発着を行う場合に必要な条件は、空中にて飛行体を捕獲する際の安全性であるが、これは飛行体の速度の低速化と本願発明の空中離発着設備のアームロボット捕獲動作の高速化のトレードオフにより成立する。将来的には、本願発明の空中離発着設備は前述の形態１と形態２の双方の長所を併せ持つ大型かる高速の地上設備の実現が見込まれるため、飛行体は現在の航空機に近い物まで運用が可能となるが、初期段階においては、可能な限り低い速度で発航可能で、可能な限り低い速度で到着アプローチ飛行が可能である飛行体を用いる必要がある。
以下に、初期段階における飛行体の実施形態例の詳細説明を示す。
【００４６】
本願発明において実現される初期の空中交通機関においては、揚力と抗力を両方使用し飛行を行う。本願発明において実現される空中交通機関の飛行体の具体的な形状を図１１に示す。炭素繊維複合材料や炭素繊維複合合成繊維により構成された翼は、翼重量２５ｋｇ以下で約２０平方メートルの翼面積を確保する。この結果、翼面加重は落下傘と同程度となり、低失速速度の機体となる。
【００４７】
図１２に、この飛行体が落下傘と同じ原理を有することを示す。落下傘の条件として、大面積から得られる抗力と重力のバランスによる低沈下速度（毎秒３ｍ程度）と低重心による安定化が挙げられる。本願発明は、飛行体は図１２に示すとおりその両者の条件を満たし、低失速速度の空中交通機関を可能にする飛行体を形成する。地上に接したとしても、面積の割に重量が軽く、地上の物体を損傷することが少ない特徴も同時に有し、交通機関として高い安全性を持つことがわかる。
【００４８】
初期の空中パーソナル交通機関の飛行体は、抗力を発する翼から重心が離れて低い位置にあることにより、重心の重力を用いて図７の様に姿勢をアクティブに制御しロー安定性を確保することが可能となる。
【００４９】
図１３の（１）の様に重心に繋がるワイヤーが翼両端の姿勢制御板に固定されている。（２）外乱による姿勢の乱れが生じると、機体重心と重心位置がずれる。（３）機体重心が重心位置に移動することにより、上昇した翼側のワイヤーが引かれ姿勢制御板が上昇し、（４）の様に姿勢が安定する。
【００５０】
初期の実施例において移動飛行体は、沈下における空気抵抗による抗力を最大限に利用して空中に浮遊するため、動力を用いて上昇する過程と滑空を行う過程をその状況に応じて選択しながら航行する。
【００５１】
図１４に、上記空中パーソナル交通機関の飛行体である翼の飛行特性を示す。大面積翼と軽量機体重量により低い失速速度と低い沈下率を示している。また、パーソナル交通機関として用いるため、上述のとおり１００ｋｍ毎時程度の速度しか必要なく、この範囲において毎秒３ｍ以下という落下傘並の非常に低い沈下率を実現することがわかる。
【００５２】
空中パーソナル交通機関の飛行体は、そのパーソナルユースである性格が故に定常的に飛行時以外に翼を畳むことを特徴としており、以下にその説明を記す。
【００５３】
図１５は、定常的に飛行時以外は翼を畳むことを可能にする空中パーソナル交通機関の飛行体の一例である。飛行時以外に翼を広げることは、単に収納スペースを多くとる問題のみならず、係留中に大気の流れによる外乱を受けやすく飛ばされたり移動したり転倒したりするため、取り扱い利便性や安全性を低下させる原因となる。図１５では、軽量高強度の炭素繊維複合材料の特性を生かし、骨格を変化させることで定常的な翼の展開収納を実現する。
【００５４】
本願発明の空中パーソナル交通機関は、限られた気象条件のみで運行されることを特徴とした空中交通機関である。図１６は、地球の大気圏の中の最表層である対流圏のみを示した図である。その対流圏の中で、地表面から高度１０００ｍまでの地表近接安定圏の大気の流れが穏やかな空間を用いて、運行ネットワークを構築する。この高度は、雲の発生する高さ以下であることから、ネットワーク管理のもとに限られた気象条件のみで運行されることとなる。
【００５５】
空中移動のための経路として、地上１０００ｍ以下の地表近接空間を利用する。大気圏の層は、主に高度と温度の関係で区別されている。移動空間として現在利用されているのは、成層圏と対流圏のみである。成層圏は、高度約１０〜５０ｋｍまでの層であり、大気の動きはほとんど水平方向のみで雲が発生せず、中緯度にはジェットストリームと呼ばれる強風の帯域があるため国際線航空路として利用されている。対流圏はその下層の高度約１０ｋｍまでの層であり、緯度、地域の温度差により対流が生じ、その対流は気象変化の源となる。
【００５６】
地表に最も近い極薄い対流圏でもその上層部は、ジェット気流（１００００ｍ）や、ウェーブと呼ばれる地形の影響により発生する摂動（２０００〜６０００ｍ）など、大きなエネルギーを持った空気の動きがあり、本願発明により実現される空中パーソナル交通機関の移動空間としての利用にはリスクを伴う。しかし、対流圏の最下層の非常に地表に近接した空域は、空気が地表を移動する際の抵抗により安定した層となっている（地表近接安定層）。この空間では地形を把握することにより地球の自然エネルギーである風力が比較的容易に利用可能なため、省エネルギーで環境調和性に優れた交通機関システムを構築することが可能である。
【００５７】
飛行中の飛行体は全て時々刻々と変化する設定された空路ネットワーク上を安全に管理されて運行することとなるため、その空路ネットワークの設定には気象情報や地形情報の情報処理が重要な役割を果たす。
【００５８】
図１７は、その地表近接安定層を利用した省エネルギー輸送機関システムのための空路設定の様子を（１）リアルタイム、（２）日周期、（３）年周期に分けて制御する一例を示している。図１７（１）は、上昇気流によりリアルタイムに形成される雲の列を検知し、飛行空路をこの列に設定することで飛行機械の高度を保つのに消費されるエネルギーと前進に必要なエネルギーの双方を得ることにより、省エネルギーな移動を行う。このような雲の列は異なる空気の流れのぶつかる界面で発生し、その発生は気象情報の解析により予め予測することができる。
【００５９】
図１７（２）は、一日の周期的な気象現象を利用した飛行空路制御の一例である。太陽熱エネルギーによる昼間の地表加熱は大気温度の上昇と大気密度の低下をもたらし、地形傾斜面による山風と谷風、海上大気密度の違いによる海風と陸風を生み出す。空路ネットワークの中央情報処理で各地域の山風と谷風、海風と陸風の切り替わりを気象観測結果から読みとり、昼間は上昇気流を最大限利用する空路網を設定し、夜間は下降気流の影響を最大限回避する空路網を設定する。
【００６０】
さらに、図１７（３）は、一年の周期的な気象現象を利用した飛行空路制御の例を示している。春季からの太平洋高気圧の発達とともに生じる南風と、その季節風が地形に沿って流れる各地域の動きをデータベース化し、毎年の変動を加味した制御で空路ネットワークを構築する。日本の各地には、こうした季節風と地形の関係から周期的に生じる大気の流れの知の財産があり、データベース化することで省エネルギーへの利用が可能となる。
【００６１】
本願発明の空中パーソナル交通機関は、ジェットエンジンを原動力とすることを想定した空中交通機関である。
空中パーソナル交通機関の飛行体の原動機となるジェットエンジンは、従来のジェットエンジン発達の延長とは異なる遠心圧縮機を持つ１軸式ジェットエンジンを使用し電子制御化と高バイパス比ターボファン化することで高い経済性、制御性、安全性、信頼性、簡便性、汎用性を実現する。１軸式ジェットエンジンは安価で大量に量産することが可能であるシンプルな構造を持つことから、設備投資が少なく高い付加価値を有する基幹汎用動力となることが期待される。
【００６２】
空中パーソナル交通機関の飛行体は、将来陸上パーソナル交通機関である自動車と同様一家に一台に近い普及が期待されるため簡易な構造で生産性の高い遠心圧縮１軸式ジェットエンジンには大きな需要が期待される。更に、図３の様にモデルチェンジが頻繁なため技術革新が早く、一層の小型軽量高出力化に伴う巡航速度の向上、燃費の向上、航続距離の向上により、空中パーソナル交通機関の重要性の増加が期待される。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本願発明は、陸上交通における自動車に相当するパーソナルな空中交通機関であるため、自動車同様人の移動、物資の移動および運搬、広告、行楽、救難救助などに利用される可能性がある。
本願発明は、最も産業規模の大きい自動車産業の空中移動版の産業を創世するものであり、本願発明により自動車産業並の規模の産業創世が行われる可能性がある。産業規模は需要の大きさに依存するため、自動車のようなパーソナル交通機関は、その付加価値の高さとパーソナルであるが故の需要の大きさから必然的に産業規模が大きくなる。本願発明の交通機関もパーソナル交通機関なため、自動車同様高付加価値製品を個人で所有するため大きな需要があるため、大きな市場が見込まれる。
【００６４】
パーソナル交通機関の産業上の波及効果は、自動車産業を例にとると自動車製造に関わる下請けや修理等の関連企業、販売に関わる商業構造、広告出版業界、燃料関連企業、道路等社会インフラ、環境問題関連産業、自動車税や重量税等の税収など多岐に渡ることが前例として示されており、空中におけるパーソナル交通機関も同様と考えられる。また、パーソナル交通機関はその社会浸透性の高さから文化にまで昇華することが自動車の前例から判明しており、本願発明のパーソナル交通機関も同様であることが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】物質を運ぶインターネットの例
【図２】空中パーソナル交通機関のコンセプト
【図３】従来交通機関との比較による位置づけと特徴
【図４】地上で離発着を行わない方法の実施例
【図５】空中離発着とネットワークの運用法の実施例
【図６】空中離発着の地上設備形態１実施例（側面図）
【図７】空中離発着の地上設備形態１実施例（上面図）
【図８】空中着航時の急激な地上設備への加重の低減策
【図９】飛行体飛行速度で動作する空中離発着地上設備形態２の実施例
【図１０】空中着航時の急激な地上設備への加重の低減策
【図１１】大面積翼かつ軽量機体により低失速な空中パーソナル交通機関の飛行体の実施例
【図１２】落下傘と同原理の空気抵抗による低沈下速度をもつ空中飛行体の説明
【図１３】重力を利用した自動姿勢制御原理
【図１４】飛行体の飛行特性の例
【図１５】折り畳む翼の実施例
【図１６】活用される安定圏と気象条件の関係
【図１７】大気現象を活用した省エネルギーの空路設定実施例
【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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【図１７】
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