(57)【要約】【課題】  通常の固定翼機では飛行することのできない低速飛行以下の超低速でも安定して飛行することができると共に、製造コストやメンテナンス性に優れた無人飛行機を提供する。【解決手段】  無人飛行機１０に、左右方向の略中心に胴体１１を有し一辺が前縁１２となる平面視略正方形の方形翼１３と、方形翼１３の前縁１２から前方に、且つ、胴体１１から左右に形成されたストレーク１４と、方形翼１３の翼端１５前部に、左右方向外側に張り出す張出翼１６とを具備し、方形翼１３、ストレーク１４、張出翼１６を一体化する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右方向の略中心に胴体を有し一辺が前縁となる平面視略正方形の方形翼と、
該方形翼の前縁から前方に、且つ、前記胴体から左右に形成されたストレークと、
前記方形翼の翼端前部に、左右方向外側に張り出す張出翼とを具備し、
前記方形翼、前記ストレーク、前記張出翼を少なくとも一体化したことを特徴とする無人飛行機。
【請求項２】
前記方形翼の略中央に切欠き部を備え、
該切欠き部に推進手段を配置したことを特徴とする請求項１に記載の無人飛行機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無人飛行機に関するもので、特に、固定翼機において、回転翼機並みの超低速飛行が可能な無人飛行機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、飛行機として、胴体に翼を固定し、プロペラやジェットなどの推進手段により、翼と共に胴体を推進することで、翼に揚力を発生させて飛行する形態の固定翼機が知られている。この固定翼機は、一般に、飛行機の速度が高速になるほど、翼に発生する揚力も大きくなり、所定の速度を超えると、飛行機の重量よりも揚力が大きくなって飛行することが可能となる。
【０００３】
また、飛行機として、胴体とは別体とされた翼を所定以上の回転数で回転させることで、翼に揚力を発生させて飛行する形態の回転翼機も知られている。この回転翼機は、胴体を推進しなくても揚力を得られるので、静止飛行や低速飛行等、その飛行速度を自在に変化させることができる。
【０００４】
さらに、飛行機には、上記のような飛行原理による違いとは別に、人が乗れる有人飛行機と、人が乗らない無人飛行機とがある。この無人飛行機の用途としては、例えば、無人飛行機にカメラやレーダー、通信機器等を搭載して、上空から地上等の探査等をする情報収集や通信の中継等に用いることが種々提案されている。そして、無人飛行機の場合、人が乗らないので、用途によっては、小型軽量化することができ、固定翼機でも重量を軽くできるので、より低い速度でも飛行することができる。
【０００５】
出願人は、本願出願時において、以上の技術情報が記載されている文献を特に知見していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、無人飛行機にカメラ等を搭載して情報収集等に用いる場合、その精度を高めるため等の理由により、低速飛行よりも更に遅い速度でも安定して飛行可能な安価な無人飛行機の出現が望まれていた。
【０００７】
この無人飛行機を固定翼機とした場合、低速飛行をする際は、機体の迎角を大きくすることで、飛行可能な揚力を確保している。しかしながら、更に飛行速度を遅くした場合、更に迎角を大きくする必要があるが、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、翼１００上面のどこかで気流が剥離する。この気流が剥離する場所は、翼の断面形状や平面形状により異なるだけでなく、左右対称であるはずの翼でも、わずかな製造誤差の違いなどから、翼の左右に対して非対称に剥離する。
【０００８】
そのため、翼１００の左右にかかる揚力が不均一且つ不安定になり、機体の姿勢を制御することが困難な程機体が不安定になると共に、翼１００上面の気流が剥離することで所望の揚力を得ることができなくなって失速し、飛行することができなかった。なお、推進手段の推力を下向きに作用させて不足した揚力を補うことで飛行を維持することが考えられるが、剥離渦により機体が不安定となり、操縦できない問題がある。
【０００９】
そのため、無人飛行機を回転翼機とすることで低速飛行よりも遅い速度でも飛行を可能とすることが考えられるが、回転翼機の場合、飛行速度や安定した姿勢制御を行うために、複雑な機構を有した主回転翼や補助回転翼等が必要であり、固定翼機と比較してかなり高価となると共に、メンテナンス性にも問題がある他、操縦が難しいものであった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、通常の固定翼機では飛行することのできない低速飛行以下の超低速でも安定して飛行することができると共に、製造コストやメンテナンス性に優れた無人飛行機の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る無人飛行機は、「左右方向の略中心に胴体を有し一辺が前縁となる平面視略正方形の方形翼と、該方形翼の前縁から前方に、且つ、前記胴体から左右に形成されたストレークと、前記方形翼の翼端前部に、左右方向外側に張り出す張出翼とを具備し、前記方形翼、前記ストレーク、前記張出翼を少なくとも一体化した」構成とするものである。
【００１２】
ここで、平面視略正方形の方形翼としては、特に限定するものではないが、アスペクト比（縦横比）が０．８〜１．２の範囲内が望ましく、これよりも小さかったり大きかったりすると、無人飛行機の形が細長くなり、翼や機体の補強などが必要となって重量が増加する恐れがある。また、方形翼に尾翼の機能を持たせることができ、主翼と尾翼とを一体化して軽量化することができる。なお、その場合、後縁にエレボンを備えるようにすることが望ましい。
【００１３】
また、ストレークとしては、迎角が大きくなったときに、渦が発生する形状であれば良く、迎角が小さいときには、発生する抗力が小さくなるような形状とすることが望ましい。更に、張出翼は、特に限定するものではないが、その翼弦長が、方形翼の前縁から方形翼の翼弦長の１／３〜１／２程度まで延び、平面視矩形状とすることが望ましく、その後縁にエルロンを備えても良い。
【００１４】
本発明によると、方形翼を略正方形とし、その前縁前方に胴体から左右に形成されたストレークを備えたことで、超低速飛行（従来の固定翼機では飛行不可能な速度での飛行）をするために迎角を大きくすると、方形翼上面の気流は剥離するものの、図４（Ａ）に示すように、左右のストレークから渦が発生し、方形翼上面を流れる。この渦は安定しており、且つ、渦近傍の方形翼上面の剥離しかけた気流にエネルギーを与えて剥離を抑制して、左右の翼のバランスを保つことが可能となり、機体が安定すると共に、所定の揚力も得られ、回転翼機並みの超低速飛行を実現することができる。
【００１５】
また、方形翼の一辺を前縁としている、すなわち、主翼となる方形翼の後退角を略０゜とし、全体を略正方形としており、限られた全幅及び全長の中では、三角翼や円形翼と比較して、翼の面積を最大とすることができるので、低速度でも大きな揚力を得ることが可能となり、超低速飛行をすることができる。
【００１６】
更に、方形翼の両端に張出翼を備えているので、この張出翼により機体の横揺れ運動を減衰させることができ、超低速飛行の際でも、安定して飛行することができる。また、横揺れを減衰させるためのロールダンパー等を必要としないので、重量やコストを軽減させることができる。なお、張出翼の後縁にエルロンを備えることで、更に横揺れの制御が可能となり、簡単な構成で超低速飛行時の操縦性を向上させることができる。
【００１７】
また、方形翼の後部に尾翼の機能を持たせることができるので、機体の構成が簡略化され、重量の低減や、製造に係るコストを低減させることができる。なお、この場合、方形翼の後縁に、エレベータとエルロンとを兼ねたエレボンを備えて、ロールとピッチの制御を行うようにすることが望ましい。
【００１８】
更に、方形翼、ストレーク、張出翼を一体化しているので、それらを一つの部品で構成することで、軽量化することができ、少ない揚力でも飛行することが可能となり、安定した超低速飛行を実現することができる。また、それらを組み立てる工数を削減することが可能となるので、製造に係るコストを低減させることができる。また、簡単な構造となっているので、メンテナンス性に優れたものとすることができる。
【００１９】
なお、本発明では、超低速飛行等をする際に、機体を推進するための推進手段の推力により揚力を補うようにしてもよく、より安定した超低速飛行をすることができる。
【００２０】
また、無人飛行機の操縦については、地上などからの遠隔操縦するために、操縦信号を受信する受信手段と、受信手段からの操縦信号に基づいて推進手段，エレベータ，エルロン，ラダー，エレボン等を作動させる制御手段とを備えても良く、公知の無線操縦装置を用いることができる。或いは、上記制御手段と、操縦手順等を記憶する記憶手段とを備えて、自動的に操縦飛行させるものでも良い。
【００２１】
本発明に係る無人飛行機は、上記の構成に加えて、「前記方形翼の略中央に切欠き部を備え、該切欠き部に推進手段を配置した」構成とすることもできる。
【００２２】
ここで、推進手段としては、特に限定するものではないが、プロペラを回転させて空気を吹出す反力により推進させるもの、燃料の燃焼により発生するガスの反力により推進させるもの、等を例示することができる。
【００２３】
そこで、本発明によると、方形翼中央の切欠き部に推進手段を配置したので、推進手段よりも前方の位置を、無人飛行機の制御部等の搭載スペースとすることで、搭載機器に対し推進手段からの影響を受け難くすることができる。例えば、その搭載スペースに情報収集用の機器としてカメラを搭載した場合、プロペラ等の推進手段がないので、良好な視界を確保することが可能となり、良好に情報収集をすることができる。
【００２４】
なお、推進手段として、プロペラを用いた場合、燃焼ガスの反力によるジェット推進と比較して、安価なエンジンを用いることができると共に、耐熱性に優れた機体とする必要がないので、無人飛行機のコストを低くすることができる。また、プロペラを用いた方が、低速での飛行速度の制御がし易く好適である。
【発明の効果】
【００２５】
上記のように本発明によると、通常の固定翼機では飛行することのできない低速飛行以下の超低速でも安定して飛行することができると共に、製造コストやメンテナンス性に優れた無人飛行機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための最良の形態である無人飛行機について、図１及び図２に基づき説明する。図１は、本発明の一実施形態である無人飛行機の斜視図であり、図２は、図１の無人飛行機の平面図である。本例の無人飛行機は、無線等を用いて遠隔操縦することができ、胴体内部に搭載したカメラ等で上空から情報収集するためのものである。
【００２７】
図示するように、本例の無人飛行機１０は、左右方向の略中心に胴体１１を有し一辺が前縁１２となる平面視略正方形の方形翼１３と、方形翼１３の前縁１２から前方に、且つ、胴体１１から左右に形成されたストレーク１４と、方形翼１３の翼端１５前部に、左右方向外側に張り出す張出翼１６とから構成されている。
【００２８】
また、無人飛行機１０には、方形翼１３の略中央に備えられた切欠き部１７に配置された推進手段１８と、推進手段１８のプロペラ１９の外周を覆う円筒状のダクト２０と、方形翼１３における切欠き部１７の後部且つ左右に立設された垂直尾翼２１と、方形翼１３の下側に脚２２を介して配置された車輪２３とを更に備えている。
【００２９】
方形翼１３は、図２にも示すように、平面視略正方形とされ、その一辺を前縁１２とすることで翼の後退角が略０゜となっており、限られた全幅及び全長の中では、翼の面積が三角翼や円形翼と比較して広くなっているので、より大きな揚力が得られるようになっている。また、方形翼１３は、その胴体１１の約半分が方形翼１３の前縁１２から前方に所定長さ突出し、胴体１１の後部には、平面視略矩形状の切欠き部１７が貫通した状態で備えられている。
【００３０】
また、方形翼１３は、その後部が通常の飛行機における尾翼のうち水平尾翼の機能を一体に持たせた形態となっており、その後端部に昇降舵（エレベータ）と補助翼（エルロン）の機能を兼ね備えたエレボン２４が全幅に渡って備えられている。このエレボン２４により、無人飛行機１０を上昇や下降を制御したり、揚力を増加させたり減少させたりすることができる。なお、本例の方形翼１３は、そのアスペクト比：Ｗ１／Ｌ１が約０．９８とされている。
【００３１】
ストレーク１４は、平面視略扇形状とされ、方形翼１３の前縁１２から前方且つ胴体１１の左右両側面に一体的に備えられている。このストレーク１４は、低速度の時に、迎角を大きくすると、図４に示すような渦を発生させるものである。また、迎角が小さいときに、抗力が小さくなるような形状とされている。
【００３２】
張出翼１６は、方形翼１３の両翼端１５前部、すなわち、その前縁が方形翼１３の前縁１２と続き、後縁が方形翼１３の前後方向略中央付近となる前後方向に長い平面視矩形状をなしており、方形翼１３と一体に形成されている。
【００３３】
また、張出翼１６は、その後部にはエルロン２５が備えられており、このエルロン２５により、無人飛行機１０にかかる左右の揚力を夫々独立して増加させたり減少させたりすることができ、超低速飛行等の際に、姿勢制御等に用いられるものである。
【００３４】
この張出翼１６は、飛行時に、方形翼１３と同様に揚力を発生させる他に、機体の中心軸から左右方向に離れているので、機体がロールする時に抵抗となり、ロールダンパーの働きも備えている。
【００３５】
推進手段１８は、胴体１１の後部に取付けられたエンジン２６と、エンジン２６の回転出力軸に支持されたプロペラ１９とを備えている。本例のエンジン２６は、グロープラグによるレシプロエンジンとされている。なお、図中符号２７は、エンジン２６の排気系に取付けられたサイレンサーである。
【００３６】
推進手段１８は、図示しない燃料タンクからキャブレターを介してエンジン２６に燃料を供給することでエンジン２６を駆動し、その出力軸に支持されたプロペラ１９を回転させることで推力を発生させるものである。胴体１１内に搭載された図示しない後述の制御手段により、キャブレターの開度を制御することで、エンジン２６の回転数すなわちプロペラ１９の回転数を制御して、推力を変化させることができる。
【００３７】
ダクト２０は、推進手段１８におけるプロペラ１９の外周を覆うように備えられており、このダクト２０により、プロペラ１９の前方以外からの空気の巻き込みを抑えると共に、プロペラ１９の回転により発生する空気の流れを整流して推進効率を向上させている。また、ダクト２０により、回転中のプロペラ１９に触ったり物等が接触したりするのを防止している。
【００３８】
垂直尾翼２１は、方形翼１３における切欠き部１７の後部且つ左右に立設されており、詳しくは、切欠き部１７の前後方向中央付近から方形翼１３の後縁まで延び、切欠き部１７の左右に夫々方形翼１３に立設されている。この垂直尾翼２１の後部には、無人飛行機１０の左右方向の姿勢を制御するためのラダー２８（方向舵）が備えられている。
【００３９】
ところで、胴体１１の図示しない内部には、無人飛行機１０の飛行を制御するための制御手段が備えられており、この制御手段により、エンジン２６，エレボン２４，エルロン２５，ラダー２８をサーボモータとリンクとを介して制御することができる。胴体１１内部には、操縦信号等を受信する受信手段が備えられており、受信した操縦信号を制御手段に送ることで、上記の各部位が作動して、地上等に設けられた基地等から遠隔操縦が可能となっている。
【００４０】
また、胴体１１の内部には、情報収集するための情報収集手段が搭載されている。この情報収集手段は、静止画或いは動画等の映像を撮影可能なカメラからなる撮影手段と、無人飛行機１０の位置や高度、速度等を、ＧＰＳ等を用いて取得する位置情報取得手段と、撮影手段及び位置取得手段からの情報を地上等の基地に伝送する伝送手段とを備えている。これにより、収集された情報が基地に伝送されるようになっている。
【００４１】
本例では、胴体１１の先端部に撮影手段のレンズ２９が備えられており、無人飛行機１０より前方が撮影可能となっている。なお、本例では、上記の方形翼１３，ストレーク１４，張出翼１６が、一体成形されている。また、図示は省略するが、車輪２３は、左右に夫々備えられていると共に、方形翼１３の後部下面にも車輪が備えられている。
【００４２】
因みに、本例の無人飛行機１０は、全長Ｌが約１．２ｍ、全幅Ｗが約１．４ｍ、翼面積約０．６ｍ２、搭載可能重量約５００ｇ、全備重量約４．５ｋｇ、超低速飛行時の飛行速度は３〜６ｍ／ｓｅｃ、となっている。
【００４３】
次に、本実施形態の無人飛行機１０の飛行について説明する。まず、推進手段１８のエンジン２６を始動させて、プロペラ１９を回転させる。そして、エンジン２６の回転数を所定以上とすることで、プロペラ１９の推力により無人飛行機１０は、前方に推進されると共に、所定の速度を超えると、方形翼１３に発生する揚力が無人飛行機１０の重さよりも大きくなり飛行する。
【００４４】
超低速飛行をするには、エンジン２６の回転数を低くすることで、推進手段１８の推力を低下させると、無人飛行機１０にかかる空気抵抗により、その速度が低下する。そして、速度の低下に伴って、方形翼１３等の翼上面にかかる揚力が低下する。そこで、エレボン２４を操作して、無人飛行機１０の機首を上げることで、迎角を大きくし、翼上面を流れる気流の速度を速くして飛行可能な揚力を得るようにする。
【００４５】
そして、低速飛行から更に速度を遅くすると共に、揚力を得るために迎角を大きくすると、方形翼１３上面の気流が剥離するものの、ストレーク１４から、図４に示すような渦が発生して、方形翼１３の上面を流れることで、その渦から渦近傍の方形翼上面の剥離しかけた気流にエネルギーが与えられて剥離するのが抑制される。これにより、機体が安定すると共に、揚力が得られ失速することなく、超低速で飛行する。
【００４６】
更に、速度を遅くすると、飛行に可能な揚力が得られなくなるが、迎角をそのまま、或いは、更に大きくして、エンジン２６の回転数を上げることで、推進手段１８の推力の内、下向き成分を利用して揚力を補うようにすることで、更に遅い速度でも飛行することもできる。
【００４７】
なお、超低速飛行時は、気流の剥離により、機体が不安定になるが、張出翼１６のエルロン２５を適宜操作することで、機体を安定させて操縦することができる。
【００４８】
このように、本例の無人飛行機１０によると、飛行速度を遅くして迎角を大きくしても、ストレーク１４から発生する渦が方形翼１３上面を流れるので、この渦から渦近傍の方形翼上面の剥離しかけた気流にエネルギーが与えられて剥離を抑制し、左右の翼のバランスを保つことが可能となり、機体が不安定にならず所望の揚力も得られ、回転翼機並みの超低速飛行をすることができる。
【００４９】
また、張出翼１６とエルロン２５により、超低速飛行時でも、機体のロールを抑制することができると共に、機体を安定させることができるので、操縦性を良好に維持することができる。
【００５０】
更に、方形翼１３，ストレーク１４，張出翼１６を一体化し一つの部品で構成しているので、より軽量化することができ、少ない揚力でも飛行することが可能となると共に、安定した超低速飛行ができる。また、それらを組み立てる工数を削減することが可能となるので、製造に係るコストを低減させることができる。
【００５１】
また、無人飛行機１０を固定翼機としているので、全体の構成を簡単な構造とすることができ、安価に製造することができると共に、メンテナンス性に優れたものとすることができる。
【００５２】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００５３】
すなわち、本実施形態の無人飛行機１０は、方形翼１３に切欠き部１７を備え、その切欠き部１７に推進手段１８を配置したものを示したが、これに限定するものではなく、例えば、図３に示すような、無人飛行機３０とすることもできる。この無人飛行機３０は、方形翼１３の切欠き部を廃止すると共に、推進手段１８を胴体１１の先端に配置するようにしても良い。これにより、方形翼１３に切欠き部がないので、その分、方形翼１３の上面に揚力を発生させることができるので、より安定した超低速飛行を実現することができる。なお、図１の例と同じ構成のものについては、同一の符号を付すと共に、説明は省略する。
【００５４】
また、本例では、無人飛行機１０に、情報収集手段として、カメラ等の撮影手段を搭載したものを示したが、これに限定するものではなく、通信などの中継手段や、物の運搬などに用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態である無人飛行機を示す斜視図であ。
【図２】図１の無人飛行機を示す平面図である。
【図３】図１とは異なる実施形態の無人飛行機を示す斜視図である。
【図４】超低速飛行時における本発明のストレークの作用を示す説明図である。
【図５】（Ａ）は本発明と比較するためにストレークを備えない場合の気流の流れを示す説明図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  無人飛行機
１１  胴体
１２  前縁
１３  方形翼
１４  ストレーク
１５  翼端
１６  張出翼
１７  切欠き部
１８  推進手段
３０  無人飛行機
【図１】
2005335425.tif 000003
【図２】
2005335425.tif 000004
【図３】
2005335425.tif 000005
【図４】
2005335425.tif 000006
【図５】
2005335425.tif 000007