(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行機において、
中央キャビン（１）と、
該キャビンの周りで少なくとも部分的に伸びる翼（３）と、
揚力及び前進推力を発生させる駆動装置（１０１乃至１１２）であって、その少なくとも一部分が垂直位置から水平位置に枢動される複数の前記駆動装置と、
該駆動装置（１０１乃至１１２）の少なくとも一部分の動力を個別的に調節する手段とを備え、
前記垂直位置において、駆動装置（１０１乃至１１２）が、飛行機の重量を上昇させるのに十分な揚力を発生させ、前記水平位置において、前記駆動装置が、前進推力を発生し得るようにされる一方、前記揚力が前記キャビン（１）及び前記翼（３）により発生される、飛行機。
【請求項２】
請求項１の飛行機において、前記駆動装置の少なくとも幾つかが個別的に枢動可能である、飛行機。
【請求項３】
請求項２の飛行機において、枢動可能な駆動装置の各々が、枢動枢軸の周りで枢動可能であり、前記枢動軸が互いに対して平行で且つ前記飛行機の前進方向に対し垂直である、飛行機。
【請求項４】
請求項１乃至３の１つの項の飛行機において、前記駆動装置（１０１乃至１１２）がダクト付きファンを備える、飛行機。
【請求項５】
請求項４の飛行機において、前記ダクト付きファンが可変の出口直径を有する、飛行機。
【請求項６】
請求項５の飛行機において、ダクト付きファンが引込み可能な拡がった出口（４０）を有する、飛行機。
【請求項７】
請求項５又は６の１つの項の飛行機において、駆動装置を垂直位置から水平位置に枢動させることにより出口直径が縮小する、飛行機。
【請求項８】
請求項１乃至７の１つの項の飛行機において、駆動装置（１０１乃至１１２）が円形に配置される、飛行機。
【請求項９】
請求項１乃至８の１つの項の飛行機において、前記駆動装置（１０１乃至１１２）がキャビン（１）と前記翼（３）との間に配置される、飛行機。
【請求項１０】
請求項１乃至９の１つの項の飛行機において、翼（３）が円形の翼である、飛行機。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の１つの項の飛行機において、キャビン（１）と翼（３）との間に円形の空隙（４）を備え、該空隙内に駆動装置（１０１乃至１１２）が配置される、飛行機。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の１つの項の飛行機において、枢動可能な駆動装置（１０１乃至１１２）の推力枢軸が、駆動装置の前進推力を発生させる水平位置まで枢動可能であり、該水平位置において、推力枢軸が翼（３）の中央面の上方に配置される、飛行機。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の１つの項の飛行機において、少なくとも５つの駆動装置（１０１乃至１１２）を備える、飛行機。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の１つの項の飛行機において、少なくとも６つの駆動装置（１０１乃至１１２）を備える、飛行機。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の１つの項の飛行機において、駆動装置（１０１乃至１１２）の各々が調節可能なブレード角度を有するファンを備える、飛行機。
【請求項１６】
請求項１乃至１５の１つの項の飛行機において、前記駆動装置（１０１乃至１１２）の全てが同一である、飛行機。
【請求項１７】
請求項１乃至１６の１つの項の飛行機において、前記駆動装置の各々が１つの電気モータを備える、飛行機。
【請求項１８】
請求項１乃至１７の１つの項の飛行機において、前記駆動装置が、飛行機のピッチ及びロールを制御し得るように直線状に配置されない、飛行機。
【請求項１９】
請求項１乃至１８の１つの項の飛行機において、
中央キャビン（１）と、
該キャビンの周りで少なくとも部分的に伸びる翼（３）と、
揚力及び前進推力を発生させ得るように、キャビン（１）と翼（３）との間に配置された駆動装置（１０１乃至１１２）であって、その少なくとも一部分が垂直位置から水平位置に枢動される複数の前記駆動装置とを備える、飛行機。
【請求項２０】
請求項１乃至１９の１つの項の飛行機において、
前記駆動装置を駆動する電力を発生させる少なくとも一つの発電機（１５）と、
前記発電機（１５）を駆動する少なくとも一つのエンジン（１４）とを備える、飛行機。
【請求項２１】
揚力及び前進推力を発生させる枢動可能な複数の駆動装置（１０１乃至１１２）を備え、該駆動装置の各々が１つの推力枢軸を有する飛行機を操縦する方法において、
空中停止状態の飛行のため、飛行機の重量を上昇させるべく揚力を発生させ得るように前記駆動装置（１０１乃至１１２）の前記推力枢軸を下方に調節するステップと、
巡航飛行のため、前進推力を発生させるべく前記駆動装置（１０１乃至１１２）の前記推力枢軸を水平方向に調節するステップとを備え、前記巡航飛行中、前記飛行機のキャビン（１）及び翼（３）により揚力が発生され、
空中停止状態の飛行中、飛行機の姿勢が、駆動装置を傾動させ且つ駆動装置の推力を調節することにより専ら制御される、飛行機を操縦する方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の飛行機を操縦する方法において、揚力及び前進推力を発生させる空気ジェットを発生する枢動可能な駆動装置（１０１乃至１１２）を備え、該駆動装置の各々が１つの推力枢軸を有する飛行機を操縦する方法であって、
空中停止状態の飛行のため、飛行機の重量を上昇させるべく揚力を発生させ得るように前記駆動装置（１０１乃至１１２）の前記推力枢軸を下方に調節するステップと、
巡航飛行のため、前進推力を発生させるべく前記駆動装置（１０１乃至１１２）の前記推力枢軸を水平方向に調節するステップとを備え、前記巡航飛行中、前記飛行機のキャビン（１）及び翼（３）により揚力が発生され、
駆動装置の少なくとも幾つかの出口直径を縮小させ又は駆動装置の少なくとも幾つかのファンのファンブレード角度を増大させることにより、空中停止状態の飛行中よりも巡航飛行中の方が大きい値となるように駆動装置の出口空気速度が調節される、飛行機を操縦する方法。
【請求項２３】
請求項２１又は２２に記載の飛行機を操縦する方法において、飛行機の姿勢が駆動装置を傾斜させかつ駆動装置の推力を調節するだけで制御される、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願の相互参照】
本出願は、その開示内容の全体を参考として引用し本出願に含めた、１９９９年１０月２６日付けで出願された、スイス国特許出願第１９５９／９９号及び１９９９年１２月３０日付けで出願された、米国特許出願第０９／４７５３２５号の優先権を主張するものである。
【０００２】
【技術分野】
本発明は、飛行機及びその操縦方法、特に、電気駆動のモータを備える飛行機に関する。
【０００３】
【背景技術】
近代の飛行機は、高度の安全性を経済的な効率と組み合わせなければならない。更に、これらの飛行機は、色々な用途に適応するものでなければならない。
【０００４】
例えば、米国特許第５，４１９，５１４号に開示されたような、ＶＴＯＬ型式の飛行機により極めて多機能の着想が提供される。この分野にて色々な設計のものが提案されているが、特に、安全性及び効率の観点からして、近代の商業的飛行の必要条件を充たす飛行機をもたらすものはない。
【０００５】
【発明の開示】
このため、解決すべき課題は、高度の安全性及び経済的効率を提供する飛行機及びその飛行機の操縦方法を提供することである。
【０００６】
この課題は、独立請求項によって達成される。
本発明によれば、駆動力は、発電機を駆動する燃焼エンジンにより発生される。発電機からの動力は、飛行機の揚力及び前進推力を発生させるため電気作動型装置によって使用される。このことは、燃焼エンジンの重量とエネルギ貯蔵量との良好な比を電気モータの信頼性及び迅速な応答性と組み合わせることになる。エンジンは、発電機のみを駆動するため、その作動パラメータは、従来の飛行機のエンジンよりも変動が少なく、このことは、欠点を少なくし且つ効率を向上させることになる。
【０００７】
駆動装置の一部又は好ましくは全ては、個別的に枢動し、その推力を需要量に従って調節することができる。これらの装置は電気モータを使用し、燃焼エンジンは使用しないため、枢動動作によりその確実な作動が損なわれることはない。駆動装置は、垂直位置から水平位置まで枢動させることができる。この垂直位置において、駆動装置は飛行機を空中停止の飛行状態に支える揚力を発生させる。水平位置において、これらの駆動装置は、飛行機が巡航飛行するための前進推力を発生させる。
【０００８】
駆動装置は、管状のハウジング内に配置された少なくとも１つのファン又はインペラを備えるダクト付きファンであるように設計されることが好ましい。かかるダクト付きファンは、極めて速い流速度に達し且つ発生する騒音レベルは低い。
【０００９】
駆動装置を円形に配置することにより、特に安定的で且つ制御が容易な形態が提供される。好ましくは、該飛行機は、中央キャビンと、該キャビンの周りに配置された円形の翼とを備えるものとする。駆動装置は、キャビンと円形の翼との間に配置されている。極めて対称の設計であることが好ましく、中央キャビンと円形の翼との間に駆動装置を受け入れる空隙が提供され、その理由は、かかる飛行機は少数の簡単なユニットから組み立てることができるからである。
【００１０】
その水平位置において、駆動装置の推力枢軸は、円形翼の中心面の周りに配置されており、このため、その表面における空気流が増し且つ揚力は増大する。
好ましくは、少なくとも５つの駆動装置が使用されるようにし、それは、４つの駆動装置のみを使用するとき、その１つが機能しなくなれば、殆どの状況にて制御不能な形態となるからである。
【００１１】
また、駆動装置を直線状ではなく、例えば、円形に配置することが好ましく、それは、かかる円形の配置は、ピッチ動作及びロール動作を安全に制御することを可能にするからである。このことは、顕著なピッチ動作を補償しなければならない、空中停止状態の飛行から巡航飛行に移行する間、特に重要なことである。
【００１２】
飛行機は、空中停止状態の飛行及び巡航飛行にて操縦することができる。空中停止状態の飛行中、駆動装置は、下方に枢動されて飛行機を空中に保つための揚力を発生させる。巡航飛行中、駆動装置は、後方に枢動されて、前進推力を発生させ、この場合、揚力は、胴体のプロフィールによって動的に発生される。
【００１３】
飛行機の姿勢、すなわち、そのピッチ、ロール及びヨーは、駆動装置を枢動させ且つその推力を調節することにより制御することができる。
以下の詳細な説明を検討するならば、本発明は一層良く理解され、また、上記に掲げた目的以外の目的が明らかになるであろう。
【００１４】
その説明は、以下の図面に関して説明する。
【００１５】
【発明を実施するための形態】
飛行機の１つの好ましい実施の形態の基本的設計が図１乃至図３に図示されている。この設計は、中央ディスク２の中央に配置された細長い中央キャビン１が備えている。中央ディスク２の周りに同心状に円形の翼３が配置されている。リング形状の空隙４が中央ディスク２及びキャビン１に対して同心状に且つこれらの周りに配置されている。半径方向スポーク５が空隙４を貫通して伸びている。１２の駆動装置１０１乃至１１２が中央翼３の内側部に沿ってスポーク５の間に配置されている。これらの駆動装置の設計及び機能について以下に詳細に説明する。
【００１６】
図２及び図３に図示するように、飛行機のこの実施の形態は、２人のパイロット及び６人の搭乗者用のスペースを提供する。キャビン１は、制御コントロール１０及び入口１１に対する場を更に提供する。キャビン１上に取り付けられた４つの伸長可能な脚部１２はパーキング及びタキシングのために使用される。
【００１７】
キャビン１の横方向にて中央ディスク２には、２つの燃焼エンジン１４が配置されており、これらのエンジンの各々は、発電機１５を駆動する。発電機１５は、電気駆動の駆動装置１０１乃至１１２に供給するための電力を提供する。エンジン１４及び発電機１５は、１つのエンジン又は発電機が故障した場合でも安全に着陸するのに十分な動力が得られるような寸法とされている。
【００１８】
駆動装置の各々は、インペラ又はベンチレータ２０と、電気モータとを有する電動のダクト付きファンを備えている。インペラ又はファン２０は、管形状のダクト２２内に同軸状に配置されている。ダクト２２は、２つのアーム２４、２５の間に枢動可能に取り付けられている。ダクト付きファンの枢動可能な位置は、９０°以上の範囲内にて電気アクチュエータによって制御される。特に、駆動装置は、飛行機に対する前進推力を発生させる、図１に図示した水平位置から、上昇推力を発生させる、図２の垂直位置まで枢動可能である。
【００１９】
前述したように、全ての駆動装置は、発電機１５により給電され、駆動装置の各々の動力は、概略図的に図示した制御装置２９により個別的に制御される。また、制御装置２９は、駆動装置の各々の枢動位置を個別的に制御することもできる。この目的に必要とされる全ての制御信号は、パイロットの飛行指令から計算される。パイロットは、個々の構成要素の調節について悩む必要はなく、単に、自己の飛行機のピッチ、ヨー及び速度についてパイロットが関心のあるパラメータを示せばよい。
【００２０】
飛行機は、空中停止状態の飛行及び巡航飛行にて操縦することができ、また、飛行機は、これら２つの状態間の移行を安全に取り扱うことができる。
空中停止状態の飛行中及び始動並びに着陸時にて、駆動装置１０１乃至１１２は、枢動され、このため、これらの駆動装置は下方に向けた空気ジェット３０を発生させる。このことは、図２に図示した位置に相応する。このようにして発生された揚力は、完全な積載状態及びタンク状態の飛行機を空中停止状態に保つのに十分である。
【００２１】
空中停止状態の飛行における飛行機の姿勢及び変位は、駆動装置１０１乃至１１２の動力及び枢動角度により調節することができる。
揚力を調節するため、全ての駆動装置の動力を同時に増大させ又は減少させることができる。
【００２２】
横方向駆動装置１０３、１０４、１０９、１１０の動力を減少又は増大させることにより飛行機のロールを制御し、前進及び後進駆動装置１０１、１１２、１０６、１０７の動力を減少又は増大させることによりピッチを制御し、及び横方向駆動装置１０３、１０４、１０９、１１０を反対方向に枢動させることによりヨーを制御することが好ましい。
【００２３】
飛行機の横方向へのオフセットは一側部における駆動装置の推力の減少により実現することができ、これにより、僅かな横方向推力が生じることとなる僅かなロールを発生する。
【００２４】
飛行機の前進動作及び後進動作は、例えば、全ての駆動装置を傾動させることにより制御することができる。
高速の巡航飛行中、全ての駆動装置は、図１に図示するように、飛行方向Ｆに対し平行に配置し、これにより後方に向けた空気ジェットを発生させ、これにより、前進動作するための推力を発生させることが好ましい。揚力は、飛行機の空気力学的外形（円形の翼及びキャビン）により発生される。
【００２５】
巡航飛行中に姿勢を制御するため、駆動装置の枢動角度及び／又は推力が調節される。フラップ、ラダー、又はエルロンは全く不要である。
空中停止状態の飛行及び巡航飛行の間にて移行するとき、駆動装置は、図２及び図３の垂直位置から図１の水平位置に移動する。この目的のため、全ての駆動装置は、例えば、約９０°だけ同時に且つゆっくりと枢動する。これと代替的に、他方の駆動装置が下方を向いているままである間に、駆動装置の一部分のみを枢動することにより移行が開始するようにしてもよい。
【００２６】
飛行機の当該実施の形態は、垂直に着陸するため設計されている。緊急着陸のため、飛行機内部にパラシュートが配置されており、このパラシュートは、大きい翼面積と共に、降下を十分に弱めるのに十分である。緊急着陸の場合、ばね減衰脚部１２が衝撃吸収領域を提供する。
【００２７】
駆動力が失われたとき、駆動装置は、依然として、枢動させた状態とし且つフラップとして使用することができ、このため、滑空飛行が可能である。
図１乃至図３に図示した飛行機の実施の形態は、約８ｍの外径及び約２９ｍ2の翼面積を有している。この飛行機は、合成材料で製造することができ且つ自重が約２トンである。最大離陸重量は３．６トンであり、冗長性を持つエンジン出力は２×１６００馬力であり、駆動装置の全出力は１００ＫＷである。飛行機は、異なる寸法に容易に大型化することができる。
【００２８】
飛行機の寸法に依存して、駆動装置の数を変更することができる。少なくとも５つ、好ましくは、少なくとも６つの駆動装置であることが好ましい。
飛行機が対称であり且つ幾つかの同一の駆動装置を採用するため、製造及び予備品の管理並びにメンテナンスは大幅に簡略化される。これと同時に、飛行機は高度の安定性を有する。
【００２９】
当該実施の形態において、飛行機の円形の翼３は完全に丸形である。しかし、キャビン１の実質的に正接状態に配置された幾つかの直線状の翼部分から円形のリングを形成することが可能である。又は、翼は楕円形の形状とすることができる。特許請求の範囲にて使用した「円形の翼」という語は、かかる実施の形態の全てを包含するものである。
【００３０】
その他の翼の形状、特に、三角形の翼も同様に使用可能である。
当該飛行機は、乗客用又は貨物用乗物として適している。垂直に離陸するその能力のため、この飛行中は、スペースが狭い箇所にて使用することもできる。
【００３１】
駆動装置に対し幾つかの電気モータが使用されるため、飛行機は、付与される力が変化するとき、極めて迅速に反応することができ、また、極めて可動性である。更に、多くの駆動装置が使用されているため、個々のモータは比較的小さく、このためモータは迅速に応答することができる。
【００３２】
空中停止状態の飛行中、飛行機の速度はかなり遅い一方、駆動装置１０１乃至１１２が発生すべき推力は、かなり大きくなければならない。巡航飛行の間、飛行機の速度は速い一方、空中停止状態の飛行中、より小さい推力とすることができる。従って、空中停止状態の飛行のため、大きい推力を提供する一方、巡航飛行のため、大きい出力空気速度を提供するように、駆動装置を設計することが好ましい。
【００３３】
この条件を充足する駆動装置の１つの好ましい実施の形態が図４に図示されている。理解し得るように、駆動装置の空気出口４０は、拡がった開口部を形成するように配置された複数の案内板４２により形成される。図４の位置における案内板４２の出口直径Ｄは、案内板４２が無い出口直径よりも大きい。典型的に、直径Ｄは、例えば、案内板４２を有する場合、９５ｃｍとし、案内板が無い場合、６５ｃｍとすることができる。出口直径を縮小させるため、案内板４２をダクト２２内に引込めることができる。従って、伸長した案内板４２及び大きい出口直径Ｄを有する図４の配置は、空中停止状態の飛行のため使用する一方、案内板４２は、巡航飛行のために引込める。
【００３４】
案内板４２をダクト２２内に引込めることに代えて、案内板４２は、駆動装置内の枢軸に向けて枢動可能な構造とし、これにより、引込めずに直径Ｄを縮小させることができる。
【００３５】
出口開口部の絞り構造又はストッパ板による閉塞部分のような、駆動装置の出口直径を縮小させるその他の構成が当該技術分野の当業者に既知である。
案内板４２は、専用のサーボモータにより作動させることができる。しかし、好ましくは、その動作は、駆動装置の枢動動作に接続され、このため、駆動装置がその垂直位置からその水平位置に枢動されるとき、直径Ｄは自動的に縮小する。
【００３６】
調節可能な出口直径Ｄを使用することに代えて又はこれに加えて、インペラ又はベンチレータ２０のブレード角度を調節することができる。この直径は、巡航飛行中増大させ、空中停止状態飛行中、縮小させることができる。
【００３７】
本発明の現在の好ましい実施の形態を図示し且つ説明したが、本発明はこれにのみ限定されるものではなく、特許請求の範囲内にて色々に具体化し且つ実施することが可能であることを明確に理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  巡航飛行中の本発明の１つの実施の形態を示す正面図である。
【図２】  離陸位置にある、図１の飛行機の断面図である。
【図３】  図２の飛行機の水平方向断面図である。
【図４】  外径が調節可能な駆動装置の部分断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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