(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内の周囲が閉鎖された飛行路を、地面効果が作用する程度の高さに浮上して飛行する飛行体であって、アスペクト比（翼幅／翼弦）を１以下にするとともに、揚力／抗力を１０以上にし、更に主翼の翼端面を略垂直な平面となし、前記飛行路の側壁に対して翼端面を正の仰角に設定し、飛行路の側壁との間で側壁効果による飛行路中心方向への軌道修正力が生じるようにしてなることを特徴とするトンネル内飛行体。
【請求項２】
胴体及び主翼の内部に客室又は貨物室を設けてなる請求項１記載のトンネル内飛行体。
【請求項３】
胴体の高さと主翼の最大厚さを略一致させてなる請求項１又は２記載のトンネル内飛行体。
【請求項４】
都市間に通したトンネル内の周囲が閉鎖された飛行路を、地面効果が作用する程度の高さに浮上して飛行する飛行体を用いた高速輸送システムであって、前記飛行体はアスペクト比（翼幅／翼弦）を１以下にするとともに、揚力／抗力を１０以上にし、更に前記飛行体の主翼の翼端面を略垂直な平面となし、前記飛行路の側壁に対して翼端面を正の仰角に設定し、飛行路の側壁との間で側壁効果による飛行路中心方向への軌道修正力が生じるようにしてなることを特徴とするトンネル内飛行体を用いた高速輸送システム。
【請求項５】
前記飛行体の胴体及び主翼の内部に客室又は貨物室を設けてなる請求項４記載のトンネル内飛行体を用いた高速輸送システム。
【請求項６】
前記飛行体の胴体の高さと主翼の最大厚さを略一致させてなる請求項４又は５記載のトンネル内飛行体を用いた高速輸送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル内飛行体及びそれを用いた輸送システムに係わり、更に詳しくは地中又は地上に設けたトンネル内を僅かに浮上した状態で飛行することが可能な飛行体及びこの飛行体を用いた旅客、貨物の輸送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機が地面の近傍を飛行すると、機体は空力的な力を地面から受ける。これは、翼の地面効果として広く知られ、実際にこの効果を用いた航空輸送機も開発されている。近年、特開平５−１７０１９０号公報にて、地面効果を有効に利用してトンネルの閉鎖空間内を飛行する新しい次世代型の輸送システムが提案されている。この構想は、大都市間の地下に巨大なトンネルを掘削し、列車の代わりに飛行機で大量の人を輸送しようとするものである。
【０００３】
この地中飛行機による交通システムは、自由空間を航行する現行の飛行機と比べると、多くの利点を有する。第一に、地面効果を利用できることから輸送効率が良いこと、第二に、空港は都市直下型であるから空港から都市部へのアクセスの所要時間は短くて済むこと、第三に、地下の閉鎖空間を用いることから、天候に左右されないこと等は最も大きな利点である。現行の輸送手段が高速になればなるほど深刻化する問題として、騒音と大気汚染があるが、提案された飛行機の推進機からの排気ガスは閉鎖空間内で排出されることから回収が簡便であること、騒音は地上に何ら影響を及ぼさないことは、公害がなく地球環境に適合した高速交通手段として今後益々重要となる。
【０００４】
しかし、前述の公報において提案された輸送システムでは、飛行機の諸元として、幅２５ｍ、全長６０ｍ、全高さ９ｍ、全備重量９０ｔ、空重量４５ｔ、旅客４００人、燃料５ｔ、巡行速度６００ｋｍ／ｈ、浮上速度３００ｋｍ／ｈに設計すると記載されているが、通常の飛行機に比較して幅（両主翼端の間隔）及び高さが小さくなっているものの、浮上速度３００ｋｍ／ｈを想定していることから大きな揚力を得るために大きな面積、大きなアスペクト比の主翼が必要である。そのため、直径５０〜５６ｍの巨大なトンネルが必要となるのであって、建設費用も莫大になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、トンネルの断面積を小さくして建設費用を大幅に削減することができるにも係わらず、輸送効率が低下せず、また飛行の安定性に優れたトンネル内飛行体及びそれを用いた高速輸送システムを提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題解決のために、トンネル内の周囲が閉鎖された飛行路を、地面効果が作用する程度の高さに浮上して飛行する飛行体であって、アスペクト比（翼幅／翼弦）を１以下にするとともに、揚力／抗力を１０以上にし、更に主翼の翼端面を略垂直な平面となし、前記飛行路の側壁に対して翼端面を正の仰角に設定し、飛行路の側壁との間で側壁効果による飛行路中心方向への軌道修正力が生じるようにしてなるトンネル内飛行体を構成することによって、輸送効率を低下させずに小型化が図れ、もってトンネルの断面積を小さくして建設費用を大幅に削減することができるとともに、飛行路の中心に沿った安定性の高い飛行が可能になる。
【０００８】
また、飛行体の胴体及び主翼の内部に客室又は貨物室を設けてなること、胴体の高さと主翼の最大厚さを略一致させてなることによって、飛行体の全幅が狭いにも係わらず充分な座席数を確保し、輸送効率を高めることが可能になる。
【０００９】
そして、都市間に通したトンネル内の周囲が閉鎖された飛行路を、前述の飛行体を飛行させることによって、人や貨物を短時間で効率良く輸送することが可能な高速輸送システムを構築するのである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る高速輸送システムは、都市間にトンネルを通し、このトンネル内に形成された周囲が閉鎖された飛行路を、地面効果が作用する程度の高さに浮上して飛行体が飛行することによって、人や貨物を短時間で輸送するものである。つまり、都市間を、地下５０ｍ以下の大深度に掘削したトンネルで結び又は地上若しくは水中に敷設した箱状のトンネルで結び、このトンネル内の閉鎖された飛行路を、客室数２００人の飛行体が６００ｋｍ／ｈの巡行速度で飛行し、例えば、東京−大阪間を１時間で結び、１時間に１０便、２０時間営業で、片道４万人／日の輸送量を実現しようとするものである。
【００１１】
次に本発明の実施形態を添付した図面に基づき詳細に説明する。図１及び図２は本発明に係る飛行体１及び該飛行体１とトンネル２との関係を示した概念図である。本発明は、トンネル２の断面積をできるだけ小さくして建設費用を大幅に抑制し、しかも輸送効率を低下させず且つ飛行の安定性にも優れることを条件に、トンネル２内の周囲が閉鎖された飛行路３を飛行する飛行体１として最適な構造を提案するものである。ここで、トンネル２の内法直径は１２ｍを想定している。
【００１２】
前記飛行体１は、胴体４、主翼５、垂直尾翼６、水平尾翼７及び推進機８とを備えた基本構造を有し、アスペクト比（翼幅／翼弦）を１以下にするとともに、揚力／抗力を１０以上に設計したものである。本実施形態の飛行体１は、全備重量６０ｔ、定員２００人、全長３４ｍ、全幅９ｍ、全高５ｍ、胴体幅３ｍ、胴体高２．５ｍ、主翼５の翼弦２４ｍであり、アスペクト比は０．３８であり、通常の自由空間を飛ぶ飛行機のアスペクト比１０〜２０に比べると驚くべき値で、通常は受け入れられない。しかし、トンネル２内の閉じた空間を飛行する場合、地面効果と側壁効果によって飛行体１が満足すべき空気力学的な性能が得られるのである。このことは、後述の模型実験で確認されている。
【００１３】
また、前記飛行体１の胴体４の高さと主翼５の最大厚さは２．５ｍと略一致させてあり、胴体４の内部は勿論のこと主翼５の内部に客室９又は貨物室を設けて、コンパクトな機体にも係わらず２００席を確保している。
【００１４】
前記胴体４の下面４Ａと主翼５の下面５Ａとは略同一平面であり、飛行路３の路面３Ａに対する浮上高さは、最大１ｍ、最小０．３ｍ、標準で０．６ｍになるように飛行する。地面効果による揚力増加は、浮上高さが１ｍの場合よりも０．３ｍの場合の方が約２０％大きくなる。ここで、主翼５の仰角は正の小さな値に設定すれば、抗力があまり大きくならずに、地面効果が大きくなるので好ましい。
【００１５】
そして、前記主翼５の翼端面５Ｂを略垂直な平面となし、前記飛行路３の側壁３Ｂに対して翼端面５Ｂを正の仰角に設定し、飛行路３の側壁３Ｂとの間で側壁効果による飛行路中心方向への軌道修正力が生じるようにしている。つまり、主翼５の両翼端面５Ｂとトンネル側壁３Ｂとの間で前述の地面効果と同様な側壁効果を得ることができるように、主翼５の翼端面５Ｂを後方へ向かうにつれて広がったテーパー形状として仰角を持たせている。それにより、一方の翼端面５Ｂがトンネルの側壁３Ｂに接近すると、側壁効果による反発力が側壁３Ｂと翼端面５Ｂとの間に生じ、飛行体１を飛行路３の幅方向中心部の正常な進路に押し戻すのである。
【００１６】
更に、本発明の飛行体１の巡行速度は６００ｋｍ／ｈ、離陸速度は５５０ｋｍ／ｈを想定しており、巡行速度に近くなって離陸又は車輪を引き込むようにしているので、離陸操作が簡単になるとともに、推進機８として推力の小さいエンジンを用いることができるので、消費燃料も少なくなる。例えば、揚力係数＝０．２６、揚力／抗力＝１０とすれば、全機抗力＝推力＝６０ｋＮ（パワー＝１０ＭＷ）となる。このように、小さい推力の推進機８で停止状態から徐々に速度を上げ、巡行速度に近い速度で離陸することを可能にしたのは、トンネル２内を滑走するからである。例えば、０．１ｇ（ｇは重力加速度）の加速度で５５０ｋｍ／ｈになるまで滑走する距離は、約１２ｋｍとなるが、このような長い滑走路は現在の空港には存在せず、トンネル２内を滑走するから可能になるのである。
【００１７】
図２はトンネル２の下部に水平な路面３Ａを形成し、該路面３Ａより上方の側壁３Ｂは円形のままとなっているが、前記主翼５の翼端面５Ｂに対応する部分は垂直な側壁３Ｂとなすことも可能である。また、図３に示すように、トンネル２の断面形状を四角形とすることも可能であり、このようなトンネル２は箱状のユニットを次々に繋いで構成するものとして現実の工法にも存在する。また、図４に示すように、行きと帰りの飛行路３，３を並設すべく、２本のトンネル２，２を２本並列又は上下に並べて構築するが、この場合、断面が横長の長方形のトンネル２の中央部に仕切壁を設けて、行きと帰りの飛行路３，３を形成しても良いことは勿論である。
【００１８】
次に、模型実験の結果を説明する。先ず単独翼の特性を調べるため、アスペクト比１、即ち翼弦１．３ｍ、翼幅１．３ｍの翼を製作して、断面が１．５ｍ×０．８ｍで長さが約５０ｍの模型トンネルの中で走行実験を行い、揚力と抗力を測定した。翼型は、ＮＡＣＡのＣｌａｒｋ  Ｙである。その結果を図５（揚力）及び図６（抗力）に示している。つまり、図５は横軸をｈ／ｃ（ｃは翼弦、ｈは路面からの高さ）とし、縦軸をＣL （揚力係数）とし、図６は横軸をｈ／ｃとし、縦軸をＣD （抗力係数）とし、それぞれ仰角が２°、４．５°、６．５°の場合（ＮＡＣＡはそれぞれ２°、４°、６°に対応）について示している。尚、前述の実機において、翼弦が２４ｍであるので、１ｍの浮上高は、ｈ／ｃ＝１／２４≒０．０４２に相当する。
【００１９】
また、全機の模型トンネルの中で飛行実験を行うために、図７に示すような模型飛行体を製作した。主翼５０は、前述の単独翼の特性試験を行ったものと同一で、翼弦１．３ｍ、翼幅１．３ｍである。それに胴体４０、垂直尾翼６０、水平尾翼７０及び推進機８０としてプロペラを備えた模型飛行体を作製し、その空気力学性能を調べた。主翼５０の仰角は３°に設定している。模型の構造上、重心が後に来るので、水平尾翼７０の揚力で縦方向の安定をとることになる。測定値は、次の表１に示している。
【００２０】
【表１】
0004141539.tif 000002
【００２１】
表１の結果から、揚力係数として０．６〜０．６５、抗力係数として０．０５が得られ、揚力／抗力は１２〜１３で、実機の設計に用いられた１０を上回っていることが確認できた。
【００２２】
次いで、模型トンネルの中での模型全機の飛行実験を行った。プロペラ（推進機８０）と水平尾翼７０の仰角を遠隔制御して、トンネル内自由飛行の実験を行い、適当な制御によって安定な地面付近の飛行が確かめられた。
【００２３】
【発明の効果】
以上にしてなる本発明のトンネル内飛行体によれば、トンネル内の周囲が閉鎖された飛行路を、地面効果が作用する程度の高さに浮上して飛行する飛行体であって、アスペクト比（翼幅／翼弦）を１以下にするとともに、揚力／抗力を１０以上にし、更に主翼の翼端面を略垂直な平面となし、前記飛行路の側壁に対して翼端面を正の仰角に設定し、飛行路の側壁との間で側壁効果による飛行路中心方向への軌道修正力が生じるようにしてなるので、輸送効率を低下させずに小型化が図れ、もってトンネルの断面積を小さくして建設費用を大幅に削減することができるとともに、飛行路の中心に沿った安定性の高い飛行が可能になり、他のセンシングや姿勢制御と組み合わせれば更に信頼性が高くなる。
【００２５】
また、飛行体の胴体及び主翼の内部に客室又は貨物室を設けてなること、胴体の高さと主翼の最大厚さを略一致させてなることによって、飛行体の全幅が狭いにも係わらず充分な座席数を確保し、輸送効率を高めることができる。
【００２６】
そして、都市間に通したトンネル内の周囲が閉鎖された飛行路を、前述の小型化した、特に全幅を抑制した飛行体を飛行させることによって、小径のトンネルで済むので、建設費用が少なくなって経済的であり、そして人や貨物を短時間で効率良く輸送することが可能な高速輸送システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトンネル内飛行体の実機の概念図であり、(a) は平面図、(b) は側面図をそれぞれ示している。
【図２】円形トンネル内を飛行体が飛行する状態を示す概念断面図である。
【図３】四角形トンネル内を飛行体が飛行する状態を示す概念断面図である。
【図４】２本のトンネルを並設し、往路と復路を飛行体が飛行する状態を示す概念断面図である。
【図５】アスペクト比１の単独翼の模型トンネル内飛行による空力性能（揚力）を調べた実験結果を示すグラフである。
【図６】アスペクト比１の単独翼の模型トンネル内飛行による空力性能（抗力）を調べた実験結果を示すグラフである。
【図７】模型トンネル内飛行実験を行った模型全機の概略図であり、(a) は平面図、(b) は側面図をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１  飛行体                ２  トンネル
３  飛行路                ３Ａ  路面
３Ｂ  側壁                ４  胴体
４Ａ  下面                ５  主翼
５Ａ  下面                ５Ｂ  翼端面
６  垂直尾翼              ７  水平尾翼
８  推進機                ９  客室
４０  胴体                ５０  主翼
６０  垂直尾翼            ７０  水平尾翼
８０  推進機（プロペラ）
【図１】
0004141539.tif 000003
【図２】
0004141539.tif 000004
【図３】
0004141539.tif 000005
【図４】
0004141539.tif 000006
【図５】
0004141539.tif 000007
【図６】
0004141539.tif 000008
【図７】
0004141539.tif 000009