(57)【要約】【課題】リフト専用ダクトファンと推進専用ダクトファンを併せ持つ電動垂直離着陸機を離着陸もしくは空中停止姿勢から水平飛行姿勢へ安定に移行させる電動垂直離着陸機の制御方法を提供する。【解決手段】リフト専用ダクトファンの推力FDと推進専用ダクトファンの推力TDとの合成ベクトルT0の最大ベクトルTmaxが、リフト専用ダクトファンの最大推力FDmaxを最遠点と、推進専用ダクトファンの最大推力TDmaxを最近点とする四分の一楕円上を移動するように予め設定する。そして、その合成ベクトルと最大ベクトルとのスカラー比α(=|T0|/|Tmax|)の制御を送信機の右スティックの上下可動範囲に対応させ、その合成ベクトルの縦軸に対する偏角θTをそのスティックに隣接する右レバーの上下可動範囲に対応させる。【選択図】図６
2009083798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リフト用推力FDを発生するリフト専用ダクトファンと、前進用推力TDを発生する推進専用ダクトファンとを備えたラジオコントロール電動垂直離着陸機の制御方法であって、前記リフト用推力FDと前記前進用推力TDをそれぞれ縦軸と横軸に持つ直交座標系を設定し、前記リフト用推力と前記前進用推力との合成ベクトルT0の最大ベクトルTmaxが、前記リフト用推力の最大値FDmaxと前記前進用推力の最大値TDmaxをそれぞれ最遠点と最近点に持つ四分の一楕円上を動くように前記縦軸に対する該最大ベクトルの偏角θTを０°から９０°まで変化させながら、前記合成ベクトルと前記最大ベクトルとのスカラー比α（=|T0|/|Tmax|）を制御することによって前記電動垂直離着陸機の遷移飛行を制御することを特徴とする電動垂直離着陸機の制御方法。
【請求項２】
リフト用推力FDを発生するリフト専用ダクトファンと、前進用推力TDを発生する推進専用ダクトファンとを備えたラジオコントロール電動垂直離着陸機の制御方法であって、前記リフト用推力FDと前記前進用推力TDをそれぞれ縦軸と横軸に持つ直交座標系を設定し、前記リフト用推力と前記前進用推力との合成ベクトルT0の最大ベクトルTmaxが、前記リフト用推力の最大値FDmaxと前記前進用推力の最大値TDmaxをそれぞれ最遠点と最近点に持つ四分の一楕円の近似多角形上を動くように前記縦軸に対する該最大ベクトルの偏角θTを０°から９０°まで変化させながら、前記合成ベクトルと前記最大ベクトルとのスカラー比α（=|T0|/|Tmax|）を制御することによって前記電動垂直離着陸機の遷移飛行を制御することを特徴とする電動垂直離着陸機の制御方法。
【請求項３】
前記電動垂直離着陸機の送信機が上下左右可動なスティックと、該スティックを親指で操作する場合にその隣の人差し指で操作可能な範囲にあるレバーとを有する場合は、前記スカラー比αに対する制御を前記スティックの上下可動範囲に対応させ、前記偏角θTに対する制御を前記レバーの可動範囲に対応させて行う請求項１又は２に記載の電動垂直離着陸機の制御方法。
【請求項４】
前記送信機が前記スティック以外に上下左右可動な第２スティックを有する場合は、前記電動垂直離着陸機のロール制御を前記スティックの左右可動範囲に対応させ、同ピッチ制御を前記第２スティックの上下可動範囲に対応させ、同ヨー制御を前記第２スティックの左右可動範囲に対応させて行う請求項３に記載の電動垂直離着陸機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動垂直離着陸機の制御方法、特にリフト専用ダクトファンと推進専用ダクトファンとを備えた電動垂直離着陸機を離着陸もしくは空中停止姿勢から水平飛行姿勢へ安定に移行させる電動垂直離着陸機の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１に示すリフト専用ダクトファン１〜４と推進専用ダクトファン５,６を持つ電動垂直離着陸機が考案されている。この電動垂直離着陸機はリフトおよびホバリングを行う際には、リフト専用ダクトファン１〜４を用いる一方、前進飛行を行う際には推進専用ダクトファン５,６を用いる。また電動垂直離着陸機は、遷移飛行時には主翼の揚力FWとリフト専用ダクトファン１〜４の推力FDを併用して機体重量を支え、推進専用ダクトファン５,６の推力TDを用いて飛行する。
この構成に類似した飛行体の制御については特許文献１が知られている。
ここで、この図１に示す電動垂直離着陸機の制御について述べる。以下、ダクトファン１の推力をT1、ダクトファン２の推力をT2、ダクトファン３の推力をT3、ダクトファン４の推力をT4、ダクトファン５の推力を推力をT5、ダクトファン６の推力をT6とする。
リフト及びホバリング時に機体の高度制御は次式で定義されるリフト専用ダクトファン１〜４が発生する揚力FDを増減させて行う。
FD＝(T1+T2+T3+T4)cosβ
ここでcosβが全体にかかるのは、それぞれのリフト専用ダクトファンの推力線が内側にβ度だけ偏向されているためである。
図２に示す様にリフト時及びホバリング時に機体のロール角を制御するときは次式で与えられるロールモーメントLDを増減させて行う。
LD＝l0(-T1+T2-T3+T4)cosβ
ここでl0は重心位置からリフト専用ダクトファン１〜４までの左右の距離および前後の距離である。
図３に示す様にリフト時及びホバリング時に機体のピッチ角を制御するときは次式で与えられるピッチモーメントMDを増減させて行う。
MD＝l0(T1+T2-T3-T4)cosβ
図４に示す様にリフト時及びホバリング時に機体のヨー角を制御するときには次式で与えられるヨーモーメントNDを増減させて行う。
ND＝l0(-T1+T2+T3-T4)sinβ
ホバリング時、リフト時および前進飛行時に前進速度を制御するには次式で与えられる推進ダクトファン５,６の推力TDを増減させて行う。
TD=T5+T6
ただし、ここでT5=T6とする。
従ってダクトファンによって作られる力とモーメント(FD LD MD ND TD)Tは次式で与えられる。
【数１】
2009083798.tif 000003
ここでは便宜上、以下の置き換えを行う。
【数２】
2009083798.tif 000004
Ａの逆行列Ａ-1は次式で与えられる。
【数３】
2009083798.tif 000005
βが小さいので、cosβ≒１、sinβ≒βを用いて次の様に表される。
【数４】
2009083798.tif 000006
よって次式が得られる。
【数５】
2009083798.tif 000007
遷移飛行時には主翼が発生する揚力FWとリフト専用ダクトファン１〜４の推力FDとの和が機体重量Wgに等しくなるように制御する。
図５に一般的なラジコン用送信機を示す。日本では固定翼機をラジコン用送信機で制御する際に右スティック１４の上下動はスロットルの制御に対応させ、右スティック１４の左右動はロール角の制御に対応させ、また左スティック１５の上下動はピッチ角の制御に対応させ、またスティック１５の左右動はヨー角の制御に対応させるのが一般的である。例えば、ヘリコプタを制御する際は右スティック１４の上下動でロータの揚力を制御し、右スティック１５の左右動でロール角を制御する。また左スティック１５の上下動でピッチ角の制御を行い、また左右動でヨー角の制御を行う。
このように、通常の固定翼機は３軸のモーメントの制御のほかに、推進力が制御可能であり、自由度は４である。またヘリコプタでは３軸のモーメントの制御のほかに、揚力の制御が可能であり、やはり自由度は４である。固定翼機とヘリコプタの自由度が４であるから、これらは上記ラジコン送信機の右側のスティック１４の上下動および左右動、ならびに左スティック１５の上下動および左右動に過不足無く割り振る事が出来る。
一方、図１に示す電動垂直離着陸機には制御の対象となるダクトファンが６個ある。従って、６つの自由度を持つ運動が可能である。ただし、この機体では推力T5とT6の推力を同じとして合計推力をTDとしているため、運動の自由度は５である。リフト時及びホバリング時にはリフト専用ダクトファン１〜４の推力FDが機体重量Wgに等しくなければならない。そして前進飛行時には推進専用ダクトファン５,６の推力TDが抵抗に等しくなければならない。つまり、スロットルとしてはリフト専用と推進専用の２種類のスロットルが必要であり、一つのスロットルはリフト専用ダクトファン１〜４の推力FD制御用、他は推進専用ダクトファン５,６の推力TD制御用である。しかし、機体の３軸制御（ロール,ピッチ,ヨー）は必須であるため、上記既存のラジコン用送信機にはスロットルとして１つ、例えば右側スティックの上下動しか用意されていないことになる。
そこで、リフト専用ダクトファンのスロットル(FD制御用)を右スティック１４の上下動に割り当て、図５に示した右手の右レバー１６に推進専用ダクトファンのスロットル(TD制御用)を割り当てる案が考えられる。
ここで右スティック１４の上下動の一番下を基準にして上方向を正としてθD度とする。また右スティック１４の左右動の中立点を基準として右を正としてθL度とする。同様に左スティック１５の上下動の中立点を基準にして下方向を正としてθM度とする。また左スティック１５の左右動の中立点を基準として右を正としてθN度とする。そして右手の右レバー１６を一番上の位置を基準として下向きを正としてθ0とする。
すると、リフト専用ダクトファン１〜４の推力FD、ロールモーメントLD、ピッチングモーメントMD、ヨーイングモーメントND、前進用ダクトファンの推力TDは次式で与えられる。
【数６】
2009083798.tif 000008
ここで、kF,kL,kM,kN,kTは比例定数であり、これらが作るマトリックスをＢとする。スティックの作動角とダクトファン１〜６の推力の関係は、数６を数５へ代入して次の様に書く事が出来る。
【数７】
2009083798.tif 000009
ダクトファンはブラシレスモータによって駆動される。一般にブラシレスモータは制御器は回転速度指令を受け、その回転数と一致するようにブラシレスモータを制御する。また推力は回転数の２乗に比例する。従ってブラシレスモータ制御器に推力の目標値を与えてもダクトファンは所望の推力値を出力せず、正しくはブラシレスモータ制御器に「推力の目標値」の平方根×kを渡さなければならない。ここで、kはファンの性能に依存する定数である。ここでは、このような推力目標値の平方根にkをかけるところまでブラシレスモータ制御器が行うものとする。
以上がダクトファンのみの制御方法である。これとは別に、ダクトファンの制御と並行して固定翼機としての舵面の制御が必要になる。図１に示した機体はエレボンによって制御されるが、以下の説明では一般化のためエルロン、エレベータ及びラダーを装備しているものとする。
以下用いるＣlδa,Ｃmδe,Ｃnδrは一般に用いられている微係数の定義に従っており、空気密度をρ，機体速度をV，翼面積をS，平均空力翼弦ｃとすると、前進飛行時にエルロン、エレベータ、ラダーの舵角δa,δe,δrによって生じるロール,ピッチ,ヨーのモーメントは次式で与えられる。
【数８】
2009083798.tif 000010
以上をまとめると、
【数９】
2009083798.tif 000011
遷移飛行時および前進飛行時には上記の空力的モーメントが生じる。
これら舵角,(δa δe δr)Tの制御は通常の固定翼機と同様、リフト,ホバリング,前進飛行を通じて、
【数１０】
2009083798.tif 000012
と速度に依らない制御を行う事が適当である。ここでkL,kM,kNは適当な比例定数である。舵面制御によるモーメントは動圧に比例するため、舵面の制御が必要ないホバリング時には舵面によるモーメントは発生しない。舵面による機体の姿勢制御が重要になる遷移飛行時、前進飛行時に舵面によるモーメントが大きくなる。そのため、ホバリング時に舵面の操作角を小さくし、遷移飛行時及び前進飛行時に操作角が大きくする様な工夫は必要ない。
以上が通常考えられる電動垂直離着陸機の制御方法である。ここで問題となるのが遷移飛行時の操作の煩雑さである。ホバリング状態から前進飛行への遷移飛行時に、速度の増加に伴って主翼の揚力FWが増加するため、リフト専用ダクトファン１〜４の推力FDを右手の親指で右スティック１４を操作して減少させなければならない。また前進速度が増加すると抵抗が増えるため、これに釣り合う前進用ファン５,６の推力TDを右手人差し指で右レバー１６を操作して発生させなければならない。また左手にはピッチ角が変動しない様にスティック１５の上下の細かな操作が要求される。これらの作業は煩雑であり、操縦者に大きな負担を強いる。
【０００３】
【特許文献１】特開平３−７０６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した通り、リフト専用ダクトファン１〜４と前進飛行用ダクトファン５,６を併せ持つ垂直離着陸機を、既存のラジコン用送信機を用いて制御する場合、送信機の各スティックおよびレバーを機体の各制御（ロール角、ピッチ角、ヨー角、リフトおよび前進飛行の推力制御）に対応させる制御方法においては、遷移飛行の操作が非常に煩雑になる。繰り返しとなるが、ホバリング時に右スティック１４を上下させて上下方向の釣り合いをとると共に、右レバー１６を回して推進専用ダクトファン５,６の推力TDを増して行き、これにより機体は前進しはじめる。前進飛行によって主翼が揚力FWを発生するから、これに見合う量だけ右スティック１４を下げてリフト専用ダクトファン１〜４の推力FDを減らして行く。また同時に左手はスティック１５を上下させて機体の姿勢が一定に保たれる様にする。このように右手と左手で煩雑で細かい操作が必要なため、操縦者は大きな負担を強いられる。
またバッテリの容量をリフト専用ダクトファン４基分の最大出力で選択した場合、右スティック１４を上いっぱいに上げ、また右レバー１６を下いっぱいに回した時、ダクトファン６基が同時に最大出力となってしまい、バッテリに許容量の1.5倍の電流が流れてバッテリを損傷させてしまう恐れがあった。
そこで、本発明は、上記実情に鑑み創案されたものであって、リフト専用ダクトファンと前進飛行用ダクトファンを併せ持つ電動垂直離着陸機を、既存のラジコン用送信機を用いて、離着陸もしくは空中停止姿勢から水平飛行姿勢へ安定に移行させることが出来る電動垂直離着陸機の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための請求項１に記載の電動垂直離着陸機の制御方法は、リフト用推力FDを発生するリフト専用ダクトファンと、前進用推力TDを発生する推進専用ダクトファンとを備えたラジオコントロール電動垂直離着陸機の制御方法であって、前記リフト用推力FDと前記前進用推力TDをそれぞれ縦軸と横軸に持つ直交座標系を設定し、前記リフト用推力と前記前進用推力との合成ベクトルT0の最大ベクトルTmaxが、前記リフト用推力の最大値FDmaxと前記前進用推力の最大値TDmaxをそれぞれ最遠点と最近点に持つ四分の一楕円上を動くように前記縦軸に対する該最大ベクトルの偏角θTを０°から９０°まで変化させながら、前記合成ベクトルと前記最大ベクトルとのスカラー比α（=|T0|/|Tmax|）を制御することによって前記電動垂直離着陸機の遷移飛行を制御することを特徴とする。
上記電動垂直離着陸機の制御方法では、リフト専用ダクトファンの推力（リフト用推力）と、推進専用ダクトファンの推力（前進用推力）を制御量とせずに、リフト用推力と前進用推力との合成ベクトルT0を制御量とした。つまり、この合成ベクトルは、縦軸に対する偏角θTとその絶対値（大きさ）が与えられることによって一意的に決定されるが、この合成ベクトルと同じ偏角を持つその最大ベクトルが上記四分の一楕円上を動くように予め設定されているため、実質的にはスカラー比α＝|T0|/|Tmax|が与えられることによって一意的に決定される。そしてこの合成ベクトルが確定すると、自動的に縦軸方向の分力はリフト用推力をなし、前進用推力はその横軸方向の分力をなす。このことは、偏角θTの制御については０°から９０°に変化させるだけであるので、実質的な機体に対する制御は、スカラー比αのみの制御だけで済むことを意味している。従って、本発明の上記制御方法によれば、操作者はスカラー比αのみを制御量とすることによって、機体を離着陸もしくは空中停止姿勢から水平飛行姿勢へ安定に移行させることが可能となる。
【０００６】
上記目的を達成するための請求項２に記載の電動垂直離着陸機の制御方法は、リフト用推力FDを発生するリフト専用ダクトファンと、前進用推力TDを発生する推進専用ダクトファンとを備えたラジオコントロール電動垂直離着陸機の制御方法であって、前記リフト用推力FDと前記前進用推力TDをそれぞれ縦軸と横軸に持つ直交座標系を設定し、前記リフト用推力と前記前進用推力との合成ベクトルT0の最大ベクトルTmaxが、前記リフト用推力の最大値FDmaxと前記前進用推力の最大値TDmaxをそれぞれ最遠点と最近点に持つ四分の一楕円の近似多角形上を動くように前記縦軸に対する該最大ベクトルの偏角θTを０°から９０°まで変化させながら、前記合成ベクトルと前記最大ベクトルとのスカラー比α（=|T0|/|Tmax|）を制御することによって前記電動垂直離着陸機の遷移飛行を制御することを特徴とする。
上記電動垂直離着陸機の制御方法では、操作者は折れ線の交点を使用し線形補間によって偏角に対応する最大ベクトルを求めることができるため、請求項１に記載の制御方法と同様に、実質的にスカラー比αのみを制御量とすることにより、機体を離着陸もしくは空中停止姿勢から水平飛行姿勢へ安定に移行させることが可能となる。
【０００７】
請求項３に記載の電動垂直離着陸機では、前記電動垂直離着陸機の送信機が上下左右可動なスティックと、該スティックを親指で操作する場合にその隣の人差し指で操作可能なレバーを有する場合は、前記スカラー比αに対する制御を前記スティックの上下可動範囲に対応させ、前記偏角θTに対する制御を前記レバーの可動範囲に対応させて行うこととした。
上記電動垂直離着陸機の制御方法では、そのスカラー比αおよび偏角θTに対する制御を上記構成とすることによって、既存の送信機を使用して容易に機体を離着陸もしくは空中停止姿勢から水平飛行姿勢へ安定に移行させることが可能となる。これは、操作者は左右どちらか一方の手の親指と人差し指を駆使して送信機のスティックとレバーを操作すればよいことを意味している。また、偏角θTの制御に対応する送信機の操作はレバーを下ろすことだけであるので、実質的な送信機の操作は、親指によるスティックの操作だけで済むようになる。さらに、スカラー比αを一定にして機体の遷移飛行を制御する場合は、親指の操作も不要となり、人差し指でレバーを下ろすことによりほぼ理想的な遷移飛行を行うことが可能となる。
【０００８】
請求項４に記載の電動垂直離着陸機では、前記送信機が前記スティック以外に上下左右可動な第２スティックを有する場合は、前記電動垂直離着陸機のロール制御を前記スティックの左右可動範囲に対応させ、同ピッチ制御を前記第２スティックの上下可動範囲に対応させ、同ヨー制御を前記第２スティックの左右可動範囲に対応させて行うこととした。
上記電動垂直離着陸機の制御方法では、電動垂直離着陸機のロール制御、ピッチ制御およびヨー制御を各スティックの可動範囲に対応させることにより、機体の遷移飛行時における姿勢制御が容易となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電動垂直離着陸機の制御方法では、リフト用推力と前進用推力との合成ベクトルの最大ベクトルがリフト用推力の最大値を最遠点と前進用推力の最大値を最近点とする四分の一楕円またはその近似多角形上を移動するように予め設定されているため、合成ベクトルとその最大ベクトルとのスカラー比αのみを制御量とするだけで、リフト専用ファンダクトと推進専用ファンダクトを併せ持つ電動垂直離着陸機を離着陸もしくは空中停止姿勢から水平飛行姿勢へ安定に移行させることが可能となる。
例えば操作者が右利きで既存の送信機を操作する場合、ホバリングから水平飛行への遷移飛行の際に右手親指は右スティックをほとんど動かす事無く、右手人差し指で右レバーを下ろす事でほぼ理想的な遷移飛行を行う事が出来るようになる。操縦者はあたかも一つのダクトファンが真下を向いている状態から離陸、上昇し、この架空のダクトファンを右手レバーの操作で傾け、遷移飛行を行い、前進飛行時には架空のダクトファンを水平にして飛行させる感覚で操縦することが出来る。
また６基のダクトファンが同時に最大出力を発生する事を避けられるため、バッテリに過度の負担をかける事が無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。
【実施例】
【００１１】
図１に示した電動垂直離着陸機において、それぞれのダクトファンの最大推力を200gとする。ダクトファン１〜４は重心位置を中心に前後左右に4cm離れているものとする。また図５において、右スティック１４の上下動の一番下を基準にして上方向を正としてθD度とする。また右スティック１４の左右動の中立点を基準として右を正としてθL度とする。同様に左スティック１５の上下動の中立点を基準にして下方向を正としてθM度とする。また左スティック１５の左右動の中立点を基準として右を正としてθN度とする。そして右手の右レバー１６を一番上の位置を基準として下向きを正としてθ0とする。それぞれの角度の範囲は0＜θD＜50deg、-25deg＜θL＜25deg、-25deg＜θM＜25deg、-25deg＜θN＜25deg、0＜θ0＜60degとする。
また図１の右エレボンの後縁を上げる方向を正としてδR、左エレボンの後縁を上げる方向を正としδLとすると、舵面の制御として次の例が考えられる。
【数１１】
2009083798.tif 000013
ここで係数のマトリックスは定数であり、速度の関数とする必要はない。従ってリフト時、ホバリング時においても、制御力を発生しないながらもエレボンはθL,θMに応じて動く。
一般にブラシレスモータ制御器は回転数指令を受けて回転数制御をする。ここでは便宜上、ブラシレスモータ制御器は推力指令を受けて推力制御をするものとする。
この機体の最大上方推力FDmaxを800g、前進最大推力TDmaxを400gとし、機体重量を600gとする。
右ステッィク１４の開度αはα=θD/50であたえられる。合成推力T0の縦軸に対する角度θTは右レバーの角度θ0により、θT=θ0/60×90であたえられる。よって
θT=1.5θ0
の関係が成り立つ。
前述のように、TmaxはθTに依存し、縦軸の最大値をFDmax、横軸の最大値TDmaxとする楕円を描くから、θTの方向で許容される最大合成推力Tmaxは次式で与えられる。
【数１２】
2009083798.tif 000014
θT=1.5θ0を代入して
【数１３】
2009083798.tif 000015
FDmax=800、TDmax=400であるから、
【数１４】
2009083798.tif 000016
ここでα=θD/50であり、使用するθT方向の力T0はT0=αTmaxであるから、
【数１５】
2009083798.tif 000017
となる、またFDおよびTDは次式で与えられる。
FD=T0cos(1.5θ0)
TD=T0sin(1.5θ0)
いまFD=600g、T1=T2=T3=T4=150gであるとする。
左スティック１５を下いっぱい(θM=25deg)としたとき、前方２基のダクトファンの合計推力が20%増し、T1+T2=360となり、後方２基のダクトファンの合計推力が20%減りT3+T4=240gとなるようにする。このとき重心からのダクトファンの前後距離は4cmであるのでピッチングモーメントMは
M=480g-cmとなる。
よって最大ピッチングモーメントはMDmax=FD×0.2×4.0
使用するピッチングモーメントはMD=MDmax×θM/25
これらをまとめてMD=0.032FDθM
となる。
【００１２】
同様に右スティック１４を右いっぱい(θL=25deg)としたとき、左方２基のダクトファンの合計推力が２０％増しT1+T3=360gとなり、右方２基のダクトファンの合計推力が２０％減りT2+T4=240gとなるようにする。このとき重心からのダクトファンの左右距離は4cmであるのでローリングモーメントLはL=480g-cmとなる。
よって最大ローリングモーメントはLDmax=FD×0.2×4.0
使用するローリングモーメントはLD=LDmax×θL/25
これらをまとめてLD=0.032FDθL
となる。
【００１３】
また左スティック１５を右いっぱい(θN=25deg)としたとき、左前のダクトファンと右後のダクトファンの合計推力が２０％増しT2+T3=360gとなり、右前のダクトファンと左後の合計推力が２０％減りT1+T4=240gとなるようにする。このとき重心からのダクトファンの左右距離は4cmであり、また推力が外側にβ偏向しているためにヨーイングモーメントNはN=480βg-cmとなる。ここでβとして10degつまり0.174radとするとヨーイングモーメントNはN=83g-cmとなる。
よって最大ヨーイングモーメントはNDmax=FD×0.174×0.2×4.0
使用するヨーイングモーメントはND=NDmax×θN/25
これらをまとめてND=0.0056FDθN
以上をまとめると
【数１６】
2009083798.tif 000018
となる。
そして、Ａ-1にβ=0.174、l0=4cmを代入して
【数１７】
2009083798.tif 000019
まとめると
【数１８】
2009083798.tif 000020
となる。
上式は送信機の操作量(θD θL θM θN θ0)Tが上式の変換を受けてダクトファン１〜６の推力(T1 T2 T3 T4 T5)Tが与えられると読む。
【００１４】
ここではTmaxとθTが描く曲線が楕円であるとした。しかし、楕円が最良の結果を与える訳ではなく、図７に示した多角形の方がより操縦しやすいことは十分あり得る。また多角形を使うことでマイクロコントローラでは難しい三角関数や平方根の使用を避けることが出来る。
【００１５】
図８にTmaxとθTが描く曲線を多角形で表した。この多角形は、上記楕円を複数の折れ線で近似したものである。これら折れ線の交点P0,P10,P20,P30,P45,P60,P90はそれぞれ縦軸から0度,10度,20度,30度,45度,60度,90度の傾き,原点Ｏを通る直線上の点である。なお、本実施例では、折れ線の交点の数は７であるが、これに限らず７より多くしても良く、あるいは７より少なくしても良い。
ここで、θTとして34.7度が選ばれたとする。θT方向で使用可能な最大推力Tmaxは以下のように求められる。
|OP30|は612.8、|OP45|は515.7と予め計算されている。そしてθTと30度と45度を用いて線形補間を次のように行う。
Tmax=(45-θT)/(45-30)|OP30|＋(θT-30)/(45-30)|OP45|=582.4
よって使用可能な最大推力Tmaxは四則演算のみで582.4と定められる。また三角関数も各点ごとに予め計算しておき、
【数１９】
2009083798.tif 000021
としておけば同様の方法で
【数２０】
2009083798.tif 000022
となる。θDが４０degであればα=40/50=0.8となり、合力の大きさはT0はT0=αTmaxより465.9となり、またリフト専用ダクトファンの推力FDはFD=TcosθTより380、推進専用ダクトファンの推力TDはTD=TsinθTより263.2となる。
FDとTDを上記の方法で決定した後、(T1 T2 T3 T4 T5)Tは次式で与えられる。
【数２１】
2009083798.tif 000023
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明の電動垂直離着陸機の制御方法は、災害監視や災害時の被災者捜索に好適に適用されるリフト専用ダクトファンと推進専用ダクトファンを併せ持つ電動垂直離着陸機の遠隔操作、特に離着陸もしくは空中停止姿勢から水平飛行姿勢へ安定に移行させる電動垂直離着陸機の制御に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明が適用される電動垂直離着陸機を示す上方斜視図である。
【図２】ダクトファンが発生するローリングモーメントを示す説明図である。
【図３】ダクトファンが発生するピッチングモーメントを示す説明図である。
【図４】ダクトファンが発生するヨーイングモーメントを示す説明図である。
【図５】一般的なラジコン送信機を示す斜視図である。
【図６】リフト専用ダクトファンの推力と推進専用ダクトファンの推力が作る合成ベクトルの最大ベクトルが描く四分の一楕円を示す説明図である。
【図７】リフト専用ダクトファンの推力と推進専用ダクトファンの推力が作る合成ベクトルの最大ベクトルが描く近似多角形を示す説明図である。
【図８】偏角θTに対応する最大ベクトルを線形補間によって求める概略を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１８】
１                  右前ダクトファン
２                  左前ダクトファン
３                  右後ダクトファン
４                  左後ダクトファン
５                  右推進専用ダクトファン
６                  左推進専用ダクトファン
７                  機首
８                  主翼
９                  水平安定板
１０                エレボン
１１                垂直尾翼
１２                バッテリ
１３                ラジコン送信機本体
１４                右スティック
１５                左スティック
１６                右レバー
【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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