(57)【要約】  垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機（１０）は、機体（２４）と、第１および第２の前翼（２０、２２）および第１および第２の後翼（３０、３２）と、を備え、前記翼それぞれが固定された前縁部（２５、３５）とほぼ水平な軸を中心に枢動する後部操縦翼面（５０）とを有している。電動ローター（６０）が前記翼（２０、２２、３０、３２）に設置され、該電動ローター（６０）は、各ローター（６０）がほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローター（６０）がほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面（５０）と共に枢動し、前記翼（２０、２２、３０、３２）の少なくとも１つは、それぞれが互いに平行ではない回転軸を持つように配置された第１および第２の電動ローター（６０）を有し、前記第１および第２の電動ローターの推力線が異なっている。【選択図】図１
2020534212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の前翼と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の後翼と、を備え
前記翼それぞれが固定された前縁部とほぼ水平な軸を中心に枢動する後部操縦翼面とを有しており、
前記翼に設置された複数の電動ローターであって、該電動ローターは、各ローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面と共に枢動する、複数の電動ローターをさらに備え、
前記翼の少なくとも１つは、それぞれが互いに平行ではない回転軸を持つように配置された第１および第２の電動ローターを有し、前記第１および第２の電動ローターの推力線が異なっていることを特徴とする、
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項２】
前記第１の電動ローターの推力線がヒンジ線の上方を通るように傾けられ、前記第２の電動ローターの推力線が前記ヒンジ線の下方を通るように傾けられていることを特徴とする、
請求項１に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項３】
前記第１の電動ローターの回転軸は前記操縦翼面の前部および後部を通る面に対して上方に傾けられ、前記第２の電動ローターの回転軸は前記操縦翼面の前部および後部を通る面に対して下方に傾けられていることを特徴とする、
請求項１または２に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項４】
前記第１および第２の電動モーターが同じ回転速度で動作している場合、前記第１および第２のモーターのそれぞれによって発生され、前記操縦翼面に作用する回転モーメントが互いに相殺されることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項５】
前記第１および第２の電動モーターが前記固定前縁部の下側に枢動可能に設置されていることを特徴とする、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項６】
前記第１および第２の電動ローターのそれぞれの先端部分が前記後部操縦翼面に固定されていることを特徴とする、
請求項５に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項７】
機体と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の前翼と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の後翼と、を備え
前記翼それぞれが固定された前縁部とほぼ水平な軸を中心に枢動する後部操縦翼面とを有しており、
前記翼に設置されたローターをそれぞれが有する複数の電動モーターであって、該電動ローターは、各ローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面と共に枢動する、複数の電動モーターをさらに備え、
前記翼の少なくとも１つは、前記翼の上面および下面に対してオフセットされた第１および第２の電動ローターを有していることを特徴とする、
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項８】
前記第１の電動ローターは前記翼の下面の下側に位置し、前記第２の電動ローターは前記翼の上面の上側に位置していることを特徴とする、
請求項７に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項９】
前記電動ローターは、前記翼の下面の下側および前記翼の上面の上側の位置に前記翼に沿って互い違いに分配されていることを特徴とする、
請求項７または８に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１０】
前記機体から最も遠い前記前翼それぞれの先端部分が隣接する前記後翼の先端部分に接続部材によって接続されて箱型翼構造を画定していることを特徴とする、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１１】
前記前翼それぞれが隣接する前記後翼に１つ以上のストラットまたはタイバーによって接続されていることを特徴とする、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１２】
前記操縦翼面が約８０〜１００度の範囲で枢動することを特徴とする、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１３】
前記操縦翼面が約９０度の範囲で枢動することを特徴とする、
請求項１２に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１４】
機体と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の前翼と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の後翼であって、前記前翼それぞれが隣接する前記後翼に先端接続部材またはストラットによって接続されて箱型翼構造またはストラットブレース翼構造を画定する、第１および第２の後翼と、を備え
前記翼それぞれが固定された前縁部とほぼ水平な軸を中心に枢動する後部操縦翼面とを有しており、
前記翼に設置された複数の電動ローターであって、該電動ローターは、各ローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面と共に枢動する、複数の電動ローターをさらに備える、
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１５】
前記翼の少なくとも１つは、前記翼の上面および下面に対してオフセットされた第１および第２の電動ローターを有していることを特徴とする、
請求項１４に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１６】
前記電動ローターは、前記翼の下面の下側および前記翼の上面の上側の位置に前記翼に沿って互い違いに分配されていることを特徴とする、
請求項１４または１５に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１７】
機体と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の前翼であって、各翼は固定された前縁部とほぼ水平な枢動軸を中心に枢動する後部操縦翼面とを有する、第１および第２の前翼と、
それぞれがローターを有する第１および第２の電動モーターであって、該モーターは各翼に設置され、該電動ローターは、各ローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面と共に枢動する、第１および第２の電動モーターと、
各モーターを制御するための制御システムと、を備え、
前記制御システムは、前記第１の電動モーターおよび前記第２の電動モーターを異なる回転速度で選択的に動作させて、前記枢動軸を中心に前記操縦翼面を枢動させる回転モーメントを発生させるように構成されていることを特徴とする、
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１８】
前記ローターそれぞれが、同一の前記翼に設置された隣接するローターに対して長手方向に、前記ローターの回転軸方向に関してオフセットされていることを特徴とする、
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１９】
前記ローターの回転軸に直交する面で見ると、前記ローターそれぞれの外径が、同一の前記翼に設置された隣接する前記ローターの外径に重なっていることを特徴とする、
請求項１８に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項２０】
前記機体は、前方を向いており上方に開くように上部領域でヒンジ固定されたドアから乗り込むことができるキャビンを有していることを特徴とする、
請求項１〜１９に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項２１】
前記第１および第２の後翼のそれぞれは、前記ＶＴＯＬ機を支持する１つ以上の車輪を有し下方および後方に延在しているウィングレットを備えていることを特徴とする、
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電動垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機用の翼傾斜作動システムに関する。特に、本発明は、旅客および／または軍事的用途の電動ＶＴＯＬ機のための翼傾斜作動システムおよび機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＶＴＯＬ機は、垂直にまたは垂直に近い角度で離着陸することが可能である。この形式の航空機には、ヘリコプターや特定の固定翼機が含まれ、軍事用途によく使用されている。有利には、ＶＴＯＬ機は、限られたスペースでの離着陸が可能であるため、長い滑走路が不要であり、船の甲板やビルなどの建造物上の離着陸場といった小さなスペースでの離着陸が可能である。
【０００３】
ヘリコプターは、その上昇と前進との両方がローターによって行われる形式の航空機である。ヘリコプターに関しては、高レベルのノイズ出力など、一部の用途で問題になる可能性のあるいくつかの問題がある。ヘリコプターに関連するそのような欠点の１つは、飛行において重要なローターの設計に関係している。通常、設計には冗長性が無く、そのため、ローター（あるいは各ローター）の動作が重要である。このように冗長性が欠如していることにより、ローターおよび駆動系統のあらゆる部品に対して高い安全性を確保する必要が生じ、その結果、ヘリコプターの重量と製造コストとが大幅に増加している。
【０００４】
さまざまな商業的および安全上の理由から電動航空機への関心が高まっている。近年、ほぼピッチ円径の間隔に配置される複数の電動ローターを一般的に用いるドローン技術に関して数多くの開発が行われている。通常、ドローンはそれぞれがほぼ垂直な軸を中心に回転する電動ローターで動作する。
【０００５】
ドローンは、積載量の小さな物を運ぶために商業的に成長してきている一方で、ローターの回転軸が垂直であるため、一般的に比較的低い飛行速度に制限されている。さらに、バッテリーの充電１回あたりの移動範囲がかなり狭い傾向がある。
【０００６】
ティルトウィング型の航空機が利用されており、それは一般に離着陸に際しては垂直プロペラ軸の原理に基づいて動作する。その翼は傾斜可能に構成されており、翼を傾斜させることで、プロペラが離着陸のための垂直軸を有する形態と、プロペラが前進飛行のための水平軸を有する形態とを取ることができる。
【０００７】
上記のティルトウィング構成によって、空母や離着陸場などの利用可能な空きスペースが限られている領域での離着陸が可能になるという利点が得られる。さらに、ティルトウィング機は、従来のプロペラ駆動の固定翼機に匹敵する飛行速度を実現可能である。
【０００８】
ティルトウィング機は一般に、翼に直接設置されたプロペラまたはダクト付きファンを駆動する電動モーターまたはガスタービンエンジンを備えている。翼全体が垂直と水平の間で回転することで、推力ベクトルを垂直から水平に傾けたり戻したりすることが可能である。
【０００９】
定義として、「推力ベクトル」とも呼ばれる「推力線」は、プロペラの推力であり、プロペラの回転軸とほぼ同じである。「ヒンジ線」はヒンジ回転の軸である。
【００１０】
既存のティルトウィング機にはいくつかの固有の欠点がある。欠点の１つは、離着陸用形態と前進飛行用形態との間の翼の傾斜角度を制御するために必要なアクチュエータやベアリングまたはその他の機構に関する。アクチュエータは、前進飛行中に翼を所望の傾斜でロックするようにも機能する。ただし、実際には、アクチュエータやベアリングによって航空機の重量がかなり増加している。その結果、輸送できる人員や貨物などの積載量が減少している。さらに、翼傾斜作動システムとベアリングの重要な性質のため、壊滅的な故障のリスクを減らすために十分な冗長性を備えて設計する必要がある。
【００１１】
電動ＶＴＯＬジェット機は現在、Ｌｉｌｉｕｍ  Ｊｅｔ（登録商標）ブランドでＬｉｌｉｍｕ  Ａｖｉａｔｉｏｎ社によって設計およびテストが行われている。そのプロトタイプは、２つの翼と約３６個の電動モーターを備えた２人乗りの軽量コミューター機としての利用が想定されている。
【００１２】
Ｌｉｌｉｕｍ  Ｊｅｔ（登録商標）型の航空機の欠点は、ファンが覆われた形式のモーターである電動モーターに関係している。この構成ではエネルギーを大量に消費するため、特定のバッテリーサイズでの飛行可能範囲が狭くなってしまう。
【００１３】
さらに、覆われた形状のファンは、指定された離着陸場や滑走路などの舗装された表面での離着陸時にのみ稼働可能である。このため、この航空機の有用性が制限され、公園、野原、運動場などの未舗装表面での離着陸時に稼働させることができない。これは軍事用途では望ましくなく、遠隔地での即時着陸に対応できていない。
【００１４】
別のコンセプトのＶＴＯＬ機には、Ｊｏｂｙ Ａｖｉａｔｉｏｎ社によるＳ２ ｅｌｅｃｔｒｉｃ（登録商標）がある。この設計では、複数の電動モーターを備えた固定翼を有し、好ましくはそれぞれの翼に４つのモーターが設置されている。さらに４つのモーターが後部スタビライザーまたはテールに設置されている。このコンセプトの航空機の欠点は、各電動モーターが独立して作動するため、モーターごとに個別のアクチュエータが必要になることである。上記のように、このことによって作動モーターシステムのために相当な重量が増加することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、上記の欠点の１つ以上を実質的に克服または少なくとも改善すること、または有用な代替物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１の態様において、本発明は垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機を提供し、該垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機は、
機体と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の前翼と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の後翼と、を備え
前記翼それぞれが固定された前縁部とほぼ水平な軸を中心に枢動する後部操縦翼面とを有しており、
前記翼に設置された複数の電動ローターであって、該電動ローターは、各ローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面と共に枢動する、複数の電動ローターをさらに備え、
前記翼の少なくとも１つは、それぞれが互いに平行ではない回転軸を持つように配置された第１および第２の電動ローターを有し、前記第１および第２の電動ローターの推力線が異なっている。
【００１７】
好ましくは、前記第１の電動ローターの推力線がヒンジ線の上方を通るように傾けられ、前記第２の電動ローターの推力線が前記ヒンジ線の下方を通るように傾けられている。
【００１８】
好ましくは、前記第１の電動ローターの回転軸は前記操縦翼面の前部および後部を通る面に対して上方に傾けられ、前記第２の電動ローターの回転軸は前記操縦翼面の前部および後部を通る面に対して下方に傾けられている。
【００１９】
前記第１および第２の電動モーターが同じ回転速度で動作している場合、前記第１および第２のモーターのそれぞれによって発生され、前記操縦翼面に作用する回転モーメントが互いに相殺される。
【００２０】
好ましくは、前記第１および第２の電動モーターが前記固定前縁部の下側に枢動可能に設置されている。
【００２１】
好ましくは、前記第１および第２の電動ローターのそれぞれの先端部分が前記後部操縦翼面に固定されている。
【００２２】
第２の態様において、本発明は垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機を提供し、該垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機は、
機体と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の前翼と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の後翼と、を備え
前記翼それぞれが固定された前縁部とほぼ水平な軸を中心に枢動する後部操縦翼面とを有しており、
前記翼に設置された複数の電動ローターであって、該電動ローターは、各ローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面と共に枢動する、複数の電動ローターをさらに備え、
前記翼の少なくとも１つは、前記翼の上面および下面に対してオフセットされた第１および第２の電動ローターを有している。
【００２３】
好ましくは、前記第１の電動ローターは前記翼の下面の下側に位置し、前記第２の電動ローターは前記翼の上面の上側に位置している。
【００２４】
好ましくは、前記電動ローターは、前記翼の下面の下側および前記翼の上面の上側の位置に前記翼に沿って互い違いに分配されている。
【００２５】
好ましくは、前記機体から最も遠い前記前翼それぞれの先端部分が隣接する前記後翼の先端部分に接続部材によって接続されて箱型翼構造を画定している。
【００２６】
好ましくは、前記前翼それぞれが隣接する前記後翼に１つ以上のストラットまたはタイバーによって接続されている。
【００２７】
好ましくは、前記操縦翼面が約８０〜１００度の範囲で枢動する。好ましくは、前記操縦翼面が約９０度の範囲で枢動する。
【００２８】
第３の態様において、本発明は垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機を提供し、該垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機は、
機体と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の前翼と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の後翼であって、前記前翼それぞれが隣接する前記後翼に先端接続部材またはストラットによって接続されて箱型翼構造またはストラットブレース翼構造を画定する、第１および第２の後翼と、を備え
前記翼それぞれが固定された前縁部とほぼ水平な軸を中心に枢動する後部操縦翼面とを有しており、
前記翼に設置された複数の電動ローターであって、該電動ローターは、各ローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面と共に枢動する、複数の電動ローターをさらに備えている。
【００２９】
好ましくは、前記翼の少なくとも１つは、前記翼の上面および下面に対してオフセットされた第１および第２の電動ローターを有している。
【００３０】
好ましくは、前記第１の電動ローターは前記翼の下面の下側に位置し、前記第２の電動ローターは前記翼の上面の上側に位置している。
【００３１】
前記電動ローターは、前記翼の下面の下側および前記翼の上面の上側の位置に前記翼に沿って互い違いに分配されている。
【００３２】
好ましくは、前記翼の少なくとも１つには第１および第２の電動ローターが設けられ、前記第１の電動ローターの推力線がヒンジ線の上方を通るように傾けられ、前記第２の電動ローターの推力線が前記ヒンジ線の下方を通るように傾けられている。
【００３３】
好ましくは、前記電動ローターは前記翼のそれぞれの下側に位置している。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態を具体的な例に基づいて以下に説明する。
【図１】離着陸形態における本発明の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機を示す概略図である。
【図２】第２の前進飛行形態における図１のＶＴＯＬ機を示す概略図である。
【図３】図１および図２の航空機の翼に配置された電動モーターの、ローターが垂直（離着陸）位置にある場合の配置構成を示す概略図である。
【図４】ローターが部分的に傾斜した位置にある場合の図３の構成のさらなる概略図である。
【図５】ローターがさらに傾斜した位置にある場合の図３の構成のさらなる概略図である。
【図６】ローターが水平（前進飛行）位置にある場合の図３の構成のさらなる概略図である。
【図７】ＶＴＯＬ機のさらなる実施形態を示す斜視図である。
【図８】図７の翼構成の側面図である。
【図９】図７の翼構成の上面図である。
【図１０】ローターブレードが収納された状態における、図７の翼構成の斜視図である。
【図１１Ａ】航空機の翼に配置された電動モーターの配置構成（水平ローター軸）を示す概略側面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの配置構成の斜視図である。
【図１１Ｃ】ローター軸が垂直である場合の図１１Ａの配置構成を示す概略側面図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｃの配置構成の斜視図である。
【図１２】図７〜図１１Ｄのいずれか１つの航空機における翼構成の垂直位置と水平位置との間の移行を示す概略断面図である。
【図１３】アクセスハッチが開いた状態の航空機の駐機形態を示す概略斜視図である。
【図１４】ローターが垂直軸位置にある状態の航空機を示す側面図である。
【図１５】ローターが水平軸位置にある状態の航空機を示す上面図である。
【図１６】ローターが垂直軸位置にある状態の航空機を示す斜視図である。
【図１７】ローターが水平軸位置にある状態の航空機を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機１０が開示されている。好適な実施形態では、図示されているように、２対の翼を有している。すなわち、前翼２０、２２と後翼３０、３２である。前翼２０、２２のそれぞれは、機体２４の横方向に反対側の領域に取り付けられている。同様に、後翼３０、３２のそれぞれも、胴体２４の横方向に反対側の領域に取り付けられている。図示される実施形態では、航空機１０は単座機あるいは双座機１０として示されている。しかしながら、より大きな複数人用の実施形態も想定される。航空機１０は、その内部においてパイロットにより操縦されてもよいし、遠隔操作されてもよい。
【００３６】
図示される実施形態では、２対の翼２０、２２、３０、３２が箱型翼構造または閉じた翼構造を画定するように、前翼２０、２２および後翼３０、３２の先端部分が接続部材またはウェブ４２によって接続されている。
【００３７】
別の実施形態（図示せず）では、前翼２０、２２および後翼３０、３２は、タイバーまたはストラットで接続されたストラットブレース翼であってもよい。ストラットブレース翼は通常、従来の片持翼よりも軽量である。
【００３８】
本明細書に記載されているＶＴＯＬ機１０は、箱型翼機またはストラットブレース型航空機１０であるが、航空機１０が、前翼２０、２２および後翼３０、３２が分離され相互接続されていない従来の片持翼機であってもよいことは当業者には理解されるであろう。さらに、航空機１０は、一対の翼のみを有するものであってもよい。
【００３９】
図を参照すると、前翼２０、２２および後翼３０、３２は垂直方向に分離されており、前翼２０、２２が後翼３０、３２の垂直方向下側に位置している。
【００４０】
図２に示されるように、後翼３０、３２の先端部分４０は、下方および後方に延在している。この翼端部分、すなわちウィングレット４０は、翼端渦を低減するのに役立つ。ウィングレット４０は、静止している際および離着陸時において航空機１０を支持する１つ以上の車輪３９（図１３および１４）を備えてよい。航空機１０にはさらに、機体２４の下部、一般には機体２４の前方部分付近に位置する車輪もしくは１組の車輪４１を備えている。このように、後部車輪３９および前部車輪４１が二等辺三角形の頂点に位置している。車輪３９がウィングレット４０に位置していることで、前述の二等辺三角形の幅が最大化され、航空機１０の安定性が増加することになる。
【００４１】
図１４の側面図を参照すると、ウィングレット４０と接続部材４２とが、翼構造のほぼＴ字型の部分を画定している。
【００４２】
図１３〜図１７に示す実施形態を参照すると、キャビンには、ヒンジ８５によって乗組員の上方でヒンジ固定されているドアすなわちハッチ８２から乗り込むことができる。図１３〜図１８に示す実施形態においては、２つのヒンジ８５と上方に開くハッチ８２とが備えられている。
【００４３】
ハッチ８２を固定するための上方に位置するヒンジ８５の構成と上方に開くハッチ８２とによって、複数の機能的に有利な点がもたらされる。第１に、この構成では、乗組員がローター７０に近づくことなく航空機１０の前方からキャビンに乗り込むことができる。この構成により、単に着座位置から立ち上がって航空機１０から離れるように前に移動するというように、航空機１０からの降機が特に簡略化される。
【００４４】
ハッチ８２が上方に開くことによって、ハッチが開く際にキャビンのほぼ上方にあるため、乗り降りの際の雨よけに関しても改善できる。
【００４５】
さらに、ハッチ８２によって、キャビンの前方部分を地面の近くに位置させることが可能になる。地面からキャビンに乗り込む際の段差の高さは約２５０ｍｍであり、他の軽量飛行機と比較して、乗り降りの際の快適さや容易さの点において大幅に改善されている。
【００４６】
再度図２を参照すると、各ウィングレット４０の近位側は、隣接する前翼２０と後翼３０とを接合する接続部材４２に接続されている。別の接続部材４２は、機体の反対側で隣接する前翼２２と後翼３２とを接合している。
【００４７】
前翼２０、２２および後翼３０、３２のそれぞれは、固定された前縁部２５、３５を有している。前縁部２５、３５は、翼の一部の形状を成す湾曲した輪郭を有している。前縁部は機体２４に対して回転あるいは移動しないということが重要である。
【００４８】
各固定された前縁部２５、３５の後方側で、前翼２０、２２および／または後翼３０、３２には、枢動可能に設置された補助翼すなわち操縦翼面５０が設けられている。各操縦翼面５０は、（図１に示されるような）離着陸のためのほぼ垂直な形態と（図２に示されるような）前進飛行のためのほぼ水平な形態との間で枢動する。
【００４９】
操縦翼面５０は、翼２０、２２、３０、３２の全長に沿って連続的に延在する単一の面であってもよい。あるいは、各翼２０、２２、３０、３２は、１つまたは複数の独立した枢動操縦翼面５０を有していてもよく、操縦翼面５０が他の操縦翼面５０とは独立して前縁部２５、３５を中心に枢動できるように構成されていてもよい。
【００５０】
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機１０は、複数の電動モーター６０を備えている。各モーター６０は、プロペラすなわちローター７０を有する。図示されるように、各モーター６０の本体部分６２は、可動操縦翼面５０の上面または下面に隣接して、一般に固定前縁部２５、３５の前側に設置されている。操縦翼面５０は、水平飛行モード（図２）および垂直飛行モード（図１）の両方への移行のために、約８０〜１００度の範囲で、好ましくは約９０度回転することができる。
【００５１】
1  モーター６０は、翼構造に接触することなくローターブレードを後方に折りたたむことができるように、固定された前縁部２５、３５の十分前方に設置することができる。しかしながら、好適な実施形態においては、可変ピッチ機構を有する折りたたみできないローター７０を用いる。固定ピッチのブレードを用いることもできる。
【００５２】
モーター６０および操縦翼面５０については、例えば以下の２つの配置構成が可能である。すなわち：
ａ）各モーター６０が、固定前縁部２５、３５の１つに枢動可能に接続されており、操縦翼面５０が、モーター６０の本体部分６２に固定される構成；または、
ｂ）操縦翼面５０が、固定前縁部２５、３５の１つに枢動可能に接続されており、操縦翼面がさらにモーター６０の本体部分６２に固定される構成。
【００５３】
電動モーター６０はそれぞれ、各モーター６０のローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と各モーター６０のローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で、操縦翼面５０と共に前縁部２５、３５を中心に枢動する。
【００５４】
図１〜図６に示す実施形態では、翼２０、２２、３０、３２の少なくとも１つは、操縦翼面５０を通る平面に対して互いにオフセットされた第１および第２のモーター６０を有する。図１〜図６の図面に示される実施形態では、このことは、翼２０、２２、３０、３２の対向する上側および下側にモーター６０を配置することによって達成される。図１〜図６に示される実施形態では、各翼に４つの電動モーター６０が設けられる。すなわち、翼２０、２２、３０、３２の上側に２つの電動モーター６０が、翼２０、２２、３０、３２の下側に２つの電動モーター６０が、互い違いの構成で配置される。別の実施形態では、各翼２０、２２、３０、３２に２つの電動モーター６０が設けられている。
【００５５】
電動モーター６０およびそれらの設置用パイロンは、それぞれ枢動操縦翼面５０に配置されている。各モーター６０はヒンジ点３３を中心に回転する。４つのモーター６０は、異なる推力線で設置されている。特に、２つのモーター６０は、操縦翼面５０を水平方向に回転させる推力線を有し、他の２つのモーターは、翼２０、２２、３０、３２を垂直方向に回転させる推力線を有している。４つすべてのモーター６０が一斉に作動すると、モーメントが相殺され、垂直飛行モードでの安定化が達成される。
【００５６】
図３〜図６に示す一連の翼の調節過程では、離陸翼位置から前進飛行翼位置へ移行する際の、モーター６０および操縦翼面５０の傾斜の変化が示されている。これらの図に示されるように、前縁部２５、３５は静止しており、枢動しない。対照的に、モーター６０および操縦翼面５０は、一体的に枢動する。
【００５７】
図６を参照すると、翼が前進飛行のための最終水平位置に到達すると、前縁部２５、３５と操縦翼面５０とが係合し、翼２０、２２、３０、３２がそれ以上枢動することが防止される。このことは、翼２０、２２、３０、３２および操縦翼面５０が相補的な係合面を有していることにより起こる。
【００５８】
本発明の第２の実施形態を図７〜図１２に示す。本実施形態では、４つのモーター６０はそれぞれ、翼２０、２２、３０、３２の下側に配置されている。特に、各モーター６０は翼２０、２２、３０、３２の下側の位置にヒンジ固定されており、これを用いて前縁部スロット７２が形成されることで、揚力係数がさらに増加され、降下中の高傾斜角度でのバフェットが低減される。
【００５９】
前縁部スロット７２は、前縁部２５、３５と傾斜操縦翼面５０との間の隙間である。スロット７２は、図３、４、および５において見ることができ、図６では閉位置にある。前縁部スロット７２は図１１Ａにおいても見られる。
【００６０】
図８を参照すると、この構成では、モーター６０の回転軸は互いに平行ではない。特に、モーター６０のそれぞれの対について、各奇数番モーター６０は、操縦翼面５０に対して下向きに傾斜した回転軸ＸＸを有し、各偶数番モーター６０は、操縦翼面５０に対して上向きに傾斜した回転軸ＹＹを有している。このようにして、一方のモーター６０は、操縦翼面５０を時計回りに回転させる推力線を有し、他方のモーターは、操縦翼面５０を反時計回りに回転させる推力線を有している。対のモーター６０が同等の回転速度で一斉に作動すると、モーメントが相殺され、垂直飛行モードでの安定化が達成される。
【００６１】
航空機１０は、各モーター６０に別々に制御された電源を供給する。これにより、各モーターに異なる電圧を供給することができるため、各モーター６０で可変動力出力を選択的に生成して、左旋回や右旋回などの所望の飛行状態を実現できる。
【００６２】
さらに、モーター６０の独立した動力により、モーター６０を用いて、翼２０、２２、３０、３２の後縁部に位置する操縦翼面５０を傾斜させることができる。
【００６３】
図１１Ａ〜図１１Ｄは、翼２０、２２、３０、３２の１つの下側に設置されたモーター６０の概略側方図である。ヒンジプレート２８は、固定された前縁部２５、３５に接続され、下向きに延在している。モーター６０は、ヒンジ点３３でヒンジプレート２８に枢動可能に接続されている。プロペラ７０およびパイロン構造は、ヒンジ点３３を中心に回転する操縦翼面５０に固定されている。
【００６４】
第２実施形態ではモーター６０が翼の下側に設置され、垂直離陸翼位置と水平前進飛行翼位置との間を移行する際の一連の翼の調節過程における、モーター６０および操縦翼面５０の傾斜の変化が図１１Ａ〜図１１Ｄに示されている。第１の実施形態と同様に、前縁部２５、３５は静止しており枢動せず、モーター６０および操縦翼面５０は一体的に枢動する。
【００６５】
図１２は、図７〜図１１Ｄのいずれか１つの翼構成における垂直位置と水平位置との間の移行を示す概略断面図である。図示されるように、前翼と後翼との間の垂直方向および水平方向における間隔が示されている。図１２には、各翼上の隣接するモーターの推力線が互いに非平行であることも示されており、これにより、ヒンジ点３３を中心にモーメントが生じ、これを選択的に使用することで操縦翼面５０を回転させることができる。
【００６６】
図１〜図１７に示された実施形態では、２つまたは４つのモーター６０が各翼２０、２２、３０、３２に設置されている。しかしながら、追加のモーター６０を航空機１０に、例えば翼２０、２２、３０、３２、機体２４の機首または翼接続部材４２に設置してもよい。
【００６７】
図１５〜図１７に示される実施形態では、２つのモーター６０が各翼２０、２２、３０、３２に設置されている。設置するモーター６０の数を減らすことで、ローター７０の直径を大きくすることができる。図１７の実施形態に示すように、前方から見ると、ローターブレード７０の直径は隣接するローターブレードと重なっている。この重なった構成に適合させるために、モーター６０は、ローターブレードの各組が隣接するローターブレードの組に対して（回転軸に対して）長手方向にオフセットされるように設置され、そうすることで隣接するローター同士が接触しないようにするとともに、直径の大きなローターを配置することが可能となる。これを図１５に示す。
【００６８】
一実施形態においては、ヒンジ機構をモーターポッド構造に統合することで、構造重量をさらに低減することができる。さらに考えられる改善点としては、モーターポッドが複数ある場合、各ポッドにヒンジベアリングを搭載する構成がある。
【００６９】
図１０を参照すると、モーター６０のローターブレード７０は、非使用時に下向きに折りたたむことができる。さらに、離着陸時と比較して前進飛行モードでは通常必要とされる推進力が少ないため、前進飛行モードのときにはローターブレード７０のいくつかを下向きおよび後ろ向きに折りたたむことができる。
【００７０】
有利には、航空機１０においては、各モーター６０に対して、より小さな分散型ヒンジベアリングの使用が可能であり、これにより冗長化が図られ、大幅な直径の縮小化（したがって、軽量化）が実現する。
【００７１】
本発明は、降下中にティルトウィング機が経験するバフェットを劇的に減少させるスロット付き前縁部を備えることができる。
【００７２】
揚力および／または前進速度を増加させるために、機体などの翼以外の構造に電動モーター（図示せず）を追加して設置することも可能である。
【００７３】
有利には、箱型翼構造は、同じサイズの従来の翼よりも空気力学的に効率的であり、構造的により効率的（したがってより軽量）であり得る。
【００７４】
有利には、箱型翼構造を用いることで剛性が増す。
【００７５】
有利には、航空機１０では、従来のティルトウィング機と比較して、必要とされるベアリングおよび傾斜構造の重量が低減される。これは、従来のティルトウィングでは、回転する堅い構造の１対の大きなベアリング（航空機の機体の両側に１つずつ）が必要なためである。
【００７６】
本発明を具体的な例を参照して説明したが、本発明が他の多くの形態で具現化され得ることは当業者には理解されるであろう。
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成31年3月7日(2019.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電動垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機用の翼傾斜作動システムに関する。特に、本発明は、旅客および／または軍事的用途の電動ＶＴＯＬ機のための翼傾斜作動システムおよび機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＶＴＯＬ機は、垂直にまたは垂直に近い角度で離着陸することが可能である。この形式の航空機には、ヘリコプターや特定の固定翼機が含まれ、軍事用途によく使用されている。有利には、ＶＴＯＬ機は、限られたスペースでの離着陸が可能であるため、長い滑走路が不要であり、船の甲板やビルなどの建造物上の離着陸場といった小さなスペースでの離着陸が可能である。
【０００３】
ヘリコプターは、その上昇と前進との両方がローターによって行われる形式の航空機である。ヘリコプターに関しては、高レベルのノイズ出力など、一部の用途で問題になる可能性のあるいくつかの問題がある。ヘリコプターに関連するそのような欠点の１つは、飛行において重要なローターの設計に関係している。通常、設計には冗長性が無く、そのため、ローター（あるいは各ローター）の動作が重要である。このように冗長性が欠如していることにより、ローターおよび駆動系統のあらゆる部品に対して高い安全性を確保する必要が生じ、その結果、ヘリコプターの重量と製造コストとが大幅に増加している。
【０００４】
さまざまな商業的および安全上の理由から電動航空機への関心が高まっている。近年、ほぼピッチ円径の間隔に配置される複数の電動ローターを一般的に用いるドローン技術に関して数多くの開発が行われている。通常、ドローンはそれぞれがほぼ垂直な軸を中心に回転する電動ローターで動作する。
【０００５】
ドローンは、積載量の小さな物を運ぶために商業的に成長してきている一方で、ローターの回転軸が垂直であるため、一般的に比較的低い飛行速度に制限されている。さらに、バッテリーの充電１回あたりの移動範囲がかなり狭い傾向がある。
【０００６】
ティルトウィング型の航空機が利用されており、それは一般に離着陸に際しては垂直プロペラ軸の原理に基づいて動作する。その翼は傾斜可能に構成されており、翼を傾斜させることで、プロペラが離着陸のための垂直軸を有する形態と、プロペラが前進飛行のための水平軸を有する形態とを取ることができる。
【０００７】
上記のティルトウィング構成によって、空母や離着陸場などの利用可能な空きスペースが限られている領域での離着陸が可能になるという利点が得られる。さらに、ティルトウィング機は、従来のプロペラ駆動の固定翼機に匹敵する飛行速度を実現可能である。
【０００８】
ティルトウィング機は一般に、翼に直接設置されたプロペラまたはダクト付きファンを駆動する電動モーターまたはガスタービンエンジンを備えている。翼全体が垂直と水平の間で回転することで、推力ベクトルを垂直から水平に傾けたり戻したりすることが可能である。
【０００９】
定義として、「推力ベクトル」とも呼ばれる「推力線」は、プロペラの推力であり、プロペラの回転軸とほぼ同じである。「ヒンジ線」はヒンジ回転の軸である。
【００１０】
既存のティルトウィング機にはいくつかの固有の欠点がある。欠点の１つは、離着陸用形態と前進飛行用形態との間の翼の傾斜角度を制御するために必要なアクチュエータやベアリングまたはその他の機構に関する。アクチュエータは、前進飛行中に翼を所望の傾斜でロックするようにも機能する。ただし、実際には、アクチュエータやベアリングによって航空機の重量がかなり増加している。その結果、輸送できる人員や貨物などの積載量が減少している。さらに、翼傾斜作動システムとベアリングの重要な性質のため、壊滅的な故障のリスクを減らすために十分な冗長性を備えて設計する必要がある。
【００１１】
電動ＶＴＯＬジェット機は現在、Ｌｉｌｉｕｍ  Ｊｅｔ（登録商標）ブランドでＬｉｌｉｍｕ  Ａｖｉａｔｉｏｎ社によって設計およびテストが行われている。そのプロトタイプは、２つの翼と約３６個の電動モーターを備えた２人乗りの軽量コミューター機としての利用が想定されている。
【００１２】
Ｌｉｌｉｕｍ  Ｊｅｔ（登録商標）型の航空機の欠点は、ファンが覆われた形式のモーターである電動モーターに関係している。この構成ではエネルギーを大量に消費するため、特定のバッテリーサイズでの飛行可能範囲が狭くなってしまう。
【００１３】
さらに、覆われた形状のファンは、指定された離着陸場や滑走路などの舗装された表面での離着陸時にのみ稼働可能である。このため、この航空機の有用性が制限され、公園、野原、運動場などの未舗装表面での離着陸時に稼働させることができない。これは軍事用途では望ましくなく、遠隔地での即時着陸に対応できていない。
【００１４】
別のコンセプトのＶＴＯＬ機には、Ｊｏｂｙ Ａｖｉａｔｉｏｎ社によるＳ２ ｅｌｅｃｔｒｉｃ（登録商標）がある。この設計では、複数の電動モーターを備えた固定翼を有し、好ましくはそれぞれの翼に４つのモーターが設置されている。さらに４つのモーターが後部スタビライザーまたはテールに設置されている。このコンセプトの航空機の欠点は、各電動モーターが独立して作動するため、モーターごとに個別のアクチュエータが必要になることである。上記のように、このことによって作動モーターシステムのために相当な重量が増加することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、上記の欠点の１つ以上を実質的に克服または少なくとも改善すること、または有用な代替物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１の態様において、本発明は垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機を提供し、該垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機は、
機体と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の前翼と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の後翼と、を備え
前記翼それぞれが固定された前縁部とほぼ水平な軸を中心に枢動する後部操縦翼面とを有しており、
前記翼に設置されたローターを有する複数の電動モーターであって、該ローターは、各ローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面と共に枢動する、複数の電動モーターをさらに備え、
前記翼の少なくとも１つは、それぞれが互いに平行ではない回転軸を持つように配置された第１のローターを有する第１の電動モーターおよび第２のローターを有する第２の電動モーターを有し、前記第１および第２のローターの推力線が異なっている。
【００１７】
好ましくは、前記第１のローターの推力線がヒンジ線の上方を通るように傾けられ、前記第２のローターの推力線が前記ヒンジ線の下方を通るように傾けられている。
【００１８】
好ましくは、前記第１のローターの回転軸は前記操縦翼面の前部および後部を通る面に対して上方に傾けられ、前記第２のローターの回転軸は前記操縦翼面の前部および後部を通る面に対して下方に傾けられている。
【００１９】
前記第１および第２のローターが同じ回転速度で動作している場合、前記第１および第２のローターのそれぞれによって発生され、前記操縦翼面に作用する回転モーメントが互いに相殺される。
【００２０】
好ましくは、前記第１および第２の電動モーターが前記固定前縁部の下側に枢動可能に設置されている。
【００２１】
好ましくは、前記第１および第２の電動モーターが前記後部操縦翼面に固定されている。
【００２２】
第２の態様において、本発明は垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機を提供し、該垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機は、
機体と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の前翼と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の後翼と、を備え
前記翼それぞれが固定された前縁部とほぼ水平な軸を中心に枢動する後部操縦翼面とを有しており、
前記翼に設置されたローターをそれぞれが有する複数の電動モーターであって、該電動モーターおよびローターは、各ローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面と共に枢動する、複数の電動モーターをさらに備え、
前記翼の少なくとも１つは、前記翼の上面および下面に対してオフセットされた第１のローターを有する第１の電動モーターおよび第２のローターを有する第２の電動モーターを有している。
【００２３】
好ましくは、前記第１のローターは前記翼の下面の下側に位置し、前記第２のローターは前記翼の上面の上側に位置している。
【００２４】
好ましくは、前記電動モーターおよびローターは、前記翼の下面の下側および前記翼の上面の上側の位置に前記翼に沿って互い違いに分配されている。
【００２５】
好ましくは、前記機体から最も遠い前記前翼それぞれの先端部分が隣接する前記後翼の先端部分に接続部材によって接続されて箱型翼構造を画定している。
【００２６】
好ましくは、前記前翼それぞれが隣接する前記後翼に１つ以上のストラットまたはタイバーによって接続されている。
【００２７】
好ましくは、前記操縦翼面が約８０〜１００度の範囲で枢動する。好ましくは、前記操縦翼面が約９０度の範囲で枢動する。
【００２８】
第３の態様において、本発明は垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機を提供し、該垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機は、
機体と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の前翼と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の後翼であって、前記前翼それぞれが隣接する前記後翼に先端接続部材またはストラットによって接続されて箱型翼構造またはストラットブレース翼構造を画定する、第１および第２の後翼と、を備え
前記翼それぞれが固定された前縁部とほぼ水平な軸を中心に枢動する後部操縦翼面とを有しており、
前記翼に設置されたローターを有する複数の電動モーターであって、該ローターを有する電動モーターは、各ローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面と共に枢動する、複数の電動モーターをさらに備えている。
【００２９】
好ましくは、前記翼の少なくとも１つは、前記翼の上面および下面に対してオフセットされた第１のローターを有する第１の電動モーターおよび第２のローターを有する第２の電動モーターを有している。
【００３０】
好ましくは、前記第１の電動ローターは前記翼の下面の下側に位置し、前記第２の電動ローターは前記翼の上面の上側に位置している。
【００３１】
前記電動モーターおよびローターは、前記翼の下面の下側および前記翼の上面の上側の位置に前記翼に沿って互い違いに分配されている。
【００３２】
第４の態様において、本発明は垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機を提供し、該垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機は、
機体と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の前翼であって、各翼は固定された前縁部とほぼ水平な枢動軸を中心に枢動する後部操縦翼面とを有する、第１および第２の前翼と、を備え
前記翼それぞれが、第１のローターを有する第１の電動モーターおよび第２のローターを有する第２の電動モーターであって、該電動モーターおよびローターは、各ローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面と共に枢動する、第１および第２の電動モーターを有しており、
各モーターおよびローターを制御するための制御システムをさらに備え、
前記制御システムは、前記第１の電動モーターおよび第１のローターと前記第２の電動モーターおよび第２のローターとを異なる回転速度で選択的に動作させて、前記枢動軸を中心に前記操縦翼面を枢動させる回転モーメントを発生させるように構成されている。
【００３３】
好ましくは、前記翼の少なくとも１つには第１および第２の電動ローターが設けられ、前記第１の電動ローターの推力線がヒンジ線の上方を通るように傾けられ、前記第２の電動ローターの推力線が前記ヒンジ線の下方を通るように傾けられている。
【００３４】
好ましくは、前記電動ローターは前記翼のそれぞれの下側に位置している。
【００３５】
好ましくは、前記ローターそれぞれが、同一の前記翼に設置された隣接するローターに対して長手方向に、前記ローターの回転軸方向に関してオフセットされている。
【００３６】
好ましくは、前記ローターの回転軸に直交する面で見ると、前記ローターそれぞれの外径が、同一の前記翼に設置された隣接する前記ローターの外径に重なっている。
【００３７】
好ましくは、前記機体は、前方を向いており上方に開くように上部領域でヒンジ固定されたドアから乗り込むことができるキャビンを有している。
【００３８】
好ましくは、前記第１および第２の後翼のそれぞれは、前記ＶＴＯＬ機を支持する１つ以上の車輪を有し下方および後方に延在しているウィングレットを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態を具体的な例に基づいて以下に説明する。
【図１】離着陸形態における本発明の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機を示す概略図である。
【図２】第２の前進飛行形態における図１のＶＴＯＬ機を示す概略図である。
【図３】図１および図２の航空機の翼に配置された電動モーターの、ローターが垂直（離着陸）位置にある場合の配置構成を示す概略図である。
【図４】ローターが部分的に傾斜した位置にある場合の図３の構成のさらなる概略図である。
【図５】ローターがさらに傾斜した位置にある場合の図３の構成のさらなる概略図である。
【図６】ローターが水平（前進飛行）位置にある場合の図３の構成のさらなる概略図である。
【図７】ＶＴＯＬ機のさらなる実施形態を示す斜視図である。
【図８】図７の翼構成の側面図である。
【図９】図７の翼構成の上面図である。
【図１０】ローターブレードが収納された状態における、図７の翼構成の斜視図である。
【図１１Ａ】航空機の翼に配置された電動モーターの配置構成（水平ローター軸）を示す概略側面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの配置構成の斜視図である。
【図１１Ｃ】ローター軸が垂直である場合の図１１Ａの配置構成を示す概略側面図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｃの配置構成の斜視図である。
【図１２】図７〜図１１Ｄのいずれか１つの航空機における翼構成の垂直位置と水平位置との間の移行を示す概略断面図である。
【図１３】アクセスハッチが開いた状態の航空機の駐機形態を示す概略斜視図である。
【図１４】ローターが垂直軸位置にある状態の航空機を示す側面図である。
【図１５】ローターが水平軸位置にある状態の航空機を示す上面図である。
【図１６】ローターが垂直軸位置にある状態の航空機を示す斜視図である。
【図１７】ローターが水平軸位置にある状態の航空機を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機１０が開示されている。好適な実施形態では、図示されているように、２対の翼を有している。すなわち、前翼２０、２２と後翼３０、３２である。前翼２０、２２のそれぞれは、機体２４の横方向に反対側の領域に取り付けられている。同様に、後翼３０、３２のそれぞれも、胴体２４の横方向に反対側の領域に取り付けられている。図示される実施形態では、航空機１０は単座機あるいは双座機１０として示されている。しかしながら、より大きな複数人用の実施形態も想定される。航空機１０は、その内部においてパイロットにより操縦されてもよいし、遠隔操作されてもよい。
【００４１】
図示される実施形態では、２対の翼２０、２２、３０、３２が箱型翼構造または閉じた翼構造を画定するように、前翼２０、２２および後翼３０、３２の先端部分が接続部材またはウェブ４２によって接続されている。
【００４２】
別の実施形態（図示せず）では、前翼２０、２２および後翼３０、３２は、タイバーまたはストラットで接続されたストラットブレース翼であってもよい。ストラットブレース翼は通常、従来の片持翼よりも軽量である。
【００４３】
本明細書に記載されているＶＴＯＬ機１０は、箱型翼機またはストラットブレース型航空機１０であるが、航空機１０が、前翼２０、２２および後翼３０、３２が分離され相互接続されていない従来の片持翼機であってもよいことは当業者には理解されるであろう。さらに、航空機１０は、一対の翼のみを有するものであってもよい。
【００４４】
図を参照すると、前翼２０、２２および後翼３０、３２は垂直方向に分離されており、前翼２０、２２が後翼３０、３２の垂直方向下側に位置している。
【００４５】
図２に示されるように、後翼３０、３２の先端部分４０は、下方および後方に延在している。この翼端部分、すなわちウィングレット４０は、翼端渦を低減するのに役立つ。ウィングレット４０は、静止している際および離着陸時において航空機１０を支持する１つ以上の車輪３９（図１３および１４）を備えてよい。航空機１０にはさらに、機体２４の下部、一般には機体２４の前方部分付近に位置する車輪もしくは１組の車輪４１を備えている。このように、後部車輪３９および前部車輪４１が二等辺三角形の頂点に位置している。車輪３９がウィングレット４０に位置していることで、前述の二等辺三角形の幅が最大化され、航空機１０の安定性が増加することになる。
【００４６】
図１４の側面図を参照すると、ウィングレット４０と接続部材４２とが、翼構造のほぼＴ字型の部分を画定している。
【００４７】
図１３〜図１７に示す実施形態を参照すると、キャビンには、ヒンジ８５によって乗組員の上方でヒンジ固定されているドアすなわちハッチ８２から乗り込むことができる。図１３〜図１８に示す実施形態においては、２つのヒンジ８５と上方に開くハッチ８２とが備えられている。
【００４８】
ハッチ８２を固定するための上方に位置するヒンジ８５の構成と上方に開くハッチ８２とによって、複数の機能的に有利な点がもたらされる。第１に、この構成では、乗組員がローター７０に近づくことなく航空機１０の前方からキャビンに乗り込むことができる。この構成により、単に着座位置から立ち上がって航空機１０から離れるように前に移動するというように、航空機１０からの降機が特に簡略化される。
【００４９】
ハッチ８２が上方に開くことによって、ハッチが開く際にキャビンのほぼ上方にあるため、乗り降りの際の雨よけに関しても改善できる。
【００５０】
さらに、ハッチ８２によって、キャビンの前方部分を地面の近くに位置させることが可能になる。地面からキャビンに乗り込む際の段差の高さは約２５０ｍｍであり、他の軽量飛行機と比較して、乗り降りの際の快適さや容易さの点において大幅に改善されている。
【００５１】
再度図２を参照すると、各ウィングレット４０の近位側は、隣接する前翼２０と後翼３０とを接合する接続部材４２に接続されている。別の接続部材４２は、機体の反対側で隣接する前翼２２と後翼３２とを接合している。
【００５２】
前翼２０、２２および後翼３０、３２のそれぞれは、固定された前縁部２５、３５を有している。前縁部２５、３５は、翼の一部の形状を成す湾曲した輪郭を有している。前縁部は機体２４に対して回転あるいは移動しないということが重要である。
【００５３】
各固定された前縁部２５、３５の後方側で、前翼２０、２２および／または後翼３０、３２には、枢動可能に設置された補助翼すなわち操縦翼面５０が設けられている。各操縦翼面５０は、（図１に示されるような）離着陸のためのほぼ垂直な形態と（図２に示されるような）前進飛行のためのほぼ水平な形態との間で枢動する。
【００５４】
操縦翼面５０は、翼２０、２２、３０、３２の全長に沿って連続的に延在する単一の面であってもよい。あるいは、各翼２０、２２、３０、３２は、１つまたは複数の独立した枢動操縦翼面５０を有していてもよく、操縦翼面５０が他の操縦翼面５０とは独立して前縁部２５、３５を中心に枢動できるように構成されていてもよい。
【００５５】
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機１０は、複数の電動モーター６０を備えている。各モーター６０は、プロペラすなわちローター７０を有する。図示されるように、各モーター６０の本体部分６２は、可動操縦翼面５０の上面または下面に隣接して、一般に固定前縁部２５、３５の前側に設置されている。操縦翼面５０は、水平飛行モード（図２）および垂直飛行モード（図１）の両方への移行のために、約８０〜１００度の範囲で、好ましくは約９０度回転することができる。
【００５６】
モーター６０は、翼構造に接触することなくローターブレードを後方に折りたたむことができるように、固定された前縁部２５、３５の十分前方に設置することができる。しかしながら、好適な実施形態においては、可変ピッチ機構を有する折りたたみできないローター７０を用いる。固定ピッチのブレードを用いることもできる。
【００５７】
モーター６０および操縦翼面５０については、例えば以下の２つの配置構成が可能である。すなわち：
ａ）各モーター６０が、固定前縁部２５、３５の１つに枢動可能に接続されており、操縦翼面５０が、モーター６０の本体部分６２に固定される構成；または、
ｂ）操縦翼面５０が、固定前縁部２５、３５の１つに枢動可能に接続されており、操縦翼面がさらにモーター６０の本体部分６２に固定される構成。
【００５８】
電動モーター６０はそれぞれ、各モーター６０のローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と各モーター６０のローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で、操縦翼面５０と共に前縁部２５、３５を中心に枢動する。
【００５９】
図１〜図６に示す実施形態では、翼２０、２２、３０、３２の少なくとも１つは、操縦翼面５０を通る平面に対して互いにオフセットされた第１および第２のモーター６０を有する。図１〜図６の図面に示される実施形態では、このことは、翼２０、２２、３０、３２の対向する上側および下側にモーター６０を配置することによって達成される。図１〜図６に示される実施形態では、各翼に４つの電動モーター６０が設けられる。すなわち、翼２０、２２、３０、３２の上側に２つの電動モーター６０が、翼２０、２２、３０、３２の下側に２つの電動モーター６０が、互い違いの構成で配置される。別の実施形態では、各翼２０、２２、３０、３２に２つの電動モーター６０が設けられている。
【００６０】
電動モーター６０およびそれらの設置用パイロンは、それぞれ枢動操縦翼面５０に配置されている。各モーター６０はヒンジ点３３を中心に回転する。４つのモーター６０は、異なる推力線で設置されている。特に、２つのモーター６０は、操縦翼面５０を水平方向に回転させる推力線を有し、他の２つのモーターは、翼２０、２２、３０、３２を垂直方向に回転させる推力線を有している。４つすべてのモーター６０が一斉に作動すると、モーメントが相殺され、垂直飛行モードでの安定化が達成される。
【００６１】
図３〜図６に示す一連の翼の調節過程では、離陸翼位置から前進飛行翼位置へ移行する際の、モーター６０および操縦翼面５０の傾斜の変化が示されている。これらの図に示されるように、前縁部２５、３５は静止しており、枢動しない。対照的に、モーター６０および操縦翼面５０は、一体的に枢動する。
【００６２】
図６を参照すると、翼が前進飛行のための最終水平位置に到達すると、前縁部２５、３５と操縦翼面５０とが係合し、翼２０、２２、３０、３２がそれ以上枢動することが防止される。このことは、翼２０、２２、３０、３２および操縦翼面５０が相補的な係合面を有していることにより起こる。
【００６３】
本発明の第２の実施形態を図７〜図１２に示す。本実施形態では、４つのモーター６０はそれぞれ、翼２０、２２、３０、３２の下側に配置されている。特に、各モーター６０は翼２０、２２、３０、３２の下側の位置にヒンジ固定されており、これを用いて前縁部スロット７２が形成されることで、揚力係数がさらに増加され、降下中の高傾斜角度でのバフェットが低減される。
【００６４】
前縁部スロット７２は、前縁部２５、３５と傾斜操縦翼面５０との間の隙間である。スロット７２は、図３、４、および５において見ることができ、図６では閉位置にある。前縁部スロット７２は図１１Ａにおいても見られる。
【００６５】
図８を参照すると、この構成では、モーター６０の回転軸は互いに平行ではない。特に、モーター６０のそれぞれの対について、各奇数番モーター６０は、操縦翼面５０に対して下向きに傾斜した回転軸ＸＸを有し、各偶数番モーター６０は、操縦翼面５０に対して上向きに傾斜した回転軸ＹＹを有している。このようにして、一方のモーター６０は、操縦翼面５０を時計回りに回転させる推力線を有し、他方のモーターは、操縦翼面５０を反時計回りに回転させる推力線を有している。対のモーター６０が同等の回転速度で一斉に作動すると、モーメントが相殺され、垂直飛行モードでの安定化が達成される。
【００６６】
航空機１０は、各モーター６０に別々に制御された電源を供給する。これにより、各モーターに異なる電圧を供給することができるため、各モーター６０で可変動力出力を選択的に生成して、左旋回や右旋回などの所望の飛行状態を実現できる。
【００６７】
さらに、モーター６０の独立した動力により、モーター６０を用いて、翼２０、２２、３０、３２の後縁部に位置する操縦翼面５０を傾斜させることができる。
【００６８】
図１１Ａ〜図１１Ｄは、翼２０、２２、３０、３２の１つの下側に設置されたモーター６０の概略側方図である。ヒンジプレート２８は、固定された前縁部２５、３５に接続され、下向きに延在している。モーター６０は、ヒンジ点３３でヒンジプレート２８に枢動可能に接続されている。プロペラ７０およびパイロン構造は、ヒンジ点３３を中心に回転する操縦翼面５０に固定されている。
【００６９】
第２実施形態ではモーター６０が翼の下側に設置され、垂直離陸翼位置と水平前進飛行翼位置との間を移行する際の一連の翼の調節過程における、モーター６０および操縦翼面５０の傾斜の変化が図１１Ａ〜図１１Ｄに示されている。第１の実施形態と同様に、前縁部２５、３５は静止しており枢動せず、モーター６０および操縦翼面５０は一体的に枢動する。
【００７０】
図１２は、図７〜図１１Ｄのいずれか１つの翼構成における垂直位置と水平位置との間の移行を示す概略断面図である。図示されるように、前翼と後翼との間の垂直方向および水平方向における間隔が示されている。図１２には、各翼上の隣接するモーターの推力線が互いに非平行であることも示されており、これにより、ヒンジ点３３を中心にモーメントが生じ、これを選択的に使用することで操縦翼面５０を回転させることができる。
【００７１】
図１〜図１７に示された実施形態では、２つまたは４つのモーター６０が各翼２０、２２、３０、３２に設置されている。しかしながら、追加のモーター６０を航空機１０に、例えば翼２０、２２、３０、３２、機体２４の機首または翼接続部材４２に設置してもよい。
【００７２】
図１５〜図１７に示される実施形態では、２つのモーター６０が各翼２０、２２、３０、３２に設置されている。設置するモーター６０の数を減らすことで、ローター７０の直径を大きくすることができる。図１７の実施形態に示すように、前方から見ると、ローターブレード７０の直径は隣接するローターブレードと重なっている。この重なった構成に適合させるために、モーター６０は、ローターブレードの各組が隣接するローターブレードの組に対して（回転軸に対して）長手方向にオフセットされるように設置され、そうすることで隣接するローター同士が接触しないようにするとともに、直径の大きなローターを配置することが可能となる。これを図１５に示す。
【００７３】
一実施形態においては、ヒンジ機構をモーターポッド構造に統合することで、構造重量をさらに低減することができる。さらに考えられる改善点としては、モーターポッドが複数ある場合、各ポッドにヒンジベアリングを搭載する構成がある。
【００７４】
図１０を参照すると、モーター６０のローターブレード７０は、非使用時に下向きに折りたたむことができる。さらに、離着陸時と比較して前進飛行モードでは通常必要とされる推進力が少ないため、前進飛行モードのときにはローターブレード７０のいくつかを下向きおよび後ろ向きに折りたたむことができる。
【００７５】
有利には、航空機１０においては、各モーター６０に対して、より小さな分散型ヒンジベアリングの使用が可能であり、これにより冗長化が図られ、大幅な直径の縮小化（したがって、軽量化）が実現する。
【００７６】
本発明は、降下中にティルトウィング機が経験するバフェットを劇的に減少させるスロット付き前縁部を備えることができる。
【００７７】
揚力および／または前進速度を増加させるために、機体などの翼以外の構造に電動モーター（図示せず）を追加して設置することも可能である。
【００７８】
有利には、箱型翼構造は、同じサイズの従来の翼よりも空気力学的に効率的であり、構造的により効率的（したがってより軽量）であり得る。
【００７９】
有利には、箱型翼構造を用いることで剛性が増す。
【００８０】
有利には、航空機１０では、従来のティルトウィング機と比較して、必要とされるベアリングおよび傾斜構造の重量が低減される。これは、従来のティルトウィングでは、回転する堅い構造の１対の大きなベアリング（航空機の機体の両側に１つずつ）が必要なためである。
【００８１】
本発明を具体的な例を参照して説明したが、本発明が他の多くの形態で具現化され得ることは当業者には理解されるであろう。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の前翼と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の後翼と、を備え
前記翼それぞれが固定された前縁部とほぼ水平な軸を中心に枢動する後部操縦翼面とを有しており、
前記翼に設置されたローターを有する複数の電動モーターであって、該ローターは、各ローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面と共に枢動する、複数の電動モーターをさらに備え、
前記翼の少なくとも１つは、それぞれが互いに平行ではない回転軸を持つように配置された第１のローターを有する第１の電動モーターおよび第２のローターを有する第２の電動モーターを有し、前記第１および第２のローターの推力線が異なっていることを特徴とする、
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項２】
前記第１のローターの推力線がヒンジ線の上方を通るように傾けられ、前記第２のローターの推力線が前記ヒンジ線の下方を通るように傾けられていることを特徴とする、
請求項１に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項３】
前記第１のローターの回転軸は前記操縦翼面の前部および後部を通る面に対して上方に傾けられ、前記第２のローターの回転軸は前記操縦翼面の前部および後部を通る面に対して下方に傾けられていることを特徴とする、
請求項１または２に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項４】
前記第１および第２のローターが同じ回転速度で動作している場合、前記第１および第２のローターのそれぞれによって発生され、前記操縦翼面に作用する回転モーメントが互いに相殺されることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項５】
前記第１および第２の電動モーターが前記固定前縁部の下側に枢動可能に設置されていることを特徴とする、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項６】
前記第１および第２の電動モーターが前記後部操縦翼面に固定されていることを特徴とする、
請求項５に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項７】
機体と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の前翼と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の後翼と、を備え
前記翼それぞれが固定された前縁部とほぼ水平な軸を中心に枢動する後部操縦翼面とを有しており、
前記翼に設置されたローターをそれぞれが有する複数の電動モーターであって、該電動モーターおよびローターは、各ローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面と共に枢動する、複数の電動モーターをさらに備え、
前記翼の少なくとも１つは、前記翼の上面および下面に対してオフセットされた第１のローターを有する第１の電動モーターおよび第２のローターを有する第２の電動モーターを有していることを特徴とする、
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項８】
前記第１のローターは前記翼の下面の下側に位置し、前記第２のローターは前記翼の上面の上側に位置していることを特徴とする、
請求項７に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項９】
前記電動モーターおよびローターは、前記翼の下面の下側および前記翼の上面の上側の位置に前記翼に沿って互い違いに分配されていることを特徴とする、
請求項７または８に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１０】
前記機体から最も遠い前記前翼それぞれの先端部分が隣接する前記後翼の先端部分に接続部材によって接続されて箱型翼構造を画定していることを特徴とする、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１１】
前記前翼それぞれが隣接する前記後翼に１つ以上のストラットまたはタイバーによって接続されていることを特徴とする、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１２】
前記操縦翼面が約８０〜１００度の範囲で枢動することを特徴とする、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１３】
前記操縦翼面が約９０度の範囲で枢動することを特徴とする、
請求項１２に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１４】
機体と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の前翼と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の後翼であって、前記前翼それぞれが隣接する前記後翼に先端接続部材またはストラットによって接続されて箱型翼構造またはストラットブレース翼構造を画定する、第１および第２の後翼と、を備え
前記翼それぞれが固定された前縁部とほぼ水平な軸を中心に枢動する後部操縦翼面とを有しており、
前記翼に設置されたローターを有する複数の電動モーターであって、該ローターを有する電動モーターは、各ローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面と共に枢動する、複数の電動モーターをさらに備える、
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１５】
前記翼の少なくとも１つは、前記翼の上面および下面に対してオフセットされた第１のローターを有する第１の電動モーターおよび第２のローターを有する第２の電動モーターを有していることを特徴とする、
請求項１４に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１６】
前記電動モーターおよびローターは、前記翼の下面の下側および前記翼の上面の上側の位置に前記翼に沿って互い違いに分配されていることを特徴とする、
請求項１４または１５に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１７】
機体と、
前記機体の互いに反対側に取り付けられた第１および第２の前翼であって、各翼は固定された前縁部とほぼ水平な枢動軸を中心に枢動する後部操縦翼面とを有する、第１および第２の前翼と、を備え、
前記翼それぞれが、第１のローターを有する第１の電動モーターおよび第２のローターを有する第２の電動モーターであって、該電動モーターおよびローターは、各ローターがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローターがほぼ水平な回転軸を有する第２の位置との間で前記後部操縦翼面と共に枢動する、第１および第２の電動モーターを有しており、
各モーターおよびローターを制御するための制御システムをさらに備え、
前記制御システムは、前記第１の電動モーターおよび第１のローターと前記第２の電動モーターおよび第２のローターとを異なる回転速度で選択的に動作させて、前記枢動軸を中心に前記操縦翼面を枢動させる回転モーメントを発生させるように構成されていることを特徴とする、
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１８】
前記ローターそれぞれが、同一の前記翼に設置された隣接するローターに対して長手方向に、前記ローターの回転軸方向に関してオフセットされていることを特徴とする、
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１９】
前記ローターの回転軸に直交する面で見ると、前記ローターそれぞれの外径が、同一の前記翼に設置された隣接する前記ローターの外径に重なっていることを特徴とする、
請求項１８に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項２０】
前記機体は、前方を向いており上方に開くように上部領域でヒンジ固定されたドアから乗り込むことができるキャビンを有していることを特徴とする、
請求項１〜１９に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項２１】
前記第１および第２の後翼のそれぞれは、前記ＶＴＯＬ機を支持する１つ以上の車輪を有し下方および後方に延在しているウィングレットを備えていることを特徴とする、
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【国際調査報告】
2020534212.tif 000023
2020534212.tif 000024
2020534212.tif 000025
2020534212.tif 000026
2020534212.tif 000027
2020534212.tif 000028