(57)【要約】  垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機（１０）は、機体と、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（５０）とをそれぞれが有する第１および第２の前翼（２０，２２）とを備える。航空機（１０）は、それぞれがローター（７０）を有する第１および第２の電動モーター（６０）であって、該電動ローター（７０）は、各ローター（７０）がほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各ローター（７０）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）と共に枢動する、第１および第２の電動モーター（６０）を備え、制御システム（９０）は、第１の電動モーター（６０）および第２の電動モーター（６０）を異なる回転速度で選択的に動作させて、枢動軸（３３）を中心に操縦翼面（５０）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。【選択図】図１
2020534211.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２】
前記第１の電動モーターの推力線が、前記第２の電動モーターの推力線に対して角度的にオフセットさ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の電動モーターは前記操縦翼面の上側に位置するローターを有し、前記第２の電動モーターは前記操縦翼面の下側に位置するローターを有し、前記第１の電動モーターの推力線は前記第２の電動モーターの推力線に概ね平行でありオフセットし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４】
前記第１のモーターは、コマンドに応じて、前記制御システムによって前記第２のモーターよりも高い回転速度で動作され、前記操縦翼面を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させ、
前記第１のモーターは、コマンドに応じて、前記制御システムによって前記第２のモーターよりも低い回転速度で操作され、前記操縦翼面を前記第２の位置から前記第１の位置に移動させ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】
各翼がそれぞれがローターを有する少なくとも２つの電動モーターを有し、該ローターが対となるように配置され、該対となるローターは、対のモーターがほぼ等しい回転速度で回転されている場合に回転モーメントが相殺される推力線を有し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】
ホバリングモードでは、前記制御システムは、全モーターによって発生される推力の合計が重力加速度を乗算した航空機および積載物の総質量に等しくなるように、各モーターを適切な速度で回転させるように構成されていることを特徴とする、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項７】
前記操縦翼面を所望の前記第１の位置および前記第２の位置に保持するブレーキ、小型アクチュエータ、またはクランプ装置をさらに備える、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項８】
前記ブレーキまたはクランプ装置は、前記制御システムによって操作され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の後翼をさらに備え、
前記機体から最も遠い各前翼の先端部分と隣接する前記後翼の先端部分とが接続部材によって接続されて箱型翼構造を画定することを特徴とする、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１０】
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、
第１の可変ピッチプロペラを有する第１の電動モーターと第２の可変ピッチプロペラを有する第２の電動モーターであって、該第１および第２のモーターは各翼に設置され、該第１および第２のプロペラは、各プロペラがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各プロペラ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、
各可変ピッチプロペラの回転速度および／またはブレードピッチ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２のプロペラに対する前記第１のプロペラのピッチを変化させて、前記操縦翼面を前記枢動軸を中心に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１１】
前記モーターが、前記制御システムの電子速度コントローラーからのスイッチング周波数の変化に応じて速度を変化させるブラシレスＤＣモーターであ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。
【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、ファンが覆われたタイプ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、庭園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。
【００１５】
別のコンセプトのＶＴＯＬ機には、ＥｌｅｃｔｒｏｎＦｌｉｇｈｔ（登録商標）ティルトローターシステムがある。このシステムには２つの固定翼があり、垂直軸モーターが各翼の前側と後側の両方に取り外し不能に設置されている。さらに、各翼の外側部分には、２つのローターが設置された枢動パネルが設けられている。ローターは差動推力によって作動するため、専用の作動システムが不要になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
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】
【００１７】
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。
【００１８】
好ましくは、前記第１の電動モーターの推力線が、前記第２の電動モーターの推力線に対して角度的にオフセットされている。
【００１９】
好ましくは、前記第１の電動モーターは前記操縦翼面の上側に位置するローターを有し、前記第２の電動モーターは前記操縦翼面の下側に位置するローターを有し、前記第１の電動モーターの推力線は前記第２の電動モーターの推力線に概ね平行でありオフセットしている。
【００２０】
好ましくは、前記第１のモーターは、コマンドに応じて、前記制御システムによって前記第２のモーターよりも高い回転速度で動作され、前記操縦翼面を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させ、
前記第１のモーターは、コマンドに応じて、前記制御システムによって前記第２のモーターよりも低い回転速度で操作され、前記操縦翼面を前記第２の位置から前記第１の位置に移動させる。
【００２１】
一実施形態において、各翼がそれぞれがローターを有する少なくとも２つの電動モーターを有し、該ローターが対となるように配置され、該対となるローターは、対のモーターがほぼ等しい回転速度で回転されている場合に回転モーメントが相殺される推力線を有している。
【００２２】
一実施形態において、各翼は小型アクチュエータを備える２つのローターを有し、冗長性が高められている。
【００２３】
好ましくは、ホバリングモードでは、前記制御システムは、全モーターによって発生される推力の合計が重力加速度を乗算した航空機および積載物の総質量に等しくなるように、各モーターを適切な速度で回転させるように構成されている。
【００２４】
好ましくは、前記垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機は、前記操縦翼面を所望の前記第１の位置および前記第２の位置に保持するブレーキ、小型アクチュエータ、またはクランプ装置をさらに備えている。
【００２５】
好ましくは、前記ブレーキ、小型アクチュエータ、またはクランプ装置は、前記制御システムによって操作される。
【００２６】
好ましくは、前記垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機は、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の後翼をさらに備え、前記機体から最も遠い各前翼の先端部分と隣接する前記後翼の先端部分とが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。
【００２７】
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、
第１の可変ピッチプロペラを有する第１の電動モーターと第２の可変ピッチプロペラを有する第２の電動モーターであって、該第１および第２のモーターは各翼に設置され、該第１および第２のプロペラは、各プロペラがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各プロペラ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、
各可変ピッチプロペラの回転速度および／またはブレードピッチ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２のプロペラに対する前記第１のプロペラのピッチを変化させて、前記操縦翼面を前記枢動軸を中心に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。
【００２８】
好ましくは、前記モーターが、前記制御システムの電子速度コントローラーからのスイッチング周波数の変化に応じて速度を変化させるブラシレスＤＣモーターである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
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】図７〜図１０のいずれか１つの航空機の翼に配置された電動モーターの、ローターが水平（前進飛行）位置にある場合の配置構成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】図７〜図１０のいずれか１つ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側面図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｃの配置構成の斜視図である。
【図１２Ａ】図７〜図１０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１２Ｂ】図７〜図１０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１２Ｃ】図７〜図１０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１２Ｄ】図７〜図１０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】第１および第２の実施形態のいずれかにおける電動モーターの配置構成の概略図である。
【図１４】本発明の８ローター垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機の離着陸形態における斜視図である。
【図１５】本発明の８ローター垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機の前進飛行形態における斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
図示される実施形態では、２対の翼２０、２２、３０、３２が箱型翼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の先端部分が接続されている。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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いる。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。前縁部は回転あるいは移動しない。
【００３８】
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１１Ｃ、１１Ｄに示されるような）離着陸のためのほぼ垂直な形態と（図１１Ａ、１１Ｂ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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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（例えば、図１１Ｃ）；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。
【００４３】
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。
【００４４】
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１〜６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つの電動モーターが、互い違いの構成で配置される。しかしながら、図１４および１５に示される実施形態では、各翼に２つの電動モーター６０が設けられている。
【００４５】
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。すべてのモーターはヒンジ点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。
【００４６】
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。
【００４７】
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がさらに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。
【００４８】
本発明の第２の実施形態を図７〜１０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。
【００４９】
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。スロット７２は図１１Ａにおいても見られる。
【００５０】
図８を参照すると、この構成では、モーターの回転軸は互いに平行ではない。特に、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、２つのモーター６０は、操縦翼面５０を時計回りに回転させる推力線を有し、他の２つのモーターは、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。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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
図１１Ａ〜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。
【００５４】
本実施形態では、翼の下側に設置されたモーター６０を有し、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。
【００５５】
図１２Ａ〜１２Ｄ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１２Ａ〜１２Ｄには、各翼上の隣接するモーターの互いに非平行である推力線も示されており、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。
【００５６】
図示された好ましい実施形態では、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。
【００５７】
一実施形態では、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。
【００５８】
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。
【００５９】
従来のティルトウィング機では、翼を傾斜させるためのアクチュエータが必要である。対照的に、本明細書に開示されるＶＴＯＬ機１０の実施形態では、操縦翼面５０を回転させるためにモーター推力を使用する。このことは、モーターを翼の傾斜軸の両側（つまり、翼の上側と下側）に設置するか、あるいは図７に示すように、モーターの一部を他のモーターに対して角度を付けて傾けることで、角度的にオフセットした異なる推力線を設定することによって実現される。以下、その動作について説明する。
【００６０】
モーター６０は、好ましくは、スイッチング周波数を変えることにより速度が変化するブラシレスＤＣモーターである。このスイッチング周波数は、制御システム９０の電子速度コントローラ（ＥＳＣ）によって制御される。モーター６０は実際には永久磁石ＡＣモーターであるが、ＥＳＣからの入力がＤＣであるため、それらは一般にブラシレスＤＣと呼ばれる。モーター６０は、ＥＳＣからの周波数入力が高い場合にはプロペラ速度が上がり、ＥＳＣからの周波数入力が低い場合にはプロペラ速度が下がるというように動作する。
【００６１】
実際には、スイッチング周波数が等しい場合、モーメントは平衡を保つ。
【００６２】
第１の実施形態−翼の上下にモーターが設置される場合
図１〜６に示される実施形態を参照すると、翼の操縦翼面５０の上側に配置された電動モーター６０の回転速度を上げることにより、制御システムは、上部プロペラ７０によって生じる推力を増加することができる。同時に、翼の操縦翼面５０の下側に配置されたモーター６０の速度を下げると、下部プロペラ７０によって生じる推力が減少する。その結果、操縦翼面５０を回転させる回転モーメントが生じ、ほぼ水平な前進飛行モードとなる。
【００６３】
一方、翼の操縦翼面５０の上側に配置された電動モーター６０の速度を下げ、翼の操縦翼面５０の下側に配置された電動モーター６０の速度を上げることにより、結果として、操縦翼面５０を回転させる回転モーメントが生じ、垂直（離着陸）形態となる。
【００６４】
モーター６０は、翼のその部分におけるすべてのモーター６０の総出力によって安定した飛行に必要な総推力を確実に発生させ、さらにコマンドに従って翼を垂直から水平にさらにはその反対に傾けることが可能となる、制御ソフトウェアの複合アルゴリズムを用いて制御される。
【００６５】
ブレーキまたはクランプ装置または小型アクチュエータを用いて、操縦翼面５０を所望の垂直または水平形態に保持する。
【００６６】
第２の実施形態−角度推力ベクトルをオフセットしてモーターが配置される場合
図７〜１３に示される実施形態を参照すると、下方に傾斜した推力線ＸＸを有する電動モーター６０の回転速度を上げることにより、制御システムは、上部プロペラ７０によって生じる推力を増加することができる。同時に、上方に傾斜した推力線ＹＹを有する２つのモーター６０の速度を下げると、それらのプロペラ７０によって生じる推力が減少する。その結果、操縦翼面５０を回転させる回転モーメントが生じ、ほぼ水平な前進飛行モードとなる。
【００６７】
一方、下方に傾斜した推力線ＸＸを有する電動モーター６０の速度を下げ、上方に傾斜した推力線ＹＹを有する電動モーター６０の速度を上げることにより、結果として、操縦翼面５０を回転させる回転モーメントが生じ、垂直（離着陸）形態となる。
【００６８】
航空機１０のさらなる実施形態としては、傾斜機構が冗長性を有するように、操縦翼面５０ごとに４、６または２ｎ（ｎ＝１、２、３、４…）個のモーター６０を備え、モーターの１つが故障しても翼の回転に支障が出ない構成が考えられる。
【００６９】
有利には、航空機１０の実施形態によれば、ティルトウィング構成の航空機１０の翼を回転させるための大型のすなわち重いアクチュエータが不要となる。また、部品数を減少できる可能性があり、それによってシステムの信頼性が向上できる。
【００７０】
ここで一例を説明する。図７および１３を参照すると、記載の実施形態においては、翼２０、２２、３０、３２ごとに４つのモーター６０が設けられ、合計１６個のモーター６０が設けられている。
Ｔ１＝プロペラとモーター１（Ｐ１）の推力
Ｔ２＝プロペラとモーター２（Ｐ２）の推力
Ｔｎ＝プロペラとモーターｎ（Ｐｎ）の推力
Ｔ１６＝プロペラとモーター１６（Ｐ１６）の推力
【００７１】
モーター６０が垂直軸形態（例えば、図１２Ａ）にあるとき、総浮揚推力＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋．．．．．．＋Ｔ１６である。
【００７２】
浮揚のバランスが取れている重量＝質量＊ g（重力による加速）、すなわち、Ｗ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋．．．．．．＋Ｔ１６となる。
【００７３】
各モーター６０によって発生される推力は、モーター６０の回転速度を増加または減少させるモーター電子速度コントローラー（ＥＳＣ）に信号を送信することによって実行される各プロペラ７０の速度の増減により、制御システムによって変更可能である。あるいは、可変ピッチプロペラを使用してもよく、その場合、プロペラのピッチを変化させることで推力を変更できる。
翼１の推力＝ＴＷ１＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４
翼２の推力＝ＴＷ２＝Ｔ５＋Ｔ６＋Ｔ７＋Ｔ８
翼３の推力＝ＴＷ３＝Ｔ９＋Ｔ１０＋Ｔ１１＋Ｔ１２
翼４の推力＝ＴＷ４＝Ｔ１３＋Ｔ１４＋Ｔ１５＋Ｔ１６
安定した浮揚状態では：
Ｗ＝ＴＷ１＋ＴＷ２＋ＴＷ３＋ＴＷ４
である。
【００７４】
従来のマルチローター安定化アルゴリズムを用いることで、各モーター６０の速度を変化させて外乱に対して航空機１０を安定化し、差動推力を用いて航空機１０をピッチングおよびローリングさせる。
【００７５】
ホバリングモードでは、翼２０、２２、３０、３２はフリーであっても、別のメカニズムを使用して固定されていてもよい。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
有利には、箱型翼構造を用いることで剛性が増す。
【００８１】
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）が必要なためである。
【００８２】
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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年3月6日(2019.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
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の電動モーターと、
各電動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ローターと前記第２の電動モーターおよび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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
好ましくは、前記第１の電動モーターおよびローターの推力線が、前記第２の電動モーターおよびローターの推力線に対して角度的にオフセットされている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
好ましくは、前記第１の電動モーターおよびローターは前記操縦翼面の上側に位置し、前記第２の電動モーターおよびローターは前記操縦翼面の下側に位置し、前記第１の電動モーターおよびローターの推力線は前記第２の電動モーターおよびローターの推力線に概ね平行でありオフセットしている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
好ましくは、前記第１の電動モーターは、コマンドに応じて、前記制御システムによって前記第２の電動モーターよりも高い回転速度で動作され、前記操縦翼面を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させ、
前記第１の電動モーターは、コマンドに応じて、前記制御システムによって前記第２の電動モーターよりも低い回転速度で操作され、前記操縦翼面を前記第２の位置から前記第１の位置に移動させる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
一実施形態において、各翼がそれぞれがローターを有する少なくとも２つの電動モーターを有し、該電動モーターおよびローターが対となるように配置され、該対となる電動モーターおよびローターは、対の電動モーターおよびローターがほぼ等しい回転速度で回転されている場合に回転モーメントが相殺される推力線を有している。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
好ましくは、ホバリングモードでは、前記制御システムは、全電動モーターおよびローターによって発生される推力の合計が重力加速度を乗算した航空機および積載物の総質量に等しくなるように、各モーターおよびローターを適切な速度で回転させるように構成されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
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、
第１の可変ピッチプロペラを有する第１の電動モーターと第２の可変ピッチプロペラを有する第２の電動モーターであって、該第１および第２の電動モーターは各翼に設置され、該第１および第２の可変ピッチプロペラは、各プロペラがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各プロペラ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、
各可変ピッチプロペラの回転速度および／またはブレードピッチ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２のプロペラに対する前記第１のプロペラのピッチを変化させて、前記操縦翼面を前記枢動軸を中心に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。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
好ましくは、前記電動モーターが、前記制御システムの電子速度コントローラーからのスイッチング周波数の変化に応じて速度を変化させるブラシレスＤＣモーターである。
【手続補正９】
【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の電動モーターと、
各電動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ローターと前記第２の電動モーターおよび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２】
前記第１の電動モーターおよびローターの推力線が、前記第２の電動モーターおよびローターの推力線に対して角度的にオフセットさ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の電動モーターおよびローターは前記操縦翼面の上側に位置し、前記第２の電動モーターおよびローターは前記操縦翼面の下側に位置し、前記第１の電動モーターおよびローターの推力線は前記第２の電動モーターおよびローターの推力線に概ね平行でありオフセットし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４】
前記第１の電動モーターは、コマンドに応じて、前記制御システムによって前記第２の電動モーターよりも高い回転速度で動作され、前記操縦翼面を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させ、
前記第１の電動モーターは、コマンドに応じて、前記制御システムによって前記第２の電動モーターよりも低い回転速度で操作され、前記操縦翼面を前記第２の位置から前記第１の位置に移動させ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】
各翼がそれぞれがローターを有する少なくとも２つの電動モーターを有し、該電動モーターおよびローターが対となるように配置され、該対となる電動モーターおよびローターは、対の電動モーターおよびローターがほぼ等しい回転速度で回転されている場合に回転モーメントが相殺される推力線を有し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】
ホバリングモードでは、前記制御システムは、全電動モーターおよびローターによって発生される推力の合計が重力加速度を乗算した航空機および積載物の総質量に等しくなるように、各モーターおよびローターを適切な速度で回転させるように構成されていることを特徴とする、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項７】
前記操縦翼面を所望の前記第１の位置および前記第２の位置に保持するブレーキ、小型アクチュエータ、またはクランプ装置をさらに備える、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項８】
前記ブレーキ、小型アクチュエータまたはクランプ装置は、前記制御システムによって操作され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の後翼をさらに備え、
前記機体から最も遠い各前翼の先端部分と隣接する前記後翼の先端部分とが接続部材によって接続されて箱型翼構造を画定することを特徴とする、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）機。
【請求項１０】
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、
第１の可変ピッチプロペラを有する第１の電動モーターと第２の可変ピッチプロペラを有する第２の電動モーターであって、該第１および第２の電動モーターは各翼に設置され、該第１および第２の可変ピッチプロペラは、各プロペラがほぼ垂直な回転軸を有する第１の位置と、各プロペラ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、
各可変ピッチプロペラの回転速度および／またはブレードピッチ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２のプロペラに対する前記第１のプロペラのピッチを変化させて、前記操縦翼面を前記枢動軸を中心に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１１】
前記電動モーターが、前記制御システムの電子速度コントローラーからのスイッチング周波数の変化に応じて速度を変化させるブラシレスＤＣモーターであ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。
【国際調査報告】
2020534211.tif 000024
2020534211.tif 000025
2020534211.tif 000026
2020534211.tif 000027