特開 2021-75191 垂直離着陸航空機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-75191(P2021-75191A)

(43)【公開日】2021年5月20日

(54)【発明の名称】垂直離着陸航空機

(51)【国際特許分類】

   B64C 29/02 20060101AFI20210423BHJP

【ＦＩ】

   B64C29/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2019-204354(P2019-204354)

(22)【出願日】2019年11月12日

(71)【出願人】

【識別番号】302006267

【氏名又は名称】株式会社クエストコーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100128794

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 庸悟

(72)【発明者】

【氏名】神戸 博之

(57)【要約】

【課題】固定翼による揚力を効果的に利用でき、高い強度を備えつつ軽量化ができることで、輸送効率を高めることができ、ロータの危険な露出をなくし、利用者に対する安全性を適切に確保することができる垂直離着陸航空機を提供する。
【解決手段】垂直離着陸ができるように複数のロータ３０、３０を備えると共に、翼形状によって生じる揚力を伴って水平飛行ができるように固定翼２０を備え、該固定翼２０が、水平飛行の際に上下に位置する上下の翼２０ａ、２０ｂであって胴体を中心に左右に配されることで形成された左右の複葉翼２１、２２によって構成された垂直離着陸航空機であって、左右の複葉翼２１、２２は、各翼端において上下の翼２０ａ、２０ｂが連続された形態の翼端連続部２１ａ、２２ａを備え、胴体１０と左右の複葉翼２１、２２とによって囲まれた左右の内側スペース２３、２４の各々に、ロータ３０が配されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

垂直離着陸ができるように複数のロータを備えると共に、翼形状によって生じる揚力を伴って水平飛行ができるように固定翼を備え、該固定翼が、水平飛行の際に上下に位置する上下の翼であって胴体を中心に左右に配されることで形成された左右の複葉翼によって構成された垂直離着陸航空機であって、
前記左右の複葉翼は、各翼端において前記上下の翼が連続された形態の翼端連続部を備え、前記胴体と前記左右の複葉翼とによって囲まれた左右の内側スペースの各々に、前記ロータが配されていることを特徴とする垂直離着陸航空機。

【請求項2】

左右の前記ロータの後方直下の各々に、動翼が配されていることを特徴とする請求項１記載の垂直離着陸航空機。

【請求項3】

前記ロータは、前記上下の翼の間に架け渡されて形成された架橋支持部によって支持された駆動装置によって駆動されることを特徴とする請求項１又は２記載の垂直離着陸航空機。

【請求項4】

前記動翼は、前記上下の翼の間に架け渡されて形成された架橋支持部によって支持された作動機構によって作動されることを特徴とする請求項２又は３記載の垂直離着陸航空機。

【請求項5】

垂直離着陸用の脚部が、前記翼端連続部が設けられた前記左右の複葉翼の各翼端の各角部で後方へ延設された形態に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の垂直離着陸航空機。

【請求項6】

前記胴体には、荷物が積載できるように、収納スペースが設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の垂直離着陸航空機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、垂直離着陸ができるように複数のロータを備えると共に、翼形状によって生じる揚力を伴って水平飛行ができるように固定翼を備え、該固定翼が、水平飛行の際に上下に位置する上下の翼であって胴体を中心に左右に配されることで形成された左右の複葉翼によって構成された垂直離着陸航空機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の垂直離着陸航空機としては、乗員が乗車して離着陸し水平飛行しうる垂直離着陸機を全体として乗用車と略同様の大きさに形成し、機体の胴体は水平飛行に寄与する揚力を発生し得るように形成され、離着陸用エンジンと水平飛行用エンジンとを備え、上記離着陸用エンジンと水平飛行用エンジンとは、上記胴体の上方投影輪郭線内方に装備される
（特許文献１参照）ものが提案されている。このタイプの垂直離着陸航空機では、離着陸用と水平飛行用として別々にエンジンを備えることになり、装置が複雑化して軽量化が難しい。このため、例えば輸送用のドローンに応用する場合は、効率的な輸送ができないと考えられる。

【0003】

これに対して、従来の他の垂直離着陸航空機としては、オスプレイのように、ロータ装置（推力発生装置）が、固定翼に対する角度が適宜変化できるように装着・支持され、離着陸用及び水平飛行用の推力発生装置として兼用される（特許文献２参照）ものが提案されている。これによれば、前述の別々にエンジンを備える航空機よりも、効果的であると考えられるが、ロータ装置の装着・支持する機構が複雑化して軽量化が難しい。このため、例えば輸送用のドローンに応用する場合は、効率的な輸送ができないと考えられる。また、輸送用のドローンに応用する場合など、ロータ装置のプロペラが危険な状態で露出しており、利用者に対する安全性を確保した形態になっていない。

【0004】

また、従来の他の垂直離着陸航空機としては、固定翼機の飛行制御装置が、第１の左翼および第１の右翼と、第１の左ロータと第１の左翼に連結された第１の左電気モータとの間に連結された第１の左スワッシュプレートと、第１の右ロータと第１の右翼に連結された第１の右電気モータとの間に連結された第１の右スワッシュプレートとを有し、左右の翼にエレボンを備えた（特許文献３参照）ものが提案されている。さらに、この垂直離着陸航空機では、Ｘ型翼構造に４つの翼が設けられ、胴体が中央にある航空機についても提案されている。これによれば、前述の航空機よりも所要の強度を備える構造を簡易化することが可能であると考えられるが、例えば輸送用のドローンに応用する場合は、前述のオスプレイのようなロータ装置を備えるものと同様にロータ装置のプロペラが危険な状態で露出しており、利用者に対する安全性を確保した形態になっていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】ＷＯ２０１３０１５２９５Ａ１号公報（第１頁）

【特許文献2】米国特許第３１８１８１０号明細書（第１頁）

【特許文献3】特表２０１６−５１７８２１号公報（第１頁）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

垂直離着陸航空機に関して解決しようとする問題点は、従来の固定翼を備える航空機では、ロータ装置（推力発生装置）の装着・支持構造が複雑になり易く、軽量化が難しいため、例えば輸送用のドローンに応用する場合は、効率的な輸送が難しいと共に、利用者に対する安全性を確保した構成になっていない点にある。

【0007】

そこで本発明の目的は、固定翼による揚力を効果的に利用でき、シンプルで軽量化ができるが、高い強度を備える形態にすることで、輸送効率を高めることができ、ロータ装置のプロペラが危険な状態に露出しないように構成することで、利用者に対する安全性を確保することができる垂直離着陸航空機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係る垂直離着陸航空機の一形態によれば、垂直離着陸ができるように複数のロータを備えると共に、翼形状によって生じる揚力を伴って水平飛行ができるように固定翼を備え、該固定翼が、水平飛行の際に上下に位置する上下の翼であって胴体を中心に左右に配されることで形成された左右の複葉翼によって構成された垂直離着陸航空機であって、
前記左右の複葉翼は、各翼端において前記上下の翼が連続された形態の翼端連続部を備え、前記胴体と前記左右の複葉翼とによって囲まれた左右の内側スペースの各々に、前記ロータが配されている。

【0009】

また、本発明に係る垂直離着陸航空機の一形態によれば、左右の前記ロータの後方直下の各々に、動翼が配されていることを特徴とすることができる。

【0010】

また、本発明に係る垂直離着陸航空機の一形態によれば、前記ロータは、前記上下の翼の間に架け渡されて形成された架橋支持部によって支持された駆動装置によって駆動されることを特徴とすることができる。

【0011】

また、本発明に係る垂直離着陸航空機の一形態によれば、前記動翼は、前記上下の翼の間に架け渡されて形成された架橋支持部によって支持された作動機構によって作動されることを特徴とすることができる。

【0012】

また、本発明に係る垂直離着陸航空機の一形態によれば、垂直離着陸用の脚部が、前記翼端連続部が設けられた前記左右の複葉翼の各翼端の各角部で後方へ延設された形態に設けられていることを特徴とすることができる。

【0013】

また、本発明に係る垂直離着陸航空機の一形態によれば、前記胴体には、荷物が積載できるように、収納スペースが設けられていることを特徴とすることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る垂直離着陸航空機によれば、固定翼による揚力を効果的に利用でき、シンプルで軽量化ができるが、高い強度を備える形態にすることで、輸送効率を高めることができ、ロータ装置のプロペラが危険な状態に露出しないように構成することで、利用者に対する安全性を確保することができるという特別有利な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る垂直離着陸航空機の形態例の離着陸状態を示す斜視図である。

【図2】図１の形態例の水平飛行状態の正面と平面と左側面が表れた斜視図である。

【図3】図１の形態例の水平飛行状態の背面と平面と左側面が表れた斜視図である。

【図4】図１の形態例の正面図である。

【図5】図１の形態例の左側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明に係る垂直離着陸航空機の形態例を、添付図面（図１〜５）に基づいて詳細に説明する。この垂直離着陸航空機は、例えば、ドローン（無人航空機）として用いることができるものであって、無線操縦又は遠隔地へＧＰＳ（全地球測位システム）や無線通信網を利用した自動操縦によって飛行できる機体として利用できるものである。

【0017】

本発明に係る垂直離着陸航空機は、基本構成として、垂直離着陸ができるように複数のロータ３０（本形態例では、左のロータ３１と、右のロータ３２）を備えると共に、翼形状によって生じる揚力を伴って水平飛行ができるように固定翼２０を備えている。また、その固定翼２０が、水平飛行の際に上下に位置する上下の翼（上の翼２０ａ、下の翼２０ｂ）であって胴体１０を中心に左右に配されることで形成された左右の複葉翼（左の複葉翼２１、右の複葉翼２２）によって構成されている。

【0018】

そして、左右の複葉翼２１、２２は、各翼端において上下の翼２０ａ、２０ｂが連続された形態の翼端連続部２１ａ、２２ａを備え、胴体１０と左右の複葉翼２１、２２とによって囲まれた左右の内側スペース２３、２４の各々に、ロータ３０（左のロータ３１、右のロータ３２）が配されている。なお、本形態例のロータ３０は、３枚のプロペラを備える形態になっているが、これに限定されず、既知の形態を適宜選択的に採用できるのは勿論である。

【0019】

本発明に係る垂直離着陸航空機によれば、左右の複葉翼２１、２２で構成された固定翼２０によって揚力を得ることができるため、航続距離を延長できる効率的な飛行を実現できる。そして、その効果と共に、翼端連続部２１ａ、２２ａを備えることで、シンプルな形態ではあるが、高い構造強度と剛性を有する翼形態とすることができる。このため、機体の軽量化ができ、輸送効率を高めることができる。

【0020】

また、翼端連続部２１ａ、２２ａを備えることで、ロータ装置（左のロータ３１、右のロータ３２）のプロペラが危険な状態に露出しないように配された他形態となるため、利用者に対する安全性を適切に確保することができる。すなわち、翼端連続部２１ａ、２２ａは、ロータガードになっており、安全性だけでなく、ロータ装置の破損が生じないように保護する効果もある。さらに、左右の内側スペース２３、２４が飛行方向に開口する枠体状に形成されることで気流を整流する効果が生じるため、空力効率を向上できると考えられる。なお、左右の翼端連続部２１ａ、２２ａと、左右の翼端の上下の翼２０ａ、２０ｂとが連続する角部は、空気抵抗を低減するように曲線で連続する丸められた形状になっている。

【0021】

なお、本形態例では、上下２枚の複葉翼の形態の固定翼２０であって、二つのロータ３０（左のロータ３１、右のロータ３２）が配されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、固定翼２０を３枚以上の複葉翼とすることも可能であるし、ロータ３０を左右のそれぞれに２つ以上配する形態（左右の合計で４つ以上）とすることも可能である。

【0022】

また、本形態例の垂直離着陸航空機では、左右のロータ３１、３２の後方直下の各々に、動翼４０（左の動翼４１、右の動翼４２）が配されている。この左右のロータ３１、３２と二つの動翼４０（左の動翼４１、右の動翼４２）によれば、本発明に係る垂直離着陸航空機の姿勢制御を適切に行うことができる。そして、動翼４０が、ロータ３０の後方直下にあることで、制御操作（操縦）に対する反応性を高めることができ、航空機の機動性を高めることができる。なお、本形態例の動翼４０は、エレボンであり、エレベータ（昇降舵）とエルロン（補助翼）との機能をもつものである。

【0023】

すなわち、本形態例によれば、左のロータ３１と右のロータ３２の駆動力（推力）制御と、左の動翼４１と右の動翼４２の動作制御とを行うことで、ピッチ軸を中心にしたピッチ制御と、ロール軸を中心にしたロール制御と、ヨー軸を中心にしたヨー制御とによる航空機の３軸制御を行うことができる。

【0024】

本形態例のピッチ制御は、胴体１０の軸である前後に延びる軸（ロール軸）に直交して左右に延びる固定翼２０の延設方向に平行なピッチ軸と平行に設けられた回動軸を中心に、動翼４０を回動させることで行うことができる。ロータ３０の駆動条件など他の条件を考慮しなければ、基本的には、左の動翼４１と右の動翼４２とを、同じ方向へ回動することで、機首を上下できる。すなわち、左の動翼４１と右の動翼４２の回動する自由端側を、例えば水平飛行の姿勢で下方へ回動することで、機首を上げることができる。反対に、左の動翼４１と右の動翼４２の回動する自由端側を、例えば水平飛行の姿勢で上方へ回動することで、機首を下げることができる。また、このピッチ制御によれば、例えば、水平飛行から垂直飛行への移行や、垂直飛行から水平飛行への移行をスムースに行うことができる。

【0025】

本形態例のロール制御は、左の動翼４１と右の動翼４２とを反対方向へ回動するなど、左の動翼４１と右の動翼４２との動作に差を設けることで、機体をその軸心（ロール軸）を中心にロールさせることで行うことができる。すなわち、例えば、左の動翼４１を上方へ回動すると共に右の動翼４２を下方へ回動すれば、左にロールし、反対に左の動翼４１を下方へ回動すると共に右の動翼４２を上方へ回動すれば、右にロールすることになる。

【0026】

本形態例のヨー制御は、ロータの推力を制御することで行うことができる。すなわち、右のロータの推力が左のロータの推力よりも大きくなるように制御することで、機首を左側へ旋回することができる。反対に、左のロータの推力が右のロータの推力よりも大きくなるように制御することで、機首を右側へ旋回することができる。

【0027】

以上の本発明に係る垂直離着陸航空機の３軸制御及び飛行制御は、既知の飛行制御装置を利用して行うことができる。例えば、ドローン（無人航空機）の制御装置を適用して飛行制御を行うことができる。すなわち、飛行制御装置によれば、ジャイロセンサによる姿勢情報、ＧＰＳの位置情報、通信網を利用したものを含む無線による操縦情報や、画像処理や電波処理などの光や電波による情報などの種々の情報を感知・取得して、垂直離着陸、ホバリング（定点滞空）や水平飛行などの姿勢制御や、飛行速度、飛行高度、飛行時間及び航続距離の制御・管理、ペイロード（積載量）重心の制御・管理などの飛行に関する制御を行うことができる。

【0028】

また、本形態例の垂直離着陸航空機では、左のロータ３１と右のロータ３２のそれぞれは、上下の翼２０ａ、２０ｂの間に架け渡されて形成された左の架橋支持部５１と右の架橋支持部５２によってそれぞれ支持された左の駆動装置３１ａと右の駆動装置３２ａによって駆動されるように構成されている。

【0029】

この左右の架橋支持部５１、５２によれば、上下の翼２０ａ、２０ｂの間に架け渡されて形成されているため、簡易な形態であるが、その構造強度及び剛性を適切に高めることができる形態になっており、それぞれの駆動装置３１ａ、３２ａ及びロータ３０（左のロータ３１、右のロータ３２）を適切に支持できる。

【0030】

さらに、本形態例に係る左の駆動装置３１ａと右の駆動装置３２ａは、電動モータで構成されており、リチウムイオン電池などの二次電池を電力源として駆動されるように設けられている。なお、この駆動装置３１ａ、３２ａは、電動モータに限定されるものではなく、エンジンによって構成されていても良いのは勿論である。

【0031】

また、動翼４０（左の動翼４１、右の動翼４２）は、上下の翼２０ａ、２０ｂの間に架け渡されて形成された架橋支持部（左の架橋支持部５１と右の架橋支持部５２）によってそれぞれ支持された作動機構によって作動されるように構成されている。

【0032】

この左右の架橋支持部５１、５２によれば、上下の翼２０ａ、２０ｂの間に架け渡されて形成されているため、簡易な形態であるが、その構造強度及び剛性を容易に高めることができる形態になっており、前述のロータ３０に係る効果と同様に、それぞれの作動機構及び動翼４０（左の動翼４１、右の動翼４２）を適切に支持できる。

【0033】

また、本形態例の垂直離着陸航空機では、垂直離着陸用の脚部６０が、左右の翼端連続部２１ａ、２２ａが設けられた左右の複葉翼２１、２２の各翼端の各角部（本形態例では４箇所）で後方へ延設された形態に設けられている。この垂直離着陸用の脚部は、飛行方向に沿った方向に棒状に延びた形態であり、空気抵抗にならないように設けられている。なお、本形態例では、４本の垂直離着陸用の脚部６０が設けられている。

【0034】

これによれば、機体荷重を合理的に分散して安定的に着陸できる。
なお、本形態例の垂直離着陸用の脚部６０は、断面が円形の円柱状に形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、軽量化のために中空な円筒状の形態にすることや、或いは構造強度及び剛性を高めた他の既知の形態に設けることができるのは勿論である。

【0035】

また、本形態例の垂直離着陸航空機では、胴体１０に、荷物が積載できるように、収納スペース１１が設けられている。例えば、機首を形成するカバーが開閉或いは着脱できるように構成することができ、その内部に荷物が収納・積載できる構造とすることができる。これによれば、荷物が、流線形のカバーによって覆われて機体内に内蔵されることになるため、飛行時の空気抵抗を極力低減でき、運搬効率を向上できる。

【0036】

以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

【符号の説明】

【0037】

１０ 胴体
１１ 収納スペース
２０ 固定翼
２０ａ 上の翼
２０ｂ 下の翼
２１ 左の複葉翼
２１ａ 翼端連続部
２２ 右の複葉翼
２２ａ 翼端連続部
２３ 左の内側スペース
２４ 右の内側スペース
３０ ロータ
３１ 左のロータ
３１ａ 左の駆動装置
３２ 右のロータ
３２ａ 右の駆動装置
４０ 動翼
４１ 左の動翼
４２ 右の動翼
５１ 左の架橋支持部
５２ 右の架橋支持部
６０ 垂直離着陸用の脚部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】