特許 6731604 高速ドローン等航空機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6731604

(24)【登録日】2020年7月9日

(45)【発行日】2020年7月29日

(54)【発明の名称】高速ドローン等航空機

(51)【国際特許分類】

   B64C 27/24 20060101AFI20200716BHJP

   B64C 27/26 20060101ALI20200716BHJP

【ＦＩ】

   B64C27/24

   B64C27/26

【請求項の数】1

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-70484(P2018-70484)

(22)【出願日】2018年3月31日

(65)【公開番号】特開2019-181965(P2019-181965A)

(43)【公開日】2019年10月24日

【審査請求日】2018年3月31日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000211569

【氏名又は名称】中松 義郎

(72)【発明者】

【氏名】中松 義郎

【審査官】 長谷井 雅昭

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１７−５２８３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５１７８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１４３２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０２１７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０７１９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／００６５７３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０２７４９９６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００４２５０８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６４Ｃ ２７／２４

Ｂ６４Ｃ ２７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

胴体の左右に、複数個の上昇下降用プロペラを機体の前方後方に配置すると共に、前方のプロペラの中心位置と後方のプロペラの中心位置が平面上重ならないように配置し、水平飛行時に揚力を得る複数の翼を機体の前方後方に設け、前記胴体と前記水平飛行揚力翼が、前記上昇下降用プロペラの後流を邪魔しないように上昇下降用プロペラを配置し、上昇用下降用プロペラを前記水平飛行揚力翼で支える構造とした事、を特徴とする航空機であって、少なくとも一部の前記上昇下降用プロペラを前記複数の翼の間に配置することで、前記前方及び後方の複数の翼を前記上昇下降用プロペラのプロペラガードとして兼用した、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且つ高速に水平飛行できる新型ドローン等航空機に関する。

【背景技術】

【0002】

通常の飛行機は、飛行機が離陸できるような速度になるまで滑走路を滑走す
る。また、逆に着陸する場合にも、着陸してから停止するまでの間滑走するので滑走路が必要となる。一般の距離は１．５ｋｍ〜３ｋｍ程度のものが必要である。そこで、ＶＴＯＬ（垂直離着陸機）が必要となる。
この種の飛行機としては、ヘリコプタ，オスプレイ，ドローンなどが知られている。ヘリコプタは、図１に示す如く１個のプロペラをホバリング、上昇、下降、水平飛行のそれぞれに対して用いるものである。図１において、１は機体、３はテイルロータ、３２はプロペラ回転用モータである。

【0003】

ヘリコプタは水平速度が遅いので、水平速度が速いオスプレイ（図２）が開発
された。オスプレイは、１９５３年本発明者が発明したものであり、これをベルエアクラフト社のＣＥＯロウレンス・ベル氏に教授し、ベルエアクラフト社が近年になりようやく実用化したものである。
主翼の両端にティルト制御が可能なプロペラを持ち、このプロペラのティルト角
を制御することで、ホバリング機能や、水平飛行が可能となっている。上昇と直進動作を行うために、プロペラのティルト角を０度から９０度まで変化させる。しかしロータを水平、垂直にする変換時に多くの事故が発生する。
図２において、１は機体、３４はオスプレイ上昇・下降・前進用プロペラ、４は水平尾翼、５はオスプレイエンジン用回転軸、３３はオスプレイプロペラ用エンジンであるが近年ようやくポピュラーになった。
図３は公知のドローンであり、これも１９４０年に本発明者が発明したものであるが、近年ようやくポピュラーになった。図３において、６はドローンプロペラ、７はドローン上昇・下降用モータ、８はドローンプロペラガイド、９は受信装置・カメラ等である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前述したように、滑走路が無い場所では飛行機は離着陸出来ない。通常の飛行機は垂直離着陸やホバリング機能は有していない欠点がある。このような問題を解決するために、垂直離着陸やホバリング機能を持つ飛行体が考えられた。ヘリコプタは、垂直離着陸とホバリング機能を有する飛行体であり、海難事故や山での遭難事故等で、人命救助に活躍しているが、しかし、水平飛行速度が遅く、また、航続距離も短く、積載荷物量も少ないので、ヘリコプタに代わる飛行体が求められている。
オスプレイ型の飛行機の場合、垂直離着陸時にプロペラの風が翼を叩き、空力的に非効率となっている。
また、図３の如きドローンが公知であるが、ドローンは水平飛行速度が遅く長距離飛べないし、横風でひっくり返ったり全天候型でないので、アマゾン等が計画しているが荷物配送や、急速輸送としては向いていない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記した課題を解決する本発明は、垂直上昇下降用前進用プロペラと水平飛行用安定翼を設けて構成する。これは垂直上昇下降が出来ないオートジャイロとも異なる手段である。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、水平速度が速く、遠距離を小エネルギで積載量も多くなり、全天候型であり、安全で安定な垂直離着陸やホバリング機能を持ち離陸上昇時にプロペラ風が翼を打つ翼力ロスが無くティルトロータも不要で制御構造が簡単になり、また事故もなくなり、製造容易でローコストの、通販の商品輸送をエネルギ高効率で高速で遠距離に確実に配送できる垂直離着陸型高速長距離安全飛行機を提供することができ、産業上時間節約と主深効果を生み出す画期的発明である。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】公知のヘリコプタの側面図

【図2】公知のティルトロータ型（オスプレイ）の側面図

【図3】公知のドローンの平面図

【図4】本発明のドローンとしての実施例を示す平面図

【図5】本発明の第２実施例無尾翼ドローンの平面図

【図6】本発明の第３実施例先尾翼型の平面図

【図7】本発明第４実施例串型機平面図

【図8】本発明第５実施例の平面図

【図9】本発明第６実施例のソーラープレーン

【図10】本発明第７実施例

【図11】本発明第８実施例双発型

【図12】本発明の第９実施例（実機）側面図

【図13】本発明の第１０実施例で翼を水平にした上面図

【図14】同上正面側面図

【図15】同上側面側面図

【図16】本発明の第１０実施例で翼を垂直にした上面図

【図17】同上正面側面図

【図18】同上側面側面図

【図19】同上翼回転モータを１個にした駆動機構側面図

【図20】ベベルギアを利用した本発明翼を回転する本発明概念図

【図21】前プロペラの後続の影響を後プロペラが受けない本発明実施例の上昇下降時

【図22】同上水平飛行機

【図23】シングルテイルトメインロータ式本発明実施例の側面図

【図24】同上上面図

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明はこのような課題に鑑みてなされた新発明航空機であり、上昇下降用プロペラと前進用プロペラと回転または回転しない水平飛行用翼を設け垂直離着陸やホバリングできることは勿論のこと、水平飛行速度が速く、エネルギロスが少なく長距離を飛べて全天候型で悪天候でも安定な飛行を行うことができる新垂直離着陸型飛行機（新ＶＴＯＬ）を提供することを目的としている。
本発明は従来のドローンとも、ヘリコプタとも、オスプレイとも、オートジャイロとも異なる発想である事に注目すべきである。

【0009】

図４は本発明発明航空機第１実施例の平面図である。図において、１３は水平尾翼、１４は垂直尾翼、１０は前進用プロペラである。１２は水平飛行用主翼で上昇用プロペラガード８と主翼桁１５により支えられている。６は上昇・下降用ホバリング用プロペラである。
これら主翼１２と主翼桁１５は、プロペラガード８の左右に一対設けられている。
１４はプロペラガード８の後部に設けられた水平尾翼、１３はプロペラガード８に支えられた舵取り用垂直尾翼である。７はホバリング用プロペラ６を回転させるモータである。９は撮影用カメラと電子回路、電池等である。
本発明航空機は上昇プロペラを邪魔しないで、主翼１２、尾翼１３、前進プロペラ１０を設け、水平飛行速度を高速化できることと、プロペラガード８を利用し、前進プロペラ１０、回転モータ１１、主翼１２、尾翼１３、１４を構造的に支え共用する本発明第１実施例である。

【0010】

図５は本発明第２実施例で無尾翼ドローンの平面図である。翼桁１５、主翼２０、昇降舵１６、翼端垂直方向腕１７、後方にプッシュプロペラ１８、駆動モータ１９を設けた本発明第２実施例の平面図である。本発明の趣旨は、図４で説明した通りである。

【0011】

図６は本発明先尾翼型実施例で、プロペラガード１３で支えられた先尾翼桁２２とプロペラガード８で支えられた先尾翼２１とプロペラ用モータ１１とプルプロペラ１０、プロペラカード８で支えられた主翼桁３５と主翼３１とプロペラガード８で支えられたプッシュ式プロペラ１８の駆動モータ１９、主翼翼端の垂直尾翼３０からなる。

【0012】

図７は本発明第４の実施例でプロペラガード１３を設けないで、２つの主翼３６、３７をプロペラガードを兼用した発明で、前翼３６と後翼３７を同じ大きさの串型にした串型航空機である。即ち、両翼の間に上昇下降するプロペラ６とモータ７を設け、主翼３６、３７がプロペラ６の回転をガードする発明である。３８は翼外に設けた上昇下降プロペラモータ７の支持桁である。勿論、プロペラの数は増減しても本発明に含まれるものである。

【0013】

図８は本発明第５の実施例で、上下用プロペラ４つの回転軌跡３９を全部内接させ、プロペラガードを設けずに４枚の主翼２４と先尾翼２８と尾翼２９をプロペラガードに兼用させたものである。４０は４つのプロペラモータ７を結合する桁である。

【0014】

図９は本発明の第６の実施例であって、４角型フレーム４１にプロペラモータ７、主翼４２を取り付けたもので、図８と同様であるが、主翼４枚をソーラーパネル４２にした実施例であり、太陽エネルギで永久に飛ぶ事もでき、地上にマイクロ波でエネルギを送れる。

【0015】

図１０は本発明第７の実施例で、主翼４３、４４の外側に上下用プロペラ６とモータ７を設け、主翼構造をシンプル化した実施例である。
図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０に示すように構成された飛行機航空機の動作を説明すれば、以下の通りである。
この場合、先ず操縦者がリモコンでスイッチ１（図示せず）をオンにすると、無線によりドローンの上昇用モータ７、上昇用プロペラ６が回転を開始し、機体は所定の高度まで上昇する。次に、操縦者がリモコンスイッチ２（図示せず）をオンにすると、モータ１１、１９の回転力により前進用プロペラ７とプッシュプロペラ１８を回転させる。
機体は前進を開始し、浮力は図４の主翼１２と尾翼１３で、図５の２０、図６の２１と３１、図７の３６と３７、図８の２４、２８、図９の４２、図１０の４３、４４で分担しその間上昇用プロペラ６やモータ９は空転させる。そして、公知のドローンより高速で、目的地に到達するので物販や遠隔地の撮影に公知ドローンより優れている。
次に、着陸時の動作について説明する。着陸時には、操縦者が上下用プロペラ６全部の回転を上げ、前進用プロペラ１０の回転を停止する。この状態で上下用プロペラ６の回転を制御しながら着地する。
本発明によれば、着地時にプロペラのティルト角制御（図１の制御参照）やドローンの複数枚の水平プロペラの回転数の制御変更の回路や指令が不要となり、構造簡単となり、コストダウンと操作が簡単になり、着陸動作を安全確実に行うことができる。のみならず、水平用は固定翼を使用するので、高速飛行ができる。また翼をプロペラガードで兼用出来るので、構造簡単で軽量化出来る。

【0016】

図１２は双発の本願発明の実施例第９の平面図である。水平飛行は２発のプロペラ１０を具備しており、高速走行が可能であり且つ長距離移動することができる。垂直上昇下降用には４個のプロペラ６が設けられている。２１はエンジン１１間に設けられた桁、５３はエンジン１１と機構部５４間を接続する桁、５５は機構部５４間を接続する桁である。この発明も図１２に示すように、大勢の人を乗せる航空機として用いることができる

【0017】

以上はドローンであるが、図１１は本発明実施例の第８で人が乗る実機でその側面図を示し、前進エンジン４６、同プロペラ４７、重心位置の胴体１に上昇下降兼用エンジン２５とロータ４８を設ける。垂直尾翼の５１、水平尾翼５０、操縦席２６である。前進用プロペラ４７とエンジン４６の代わりに後部にジェットエンジン又はロケットエンジン２７を設けた場合も本発明に含まれる。また、上昇下降用ロータ４８とそのエンジン３２を翼端８に設けた場合も勿論本発明に含まれる。念のため
に、オートジャイロというものがあるが、これは上昇下降エンジンが無く、本発明とは全く別物である。

【0018】

図１３、１４、１５、１６、１７、１８は本発明の実施例第１０である。
この実施例は第９実施例までと根本的に異なるものである。
具体的には第９実施例までは翼を固定し、且つ前進用プロペラを別個に設けたものであるが、第１０実施例は翼を回転し、前進用プロペラを設けないものである。
第９実施例迄は上昇下降用のプロペラの後流が乱れないようにプロペラ後流部分に翼を配置していない。そして翼を固定している。また、前進用プロペラと上昇下降用プロペラと別に設けている。本第１０実施例は第９実施例までと全く異なったコンセプトの実施例で本発明を更に効率化した実施例である。
具体的には構造を合理化するため、上昇下降用プロペラを翼に設け、翼によりプロペラの後流を乱さずプロペラ効率を上げるため翼をプロペラと直角に配置し、プロペラの軸方向が変わればそれに従って翼方向も回転するようにする事によりプロペラ後流が翼の面方向と同一になり、翼によりプロペラ後流が常に乱されないようにする。
また前進用プロペラを設けず、上昇下降用プロペラと兼用させるため、前記の如く翼を約９０度回転させ、プロペラの方向を約９０度回転させ、前進用プロペラとする。
これはオスプレイと同じではないかと誤解されるが、オスプレイと根本的に異なる発明である。オスプレイは翼を固定し、翼の先端に方向を回転するエンジンとプロペラを設け、プロペラ方向が回転しても翼は回転しないものであるのに対し、本発明は、エンジン付プロペラは翼に固定してあり、且つ翼は固定せずプロペラ方向か回転する翼と共に回転するものである。
この様にオスプレイと異なる。その上オスプレイの場合、プロペラの後流が翼に当たりプロペラ効率が低下するのに対し、本発明はプロペラと翼は常に直角でプロペラが傾くと同じ角度で翼が傾くのでプロペラ後流が翼に当たらないのでプロペラ後流が格段に向上する発明である。
又、オスプレイはエンジンとプロペラが翼端で回転するので、振動や強度など構造的にトラブルが発生するが、本発明はエンジンとプロペラが翼にしっかり固定しているので構造的にトラブルが発生しない。また、オスプレイは翼の先端に回転するエンジンとプロペラを設けているので、翼桁を丈夫にする必要があるので重量が増加し、空力性能が低下する。
これに対し本発明は、オスプレイ方式よりも翼桁は軽くなるので空力性能が向上する。オスプレイは翼端にエンジンとプロペラがあるので長いスパンによる共振が発生し、振動が大きく垂心持が悪く、遂には振動による墜落事故が発生している。
これに対し本発明はエンジンプロペラが翼の先端に無く、構造が強い中央部にあるので共振も起こらず安全で垂心地もよい。

【0019】

これを図１３以下で説明する。
図１３は第１０実施例の一例の平面図である。胴体５３に翼５７を回転するモータ５５、翼５８を回転するモータ５６、モータ５５、５６を駆動するバッテリ５４、垂直尾翼１４、前主翼５７、後主翼５８を設け、前主翼５７にはプロペラ用モータ７、プロペラ６を搭載し、後主翼５８にはプロペラ６’駆動用モータ７‘、プロペラ６’を搭載する。

図１４はこれを正面から見た図である。

図１５はこれを側面から見た図である。
５９は降着装置兼荷物保持部であり、本航空機のCG 68にカメラや荷物６０が載る様になっており、荷物の種々の重量に関係なく、常に水平に飛行出来る様に工夫されている。
ここで重要な事は、プロペラ６の推力線に対し翼５７が迎え角α ６２を持つ様にプロペラ６用モータ７が前翼５７に取り付けられている事である。

同様に後翼５８も迎え角βがある様にプロペラ６’用モータ７’が取付けられている。

αとβは当然異なる角度である。

【0020】

図１６は前主翼５７と後主翼５８及びこれらに搭載されているプロペラ６、同用モータ７、プロペラ６’、同用モータ７’をモータ５５の回転軸６７とモータ５６の回転軸７０により９０度回転した上面図である。

図１７はこれを正面から見た図である。

図１８は図１６を側面から見た図である。

【0021】

この状態で本発明航空機はモータ７によりプロペラ６を回し、モータ７’によりプロペラ６’を回し垂直離陸上昇する。
この際のプロペラ６、６’の後流を翼５７、５８が遮え切る事がない様工夫されている。
次にモータ５５と５６を徐々に回転し、回転軸６９と７０を中心にプロペラ６と６‘、翼５７と５８を回転し、図１８の位置にする。
これにより翼５７と５８により機体を浮遊させプロペラ６と６’の推力で高速に水平飛行する。必要あらばカメラ６０で撮影する。

目的地に到着するとモータ５５と５６を上記と逆回転して回転軸６０、７６を中心に翼５７、５８、プロペラ６、６’を徐々に上向きにし、垂直降下する。この際もプロペラ後流に翼が邪魔をしないのでプロペラ効率が上がる。

図１９は図１３から１８の２つモータ５５、５６を使わずに一つのモータ５５のみで翼５７、５８を回転する本発明実施例で、これにより航空機の軽量化が出来る。
モータはステッピングモータが望ましい。
モータ５５の回転力６６はレバー６１、ピポット６２、連結桁６３によりピポット６４、レバー６５を経て回転力６７となり、軸７０を回転する。

【0022】

図２０は図１９と異なる本発明実施例でベベルギア６８の非逆転性を利用して翼５７、５８を回転するものである。
図２１、図２２は本発明の他の実施例で図１６、１７、１８の実施例では前プロペラ６の後流で、後プロペラ６`の効率が悪くなる。そこでこれを改善したのが本発明の他の実施例図２１、図２２である。この実施例では前プロペラ６の後流が後プロペラ６`の回転範囲外にしてあるので後プロペラ６`の効率も下がらない。図２１は上昇又は下降時で、図２２は水平飛行時である。
図２３、図２４も本発明の他の実施例でシングルテイルトメインロータ６９、トルク是正テイルロータ７０、固定主翼５７、固定尾翼５８からなる。

【0023】

本発明はドローンのみならず実機でも適用される。又、その場合、プロペラはエンジンで回転させる。又、プロペラでなく、ジェットエンジンやロケットを使用した場合でも本発明に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0024】

本発明は、公知のドローンや公知のオスプレイ等ティルトロータ方式やヘリコプタ等、他の垂直離着陸機に比べ安全かつ水平速度が速い新型飛行機であり、現在のドローンでは通販等の長距離物品輸送やロジスティクスには速度が遅く長距離飛べず、エネルギを多く消費するので高速輸送に適さないが、本発明をドローンに適用した場合、物品を高速に輸送でき、長距離撮影が可能となり、また、本発明を人を載せる機体に適用した場合は、遠くの場所で急速な山岳救助、海難救助等に活躍するので、産業上大きな利用可能性がある。
また本発明の飛行機はヘリコプタに比較してピッチコントロール不要なので舵を簡単ローコストである上、水平速度が速く航続距離も長くまたオスプレイのティルトによる事故も皆無となるので安全であり、使用範囲が拡がる。また、その機体の大きさを大きくすれば、大勢の人を乗せることができ、また飛行場のない島にも就航することができ、島民の交通の不便さを補うことができ、防衛上、産業上の利用可能性が極めて大きい。
また本発明を成層圏付近に飛ばし、翼で受けた太陽エネルギをマイクロ波にして地上に送り、地上で電気エネルギとして使用すれば、無資源の我が国に貴重なエネルギを供給でき、また偵察衛星の代わりになる。防衛上、産業上の利用可能性が極めて大きい。

【符号の説明】

【0025】

１ 機体
２ メインロータ
３ テイルロータ
４ 水平尾翼
５ オスプレイエンジン用回転軸
６ ドローンプロペラ
６’ 同上（後部）
７ ドローン上昇下降モータ
７’ 同上（後部）
８ ドローンプロペラガード
９ 受信装置、カメラ等
１０ 前進用プロペラ
１１ 前進用プロペラモータ
１２ 主翼
１３ 水平尾翼
１４ 垂直尾翼
１５ 主翼桁
１６ 昇降用舵
１７ 翼端垂直昇降舵
１８ プッシュプロペラ
１９ プッシュプロペラ駆動モータ
２０ 無尾翼主翼
２１ 先尾翼
２２ 先尾翼桁
２３ 先尾翼型主翼
２４ プロペラガード兼用主翼
２５ 上昇下降プロペラ用エンジン
２６ 操縦室
２７ ジェット又はロケットエンジン
２８ プロペラ６ガード兼用先尾翼
２９ プロペラ６ガード兼用尾翼
３０ 翼端垂直尾翼
３１ 先尾型主翼
３２ プロペラ回転用モータ
３３ オスプレイプロペラ用エンジン
３４ オスプレイ上昇・下降・前進用プロペラ
３５ 先尾翼型の主翼桁
３６ プロペラ６ガード兼用串型主翼前翼
３７ プロペラ６ガード兼用串型主翼後翼
３８ 串型機に設けられた上下用プロペラモータ支持桁
３９ 上下用プロペラ回転軌跡
４０ ４つの上下用プロペラモータ７を結合する桁
４１ ４角型の桁で４つのプロペラモータ７を結合
４２ ソーラーパネル
４３ 串型主翼（翼端プロペラ付）前翼
４４ 串型主翼（翼端プロペラ付）後翼
４５ 胴体桁
４６ 実機前進プロペラエンジン
４７ 実機前進プロペラ
４８ 実機上昇下降専用ロータ
４９ 実機水平飛行専用主翼
５０ 実機水平飛行専用水平尾翼
５１ 実機水平飛行専用垂直尾翼
５２ 実機上昇下降専用ロータ用エンジン
５３ 胴体
５４ バッテリ、電子回路等
５５ 前翼回転モータ（ステッピングモータ）
５６ 後翼回転モータ（ステッピングモータ）
５７ 前翼
５８ 後翼
５９ 荷物搭載兼降着装置
６０ 荷物
６１ モータ５５の回転伝導レバー
６２ 同上ピボット
６３ 同上後翼回転連結桁
６４ 同上ピホット
６５ 同上レバー
６６ 前翼回転モータ回転方向
６７ 同上後翼
６８ 翼回転ベベルギア
６９ ティルトメインロータ
７０ トルク是正テイルロータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】