特許 6989173 有人航空機

(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】6989173

(24)【登録日】2021年12月6日

(45)【発行日】2022年1月5日

(54)【発明の名称】有人航空機

(51)【国際特許分類】

   B64C 27/08 20060101AFI20211220BHJP

   B64C 29/00 20060101ALI20211220BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20211220BHJP

   B64D 25/00 20060101ALI20211220BHJP

   B64D 27/24 20060101ALI20211220BHJP

【ＦＩ】

   B64C27/08

   B64C29/00

   B64C39/02

   B64D25/00

   B64D27/24

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2020-161519(P2020-161519)

(22)【出願日】2020年9月25日

(65)【公開番号】特開2021-59324(P2021-59324A)

(43)【公開日】2021年4月15日

【審査請求日】2021年2月2日

(31)【優先権主張番号】特願2019-182548(P2019-182548)

(32)【優先日】2019年10月2日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】519357763

【氏名又は名称】小池 寛喜

(74)【代理人】

【識別番号】100130247

【弁理士】

【氏名又は名称】江村 美彦

(72)【発明者】

【氏名】小池 寛喜

【審査官】 長谷井 雅昭

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１８−５２６２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１０１１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１９／０２４８４８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 韓国登録特許第１０−１６７５２５０（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】 国際公開第２０１８／１９３５２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 韓国登録特許第１０−１８５６５９４（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００８６４０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−１００７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１９−０３１２８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６４Ｃ ２７／０８

Ｂ６４Ｄ ２７／２４

Ｂ６４Ｄ ２５／００

Ｂ６４Ｃ ３９／０２

Ｂ６４Ｃ ２９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピッチ調整機構を有する４以上のロータを有する有人航空機において、
回転力を出力する原動機と、
前記原動機から出力される前記回転力を分岐し、４以上の前記ロータのそれぞれに前記回転力を伝達する分岐部と、
前記原動機と前記分岐部の間に配置され、前記原動機から前記回転力が供給されない場合には前記分岐部を前記原動機から切り離すとともに４以上の前記ロータを同じ角速度で回転させる切り離し機構と、
操縦者からの指示に応じて前記ピッチ調整機構を制御することで飛行姿勢を制御する制御部と、
前記分岐部に接続されており、前記原動機から前記回転力が供給されない場合に、前記ロータに前記回転力を一定期間供給するモータとを有し、
前記制御部は、動力系に故障が生じた場合には、前記ロータの前記ピッチ調整機構を制御することでオートローテーション降下を実行させるとともに、前記分岐部が前記原動機から切り離された後、自動的に前記モータを起動して前記モータによって前記ロータを加速し、前記オートローテーション降下を実行すること、
を特徴とする有人航空機。

【請求項2】

前記制御部は、前記ロータのピッチ角がマイナスにされた場合に自動的に前記モータを起動して前記モータによって前記ロータを加速し、前記オートローテーション降下を実行することを特徴とする請求項１に記載の有人航空機。

【請求項3】

前記モータは、前記オートローテーション降下の開始時に一時的に動作することを特徴とする請求項１に記載の有人航空機。

【請求項4】

前記ロータは、少なくとも２枚のブレードを有し、
前記ピッチ調整機構は、
前記ロータを回転させる駆動軸と、
前記駆動軸に対して前記ブレードが直交するとともに、回動自在に取り付けるハブと、
前記駆動軸の軸方向に移動することで前記ブレードのピッチを調整するヨーク部と、を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有人航空機。

【請求項5】

前記ロータは、３枚以上のブレードを有するとともに、各ブレードはピニオンギアを有し、
前記ピッチ調整機構は、
前記ロータを回転させる駆動軸と、
前記駆動軸に対して前記ブレードが直交するとともに、回動自在に取り付けるハブと、
前記駆動軸の周方向に回転し、回転することで前記ブレードの前記ピニオンギアを回動させて前記ブレードのピッチを調整するラックギアと、を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有人航空機。

【請求項6】

前記ロータは、３枚以上のブレードを有するとともに、各ブレードはピニオンギアを有し、
前記ピッチ調整機構は、
前記ロータを回転させる駆動軸と、
前記駆動軸に対して前記ブレードが直交するとともに、回動自在に取り付けるハブと、
前記駆動軸の周方向に回転し、回転することで前記ブレードのヒンジを回動させて前記ブレードのピッチを調整するヘッドと、を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有人航空機。

【請求項7】

４つの前記ロータを有し、
前記分岐部は、等速傘歯車が４個対向して配置され、前記原動機からの回転力を４つ前記ロータに対して分岐して伝達する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有人航空機。

【請求項8】

４つの前記ロータを有し、
前記分岐部は、４個の平歯車が隣接されてそれぞれ逆回転方向になるように配置され、前記原動機からの回転力を少なくとも１個の前記平歯車に伝達し、４個の前記平歯車の回転力を４つ前記ロータに対して分岐して伝達する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有人航空機。

【請求項9】

前記ロータの数は、４以上の偶数であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の有人航空機。

【請求項10】

前記有人航空機の重心は、前記ロータよりも垂直方向の下方に位置するとともに、４以上の前記ロータの中心位置よりも水平方向の前方に位置していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の有人航空機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有人航空機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、空中撮影、危険箇所の検証、および、軽量物の運搬等に、無線操縦によるドローンが活用されるようになった。

【0003】

このようなドローンに、人の搭乗を可能とする有人航空機の開発も進みつつある。例えば、特許文献１には、３枚の羽を有する４つのメインロータを有し、人が搭乗可能な有人航空機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９−０３１２８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ドローン型の有人航空機として運用するためには、航空法に規定される「航空の用に供するもの」でなければならない。航空法では、航空機としての要件の中に、飛行中に動力を失った場合に於ける操縦の確保、搭乗した人の安全確保を規定しており、その要件を満たすためには、オートローテーション降下を実施可能である必要がある。

【0006】

前述した特許文献１に開示された技術では、３枚の羽は固定ピッチであり、また、翼面積も小さいことから、オートローテーション降下を実施することができないという問題点がある。

【0007】

本発明は、オートローテーション降下が可能な有人航空機を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明は、ピッチ調整機構を有する４以上のロータを有する有人航空機において、回転力を出力する原動機と、前記原動機から出力される前記回転力を分岐し、４以上の前記ロータのそれぞれに前記回転力を伝達する分岐部と、前記原動機と前記分岐部の間に配置され、前記原動機から前記回転力が供給されない場合には前記分岐部を前記原動機から切り離すとともに４以上の前記ロータを同じ角速度で回転させる切り離し機構と、操縦者からの指示に応じて前記ピッチ調整機構を制御することで飛行姿勢を制御する制御部と、前記分岐部に接続されており、前記原動機から前記回転力が供給されない場合に、前記ロータに前記回転力を一定期間供給するモータとを有し、前記制御部は、動力系に故障が生じた場合には、前記ロータの前記ピッチ調整機構を制御することでオートローテーション降下を実行させるとともに、前記分岐部が前記原動機から切り離された後、自動的に前記モータを起動して前記モータによって前記ロータを加速し、前記オートローテーション降下を実行することを特徴とする。
このような構成によれば、オートローテーション降下が可能な有人航空機を提供することができる。また、このような構成によれば、原動機の停止直後にロータの回転数が低下し、オートローテーション降下ができなくなることを防止できる。

【0009】

また、本発明は、前記制御部が、前記ロータのピッチ角がマイナスにされた場合に自動的に前記モータを起動して前記モータによって前記ロータを加速し、前記オートローテーション降下を実行することを特徴とする。

【0010】

また、本発明は、前記ロータは、少なくとも２枚のブレードを有し、前記ピッチ調整機構は、前記ロータを回転させる駆動軸と、前記駆動軸に対して前記ブレードが直交するとともに、回動自在に取り付けるハブと、前記駆動軸の軸方向に移動することで前記ブレードのピッチを調整するヨーク部と、を有する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、ロータが有するブレードのピッチ角を調整することが可能になる。

【0011】

また、本発明は、前記ロータは、３枚以上のブレードを有するとともに、各ブレードはピニオンギアを有し、前記ピッチ調整機構は、前記ロータを回転させる駆動軸と、前記駆動軸に対して前記ブレードが直交するとともに、回動自在に取り付けるハブと、前記駆動軸の周方向に回転し、回転することで前記ブレードの前記ピニオンギアを回動させて前記ブレードのピッチを調整するラックギアと、を有する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、ブレードの枚数が多い場合でも、ロータが有するブレードのピッチ角を容易に調整することが可能になる。

【0012】

また、本発明は、前記ロータは、３枚以上のブレードを有するとともに、各ブレードはピニオンギアを有し、前記ピッチ調整機構は、前記ロータを回転させる駆動軸と、前記駆動軸に対して前記ブレードが直交するとともに、回動自在に取り付けるハブと、前記駆動軸の周方向に回転し、回転することで前記ブレードのヒンジを回動させて前記ブレードのピッチを調整するヘッドと、を有する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、ブレードの枚数が多い場合でも、ロータが有するブレードのピッチ角を容易に調整することが可能になる。

【0013】

また、本発明は、前記モータが、前記オートローテーション降下の開始時に一時的に動作することを特徴とする。

【0015】

また、本発明は、４つの前記ロータを有し、前記分岐部は、等速傘歯車が４個対向して配置され、前記原動機からの回転力を４つ前記ロータに対して分岐して伝達する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、４つのロータに対して動力を確実に伝達することができる。

【0016】

また、本発明は、４つの前記ロータを有し、前記分岐部は、４個の平歯車が隣接されてそれぞれ逆回転方向になるように配置され、前記原動機からの回転力を少なくとも１個の前記平歯車に伝達し、４個の前記平歯車の回転力を４つ前記ロータに対して分岐して伝達する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、４つのロータに対して動力を確実に伝達することができる。

【0017】

また、本発明は、前記ロータの数は、４以上の偶数であることを特徴とする。
このような構成によれば、反トルクを相殺するとともに、ピッチを制御することで機体制御を行うことができる。

【0018】

また、本発明は、前記有人航空機の重心は、前記ロータよりも垂直方向の下方に位置するとともに、４以上の前記ロータの中心位置よりも水平方向の前方に位置していることを特徴とする。
このような構成によれば、オートローテーション降下時に、機体の安定性を高めることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、オートローテーション降下が可能な有人航空機を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係る有人航空機の構成例を示す斜視図である。

【図2】図１に示す有人航空機の動力系および制御系の構成例を示す図である。

【図3】図２に示す分岐部の構成例を示す図である。

【図4】図２に示すピッチ調整機構の構成例を示す図である。

【図5】図２に示すピッチ調整機構の構成例を示す図である。

【図6】ヒンジ操作型可変ピッチロータの構成例を示す図である。

【図7】ヒンジ操作型可変ピッチロータの構成例を示す図である。

【図8】図２に示す分岐部の他の構成例を示す図である。

【図9】図８に示す詳細な構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

次に、本発明の実施形態について説明する。

【0022】

（Ａ）本発明の実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係るドローン型の有人航空機の外観の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る有人航空機１０は、人が搭乗可能な本体部１、４つのロータ３１〜３４、着陸脚部３、および、タイヤ４を有している。

【0023】

ここで、本体部１は、前方には人が搭乗可能なスペースが形成され、後方には後述する原動機および制御部等が収容可能な機構格納部が形成されている。

【0024】

本体部１の上部には、４つのロータ３１〜３４が配置されている。ロータ３１は左前方、ロータ３２は左後方、ロータ３３（図１では不図示）は右後方、ロータ３４は右前方に配置されている。ロータ３１〜３４のそれぞれは、後述するように１６枚のブレードを有しており、これらのブレードはピッチ角を調整可能とされている。また、有人航空機１０を前方から眺めたとき、ロータ３１のブレードとロータ３４のブレードは、ハの字形状または逆ハの字形状となるように傾きを有するように配置されている。同様に、ロータ３２のブレードとロータ３３のブレードは、有人航空機１０を前方から眺めたとき、ハの字形状または逆ハの字形状となるように傾きを有するように配置されている。

【0025】

着陸脚部（スキッド）３は、地面に接地し、有人航空機１０が傾かないように支える機能を有する。また、タイヤ４は、前方に１つおよび後方に２つ設けられている。タイヤ４は、例えば、有人航空機１０が前進速度を有する状態でオートローテーション降下して着陸する場合に、回転することで機体を滑走させ、急停止による衝撃を抑制する。

【0026】

なお、図１では明示されていないが、有人航空機１０の重心は、ロータ３１〜３４の回転中心よりも垂直方向の下方に位置し、ロータ３１〜３４の中心位置よりも水平方向の前方に位置している。このような重心配置により、オートローテーション降下時の安定性を高めることができる。

【0027】

図２は、図１に示す有人航空機１０の動力系統および制御系統の一例を説明するための図である。図２に示すように、有人航空機１０は、原動機１１、切り離し部１２、モータ１３、分岐部１４、制御部１５、ピッチ調整機構２１〜２４、および、ロータ３１〜３４を有している。

【0028】

ここで、原動機１１は、例えば、レシプロエンジン、ガスタービン、または、モータによって構成される。原動機１１は、制御部１５の制御に応じた回転数で回転し、回転力を発生して出力する。

【0029】

切り離し部１２は、制御部１５によって制御され、原動機１１から出力される回転力を分岐部１４に伝達するとともに、オートローテーション実行時には、原動機１１と分岐部１４との接続を切り離し、ロータ３１〜３４が自由に回転するようにする。なお、切り離し部１２は、例えば、かみ合いクラッチ、摩擦クラッチ、遠心クラッチ等によって構成することができる。

【0030】

モータ１３は、制御部１５によって制御され、オートローテーション降下の開始時に一時的に動作し、分岐部１４に回転力を伝えることで、ロータ３１〜３４の回転数を上昇させる。なお、モータ１３には、図示しない蓄電池から電力が供給される。

【0031】

分岐部１４は、切り離し部１２から出力される回転力を４分岐し、ピッチ調整機構２１〜２４に供給する。

【0032】

ピッチ調整機構２１〜２４は、制御部１５によって制御され、ロータ３１〜３４のそれぞれのピッチを調整することで、所望の方向に移動、回転等することが可能となる。

【0033】

ロータ３１〜３４は、後述するように１６枚のブレードによって構成され、分岐部１４から供給される回転力によって回転されるとともに、ピッチ調整機構２１〜２４によってブレードのピッチ角を調整可能とされている。なお、上方向から眺めた場合、ロータ３１，３３は時計回りに回転し、ロータ３２，３４は反時計方向に回転する。もちろん、このような回転方向は一例であって、これ以外の方向に回転するようにしてもよい。

【0034】

図３は、図２に示す分岐部１４の構成例を示す図である。図３に示すように、分岐部１４は、紙面の奥行き方向に平行な４つの入力軸１４０と、紙面に平行に配置される４つの出力軸１４３とを有している。すなわち、図３の例では、紙面の奥側に存在する入力軸１４０から回転力が入力され、紙面の手前側に放射状に配置される出力軸１４３に回転力が出力される。なお、機体の構成によっては、入力軸１４０を出力軸とし、出力軸１４３を入力軸に設定するようにしてもよい。４つの入力軸１４０のうちの１つの入力軸は、切り離し部１２に接続され、残りの３つの入力軸の少なくとも１つはモータ１３に接続される。入力軸１４０には傘型のギア１４１が接続され、また、出力軸１４３にも傘型のギア１４２が接続されている。ギア１４１とギア１４２のギア比は１：１とされている。入力軸１４０のいずれかが回転されると、ギア１４２が図３に矢印で示す方向にそれぞれ回転する。

【0035】

４つの出力軸１４３は、ピッチ調整機構２１〜２４を介してロータ３１〜３４に接続される。このような分岐部１４によって回転力を分岐してロータ３１〜３４に供給することで、図１に示すロータ３１〜３４が同じ回転数で回転するとともに、ロータ３１〜３４のうち、対角線上に配置される１組のロータが同じ方向に回転する。

【0036】

図４および図５は、ピッチ調整機構２１〜２４の構成例を示す図である。なお、ピッチ調整機構２１〜２４は同様の構成とされるので、以下では、これらをピッチ調整機構２０として説明する。

【0037】

図４に示すように、ピッチ調整機構２０は、回転軸２０１、ギア２０２，２０３、Ｌ型リンク２０４、ピッチコントロール軸２０５、軸端部２０６，２０７、ロータ軸２０８、ベアリング２０９，２１０、ロータヘッド２１１、ギア２１２、ギア２２０、および、ブレード軸２２１を有している。

【0038】

ここで、回転軸２０１は、図３の４つの出力軸１４３のいずれかに接続される。ギア２０２は、回転軸２０１から伝達される回転力をギア２０３に伝達する。ギア２０３は、ギア２０２からの回転力をロータ軸２０８に伝達する。ベアリング２０９，２１０は、ロータ軸２０８を回転可能に支持する。ロータ軸２０８は上側の端部がロータヘッド２１１に接続されているので、ロータ軸２０８が回転されると、ロータヘッド２１１が回転される。

【0039】

ロータヘッド２１１には、図５に示すように、１６本のブレード軸２２１が放射状に等間隔で配置されている。ブレード軸２２１は、ロータヘッド２１１に合わせて回転する。ブレード軸２２１の先端にはブレード（不図示）が取り付けられており、ロータヘッド２１１が回転するとブレードが回転される。ブレード軸２２１の先端に付けられたギア２２０は、円環形状のギア２１２に当接しておりそれぞれが独立して回転するので、ギア２１２が回転されると、ギア２２０がそれぞれ回転される。

【0040】

Ｌ型リンク２０４は、図示しないサーボから伝達される左右方向（矢印の方向）の力を上下方向の力に変換し、軸端部２０６に伝達する。この結果、ピッチコントロール軸２０５が上下方向に移動する。なお、ピッチコントロール軸２０５は、ロータ軸２０８内に配置され、ロータ軸２０８と一緒に回転する。

【0041】

ピッチコントロール軸２０５が上下方向に移動すると、軸端部２０７に形成されたピニオンと、ギア２１２の軸端部２０７が当接する部分に形成された斜歯ラックとによって、上下運動が回転運動に変換され、ギア２１２が回転される。ギア２１２が回転されると、ギア２１２に当接されている１６個のギア２２０に回転力がそれぞれ伝達され、これにより１６枚のブレードのピッチ角（コレクティブピッチ角）が調整される。すなわち、本実施形態では、ラックピニオン式の調整機構によって、ブレードのコレクティブピッチ角が調整される。なお、一例として、ロータの直径は２．５ｍとされ、ロータヘッド２１１の直径は５０ｃｍとされ、ブレードの長さは１ｍとされる。もちろん、これ以外の寸法に設定してもよい。

【0042】

（Ｂ）本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。以下では、通常の飛行動作について説明した後、オートローテーション動作について説明する。

【0043】

まず、通常の飛行動作について説明する。操縦者が本体部１に搭乗し、原動機１１を始動する操作を行うと、原動機１１が回転を開始する。なお、このとき、切り離し部１２は、切り離した状態としておく。

【0044】

操縦者が切り離し部１２の切り離しを解除すると、原動機１１の回転力が分岐部１４に供給される。切り離し部１２の出力軸は、分岐部１４を構成する４つの入力軸１４０のいずれかに接続されているので、切り離し部１２から供給される回転力はギア１４１を介して４つのギア１４２に伝達され、４つの出力軸１４３は、図３に矢印で示す方向に同じ回転数でそれぞれ回転する。

【0045】

４つの出力軸１４３の回転力は、ピッチ調整機構２１〜２４のそれぞれを構成する回転軸２０１に伝達される。回転軸２０１の回転力はギア２０２，２０３を介してロータ軸２０８に伝達される。ロータ軸２０８の回転力は、ロータヘッド２１１に伝達される。この結果、ロータヘッド２１１が回転されるので、ロータヘッド２１１に固定された１６本のブレード軸２２１が回転され、ブレードが回転される。

【0046】

このとき、操縦者が操縦桿を操作して、有人航空機１０が浮上しないようにしている場合、操縦桿の動きはＬ型リンク２０４を介して伝達され、ピッチコントロール軸２０５が上下方向に移動される。ピッチコントロール軸２０５の上下方向の動きは、ギア２１２の回転運動に変換される。ギア２１２の回転運動はギア２２０を介してブレード軸２２１に伝達される。この結果、ブレードのピッチ角が、例えば、０度以下に設定されることから、ロータ３１〜３４による揚力は発生しない。なお、原動機１１の回転が安定してくると、回転軸２０１は、例えば、６００［ｒｐｍ］以下の所定の回転数で定速回転する。なお、６００［ｒｐｍ］は、単なる一例であって、本願発明がこのような回転数に限定されるものではない。

【0047】

つぎに、操縦者が操縦桿に対して、上昇するための操作を行うと、操縦桿の操作は制御部１５に伝達される。制御部１５は、操縦桿の操作に基づいて、ロータ３１〜３４のピッチ角の制御量を算出し、図示しないサーボを駆動することで、Ｌ型リンク２０４を左右方向に駆動する。この結果、ピッチコントロール軸２０５が上下に移動し、この上下方向の動きがギア２１２の回転運動に変換され、ギア２２０が回転される。これにより、ブレードのピッチ角が増加されるので、ロータ３１〜３４が揚力を生じ、生じる揚力が操縦者を含む機体の重量を超えた時点で離陸する。なお、前述したように、ロータ３１，３３およびロータ３２，３４は同じ方向に回転し、ロータ３１，３２およびロータ３３，３４は逆方向に回転することから、ピッチ角が同じであれば、反動トルクが相殺され、機体のヨー軸方向の回転は生じないで静止した状態となる。

【0048】

このとき、制御部１５は、図示しないジャイロセンサからの出力を参照し、機体がヨー軸、ピッチ軸、ロール軸を中心として回転しないように制御する。なお、制御方法については、後述する。

【0049】

操縦者が、操縦桿に対して、上昇する操作を行った場合には、ロータ３１〜３４の全てのコレクティブピッチ角を増加させることで揚力を増し、機体を上昇させる。

【0050】

また、機体を前進させる場合には制御部１５はロータ３２，３３のピッチ角がロータ３１，３４のピッチ角よりも大きくなるように制御する。機体を後退させる場合には制御部１５はロータ３１，３４のピッチ角がロータ３２，３３のピッチ角よりも大きくなるように制御する。機体を左に移動させる場合には制御部１５はロータ３３，３４のピッチ角がロータ３１，３２のピッチ角よりも大きくなるように制御する。機体を右に移動させる場合には制御部１５はロータ３１，３２のピッチ角がロータ３３，３４のピッチ角よりも大きくなるように制御する。機体を時計回りに旋回させる場合には制御部１５は反時計回りに回転するロータ３２，３４のピッチ角がロータ３１，３３のピッチ角よりも大きくなるように制御する。機体を反時計回りに旋回させる場合には制御部１５は時計回りに回転するロータ３１，３３のピッチ角がロータ３２，３４のピッチ角よりも大きくなるように制御する。

【0051】

以上のような制御により、操縦者による操縦桿に対する操作に応じて、制御部１５がピッチ調整機構２１〜２４を制御してロータ３１〜３４のそれぞれのピッチ角を調整することで所望の方向に移動したり、旋回したりすることができる。

【0052】

このような状態において、例えば、原動機１１等に不具合が生じたとする。その場合、ロータ３１〜３４を回転駆動できなくなるので、飛行を継続することができなくなる。そのような場合、操縦者は、以下のような手続きによりオートローテーション降下を実行する。

【0053】

すなわち、操縦者は、切り離し部１２を制御することで、原動機１１と分岐部１４との接続を切り離す。これにより、ロータ３１〜３４が原動機１１から切り離されるので、自由に回転することができるようになる。なお、切り離し部１２による切り離し後であっても、ロータ３１〜３４は、同じ回転数で回転するので、ピッチ調整により機体の制御が可能となる。

【0054】

つぎに、操縦者は、操縦桿を操作することで、ロータ３１〜３４のピッチ角をマイナスにする。また、モータ１３の起動ボタン（不図示）を操作する。この結果、制御部１５は、図示しない蓄電池からモータ１３に電力を供給し、モータ１３を回転させる。モータ１３の回転軸は、分岐部１４の４つの入力軸１４０のいずれかに接続されているので、モータ１３の回転力はピッチ調整機構２１〜２４を介してロータ３１〜３４に伝達される。この結果、ロータ３１〜３４の回転数が増加し、オートローテーションを実行する際の所望の回転数に到達させることができる。なお、モータ１３を起動ボタンによって起動するのではなく、制御部１５が自動的に起動するようにしてもよい。すなわち、原動機１１に不具合が生じ、切り離し部１２による切り離しがされた後、または、マイナスピッチにされた場合に自動的に起動するようにしてもよい。

【0055】

ロータ３１〜３４の回転数が所定の回転数に達すると、操縦者は、回転数が増減しないように、ロータ３１〜３４のピッチ角をコントロールする。より詳細には、回転数が増加した場合にはピッチ角を増やして抵抗を与え、回転数が減少した場合にはピッチ角を減らして抵抗を減らす。また、目的となる地点に向けて降下するように、操縦桿を操作する。このとき、最小沈下速度または最大滑空距離が得られる速度で降下させることが望ましい。

【0056】

そして、着陸地点に接近した場合には、操縦者は、持っている速度を機首上げ操作によって急減速し、前進速度と降下速度を同時に減少するとともに、ピッチ角を増加させ、その回転エネルギーを瞬時に使い切ることで沈下を止めるコレクティブフレアを実行し、速度を十分に低下させてから着陸する。

【0057】

なお、本実施形態のようなドローン型の有人航空機１０は、ヘリコプタのように翼面積を有しないでオートローテーションでは進入角が浅く、速度も落とす事ができない。このため、フレアー後も着陸脚部３のみによる着地が困難と考えられることから、本実施形態では、着陸脚部３の後端に２本、前方に１本のタイヤ４を備えている。これらのタイヤ４を備えることで、着陸後に急停止して操縦者が衝撃を受けることを軽減できる。

【0058】

本実施形態では、操縦者と乗客の復座を想定し、燃料または電池を４０ｋｇ積載する場合の機体乾燥重量は約１２０ｋｇを超えるものと思われる。このため、機体の乾燥重量に対して操縦者および同乗者ならびに燃料または電池の重量を合計すると総重量約３００ｋｇとなる。

【0059】

ここで、本実施形態では、４つのロータ３１〜３４は、それぞれ１６枚のブレードを有している。このため、１枚のブレードには、約４．７ｋｇ（＝３００ｋｇ／１６／４）の荷重がかかる計算となる。このため、１枚のブレードにかかる翼面荷重が最適な値（例えば、１０ｋｇ／ｍ^２）となるようにブレードの長さと面積とを設定する。これにより、安全な速度で降下することができる。

【0060】

以上に説明したように、本発明の実施形態では、ロータ３１〜３４を、進行方向に直交する位置に配置される１対のロータ３１，３４およびロータ３２，３３は、進行方向から見た場合に水平面に対してハの字または逆ハの字の形状となるように回転軸が傾きを有して配置するようにしたので、機体の意図しない左右方向への滑りを抑制することができる。

【0061】

また、本実施形態では、ブレードの枚数を１６枚とした。これにより、気流に対して抗力が大きくなり、エアスピードが低速でも揚力を得ることができることから、ロータ３１〜３４の回転数を低くすることができる。また、このような構成によれば、ロータ径を小型化することができる。さらに、オートローテーション降下の際に、機体のエアスピードを低く抑えることができるので、安全な降下が可能になる。

【0062】

また、本実施形態では、オートローテーション降下の開始時にモータ１３によってロータ３１〜３４の回転数を上昇させるようにしたので、ロータ３１〜３４の回転数が低下し、オートローテーション降下が不能となることを防止できる。

【0063】

また、本実施形態では、図４に示す構成によって、ブレードのピッチ角を調整するようにしたので、ブレードの枚数が多い場合であっても、構成が複雑化することを防止できるとともに、メンテナンスを容易化することができる。

【0064】

また、分岐部１４としては、図３に示す構成を用いるようにしたので、入力軸１４０から出力軸１４３に動力を確実に伝達することができる。

【0065】

（Ｃ）本発明の他の実施形態の構成の説明
図６および図７は、ヒンジ操作型可変ピッチ機構の構成例を示す。図６に示すように、ヒンジ操作型可変ピッチ機構２０を有する。詳細に、ヒンジ操作型可変ピッチ機構２０は、出力軸１４３、回転軸２０１、ギア２０２，２０３、Ｌ型リンク２０４、ピッチコントロール軸２０５、ロータ軸２０８、ベアリング２０９，２１０、ロータヘッド２１１、ブレード４２０、ブレード軸４２１、ベアリング４２２，４２３、ヘッド４３０、ナット４３１、および、ヒンジ４３２を有する。

【0066】

ここで、回転軸２０１は、図３の４つの出力軸１４３のいずれかに接続される。ギア２０２は、回転軸２０１から伝達される回転力をギア２０３に伝達する。ギア２０３は、ギア２０２からの回転力をロータ軸２０８に伝達する。ベアリング２０９，２１０は、ロータ軸２０８を回転可能に支持する。ロータ軸２０８は上側の端部がロータヘッド２１１に接続されているので、ロータ軸２０８が回転されると、ロータヘッド２１１が回転される。

【0067】

図７に示すように、ブレード４２０が放射状に等間隔で配置されている。ブレード軸４２１は、ロータヘッド２１１に合わせて回転する。ブレード軸４２１の先端にはブレード４２０が取り付けられており、ロータヘッド２１１が回転するとブレードが回転される。

【0068】

図６に示すように、Ｌ型リンク２０４は、図示しないサーボから伝達される上下方向（図４と同様の矢印の方向）の力を左右方向の力に変換し、ピッチコントロール軸２０５が左右方向に移動する。なお、ピッチコントロール軸２０５は、ロータ軸２０８内に配置され、ロータ軸２０８と一緒に回転する。

【0069】

ヘッド４３０は、Ｌ型リンク２０４によって伝達され、左右方向に移動される。ヘッド４３０が左右方向に移動されると、ヒンジ４３２を介して、ブレード４２０が捩られる。ブレード軸４２１は、ベアリング４２２，４２３を介して、回転される。すなわち、Ｌ型リンク２０４によって伝達されると、ブレード４２０のピッチ角（コレクティブピッチ角）が変換される。

【0070】

ピッチ角を有する１６個のブレード４２０は回転力がそれぞれ伝達され、これにより１６枚のブレードのピッチ角（コレクティブピッチ角）が調整される。すなわち、本実施形態では、ラックピニオン式の調整機構によって、ブレードのコレクティブピッチ角が調整される。なお、一例として、ロータ径は３，０００ｍｍとされ、ヘッド径は６００ｍｍとされ、ブレード幅は２５０ｍｍとされ、また、ブレード長は１，０００ｍｍとされている。もちろん、これ以外の寸法に設定してもよい。

【0071】

（Ｄ）本発明の更に他の実施形態の構成の説明
図８および図９は、図２に示す分岐部１４の他の構成例を示す図である。図８に示すように、分岐部１４Ａは、紙面の奥行き方向に平行な４つの入力軸１４０と、紙面に平行に配置される４つの出力軸１４３とを有している。すなわち、図８の例では、紙面の奥側に存在する入力軸１４０から回転力が入力され、紙面の手前側に放射状に配置される出力軸１４３に回転力が出力される。なお、機体の構成によっては、入力軸１４０を出力軸とし、出力軸１４３を入力軸に設定するようにしてもよい。

【0072】

図８および図９に示すように、４個の平型のギア（平歯車）１４５が隣接されて配置される。４つの入力軸１４０のうちの１つの入力軸は、切り離し部１２に接続され、残りの３つの入力軸の少なくとも１つはモータ１３に接続される。これにより、４個の平型のギア１４５がそれぞれ逆回転方向に回転される。

【0073】

４個のギア１４５が回転されると、それぞれの回転力が同じ傘型のギア１４６が伝達される。４個のギア１４５およびギア１４６に示す図８の矢印と同じ方向に回転される。

【0074】

４個の傘型のギア１４７は、ギア１４６と同じ形状を有する。４個の傘型のギア１４７は、図８の紙面の平行に放射状に配置され、それぞれのギア１４６はギア１４７に伝達される。これにより、ギア１４６とギア１４７のギア比は１：１とされている。入力軸１４０のいずれかが回転されると、ギア１４７が図３に矢印で示す方向にそれぞれ回転する。

【0075】

（Ｅ）変形実施形態の説明
以上の各実施形態は一例であって、本発明が上述した場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、４つのロータ３１〜３４を有するようにしたが、４以外の数のロータを有するようにしてもよい。なお、制御の観点からは、４以上の偶数とすることが望ましい。

【0076】

また、以上の実施形態では、ブレードの枚数は１６枚としたが、１６枚以外の枚数としてもよい。例えば、１７枚以上としたり、１５枚以下としたりしてもよい。前述したように、ブレードにかかる翼面荷重によって枚数を調整することができる。

【0077】

また、ピッチ調整機構２１〜２４としては、図４に示すラックピニオン式の調整機構を用いるようにしたが、例えば、ロータ３１〜３４を回転させる駆動軸と、駆動軸に対してブレードが直交するとともに、回動自在に取り付けるハブと、駆動軸の軸方向に移動することでブレードのピッチを調整するヨーク部とを有するスワッシュプレート式の調整機構としてもよい。

【0078】

また、以上の実施形態では、３つのタイヤ４を有するようにしたが、２つ以下または４つ以上のタイヤを有するようにしてもよい。

【0079】

また、以上の実施形態では、モータ１３を備えるようにしたが、オートローテーション降下時に十分なロータの回転が得られる場合には、モータ１３は構成から除外するようにしてもよい。また、モータ１３が発電機の機能を備えるようにし、分岐部１４から供給される回転力によってモータ１３によって発電させて蓄電池を充電し、オートローテーション降下時に蓄電池に蓄電された電力を使用するようにしてもよい。

【0080】

また、以上の実施形態では、操縦者がオートローテーション降下を実行するようにしたが、例えば、操縦が難しいオートローテーション降下を制御部１５がアシストしたり、あるいは、制御部１５が自動で実行したりするようにしてもよい。アシストする場合には、ロータ３１〜３４の回転数が所望の回転数を維持するようにブレードのピッチ角や進入角を自動的に調整するようにすることができる。また、完全自動でオートローテーションを実行する場合には、制御部１５はＧＰＳ（Global Positioning System）に機体の現在位置を検出するともに、現在位置を中心とする着陸可能地点を地図情報から特定する。そして、着陸可能地点に向けて降下するとともに、ロータ３１〜３４の回転数が所望の回転数を維持するようにブレードのピッチ角や進入角を自動的に調整するようにする。そして、着陸の直前には、フレア操作により前進速度と降下速度を同時に減少するとともに、ピッチ角を増加させ、回転エネルギーを瞬時に使い切ることで沈下を止めるコレクティブフレアを実行し、安全に着陸するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0081】

１ 本体部
３ 着陸脚部
４ タイヤ
１０ 有人航空機
１１ 原動機
１２ 切り離し部
１３ モータ
１４ 分岐部
１４Ａ 分岐部
１５ 制御部
２１〜２４ ピッチ調整機構
３１〜３４ ロータ
１４０ 入力軸
１４１，１４２ ギア
１４３ 出力軸
１４５，１４５，１４６ ギア
２０１ 回転軸
２０２，２０３ ギア
２０４ Ｌ型リンク
２０５ ピッチコントロール軸
２０６，２０７ 軸端部
２０８ ロータ軸
２０９，２１０ ベアリング
２１１ ロータヘッド
２１２ ギア
２２０ ギア
２２１ ブレード軸
４２０ ブレード
４２１ ブレード軸
４２３，４２３ ベアリング
４３１ ナット
４３２ ヒンジ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】