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(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】P2022019033
(43)【公開日】2022-01-27
(54)【発明の名称】航空機
(51)【国際特許分類】
B64C 27/26 20060101AFI20220120BHJP
B64D 27/24 20060101ALI20220120BHJP
B64C 27/14 20060101ALI20220120BHJP
B64D 27/04 20060101ALI20220120BHJP
【ＦＩ】
B64C27/26
B64D27/24
B64C27/14
B64D27/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020122571
(22)【出願日】2020-07-17
(71)【出願人】
【識別番号】520265871
【氏名又は名称】スカイリンクテクノロジーズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100183564
【弁理士】
【氏名又は名称】西村 伸也
(72)【発明者】
【氏名】森本 高広
(57)【要約】
【課題】垂直離着陸時のホバリング効率を高め、その上で水平飛行時の高速性を実現する航空機を提供することを課題とする。
【解決手段】航空機１は、本体２と、その本体に左右一対で、且つ、１組以上設けられる翼５と、回転軸６ａが略鉛直上方に向けられ、且つ、本体２または翼５に設けられる１つ以上の固定プロペラ機構６と、回転軸７ａの向きが変更可能にされ、且つ、本体２または翼３に設けられる1つ以上の可変プロペラ機構７とを備えており、固定プロペラ機構６は、飛行時に羽根６ｂの回転を停止または飛行時の空気抵抗を減少させるように回転されている。
【選択図】図１
【解決手段】航空機１は、本体２と、その本体に左右一対で、且つ、１組以上設けられる翼５と、回転軸６ａが略鉛直上方に向けられ、且つ、本体２または翼５に設けられる１つ以上の固定プロペラ機構６と、回転軸７ａの向きが変更可能にされ、且つ、本体２または翼３に設けられる1つ以上の可変プロペラ機構７とを備えており、固定プロペラ機構６は、飛行時に羽根６ｂの回転を停止または飛行時の空気抵抗を減少させるように回転されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
本体と、
その本体に左右一対で、且つ、１組以上設けられる翼と、
回転軸が略鉛直方向に平行であると共に上方に向けられ、且つ、前記本体または翼に設けられる１つ以上の固定プロペラ機構と、
回転軸の向きが変更可能にされ、且つ、前記本体または翼に設けられる1つ以上の可変プロペラ機構とを備えており、
前記固定プロペラ機構は、飛行時に羽根の回転を停止または前記飛行時の空気抵抗を減少させるように回転されている、航空機。
その本体に左右一対で、且つ、１組以上設けられる翼と、
回転軸が略鉛直方向に平行であると共に上方に向けられ、且つ、前記本体または翼に設けられる１つ以上の固定プロペラ機構と、
回転軸の向きが変更可能にされ、且つ、前記本体または翼に設けられる1つ以上の可変プロペラ機構とを備えており、
前記固定プロペラ機構は、飛行時に羽根の回転を停止または前記飛行時の空気抵抗を減少させるように回転されている、航空機。
【請求項2】
前記固定プロペラ機構の駆動部が電動機である、請求項１記載の航空機。
【請求項3】
前記固定プロペラ機構の駆動部がエンジンであり、前記回転軸への動力を入切りするクラッチをさらに備えている、請求項１記載の航空機。
【請求項4】
前記クラッチにより動力を切った後に、前記回転軸を駆動させる電動機をさらに備えている、請求項３記載の航空機。
【請求項5】
前記固定プロペラ機構の羽根の回転位置を検出するセンサと、
前記回転軸の回転を止めるブレーキ機構とを備えている、請求項２または４記載の航空機。
前記回転軸の回転を止めるブレーキ機構とを備えている、請求項２または４記載の航空機。
【請求項6】
前記固定プロペラ機構の羽根の羽根角が可変にされている、請求項１、２、３、４あるいは５のいずれかに記載の航空機。
【請求項7】
前記可変プロペラ機構が１組の翼の左右にそれぞれ設けられており、
前記可変プロペラ機構を設けた翼が、前記本体の長手方向の軸に対し略垂直な軸周りに傾動するようにされている、請求項１、２、３、４、５あるいは６のいずれかに記載の航空機。
前記可変プロペラ機構を設けた翼が、前記本体の長手方向の軸に対し略垂直な軸周りに傾動するようにされている、請求項１、２、３、４、５あるいは６のいずれかに記載の航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プロペラ機構を用いた航空機に関する。さらには詳しくは、プロペラ機構の回転軸を傾斜可能することができる航空機に関する。
【背景技術】
【0002】
垂直（短距離）離着陸のための手法として、例えば、チルトウィングと呼ばれるタイプが知られている。チルトウィングは、主翼をプロペラ機構ごと機体に対して傾ける（チルトする）ものである。
【0003】
特許文献１には、チルトウィングタイプの航空機、特許文献２にはチルトウィングタイプのドローンが開示されている。
特許文献３には、チルトウィングタイプで、且つ、本体の四方から４つの上向きのプロペラを設けた航空機が開示されている。このものは、垂直離着陸時にはプロペラ機構ごと翼を立て、水平飛行時には翼を寝かせる。四方に設けたプロペラは、水平飛行時には、空気抵抗を減少させるため、折り畳まれる。
特許文献３には、チルトウィングタイプで、且つ、本体の四方から４つの上向きのプロペラを設けた航空機が開示されている。このものは、垂直離着陸時にはプロペラ機構ごと翼を立て、水平飛行時には翼を寝かせる。四方に設けたプロペラは、水平飛行時には、空気抵抗を減少させるため、折り畳まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１０－２５４２６４号公報
【特許文献2】欧州特許出願公開第２５７１７６２号明細書
【特許文献3】中国特許出願公開第１０５１７３０７５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年、垂直離陸機の需要が増えるに伴って、垂直離着陸時から水平飛行時に渡る幅広い領域で、高いプロペラ効率が求められている。
一般に、垂直離着陸時に、ホバリング効率を高めるためには、プロペラの羽根を大径にし、大きなプロペラ面積を有するのがよい。しかし羽根が大径になると、先端にいくほど速度が速くなる。水平飛行時に、羽根表面の気流が音速を超えると、空気抵抗が大きくなり、航空機の高速性が低下する。
すなわち、大径の羽根で垂直離着陸時のホバリング効率を高めることと、その大径の羽根で水平飛行時の高速性を実現することは相反する技術事項である。
一般に、垂直離着陸時に、ホバリング効率を高めるためには、プロペラの羽根を大径にし、大きなプロペラ面積を有するのがよい。しかし羽根が大径になると、先端にいくほど速度が速くなる。水平飛行時に、羽根表面の気流が音速を超えると、空気抵抗が大きくなり、航空機の高速性が低下する。
すなわち、大径の羽根で垂直離着陸時のホバリング効率を高めることと、その大径の羽根で水平飛行時の高速性を実現することは相反する技術事項である。
【0006】
そこで本発明は、垂直離着陸時のホバリング効率を高め、その上で水平飛行時の高速性を実現する航空機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
（１）本発明の航空機は、本体と、その本体に左右一対で、且つ、１組以上設けられる翼と、回転軸が略鉛直方向に平行であると共に上方に向けられ、且つ、前記本体または翼に設けられる１つ以上の固定プロペラ機構と、回転軸の向きが変更可能にされ、且つ、前記本体または翼に設けられる1つ以上の可変プロペラ機構とを備えており、前記固定プロペラ機構は、飛行時に羽根の回転を停止または前記飛行時の空気抵抗を減少させるように回転されている、ことを特徴としている。
【0008】
（２）このような航空機は、前記固定プロペラ機構の駆動部が電動機であるのが好ましい。
【0009】
（３）また前記固定プロペラ機構の駆動部がエンジンであり、前記回転軸への動力を入切りするクラッチをさらに備えているのが好ましい。
【0010】
（４）さらに前記クラッチにより動力を切った後に、前記回転軸を駆動させる電動機をさらに備えているのが好ましい。
【0011】
（５）さらに前記固定プロペラ機構の羽根の回転位置を検出するセンサと、
前記回転軸の回転を止めるブレーキ機構とを備えているのが好ましい。
前記回転軸の回転を止めるブレーキ機構とを備えているのが好ましい。
【0012】
（６）さらに前記固定プロペラ機構の羽根の羽根角が可変にされているのが好ましい。
【0013】
（７）さらに前記可変プロペラ機構が１組の翼の左右にそれぞれ設けられており、前記可変プロペラ機構を設けた翼が、前記本体の長手方向の軸に対し略垂直な軸周りに傾動するようにされているのが好ましい。
【発明の効果】
【0014】
本発明の航空機は、大きなプロペラ面積を確保できる。さらに羽根の回転速度を早くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図3】図３ａは固定プロペラ機構の羽根の翼型を示す概略断面図、図３ｂおよび図３ｃは固定プロペラ機構の羽根の前進方向に対する回転位置の一例を示す概略図、図３ｄは固定プロペラ機構の羽根における飛行時の空気抵抗を説明するための示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
［１．概略説明］
＜第１実施形態＞
（航空機１）
まず図１を用いて本発明の航空機の概略を説明する。図に示している航空機１は、大まかには、本体２と、その本体２を中心にして、その両側面からそれぞれ反対向きに延びている一対の翼からなる主翼３とを備えている。また本体２の他端側には水平尾翼４が左右に延びている。その水平尾翼４の両端には、垂直尾翼４ａがそれぞれ設けられている。
以後の説明において、本体２の延びている方向を前後方向（長手方向の軸が延びている方向）とし、主翼３の延びている方向を左右方向（長手方向の軸に略垂直な軸が延びている方向）とし、垂直尾翼４ａの延びている方向を上下方向とする。そして本体２の主翼３のある側が前方で、水平尾翼４のうち翼が立っている側が左方で、垂直尾翼４ａの先端側が上方である。なお、それらの前後・左右・上下は、図中に矢印で指し示している。
＜第１実施形態＞
（航空機１）
まず図１を用いて本発明の航空機の概略を説明する。図に示している航空機１は、大まかには、本体２と、その本体２を中心にして、その両側面からそれぞれ反対向きに延びている一対の翼からなる主翼３とを備えている。また本体２の他端側には水平尾翼４が左右に延びている。その水平尾翼４の両端には、垂直尾翼４ａがそれぞれ設けられている。
以後の説明において、本体２の延びている方向を前後方向（長手方向の軸が延びている方向）とし、主翼３の延びている方向を左右方向（長手方向の軸に略垂直な軸が延びている方向）とし、垂直尾翼４ａの延びている方向を上下方向とする。そして本体２の主翼３のある側が前方で、水平尾翼４のうち翼が立っている側が左方で、垂直尾翼４ａの先端側が上方である。なお、それらの前後・左右・上下は、図中に矢印で指し示している。
【0017】
主翼３の左右の翼には、固定プロペラ機構６、６がそれぞれ設けられている。図中の二点鎖線はプロペラの羽根を省略して記載するものである。水平尾翼４は本体２の長手方向の軸に略垂直な軸周りに回動／傾動するようにされている。水平尾翼４の左右の翼には、可変プロペラ機構７、７がそれぞれ設けられている。
【0018】
垂直離着陸の際には、航空機１は、水平尾翼４を立てた状態にして、可変プロペラ機構７により空気を下方へ押し出す。さらに固定プロペラ機構６も空気を下方へ押し出す。これらのプロペラ機構６、７による空気を下方に押し出す力の反作用で、航空機１は浮力を得る。
一方で水平飛行時には、水平尾翼４の面が本体２の長手方向の軸にほぼ平行になるように、水平尾翼４を回動／傾動する。これらの主翼３および水平尾翼４によって生み出される揚力を利用し、航空機１は高度を保つ。
図１では、右方の水平尾翼４は航空機１の水平飛行時の翼の状態を示しており、左方の水平尾翼４は航空機１の垂直離着陸時の翼の状態を示している。なお、本実施形態では、左右の翼は連結されており、回動／傾動する際には、同時に同じ向きに回動／傾動する。さらになお左右の翼が独立して回動／傾動するようにしてもよい。
一方で水平飛行時には、水平尾翼４の面が本体２の長手方向の軸にほぼ平行になるように、水平尾翼４を回動／傾動する。これらの主翼３および水平尾翼４によって生み出される揚力を利用し、航空機１は高度を保つ。
図１では、右方の水平尾翼４は航空機１の水平飛行時の翼の状態を示しており、左方の水平尾翼４は航空機１の垂直離着陸時の翼の状態を示している。なお、本実施形態では、左右の翼は連結されており、回動／傾動する際には、同時に同じ向きに回動／傾動する。さらになお左右の翼が独立して回動／傾動するようにしてもよい。
【0019】
航空機１は、垂直離着陸時に、固定プロペラ機構６の羽根６ｂおよび可変プロペラ機構７の羽根７ｂの合計の羽根面積を利用することができる。このため、ホバリング効率が向上する。
また固定プロペラ機構６の羽根６ｂの羽根面積分だけ、可変プロペラ機構７の羽根７ｂの羽根長さを短くすることができる。このため、羽根７ｂの先端付近の気流が音速を超えない程度まで、羽根７ｂの回転数を上げることができ、水平飛行時の航空機１の高速性を実現できる。
また固定プロペラ機構６の羽根６ｂの羽根面積分だけ、可変プロペラ機構７の羽根７ｂの羽根長さを短くすることができる。このため、羽根７ｂの先端付近の気流が音速を超えない程度まで、羽根７ｂの回転数を上げることができ、水平飛行時の航空機１の高速性を実現できる。
【0020】
［２．各構成］
（本体２）
次に、各構成を説明する。本体２には、操縦者が乗っていてもよいし、地上コントロール局や管制から遠隔操縦される無人の航空機であってもよい。本体２には人の座席が設けられていたり、荷物などを収納するためのスペースが形成されていたりする。
（本体２）
次に、各構成を説明する。本体２には、操縦者が乗っていてもよいし、地上コントロール局や管制から遠隔操縦される無人の航空機であってもよい。本体２には人の座席が設けられていたり、荷物などを収納するためのスペースが形成されていたりする。
【0021】
（水平尾翼４）
水平尾翼４は、本体２の内部で、左右の翼を連結している連結ロッド（図示せず）を備えている。例えば、その連結ロッドをアクチュエータなどを用いて回転させると、水平尾翼４は回動／傾動する。
水平尾翼４は、本体２の内部で、左右の翼を連結している連結ロッド（図示せず）を備えている。例えば、その連結ロッドをアクチュエータなどを用いて回転させると、水平尾翼４は回動／傾動する。
【0022】
（可変プロペラ機構７、シャフト９、ヘベルギヤ機構９ａ）
図２ａは固定プロペラ機構６および可変プロペラ機構７の駆動機構を示す概略機構図である。図に示している機構Ａでは、可変プロペラ機構７は駆動部８としてのエンジン８ａから動力を得ている。その動力は、ヘベルギヤ機構９ａおよびシャフト９を介して伝達される。エンジン８ａとして、例えば、ガソリンエンジン、ガスタービンなどの従来公知のエンジンを用いてよい。
図２ａは固定プロペラ機構６および可変プロペラ機構７の駆動機構を示す概略機構図である。図に示している機構Ａでは、可変プロペラ機構７は駆動部８としてのエンジン８ａから動力を得ている。その動力は、ヘベルギヤ機構９ａおよびシャフト９を介して伝達される。エンジン８ａとして、例えば、ガソリンエンジン、ガスタービンなどの従来公知のエンジンを用いてよい。
【0023】
（バッテリ１７、発電機１８）
エンジン８ａの近傍には発電機１８または／およびバッテリ１７が設けられている。エンジン８ａの駆動により発電機１８が発電し、発電した電気は後述する電動機８ｂに通電される。また発電した電気はバッテリ１７に蓄電してもよい。その蓄電された電力は電動機８ｂで用いられる。なお発電機１８を備えずに、予め充電されたバッテリ１７を搭載してもよい。
エンジン８ａの近傍には発電機１８または／およびバッテリ１７が設けられている。エンジン８ａの駆動により発電機１８が発電し、発電した電気は後述する電動機８ｂに通電される。また発電した電気はバッテリ１７に蓄電してもよい。その蓄電された電力は電動機８ｂで用いられる。なお発電機１８を備えずに、予め充電されたバッテリ１７を搭載してもよい。
【0024】
（固定プロペラ機構６）
本実施形態では、固定プロペラ機構６の羽根６ｂは大径であるから、大きな動力が必要である。このため、エンジン８ａの動力が用いられる。エンジン８ａの駆動力は、複数のヘベルギヤ機構９ａおよびシャフト９を介して、固定プロペラ機構６に伝達される。
一方で、固定プロペラ機構６には、駆動部８として電動機（電動モータ）８ｂが設けられている。電動モータ８ｂは、バッテリ１７または発電機１８から電線１７ａを介して電気が送電される。また電動モータ８ｂには、インバータ８ｃが用いられている。インバータ８ｃにより電動モータ８ｂの回転数を変更することができる。なおインバータ８ｃは従来公知のものである。
本実施形態では、固定プロペラ機構６の羽根６ｂは大径であるから、大きな動力が必要である。このため、エンジン８ａの動力が用いられる。エンジン８ａの駆動力は、複数のヘベルギヤ機構９ａおよびシャフト９を介して、固定プロペラ機構６に伝達される。
一方で、固定プロペラ機構６には、駆動部８として電動機（電動モータ）８ｂが設けられている。電動モータ８ｂは、バッテリ１７または発電機１８から電線１７ａを介して電気が送電される。また電動モータ８ｂには、インバータ８ｃが用いられている。インバータ８ｃにより電動モータ８ｂの回転数を変更することができる。なおインバータ８ｃは従来公知のものである。
【0025】
（クラッチ１２）
固定プロペラ機構６と可変プロペラ機構７とを連結するシャフト９ｂには、クラッチ１２が設けられている。クラッチ１２を入切りすることにより、エンジン８ａと固定プロペラ機構６との間の動力の伝達を入切りすることができる。本実施系形態では、クラッチ１２として摩擦クラッチなどの円板クラッチを用いている。なお、従来公知の他のクラッチを用いてもよい。
固定プロペラ機構６と可変プロペラ機構７とを連結するシャフト９ｂには、クラッチ１２が設けられている。クラッチ１２を入切りすることにより、エンジン８ａと固定プロペラ機構６との間の動力の伝達を入切りすることができる。本実施系形態では、クラッチ１２として摩擦クラッチなどの円板クラッチを用いている。なお、従来公知の他のクラッチを用いてもよい。
【0026】
（ブレーキ機構１０、センサ１１）
本実施形態では、電動モータ８ｂにブレーキ機構１０が一体的に設けられている。ブレーキ機構１０としては、例えば、ディスクブレーキなどである。なお従来公知の他のブレーキ機構を採用してもよい。
センサ１１は、例えばロータリエンコーダなどである。光電式、電磁式などの回転軸６ａ（図１参照）の回転角度を検出する従来公知のものを採用することができる。
本実施形態では、例えば、センサ１１で回転軸６ａの回転角度を検出しながら、電動モータ８ｂで回転軸６ａを回転させ、所定の回転位置に到達したら、ブレーキ機構１０を作動させ、回転軸６ａをロックする。これにより羽根６ｂが所定の回転位置で固定される。
本実施形態では、電動モータ８ｂにブレーキ機構１０が一体的に設けられている。ブレーキ機構１０としては、例えば、ディスクブレーキなどである。なお従来公知の他のブレーキ機構を採用してもよい。
センサ１１は、例えばロータリエンコーダなどである。光電式、電磁式などの回転軸６ａ（図１参照）の回転角度を検出する従来公知のものを採用することができる。
本実施形態では、例えば、センサ１１で回転軸６ａの回転角度を検出しながら、電動モータ８ｂで回転軸６ａを回転させ、所定の回転位置に到達したら、ブレーキ機構１０を作動させ、回転軸６ａをロックする。これにより羽根６ｂが所定の回転位置で固定される。
【0027】
［３．航空機の飛行］
（１）垂直離着陸時の動作
垂直離着陸時には、航空機１は水平尾翼４の左右の翼を立てた状態にする。このときクラッチ１２は繋げられている。このためエンジン８ａの動力は固定プロペラ機構６に伝達される。航空機１は、固定プロペラ機構６および可変プロペラ機構７の合計の羽根面積を利用して、ホバリングする。なお可変プロペラ機構７は、航空機１のホバリングの姿勢を制御するのに用いることができる。
（１）垂直離着陸時の動作
垂直離着陸時には、航空機１は水平尾翼４の左右の翼を立てた状態にする。このときクラッチ１２は繋げられている。このためエンジン８ａの動力は固定プロペラ機構６に伝達される。航空機１は、固定プロペラ機構６および可変プロペラ機構７の合計の羽根面積を利用して、ホバリングする。なお可変プロペラ機構７は、航空機１のホバリングの姿勢を制御するのに用いることができる。
【0028】
（２）水平飛行時の動作
次いで航空機１は、回転軸７ａを前方に向けるように、水平尾翼４を次第に傾斜させ、最終的に寝かせて、水平飛行に移行する。
航空機１は、水平飛行により、主翼３などから揚力を得ている。このため、上向きに固定され、水平飛行に寄与してない固定プロペラ機構６を停止させる。その際の羽根６ｂの位置は、空気抵抗の影響が少なくなる回転位置に配置される。ブレーキ１０は回転位置をロックする。
次いで航空機１は、回転軸７ａを前方に向けるように、水平尾翼４を次第に傾斜させ、最終的に寝かせて、水平飛行に移行する。
航空機１は、水平飛行により、主翼３などから揚力を得ている。このため、上向きに固定され、水平飛行に寄与してない固定プロペラ機構６を停止させる。その際の羽根６ｂの位置は、空気抵抗の影響が少なくなる回転位置に配置される。ブレーキ１０は回転位置をロックする。
【0029】
（３）固定プロペラ機構６の羽根６ｂが受ける空気抵抗
（羽根６ｂを停止させる）
図３ａは羽根６ｂの翼型１３を示す概略断面図である。図に示している翼型１３の断面形状は、一般的に、風を受ける側（先端側）の断面が湾曲形状の肉厚部１３ａと、後端側の断面が尖っている形状の薄肉部１３ｂとからなる。例えば、薄肉部１３ｂから風を受けると（図中の符号１９参照）、先端の湾曲している部分１４ａ付近と、後端の尖っている部分１４ｂ付近とで、羽根６ｂの表面を流れる気流が剥離（空気が乱れ）しやすく、空気抵抗が大きい状態になりやすい。
（羽根６ｂを停止させる）
図３ａは羽根６ｂの翼型１３を示す概略断面図である。図に示している翼型１３の断面形状は、一般的に、風を受ける側（先端側）の断面が湾曲形状の肉厚部１３ａと、後端側の断面が尖っている形状の薄肉部１３ｂとからなる。例えば、薄肉部１３ｂから風を受けると（図中の符号１９参照）、先端の湾曲している部分１４ａ付近と、後端の尖っている部分１４ｂ付近とで、羽根６ｂの表面を流れる気流が剥離（空気が乱れ）しやすく、空気抵抗が大きい状態になりやすい。
【0030】
図３ｂおよび図３ｃは、前進方向に対する羽根６ｂの回転位置の例を示す概略図である。図に示しているように、羽根６ｂの回転位置により、進行方向から受ける風が羽根６ｂと接触する部位が異なる。図の符号２０は、進行方向から受ける風を示している。羽根６ｂが停止している回転位置により、風２０により生じる羽根６ｂの受ける空気抵抗は異なる。このため本実施形態では、空気抵抗が減少する羽根６ｂ回転位置を予め試験的に求め、その回転位置で羽根６ｂをブレーキ１０によりロックしている。
【0031】
（所定の回転数で羽根６ｂを回転させる）
羽根６ｂを所定の回転位置でロックする他に、羽根６ｂを所定の回転数で回転させてもよい。
図３ｄは羽根６ｂが受ける飛行時の空気抵抗を説明するための概略図である。航空機１が水平飛行をする際に、羽根６ｂのうち、進行方向に回転している側の羽根６ｂ（図の右方の羽根）は、翼型の肉厚部１３ａ側から風を受けることとなる。一方で、後方に向けて進んでいる側の羽根６ｂ（図の左方の羽根）は薄肉部１３ｂ側から風を受けることとなる。
したがって、羽根６ｂを回転させることで、左方の羽根の薄肉部１３ｂ側から当たる風の速度（合成速度２１参照）を遅くすることでき、レイノルズ数を小さくすることができる。このため、羽根６ｂの表面を流れる気流の剥離が起こりづらくなり、空気抵抗の増加が抑えられる傾向にある。
なお、回転を速くすれば薄肉部１３ｂの抵抗は減少する傾向にあるが、反対に進行方向側の肉厚部１３ａの回転速度が速くなる。羽根６ｂが音速に達すると抵抗が増えるため、回転数には上限があり、単に速くすればよい訳ではない。
羽根６ｂを所定の回転位置でロックする他に、羽根６ｂを所定の回転数で回転させてもよい。
図３ｄは羽根６ｂが受ける飛行時の空気抵抗を説明するための概略図である。航空機１が水平飛行をする際に、羽根６ｂのうち、進行方向に回転している側の羽根６ｂ（図の右方の羽根）は、翼型の肉厚部１３ａ側から風を受けることとなる。一方で、後方に向けて進んでいる側の羽根６ｂ（図の左方の羽根）は薄肉部１３ｂ側から風を受けることとなる。
したがって、羽根６ｂを回転させることで、左方の羽根の薄肉部１３ｂ側から当たる風の速度（合成速度２１参照）を遅くすることでき、レイノルズ数を小さくすることができる。このため、羽根６ｂの表面を流れる気流の剥離が起こりづらくなり、空気抵抗の増加が抑えられる傾向にある。
なお、回転を速くすれば薄肉部１３ｂの抵抗は減少する傾向にあるが、反対に進行方向側の肉厚部１３ａの回転速度が速くなる。羽根６ｂが音速に達すると抵抗が増えるため、回転数には上限があり、単に速くすればよい訳ではない。
【0032】
このように、羽根６ｂの回転数、羽根６ｂの長さ、羽根６ｂの飛行方向に対する傾き（羽根角）、航空機１の飛行速度により、羽根６ｂが受ける空気抵抗は異なる。このため、空気抵抗を小さくする回転数を試験的に求め、得られた回転数で羽根６ｂを回転させるのがよい。例えば、水平速度に応じて、電動モータ８ｂの回転数を変更するなどである。電動モータ８ｂの回転数はインバータ８ｃにより制御する。
【0033】
すなわち固定プロペラ機構６の羽根６ｂを停止または空気抵抗が少なくなるように回転させているので、航空機１の速度を向上させることができる。
【0034】
［４．他の実施形態］
（１）固定プロペラ機構６の他の実施形態
（１－１）羽根角の変更
これから説明する変形例、実施形態において、前述した第１実施形態と異なる部分のみ説明をし、同じ部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。
固定プロペラ機構６の羽根６ｂを停止または回転させる際に、複数枚の羽根６ｂのそれぞれの羽根角を変更する機構１５（図１の点線参照）を設けて、空気抵抗を減少させる羽根角としてもよい。ここで羽根角は、羽根６ｂの回転面に対する羽根６ｂの傾き角度である。
例えば、羽根の薄肉部１３ｂの後方、且つ、表面側に向かう斜め上方から風を受けると（図３ａの符号１９ａ参照）、気流が剥離しやすい。このため、羽根角を変更する機構１５を用いて、羽根６ｂが薄肉部１３ｂ側から受ける風の向きを調整するのがよい。
（１）固定プロペラ機構６の他の実施形態
（１－１）羽根角の変更
これから説明する変形例、実施形態において、前述した第１実施形態と異なる部分のみ説明をし、同じ部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。
固定プロペラ機構６の羽根６ｂを停止または回転させる際に、複数枚の羽根６ｂのそれぞれの羽根角を変更する機構１５（図１の点線参照）を設けて、空気抵抗を減少させる羽根角としてもよい。ここで羽根角は、羽根６ｂの回転面に対する羽根６ｂの傾き角度である。
例えば、羽根の薄肉部１３ｂの後方、且つ、表面側に向かう斜め上方から風を受けると（図３ａの符号１９ａ参照）、気流が剥離しやすい。このため、羽根角を変更する機構１５を用いて、羽根６ｂが薄肉部１３ｂ側から受ける風の向きを調整するのがよい。
【0035】
（１－２）オートジャイロ
前述の固定プロペラ機構６では、水平飛行時に、羽根６ｂを停止または回転させているが、航空機１の前進する際の風を受けて羽根６ｂを自然に回転させ、揚力を発生させてもよい。例えば、クラッチ１２を切り、回転軸６ａをニュートラルな状態にする。そして本体２をその前側が上を向くように、可変プロペラ機構７の回転軸７ａの向きを調整し、固定プロペラ機構６の羽根６ｂが進行方向からの風を受け易いようにする。
前述の固定プロペラ機構６では、水平飛行時に、羽根６ｂを停止または回転させているが、航空機１の前進する際の風を受けて羽根６ｂを自然に回転させ、揚力を発生させてもよい。例えば、クラッチ１２を切り、回転軸６ａをニュートラルな状態にする。そして本体２をその前側が上を向くように、可変プロペラ機構７の回転軸７ａの向きを調整し、固定プロペラ機構６の羽根６ｂが進行方向からの風を受け易いようにする。
【0036】
（２）航空機１の変形例
図４ａ、図４ｂおよび図４ｃは、航空機１の他の例を示す概略図である。なお図では垂直尾翼の記載を省略している。
図４ａに示す航空機１ａは、航空機１において、チルト式の水平尾翼４の代わりにチルト式の前翼５を設けている。その前翼５に可変プロペラ機構７が設けられている。前翼５は、例えばカナードと呼ばれる種類の翼を含む従来公知のものである。
図４ｂに示す、航空機１ｂは、航空機１において、本体２の上面に３つ目の固定プロペラ機構６を設けている。
図４ｃに示す航空機１ｃは、航空機１において、主翼３に固定プロペラ機構６を設けていない。本体２の上面に１つの固定プロペラ機構６を設けている。本実施形態では、大径の固定プロペラ機構６を設けている、なお固定プロペラ機構６は複数設けてもよい。
上述の航空機１ｂ、１ｃにおいて、チルト式の水平尾翼４の代わりにチルト式の前翼５を設け、その前翼５に可変プロペラ機構７を設けてもよい。
図４ａ、図４ｂおよび図４ｃは、航空機１の他の例を示す概略図である。なお図では垂直尾翼の記載を省略している。
図４ａに示す航空機１ａは、航空機１において、チルト式の水平尾翼４の代わりにチルト式の前翼５を設けている。その前翼５に可変プロペラ機構７が設けられている。前翼５は、例えばカナードと呼ばれる種類の翼を含む従来公知のものである。
図４ｂに示す、航空機１ｂは、航空機１において、本体２の上面に３つ目の固定プロペラ機構６を設けている。
図４ｃに示す航空機１ｃは、航空機１において、主翼３に固定プロペラ機構６を設けていない。本体２の上面に１つの固定プロペラ機構６を設けている。本実施形態では、大径の固定プロペラ機構６を設けている、なお固定プロペラ機構６は複数設けてもよい。
上述の航空機１ｂ、１ｃにおいて、チルト式の水平尾翼４の代わりにチルト式の前翼５を設け、その前翼５に可変プロペラ機構７を設けてもよい。
【0037】
＜第２実施形態＞
図５は図１の航空機１の他の実施形態を示す概略図である。図に示す航空機１６は、前翼５は固定翼であり、主翼３をチルトさせるものである。主翼３の左右の翼には、可変プロペラ機構７、７がそれぞれ設けられている。また前翼５の左右の翼には、固定プロペラ機構６、６が設けられている。
図５は図１の航空機１の他の実施形態を示す概略図である。図に示す航空機１６は、前翼５は固定翼であり、主翼３をチルトさせるものである。主翼３の左右の翼には、可変プロペラ機構７、７がそれぞれ設けられている。また前翼５の左右の翼には、固定プロペラ機構６、６が設けられている。
【0038】
図２ａは固定プロペラ機構６および可変プロペラ機構７の駆動機構を示す概略機構図である。図に示している機構Ｂでは、固定プロペラ機構６の羽根６ｂの径が小さいので、大きな動力を必要としない。このため機構Ｂでは、エンジン８ａの動力を固定プロペラ機構６に伝達する機構を備えていない。固定プロペラ機構６は、バッテリ１７および発電機１８から動力を得ている。
なお航空機１６において、航空機１と同じ機構Ａを用いてもよい。
なお航空機１６において、航空機１と同じ機構Ａを用いてもよい。
【0039】
（航空機１６の変形例）
図６ａ、図６ｂ、図６ｃ、図６ｄおよび図６ｅは、それぞれ航空機１６の変形例を示す概略図である。なお図では垂直尾翼の記載を省略している。
図６ａに示す航空機１６ａは、航空機１６において、前翼５の代わりに水平尾翼４を本体２から左右に延ばしている。その水平尾翼４に固定プロペラ機構６、６が設けられている。
図６ｂに示す航空機１６ｂは、航空機１６において、前翼５に設けていた固定プロペラ機構６、６の代わりに、本体２の前側の上面に固定プロペラ機構６を１つ設けている。なお本体２の後側に１つ設けてもよい。
図６ｃに示す航空機１６ｃは、航空機１６において、本体２の上面に追加的に固定プロペラ機構６を１つ設けている。なお複数設けてもよい。
図６ｄに示す航空機１６ｄは、航空機１６において、前翼５に設けていた固定プロペラ機構６、６の代わりに、本体２の前端に接続部材などを介して可変プロペラ機構７を設け、本体２の上面に固定プロペラ機構６を設けている。このものはチルトロータと呼ばれるタイプに相当する。なお固定プロペラ機構６は本体２の上面に複数個を設けてもよい。さらになお、航空機１６ｄにおいて、本体２の後端に可変プロペラ機構７を設けてもよい。さらに本体２の前後端にそれぞれ可変プロペラ機構７、７設けてもよい。
図６ａ、図６ｂ、図６ｃ、図６ｄおよび図６ｅは、それぞれ航空機１６の変形例を示す概略図である。なお図では垂直尾翼の記載を省略している。
図６ａに示す航空機１６ａは、航空機１６において、前翼５の代わりに水平尾翼４を本体２から左右に延ばしている。その水平尾翼４に固定プロペラ機構６、６が設けられている。
図６ｂに示す航空機１６ｂは、航空機１６において、前翼５に設けていた固定プロペラ機構６、６の代わりに、本体２の前側の上面に固定プロペラ機構６を１つ設けている。なお本体２の後側に１つ設けてもよい。
図６ｃに示す航空機１６ｃは、航空機１６において、本体２の上面に追加的に固定プロペラ機構６を１つ設けている。なお複数設けてもよい。
図６ｄに示す航空機１６ｄは、航空機１６において、前翼５に設けていた固定プロペラ機構６、６の代わりに、本体２の前端に接続部材などを介して可変プロペラ機構７を設け、本体２の上面に固定プロペラ機構６を設けている。このものはチルトロータと呼ばれるタイプに相当する。なお固定プロペラ機構６は本体２の上面に複数個を設けてもよい。さらになお、航空機１６ｄにおいて、本体２の後端に可変プロペラ機構７を設けてもよい。さらに本体２の前後端にそれぞれ可変プロペラ機構７、７設けてもよい。
【0040】
（羽根の翼型の変形例）
図７は翼型１３の変形例を示す概略断面図である。図に示している翼型２２は、最も肉厚になる部位を中央付近に配置している。さらに尖っている部分１４ｂの厚みを増して湾曲に形成している。これにより先端の湾曲している部分１４ａ付近および尖っている部分１４ｂ付近における気流の乱れを防止することができる。
図７は翼型１３の変形例を示す概略断面図である。図に示している翼型２２は、最も肉厚になる部位を中央付近に配置している。さらに尖っている部分１４ｂの厚みを増して湾曲に形成している。これにより先端の湾曲している部分１４ａ付近および尖っている部分１４ｂ付近における気流の乱れを防止することができる。
【0041】
［５．その他］
上述した実施形態、変形例は、それぞれを適宜に組み合わせて用いることができる。
例えば、本実施形態において、航空機１は、垂直離着陸機（ＶＴＯＬ機）または離陸時に短距離を滑走し、着陸時に垂直着陸する短距離離陸垂直着陸機（ＳＴＯＶＬ機）として用いられる。
また本体２の水平に対して斜めに傾けて、斜め前方に前進しながら離陸してもよい。
本実施形態では、固定プロペラ機構の羽根は三枚であるが、二枚以下または四枚以上でもよい。
可変プロペラ機構７は、チルトウィングと呼ばれる翼ごと回動／傾動する機構を主に用いているが、翼に対して可変プロペラ機構７を傾動させるチルトロータと呼ばれる機構を用いてもよい。
上述した実施形態、変形例は、それぞれを適宜に組み合わせて用いることができる。
例えば、本実施形態において、航空機１は、垂直離着陸機（ＶＴＯＬ機）または離陸時に短距離を滑走し、着陸時に垂直着陸する短距離離陸垂直着陸機（ＳＴＯＶＬ機）として用いられる。
また本体２の水平に対して斜めに傾けて、斜め前方に前進しながら離陸してもよい。
本実施形態では、固定プロペラ機構の羽根は三枚であるが、二枚以下または四枚以上でもよい。
可変プロペラ機構７は、チルトウィングと呼ばれる翼ごと回動／傾動する機構を主に用いているが、翼に対して可変プロペラ機構７を傾動させるチルトロータと呼ばれる機構を用いてもよい。
【0042】
［６．まとめ］
（１）本発明の航空機１は、本体２と、その本体に左右一対で、且つ、１組以上設けられる翼５と、回転軸６ａが略鉛直方向に平行であると共に上方に向けられ、且つ、本体２または翼５に設けられる１つ以上の固定プロペラ機構６と、回転軸７ａの向きが変更可能にされ、且つ、本体２または翼３に設けられる1つ以上の可変プロペラ機構７とを備えており、固定プロペラ機構６は、飛行時に羽根６ｂの回転を停止または飛行時の空気抵抗を減少させるように回転されている、ことを特徴としている。
このため離陸時は、固定プロペラ機構６の羽根６ｂおよび可変プロペラ機構７の羽根７ｂの合計の羽根面積を利用することができるので、ホバリング効率が向上する。さらに固定プロペラ機構６の羽根６ｂの羽根面積分だけ、可変プロペラ機構７の羽根７ｂの羽根長さを短くすることができる。
さらに水平飛行時は、可変プロペラ機構７の回転軸７ａを前進方向にむける。可変プロペラ機構７の羽根７ｂの羽根長さを短くできるので、羽根７ｂの先端付近が音速を超えない程度まで、羽根７ｂの回転数を上げることができる。このため水平飛行時の高速性を実現できる。
また、固定プロペラ機構６の羽根６ｂを停止または抵抗が少なくなるように回転させることで、羽根６ｂの翼面における気流に対する速度が音速を超えないようにして、空気抵抗を抑えている。このため、航空機１の高速性を一層高めることができる。
（１）本発明の航空機１は、本体２と、その本体に左右一対で、且つ、１組以上設けられる翼５と、回転軸６ａが略鉛直方向に平行であると共に上方に向けられ、且つ、本体２または翼５に設けられる１つ以上の固定プロペラ機構６と、回転軸７ａの向きが変更可能にされ、且つ、本体２または翼３に設けられる1つ以上の可変プロペラ機構７とを備えており、固定プロペラ機構６は、飛行時に羽根６ｂの回転を停止または飛行時の空気抵抗を減少させるように回転されている、ことを特徴としている。
このため離陸時は、固定プロペラ機構６の羽根６ｂおよび可変プロペラ機構７の羽根７ｂの合計の羽根面積を利用することができるので、ホバリング効率が向上する。さらに固定プロペラ機構６の羽根６ｂの羽根面積分だけ、可変プロペラ機構７の羽根７ｂの羽根長さを短くすることができる。
さらに水平飛行時は、可変プロペラ機構７の回転軸７ａを前進方向にむける。可変プロペラ機構７の羽根７ｂの羽根長さを短くできるので、羽根７ｂの先端付近が音速を超えない程度まで、羽根７ｂの回転数を上げることができる。このため水平飛行時の高速性を実現できる。
また、固定プロペラ機構６の羽根６ｂを停止または抵抗が少なくなるように回転させることで、羽根６ｂの翼面における気流に対する速度が音速を超えないようにして、空気抵抗を抑えている。このため、航空機１の高速性を一層高めることができる。
【0043】
（２）このような航空機１は、固定プロペラ機構６の駆動部８が電動機８ｂであるので、羽根６ｂの位置合わせ、羽根６ｂの回転数の制御、水平飛行時の羽根６ｂの回転を容易にすることができる。
【0044】
（３）また固定プロペラ機構６の駆動部８がエンジン８ａであり、回転軸６ａへの動力を入切りするクラッチ１２をさらに備えているので、負荷の大きな垂直離着陸時にエンジンの動力を用いることができる。またクラッチを切ることにより羽根６ｂの回転を任意の回転位置で停止させることができる。
【0045】
（４）さらにクラッチ１２により動力を切った後に、回転軸６ａを駆動させる電動機８ｂをさらに備えているので、負荷の大きな垂直離着陸時にエンジンの動力を用い、水平飛行時の回転を電動機８ｂにより行うことができる。
【0046】
（５）さらに固定プロペラ機構６の羽根６ｂの回転位置を検出するセンサ１１
と、回転軸６ａの回転を止めるブレーキ機構１０とを備えているので、羽根６ｂを空気抵抗の小さいとされる所定の回転位置で停止させることができる。
と、回転軸６ａの回転を止めるブレーキ機構１０とを備えているので、羽根６ｂを空気抵抗の小さいとされる所定の回転位置で停止させることができる。
【0047】
（６）さらに固定プロペラ機構６の羽根６ｂの羽根角が可変にされているので、水平飛行時の空気抵抗を一層低減できる。
【0048】
（７）さらに可変プロペラ機構７が１組の翼３の左右にそれぞれ設けられており、可変プロペラ機構７を設けた翼３が、本体２の長手方向の軸に対し略垂直な軸周りに傾動するようにされているので、垂直離着陸時に固定プロペラ機構６の羽根６ｂと共に、大きな羽根面積を有しているので、水平飛行時に可変プロペラ機構７の羽根７ｂの長さを短くすることができ、航空機１の高速性を高めることができる。
【符号の説明】
【0049】
１ 航空機
１ａ 航空機
１ｂ 航空機
１ｃ 航空機
２ 本体
３ 主翼
４ 垂直尾翼
４ａ 水平尾翼
５ 前翼
６ 可変プロペラ機構
６ａ 回転軸
６ｂ 羽根
７ 固定プロペラ機構
７ａ 回転軸
７ｂ 羽根
８ 駆動部
８ａ エンジン
８ｂ 電動機（電動モータ）
８ｃ インバータ
９ シャフト
９ａ ヘベルギヤ機構
１０ センサ
１１ ブレーキ機構
１２ クラッチ
１３ 翼型
１３ａ 肉厚部
１３ｂ 薄肉部
１４ａ 湾曲している部位
１４ｂ 尖っている部位
１５ 羽根角を変更する機構
１６ 航空機
１６ａ 航空機
１６ｂ 航空機
１６ｃ 航空機
１６ｄ 航空機
１７ バッテリ
１８ 発電機
１９ 後端側から受ける風
２０ 進行方向から受ける風
２１ 合成速度
２２ 翼型の変形例
Ａ 機構
Ｂ 機構
１ａ 航空機
１ｂ 航空機
１ｃ 航空機
２ 本体
３ 主翼
４ 垂直尾翼
４ａ 水平尾翼
５ 前翼
６ 可変プロペラ機構
６ａ 回転軸
６ｂ 羽根
７ 固定プロペラ機構
７ａ 回転軸
７ｂ 羽根
８ 駆動部
８ａ エンジン
８ｂ 電動機（電動モータ）
８ｃ インバータ
９ シャフト
９ａ ヘベルギヤ機構
１０ センサ
１１ ブレーキ機構
１２ クラッチ
１３ 翼型
１３ａ 肉厚部
１３ｂ 薄肉部
１４ａ 湾曲している部位
１４ｂ 尖っている部位
１５ 羽根角を変更する機構
１６ 航空機
１６ａ 航空機
１６ｂ 航空機
１６ｃ 航空機
１６ｄ 航空機
１７ バッテリ
１８ 発電機
１９ 後端側から受ける風
２０ 進行方向から受ける風
２１ 合成速度
２２ 翼型の変形例
Ａ 機構
Ｂ 機構
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】