特開 2024-21118 垂直離着陸飛行体

(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】P2024021118

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】垂直離着陸飛行体

(51)【国際特許分類】

   B64C 29/02 20060101AFI20240208BHJP

   B64C 3/40 20060101ALI20240208BHJP

【ＦＩ】

B64C29/02

B64C3/40

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022123716

(22)【出願日】2022-08-03

(71)【出願人】

【識別番号】301039066

【氏名又は名称】株式会社アイティーコスモス

(74)【代理人】

【識別番号】100181250

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 信介

(72)【発明者】

【氏名】中西 輝夫

(57)【要約】

【課題】垂直離陸から水平飛行への移行時及び水平飛行から垂直着陸への移行時に推進力の向きを変化させる必要がなく移行可能であり、主翼取付角度を変更することができる垂直離着陸飛行体を提供する。
【解決手段】胴体１０と、胴体１０軸に対して左右に取り付けられた水平飛行用の主翼２０と、推進力を個別に制御することができる３以上の推進部４０と、３以上の推進部４０のうち、任意の２つの推進部４０を含む胴体１０軸と平行な平面内に、残りの１以上の推進部４０が含まれないような位置関係で、胴体１０を地面に対してほぼ垂直にした際に、胴体１０の軸方向上方に推進力を与える向きになるように推進部４０を胴体１０に取り付けるアーム５０と、を備えることを特徴とする垂直離着陸飛行体１。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

胴体と、
前記胴体軸に対して左右に取り付けられた主翼と、
推進力を個別に制御することができる３以上の推進部と、
３以上の前記推進部のうち、任意の２つの推進部を含む前記胴体軸と平行な平面内に、残りの１以上の推進部が含まれないような位置関係で、前記胴体を地面に対してほぼ垂直にした際に、前記胴体の軸方向上方に推進力を与える向きになるように前記推進部を前記胴体に取り付けるアームと、
を備えることを特徴とする垂直離着陸飛行体。

【請求項2】

請求項１に記載の垂直離着陸飛行体において、
前記胴体の軸に対する主翼の取付角度を変化させることができる主翼取付角駆動部を備えることを特徴とする垂直離着陸飛行体。

【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、かつ、高速に水平飛行ができる垂直離着陸飛行体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数の水平飛行用主翼と、垂直尾翼を有し、上昇前進兼用プロペラを、複数の水平飛行用主翼に固定し、この水平飛行用主翼を、上昇下降時はほぼ垂直に向くよう回転させて上昇下降し、水平飛行時は、迎え角で固定し水平飛行することを特徴とする飛行体があった（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１６５６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところが、このような飛行体では、垂直離陸から水平飛行への移行時及び水平飛行から垂直着陸への移行時に、推進力を発生するプロペラが固定された主翼の向きを変化させなければならない。

【0005】

このため、主翼を動かすための複雑な機構が必要となり、メンテナンスに手間がかかり、故障の可能性も増加し、コストも増加するという課題があった。
さらに、このような飛行体では、推進力を発生するプロペラが主翼に固定されているので、主翼を後退させたり、展開させたりさせることができず、離着陸時には主翼が干渉しないような広い空間が必要となる課題があった。

【0006】

本発明は、こうした課題に鑑みなされたもので、垂直離陸から水平飛行への移行時及び水平飛行から垂直着陸への移行時に推進力の向きを変化させる必要がなく、主翼取付角度を変更することができる垂直離着陸飛行体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。なお、本欄における括弧内の参照符号や補足説明等は、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態との対応関係を示したものであって、本発明を何ら限定するものではない。

【0008】

[適用例１]
適用例１に記載の発明は、
胴体（１０）と、
前記胴体（１０）軸に対して左右に取り付けられた主翼（２０）と、
推進力を個別に制御することができる３以上の推進部（４０）と、
３以上の前記推進部（４０）のうち、任意の２つの推進部（４０）を含む前記胴体（１０）軸と平行な平面内に、残りの１以上の推進部（４０）が含まれないような位置関係で、前記胴体（１０）を地面に対してほぼ垂直にした際に、前記胴体（１０）の軸方向上方に推進力を与える向きになるように前記推進部（４０）を前記胴体（１０）に取り付けるアーム（５０）と、
を備えることを要旨とする垂直離着陸飛行体（１）である。

【0009】

このような垂直離着陸飛行体（１）では、胴体（１０）を地面に対してほぼ垂直にした状態から垂直に離陸することができる。垂直離陸時には、主翼（２０）は垂直揚力には寄与せず、推進力が垂直上方となるように、アーム（５０）を介して胴体（１０）に取り付けられた複数の推進部（４０）により上方に離陸する。

【0010】

さらに、複数の推進部（４０）の推進力を個別に制御することにより、推進部（４０）の推進力だけにより垂直離着陸飛行体（１）の姿勢を概ね垂直方向から、概ね水平方向に変化させ、水平飛行を行うことができる。
水平飛行においては、主翼（２０）が揚力を発生させ、複数の推進部（４０）が垂直離着陸飛行体（１）を前方に推進させるように推進力を発生する。

【0011】

同様にして、水平飛行中に、複数の推進部（４０）の推進力を個別に制御することにより、水平飛行から胴体（１０）を地面に対してほぼ垂直にした状態へと垂直離着陸飛行体（１）の姿勢を変化させ、垂直状態のまま徐々に高度を下げ、着陸を行うことができる。

【0012】

このようにして、垂直離着陸飛行体（１）の姿勢を変化させるのに、推進力の向きを変化させるための機構を備えることなく、垂直離陸飛行から水平飛行への移行及び水平飛行から垂直着陸飛行への移行が可能となる。

【0013】

これにより、推進力の向きを変化させるために、主翼（２０）を動かすための複雑な機構を必要とせず、メンテナンスの簡易化、故障個所の低減、低コストを実現することができる。

【0014】

また、飛行時の飛行方向制御、機体安定化については、補助翼や昇降舵などを使用せずに、複数の推進部（４０）の個別制御により実施することで、メンテナンスの簡易化、故障個所の低減、低コストを実現することができる。

【0015】

[適用例２]
適用例２に記載の垂直離着陸飛行体（１）は、適用例１に記載の垂直離着陸飛行体（１）において、
前記胴体（１０）の軸に対する主翼（２０）の取付角度を変化させることができる主翼取付角駆動部（２３）を備えることを要旨とする。

【0016】

このような垂直離着陸飛行体１では、主翼取付角駆動部（２３）により、胴体（１０）軸に対する主翼（２０）の角度を変更することができる。
これにより、離着陸時には、主翼（２０）の取付角度を狭くする、すなわち主翼（２０）を後退させることで、離着陸場所が狭い空間であったとしても、主翼（２０）が邪魔になることなく、離着陸することができる。

【0017】

また、水平飛行時には、主翼（２０）の胴体（１０）への取付角度を変化させ、主翼（２０）を前方に展開させることで、主翼（２０）のアスペクト比の値を大きくし、水平飛行時の巡行飛行性能が改善される。

【0018】

さらに、高速飛行時には、主翼（２０）の胴体（１０）への取付角度を変化させ、主翼（２０）が胴体に近づくように移動させることで、主翼（２０）のアスペクト比の値を小さくし、高速飛行性能が改善される。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態における垂直離着陸飛行体の概略の形状を示す外観図である。

【図2】第１実施形態における垂直離着陸飛行体の概略の構成を示すブロック図である。

【図3】第１実施形態における垂直離着陸飛行体において、可動主翼部２２を前方に展開した状態と胴体１０の近くに移動させた状態を示す概略図である

【図4】第１実施形態における垂直離着陸飛行体の３軸制御の方法を示す概略図である。

【図5】第１実施形態における垂直離着陸飛行体の概略の飛行状態を示す図である。

【図6】第２実施形態における垂直離着陸飛行体の概略の形状を示す外観図である。

【図7】第３実施形態における垂直離着陸飛行体の概略の形状を示す外観図である。

【図8】第３実施形態における垂直離着陸飛行体の３軸制御の方法を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

【0021】

[第１実施形態]
図１及び図２に基づき、第１実施形態における垂直離着陸飛行体１の構成について説明する。図１は、第１実施形態における垂直離着陸飛行体１の概略の形状を示す外観図（図１（Ａ）が正面図、図１（Ｂ）が右側側面図、図１（Ｃ）が平面図）である。図２は、第１実施形態における垂直離着陸飛行体１の概略の構成を示すブロック図である。

【0022】

（垂直離着陸飛行体１の構成）
図１及び図２に示すように、垂直離着陸飛行体１は、胴体１０、主翼２０、垂直安定板３０、降着部３１、推進部４０、アーム５０、制御部６０、センサ部７０及び電源８０を備えている。

【0023】

胴体１０は、断面が四角形の筒形に形成されており、その筒形状の両端は密封されており、筒形状の軸方向中間付近から、一方の端部（後端）に向かって断面積が徐々に小さくなるように形成されている。

【0024】

主翼２０は、水平飛行時に必要な揚力を得るためのものであり、全体としてデルタ翼形状に形成されており、固定主翼部２１、可動主翼部２２及び主翼取付角駆動部２３を備えている。

【0025】

固定主翼部２１は、胴体１０に取り付けられており、後退した前縁を有している。
可動主翼部２２は、後述する主翼取付角駆動部２３を介して固定主翼部２１に取り付けられており、固定主翼部２１と同様に後退した前縁を有しているが、その前縁後退角度は、固定主翼部２１の前縁後退角度よりも小さくなるように形成されている。

【0026】

主翼取付角駆動部２３は、固定主翼部２１に備わっており、主翼取付角センサ２４及び主翼駆動用電動モータ２５を備えている。
主翼取付角センサ２４は、可動主翼部２２の固定主翼部２１に対する取付角度を計測するセンサであり、ポテンショメーターを用いている。

【0027】

主翼駆動用電動モータ２５は、後述する制御部６０からの指令に従い駆動され、複数のギアを介することにより、可動主翼部２２を胴体１０軸に対して任意の角度に変更する。

【0028】

次に図３に基づき、可動主翼部２２の胴体１０軸に対する移動機能について説明する。
図３は、第１実施形態における垂直離着陸飛行体において、可動主翼部２２を前方に展開した状態と胴体１０の近くに移動させた状態を示す概略図である。図３（Ａ）は、可動主翼部２２を機体前方に展開させた状態を示す図であり、図３（Ｂ）は、可動主翼部２２を胴体１０近くに移動させた状態を示す図である。

【0029】

図３に示すように、可動主翼部２２は、その前縁線Ｌが、胴体１０軸に直行する線に対し角度θ１の位置（展開位置）から、可動主翼部２２の前縁線Ｌが、胴体１０軸に直行する線に対し角度θ２（略直角）の位置（後退位置）まで移動させることができる。

【0030】

垂直安定板３０は、翼形状に形成されており、固定主翼部２１に対する可動主翼部２２の取付部付近に、垂直離着陸飛行体１が水平飛行時において、固定主翼部２１の上側及び下側に略垂直となるように取り付けられている。
垂直安定板３０は、水平飛行中、突風などの外乱による機体ヨー方向の機体姿勢角を安定化させる働きをする。

【0031】

降着部３１は、棒状に形成されており、各垂直安定板３０の翼端に１本ずつ計４本、機体軸に沿った方向に取り付けられており、垂直離着陸飛行体１が水平飛行中に空気抵抗とならないようにしている。
この４本の降着部３１により、垂直離着陸飛行体１を地面に設置する際に、垂直離着陸飛行体１の機首を上に向けた略垂直状態を保持することができる。

【0032】

推進部４０は、第１プロペラ部４１、第２プロペラ部４２、第３プロペラ部４３及び第４プロペラ部４４の４つのプロペラ部を備えている。
そして、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４は、それぞれ、ダクトカバー４５、プロペラ４６、プロペラ駆動用電動モータ４７及びＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒの略）４８を備える。

【0033】

ダクトカバー４５は、プロペラ４６を囲むように取り付けられており、その断面形状は、翼形状に形成されている。
プロペラ４６は、ブレードを２枚有し、そのブレード角度は一定の角度に固定されている固定ピッチプロペラである。

【0034】

プロペラ駆動用電動モータ４７は、プロペラ４６に直結され、モータの回転によりプロペラ４６を回転させる。
ＥＳＣ４８は、プロペラ駆動用電動モータ４７のモータの回転を任意の回転速度に制御するもので、後述する制御部６０からの指令を受け、プロペラ駆動用電動モータ４７を制御する。

【0035】

なお、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４は、プロペラ４６の回転による推力方向が、胴体１０軸方向で、機体の進行方向になるように、後述するアーム５０により胴体１０に取り付けられている。

【0036】

アーム５０は、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４を別々に支持している部材であり、胴体１０に取り付けられる。
その断面形状は、翼形状に形成されている。

【0037】

アーム５０は、垂直離着陸飛行体１が水平飛行している状態のときに、主翼２０を境にして、胴体１０上部に２本、胴体１０下部に２本のアーム５０が機体正面視で、Ｘ字となるように胴体１０に取り付けられている。

【0038】

制御部６０は、垂直離着陸飛行体１の飛行制御を行う部分であり、ＣＰＵ６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、Ｉ／Ｏ６４、外部記憶媒体６５を備えている。
センサ部７０は、垂直離着陸飛行体１の姿勢角や位置などを計測する部分であり、３軸加速度センサ７１、３軸ジャイロセンサ７２、ＧＮＳＳ受信機７３及び対気速度計７４を備えている。

【0039】

３軸加速度センサ７１は、垂直離着陸飛行体１の３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の加速度を計測する。
３軸ジャイロセンサ７２は、垂直離着陸飛行体１の３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）周りの角速度を計測するもので、振動式ジャイロセンサを使用する。

【0040】

ＧＮＳＳ受信機７３は、衛星測位システムからの信号を受信し、垂直離着陸飛行体１の位置を計測するものであり、ＧＰＳ受信機を使用する。
対気速度計７４は、空気に対しての垂直離着陸飛行体１の相対速度を計測するものであり、ピトー管を使用する。

【0041】

電源８０は、主翼取付角センサ２４、主翼駆動用電動モータ２５、プロペラ駆動用電動モータ４７、ＥＳＣ４８、制御部６０及びセンサ部７０に電源を供給する部分であり、リチウムイオン二次電池を用いている。

【0042】

（第１実施形態における垂直離着陸飛行体１の３軸制御の方法）
次に、図４に基づいて、第１実施形態における垂直離着陸飛行体１の３軸制御の方法について説明する。図４（Ａ）はピッチ制御の方法、図４（Ｂ）はヨー制御の方法、図４（Ｃ）はロール制御の方法を示す図である。

【0043】

垂直離着陸飛行体１では、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４のプロペラ４６の推進力により機体の３軸制御を行う。
ここで、プロペラ４６による推進力は、プロペラ４６の回転速度によって決定され、プロペラ４６の回転速度は、プロペラ４６に直結されたプロペラ駆動用電動モータ４７の回転速度をＥＳＣ４８により制御することで行われる。
また、機体の３軸制御とは、Ｘ軸をピッチ軸としたピッチ制御、Ｚ軸をヨー軸としたヨー制御及びＹ軸をロール軸としたロール制御である。

【0044】

なお、第１プロペラ部４１のプロペラ４６及び第３プロペラ部４３のプロペラ４６の回転方向は、機体前面視で反時計回りに、第２プロペラ部４２のプロペラ４６及び第４プロペラ部４４のプロペラ４６の回転方向は、時計回りに回転するように制御される。

【0045】

図５（Ａ）に基づいて、ピッチ制御の方法について説明する。
ピッチ軸（Ｘ軸）を中心としたピッチ制御においては、第１プロペラ部４１のプロペラ４６及び第２プロペラ部４２のプロペラ４６の回転速度が、第３プロペラ部４３のプロペラ４６及び第４プロペラ部４４のプロペラ４６の回転速度Ｓ２とは異なる値（Ｓ１）となるように制御される。

【0046】

これにより、第１プロペラ部４１と第２プロペラ部４２による推力と、第３プロペラ部４３と第４プロペラ部４４による推力との間で推力の差を生み出し、ピッチ方向に機体を回転させることができる。

【0047】

次に図４（Ｂ）に基づいて、ヨー制御の方法について説明する。
ヨー軸（Ｚ軸）を中心としたヨー制御においては、第１プロペラ部４１のプロペラ４６及び第４プロペラ部４４プロペラ４６の回転速度が、第２プロペラ部４２のプロペラ及び第３プロペラ部のプロペラ４６の回転速度Ｓ４とは異なる値（Ｓ３）となるように制御される。

【0048】

これにより、第１プロペラ部４１と第４プロペラ部４４による推力と、第２プロペラ部４２と第３プロペラ部４３による推力との間で推力の差を生み出し、ヨー方向に機体を回転させることができる。

【0049】

次に、図５（Ｃ）に基づいて、ロール制御の方法について説明する。
ロール軸（Ｙ軸）を中心としたロール制御においては、第１プロペラ部４１のプロペラ４６及び第３プロペラ部４３のプロペラ４６の回転速度が、第２プロペラ部４２のプロペラ４６及び第４プロペラ部４４のプロペラ４６の回転速度Ｓ６とは異なる値（Ｓ５）となるように制御される。

【0050】

これにより、第１プロペラ部４１と第３プロペラ部４３の回転に伴う反トルクと、第２プロペラ部４２と第４プロペラ部４４の回転に伴う反トルクとの間でトルクの差を生み出し、ロール方向に機体を回転させることができる。

【0051】

このようなピッチ制御、ヨー制御及びロール制御を組み合わせることにより、補助翼、エレボン、方向舵などの可動翼を備えていなくても、制御部６０により第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４の各プロペラ４６の回転速度を制御するだけで、垂直離着陸飛行体１の飛行姿勢角の変更、それによる飛行進路の変更、飛行中の機体安定を行うことが可能となる。

【0052】

（垂直離着陸飛行体１の飛行状態）
次に、図５に基づいて、先ほど説明した第１実施形態における垂直離着陸飛行体１の３軸制御を利用した垂直離着陸飛行体１の飛行状態について説明する。図５は、第１実施形態における垂直離着陸飛行体１の概略の飛行状態を示す図である。

【0053】

（ア）垂直離陸飛行状態
図５（Ａ）は、垂直離着陸飛行体１の垂直離陸飛行状態を示す図である。
垂直離着陸飛行体１は、機首を略垂直上向きにした姿勢で地上に設置されている状態から、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４の各プロペラ４６の回転速度が同じになるように制御することにより、略垂直上向きの推力を得て、浮上し上昇する。

【0054】

垂直離陸飛行状態においては、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４の各プロペラ４６の推進力は、垂直離着陸飛行体１にかかる重力に対抗し、地面からの垂直離陸を可能にする。

【0055】

（イ）第１遷移飛行状態
図５（Ｂ）は、垂直離着陸飛行体１の第１遷移飛行状態を示す図である。
垂直離着陸飛行体１は、垂直離陸飛行状態において所定の高度に達すると、制御部６０は、第１プロペラ部４１のプロペラ４６及び第２プロペラ部４２のプロペラ４６の回転速度Ｓ１を、第３プロペラ部４３のプロペラ４６及び第４プロペラ部４４のプロペラ４６の回転速度Ｓ２より大きくなるように制御する。

【0056】

これにより、垂直離着陸飛行体１をピッチ軸方向に回転させ、垂直離着陸飛行体１が地面に対し略水平方向になるように姿勢変化させる。
さらに、主翼駆動用電動モータ２５を制御し、可動主翼部２２の取付角度を大きくすることで、可動主翼部２２を前方に展開させる。

【0057】

（ウ）水平飛行状態
図５（Ｃ）は、垂直離着陸飛行体１の水平飛行状態を示す図である。
水平飛行状態において、制御部６０は、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４の各プロペラ４６の回転速度が同じになるように制御する。

【0058】

第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４のプロペラ４６の推進力は、垂直離着陸飛行体１にかかる空気抵抗に対抗するとともに、主翼２０は、垂直離着陸飛行体１を飛行状態に維持するのに必要な揚力を発生させる。

【0059】

（エ）高速飛行状態
図５（Ｄ）は、垂直離着陸飛行体１の高速飛行状態を示す図である。
垂直離着陸飛行体１が水平飛行状態中に高速飛行させたい場合、制御部６０は、主翼駆動用電動モータ２５を制御し、可動主翼部２２の取付角度を変化させることで、可動主翼部２２を後退位置まで移動させる。

【0060】

これにより、主翼２０のアスペクト比を減少させ、高速飛行時の飛行効率を改善する。
なお、可動主翼部２２の取付角度については、制御部６０により、対気速度計７４により計測された対気速度に応じて取付角度が変更される。

【0061】

（オ）旋回飛行状態
図５（Ｅ）は、垂直離着陸飛行体１の旋回飛行状態を示す図である。
垂直離着陸飛行体が、水平飛行中又は高速飛行中に、ある空域で、旋回飛行させたい場合、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４のプロペラ４６の回転速度を個別に制御することで、垂直離着陸飛行体１の姿勢角を変化させ、旋回飛行を維持する。

【0062】

なお、高速飛行後に旋回飛行させたい場合には、主翼駆動用電動モータ２５を制御し、可動主翼部２２の取付角度を変化させ、可動主翼部２２を展開位置まで移動させて揚力を増加させることで、旋回飛行を維持する。
旋回半径、旋回速度については、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４の各プロペラ４６の回転速度を制御することで、任意の旋回半径、旋回速度に調整することができる。

【0063】

（カ）第２遷移飛行状態
図５（Ｆ）は、垂直離着陸飛行体１の第２遷移飛行状態を示す図である。
第２遷移飛行状態では、第１遷移飛行状態とは逆に、垂直離着陸飛行体１の機体を地面に対し略水平方向から、機首を上向きとして、地面に対して略垂直状態に機体の姿勢角を変化させる。

【0064】

具体的には、第１プロペラ部４１のプロペラ４６及び第２プロペラ部４２のプロペラ４６の回転速度Ｓ１を、第３プロペラ部４３のプロペラ４６及び第４プロペラ部４４のプロペラ４６の回転速度Ｓ２より小さくなるように制御することにより、機首が上に向くように機体をピッチ軸方向に回転させる。

【0065】

（キ）垂直着陸飛行状態
図５（Ｇ）は、垂直離着陸飛行体１の垂直着陸飛行状態を示す図である。
垂直着陸飛行状態では、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４の各プロペラ４６の回転速度を同じにし、かつ、徐々に回転速度を小さくするように制御することにより、機体が、略垂直上向き状態を保ったまま着陸することができる。

【0066】

また、垂直着陸飛行状態及び垂直離陸飛行状態においては、横風等の外力により機体が不安定とならないように、主翼取付角駆動部２３を制御し、可動主翼部２２の取付角度を変更することで可動主翼部２２を後退位置まで移動させることで、横風等の外乱の影響を極小化する。

【0067】

垂直着陸飛行状態においては、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４のプロペラ４６の推進力は、垂直離着陸飛行体１にかかる重力に対抗し、地面に向けて徐々に高度を下げていくことを可能にする。

【0068】

（垂直離着陸飛行体１の特徴）
このような垂直離着陸飛行体１では、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４のプロペラ４６の回転速度を個別に制御することにより、推力方向の機械的制御や動翼による空力的制御を行うことなく、ピッチ制御、ヨー制御及びロール制御による機体の３軸制御を行うことができる。

【0069】

このように、垂直離着陸飛行体１では、機体の３軸制御を行うために、推力方向を変えるための推力変更機構や動翼を設けるための複雑な機構を必要としないので、構造簡易化による信頼性の向上、低コスト化が図ることができる。

【0070】

さらに、可動主翼部２２を展開させたままだと、可動主翼部２２が干渉してしまうような狭い空間であっても、可動主翼部２２を後退位置まで移動させることで、主翼２０の翼幅を小さくして離着陸を行うことができる。
これにより、例えば、コンテナやトラックの荷台などからでも離着陸させることができ、使用範囲を大幅に広げることができる。

【0071】

また、垂直離着時に可動主翼部２２を後退位置まで移動させることにより、垂直離着時に主翼２０に風があたることによる機体姿勢の安定化への影響を減少させることができ、安定した垂直離着陸が可能となる。

【0072】

さらに、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４のプロペラ４６にダクトカバー４５を備えているので、プロペラ４６の回転による推進効率が向上する。
また、ダクトカバー４５がプロペラ４６の回転により発生する騒音を吸音、遮蔽することで騒音レベルを低減させることができる。
これにより、騒音低減が大きな課題である居住地近傍や人口密集地での飛行にも問題なく使用できる。

【0073】

また、ダクトカバー４５は、その断面形状が翼形状となるように形成されている。
これにより、垂直離着陸飛行体１の水平飛行中、ダクトカバー４５が翼の役割を果たし、水平飛行に必要な揚力を発生するので、飛行効率を向上させることができる。
加えて、ダクトカバー４５により、回転するプロペラ４６が危険な状態で露出しないようにすることで、利用者や周囲の人間や物に対する安全性を確保することができる。

【0074】

さらに、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４のプロペラ４６は、その推進力が機体軸機首方向となるような向きとなるように、アーム５０を介して、４本のアーム５０が機体正面視で、Ｘ字となるように胴体１０に取り付けられている。
つまり、４つのプロペラ４６がどれも、主翼２０と同一平面上に位置していない。

【0075】

すなわち、４つのプロペラ４６の後ろに主翼２０が位置していないことになるので、プロペラ４６後流が主翼２０に影響を及ぼすこともなく、安定した飛行性能を得ることができる。
また、各プロペラ４６が主翼空力中心より前に配置されていることから、機体の空力的安定性を向上させることができる。

【0076】

[第２実施形態]
図６に基づき、第２実施形態における垂直離着陸飛行体１の構成について説明する。図６は、第２実施形態における垂直離着陸飛行体１の概略の形状を示す外観図（図６（Ａ）が正面図、図６（Ｂ）が右側側面図、図６（Ｃ）が平面図）である。

【0077】

なお、第２実施形態及び後述する第３実施形態における垂直離着陸飛行体１は、第１実施形態における垂直離着陸飛行体１と類似の構造であるため、同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。

【0078】

図６に示すように、第２実施形態における垂直離着陸飛行体１は、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４を取り付けたアーム５０が、機体前面視でＨ字となるように胴体１０に取り付けられている。

【0079】

これにより、垂直離着陸飛行体１の水平飛行時に、４本のアーム５０は、機体水平面に対して略垂直方向になるように取り付けられることになるので、アーム５０が垂直安定板３０と同様に水平飛行中、突風などの外乱による機体ヨー方向の機体姿勢角を安定化させる効果も得られる。

【0080】

なお、第２実施形態における垂直離着陸飛行体１においては、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４を取り付けたアーム５０の胴体１０に対する取付角が、第１実施形態における垂直離着陸飛行体１におけるアーム５０の胴体１０に対する取付角と異なっているものの、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４の各プロペラ４６の胴体１０に対する位置関係は、ほぼ同じである。

【0081】

したがって、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４のプロペラ４６の回転速度の制御による機体の３軸制御の方法に関しては、第１実施形態における垂直離着陸飛行体１での方法と同じ方法となるので説明を省略する。

【0082】

[第３実施形態]
図７に基づき、第３実施形態における垂直離着陸飛行体１の構成について説明する。図７は、第３実施形態における垂直離着陸飛行体１の概略の形状を示す外観図（図７（Ａ）が正面図、図７（Ｂ）が右側側面図、図７（Ｃ）が平面図）である。

【0083】

図７に示すように、第３実施形態における垂直離着陸飛行体１は、プロペラ部を取り付けたアーム５０が、機体前面視で十字となるように胴体１０に取り付けられている。
このように４本のアーム５０を取り付けることにより、２つのアーム５０は、主翼２０と同一平面上となり、残り２つのアーム５０は、主翼２０に対し略垂直となるような位置関係となる。

【0084】

これにより、主翼２０と同一平面上となる２つのアーム５０は、主翼２０と同様に、水平飛行中に揚力を発生させ、主翼２０に対し略垂直となる残り２つのアーム５０は、垂直安定板３０と同様に、ヨー方向の外乱に対して機体を安定化させる働きをする効果が得られる。

【0085】

第３実施形態における垂直離着陸飛行体１では、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４の各プロペラ４６の胴体１０に対する位置関係が、第１実施形態及び第２実施形態における垂直離着陸飛行体１における各プロペラ４６の胴体１０に対する位置関係とは異なる。

【0086】

したがって、第１実施形態及び第２実施形態における垂直離着陸飛行体１における各プロペラ４６の回転速度の制御による機体の３軸制御の方法とは異なる方法が必要となるので、その方法について説明する。

【0087】

（第３実施形態における垂直離着陸飛行体１の３軸制御）
図８に基づいて、第３実施形態における垂直離着陸飛行体１の３軸制御の方法について説明する。図８（Ａ）はピッチ制御の方法、図８（Ｂ）はヨー制御の方法、図８（Ｃ）はロール制御の方法を示す図である。

【0088】

各プロペラの回転方向は、第１実施形態における垂直離着陸飛行体１と同様に、第１プロペラ部４１のプロペラ４６及び第３プロペラ部４３のプロペラ４６の回転方向は、機体前面視で反時計回りに、第２プロペラ部４２のプロペラ４６及び第４プロペラ部４４のプロペラ４６の回転方向は、時計回りに回転するように制御される。

【0089】

図８（Ａ）に基づいて、ピッチ制御の方法について説明する。
ピッチ軸（Ｘ軸）を中心としたピッチ制御は、第２プロペラ部４２のプロペラ４６の回転速度と第４プロペラ部４４のプロペラ４６の回転速度を同一（Ｓ３）にし、第３プロペラ部４３のプロペラ４６の回転速度をＳ３とは異なる値（Ｓ２）とする。

【0090】

そして、第１プロペラ部４１のプロペラ４６の回転速度を、Ｓ３及びＳ２とは異なる値（Ｓ１）となるように制御する。
これにより、第１プロペラ部４１による推力と、第３プロペラ部４３による推力との間で推力の差を生み出し、ピッチ方向に機体を回転させることができる。

【0091】

図８（Ｂ）に基づいて、ヨー制御の方法について説明する。
ヨー軸（Ｚ軸）を中心としたヨー制御は、第１プロペラ部４１のプロペラ４６の回転速度と第３プロペラ部４３のプロペラ４６の回転速度を同一（Ｓ６）とする。

【0092】

そして、第４プロペラ部４４のプロペラ４６の回転速度をＳ６とは異なる値（Ｓ５）とし、第２プロペラ部４２のプロペラ４６の回転速度を、Ｓ６及びＳ５とは異なる値（Ｓ４）となるように制御する。
これにより、第４プロペラ部４４による推力と、第２プロペラ部４２による推力との間で推力の差を生み出し、ヨー方向に機体を回転させることができる。

【0093】

図８（Ｃ）に基づいて、ロール制御の方法について説明する。
ロール軸（Ｙ軸）を中心としたロール制御は、第１プロペラ部４１のプロペラ４６の回転速度と第３プロペラ部４３のプロペラ４６の回転速度を同一（Ｓ７）とする。

【0094】

そして、第２プロペラ部４２のプロペラ４６の回転速度と第４プロペラ部４４のプロペラ４６の回転速度を同一にし、Ｓ７とは異なる値（Ｓ８）となるように制御する。
これにより、第１プロペラ部４１と第３プロペラ部４３の回転に伴う反トルクと、第２プロペラ部４２と第４プロペラ部４４の回転に伴う反トルクとの間でトルクの差を生み出し、ロール方向に機体を回転させることができる。

【0095】

このようなピッチ制御、ヨー制御及びロール制御を組み合わせることにより、制御部６０による第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４の各プロペラ４６の回転速度を制御するだけで、第３実施形態における垂直離着陸飛行体１の飛行進路の変更、飛行中の機体安定を行うことが可能となる。

【0096】

[その他の実施形態]
（１）上記実施形態では、垂直離着陸飛行体１は、垂直安定板３０を備えているが、垂直安定板３０を備えなくてもよい。なお、垂直安定板３０は、地上設置時の脚部を兼ねていたので、垂直安定板３０を備えない場合、地面において機首を上に向けた略垂直状態を維持させるために、別途脚部を備える必要がある。

【0097】

（２）上記実施形態では、第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４の各プロペラ４６に対してダクトカバー４５を備えているが、ダクトカバー４５を備えなくてもよい。この場合、プロペラの騒音が吸収、遮断されなくなる。

【0098】

（３）上記実施形態では、固定主翼部２１、可動主翼部２２や垂直安定板３０には、可動主翼部２２以外に動翼を備えておらず、補助翼、方向舵、昇降舵などの動翼を用いずに、プロペラ４６の回転速度制御による機体の３軸制御により、垂直離着陸飛行体１の姿勢角制御を行っている。

【0099】

しかし、固定主翼部２１、可動主翼部２２や垂直安定板３０に、補助翼、方向舵、昇降舵などの動翼を備え、プロペラ４６の回転速度の制御に動翼による制御も加え、垂直離着陸飛行体１の姿勢角制御を行ってもよい。

【0100】

（４）上記実施形態では、垂直離着陸飛行体１は、無人飛行体（とローン）を想定しているが、人間の居住空間及び制御部６０からの各種センサ情報を表示し、人間の意志を制御部６０に対する指令に変換する操縦装置を備えた有人の飛行体であってもよい。

【0101】

（５）上記実施形態では、推進部４０として第１プロペラ部４１～第４プロペラ部４４の４つのプロペラ部を備えているが、プロペラ部の数としては、３個でも５個以上でもよい。
ただし、３個又は５個以上のプロペラ部を用いる場合は、胴体１０軸を含む一つの平面上に全てのプロペラ部が位置するようにならないようにしなければならない。

【0102】

（６）上記実施形態では、主翼先端側の可動主翼部２２のみ、その取付角度を変化させることができたが、固定主翼部２１を含む主翼２０全体の胴体１０への取付角度を変更できるようにしてもよい。

【0103】

（７）上記実施形態では、ＧＮＳＳ受信機７３としてＧＰＳ受信機を用いているが、ＧＰＳ受信機に限定されるものではなく、準天頂衛星システム、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏなど様々な測位衛星システムに対応した受信機、もしくは、複数の測位衛星システムに対応した受信機を用いてもよい。

【0104】

（８）上記実施形態では、３軸加速度センサ７１と３軸ジャイロセンサ７２の２つのセンサを用いているが、３軸加速度センサ機能と３軸ジャイロセンサ機能を一つの筐体にまとめた６軸慣性センサを用いてもよい。

【0105】

（９）上記実施形態では、プロペラ４６はブレードを２枚備えたものを使用しているが、ブレードの枚数は２枚に限定されるものではなく、３枚以上備えていてもよい。

【0106】

（１０）上記実施形態では、垂直離着陸飛行体１を地面に設置する際に、垂直離着陸飛行体１の機首を上に向けた略垂直状態を保持するために、垂直安定板３０に取り付けられた降着部３１を用いている。

【0107】

これに対し、垂直安定板３０の機軸方向の長さを、固定主翼部２１の後縁よりも後方に突き出るような長さとすることで、降着部３１を備えることなく、４枚の垂直安定板３０により、垂直離着陸飛行体１を略垂直方向に保持させてもよい。

【符号の説明】

【0108】

１…垂直離着陸飛行体、１０…胴体、２０…主翼、２１…固定主翼部、２２…可動主翼部、２３…主翼取付角駆動部、２４…主翼取付角センサ、２５…主翼駆動用電動モータ、３０…垂直安定板、３１…降着部、４０…推進部、４１…第１プロペラ部、４２…第２プロペラ部、４３…第３プロペラ部、４４…第４プロペラ部、４５…ダクトカバー、４６…プロペラ、４７…プロペラ駆動用電動モータ、４８…ＥＳＣ、５０…アーム、６０…制御部、６１…ＣＰＵ、６２…ＲＯＭ、６３…ＲＡＭ、６４…Ｉ／Ｏ、６５…外部記憶媒体、７０…センサ部、７１…３軸加速度センサ、７２…３軸ジャイロセンサ、７３…ＧＮＳＳ受信機、７４…対気速度計、８０…電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】