特開 2024-51713 航空機の制御装置

(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】P2024051713

(43)【公開日】2024-04-11

(54)【発明の名称】航空機の制御装置

(51)【国際特許分類】

   B64C 27/24 20060101AFI20240404BHJP

   B64C 27/26 20060101ALI20240404BHJP

【ＦＩ】

B64C27/24

B64C27/26

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022158019

(22)【出願日】2022-09-30

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】淺沼 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】真塩 享

(72)【発明者】

【氏名】中井 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 崇紘

(57)【要約】      （修正有）

【課題】回転停止状態のロータにおいて発生する力を用いて、機体に作用する力を制御する方法を提供する。
【解決手段】航空機１０の制御装置は、前翼１８及び後翼２０においてリフトが発生する状態において、ブレード２６の各々のピッチ、及び、ＶＴＯＬロータ１２の各々の停止回転角度を制御して、ＶＴＯＬロータ１２の回転を停止させた状態でＶＴＯＬロータ１２の各々において発生する力を制御することにより、機体１６に力を作用させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

各々が１以上のブレードを有し、回転シャフトを中心に回転することによりリフトを発生する複数のロータと、
機体が対気速度を有する場合に、リフトを発生する１又は複数の固定翼と、
を有する航空機の制御装置であって、
前記固定翼においてリフトが発生する状態において、前記ブレードの各々のピッチ、及び、前記ロータの各々の停止回転角度を制御して、前記ロータの回転を停止させた状態で前記ロータの各々において発生する力を制御することにより、前記機体に力を作用させる、航空機の制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の航空機の制御装置において、
前記航空機は、
前記ロータである１又は複数のインナロータと、
前記ロータである１又は複数のアウタロータと、
を有し、
前記機体の重心から前記インナロータまでの距離は、前記重心から前記アウタロータまでの距離よりも短く、
前記機体の重心周りにモーメントを発生させる場合、前記アウタロータにおいて発生する力により前記機体に作用させる前記モーメントを、前記インナロータにおいて発生する力による前記機体に作用させる前記モーメントよりも大きくする、航空機の制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載の航空機の制御装置において、
前記航空機は、
前記機体の重心よりも前方に設けられ、前記固定翼である前翼と、
前記機体の重心よりも後方に設けられ、前記固定翼である後翼と、
前記前翼よりも前方に設けられ、前記アウタロータである１又は複数の第１ロータと、
前記機体の前後方向において前記前翼と前記重心との間に設けられ、前記インナロータである１又は複数の第２ロータと、
前記機体の前後方向において前記重心と前記後翼との間に設けられ、前記インナロータである１又は複数の第３ロータと、
前記後翼よりも後方に設けられ、前記アウタロータである１又は複数の第４ロータと、
を有する、航空機の制御装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の航空機の制御装置において、
前記ロータの各々において発生する力を変化させる場合、前記ブレードの各々のピッチの制御により前記ロータの各々において発生する力を変化させた後に、前記ロータの各々の停止回転角度の制御により前記ロータの各々において発生する力を変化させる、航空機の制御装置。

【請求項5】

請求項１～３のいずれか１項に記載の航空機の制御装置において、
前記機体に作用するドラッグの低減を優先する省エネルギモードが選択される場合、前記ロータの各々の停止回転角度、及び、前記ブレードの各々のピッチを制御して、他のモードが選択される場合に比べて、前記ロータの各々において発生するドラッグを低減させる、航空機の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、航空機の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、航空機の制御装置が開示されている。当該航空機は、リフトを発生させる翼とは別に、回転することによりリフトを発生させるロータを有する。当該制御装置は、巡航時において、ロータのブレードの位置を最適にする。これにより、巡航時における翼上の気流の乱れが最小にされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０２０／００７９５０１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

回転停止状態のロータにおいて発生する力を用いて、機体に作用する力を制御するにあたり、より良い制御が求められる。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の態様は、各々が１以上のブレードを有し、回転シャフトを中心に回転することによりリフトを発生する複数のロータと、機体が対気速度を有する場合に、リフトを発生する１又は複数の固定翼と、を有する航空機の制御装置であって、当該制御装置は、前記固定翼においてリフトが発生する状態において、前記ブレードの各々のピッチ、及び、前記ロータの各々の停止回転角度を制御して、前記ロータの回転を停止させた状態で前記ロータの各々において発生する力を制御することにより、前記機体に力を作用させる。

【発明の効果】

【0007】

本発明により、ロータが回転停止状態において、ロータにおいて発生する力を用いて、機体に作用する力を制御するにあたり、より良い制御を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、航空機の模式図である。

【図2】図２は、電力供給システムの構成を示す図である。

【図3】図３は、制御装置のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

〔第１実施形態〕
［航空機の構成］
図１は、航空機１０の模式図である。本実施形態の航空機１０は、電動垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ機）である。本実施形態の航空機１０は、複数のＶＴＯＬロータ１２と、複数のクルーズロータ１４とを有する。ＶＴＯＬロータ１２が回転することにより、機体１６を上方に移動させるリフトを発生させる。クルーズロータ１４が回転することにより、機体１６を前方に移動させるスラストを発生させる。

【0010】

航空機１０は、機体１６を有する。機体１６には、コックピット、キャビン等が設けられる。コックピットには、パイロットが搭乗し、航空機１０の操縦をする。キャビンには、搭乗者等が搭乗する。航空機１０は、パイロットが搭乗せずに、自動で操縦されてもよい。

【0011】

航空機１０は、固定翼である前翼１８及び後翼２０を有する。前翼１８は、機体１６の重心Ｇよりも前方に設けられる。後翼２０は、機体１６の重心Ｇよりも後方に設けられる。機体１６が対気速度を有する場合、前翼１８及び後翼２０の迎え角が制御されることにより、前翼１８及び後翼２０においてリフトが発生する。

【0012】

前翼１８及び後翼２０の少なくとも一方に、不図示のエルロン、エレベータ及びラダーが設けられる。エルロンが操作されることにより、機体１６の重心Ｇ周りにロールモーメントが作用する。エレベータが操作されることにより、機体１６の重心Ｇ周りにピッチモーメントが作用する。ラダーが操作されることにより、機体１６の重心Ｇ周りにヨーモーメントが作用する。

【0013】

航空機１０は、８つのＶＴＯＬロータ１２を有する。８つのＶＴＯＬロータ１２とは、ロータ１２ＦＬａ、ロータ１２ＦＬｂ、ロータ１２ＲＬａ、ロータ１２ＲＬｂ、ロータ１２ＦＲａ、ロータ１２ＦＲｂ、ロータ１２ＲＲａ及びロータ１２ＲＲｂである。ＶＴＯＬロータ１２の各々は、本発明のロータに相当する。

【0014】

ロータ１２ＦＬａ、ロータ１２ＦＬｂ、ロータ１２ＲＬａ及びロータ１２ＲＬｂは、ブーム２２Ｌに取り付けられる。ブーム２２Ｌは、前後方向に延びる。ブーム２２Ｌは、前翼１８と後翼２０とに取り付けられる。ブーム２２Ｌは、重心Ｇに対して左方に設けられる。すなわち、ロータ１２ＦＬａ、ロータ１２ＦＬｂ、ロータ１２ＲＬａ及びロータ１２ＲＬｂは、重心Ｇに対して左方に配置される。

【0015】

ロータ１２ＦＬａは、前翼１８よりも前方に設けられる。ロータ１２ＦＬｂは、機体１６の前後方向において、前翼１８と重心Ｇとの間に設けられる。ロータ１２ＲＬｂは、機体１６の前後方向において、重心Ｇと後翼２０との間に設けられる。ロータ１２ＲＬａは、後翼２０よりも後方に設けられる。重心Ｇからロータ１２ＦＬｂまでの距離は、重心Ｇからロータ１２ＦＬａまでの距離よりも短い。重心Ｇからロータ１２ＲＬｂまでの距離は、重心Ｇからロータ１２ＲＬａまでの距離よりも短い。

【0016】

ロータ１２ＦＬａは、本発明のアウタロータ及び第１ロータに相当する。ロータ１２ＦＬｂは、本発明のインナロータ及び第２ロータに相当する。ロータ１２ＲＬｂは、本発明のインナロータ及び第３ロータに相当する。ロータ１２ＲＬａは、本発明のアウタロータ及び第４ロータに相当する。

【0017】

ロータ１２ＦＲａ、ロータ１２ＦＲｂ、ロータ１２ＲＲａ及びロータ１２ＲＲｂは、ブーム２２Ｒに取り付けられる。ブーム２２Ｒは、前後方向に延びる。ブーム２２Ｒは、前翼１８と後翼２０とに取り付けられる。ブーム２２Ｒは、重心Ｇに対して右方に設けられる。すなわち、ロータ１２ＦＲａ、ロータ１２ＦＲｂ、ロータ１２ＲＲａ及びロータ１２ＲＲｂは、重心Ｇに対して右方に配置される。

【0018】

ロータ１２ＦＲａは、前翼１８よりも前方に設けられる。ロータ１２ＦＲｂは、機体１６の前後方向において、前翼１８と重心Ｇとの間に設けられる。ロータ１２ＲＲｂは、機体１６の前後方向において、重心Ｇと後翼２０との間に設けられる。ロータ１２ＲＲａは、後翼２０よりも後方に設けられる。重心Ｇからロータ１２ＦＲｂまでの距離は、重心Ｇからロータ１２ＦＲａまでの距離よりも短い。重心Ｇからロータ１２ＲＲｂまでの距離は、重心Ｇからロータ１２ＲＲａまでの距離よりも短い。

【0019】

ロータ１２ＦＲａは、本発明のアウタロータ及び第１ロータに相当する。ロータ１２ＦＲｂは、本発明のインナロータ及び第２ロータに相当する。ロータ１２ＲＲｂは、本発明のインナロータ及び第３ロータに相当する。ロータ１２ＲＲａは、本発明のアウタロータ及び第４ロータに相当する。

【0020】

図１において、ブーム２２Ｌ及びブーム２２Ｒは、機体１６の前後方向に直線的に延びる形状である。しかし、ブーム２２Ｌ及びブーム２２Ｒは、機体１６の左右方向において外側に向かって凸の円弧状に形成されてもよい。ブーム２２Ｌが、機体１６の左右方向において外側に向かって凸の円弧状に形成される場合、ロータ１２ＦＬｂは、機体１６の左右方向においてロータ１２ＦＬａよりも左側（外側）に位置する。ブーム２２Ｒが、機体１６の左右方向において外側に向かって凸の円弧状に形成される場合、ロータ１２ＦＲｂは、機体１６の左右方向においてロータ１２ＦＲａよりも右側（外側）に位置する。

【0021】

ＶＴＯＬロータ１２の各々は、回転シャフト２４を有する。回転シャフト２４は、機体１６の上下方向に延びる。回転シャフト２４は、機体１６の上下方向に対して数度の角度（カント）が付けられていてもよい。

【0022】

ＶＴＯＬロータ１２の各々は、３枚のブレード２６を有する。ＶＴＯＬロータ１２のブレード２６の枚数は３枚に限らなくてもよい。ＶＴＯＬロータ１２のブレード２６の枚数は、１枚以上であればよい。

【0023】

ＶＴＯＬロータ１２が回転シャフト２４を中心として回転することにより、ブレード２６においてリフトが発生する。ＶＴＯＬロータ１２は、回転数、及び、ブレード２６のピッチが制御されることにより、ＶＴＯＬロータ１２において発生するリフトの大きさが制御される。主に、垂直離陸時、垂直離陸から巡航への移行時、巡航から垂直着陸への移行時、垂直着陸時、空中停止時等において、ＶＴＯＬロータ１２は回転し、リフトを発生させる。

【0024】

航空機１０を上方から見た状態で、ロータ１２ＦＬａ、ロータ１２ＲＬａ、ロータ１２ＦＲｂ及びロータ１２ＲＲｂは左回転する。航空機１０を上方から見た状態で、ロータ１２ＦＲａ、ロータ１２ＲＲａ、ロータ１２ＦＬｂ及びロータ１２ＲＬｂは右回転する。なお、各ＶＴＯＬロータ１２の回転方向は上述の方向に限らなくてもよい。

【0025】

機体１６が対気速度を有する場合、ＶＴＯＬロータ１２が回転停止状態であっても、ＶＴＯＬロータ１２においてリフトが発生する。ＶＴＯＬロータ１２は、停止回転角度、及び、ブレード２６のピッチが制御されることにより、ＶＴＯＬロータ１２において発生するリフトの大きさが制御される。ＶＴＯＬロータ１２は、停止回転角度、及び、ブレード２６のピッチが制御されることにより、ＶＴＯＬロータ１２において発生するドラッグの大きさが制御される。例えば、巡航時において、ＶＴＯＬロータ１２が回転停止状態で、ＶＴＯＬロータ１２において発生するリフト及びドラッグの大きさが制御される。なお、巡航時に限らず、垂直離陸から巡航への移行時、巡航から垂直着陸への移行時等において、ＶＴＯＬロータ１２が回転停止状態で、ＶＴＯＬロータ１２において発生するリフト及びドラッグの大きさが制御されてもよい。また、機体１６が対気速度を有し、前翼１８及び後翼２０においてリフトが発生する場合に、ＶＴＯＬロータ１２が回転停止状態で、ＶＴＯＬロータ１２において発生するリフト及びドラッグの大きさが制御されてもよい。

【0026】

８つのＶＴＯＬロータ１２の各々において発生するリフト及びドラッグの大きさが制御されることにより、機体１６の重心Ｇ周りにロールモーメント、ピッチモーメント、及び、ヨーモーメントを作用させる。

【0027】

重心Ｇに対して左方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１２の各々におけるリフトの合計と、重心Ｇに対して右方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１２の各々におけるリフトの合計との間に差を生じさせることにより、機体１６の重心Ｇ周りにロールモーメントが作用する。

【0028】

重心Ｇに対して左方に配置された４つＶＴＯＬロータ１２とは、ロータ１２ＦＬａ、ロータ１２ＦＬｂ、ロータ１２ＲＬａ及びロータ１２ＲＬｂを示す。重心Ｇに対して右方に配置された４つＶＴＯＬロータ１２とは、ロータ１２ＦＲａ、ロータ１２ＦＲｂ、ロータ１２ＲＲａ及びロータ１２ＲＲｂを示す。

【0029】

重心Ｇに対して前方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１２の各々におけるリフトの合計と、重心Ｇに対して後方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１２の各々におけるリフトの合計との間に差を生じさせることにより、機体１６の重心Ｇ周りにピッチモーメントが作用する。

【0030】

重心Ｇに対して前方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１２とは、ロータ１２ＦＬａ、ロータ１２ＦＬｂ、ロータ１２ＦＲａ及びロータ１２ＦＲｂを示す。重心Ｇに対して後方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１２とは、ロータ１２ＲＬａ、ロータ１２ＲＬｂ、ロータ１２ＲＲａ及びロータ１２ＲＲｂを示す。

【0031】

重心Ｇに対して左方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１２の各々におけるドラッグの合計と、重心Ｇに対して右方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１２の各々におけるドラッグの合計との間に差を生じさせることにより、機体１６の重心Ｇ周りにヨーモーメントが作用する。

【0032】

航空機１０は、２つのクルーズロータ１４を有する。２つのクルーズロータ１４とは、ロータ１４Ｌ及びロータ１４Ｒである。

【0033】

ロータ１４Ｌ及びロータ１４Ｒは、機体１６の後部に取り付けられる。ロータ１４Ｌは、機体１６の中心線Ａに対して左方に配置される。ロータ１４Ｒは、機体１６の中心線Ａに対して右方に配置される。

【0034】

クルーズロータ１４の回転シャフト（不図示）は、機体１６の前後方向に延びる。クルーズロータ１４の回転シャフトは、前後方向に対して数度の角度（カント）が付けられていてもよい。クルーズロータ１４の各々は、１枚以上のブレード（不図示）を有する。

【0035】

クルーズロータ１４は、回転シャフトを中心として回転することにより、ブレードにおいてスラストが発生する。クルーズロータ１４は、回転数、及び、ブレードのピッチが制御されることにより、スラストの大きさが制御される。主に、垂直離陸から巡航への移行時、巡航時、巡航から垂直着陸への移行時等において、クルーズロータ１４は回転し、スラストを発生させる。

【0036】

［電力供給システムの構成］
図２は、電力供給システム２８の構成を示す図である。

【0037】

ＶＴＯＬロータ１２の各々に対して、駆動機構として、ＶＴＯＬモータ３０、インバータ３２及びピッチ駆動機構３４が設けられる。

【0038】

ＶＴＯＬモータ３０は、インバータ３２によりＰＷＭ制御される。これにより、ＶＴＯＬロータ１２の回転数が制御される。ピッチ駆動機構３４は、ＶＴＯＬロータ１２のブレード２６のピッチを変化させる。

【0039】

また、ＶＴＯＬモータ３０がＰＷＭ制御されることにより、ＶＴＯＬロータ１２の停止回転角度が制御される。ＶＴＯＬロータ１２は、回転停止状態において所定の回転角度を維持する。停止回転角度は、維持される所定の回転角度を示す。ＶＴＯＬロータ１２が停止回転角度において停止した状態を維持するために、インバータ３２はＶＴＯＬモータ３０を制御して、外力に対する釣り合いトルクを出力させる。

【0040】

ＶＴＯＬモータ３０には、電力供給ユニット３６から出力される数百ボルトの比較的高い電圧の電力が供給される。ピッチ駆動機構３４には、電力供給ユニット３６から出力された電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ３８において数十ボルトの比較的低い電圧に降圧されて供給される。

【0041】

クルーズロータ１４の各々に対して、駆動機構として、クルーズモータ４０、インバータ４２及びピッチ駆動機構４４が設けられる。

【0042】

クルーズモータ４０は、インバータ４２によりＰＷＭ制御される。これにより、クルーズロータ１４の回転数が制御される。ピッチ駆動機構４４は、クルーズロータ１４のブレードのピッチを変化させる。

【0043】

クルーズモータ４０には、電力供給ユニット３６から出力される数百ボルトの比較的高い電圧の電力が供給される。ピッチ駆動機構４４には、電力供給ユニット３６から出力された電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６において数十ボルトの比較的低い電圧に降圧されて供給される。

【0044】

電力供給ユニット３６は、不図示のエンジン、ジェネレータ、パワーコントロールユニット及びバッテリ等を有する。エンジンによりジェネレータが駆動され、ジェネレータは発電を行う。パワーコントロールユニットは、ジェネレータが発電した交流の電力を直流の電力に変換して出力する。バッテリは、パワーコントロールユニットから出力される電力の一部を蓄電する。ＶＴＯＬモータ３０、クルーズモータ４０等における消費電力に対して、ジェネレータが発電する電力が不足する場合等において、バッテリは電力を出力する。

【0045】

電力供給ユニット３６は、エンジン、ジェネレータ及びパワーコントロールユニットを有し、バッテリを有さなくてもよい。電力供給ユニット３６は、バッテリを有し、エンジン、ジェネレータ及びパワーコントロールユニットを有さなくてもよい。

【0046】

インバータ３２、ピッチ駆動機構３４、インバータ４２及びピッチ駆動機構４４は、制御装置４８により制御される。

【0047】

［制御装置の構成］
図３は、制御装置４８のブロック図である。制御装置４８は、演算部５０及び記憶部５２を有する。

【0048】

演算部５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ(Graphics Processing Unit)等のプロセッサである。演算部５０は、リフト指令値算出部５４、ロールモーメント指令値算出部５６、ピッチモーメント指令値算出部５８、ヨーモーメント指令値算出部６０、モード選択部６２、スラスト指令値算出部６４、割当指令値算出部６６、舵面制御指令値生成部６８、舵面制御部７０、ＶＴＯＬロータ指令値生成部７２、ＶＴＯＬモータ制御部７４、ピッチ制御部７６、クルーズロータ指令値生成部７８、クルーズモータ制御部８０及びピッチ制御部８２を有する。

【0049】

リフト指令値算出部５４、ロールモーメント指令値算出部５６、ピッチモーメント指令値算出部５８、ヨーモーメント指令値算出部６０、モード選択部６２、スラスト指令値算出部６４、割当指令値算出部６６、舵面制御指令値生成部６８、舵面制御部７０、ＶＴＯＬロータ指令値生成部７２、ＶＴＯＬモータ制御部７４、ピッチ制御部７６、クルーズロータ指令値生成部７８、クルーズモータ制御部８０及びピッチ制御部８２は、記憶部５２に記憶されているプログラムが演算部５０によって実行されることによって実現される。

【0050】

リフト指令値算出部５４、ロールモーメント指令値算出部５６、ピッチモーメント指令値算出部５８、ヨーモーメント指令値算出部６０、モード選択部６２、スラスト指令値算出部６４、割当指令値算出部６６、舵面制御指令値生成部６８、舵面制御部７０、ＶＴＯＬロータ指令値生成部７２、ＶＴＯＬモータ制御部７４、ピッチ制御部７６、クルーズロータ指令値生成部７８、クルーズモータ制御部８０及びピッチ制御部８２の少なくとも一部が、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ(Field-Programmable Gate Array)等の集積回路によって実現されてもよい。

【0051】

リフト指令値算出部５４、ロールモーメント指令値算出部５６、ピッチモーメント指令値算出部５８、ヨーモーメント指令値算出部６０、モード選択部６２、スラスト指令値算出部６４、割当指令値算出部６６、舵面制御指令値生成部６８、舵面制御部７０、ＶＴＯＬロータ指令値生成部７２、ＶＴＯＬモータ制御部７４、ピッチ制御部７６、クルーズロータ指令値生成部７８、クルーズモータ制御部８０及びピッチ制御部８２の少なくとも一部が、ディスクリートデバイスを含む電子回路によって実現されてもよい。

【0052】

記憶部５２は、コンピュータ可読記憶媒体である、不図示の揮発性メモリ及び不図示の不揮発性メモリにより構成される。揮発性メモリは、例えば、ＲＡＭ(Random Access Memory)等である。不揮発性メモリは、例えば、ＲＯＭ(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等である。データ等が、例えば、揮発性メモリに記憶される。プログラム、テーブル、マップ等が、例えば、不揮発性メモリに記憶される。記憶部５２の少なくとも一部が、上述したプロセッサ、集積回路等に備えられていてもよい。

【0053】

リフト指令値算出部５４は、リフト指令値を算出する。リフト指令値は、例えば、パイロットによる操作入力部の操作量に応じて決定される。操作入力部とは、例えば、操縦桿、ペダル、レバー等である。操作入力部の操作量と、リフト指令値とは一対一で対応しなくてもよい。操作入力部の操作範囲、操作入力部の操作速度、機体１６の高度等に応じて、操作入力部の操作量に対するリフト指令値が異なってもよい。機体１６の高度は、例えば、地面距離計（不図示）が検出した地面と機体１６との間の距離に基づいて推定される。機体１６の高度は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）から受信した信号に基づいて推定される。

【0054】

パイロットによる操作入力部に対する操作の入力がない場合、操作入力部の操作量に関係なく、リフト指令値が自動的に決定され、ホバリングをしてもよい。また、航空機１０が自動操縦される場合、予め設定された飛行経路に応じて、操作入力部の操作量に関係なく、リフト指令値が自動的に決定されてもよい。

【0055】

ロールモーメント指令値算出部５６は、ロールモーメント指令値を算出する。ロールモーメント指令値は、パイロットによる操作入力部の操作量に応じて決定される。操作入力部の操作量と、ロールモーメント指令値とは一対一で対応しなくてもよい。操作入力部の操作範囲、操作入力部の操作速度、機体１６の高度等に応じて、操作入力部の操作量に対するロールモーメント指令値が異なってもよい。機体１６の角速度は、例えば、ジャイロセンサ（不図示）により検出される。

【0056】

パイロットによる操作入力部に対する操作の入力がない場合、操作入力部の操作量に関係なく、ロールモーメント指令値が自動的に決定され、ホバリングをしてもよい。また、航空機１０が自動操縦される場合、予め設定された飛行経路に応じて、操作入力部の操作量に関係なく、ロールモーメント指令値が自動的に決定されてもよい。

【0057】

ピッチモーメント指令値算出部５８は、ピッチモーメント指令値を算出する。ピッチモーメント指令値は、例えば、パイロットによる操作入力部の操作量に応じて決定される。操作入力部の操作量と、ピッチモーメント指令値とは一対一で対応しなくてもよい。操作入力部の操作範囲、操作入力部の操作速度、機体１６の高度等に応じて、操作入力部の操作量に対するピッチモーメント指令値が異なってもよい

【0058】

パイロットによる操作入力部に対する操作の入力がない場合、操作入力部の操作量に関係なく、ピッチモーメント指令値が自動的に決定され、ホバリングをしてもよい。また、航空機１０が自動操縦される場合、予め設定された飛行経路に応じて、操作入力部の操作量に関係なく、ピッチモーメント指令値が自動的に決定されてもよい。

【0059】

ヨーモーメント指令値算出部６０は、ヨーモーメント指令値を算出する。ヨーモーメント指令値は、例えば、パイロットによる操作入力部の操作量に応じて決定される。操作入力部の操作量と、ヨーモーメント指令値とは一対一で対応しなくてもよい。操作入力部の操作範囲、操作入力部の操作速度、機体１６の高度等に応じて、操作入力部の操作量に対するヨーモーメント指令値が異なってもよい。

【0060】

パイロットによる操作入力部に対する操作の入力がない場合、操作入力部の操作量に関係なく、ヨーモーメント指令値が自動的に決定され、ホバリングをしてもよい。また、航空機１０が自動操縦される場合、予め設定された飛行経路に応じて、操作入力部の操作量に関係なく、ヨーモーメント指令値が自動的に決定されてもよい。

【0061】

モード選択部６２は、通常モード又は省エネルギモードを選択する。通常モード又は省エネルギモードの選択は、例えば、パイロットによるスイッチ（不図示）の操作に基づいて選択されてもよい。通常モード又は省エネルギモードの選択は、例えば、燃料の残量等に基づいて、自動的に選択されてもよい。

【0062】

通常モードが選択される場合、例えば、巡航時において、ＶＴＯＬロータ１２の停止回転角度、及び、ブレード２６のピッチが制御されることにより、機体１６に作用するリフト及びモーメントの大きさが制御される。省エネルギモードが選択される場合、例えば、巡航時において、ＶＴＯＬロータ１２の停止回転角度、及び、ブレード２６のピッチが制御されることにより、通常モードが選択される場合に比べて、機体１６に作用するドラッグの大きさが小さく制御される。なお、ＶＴＯＬロータ１２の停止回転角度、及び、ブレード２６のピッチが制御されることにより、機体１６に作用するリフト及びモーメントの大きさが制御される場合であっても、前翼１８及び後翼２０の舵面制御により、機体１６に作用するリフト及びモーメントが制御されてもよい。

【0063】

スラスト指令値算出部６４は、スラスト指令値を算出する。スラスト指令値は、例えば、パイロットによる操作入力部の操作量に応じて決定される。操作入力部の操作量と、スラスト指令値とは一対一で対応しなくてもよい。操作入力部の操作範囲、操作入力部の操作速度、機体１６の高度等に応じて、操作入力部の操作量に対するスラスト指令値が異なってもよい。機体１６の対気速度は、例えば、対気速度センサ（不図示）により検出される。

【0064】

パイロットによる操作入力部に対する操作の入力がない場合、スラスト指令値が自動的に決定され、航空機１０は一定の速度で飛行をしてもよい。また、航空機１０が自動操縦される場合、予め設定された飛行経路に応じて、操作入力部の操作量に関係なく、スラスト指令値が自動的に決定されてもよい。

【0065】

割当指令値算出部６６は、リフト指令値、ロールモーメント指令値、ピッチモーメント指令値及びヨーモーメント指令値の各々について、割当指令値を算出する。割当指令値とは、各々の指令値のうち、前翼１８及び後翼２０の舵面制御に割り当てる分の指令値と、ＶＴＯＬロータ１２の制御に割り当てる分の指令値とを示す。通常モード及び省エネルギモードのうち選択されたモードに応じて、割当指令値が算出されてもよい。各々の指令値の大きさに応じて、割合指令値の算出が行われてもよい。

【0066】

舵面制御指令値生成部６８は、前翼１８及び後翼２０の舵面制御に割り当てられた割当指令値に基づいて、エルロン、エレベータ及びラダーの駆動指令値を生成する。舵面制御部７０は、当該駆動指令値に基づいて、エルロン、エレベータ及びラダーを駆動する駆動機構を制御する。

【0067】

モード選択部６２において通常モードが選択される場合、ＶＴＯＬロータ指令値生成部７２は、ＶＴＯＬロータ１２の制御に割り当てられた割当指令値に基づいて、ＶＴＯＬモータ３０の駆動指令値を生成する。ＶＴＯＬロータ指令値生成部７２は、ＶＴＯＬロータ１２の制御に割り当てられた割当指令値に基づいて、ＶＴＯＬロータ１２のブレード２６の駆動指令値を生成する。

【0068】

モード選択部６２において省エネルギモードが選択される場合、ＶＴＯＬロータ指令値生成部７２は、ＶＴＯＬロータ１２において発生するドラッグが、通常モードが選択されている場合に比べて小さくなるように、ＶＴＯＬモータ３０の停止回転位置、及び、ブレード２６にピッチを設定する。ＶＴＯＬロータ指令値生成部７２は、設定した、ＶＴＯＬモータ３０の停止回転位置、及び、ブレード２６にピッチに基づいて、ＶＴＯＬモータ３０の駆動指令値、及び、ピッチ駆動機構３４の駆動指令値を生成する。ＶＴＯＬロータ指令値生成部７２は、ＶＴＯＬロータ１２において発生するドラッグが最小となるように、ＶＴＯＬモータ３０の停止回転位置、及び、ブレード２６にピッチを設定してもよい。

【0069】

ＶＴＯＬモータ制御部７４は、ＶＴＯＬモータ３０の駆動指令に基づいて、インバータ３２を制御する。ピッチ制御部７６は、ＶＴＯＬロータ１２のブレード２６の駆動指令値に基づいて、ピッチ駆動機構３４を制御する。

【0070】

クルーズロータ指令値生成部７８は、スラスト指令値に基づいて、クルーズモータ４０の駆動指令値を生成する。クルーズロータ指令値生成部７８は、スラスト指令値に基づいて、クルーズロータ１４のブレードの駆動指令値を生成する。クルーズモータ制御部８０は、クルーズモータ４０の駆動指令に基づいて、インバータ４２を制御する。ピッチ制御部８２は、クルーズロータ１４のブレードの駆動指令値に基づいて、ピッチ駆動機構４４を制御する。

【0071】

上記では、スラスト指令値算出部６４において算出されたスラスト指令値が、直接、クルーズロータ指令値生成部７８に入力される。クルーズロータ指令値生成部７８は、スラスト指令値に基づいて、クルーズモータ４０の駆動指令値を生成する。

【0072】

これに対して、スラスト指令値も、リフト指令値、ロールモーメント指令値、ピッチモーメント指令値及びヨーモーメント指令値と同様に、割当指令値算出部６６に入力されてもよい。この場合、割当指令値算出部６６は、リフト指令値、ロールモーメント指令値、ピッチモーメント指令値、ヨーモーメント指令値及びスラスト指令値の各々について、割当指令値を算出する。クルーズロータ指令値生成部７８は、クルーズロータ１４に割り当てられた指令値に基づいて、クルーズモータ４０の駆動指令値を生成してもよい。

【0073】

［回転停止時にＶＴＯＬロータにおいて発生する力について］
前述のように、本実施形態の航空機１０では、ＶＴＯＬロータ１２が回転停止した状態で、ＶＴＯＬロータ１２の停止回転角度、及び、ブレード２６のピッチが制御される。これにより、ＶＴＯＬロータ１２の各々において発生するリフトの大きさが制御される。その結果、機体１６に作用するリフトの大きさ、及び、機体１６の重心Ｇ周りに作用するモーメントの大きさが制御される。

【0074】

機体１６の重心Ｇ周りにモーメントを作用させる場合、制御装置４８は、重心Ｇから遠い位置に設けられたアウタロータにおける力により発生するモーメントを、重心Ｇから近い位置に設けられたインナロータにおける力により発生するモーメントよりも大きくする。アウタロータにおいて発生する力と、インナロータにおいて発生する力とが同じである場合、アウタロータにおいて発生する力により機体１６の重心Ｇ周りに作用するモーメントは、インナロータにおいて発生する力により機体１６の重心Ｇ周りに作用するモーメントよりも大きい。そのため、制御装置４８は、アウタロータ及びインナロータにおいて発生する力を抑えつつ、機体１６の重心Ｇ周りに作用させるモーメントを確保できる。

【0075】

機体１６の重心Ｇ周りにロールモーメントを作用させる場合、制御装置４８は、重心Ｇに対して左方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１２の各々におけるリフトの合計と、重心Ｇに対して右方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１２の各々におけるリフトの合計との間に差を生じさせる。この場合、制御装置４８は、アウタロータにおいて発生するリフトにより機体１６の重心Ｇ周りに作用させるロールモーメントの大きさを、インナロータにおいて発生するリフトにより機体１６の重心Ｇ周りに作用させるロールモーメントの大きさよりも大きくする。このとき、制御装置４８は、各アウタロータにおいて発生するリフトの大きさの合計を、各インナロータにおいて発生するリフトの大きさの合計よりも大きくしてよい。

【0076】

機体１６の重心Ｇ周りにピッチモーメントを作用させる場合、制御装置４８は、重心Ｇに対して前方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１２の各々におけるリフトの合計と、重心Ｇに対して後方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１２の各々におけるリフトの合計との間に差を生じさせる。この場合、制御装置４８は、アウタロータにおいて発生するリフトにより機体１６の重心Ｇ周りに作用させるピッチモーメントの大きさを、インナロータにおいて発生するリフトにより機体１６の重心Ｇ周りに作用させるピッチモーメントの大きさよりも大きくする。このとき、制御装置４８は、各アウタロータにおいて発生するリフトの大きさの合計を、各インナロータにおいて発生するリフトの大きさの合計よりも大きくしてよい。

【0077】

機体１６の重心Ｇ周りにヨーモーメントを作用させる場合、制御装置４８は、重心Ｇに対して左方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１２の各々におけるドラッグの合計と、重心Ｇに対して右方に配置された４つのＶＴＯＬロータ１２の各々におけるドラッグの合計との間に差を生じさせる。この場合、制御装置４８は、アウタロータにおいて発生するドラッグにより機体１６の重心Ｇ周りに作用させるヨーモーメントの大きさを、インナロータにおいて発生するドラッグにより機体１６の重心Ｇ周りに作用させるヨーモーメントの大きさよりも大きくする。このとき、制御装置４８は、各アウタロータにおいて発生するリフトの大きさの合計を、各インナロータにおいて発生するリフトの大きさの合計よりも大きくしてよい。

【0078】

［ＶＴＯＬロータの停止回転角度制御とブレードのピッチ制御について］
ＶＴＯＬロータ１２が回転停止状態で、ＶＴＯＬロータ１２の各々において発生するリフト及びドラッグは、ＶＴＯＬロータ１２の停止回転位置、及び、ブレード２６のピッチにより制御させる。

【0079】

ＶＴＯＬロータ１２の各々において発生するリフト及びドラッグを指令値に向けて変化させる場合、制御装置４８は、ブレード２６のピッチを制御してリフト及びドラッグを変化させた後に、ＶＴＯＬロータ１２の停止回転位置を制御してリフト及びドラッグを変化させる。

【0080】

ＶＴＯＬロータ１２の停止回転位置は、インバータ３２がＶＴＯＬモータ３０を制御して、ＶＴＯＬモータ３０に外力に対する釣り合いトルクを出力させることにより維持される。ＶＴＯＬロータ１２の停止回転位置が変更される場合、外力とＶＴＯＬモータ３０のトルクとの釣り合いが解除される必要がある。外力とＶＴＯＬモータ３０のトルクとの釣り合いの解除に比べて、ブレード２６のピッチの変更の方が応答速度が速い。これにより、ＶＴＯＬロータ１２の各々において発生するリフト及びドラッグの変更の応答速度が向上する。

【0081】

［作用効果］
本実施形態の航空機１０では、機体１６が対気速度を有する場合、ＶＴＯＬロータ１２が回転停止状態で、ＶＴＯＬロータ１２においてリフト及びドラッグを発生させることができる。

【0082】

また、本実施形態の航空機１０では、制御装置４８は、ＶＴＯＬロータ１２の停止回転角度、及び、ブレード２６のピッチを制御して、ＶＴＯＬロータ１２が回転停止状態でＶＴＯＬロータ１２の各々において発生する力を制御することにより、機体１６に力を作用させる。これにより、ＶＴＯＬロータ１２が回転停止状態であっても、ＶＴＯＬロータ１２の各々において発生する力により、機体１６に力を作用させることができる。

【0083】

また、本実施形態の航空機１０では、機体１６の重心Ｇ周りにモーメントを発生させる場合、制御装置４８は、アウタロータにおいて発生する力により機体１６の重心Ｇ周りに作用させるモーメントを、インナロータにおいて発生する力による機体１６の重心Ｇ周りに作用させるモーメントよりも大きくする。これにより、制御装置４８は、アウタロータ及びインナロータにおいて発生する力を抑えつつ、機体１６の重心Ｇ周りに作用させるモーメントを確保できる。

【0084】

また、本実施形態の航空機１０では、制御装置４８は、ブレード２６のピッチを制御してリフト及びドラッグを変化させた後に、ＶＴＯＬロータ１２の停止回転位置を制御してリフト及びドラッグを変化させる。これにより、制御装置４８は、ＶＴＯＬロータ１２の各々において発生するリフト及びドラッグを変化させる場合において、応答速度を向上できる。

【0085】

また、本実施形態の航空機１０では、機体１６に作用するドラッグの低減を優先する省エネルギモードが選択される場合、制御装置４８は、ＶＴＯＬロータ１２の各々の停止回転角度、及び、ブレード２６の各々のピッチを制御して、他のモードが選択される場合に比べて、ＶＴＯＬロータ１２の各々において発生するドラッグを低減させる。これにより、航空機１０は、消費エネルギを低減できる。

【0086】

［変形例］
第１実施形態の航空機１０のＶＴＯＬロータ１２は、回転することにより、機体１６を上方に移動させるリフトを発生させる。ＶＴＯＬロータ１２に代えて、機体１６に対するロータの向きを変更可能なチルトロータが用いられてもよい。機体１６に対するチルトロータの向きが所定角度である場合、チルトロータは、回転することにより、機体１６を上方に移動させるリフトを発生させる。

【0087】

第１実施形態の航空機１０のＶＴＯＬロータ１２は、機体１６の前後方向において複数（第１実施形態では４つ）のＶＴＯＬロータ１２が並べられる。これに代えて、航空機１０のＶＴＯＬロータ１２は、機体１６の左右方向において複数のＶＴＯＬロータ１２が並べられてもよい。また、航空機１０のＶＴＯＬロータ１２は、機体１６の上下方向において複数のＶＴＯＬロータ１２が並べられてもよい。

【0088】

第１実施形態では、ＶＴＯＬモータ３０にＶＴＯＬロータ１２が接続されている。これに対して、ＶＴＯＬモータ３０とＶＴＯＬロータ１２との間にギヤボックスが設けられてもよい。ギヤボックスは、ＶＴＯＬモータ３０の回転をＶＴＯＬロータ１２に変速して伝える変速機である。同様に、クルーズモータ４０とクルーズロータ１４との間にギヤボックスが設けられてもよい。

【0089】

〔実施形態から得られる発明〕
上記実施形態から把握しうる発明について、以下に記載する。

【0090】

各々が１以上のブレード（２６）を有し、回転シャフト（２４）を中心に回転することによりリフトを発生する複数のロータ（１２）と、機体（１６）が対気速度を有する場合に、リフトを発生する１又は複数の固定翼（１８、２０）と、を有する航空機（１０）の制御装置（４８）であって、当該制御装置は、前記固定翼においてリフトが発生する状態において、前記ブレードの各々のピッチ、及び、前記ロータの各々の停止回転角度を制御して、前記ロータの回転を停止させた状態で前記ロータの各々において発生する力を制御することにより、前記機体に力を作用させる。これにより、ロータを回転停止させた状態においても、ロータの各々において発生する力により、機体に力を作用させることができる。

【0091】

上記の航空機の制御装置において、前記航空機は、前記ロータである１又は複数のインナロータ（１２ＦＬｂ、１２ＲＬｂ、１２ＦＲｂ、１２ＲＲｂ）と、前記ロータである１又は複数のアウタロータ（１２ＦＬａ、１２ＲＬａ、１２ＦＲａ、１２ＲＲａ）と、を有し、前記機体の重心（Ｇ）から前記インナロータまでの距離は、前記重心から前記アウタロータまでの距離よりも短く、前記制御装置は、前記機体の重心周りにモーメントを発生させる場合、前記アウタロータにおいて発生する力により前記機体に作用させる前記モーメントを、前記インナロータにおいて発生する力による前記機体に作用させる前記モーメントよりも大きくしてもよい。これにより、制御装置は、求められるモーメントの大きさに対して、ロータにおいて発生させる力を小さくできる。

【0092】

上記の航空機の制御装置において、前記航空機は、前記機体の重心よりも前方に設けられ、前記固定翼である前翼（１８）と、前記機体の重心よりも後方に設けられ、前記固定翼である後翼（２０）と、前記前翼よりも前方に設けられ、前記アウタロータである１又は複数の第１ロータ（１２ＦＬａ、１２ＦＲａ）と、前記機体の前後方向において前記前翼と前記重心との間に設けられ、前記インナロータである１又は複数の第２ロータ（１２ＦＬｂ、１２ＦＲｂ）と、前記機体の前後方向において前記重心と前記後翼との間に設けられ、前記インナロータである１又は複数の第３ロータ（１２ＲＬｂ、１２ＲＲｂ）と、前記後翼よりも後方に設けられ、前記アウタロータである１又は複数の第４ロータ（１２ＲＬａ、１２ＲＲａ）と、を有してもよい。これにより、制御装置は、求められるモーメントの大きさに対して、ロータにおいて発生させる力を小さくできる。

【0093】

上記の航空機の制御装置において、前記ロータの各々において発生する力を変化させる場合、前記制御装置は、前記ブレードの各々のピッチの制御により前記ロータの各々において発生する力を変化させた後に、前記ロータの各々の停止回転角度の制御により前記ロータの各々において発生する力を変化させてもよい。これにより、制御装置は、ロータの各々において発生する力を変化させる場合において、応答速度を向上できる。

【0094】

上記の航空機の制御装置において、前記機体に作用するドラッグの低減を優先する省エネルギモードが選択される場合、前記ロータの各々の停止回転角度、及び、前記ブレードの各々のピッチを制御して、他のモードが選択される場合に比べて、前記ロータの各々において発生するドラッグを低減させてもよい。これにより、航空機は、消費エネルギを低減できる。

【0095】

なお、本発明は、上述した開示に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。

【符号の説明】

【0096】

１０…航空機 １２…ＶＴＯＬロータ（ロータ）
１２ＦＬａ…ロータ（アウタロータ、第１ロータ）
１２ＦＬｂ…ロータ（インナロータ、第２ロータ）
１２ＲＬａ…ロータ（アウタロータ、第４ロータ）
１２ＲＬｂ…ロータ（インナロータ、第３ロータ）
１２ＦＲａ…ロータ（アウタロータ、第１ロータ）
１２ＦＲｂ…ロータ（インナロータ、第２ロータ）
１２ＲＲａ…ロータ（アウタロータ、第４ロータ）
１２ＲＲｂ…ロータ（インナロータ、第３ロータ）
１８…前翼（固定翼） ２０…後翼（固定翼）
２４…回転シャフト ２６…ブレード
４８…制御装置

【図1】

【図2】

【図3】