JP7104427B2 - 翼付ドローン - Google Patents

Description

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。

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から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。

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。

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。

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。

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。

公知のヘリコプタの側面図 公知のティルトロータ型（オスプレイ）の側面図 公知のドローンの平面図 本発明のドローンとしての実施例を示す平面図 本発明の第２実施例無尾翼ドローンの平面図 本発明の第３実施例先尾翼型の平面図 本発明第４実施例串型機平面図 本発明第５実施例の平面図 本発明第６実施例のソーラープレーン 本発明第７実施例 本発明第８実施例（実機）側面図 本発明の第９実施例双発型

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。
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。
また、第１実施例（図４）、第２実施例（図５）および、第３実施例（図６）は、水平飛行用固定翼が、４個以上の上昇前進兼用プロペラ用の複数のプロペラガードと結合しているドローンである。
さらに、第４実施例（図７）、第５実施例（図８）、第７実施例（図１０）、第９実施例（図１２）は、翼桁及び／または胴体を利用して、上昇下降用および前進用プロペラを搭載する翼を持ったドローンである。

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。

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。

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

Claims (5)

1. 複数のプロペラガードを結合して一体とし、前記一体としたプロペラガードの接合部の谷間に翼桁を設けた事を特徴とする飛行体。
2. 請求項１に於いて、プロペラガードに前進用モータ・プロペラを直接設けた事を特徴とする飛行体。
3. 請求項１に於いて、複数のプロペラガードを結合し一体とし、前記一体としたプロペラガードの前後に前進用と推進用モータ・プロペラを設け、かつ前記一体としたプロペラガードの左右に斜め後方に向けた翼桁及び翼を設けた事を特徴とする飛行体。
4. 請求項１に於いて、複数のプロペラガードを結合し一体とし、前記一体としたプロペラガードの左右に翼桁及び翼を設け、前方のプロペラガードに翼桁と翼を設け、かつ前記翼桁に前進用モータ・プロペラを設け、後方のプロペラガードに推進用モータ・プロペラを設けた事を特徴とする飛行体。
   
5. 請求項１に於て、翼面をソーラー電池とした事を特徴とする飛行体。
   

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