WO2019044125A1 - 飛行体 - Google Patents
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Classifications
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- B64C31/036—Hang-glider-type aircraft; Microlight-type aircraft having parachute-type wing
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B64D17/80—Parachutes in association with aircraft, e.g. for braking thereof
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- B64U70/80—Vertical take-off or landing, e.g. using rockets
- B64U70/83—Vertical take-off or landing, e.g. using rockets using parachutes, balloons or the like
Definitions
- the present invention relates to a flight vehicle represented by, for example, a drone, and more particularly to a flight vehicle equipped with a paraglider capable of adjusting the falling speed at the time of falling.
- the flying objects are not limited to manned aircraft such as passenger aircraft and helicopters, but also include unmanned aircraft.
- unmanned aircraft such as passenger aircraft and helicopters
- industrial use of unmanned aerial vehicles such as drone, for example, is increasing.
- the drone includes, for example, a plurality of rotors, and flies by rotating the plurality of rotors simultaneously in a balanced manner.
- raising and lowering are performed by uniformly increasing and decreasing the rotational speeds of the plurality of rotary blades
- forward and reverse are performed by tilting the airframe by individually increasing and decreasing the rotational speeds of each of the plurality of rotary blades.
- Performed by The use of such unmanned aerial vehicles is expected to expand worldwide in the future.
- a parachute device for unmanned aircraft as a safety device is being commercialized.
- Such a parachute apparatus for unmanned aerial vehicles reduces the impact at landing by reducing the speed of the unmanned aerial vehicle by the deployed parachute when the unmanned aerial vehicle falls.
- Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-59595 (Patent Document 1) includes a propulsion unit for rotating a propeller, a paraglider including the above-described canopy, and a toggle for maneuvering the vehicle down.
- Patent Document 1 includes a propulsion unit for rotating a propeller, a paraglider including the above-described canopy, and a toggle for maneuvering the vehicle down.
- an unmanned motor paraplane which enables safe unmanned flight by remotely operating from sea or the like.
- the pair of left and right break cords (control lines) connected to the canopy are pulled by the pull-in operation of the motor which is the drive source of the toggle, thereby lowering the lowering speed. It is configured to be able to slow down and land safely.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and can immediately and immediately pull in the break code of the paraglider developed in advance immediately before landing or immediately before contacting an obstacle, etc., It is an object of the present invention to provide a flying body capable of sufficiently reducing the speed of the flying body.
- An aircraft includes an airframe, a propulsion mechanism, a canopy, a break cord, a winding device, a sensor unit, and a control unit.
- the propulsion mechanism propels the airframe and is provided on the airframe.
- the canopy forms an airfoil by entraining air, and can adjust the falling speed when falling.
- the break cord has one end connected to the canopy, the winding device is provided on the machine body, and the other end of the break cord can be wound.
- the sensor unit detects a distance to an external object, and the control unit controls the operation of the winding device based on the detection result of the sensor unit.
- the winding device includes a gas generator as a drive source, and the control unit operates the gas generator when the distance detected by the sensor unit is equal to or less than a predetermined value. The winding device is operated so that the other end of the break cord is wound up.
- the canopy and the break cord mentioned above are generally members constituting a paraglider, the canopy and the break cord may be used if they can decelerate the flying object by generating lift or buoyancy in the deployed state.
- the members included are not limited to paragliders.
- Paragliders generally have a wing shape having an aspect ratio of 1 or more, and are connected via an aircraft and a connecting member (generally referred to as a cord or a line).
- the connection member includes a steering cord called a break cord described above, and the break cord is connected to the left and right ends of the wing. By pulling on this break cord, it is possible to change various stresses applied to the wing cross section, and as a result, gliding, turning and rapid deceleration can be performed.
- the paraglider can perform gliding, turning and rapid deceleration that can not be done with the parachute.
- paragliders with an air intake air intake port described later
- a paraglider with an air intake for stable flight From the viewpoint of weight reduction, it is preferable to use a single surface type paraglider (that is, one having no air intake).
- a propulsion device such as a propeller, a paraglider of a type that can be forcibly propulsively driven may be used.
- the winding device rotates in a predetermined direction with the winding shaft that winds the break cord by rotating in a winding direction, and the winding device rotates in a predetermined direction.
- a rotating member capable of rotating the take-up shaft in the winding direction and a moving member movable toward the rotating member may be included, in which case the plurality of Preferably, one tooth is provided, and the moving member is provided with a plurality of second teeth capable of meshing with the plurality of first teeth.
- the plurality of second teeth mesh with the plurality of first teeth by moving the moving member toward the rotating member under the pressure of the gas generated by the gas generator.
- the rotating member is rotated in the predetermined direction.
- the winding device rotates in a predetermined direction with the winding shaft that winds the break cord by rotating in a winding direction, and the winding device rotates in a predetermined direction.
- a rotary member capable of rotating the take-up shaft in the winding direction, and movable toward the rotary member, and rotating the rotary member in the predetermined direction, the rotation member in the predetermined direction It may include a ring-shaped member that can be rotated and a power transmission unit that transmits power to the ring-shaped member, and the power transmission unit can be moved to the pipe-shaped member and the pipe-shaped member.
- a piston capable of pressing the power transmission element in which case the rotating member is provided with a plurality of first teeth, and On the rotating member A plurality of second teeth that can mesh with the plurality of first teeth, it is preferable that a plurality of third teeth engageable is provided in the power transmission element.
- the ring-like member receives the power transmitted by the power transmission element by the piston pressing and moving the power transmission element under the pressure of the gas generated by the gas generator. Is moved toward the rotating member, the power transmission element engages with the plurality of third teeth and the plurality of second teeth mesh with the plurality of first teeth, whereby the rotation is performed.
- the member rotates in the predetermined direction.
- the gas generator generate gas by combustion of an explosive or a propellant.
- the flying object according to the present invention may be provided with the above-mentioned airframe and may be equipped with an operating mechanism capable of operating the above-mentioned break code, in which case, the above-mentioned operating mechanism While being able to be taken up and fed out, it may include a drive unit as a drive source.
- the winding device is included in the operation mechanism.
- the control unit preferably controls the operation of the operation mechanism based on the detection result of the sensor unit, and the control unit detects the distance detected by the sensor unit as described above. When the value is larger than a predetermined value, it is preferable to control the operation of the operating mechanism by controlling the drive unit.
- the sensor unit is an acceleration sensor, a gyro sensor, an atmospheric pressure sensor, a GNSS device, a laser sensor, an ultrasonic sensor, an infrared sensor, a millimeter wave radar, a submillimeter wave radar, a speed sensor and It is preferable to include at least one or more of the wind direction detection sensors.
- the present invention it is possible to automatically and immediately pull in the pre-deployed paraglider break cord immediately before landing or just before contacting an obstacle, thereby sufficiently reducing the speed of the aircraft. It can be made a flight vehicle.
- FIG. 1 It is a schematic cross section of the winding apparatus of the flying body which concerns on a modification
- (A) is a figure which shows the initial state of a winding apparatus
- (B) is a figure which shows the state in operation of a winding apparatus
- C) is a figure which shows the state after operation of a winding device.
- FIG. 1 is a schematic front view showing a state after the paraglider of the aircraft according to the embodiment has been deployed.
- the flying object 30 is provided on the airframe 31, one or more propulsion mechanisms (for example, a propeller etc.) 32 provided on the airframe 31 and propelling the airframe 31, and provided below the airframe 31.
- a plurality of legs 33 and a paragliding device 100 as a safety device provided on the airframe 31 are provided.
- the paraglider apparatus 100 mainly includes a paraglider 1 and an operation mechanism 10, and the paraglider 1 mainly includes a canopy 2 and a break cord 4.
- FIG. 2 is a diagram showing the configuration of functional blocks of the aircraft according to the present embodiment.
- the paraglider apparatus 100 includes a sensor unit 5, a control unit 6 and a battery 7, and is configured to be mountable on the flying object 30.
- the sensor unit 5, the control unit 6, and the battery 7 may be integrated into the paragliding device 100 or may be provided on the machine body 31 separately from the main body of the paragliding device 100.
- the canopy 2 and the break cord 4 of the paraglider 1 are folded and stored in a cylindrical tube portion 40 (see FIG. 1) provided on the airframe 31 at a normal time (before the paraglider 1 is deployed).
- the injection device By being unfolded, the unfolded state shown in FIG. 1 is obtained.
- paraglider 1 has a canopy 2 that is generally air-shaped by entrapment of air, and a plurality of suspension cords 3 extending downward from the canopy 2 and connected to an aircraft 30. , And the pair of left and right break codes 4 described above.
- the canopy 2 In the unfolded state, the canopy 2 has a shape extending in a substantially arc shape in the left-right direction above the flying object 30 when the paraglider 1 is viewed from the front.
- the hanging cords 3 are extended from the canopy 2 to the flying object 30 so as to be symmetrical to each other four by four.
- the pair of left and right break cords 4 is for steering the flying object 30.
- One end of each of the pair of left and right break cords 4 is connected to the canopy 2, and the other end is connected to a reel 14 (see FIGS. 2 and 3) of the pair of left and right operation mechanisms 10 described later.
- each of the pair of left and right break cords 4 has one end symmetrically branched by four at a time, and each end of the branched portion is connected to the rear end edge portion of the canopy 2 The tip of the other end which is not branched is connected to the reel 14 of the operation mechanism 10.
- one end of each of the pair of left and right break cords 4 does not have to be branched, and may be directly connected to the canopy 2 without being branched.
- the canopy 2 is deformed by the operation of the pair of left and right break cords 4 to change the wind pressure resistance received thereby to maneuver the turning, raising or lowering.
- landing the flying body 30, by lowering the pair of left and right break cords 4 to increase the resistance of the entire canopy 2 landing can be performed by decelerating the descending speed.
- the operation of pulling the break code 4 is an operation of winding the break code 4 by the reel 14 of the operation mechanism 10.
- FIG. 3 is a schematic view showing a pair of left and right operation mechanisms of the paraglider shown in FIG.
- each of the pair of left and right operation mechanisms 10 includes a support base 11, a servomotor 12 as a drive unit, a reel shaft 13, a reel 14, and a break cord winding device as a winding device. It has 20 and.
- the pair of left and right operation mechanisms 10 are provided corresponding to the pair of left and right break cords 4.
- the support 11 is fixed to an upper portion of the airframe 31 in the cylindrical portion 40 of the aircraft 30.
- the servomotor 12 is fixed to the side portion on one end side of the support base 11 and has an output shaft integrated with one end portion of the reel shaft 13.
- the other end of the reel shaft 13 is integrated with a take-up shaft 22 of a break cord take-up device 20 described later.
- the reel 14 is rotatably supported around a reel shaft 13.
- the break cord winding device 20 includes a winding shaft 22 connected to the reel 14 via the reel shaft 13 and a plurality of first teeth.
- the rotating member 23 having the rotating teeth 23a, the moving member 24 having the plurality of moving teeth 24a as the plurality of second teeth, and the gas pressure generated by operating the moving member 24 on the inner wall of the cylindrical member 26
- a gas generator 21 as a driving source which can be moved along.
- the break cord winding device 20 is provided on the side of the other end of the support 11.
- the rotating member 23 is provided in the box-like case 25 and is fixed to the end of the winding shaft 22.
- the rotating member 23 rotates in the same direction. That is, when the rotating member 23 rotates in the direction of the arc-shaped arrow shown in FIG. 4A, the winding shaft 22 and the reel shaft 13 rotate in the winding direction.
- the moving member 24 is slidably inserted in a cylindrical member 26 whose one end is closed and the other end is in communication with the inside of the case 25.
- a gas generator 21 is provided inside the cylindrical member 26 at a position facing the moving member 24, and a space 27 is formed between the moving member 24 and the gas generator 21.
- the space 27 is configured to be supplied with the gas generated in the gas generator 21.
- the rotating member 23 rotates in the direction of the arc-shaped arrow shown in FIG. 4 (A). Therefore, in the break cord winding device 20, the winding shaft 22 and the reel shaft 13 are rotated in the winding direction by the operation of the gas generator 21, and the break cord 4 is wound around the reel 14. .
- the gas generator 21 is small in size and light in weight, and includes a cup body filled with a gas generating agent, an igniter for igniting the gas generating agent, and a holder for holding the igniter. is there.
- the said gas generator 21 is comprised, for example by what is called MGG (micro gas generator), as long as it can generate gas, what kind of thing may be used.
- the gas generating agent is a drug (explosive or propellant) which is burned by being ignited by heat particles generated by the operation of the igniter, thereby generating a gas.
- gas generators are roughly classified into non-explosive and pyrotechnic types.
- the mainstream of the non-explosive type is that a sharp cylinder such as a needle and a compressed spring are connected to a gas cylinder in which a gas such as carbon dioxide or nitrogen is sealed, and the sharp cylinder is blown using the spring force of the spring. This is made to collide with a sealing plate sealing the cylinder to release the gas.
- a drive source such as a servomotor is usually used to release the compression force of the spring.
- the pyrotechnic type may be an igniter alone, or may be a combination of an igniter and a gas generating agent as described above.
- a hybrid type or stored type gas generator may be used in which the seal plate in a small gas cylinder is broken by the power of explosives and the internal gas is discharged to the outside.
- noncombustible gas such as argon, helium, nitrogen, carbon dioxide or a mixture thereof can be used.
- a gas generator may be provided with a heating element made of a gas generating composition, a thermite composition or the like.
- the gas generator may be provided with a filter or / and an orifice or the like for adjusting the gas flow rate as needed.
- the gas generating agent it is preferable to use a non-azide gas generating agent, and in general, the gas generating agent is formed as a molded body containing a fuel, an oxidant and an additive.
- a fuel for example, a triazole derivative, a tetrazole derivative, a guanidine derivative, an azodicarbonamide derivative, a hydrazine derivative or the like or a combination thereof is used.
- nitroguanidine, guanidine nitrate, cyanoguanidine, 5-aminotetrazole and the like are suitably used.
- the oxidizing agent is selected from, for example, basic nitrates such as basic copper nitrate, perchlorates such as ammonium perchlorate and potassium perchlorate, or alkali metals, alkaline earth metals, transition metals and ammonia. Nitrates and the like containing the selected cations are used. As the nitrate, for example, sodium nitrate, potassium nitrate and the like are suitably used. Moreover, a binder, a slag formation agent, a combustion regulator etc. are mentioned as an additive.
- a metal salt of carboxymethyl cellulose for example, a metal salt of carboxymethyl cellulose, an organic binder such as stearate, or an inorganic binder such as synthetic hydrotalcite or acid clay can be suitably used.
- an organic binder such as stearate, or an inorganic binder such as synthetic hydrotalcite or acid clay
- a slag forming agent silicon nitride, silica, acid clay etc. can be suitably used.
- metal oxides, ferrosilicon, activated carbon, graphite and the like can be suitably used.
- a single base powder based on nitrocellulose, a double base powder, or a triple base powder may be used.
- the shape of the gas generating agent molded body there are various shapes such as granular shape such as granular shape, pellet shape and cylindrical shape, and disk shape.
- granular shape such as granular shape, pellet shape and cylindrical shape, and disk shape.
- cylindrical thing the thing (for example, single-hole cylinder shape or porous cylinder shape etc.) which has a through-hole in the inside of a molded object is also utilized.
- the sensor unit 5 detects the distance between the flying object 30 and an external object (obstacle or landing point), and transmits to the control unit 6 a distance detection signal as detected distance information. It is configured to output.
- the sensor unit 5 may be configured to detect the altitude of the flying object 30 and output an altitude detection signal, which is detected altitude information, to the control unit 6.
- an acceleration sensor a gyro sensor, a barometric pressure sensor, a GNSS (Global Navigation Satellite System: Global Positioning Satellite System) device, a laser sensor, an ultrasonic sensor, an infrared sensor, a millimeter wave radar, a submillimeter wave radar, a speed
- GNSS Global Navigation Satellite System: Global Positioning Satellite System
- a laser sensor an ultrasonic sensor, an infrared sensor, a millimeter wave radar, a submillimeter wave radar, a speed
- at least one or more of the sensor and the wind direction detection sensor is included.
- the control unit 6 transmits an operation signal as needed to control the pair of left and right operation mechanisms 10, and outputs a signal to operate or stop each servomotor 12 of the pair of left and right operation mechanisms 10, for example. Alternatively, it is configured to output a start signal to the gas generator 21 of each of the pair of left and right break cord winding devices 20. In addition, the control unit 6 is configured to receive a distance detection signal in real time from the sensor unit 5 and determine whether to operate the pair of left and right break code winding devices 20 according to the received distance detection signal. It is done.
- FIG. 5 is a flow chart showing the flow of emergency control of the aircraft according to the present embodiment.
- a control process of the flying object 30 when the flying object 30 gets into an emergency situation during the flight that is, an emergency
- the control mechanism of the flying object 30 transmits an abnormal signal to the ejection device (not shown) of the paraglider device 100.
- the injection device of the paraglider device 100 that has received this abnormal signal ejects the paraglider 1 from the inside of the cylindrical portion 40 of the flying object 30, and develops it so as to be in the state shown in FIG. 1 (step S1).
- the control unit 6 receives a distance detection signal from the sensor unit 5 (step S2), Based on the distance detection signal, it is determined whether the distance between the external object (obstacle or landing point) is equal to or less than a predetermined value (step S3).
- step S3 If it is determined by the control unit 6 that the distance to the external object is equal to or less than the predetermined value (step S3: YES), the control unit 6 transmits an operation signal to pair the left and right break codes.
- the removing device 20 is simultaneously operated (step S4). Thereby, winding of the pair of left and right break cords 4 is performed.
- step S3 NO
- the process returns to step S2, and the distance detection signal is continuously received from the sensor unit 5 Then, the process proceeds to step S3.
- the control unit 6 controls each of the pair of left and right operation mechanisms 10 until it is determined by the control unit 6 that the distance to the external object is equal to or less than a predetermined value.
- the winding operation and the unwinding operation of the break cord 4 using 12 are appropriately performed.
- the following control is performed while decelerating the falling speed by the paraglider 1 being deployed in the emergency state during the flight. That is, the amount of winding of the pair of left and right break cords 4 is adjusted by operating or stopping the servomotors 12 of the pair of left and right operating mechanisms 10 by the control unit 6, thereby controlling the flight direction of the flying object 30 can do. Furthermore, for example, when the altitude decreases to a predetermined value immediately before landing, or when the distance to an obstacle other than the landing point approaches a predetermined distance, the control unit 6 Is controlled to be supplied to the gas generator 21 of the left and right break cord winding devices 20, thereby operating the gas generator 21.
- the moving member 24 is instantaneously moved in the direction of the white arrow in FIG. 4A, and the moving teeth 24a of the moving member 24 mesh with the rotating teeth 23a of the rotating member 23 to rotate the rotating member 23.
- the winding shaft 22 and the reel shaft 13 are rotated.
- the moving member 24 will eventually move to the maximum position, and this state will be maintained thereafter.
- the flying object 30 can sufficiently reduce the descent speed by drawing the pair of left and right break cords 4 to the maximum limit instantaneously, and the pair of left and right break cords 4 is maximally limited. Soft landing can be achieved by maintaining the rolled up condition. Alternatively, the flying object 30 can mitigate the impact when it collides with the external obstacle by performing the same operation immediately before the collision with the external obstacle. In addition, since the gas generator 21 is used as a drive source of the break cord winding device 20, the above-mentioned effect can be obtained without the gross weight of the flying object 30 significantly increasing.
- the deceleration of the flying object 30 when starting to pull the break cord 4 is 1 [G].
- the total weight of the flying object 30 is 1000 [kg], for example, 1.3 [m / s]. It is preferable to decelerate to be as follows.
- the sensor unit 5 includes the distance (threshold value) between the above-described flying object 30 and the external object, which should start the reduction of the falling speed of the flying object 30 by the pair of left and right break cord winding devices 20.
- the optimum value will differ depending on the type of sensor used, but for example, when using an ultrasonic sensor, this can be a predetermined value within 6 [m], and other types of sensors are used In the case, it may preferably be a predetermined value within 20 [m].
- FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a flying object winding device according to a modification, and FIG. 6 (A) shows an initial state of the winding device, and FIG. 6 (B) shows an operation of the winding device FIG. 6C shows a state after the operation of the winding device.
- the break cord winding device 20 having the configuration shown in FIG. 4 is used as the winding device
- the take-out device 50 may be used.
- the break cord winding device 50 will be described.
- the break cord winding device 50 includes a ring gear 51 as a ring-shaped member, and a power transmission unit 60 (power transmission means) that transmits power to the ring gear 51 in an emergency.
- the power transmission unit 60 includes a plurality of spherical members 61 as power transmission elements configured to be engageable with a plurality of external teeth 51 a as a plurality of third teeth provided in the ring gear 51, and the plurality of spherical members
- the piston 64 receives the gas and presses the plurality of spherical members 61, and the housing 70 has the passages 71 of the plurality of spherical members 61 formed therein.
- the housing 70 is provided on the side of the support 11 (see FIG. 3) described above on the other end side.
- the pipe-like member 62 is curved so as not to contact the support base 11 and the break cord 4 (see FIG. 3 etc.) of the paraglider 1.
- the take-up shaft 80 is rotatable following the reel shaft 13 (see FIG. 3), and a pinion gear 81 (rotational member) is disposed on and concentrically connected to the take-up shaft 80. ing.
- the plurality of external teeth 81a as the plurality of first teeth formed on the outer periphery of the pinion gear 81 are configured to be able to mesh with the plurality of internal teeth 51b as the plurality of second teeth formed on the inner periphery of the ring gear 51 It is done.
- a clearance is provided between the plurality of external teeth 81a of the pinion gear 81 and the plurality of internal teeth 51b of the ring gear 51.
- the take-up shaft 80 and the pinion gear 81 are configured to be rotatable without interfering with the ring gear 51. That is, in the initial state, the break cord winding device 50 is not operating, the reel shaft 13 is rotatable, and the break cord 4 can be fed out.
- the valley which can be engaged only with the first spherical member 61 located closest to the tip end and the second and subsequent spherical members 61 two by two. And several valleys are formed.
- a plurality of spherical members 61 are filled in the pipe-like member 62, and in the initial state, they are locked by the plurality of external teeth 51a of the ring gear 51 so as not to move.
- a passage 71 is formed inside the housing 70 so that the plurality of spherical members 61 can move along the outer periphery of the ring gear 51 along the side wall.
- a piston 64 is disposed on the rear end side of the plurality of spherical members 61 housed in the pipe-like member 62 (see FIG. 6 (B)).
- the gas generator 63 is disposed at the end of the pipe-like member 62.
- the gas generator 63 is activated immediately before landing or immediately before collision with an external object.
- High pressure gas is jetted into the pipe-like member 62.
- the jet of the high pressure gas causes the piston 64 to be in close contact with the inner surface of the pipe-like member 62 and slide in the pipe-like member 62 while preventing the high pressure gas from leaking.
- the sliding of the piston 64 presses the plurality of spherical members 61 arranged in a line, and the plurality of spherical members 61 move in the pipe-like member 62.
- the ring gear 51 moves toward the pinion gear 81 side.
- the plurality of internal teeth 51b of the ring gear 51 and the plurality of external teeth 81a of the pinion gear 81 mesh with each other at a predetermined position, and the pinion gear 81 is rotated by the rotation of the ring gear 51.
- the plurality of spherical members 61 are sequentially released from the pipe-like member 62 by the high pressure gas supplied from the gas generator 63, and the plurality of spherical members released Each of 61 is engaged with a corresponding one of the plurality of external teeth 51 a of the ring gear 51 to rotate the ring gear 51 and then move away from the ring gear 51 to move along the passage 71.
- the plurality of spherical members 61 are sequentially released from the pipe-like member 62 by the high pressure gas supplied from the gas generator 63, and the plurality of spherical members released Each of 61 is engaged with a corresponding one of the plurality of external teeth 51 a of the ring gear 51 to rotate the ring gear 51 and then move away from the ring gear 51 to move along the passage 71.
- break cord winding device 50 having such a configuration, it is possible to obtain the same effect as the case of using the break cord winding device 20 according to the above-described embodiment.
- the plurality of spherical members described above are merely one configuration example of the power transmission element, and any type of member can be used as long as it can transmit power to the ring gear.
- the power transmission element may be constituted by a flexible resin or rubber elongated member having a portion adapted to the shape and position of each external gear of the ring gear. Also in this configuration, the ring gear can be rotated and the ring gear can be moved toward the pinion gear at the time of operation of the break cord winding device.
- the paraglider's reduction gear of the present invention is a paraglider's reduction gear which is provided on a flying object and is capable of adjusting the falling speed of the flying object, and has a canopy that forms an entire wing by entraining air. And a break cord directly connected from one end, and a gas generator serving as a driving source, and the break cord A break cord take-up device for winding the other end of the head, a sensor unit for detecting a distance between the aircraft and an obstacle, a velocity of the aircraft, a wind direction around the aircraft, and the sensor unit And a controller configured to control the operation of the gas generator based on the information, and when the distance detected by the sensor is equal to or less than a predetermined distance, the controller The gas generator is activated, and wound up the brakes by the brake line winding device, characterized in that for performing control to further slow the lowering speed of the paraglider.
- the break code winding device may be one or two or more. It is appropriately selected in view of accurate controllability, lightness and economy.
- the break code may be branched for control for steering and immediately before landing, for a winding device for urgently decelerating immediately before contact with an obstacle, etc. There may be more than one.
- the break cord winding device is provided with a winding shaft capable of winding the break cord by rotating in a predetermined direction, and a plurality of rotating teeth.
- a rotating member capable of rotating the winding shaft in the predetermined direction by rotating in the predetermined direction, and a plurality of moving teeth are provided, and the pressure of the gas generated in the gas generator is used.
- the moving teeth are engaged with the rotating teeth to move the rotating members in the predetermined direction.
- the break cord winding device can wind the break cord by rotating in a predetermined direction, and a plurality of winding shafts.
- a rotating member is provided, and a rotating member capable of rotating the take-up shaft in the predetermined direction by rotating in the predetermined direction, an external tooth provided on an outer peripheral side, and the rotating tooth of the rotating member And an annular ring gear having an internal tooth provided on the inner peripheral side so as to be engageable with the ring gear, and a power transmission means for transmitting power to the ring gear, wherein the power transmission means is the ring gear
- a power transmission member configured to be engageable with the external teeth, a pipe accommodating the power transmission member, and the gas generated from the gas generator disposed at the end of the pipe to receive the power transmission member To press And Tong, a housing having a passage of the power transmission member to the interior, or may be provided with a.
- the gas generator generate gas by combustion of a explosive or a propellant.
- the sensor unit is an acceleration sensor, a gyro sensor, an air pressure sensor, a GNSS device (GPS device), a laser sensor, an ultrasonic sensor, an infrared sensor, a millimeter It is preferable to include at least one or more of a wave radar, a submillimeter wave radar, a speed sensor, and a wind direction detection sensor.
- the airframe of the present invention includes an airframe, the reduction gear of the paraglider of (1) to (5) provided on the airframe, and one or more of the airframe coupled to the airframe and propelling the airframe. And a propulsion mechanism.
- paragliders a configuration similar to the above is applied, and there are also Rogaro-type paragliders.
- paragliders with air intake are the mainstream, but some do not.
- a paraglider with air intake is more preferable for stable flight.
- it may be a paraglider that can be propulsively driven by attaching a propulsion device such as a propeller.
- the break cord take-up device when the flying object is in an emergency state, the break cord take-up device is operated, and the break cord is instantaneously set so that the falling speed is minimized. It can be taken up.
- the flying object to which the paraglider's reduction gear of the present invention is applied for example, can sufficiently slow down the descent speed immediately before landing, so that it is possible to softly land and collide with an obstacle. Since the falling speed can be further reduced immediately before, the impact of the collision can be further mitigated.
- the gas generator is used as a drive source of the break cord winding device, the above effect can be achieved in a relatively lightweight state.
- the above respective effects can be sufficiently achieved even when applied to a large industrial vehicle. Further, a flying object to which the paraglider's reduction gear of the present invention is applied can be one that enjoys the effect of the paraglider's reduction gear of the present invention.
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Abstract
飛行体は、機体と、落下時において落下速度を調整可能なキャノピーと、キャノピーに一端部が接続されたブレークコードと、機体に設けられるとともにブレークコードの他端部が巻き取り可能な巻取装置(20)と、外部の対象物との間の距離を検出するセンサ部(5)と、センサ部(5)の検出結果に基づいて巻取装置(20)の動作を制御する制御部(6)とを備える。巻取装置(20)は、駆動源としてのガス発生器(21)を含み、制御部(6)は、センサ部(5)によって検出された距離が所定値以下である場合に、ガス発生器(21)を作動させることでブレークコードの他端部が巻き取られるように巻取装置(20)を動作させる。
Description
本発明は、例えばドローン等に代表されるような飛行体に関し、特に、落下時において落下速度を調整することができるパラグライダーを備えた飛行体に関する。
従来、各種の飛行体が知られている。飛行体には、旅客機やヘリコプターのような有人航空機に限られず、無人航空機も含まれる。特に近年、自律制御技術および飛行制御技術の発展に伴って、例えばドローンのような無人航空機の産業上における利用が加速しつつある。
ドローンは、例えば複数の回転翼を備えており、これら複数の回転翼を同時にバランスよく回転させることによって飛行する。その際、上昇および下降は、複数の回転翼の回転数を一律に増減させることによって行なわれ、前進および後退は、複数の回転翼の各々の回転数を個別に増減させることで機体を傾けることによって行なわれる。このような無人航空機の利用は、今後世界的に拡大することが見込まれている。
しかしながら、無人航空機の落下事故のリスクが危険視されており、無人航空機の普及の妨げとなっている。こうした落下事故のリスクを低減するために、安全装置としての無人航空機用パラシュート装置が製品化されつつある。このような無人航空機用パラシュート装置は、無人航空機の落下時において、展開させたパラシュートによって無人航空機の速度を減速させることで着地時の衝撃を低減するものである。
一方で、通常飛行時において、展開されたキャノピー(パラグライダーの翼型を成す部分)によって揚力を得ることにより、その飛行が可能となる無人モーターパラプレーンが知られている。例えば特開平11-59595号公報(特許文献1)には、プロペラを回転させる推進ユニットと、上述したキャノピーを含むパラグライダーと、機体を下降操縦するトグルとを備え、この推進ユニットおよびトグルを地上、海上等から遠隔操縦することにより、安全な無人飛行を可能にした無人モーターパラプレーンが開示されている。
この特許文献1に開示された無人モーターパラプレーンにおいては、トグルの駆動源であるモーターの引き込み動作により、キャノピーに接続された左右一対のブレークコード(コントロールライン)が引っ張られ、これにより下降速度を減速させて安全に着陸することができるように構成されている。
しかしながら、飛行中の機体に何らかのトラブルが発生したり電波障害が発生したりした緊急時等において、飛行体を直ちに減速させる必要がある場合には、上記特許文献1に開示されるようなトグルは、その駆動源がモーターであるため、即応性の点において必ずしも十分とは言えない。そのため、ブレークコードを引き込む引込機構の駆動源として、より即応性が高いアクチュエータが求められている状況にある。特に、産業用の大型飛行体においては、機体の大型化に伴ってパラグライダーの大きさおよび重量も共に増大するため、即応性のみならずより強力なアクチュエータを備えたブレークコードの引込機構が必要になる。
さらに、上述した緊急時等においては、操作者による飛行体の方向制御が困難になる場合も想定され、その場合には、着地直前または障害物と接触する直前等において自動的に飛行体の飛行速度が減速されることが望ましい。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、着地直前または障害物と接触する直前等において、予め展開させたパラグライダーのブレークコードを自動的に瞬時に引き込むことができ、これにより飛行体の速度を十分に減速させることができる飛行体を提供することを目的とする。
本発明に基づく飛行体は、機体と、推進機構と、キャノピーと、ブレークコードと、巻取装置と、センサ部と、制御部とを備えている。上記推進機構は、上記機体を推進させるものであり、上記機体に設けられている。上記キャノピーは、空気をはらむことで翼型を成し、落下時において落下速度を調整することができる。上記ブレークコードは、上記キャノピーに一端部が接続されており、上記巻取装置は、上記機体に設けられており、上記ブレークコードの他端部が巻き取り可能である。上記センサ部は、外部の対象物との間の距離を検出するものであり、上記制御部は、上記センサ部の検出結果に基づいて上記巻取装置の動作を制御する。上記巻取装置は、駆動源としてのガス発生器を含んでおり、上記制御部は、上記センサ部によって検出された距離が所定値以下である場合に、上記ガス発生器を作動させることで上記ブレークコードの上記他端部が巻き取られるように上記巻取装置を動作させるものである。
ここで、上述したキャノピーおよびブレークコードは、一般にパラグライダーを構成する部材であるが、展開状態において揚力または浮力が発生することで飛行体を減速させることができるものであれば、キャノピーおよびブレークコードを含む部材は、パラグライダーに限られるものではない。パラグライダーは、概ねアスペクト比が1以上の翼形状を有しており、飛行体と連結部材(一般に、コードあるいはラインと称される)を介してつながっている。この連結部材には、上述したブレークコードと呼ばれる舵取り用のコードが含まれており、当該ブレークコードは、翼の左右端に繋がっている。このブレークコードを引っ張ることにより、翼断面に加わる種々の応力を変化させることができ、結果として滑空、旋回および急激な減速を行なうことができる。このため、パラグライダーは、パラシュートではできない、滑空、旋回および急激な減速を行なうことができる。同様の構成を有するものとして、ロガロタイプ、トライアングルタイプのパラグライダーも存在する。また、ラムエアを利用して翼形状を保つために、パラグライダーは、エアインテーク(後述する空気取り込み口)の有るものが主流ではあるが、このエアインテークが無いものも存在する。安定した飛行を行なうためには、エアインテーク付きのパラグライダーを用いることがより好ましい。なお、軽量化を図る観点からは、シングルサーフェスタイプのパラグライダー(すなわち、エアインテークが無いもの)を用いることが好ましい。さらに、プロペラ等の推進装置を別途設けることにより、強制的に推進力を得て飛行できるタイプのパラグライダーを用いてもよい。
上記本発明に基づく飛行体にあっては、上記巻取装置が、巻取方向に向けて回転することで上記ブレークコードを巻き取る巻取軸と、所定方向に向けて回転することで上記巻取軸を上記巻取方向に回転させることができる回転部材と、上記回転部材側に向けて移動可能な移動部材とを含んでいてもよく、その場合には、上記回転部材に、複数の第1歯が設けられているとともに、上記移動部材に、上記複数の第1歯に噛合可能な複数の第2歯が設けられていることが好ましい。この場合においては、上記ガス発生器にて発生したガスの圧力を受けて上記移動部材が上記回転部材側に向けて移動することにより、上記複数の第2歯が上記複数の第1歯に噛合し、これにより上記回転部材が上記所定方向に向けて回転することが好ましい。
上記本発明に基づく飛行体にあっては、上記巻取装置が、巻取方向に向けて回転することで上記ブレークコードを巻き取る巻取軸と、所定方向に向けて回転することで上記巻取軸を上記巻取方向に回転させることができる回転部材と、上記回転部材側に向けて移動可能であるとともに、上記所定方向に向けて回転することで上記回転部材を上記所定方向に向けて回転させることができるリング状部材と、上記リング状部材に動力を伝達する動力伝達部とを含んでいてもよく、また、上記動力伝達部が、パイプ状部材と、上記パイプ状部材に移動可能に収容された動力伝達要素と、上記動力伝達要素を押圧可能なピストンとを有していてもよく、その場合には、上記回転部材に、複数の第1歯が設けられているとともに、上記回転部材に、上記複数の第1歯に噛合可能な複数の第2歯と、上記動力伝達要素に係合可能な複数の第3歯とが設けられていることが好ましい。この場合においては、上記ガス発生器にて発生したガスの圧力を受けて上記ピストンが上記動力伝達要素を押圧して移動させることで上記動力伝達要素によって伝達される動力を受けて上記リング状部材が上記回転部材側に向けて移動することにより、上記動力伝達要素が上記複数の第3歯に係合するとともに上記複数の第2歯が上記複数の第1歯に噛合し、これにより上記回転部材が上記所定方向に向けて回転することが好ましい。
上記本発明に基づく飛行体にあっては、上記ガス発生器が、火薬または推進薬の燃焼によってガスを発生させるものであることが好ましい。
上記本発明に基づく飛行体は、上記機体に設けられるとともに上記ブレークコードを操作可能な操作機構を備えていてもよく、その場合には、上記操作機構が、上記ブレークコードの上記他端部を巻き取りおよび繰り出し可能なものであるとともに、駆動源としての駆動部を含んでいてもよい。また、この場合においては、上記巻取装置は、上記操作機構に含まれることになる。その場合において、上記制御部は、上記センサ部の検出結果に基づいて上記操作機構の動作を制御するものであることが好ましく、また、上記制御部が、上記センサ部によって検出された距離が上記所定値よりも大きい場合に、上記駆動部を制御することで上記操作機構の動作を制御するものであることが好ましい。
上記本発明に基づく飛行体にあっては、上記センサ部が、加速度センサ、ジャイロセンサ、気圧センサ、GNSS装置、レーザーセンサ、超音波センサ、赤外線センサ、ミリ波レーダー、サブミリ波レーダー、速度センサおよび風向検知センサのうち少なくとも1つ以上を含んでいることが好ましい。
本発明によれば、着地直前または障害物と接触する直前等において、予め展開させたパラグライダーのブレークコードを自動的に瞬時に引き込むことができ、これにより飛行体の速度を十分に減速させることができる飛行体とすることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態は、飛行体としての無人航空機であるドローンに本発明を適用した場合を例示するものである。
図1は、実施の形態に係る飛行体のパラグライダーが展開した後の状態を示す模式正面図である。図1に示すように、飛行体30は、機体31と、機体31に設けられるとともに当該機体31を推進させる1つ以上の推進機構(例えばプロペラ等)32と、機体31の下部に設けられた複数の脚部33と、機体31に設けられた安全装置としてのパラグライダー装置100とを備えている。パラグライダー装置100は、パラグライダー1と、操作機構10とを主として有しており、パラグライダー1は、キャノピー2と、ブレークコード4とを主として含んでいる。
図2は、本実施の形態に係る飛行体の機能ブロックの構成を示す図である。図2に示すように、パラグライダー装置100は、上述したパラグライダー1および操作機構10に加え、センサ部5、制御部6およびバッテリ7を有しており、飛行体30に搭載可能に構成されている。ここで、センサ部5、制御部6およびバッテリ7は、パラグライダー装置100に一体化されていてもよいし、パラグライダー装置100の本体部とは別に機体31に設けられていてもよい。
ここで、パラグライダー1のキャノピー2およびブレークコード4は、通常時(パラグライダー1の展開前)において、機体31に設けられた円筒状の筒部40(図1参照)内において折り畳まれて収納されており、緊急時において、飛行体30の制御機構(図示せず)等から出力された異常信号を受信した射出装置(図示せず)などの起動により、筒部40内から外部に射出された後に展開することにより、図1に示した展開状態となるものである。
図1を参照して、パラグライダー1は、空気をはらむことによって全体で翼型を成すキャノピー2と、当該キャノピー2から下方に向かって延びて飛行体30に連結された複数の吊下索3と、上述した左右一対のブレークコード4とを含んでいる。
展開状態においては、キャノピー2は、パラグライダー1を前方から見た場合に、飛行体30の上方で左右方向に略円弧状に広がる形状を成している。また、吊下索3は、4本ずつ左右対称となるように、キャノピー2から飛行体30へと延設されている。
左右一対のブレークコード4は、飛行体30の操縦を行なうものである。左右一対のブレークコード4の各々は、一端部がキャノピー2に接続されており、他端部が後述する左右一対の操作機構10のリール14(図2および図3参照)に接続されている。より詳細には、左右一対のブレークコード4の各々は、一端部が4本ずつ対称的に途中から枝分かれしており、当該枝分かれした部分の先端の各々が、キャノピー2の後端縁部分に接続されているとともに、枝分かれしていない他端部の先端が、操作機構10のリール14に接続されている。なお、左右一対のブレークコード4の各々の一端部は、必ずしも枝分かれしている必要はなく、枝分かれすることなく直接キャノピー2に接続されていてもよい。
ここで、緊急時にパラグライダー1が展開した状態にある飛行体30においては、左右一対のブレークコード4の操作によってキャノピー2を変形させ、これにより受ける風圧抵抗を変えることで旋回、上昇または下降の操縦が行われるように構成されている。例えば、飛行体30を右旋回させる場合は、右側のブレークコード4を引いてキャノピー2の右側部の抵抗を増大させることにより、キャノピー2の右側部分の速度を減速させて方向転換を行なうことができる。また、飛行体30を着地させる場合は、左右一対のブレークコード4を引いてキャノピー2全体の抵抗を増大させることにより、下降速度を減速させて着地を行なうことができる。なお、ブレークコード4を引く操作とは、操作機構10のリール14によってブレークコード4を巻き取る操作のことである。
図3は、図1に示すパラグライダーの左右一対の操作機構を示す模式図である。図3に示すように、左右一対の操作機構10の各々は、支持台11と、駆動部としてのサーボモーター12と、リールシャフト13と、リール14と、巻取装置としてのブレークコード巻取装置20とを備えている。左右一対の操作機構10は、左右一対のブレークコード4に対応して設けられている。
支持台11は、飛行体30の筒部40内において、機体31の上部に固定されている。サーボモーター12は、支持台11の一端側の側部に固定されており、リールシャフト13の一端部と一体化した出力軸を有している。リールシャフト13の他端部は、後述するブレークコード巻取装置20の巻取軸22と結合して一体化している。リール14は、リールシャフト13を中心に回転可能に支持されている。これらの構成により、左右一対の操作機構10の各々は、サーボモーター12により、リール14にブレークコード4を巻き取る操作、および、リール14からブレークコード4を繰り出す操作を適宜行なうことができる。
図4は、図3に示すA-A線に沿った模式断面図であり、図4(A)は、巻取装置の初期状態を示す図、図4(B)は、巻取装置の動作後の状態を示す図である。図4(A)および図4(B)に示すように、ブレークコード巻取装置20は、リールシャフト13を介してリール14に接続された巻取軸22と、複数の第1歯としての複数の回転歯23aを有した回転部材23と、複数の第2歯として複数の移動歯24aを有した移動部材24と、作動することで発生したガス圧で移動部材24を筒部材26の内壁に沿って移動させることが可能な駆動源としてのガス発生器21とを備えている。ブレークコード巻取装置20は、支持台11の他端側の側部に設けられている。
回転部材23は、箱状のケース25内に設けられているとともに巻取軸22の先端部に固定されており、巻取軸22が軸回りに回転した場合に同じ方向に向けて回転する。すなわち、回転部材23が図4(A)に示す円弧状の矢印方向に向けて回転した場合に、巻取軸22およびリールシャフト13は、巻取方向に向けて回転する。
移動部材24は、一端部が閉塞されるとともに他端部がケース25の内部に連通した筒部材26内に摺動可能に挿入されている。筒部材26の内部には、移動部材24と対向する位置にガス発生器21が設けられており、移動部材24とガス発生器21との間には、空間27が形成されている。この空間27には、ガス発生器21において発生したガスが供給されるように構成されている。
移動部材24がガスの圧力を利用して回転部材23側に向けて移動することにより、複数の移動歯24aは、複数の回転歯23aに噛合される。これにより、回転部材23は、図4(A)に示す円弧状の矢印方向に向けて回転する。したがって、ブレークコード巻取装置20においては、ガス発生器21の作動によって巻取軸22およびリールシャフト13が巻取方向へ回転することになり、リール14にブレークコード4が巻き取られることになる。
ここで、ガス発生器21は、小型軽量のものであり、ガス発生剤が充填されたカップ体と、ガス発生剤を着火させるための点火器と、点火器を保持するホルダとを備えるものである。当該ガス発生器21は、たとえばいわゆるMGG(マイクロガスジェネレータ)によって構成されるが、ガスを発生させることができるものであれば、どのようなものであってもよい。なお、ガス発生剤は、点火器が作動することによって生じた熱粒子によって着火されることで燃焼し、これによってガスを発生させる薬剤(火薬または推進薬)である。
一般に、ガス発生器は、非火薬式のものと火薬式のものとに大別される。非火薬式のものの主流は、二酸化炭素や窒素等のガスを封入したガスボンベに、針等の鋭利部材と圧縮したバネとを連結しておき、バネが有するバネ力を利用して鋭利部材を飛ばし、これをボンベを封止している封板に衝突させてガスを放出させるものである。このとき、バネの圧縮力を解放するために、通常はサーボモーター等の駆動源が使用される。一方、火薬式のものは、点火器単体からなるものであってもよいし、上述したように点火器とガス発生剤とを組み合わせたものであってもよい。また、火薬の力で小型のガスボンベにおける封板を開裂させ、内部のガスを外部へと排出するハイブリッド型、ストアード型のガス発生器を使用してもよい。この場合、ガスボンベ内の加圧ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、窒素、二酸化炭素などの不燃性のガスあるいはこれらの混合物を用いることができる。また、加圧ガスが放出される際に確実に移動部材24を移動させるために、ガス発生組成物やテルミット組成物等からなる発熱体をガス発生器に具備させてもよい。さらにガス発生器には、必要に応じてフィルタまたは/およびガス流量を調整するオリフィス等が設けられていてもよい。
ガス発生剤としては、非アジド系ガス発生剤を用いることが好ましく、一般に燃料と酸化剤と添加剤とを含む成形体としてガス発生剤が形成される。燃料としては、たとえばトリアゾール誘導体、テトラゾール誘導体、グアニジン誘導体、アゾジカルボンアミド誘導体、ヒドラジン誘導体等又はこれらの組み合わせが利用される。具体的には、たとえばニトログアニジン、硝酸グアニジン、シアノグアニジン、5-アミノテトラゾール等が好適に利用される。また、酸化剤としては、たとえば塩基性硝酸銅等の塩基性硝酸塩、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸カリウム等の過塩素酸塩、又は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、アンモニアから選ばれたカチオンを含む硝酸塩等が利用される。硝酸塩としては、たとえば硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等が好適に利用される。また、添加剤としては、バインダ、スラグ形成剤、燃焼調整剤等が挙げられる。バインダとしては、たとえばカルボキシメチルセルロースの金属塩、ステアリン酸塩等の有機バインダ、又は、合成ヒドロタルサイト、酸性白土等の無機バインダが好適に利用可能である。スラグ形成剤としては窒化珪素、シリカ、酸性白土等が好適に利用可能である。また、燃焼調整剤としては、金属酸化物、フェロシリコン、活性炭、グラファイト等が好適に利用可能である。また、ニトロセルロースを主成分としたシングルベース火薬、ダブルベース火薬、トリプルベース火薬を用いてもよい。
また、ガス発生剤の成形体の形状には、顆粒状、ペレット状、円柱状等の粒状のもの、ディスク状のものなど様々な形状のものがある。また、円柱状のものとしては、成形体内部に貫通孔を有する有孔状(たとえば単孔筒形状又は多孔筒形状等)のものも利用される。また、ガス発生剤の形状の他にもガス発生剤の線燃焼速度、圧力指数などを考慮に入れて成形体のサイズおよび充填量を適宜選択することが好ましい。
図2を参照して、センサ部5は、飛行体30と外部の対象物(障害物あるいは着地点)との間の距離を検出し、検出した距離情報である距離検出信号を制御部6に出力するよう構成されている。また、センサ部5は、飛行体30の高度を検出し、検出した高度情報である高度検出信号を制御部6に出力するように構成されていてもよい。なお、センサ部5としては、加速度センサ、ジャイロセンサ、気圧センサ、GNSS(Global Navigation Satellite System:全球測位衛星システム)装置、レーザーセンサ、超音波センサ、赤外線センサ、ミリ波レーダー、サブミリ波レーダー、速度センサおよび風向検知センサのうち少なくとも1つ以上を含むものであることが好ましい。
制御部6は、必要に応じて作動信号を送信して左右一対の操作機構10をそれぞれ制御するものであり、例えば左右一対の操作機構10の各々のサーボモーター12を作動または停止させる信号を出力したり、左右一対のブレークコード巻取装置20の各々のガス発生器21に起動信号を出力したりするように構成されている。また、制御部6は、センサ部5からリアルタイムで距離検出信号を受信し、受信した距離検出信号に応じて左右一対のブレークコード巻取装置20を作動させるか否かの判断を行なうように構成されている。
図5は、本実施の形態に係る飛行体の緊急時の制御の流れを示すフロー図である。次に、図5を参照して、飛行中に飛行体30が緊急事態に陥った場合(すなわち緊急時)の飛行体30の制御処理について説明する。
まず、飛行中に飛行体30が緊急事態に陥った場合には、飛行体30の制御機構は、パラグライダー装置100の射出装置(図示せず)に異常信号を送信する。この異常信号を受信したパラグライダー装置100の射出装置は、パラグライダー1を飛行体30の筒部40内から射出し、図1に示した状態となるように展開させる(ステップS1)。
続いて、飛行体30は、徐々にその高度を下げて着地する態勢に入るが、パラグライダー1の展開後において、制御部6は、センサ部5から距離検出信号を受信し(ステップS2)、その距離検出信号に基づいて外部の対象物(障害物あるいは着地点)との間の距離が所定値以下であるか否かを判定する(ステップS3)。
制御部6によって外部の対象物との間の距離が所定値以下であると判定された場合(ステップS3:YES)には、制御部6は、作動信号を送信して左右一対のブレークコード巻取装置20を同時に作動させる(ステップS4)。これにより、左右一対のブレークコード4の巻き取りが行なわれる。
一方、制御部6によって外部の対象物との間の距離が所定値よりも大きいと判定された場合(ステップS3:NO)には、ステップS2に戻り、引き続きセンサ部5から距離検出信号を受信し、ステップS3の処理へと移行する。なお、制御部6によって外部の対象物との間の距離が所定値以下であると判定されるまでの間は、制御部6は、左右一対の操作機構10の各々を制御することでサーボモーター12を用いたブレークコード4の巻き取り操作および繰り出し操作を適宜行なう。
以上のように構成された飛行体30においては、飛行中の緊急時においてパラグライダー1が展開することにより、落下速度を減速させつつ、以下の制御が行なわれることになる。すなわち、制御部6によって左右一対の操作機構10の各々のサーボモーター12を作動または停止させることにより、左右一対のブレークコード4の巻き取り量を調整し、これにより飛行体30の飛行方向を制御することができる。さらには、たとえば、着地直前において高度が所定値まで低下した場合に、または、着地点以外の障害物との間の距離が所定距離にまで近づいている場合に、制御部6は、バッテリ7からの電源を左右のブレークコード巻取装置20のガス発生器21に供給するように制御し、これによりガス発生器21を作動させる。
このとき、ガス発生器21において、ガス発生剤の燃焼によって瞬時に大量のガスが発生し、そのガス圧によってガス発生器21のカップ体が破断され、高い圧力のガスが筒部材26内の空間27に供給される。これにより、瞬時に移動部材24が図4(A)の白抜き矢印方向に移動することになり、移動部材24の移動歯24aが回転部材23の回転歯23aと噛み合い、回転部材23を回転させることで巻取軸22およびリールシャフト13を回転させることになる。図4(B)に示すように、最終的には、移動部材24は最大限度位置まで移動することになり、その後はこの状態が維持されることになる。
このような左右一対のブレークコード巻取装置20の動作により、左右一対のブレークコード4は、左右一対の操作機構10の各々のリール14によって瞬時に最大限度まで巻き取られることになる。したがって、飛行体30は、たとえば着地直前において、左右一対のブレークコード4を瞬時に最大限度まで引くことで下降速度を十分に減速させることができることになり、この左右一対のブレークコード4が最大限度にまで巻き取られた状態が維持されることで軟着地することができる。あるいは、飛行体30は、外部の障害物への衝突直前において、同様の動作を行なうことによって当該外部の障害物に衝突する際の衝撃を緩和させることができる。なお、ブレークコード巻取装置20の駆動源として、ガス発生器21を利用しているため、飛行体30の総重量が大幅に増加することなく上記効果を得ることができる。
ここで、左右一対のブレークコード巻取装置20による飛行体30の落下速度の減速の程度としては、たとえばブレークコード4を引き始める際の飛行体30の減速度を1[G]とし、ガス発生器21が作動してブレークコード4が引き終わるまでの時間を0.1[s]とすると、飛行体30の総重量が1000[kg]である場合に、たとえば1.3[m/s]以下になるように減速させることが好ましい。
なお、左右一対のブレークコード巻取装置20による飛行体30の落下速度の減速を開始させるべき上述した飛行体30と外部の対象物との間の距離(閾値)については、センサ部5に含まれるセンサ種によってその最適値は異なることになるが、たとえば超音波センサを利用する場合には、これを6[m]以内の所定の値とすることができ、他の種類のセンサを利用する場合には、好ましくは20[m]以内の所定の値とすることができる。
図6は、変形例に係る飛行体の巻取装置の模式断面図であり、図6(A)は、巻取装置の初期状態を示す図、図6(B)は、巻取装置の動作中の状態を示す図、図6(C)は、巻取装置の動作後の状態を示す図である。上述した実施の形態においては、巻取装置として、図4において示した構成のブレークコード巻取装置20を用いた場合を例示したが、これに代えて、図6において示した構成のブレークコード巻取装置50を用いることとしてもよい。以下、当該ブレークコード巻取装置50について説明する。
図6に示すように、ブレークコード巻取装置50は、リング状部材としてのリングギア51と、緊急時にリングギア51に動力を伝達する動力伝達部60(動力伝達手段)とを備えている。動力伝達部60は、リングギア51に設けられた複数の第3歯としての複数の外歯51aに係合可能に構成された動力伝達要素としての複数の球状部材61と、当該複数の球状部材61を収容するパイプ状部材62と、当該パイプ状部材62の端部に配置された駆動源としてのガス発生器63(上記ガス発生器21と同様のもの)と、当該ガス発生器63から発生したガスを受けて複数の球状部材61を押圧するピストン64と、複数の球状部材61の通路71が内部に形成されてなるハウジング70とを有している。
ハウジング70は、支持台11(図3参照)の上述した他端側の側部に設けられている。パイプ状部材62は、支持台11およびパラグライダー1のブレークコード4(図3等参照)に接触しないように湾曲状に構成されている。巻取軸80は、リールシャフト13(図3参照)に追従して回転可能なものであり、当該巻取軸80には、ピニオンギア81(回転部材)が同心軸上に配置されて接続されている。ピニオンギア81の外周に形成された複数の第1歯としての複数の外歯81aは、リングギア51の内周に形成された複数の第2歯としての複数の内歯51bと噛合可能に構成されている。
なお、図6(A)に示すように、初期状態(動作前)においては、ピニオンギア81の複数の外歯81aとリングギア51の複数の内歯51bとの間にはクリアランスが設けられており、巻取軸80およびピニオンギア81は、リングギア51と干渉することなく回転可能な状態に構成されている。すなわち、初期状態においては、ブレークコード巻取装置50は動作しておらず、リールシャフト13が回転自在であり、ブレークコード4の送り出しが可能になっている状態である。
また、リングギア51の複数の外歯51aの間には、最も先端側に位置する最初の球状部材61のみに係合可能な谷間と、二番目以降の球状部材61に二つずつ係合可能な複数の谷間とが形成されている。
また、パイプ状部材62内には複数の球状部材61が充填されており、初期状態においては、リングギア51の複数の外歯51aによって移動しないように係止されている。ハウジング70の内側には、側壁に沿って複数の球状部材61がリングギア51の外周に沿って移動できるように通路71が形成されている。
一方、パイプ状部材62内に収容された複数の球状部材61の最後尾側には、ピストン64が配置されている(図6(B)参照)。パイプ状部材62の終端部には、上述したようにガス発生器63が配置されている。
このような構成のブレークコード巻取装置50が設けられた飛行体においては、着地直前または外部の対象物への衝突直前において、ガス発生器63が作動することになり、当該ガス発生器63から高圧ガスがパイプ状部材62内に噴出される。この高圧ガスの噴出により、ピストン64は、パイプ状部材62の内面に密着して高圧ガスの漏洩を防止しながらパイプ状部材62内を摺動する。このピストン64の摺動により、一列に並んだ複数の球状部材61が押圧されることになり、これら複数の球状部材61がパイプ状部材62内を移動する。
図6(A)を参照して、パイプ状部材62から押し出された最初の球状部材61は、リングギア51の外歯51aに係合しつつリングギア51を押圧する。これにより、リングギア51は、ピニオンギア81側に向けて移動する。その結果、リングギア51の複数の内歯51bとピニオンギア81の複数の外歯81aとが所定位置において噛合し、リングギア51の回転によってピニオンギア81が回転することになる。これにより、巻取軸80およびリールシャフト13が巻取方向に回転し始める。
続いて、図6(B)に示すように、ガス発生器63から供給される高圧ガスによって複数の球状部材61が順次パイプ状部材62から放出されることになり、放出された複数の球状部材61の各々は、リングギア51の複数の外歯51aのうちの対応するものに係合してリングギア51を回転させた後に、リングギア51から離脱して通路71に沿って移動することになる。
そして、図6(C)に示すように、複数の球状部材61が互いに押し合うことで最初の球状部材61が通路71の終端部71aに到達した時点で、これら複数の球状部材61は、その移動を停止する。なお、その後はこの状態が維持されることになる。
このような構成のブレークコード巻取装置50とした場合にも、上述した実施の形態に係るブレークコード巻取装置20とした場合と同様の効果を得ることができる。
なお、上述した複数の球状部材は、動力伝達要素の一構成例に過ぎず、リングギアに動力を伝達することができるものであるなら、どのようなものにてこれを構成してもよい。たとえば、リングギアの各外歯の形状および位置に合わせた部分を有した可撓性の樹脂製またはゴム製の長尺部材にて動力伝達要素を構成してもよい。このように構成した場合にも、ブレークコード巻取装置の動作時において、リングギアを回転させることができるとともに、リングギアをピニオンギアに向けて移動させることができる。
また、上述した実施の形態および変形例においては、ブレークコード巻取装置を左右一対のブレークコードに対応させて2つ設けることとした場合を例示して説明を行なったが、1つのブレークコード巻取装置を用いて左右一対のブレークコードを巻き取るように構成することとしてもよい。
以上において説明した実施の形態およびその変形例の開示内容の特徴的な構成を項立てて要約すれば、以下のとおりとなる。
(1)本発明のパラグライダーの減速装置は、飛行体に設けられ、前記飛行体の落下速度を調整可能なパラグライダーの減速装置であって、空気をはらむことにより全体で翼型を成すキャノピーを有したパラグライダーと、前記キャノピーの後端縁部分に一端部が枝分かれして設けられたブレークコード、または、一端部から直接繋がったブレークコードと、駆動源となるガス発生器を有し、前記ブレークコードの他端部を巻き取るブレークコード巻取装置と、前記飛行体と障害物との距離、前記飛行体の速度、前記飛行体の周囲の風向きを検出するセンサ部と、前記センサ部が検出した情報を基に、前記ガス発生器の作動を制御する制御部と、を備え、前記センサ部によって検出された前記距離が所定距離以下であった場合、前記制御部は、前記ガス発生器を作動させ、前記ブレークコード巻取装置によって前記ブレークコードを巻き取り、前記パラグライダーの下降速度をさらに減速させる制御を行うことを特徴とするものである。ブレークコード巻取装置は、1つでも、2つ以上でもよい。精度のよい制御性、軽量性、経済性を鑑みて、適宜選択される。また、ブレークコードは、操舵するための制御用と着陸直前時または障害物と接触する直前時などに緊急で減速するための巻取装置用にそれぞれ分岐させてもよいし、用途別に別系統で複数本あってもよい。
(2)上記(1)のパラグライダーの減速装置においては、前記ブレークコード巻取装置が、所定方向へ回転することによって前記ブレークコードを巻き取り可能な巻取軸と、複数の回転歯が設けられ、前記所定方向へ回転することで前記巻取軸を前記所定方向へ回転させることが可能な回転部材と、複数の移動歯が設けられ、前記ガス発生器において発生したガスの圧力を利用することによって前記回転部材側へ移動することで、前記移動歯が前記回転歯に噛合されて前記回転部材を前記所定方向へ回転させる移動部材と、を備えていることが好ましい。
(3)別の観点として、上記(1)のパラグライダーの減速装置においては、前記ブレークコード巻取装置が、所定方向へ回転することによって前記ブレークコードを巻き取り可能な巻取軸と、複数の回転歯が設けられ、前記所定方向へ回転することで前記巻取軸を前記所定方向へ回転させることが可能な回転部材と、外周側に設けられた外歯と、前記回転部材の前記回転歯に係合可能に内周側に設けられた内歯と、を有した環状のリングギアと、前記リングギアに動力を伝達する動力伝達手段と、を備え、前記動力伝達手段が、前記リングギアの外歯に係合可能に構成された動力伝達部材と、前記動力伝達部材を収容するパイプと、前記パイプの端部に配置された前記ガス発生器から発生したガスを受けて前記動力伝達部材を押圧するピストンと、内部に前記動力伝達部材の通路を有しているハウジングと、を備えているものであってもよい。
(4)上記(1)乃至(3)のパラグライダーの減速装置においては、前記ガス発生器が、火薬または推進薬の燃焼によりガスを発生させるものであることが好ましい。
(5)上記(1)乃至(4)のパラグライダーの減速装置においては、センサ部が、加速度センサ、ジャイロセンサ、気圧センサ、GNSS装置(GPS装置)、レーザーセンサ、超音波センサ、赤外線センサ、ミリ波レーダー、サブミリ波レーダー、速度センサ、および風向検知センサのうち少なくとも1つ以上を含むものであることが好ましい。
(6)本発明の飛行体は、機体と、前記機体に設けられる上記(1)乃至(5)のパラグライダーの減速装置と、前記機体に結合され、前記機体を推進させる1個又は複数個の推進機構と、を備えるものである。
なお、上述のパラグライダーの中には、上記と同様の構成をしたもので、ロガロタイプのパラグライダーも存在する。また、ラムエアを利用して翼形状を保つために、パラグライダーは、エアインテークのあるものが主流であるが、無いものも存在する。安定した飛行を行うためには、エアインテーク付のパラグライダーがより好ましい。さらに、プロペラ等の推進装置をつけて、強制的に推進力を得て飛行できるパラグライダーでもよい。
本発明のパラグライダーの減速装置によれば、飛行中の飛行体が緊急状態となっている場合において、ブレークコード巻取装置を作動させ、落下速度が最小限になるように、ブレークコードを瞬時に巻き取ることができる。これにより、本発明のパラグライダーの減速装置が適用された飛行体は、たとえば、着陸直前時においては、下降速度を十分に減速させることができるので、軟着陸することが可能となり、障害物との衝突直前時においては、さらに落下速度を低下させることができるようになるので、衝突の衝撃をより緩和することができる。また、ブレークコード巻取装置の駆動源として、ガス発生器を利用しているので、上記効果を比較的軽量な状態で達成することができる。すなわち、本発明のパラグライダーの減速装置によれば、産業用の大型飛行体に適用しても、十分に上記各効果を達成することができる。また、本発明のパラグライダーの減速装置を適用した飛行体は、本発明のパラグライダーの減速装置の効果を享受したものとすることができる。
今回開示した上記実施の形態およびその変形例はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって画定され、また請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
1 パラグライダー、2 キャノピー、3 吊下索、4 ブレークコード、5 センサ部、6 制御部、7 バッテリ、10 操作機構、11 支持台、12 サーボモーター、13 リールシャフト、14 リール、20 ブレークコード巻取装置、21 ガス発生器、22 巻取軸、23 回転部材、23a 回転歯、24 移動部材、24a 移動歯、25 ケース、26 筒部材、27 空間、30 飛行体、31 機体、33 脚部、40 筒部、50 ブレークコード巻取装置、51 リングギア、51a 外歯、51b 内歯、60 動力伝達部、61 球状部材、62 パイプ状部材、63 ガス発生器、64 ピストン、70 ハウジング、71 通路、71a 終端部、80 巻取軸、81 ピニオンギア、81a 外歯、100 パラグライダー装置。
Claims (6)
- 機体と、
前記機体に設けられるとともに前記機体を推進させる推進機構と、
空気をはらむことで翼型を成し、落下時において落下速度を調整可能なキャノピーと、
前記キャノピーに一端部が接続されたブレークコードと、
前記機体に設けられるとともに前記ブレークコードの他端部が巻き取り可能な巻取装置と、
外部の対象物との間の距離を検出するセンサ部と、
前記センサ部の検出結果に基づいて前記巻取装置の動作を制御する制御部とを備え、
前記巻取装置が、駆動源としてのガス発生器を含み、
前記制御部が、前記センサ部によって検出された距離が所定値以下である場合に、前記ガス発生器を作動させることで前記ブレークコードの前記他端部が巻き取られるように前記巻取装置を動作させるものである、飛行体。 - 前記巻取装置が、
巻取方向に向けて回転することで前記ブレークコードを巻き取る巻取軸と、
所定方向に向けて回転することで前記巻取軸を前記巻取方向に回転させることができる回転部材と、
前記回転部材側に向けて移動可能な移動部材とを含み、
前記回転部材には、複数の第1歯が設けられ、
前記移動部材には、前記複数の第1歯に噛合可能な複数の第2歯が設けられ、
前記ガス発生器にて発生したガスの圧力を受けて前記移動部材が前記回転部材側に向けて移動することにより、前記複数の第2歯が前記複数の第1歯に噛合し、これにより前記回転部材が前記所定方向に向けて回転する、請求項1に記載の飛行体。 - 前記巻取装置が、
巻取方向に向けて回転することで前記ブレークコードを巻き取る巻取軸と、
所定方向に向けて回転することで前記巻取軸を前記巻取方向に回転させることができる回転部材と、
前記回転部材側に向けて移動可能であるとともに、前記所定方向に向けて回転することで前記回転部材を前記所定方向に向けて回転させることができるリング状部材と、
前記リング状部材に動力を伝達する動力伝達部とを含み、
前記動力伝達部は、パイプ状部材と、前記パイプ状部材に移動可能に収容された動力伝達要素と、前記動力伝達要素を押圧可能なピストンとを有し、
前記回転部材には、複数の第1歯が設けられ、
前記回転部材には、前記複数の第1歯に噛合可能な複数の第2歯と、前記動力伝達要素に係合可能な複数の第3歯とが設けられ、
前記ガス発生器にて発生したガスの圧力を受けて前記ピストンが前記動力伝達要素を押圧して移動させることで前記動力伝達要素によって伝達される動力を受けて前記リング状部材が前記回転部材側に向けて移動することにより、前記動力伝達要素が前記複数の第3歯に係合するとともに前記複数の第2歯が前記複数の第1歯に噛合し、これにより前記回転部材が前記所定方向に向けて回転する、請求項1に記載の飛行体。 - 前記ガス発生器が、火薬または推進薬の燃焼によってガスを発生させるものである、請求項1から3のいずれかに記載の飛行体。
- 前記機体に設けられるとともに前記ブレークコードを操作可能な操作機構を備え、
前記操作機構は、前記ブレークコードの前記他端部を巻き取りおよび繰り出し可能なものであるとともに、駆動源としての駆動部を含み、
前記巻取装置は、前記操作機構に含まれ、
前記制御部は、前記センサ部の検出結果に基づいて前記操作機構の動作を制御するものであり、
前記制御部が、前記センサ部によって検出された距離が前記所定値よりも大きい場合に、前記駆動部を制御することで前記操作機構の動作を制御するものである、請求項1から4のいずれかに記載の飛行体。 - 前記センサ部が、加速度センサ、ジャイロセンサ、気圧センサ、GNSS装置、レーザーセンサ、超音波センサ、赤外線センサ、ミリ波レーダー、サブミリ波レーダー、速度センサおよび風向検知センサのうち少なくとも1つ以上を含んでいる、請求項1から5のいずれかに記載の飛行体。
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