回転翼飛行体
【課題】機体の水平維持及び滑空等を同時に実現できる回転翼飛行体を提供する。
【解決手段】機体１０２と、飛行時の進行方向に対して翼軸が横向きに配置され、飛行時に翼軸を中心に回転する回転翼１０４とを備え、回転翼１０４は飛行に伴った空気抵抗によって回転する回転翼飛行体とする。
【解決手段】機体１０２と、飛行時の進行方向に対して翼軸が横向きに配置され、飛行時に翼軸を中心に回転する回転翼１０４とを備え、回転翼１０４は飛行に伴った空気抵抗によって回転する回転翼飛行体とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転翼飛行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでに実用化されている翼を有する飛行体は、主翼が機体に対して固定され機体が前進することによって揚力を発生させ飛行する固定翼飛行体と、１個以上の回転する翼によって揚力を発生させ飛行する回転翼飛行体とに分類される。回転翼飛行体としては、鉛直方向の軸に対して翼を公転させて揚力を得るヘリコプターやオートジャイロ等が広く利用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
固定翼飛行体は、主翼が機体に固定されているため、上昇又は下降の際に主翼が受ける空気の流れを変えるためには機体も進行方向に対して傾いてしまう。
【０００４】
一方、ヘリコプターやオートジャイロのように鉛直方向の軸に対して翼を公転させて揚力を得る回転翼飛行体では、上昇又は下降の際に機体自体を水平に維持することが可能である。しかしながら、ヘリコプターやオートジャイロのように鉛直方向の軸に対して翼を公転させて揚力を得る回転翼飛行体は、緊急時等において回転動力が停止した際に動力なしで滑空することができず安全上の問題が発生する場合がある。
【０００５】
例えば、推進力がなくなった場合には舵等で方向が制御することができ、舵がとれなくなった場合であっても、機体を自然に水平に保ったまま滑空し、着陸できる飛行体であれば従来より安全な飛行が可能となる。
【０００６】
本発明は、従来の固定翼飛行体や回転翼飛行体では得られなかった機体の水平維持及び滑空等を同時に実現できる回転翼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】
本発明の１つの態様は、回転翼飛行体であって、機体と、飛行時の進行方向に対して翼軸が横向きに配置され、飛行時に前記翼軸を中心に回転する回転翼と、を備え、前記回転翼は、飛行に伴った空気抵抗によって回転することを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記回転翼は、飛行姿勢において、空気抵抗によって、上部が進行方向の逆方向かつ下部が進行方向に向けて回転する構造を有することが好適である。
【０００９】
また、前記回転翼は、回転中に上部が進行方向の逆方向に凸となり、下部が進行方向に凸となるＳ字形状を有することが好適である。
【００１０】
また、前記回転翼は、機体の進行方向に略平行に配置されたリング部を備えることが好適である。
【００１１】
また、前記回転翼は、機体の進行方向に略平行に配置された円盤状又は楕円盤状の部材を備えることが好適である。
【００１２】
また、前記回転翼は、その形状を変形可能であることが好適である。
【００１３】
また、飛行時において、前記回転翼が生み出す揚力の中心位置より、前記機体の重心の中心位置が低い位置に維持されることが好適である。
【００１４】
また、飛行時において、前記回転翼に対する前記機体の重心位置が自動的に調整されることが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、従来の固定翼飛行体や回転翼飛行体では得られなかった機体の水平維持及び滑空等を同時に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態における回転翼飛行体の構成を示す正面全体図である。
【図２】本発明の実施の形態における回転翼飛行体の構成を示す側面全体図である。
【図３】本発明の実施の形態における機体の構成を示す拡大正面図である。
【図４】本発明の実施の形態における機体の構成を示す拡大側面図である。
【図５】本発明の実施の形態における回転翼の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態における回転翼飛行体の別例の構成を示す側面全体図である。
【図７】本発明の実施の形態における回転翼の別例の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態における変形可能な回転翼の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態における回転翼の別例の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態における回転翼の別例の構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態における回転翼の別例の構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態における回転翼の別例の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態における伸縮式の回転翼の構成を示す断面図である。
【図１４】発明の実施の形態における伸縮式の回転翼の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施の形態における回転翼飛行体１００は、図１の正面全体図及び図２の側面全体図に示すように、機体１０２及び回転翼１０４を含んで構成される。また、図３及び図４に、機体１０２の拡大正面図及び拡大側面図を示す。また、図４に、回転翼１０４の拡大図を示す。なお、図２では、機体１０２の構成を明確に示すために回転翼１０４を破線で示している。
【００１８】
本実施の形態における回転翼飛行体１００は、図１に示すように、機体１０２の進行方向Ａに対して横方向に広がる回転翼１０４を機体１０２の両側に備える。回転翼１０４は、機体１０２に対して翼軸４０を中心に自転可能に取り付けられており、回転翼飛行体１００の飛行に伴って図２の回転方向Ｂに自転することによって揚力を生み出す。
【００１９】
これまでの固定翼飛行体や回転翼飛行体では、翼面の空気抵抗をなるべく少なくして気圧差を発生させることによって揚力を生み出すが、本実施の形態における回転翼飛行体１００は、風力抵抗を利用して揚力を生み出すものである。すなわち、空気抵抗により回転翼１０４が回転し、進行方向に対して上向き又は下向きの力を発生させる。このような、回転翼飛行体１００は、他の飛行形態の飛行体よりも浮遊感のある飛行を可能とする。これを応用して、車両等のためにダウンフォースを生み出すことも可能である。
【００２０】
機体１０２は、回転翼飛行体１００の重心バランスを取ると共に、推進力を発生させる。機体１０２は、プロペラ１０ａ，１０ｂ、制御部１２、駆動モータ１４ａ，１４ｂ、歯車１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ、回転軸２０ａ，２０ｂ、ベアリング２２、機体フレーム２４、支持フレーム２６及び翼フレーム２８を含んで構成される。
【００２１】
機体１０２の構造部材となるプロペラ１０ａ，１０ｂ、回転軸２０ａ，２０ｂ、ベアリング２２、機体フレーム２４、支持フレーム２６及び翼フレーム２８は、軽量かつ構造的強度に優れた材料とすることが好適である。例えば、木材、紙、カーボンファイバ、グラスファイバ等の繊維素材、チタン、アルミ等の軽量金属材料を用いることが好適である。
【００２２】
機体１０２の各構成部は機体フレーム２４に搭載される。機体フレーム２４は、板状の部材であり、機体１０２の底部に配置される。回転軸２０ａは円筒形状を有しており、回転軸２０ａ内に回転軸２０ｂがその先端を露出するように同軸に挿入される。回転軸２０ａ，２０ｂは機体１０２の進行方向Ａに沿って前後方向に延設される。プロペラ１０ａは、回転軸２０ａの一端の周に取り付けられる。本実施の形態では、プロペラ１０ａは、機体１０２の回転翼飛行体１００の進行方向の後方側に等角度で３枚設けられる。回転軸２０ａの他端の周には歯車１６ａが取り付けられる。歯車１６ａは、駆動モータ１４ａの回転軸に取り付けられた歯車１８ａに係合し、回転軸２０ａを介して駆動モータ１４ａの回転をプロペラ１０ａに伝達する。プロペラ１０ｂは、回転軸２０ｂの一端の周に取り付けられる。本実施の形態では、プロペラ１０ｂは、機体１０２の回転翼飛行体１００の進行方向の後方に等角度で３枚設けられる。回転軸２０ｂの他端の周には歯車１６ｂが取り付けられる。歯車１６ｂは、駆動モータ１４ｂの回転軸に取り付けられた歯車１８ｂに係合し、回転軸２０ｂを介して駆動モータ１４ｂの回転をプロペラ１０ｂに伝達する。
【００２３】
プロペラ１０ｂの回転方向はプロペラ１０ａとは逆方向とすることによって、プロペラ１０ａ，１０ｂによって機体１０２に掛る回転力を打ち消し合わせることができ、回転翼飛行体１００の飛行姿勢を安定に保つことができる。また、回転軸２０ａを回転させる駆動手段（モータ等）を搭載し、プロペラの回転を別々に制御し、機体１０２に意図的に回転力を伝えることで、機体１０２の姿勢（傾き）を変えることができる。これにより、舵を必要とせずに方向転換をすることが可能となる。
【００２４】
なお、本実施の形態では、プロペラ１０ａ，１０ｂはそれぞれ３枚ずつ設けたが、これに限定されるものではなく、回転翼飛行体１００に必要な推進力等に応じて変更してもよい。また、プロペラ１０ａ，１０ｂは回転翼飛行体１００の後方に位置させたが、これに限定されるものではなく、回転翼飛行体１００に必要な推進力が得られ、重心のバランスがとれる位置であればよい。また、回転軸２０ａ，２０ｂを同軸に配置する構成としたが、これに限定されるものではなく、２軸構造としてもよい。例えば、機体１０２の前方に配置してもよいし、機体１０２に左右に並べて配置してもよい。
【００２５】
制御部１２は、回転翼飛行体１００の飛行を制御する。制御部１２は、機体フレーム２４に搭載される。例えば、制御部１２は、無線受信システムを備え、ユーザが無線コントローラ（図示しない）を用いて発する制御信号を受けて、駆動モータ１４ａ，１４ｂの回転速度を制御する制御信号を生成して出力する。また、駆動モータ１４ａ，１４ｂを駆動するためのバッテリーを備えてもよい。
【００２６】
さらに、機体１０２には、回転翼１０４及び回転翼１０４のベアリング２２を支持するための翼フレーム２８が設けられる。翼フレーム２８は、回転翼飛行体１００の進行方向に対して横向きに、機体１０２に対する回転翼１０４の取り付け角度に応じた角度で延設される。具体的には、水平方向に対して回転翼１０４の両翼端部に向かって僅かに上向きとなるように翼フレーム２８を設けることが好適である。翼フレーム２８は、機体フレーム２４から延設される支持フレーム２６によって機体フレーム２４に固定される。翼フレーム２８には、ベアリング２２が固定される。ベアリング２２には、後述する回転翼１０４の翼軸４０が取り付けられる。ベアリング２２は、回転翼１０４が翼軸４０を中心に機体１０２に対して回転可能に支持する。
【００２７】
ここで、左右の回転翼１０４は、それぞれ独立に回転可能に支持することが好適である。これによって、一方の回転翼１０４が何らかの影響で止まってしまった場合であっても、他方の回転翼１０４によって揚力をある程度得ることができ、急激な落下等を防ぐことができる。勿論、左右の回転翼１０４の一体に回転するように支持してもよい。
【００２８】
回転翼１０４は、図５の部分斜視図に示すように、翼軸４０、構造フレーム４２、外枠４４、翼面４６、リング部４８及び円盤部材５０を含んで構成される。
【００２９】
翼軸４０、構造フレーム４２、外枠４４及びリング部４８は、軽量かつ構造的強度に優れた材料とすることが好適である。例えば、木材、紙、カーボンファイバ、グラスファイバ等の繊維素材、チタン、アルミ等の軽量金属材料を用いることが好適である。また、翼面４６及び円盤部材５０は、軽量なフィルム素材で構成することが好適である。ただし、フィルム素材でなくともよく、板材等であってもよい。
【００３０】
翼軸４０は、回転翼１０４を機械的に支持する構造体である。翼軸４０は、機体１０２の翼フレーム２８に設けられたベアリング２２に取り付けられ、機体１０２に対して翼軸４０を中心に回転翼１０４を回転可能とする。材料及び形状を調整して、回転翼１０４から得られる揚力に対して回転翼飛行体１００の重心位置が自動的に調整されるようにしておくことが好適である。例えば、翼軸４０に弾性を持たせておくことによって、回転翼１０４から得られる揚力に対して回転翼飛行体１００の重心位置が自動的に調整されるようにしておくことが好適である。
【００３１】
翼軸４０には、構造フレーム４２及び外枠４４が設けられる。構造フレーム４２は、翼軸４０から放射状に延設される。構造フレーム４２は、回転翼１０４の翼面４６の形状を画定する。外枠４４は、構造フレーム４２の端部を接続するように設けられ、構造フレーム４２と共に回転翼１０４の外形を画定する。
【００３２】
構造フレーム４２及び外枠４４の形状に沿って翼面４６が形成される。翼面４６は、回転翼飛行体１００の飛行に伴った空気抵抗によって回転翼１０４が翼軸４０を中心に回転するように構成される。
【００３３】
例えば、図１、図２及び図５に示すように、Ｓ字状に形成した構造フレーム４２を翼軸４０に並べて取り付け、構造フレーム４２の曲面に沿った翼面４６を形成する。このような回転翼１０４を、図２に示すように、機体１０２の上部において進行方向の逆方向に凸となり、下部が進行方向に凸となるように取り付ける。これにより、回転翼飛行体１００が図１の進行方向Ａに向けて飛行すると、進行方向Ａに対して逆向きに凸となる上部の空気抵抗は進行方向Ａに対して凸となる下部の空気抵抗よりも大きくなり、図２の回転方向Ｂで示すように、上部が進行方向の逆方向かつ下部が進行方向に向けて回転する。
【００３４】
また、例えば、図６の全体側面図及び図７の拡大図に示すように、直線上に形成した構造フレーム４２を翼軸４０に並べて取り付け、構造フレーム４２に沿った平板状の翼面４６を形成し、その翼面４６の端部の外枠４４を折曲げた構造としてもよい。このような回転翼１０４を、図６に示すように、構造フレーム４２の重心が翼軸４０に位置し、機体１０２の上部において進行方向に外枠４４が折曲げられ、下部において進行方向の逆向きに外枠４４が折曲げられた構造となるように取り付ける。これにより、回転翼飛行体１００が進行方向に向けて飛行すると、進行方向に対して折曲げられた外枠４４を有する上部の空気抵抗は進行方向に対して逆向きに折曲げられた下部の空気抵抗よりも大きくなり、上部が進行方向の逆方向かつ下部が進行方向に向けて回転する。
【００３５】
また、回転翼１０４の構造フレーム４２は、その形状を変形可能としてもよい。例えば、図８に示すように、構造フレーム４２を弾性のある部材で構成し、ガイドリング４２ａを通して構造フレーム４２の端部４２ｂに接続されたワイヤ４２ｃを設ける。機体１０２にワイヤ４２ｃの張力を調整するためのモータ等を搭載し、ワイヤ４２ｃを引く張力を調整することを可能とすることによって構造フレーム４２の曲がり具合を調節することができる。構造フレーム４２の形状は回転翼１０４の外形を画定するので、これによって回転翼１０４の形状を変化させることができる。また、翼軸４０を伸縮可能とする機構を設けてもよい。例えば、図１３の断面図及び図１４の斜視図に示すように、翼軸４０を径の異なる複数の円筒部材４０ａ〜４０ｃとし、それらを入れ子状に組み合わせることによって翼軸４０の長さを調整可能とすることができる。翼軸４０の長さの調整は、機械的に行ってもよいし、手動で行ってもよい。このように回転翼１０４の翼軸４０を伸縮可能とすることによって、回転翼飛行体１００の収納性を高めることができる等の利点がある。
【００３６】
このように、構造フレーム４２の形状を変更可能とすることによって、回転翼１０４で得られる揚力の大きさや回転翼飛行体１００の重心バランス等を調整することができる。これによって、回転翼飛行体１００の飛行速度や飛行状況に応じて、回転翼飛行体１００の飛行特性を必要に応じて適宜調整することが可能となる。通常の翼形状や、平らに近い形状にして収納性を高めることができる。
【００３７】
また、図１２に示すように、回転翼１０４は翼軸４０の周りの分岐数をさらに増やしてもよい。図１２（ａ）では、翼軸４０の周りに回転翼１０４が３方向に広がるように配置した例を示し、図１２（ｂ）では、翼軸４０の周りに回転翼１０４が４方向に広がるように配置した例を示している。このような構成であっても、同様に揚力を得ることができる。
【００３８】
さらに、回転翼１０４には、図１，図５，図６及び図７に示すように、リング部４８を設けることも好適である。リング部４８は、回転翼１０４の端部又は途中に機体１０２の進行方向に略平行に配置されたリング形状の部材である。このように、回転翼１０４の回転軸となる翼軸４０の周囲にリング部４８を設けることによって、回転翼１０４が翼軸４０を中心に回転した際にジャイロ効果によって回転翼１０４の軸ぶれを抑制することができる。これによって、回転翼１０４の回転効率が向上し、同じ空気抵抗を受けた際の回転数も増加して、回転翼１０４による揚力の発生効率を向上させることができる。
【００３９】
なお、リング部４８は、図１０に示すように、リング形状以外の部材としてもよい。例えば、図１０（ａ）のように錘４８ａを設けたり、図１０（ｂ）のように、リング部の一部を欠いた断続形状部４８ｂとしたり、図１０（ｃ）のように回転翼１０４の端部４８ｃ自体を重くしたりすることによっても回転翼１０４の軸ぶれを抑制することができる。
【００４０】
例えば、図１１（ａ）に示すように、回転翼１０４の一部に羽根４８ｄを形成したり、ジャイロ効果を強めるようにしても同様に安定性を増すことができる。また、翼軸４０や回転翼１０４に十分な強度があれば、必ずしもスタビライザは必要ではない。
【００４１】
また、図１，図５，図６及び図７に示すように、回転翼１０４の端部又は途中に機体１０２の進行方向に略平行に配置された円盤部材５０を設けることも好適である。円盤部材５０は、リング部４８にフィルム素材を張った構造としてもよい。このように、円盤部材５０を設けることによって、回転翼１０４の端部又は途中に生ずるトレーリングボルテックス等の空気抵抗を抑制することができる。これによって、機体１０２を後ろへ引く力を軽減し、同じ推力でも効果的に前進できる。また、回転翼１０４の回転効率が向上し、同じ向かい風を受けた際の回転数も増加して、回転翼１０４による揚力の発生効率を向上させることができる。なお、本実施の形態では円盤部材５０は円盤状としたが、楕円盤状等であってもよい。
【００４２】
同様の効果を得るために、図９に示すように、回転翼１０４の端部の幅を徐々に狭めた構造としてもよい。このような構造としても、回転翼１０４の端部に生ずるトレーリングボルテックスを抑制することができる。
【００４３】
回転翼飛行体１００の飛行時には、図１に示すように、回転翼１０４に対する空気抵抗の中心位置Ｃより、機体１０２に対する空気抵抗の中心位置Ｄが低い位置に維持される。例えば、左右の回転翼１０４の長さＬをそれぞれ５００ｍｍとした場合、回転翼飛行体１００の飛行時において回転翼１０４の端部と機体１０２の空気抵抗の中心位置Ｄとの鉛直方向の距離Ｈは１５０ｍｍ〜２００ｍｍ程度に調整することが好適である。
【００４４】
ただし、回転翼１０４の長さＬはこれに限定されるものではない。例えば、長さＬは１０ｍｍ〜１２００ｍｍとしても問題なく揚力を発生させることができる。このように、小型な回転翼飛行体１００であれば、比較的安価に作成することができる。例えば、軽さ、安定性、速度の遅さ、操作容易性を兼ね備えた安全な飛行玩具等として応用することができる。
【００４５】
このように構成することによって、飛行時に回転翼１０４が回転した際も機体１０２と回転翼１０４とが安定した飛行姿勢を維持することが可能となる。
【００４６】
なお、回転翼飛行体１００の回転翼１０４の回転を止める構造を設けてもよい。例えば、翼フレーム２８に設けるベアリング２２の回転を止める構造を設け、制御部１２によってベアリング２２を回転又は固定に切り換えることを可能とする。これによって、回転翼１０４を回転させる通常の飛行と、回転翼１０４を通常翼に変形し、固定させた飛行とを切り換えて行うことができる。また、回転軸２０に発電機構等を備えておけば、飛行中、滑空中、停止中の風のある時等に、発電や充電を行うことができる。
【００４７】
本実施の形態における回転翼飛行体１００は、上記の飛行玩具の他に、低速飛行性、安定性、操縦の容易性、可変翼、軽量性、水平を保持したままの上昇、巡航、下降、推進力を失った際の安全性、災害時の観測用飛行体、大気のある天体での宇宙開発用飛行体、遊覧用飛行体、飛行船等からの脱出用飛行体、低公害な飛行体、昆虫サイズの微小飛行体として利用することができる可能性がある。
【符号の説明】
【００４８】
１０（１０ａ，１０ｂ） プロペラ、１２ 制御部、１４（１４ａ，１４ｂ） 駆動モータ、１６，１８（１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ） 歯車、２０（２０ａ，２０ｂ） 回転軸、２２ ベアリング、２４ 機体フレーム、２６ 支持フレーム、２８ 翼フレーム、４０ 翼軸、４２ 構造フレーム、４２ａ ガイドリング、４２ｂ 端部、４２ｃ ワイヤ、４４ 外枠、４６ 翼面、４８ リング部、５０ 円盤部材、１００ 回転翼飛行体、１０２ 機体、１０４ 回転翼。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転翼飛行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでに実用化されている翼を有する飛行体は、主翼が機体に対して固定され機体が前進することによって揚力を発生させ飛行する固定翼飛行体と、１個以上の回転する翼によって揚力を発生させ飛行する回転翼飛行体とに分類される。回転翼飛行体としては、鉛直方向の軸に対して翼を公転させて揚力を得るヘリコプターやオートジャイロ等が広く利用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
固定翼飛行体は、主翼が機体に固定されているため、上昇又は下降の際に主翼が受ける空気の流れを変えるためには機体も進行方向に対して傾いてしまう。
【０００４】
一方、ヘリコプターやオートジャイロのように鉛直方向の軸に対して翼を公転させて揚力を得る回転翼飛行体では、上昇又は下降の際に機体自体を水平に維持することが可能である。しかしながら、ヘリコプターやオートジャイロのように鉛直方向の軸に対して翼を公転させて揚力を得る回転翼飛行体は、緊急時等において回転動力が停止した際に動力なしで滑空することができず安全上の問題が発生する場合がある。
【０００５】
例えば、推進力がなくなった場合には舵等で方向が制御することができ、舵がとれなくなった場合であっても、機体を自然に水平に保ったまま滑空し、着陸できる飛行体であれば従来より安全な飛行が可能となる。
【０００６】
本発明は、従来の固定翼飛行体や回転翼飛行体では得られなかった機体の水平維持及び滑空等を同時に実現できる回転翼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】
本発明の１つの態様は、回転翼飛行体であって、機体と、飛行時の進行方向に対して翼軸が横向きに配置され、飛行時に前記翼軸を中心に回転する回転翼と、を備え、前記回転翼は、飛行に伴った空気抵抗によって回転することを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記回転翼は、飛行姿勢において、空気抵抗によって、上部が進行方向の逆方向かつ下部が進行方向に向けて回転する構造を有することが好適である。
【０００９】
また、前記回転翼は、回転中に上部が進行方向の逆方向に凸となり、下部が進行方向に凸となるＳ字形状を有することが好適である。
【００１０】
また、前記回転翼は、機体の進行方向に略平行に配置されたリング部を備えることが好適である。
【００１１】
また、前記回転翼は、機体の進行方向に略平行に配置された円盤状又は楕円盤状の部材を備えることが好適である。
【００１２】
また、前記回転翼は、その形状を変形可能であることが好適である。
【００１３】
また、飛行時において、前記回転翼が生み出す揚力の中心位置より、前記機体の重心の中心位置が低い位置に維持されることが好適である。
【００１４】
また、飛行時において、前記回転翼に対する前記機体の重心位置が自動的に調整されることが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、従来の固定翼飛行体や回転翼飛行体では得られなかった機体の水平維持及び滑空等を同時に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態における回転翼飛行体の構成を示す正面全体図である。
【図２】本発明の実施の形態における回転翼飛行体の構成を示す側面全体図である。
【図３】本発明の実施の形態における機体の構成を示す拡大正面図である。
【図４】本発明の実施の形態における機体の構成を示す拡大側面図である。
【図５】本発明の実施の形態における回転翼の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態における回転翼飛行体の別例の構成を示す側面全体図である。
【図７】本発明の実施の形態における回転翼の別例の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態における変形可能な回転翼の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態における回転翼の別例の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態における回転翼の別例の構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態における回転翼の別例の構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態における回転翼の別例の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態における伸縮式の回転翼の構成を示す断面図である。
【図１４】発明の実施の形態における伸縮式の回転翼の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施の形態における回転翼飛行体１００は、図１の正面全体図及び図２の側面全体図に示すように、機体１０２及び回転翼１０４を含んで構成される。また、図３及び図４に、機体１０２の拡大正面図及び拡大側面図を示す。また、図４に、回転翼１０４の拡大図を示す。なお、図２では、機体１０２の構成を明確に示すために回転翼１０４を破線で示している。
【００１８】
本実施の形態における回転翼飛行体１００は、図１に示すように、機体１０２の進行方向Ａに対して横方向に広がる回転翼１０４を機体１０２の両側に備える。回転翼１０４は、機体１０２に対して翼軸４０を中心に自転可能に取り付けられており、回転翼飛行体１００の飛行に伴って図２の回転方向Ｂに自転することによって揚力を生み出す。
【００１９】
これまでの固定翼飛行体や回転翼飛行体では、翼面の空気抵抗をなるべく少なくして気圧差を発生させることによって揚力を生み出すが、本実施の形態における回転翼飛行体１００は、風力抵抗を利用して揚力を生み出すものである。すなわち、空気抵抗により回転翼１０４が回転し、進行方向に対して上向き又は下向きの力を発生させる。このような、回転翼飛行体１００は、他の飛行形態の飛行体よりも浮遊感のある飛行を可能とする。これを応用して、車両等のためにダウンフォースを生み出すことも可能である。
【００２０】
機体１０２は、回転翼飛行体１００の重心バランスを取ると共に、推進力を発生させる。機体１０２は、プロペラ１０ａ，１０ｂ、制御部１２、駆動モータ１４ａ，１４ｂ、歯車１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ、回転軸２０ａ，２０ｂ、ベアリング２２、機体フレーム２４、支持フレーム２６及び翼フレーム２８を含んで構成される。
【００２１】
機体１０２の構造部材となるプロペラ１０ａ，１０ｂ、回転軸２０ａ，２０ｂ、ベアリング２２、機体フレーム２４、支持フレーム２６及び翼フレーム２８は、軽量かつ構造的強度に優れた材料とすることが好適である。例えば、木材、紙、カーボンファイバ、グラスファイバ等の繊維素材、チタン、アルミ等の軽量金属材料を用いることが好適である。
【００２２】
機体１０２の各構成部は機体フレーム２４に搭載される。機体フレーム２４は、板状の部材であり、機体１０２の底部に配置される。回転軸２０ａは円筒形状を有しており、回転軸２０ａ内に回転軸２０ｂがその先端を露出するように同軸に挿入される。回転軸２０ａ，２０ｂは機体１０２の進行方向Ａに沿って前後方向に延設される。プロペラ１０ａは、回転軸２０ａの一端の周に取り付けられる。本実施の形態では、プロペラ１０ａは、機体１０２の回転翼飛行体１００の進行方向の後方側に等角度で３枚設けられる。回転軸２０ａの他端の周には歯車１６ａが取り付けられる。歯車１６ａは、駆動モータ１４ａの回転軸に取り付けられた歯車１８ａに係合し、回転軸２０ａを介して駆動モータ１４ａの回転をプロペラ１０ａに伝達する。プロペラ１０ｂは、回転軸２０ｂの一端の周に取り付けられる。本実施の形態では、プロペラ１０ｂは、機体１０２の回転翼飛行体１００の進行方向の後方に等角度で３枚設けられる。回転軸２０ｂの他端の周には歯車１６ｂが取り付けられる。歯車１６ｂは、駆動モータ１４ｂの回転軸に取り付けられた歯車１８ｂに係合し、回転軸２０ｂを介して駆動モータ１４ｂの回転をプロペラ１０ｂに伝達する。
【００２３】
プロペラ１０ｂの回転方向はプロペラ１０ａとは逆方向とすることによって、プロペラ１０ａ，１０ｂによって機体１０２に掛る回転力を打ち消し合わせることができ、回転翼飛行体１００の飛行姿勢を安定に保つことができる。また、回転軸２０ａを回転させる駆動手段（モータ等）を搭載し、プロペラの回転を別々に制御し、機体１０２に意図的に回転力を伝えることで、機体１０２の姿勢（傾き）を変えることができる。これにより、舵を必要とせずに方向転換をすることが可能となる。
【００２４】
なお、本実施の形態では、プロペラ１０ａ，１０ｂはそれぞれ３枚ずつ設けたが、これに限定されるものではなく、回転翼飛行体１００に必要な推進力等に応じて変更してもよい。また、プロペラ１０ａ，１０ｂは回転翼飛行体１００の後方に位置させたが、これに限定されるものではなく、回転翼飛行体１００に必要な推進力が得られ、重心のバランスがとれる位置であればよい。また、回転軸２０ａ，２０ｂを同軸に配置する構成としたが、これに限定されるものではなく、２軸構造としてもよい。例えば、機体１０２の前方に配置してもよいし、機体１０２に左右に並べて配置してもよい。
【００２５】
制御部１２は、回転翼飛行体１００の飛行を制御する。制御部１２は、機体フレーム２４に搭載される。例えば、制御部１２は、無線受信システムを備え、ユーザが無線コントローラ（図示しない）を用いて発する制御信号を受けて、駆動モータ１４ａ，１４ｂの回転速度を制御する制御信号を生成して出力する。また、駆動モータ１４ａ，１４ｂを駆動するためのバッテリーを備えてもよい。
【００２６】
さらに、機体１０２には、回転翼１０４及び回転翼１０４のベアリング２２を支持するための翼フレーム２８が設けられる。翼フレーム２８は、回転翼飛行体１００の進行方向に対して横向きに、機体１０２に対する回転翼１０４の取り付け角度に応じた角度で延設される。具体的には、水平方向に対して回転翼１０４の両翼端部に向かって僅かに上向きとなるように翼フレーム２８を設けることが好適である。翼フレーム２８は、機体フレーム２４から延設される支持フレーム２６によって機体フレーム２４に固定される。翼フレーム２８には、ベアリング２２が固定される。ベアリング２２には、後述する回転翼１０４の翼軸４０が取り付けられる。ベアリング２２は、回転翼１０４が翼軸４０を中心に機体１０２に対して回転可能に支持する。
【００２７】
ここで、左右の回転翼１０４は、それぞれ独立に回転可能に支持することが好適である。これによって、一方の回転翼１０４が何らかの影響で止まってしまった場合であっても、他方の回転翼１０４によって揚力をある程度得ることができ、急激な落下等を防ぐことができる。勿論、左右の回転翼１０４の一体に回転するように支持してもよい。
【００２８】
回転翼１０４は、図５の部分斜視図に示すように、翼軸４０、構造フレーム４２、外枠４４、翼面４６、リング部４８及び円盤部材５０を含んで構成される。
【００２９】
翼軸４０、構造フレーム４２、外枠４４及びリング部４８は、軽量かつ構造的強度に優れた材料とすることが好適である。例えば、木材、紙、カーボンファイバ、グラスファイバ等の繊維素材、チタン、アルミ等の軽量金属材料を用いることが好適である。また、翼面４６及び円盤部材５０は、軽量なフィルム素材で構成することが好適である。ただし、フィルム素材でなくともよく、板材等であってもよい。
【００３０】
翼軸４０は、回転翼１０４を機械的に支持する構造体である。翼軸４０は、機体１０２の翼フレーム２８に設けられたベアリング２２に取り付けられ、機体１０２に対して翼軸４０を中心に回転翼１０４を回転可能とする。材料及び形状を調整して、回転翼１０４から得られる揚力に対して回転翼飛行体１００の重心位置が自動的に調整されるようにしておくことが好適である。例えば、翼軸４０に弾性を持たせておくことによって、回転翼１０４から得られる揚力に対して回転翼飛行体１００の重心位置が自動的に調整されるようにしておくことが好適である。
【００３１】
翼軸４０には、構造フレーム４２及び外枠４４が設けられる。構造フレーム４２は、翼軸４０から放射状に延設される。構造フレーム４２は、回転翼１０４の翼面４６の形状を画定する。外枠４４は、構造フレーム４２の端部を接続するように設けられ、構造フレーム４２と共に回転翼１０４の外形を画定する。
【００３２】
構造フレーム４２及び外枠４４の形状に沿って翼面４６が形成される。翼面４６は、回転翼飛行体１００の飛行に伴った空気抵抗によって回転翼１０４が翼軸４０を中心に回転するように構成される。
【００３３】
例えば、図１、図２及び図５に示すように、Ｓ字状に形成した構造フレーム４２を翼軸４０に並べて取り付け、構造フレーム４２の曲面に沿った翼面４６を形成する。このような回転翼１０４を、図２に示すように、機体１０２の上部において進行方向の逆方向に凸となり、下部が進行方向に凸となるように取り付ける。これにより、回転翼飛行体１００が図１の進行方向Ａに向けて飛行すると、進行方向Ａに対して逆向きに凸となる上部の空気抵抗は進行方向Ａに対して凸となる下部の空気抵抗よりも大きくなり、図２の回転方向Ｂで示すように、上部が進行方向の逆方向かつ下部が進行方向に向けて回転する。
【００３４】
また、例えば、図６の全体側面図及び図７の拡大図に示すように、直線上に形成した構造フレーム４２を翼軸４０に並べて取り付け、構造フレーム４２に沿った平板状の翼面４６を形成し、その翼面４６の端部の外枠４４を折曲げた構造としてもよい。このような回転翼１０４を、図６に示すように、構造フレーム４２の重心が翼軸４０に位置し、機体１０２の上部において進行方向に外枠４４が折曲げられ、下部において進行方向の逆向きに外枠４４が折曲げられた構造となるように取り付ける。これにより、回転翼飛行体１００が進行方向に向けて飛行すると、進行方向に対して折曲げられた外枠４４を有する上部の空気抵抗は進行方向に対して逆向きに折曲げられた下部の空気抵抗よりも大きくなり、上部が進行方向の逆方向かつ下部が進行方向に向けて回転する。
【００３５】
また、回転翼１０４の構造フレーム４２は、その形状を変形可能としてもよい。例えば、図８に示すように、構造フレーム４２を弾性のある部材で構成し、ガイドリング４２ａを通して構造フレーム４２の端部４２ｂに接続されたワイヤ４２ｃを設ける。機体１０２にワイヤ４２ｃの張力を調整するためのモータ等を搭載し、ワイヤ４２ｃを引く張力を調整することを可能とすることによって構造フレーム４２の曲がり具合を調節することができる。構造フレーム４２の形状は回転翼１０４の外形を画定するので、これによって回転翼１０４の形状を変化させることができる。また、翼軸４０を伸縮可能とする機構を設けてもよい。例えば、図１３の断面図及び図１４の斜視図に示すように、翼軸４０を径の異なる複数の円筒部材４０ａ〜４０ｃとし、それらを入れ子状に組み合わせることによって翼軸４０の長さを調整可能とすることができる。翼軸４０の長さの調整は、機械的に行ってもよいし、手動で行ってもよい。このように回転翼１０４の翼軸４０を伸縮可能とすることによって、回転翼飛行体１００の収納性を高めることができる等の利点がある。
【００３６】
このように、構造フレーム４２の形状を変更可能とすることによって、回転翼１０４で得られる揚力の大きさや回転翼飛行体１００の重心バランス等を調整することができる。これによって、回転翼飛行体１００の飛行速度や飛行状況に応じて、回転翼飛行体１００の飛行特性を必要に応じて適宜調整することが可能となる。通常の翼形状や、平らに近い形状にして収納性を高めることができる。
【００３７】
また、図１２に示すように、回転翼１０４は翼軸４０の周りの分岐数をさらに増やしてもよい。図１２（ａ）では、翼軸４０の周りに回転翼１０４が３方向に広がるように配置した例を示し、図１２（ｂ）では、翼軸４０の周りに回転翼１０４が４方向に広がるように配置した例を示している。このような構成であっても、同様に揚力を得ることができる。
【００３８】
さらに、回転翼１０４には、図１，図５，図６及び図７に示すように、リング部４８を設けることも好適である。リング部４８は、回転翼１０４の端部又は途中に機体１０２の進行方向に略平行に配置されたリング形状の部材である。このように、回転翼１０４の回転軸となる翼軸４０の周囲にリング部４８を設けることによって、回転翼１０４が翼軸４０を中心に回転した際にジャイロ効果によって回転翼１０４の軸ぶれを抑制することができる。これによって、回転翼１０４の回転効率が向上し、同じ空気抵抗を受けた際の回転数も増加して、回転翼１０４による揚力の発生効率を向上させることができる。
【００３９】
なお、リング部４８は、図１０に示すように、リング形状以外の部材としてもよい。例えば、図１０（ａ）のように錘４８ａを設けたり、図１０（ｂ）のように、リング部の一部を欠いた断続形状部４８ｂとしたり、図１０（ｃ）のように回転翼１０４の端部４８ｃ自体を重くしたりすることによっても回転翼１０４の軸ぶれを抑制することができる。
【００４０】
例えば、図１１（ａ）に示すように、回転翼１０４の一部に羽根４８ｄを形成したり、ジャイロ効果を強めるようにしても同様に安定性を増すことができる。また、翼軸４０や回転翼１０４に十分な強度があれば、必ずしもスタビライザは必要ではない。
【００４１】
また、図１，図５，図６及び図７に示すように、回転翼１０４の端部又は途中に機体１０２の進行方向に略平行に配置された円盤部材５０を設けることも好適である。円盤部材５０は、リング部４８にフィルム素材を張った構造としてもよい。このように、円盤部材５０を設けることによって、回転翼１０４の端部又は途中に生ずるトレーリングボルテックス等の空気抵抗を抑制することができる。これによって、機体１０２を後ろへ引く力を軽減し、同じ推力でも効果的に前進できる。また、回転翼１０４の回転効率が向上し、同じ向かい風を受けた際の回転数も増加して、回転翼１０４による揚力の発生効率を向上させることができる。なお、本実施の形態では円盤部材５０は円盤状としたが、楕円盤状等であってもよい。
【００４２】
同様の効果を得るために、図９に示すように、回転翼１０４の端部の幅を徐々に狭めた構造としてもよい。このような構造としても、回転翼１０４の端部に生ずるトレーリングボルテックスを抑制することができる。
【００４３】
回転翼飛行体１００の飛行時には、図１に示すように、回転翼１０４に対する空気抵抗の中心位置Ｃより、機体１０２に対する空気抵抗の中心位置Ｄが低い位置に維持される。例えば、左右の回転翼１０４の長さＬをそれぞれ５００ｍｍとした場合、回転翼飛行体１００の飛行時において回転翼１０４の端部と機体１０２の空気抵抗の中心位置Ｄとの鉛直方向の距離Ｈは１５０ｍｍ〜２００ｍｍ程度に調整することが好適である。
【００４４】
ただし、回転翼１０４の長さＬはこれに限定されるものではない。例えば、長さＬは１０ｍｍ〜１２００ｍｍとしても問題なく揚力を発生させることができる。このように、小型な回転翼飛行体１００であれば、比較的安価に作成することができる。例えば、軽さ、安定性、速度の遅さ、操作容易性を兼ね備えた安全な飛行玩具等として応用することができる。
【００４５】
このように構成することによって、飛行時に回転翼１０４が回転した際も機体１０２と回転翼１０４とが安定した飛行姿勢を維持することが可能となる。
【００４６】
なお、回転翼飛行体１００の回転翼１０４の回転を止める構造を設けてもよい。例えば、翼フレーム２８に設けるベアリング２２の回転を止める構造を設け、制御部１２によってベアリング２２を回転又は固定に切り換えることを可能とする。これによって、回転翼１０４を回転させる通常の飛行と、回転翼１０４を通常翼に変形し、固定させた飛行とを切り換えて行うことができる。また、回転軸２０に発電機構等を備えておけば、飛行中、滑空中、停止中の風のある時等に、発電や充電を行うことができる。
【００４７】
本実施の形態における回転翼飛行体１００は、上記の飛行玩具の他に、低速飛行性、安定性、操縦の容易性、可変翼、軽量性、水平を保持したままの上昇、巡航、下降、推進力を失った際の安全性、災害時の観測用飛行体、大気のある天体での宇宙開発用飛行体、遊覧用飛行体、飛行船等からの脱出用飛行体、低公害な飛行体、昆虫サイズの微小飛行体として利用することができる可能性がある。
【符号の説明】
【００４８】
１０（１０ａ，１０ｂ） プロペラ、１２ 制御部、１４（１４ａ，１４ｂ） 駆動モータ、１６，１８（１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ） 歯車、２０（２０ａ，２０ｂ） 回転軸、２２ ベアリング、２４ 機体フレーム、２６ 支持フレーム、２８ 翼フレーム、４０ 翼軸、４２ 構造フレーム、４２ａ ガイドリング、４２ｂ 端部、４２ｃ ワイヤ、４４ 外枠、４６ 翼面、４８ リング部、５０ 円盤部材、１００ 回転翼飛行体、１０２ 機体、１０４ 回転翼。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転翼飛行体であって、
機体と、
飛行時の進行方向に対して翼軸が横向きに配置され、飛行時に前記翼軸を中心に回転する回転翼と、を備え、
前記回転翼は、飛行に伴った空気抵抗によって回転することを特徴とする回転翼飛行体。
【請求項２】
請求項１に記載の回転翼飛行体であって、
前記回転翼は、飛行姿勢において、空気抵抗によって、上部が進行方向の逆方向かつ下部が進行方向に向けて回転する構造を有することを特徴とする回転翼飛行体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転翼飛行体であって、
前記回転翼は、回転中に上部が進行方向の逆方向に凸となり、下部が進行方向に凸となるＳ字形状を有することを特徴とする回転翼飛行体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転翼飛行体であって、
前記回転翼は、機体の進行方向に略平行に配置されたリング部を備えることを特徴とする回転翼飛行体。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転翼飛行体であって、
前記回転翼は、機体の進行方向に略平行に配置された円盤状又は楕円盤状の部材を備えることを特徴とする回転翼飛行体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載に回転翼飛行体であって、
前記回転翼は、その形状を変形可能であることを特徴とする回転翼飛行体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の回転翼飛行体であって、
飛行時において、前記回転翼に対する空気抵抗の中心位置より、前記機体に対する空気抵抗の中心位置が低い位置に維持されることを特徴とする回転翼飛行体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の回転翼飛行体であって、
飛行時において、前記回転翼に対する前記機体の重心位置が自動的に調整されることを特徴とする回転翼飛行体。
【請求項１】
回転翼飛行体であって、
機体と、
飛行時の進行方向に対して翼軸が横向きに配置され、飛行時に前記翼軸を中心に回転する回転翼と、を備え、
前記回転翼は、飛行に伴った空気抵抗によって回転することを特徴とする回転翼飛行体。
【請求項２】
請求項１に記載の回転翼飛行体であって、
前記回転翼は、飛行姿勢において、空気抵抗によって、上部が進行方向の逆方向かつ下部が進行方向に向けて回転する構造を有することを特徴とする回転翼飛行体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転翼飛行体であって、
前記回転翼は、回転中に上部が進行方向の逆方向に凸となり、下部が進行方向に凸となるＳ字形状を有することを特徴とする回転翼飛行体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転翼飛行体であって、
前記回転翼は、機体の進行方向に略平行に配置されたリング部を備えることを特徴とする回転翼飛行体。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転翼飛行体であって、
前記回転翼は、機体の進行方向に略平行に配置された円盤状又は楕円盤状の部材を備えることを特徴とする回転翼飛行体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載に回転翼飛行体であって、
前記回転翼は、その形状を変形可能であることを特徴とする回転翼飛行体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の回転翼飛行体であって、
飛行時において、前記回転翼に対する空気抵抗の中心位置より、前記機体に対する空気抵抗の中心位置が低い位置に維持されることを特徴とする回転翼飛行体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の回転翼飛行体であって、
飛行時において、前記回転翼に対する前記機体の重心位置が自動的に調整されることを特徴とする回転翼飛行体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−４６２１８（Ｐ２０１１−４６２１８Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９４１１７（Ｐ２００９−１９４１１７）
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者：多摩美術大学美術学部生産プロダクト研究室 刊行物名：『Ｔａｍａ Ａｒｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｒａｄｕａｔｉｏｎ Ｗｏｒｋｓ ２００９（多摩美術大学美術学部生産デザイン学科プロダクトデザイン専攻 卒業制作２００９）』該当頁：１１７頁〜１２０頁 発行日：平成２１年３月６日
【出願人】（５０９２３９５０９）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者：多摩美術大学美術学部生産プロダクト研究室 刊行物名：『Ｔａｍａ Ａｒｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｒａｄｕａｔｉｏｎ Ｗｏｒｋｓ ２００９（多摩美術大学美術学部生産デザイン学科プロダクトデザイン専攻 卒業制作２００９）』該当頁：１１７頁〜１２０頁 発行日：平成２１年３月６日
【出願人】（５０９２３９５０９）
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