飛行体
【課題】ロータの支点を固定して、揚力を鉛直上向きに安定保持することができ、ロータからの気流（ダウンフロー）を対称にして定点保持や姿勢制御を容易にし、操作性を向上させることができ、操縦に熟練を必要とせず、初心者でも簡便に操縦することができ、簡素な構成でロータや機体を障害物などから保護して破損を防止することができ、軽量で省エネルギー性、飛行安定性、取扱い性、安全性に優れた飛行体の提供。
【解決手段】機体の外周に放射状に配設された複数のアームと、複数のアームの長手方向の途中に配設されたロータと、各々のアームのロータの取付位置から少なくともロータのロータブレードの先端外周位置まで延設された延設部と、を備えている。
【解決手段】機体の外周に放射状に配設された複数のアームと、複数のアームの長手方向の途中に配設されたロータと、各々のアームのロータの取付位置から少なくともロータのロータブレードの先端外周位置まで延設された延設部と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のロータによって浮力、推進力を得ることができ、特に、上空からの写真撮影、測量、農薬散布などに使用する産業用無人ヘリコプタや上空からの偵察、監視、追跡用として好適に用いることができる飛行体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、垂直軸まわりに回転駆動される揚力発生用のロータを備えるヘリコプタ、すなわち垂直離着陸航空機については、定点保持や姿勢制御などの操作には熟練を要していた。また、ロータに故障等が発生した際に、安全に飛行を継続することや着陸を行うことは、極めて困難であった。
これらの問題点を解決するために、例えば、（特許文献１）には、「上下方向の通風を可能とした機枠の周辺部に、複数の揚力発生用プロペラユニットを配設し、いずれか１つの揚力発生用プロペラユニットが作動不能となった際、他の異状のない揚力発生用プロペラユニットを、作動不能となった揚力発生用プロペラユニットに近付けることにより、機全体としての総合的な揚力の中心線を、機の重心を通る垂直線に接近もしくは一致させるようにしたことを特徴とする垂直離着陸航空機。」が開示されている。
尚、（特許文献１）は、有人の垂直離着陸航空機に関する発明であるが、前述の問題点は、機体の大小や有人、無人に関わらず、共通に発生する問題である。
特に、近年では、航空写真の撮影、上空からの各種測量、農場などにおける農薬散布等のために遠隔操縦で作業が可能な産業用無人ヘリコプタが使用されており、強風時の飛行安定性、操作性や安全性の向上が強く望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３７０６９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）では、複数の揚力発生用プロペラユニットを有することにより、いずれか１つの揚力発生用プロペラユニットが作動不能となった際に、他の異状のない揚力発生用プロペラユニットで揚力中心の変位を補償することができるが、揚力発生用プロペラユニットが機枠の周辺部に配設されているため、面外への捩れや振動が発生し易く、揚力発生用プロペラユニットの位置がぶれて、揚力を鉛直上向きに安定して保持することが困難で、姿勢の安定性に欠けるという課題を有していた。
（２）また、機枠の内と外で、気流（ダウンフロー）が非対称になって、外側の気流を内側に巻き込み、姿勢制御が困難で、操作性が低下し易いという課題を有していた。
（３）さらに、中央のハブと機枠の環状レールとの間を腕杆で連結するだけでは、揚力発生用プロペラユニットの質量によって周辺部（環状レール）が撓み易く、これを低減するためには腕杆を強固に補強しなければならず、質量が増加して、飛行時の省エネルギー性を低下させるという課題を有していた。
（４）揚力発生用プロペラユニットのエンジンが機枠の環状レールに固定され、揚力発生用プロペラが機枠の外周よりも外方に突出しているので、飛行時に揚力発生用プロペラが木の枝、送電線、建物などの障害物に直接接触して破損し易く、耐久性、取扱い性、安全性に欠けるという課題を有していた。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するもので、ロータの支点を固定して、揚力を鉛直上向きに安定保持することができ、ロータからの気流（ダウンフロー）を対称にして定点保持や姿勢制御を容易にし、操作性を向上させることができ、操縦に熟練を必要とせず、初心者でも簡便に操縦することができ、簡素な構成でロータや機体を障害物などから保護して破損を防止することができ、軽量で省エネルギー性、飛行安定性、取扱い性、安全性に優れた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】
【０００６】
上記従来の課題を解決するために本発明の飛行体は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の飛行体は、機体に複数のロータが配設された飛行体であって、前記機体の外周に放射状に配設された複数のアームと、複数の前記アームの長手方向の途中に配設された前記ロータと、各々の前記アームの前記ロータの取付位置から少なくとも前記ロータのロータブレードの先端外周位置まで延設された延設部と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）機体の外周に放射状に配設された複数のアームを有するので、機体の周囲をアームで保護することができ、障害物などから機体を保護でき、取扱い性に優れると共に、機体を常に中心（重心）位置に保持することができ、姿勢制御が容易で飛行の安定性に優れる。
（２）複数のアームの長手方向の途中に配設されたロータを有するので、ロータの位置（支点）が固定され、揚力を鉛直上向きに安定して保持することができ、姿勢の安定性に優れる。
（３）各々のアームのロータの取付位置から少なくともロータのロータブレードの先端外周位置まで延設された延設部を有するので、飛行時にロータブレードがアーム（延設部）の先端よりも外周方向に突出することがなく、水平移動時に延設部よりも先にロータブレードが木の枝、送電線、建物などの障害物に直接接触し難く、耐久性、取扱い性、安全性に優れる。
（４）ロータの取付位置から少なくともロータのロータブレードの先端外周位置まで延設部が延設されていることにより、気流（ダウンフロー）がアームの直下を対称的に通過して合流するので、姿勢が安定し易く、定点保持や姿勢制御が容易で、操作性に優れる。
（５）複数のロータを有することにより、飛行に必要な推力を分散させて、個々のロータの推力を小さく抑えることができ、幾つかのロータが破損しても、飛行を続けることが可能で、飛行の信頼性に優れると共に、ロータブレードに手や指などが接触しても怪我などをするおそれがなく、安全性に優れる。
（６）複数のロータを有するので、回転数によって個々のロータの揚力を調整するだけで機体の姿勢を制御することができ、ロータの角度制御機構が不要で、部品点数を低減して軽量化を図ることができ、量産性、省エネルギー性に優れると共に、複雑な制御が不要で、操作性、取扱い性に優れる。
【０００７】
ここで、アームにはモータやエンジン等の駆動部が固設され、そのドライブシャフトにロータブレードが配設されたものがロータである。アームの材質は、ロータや駆動部を支持できるものであればよいが、軽量で適度な剛性と耐久性を有するものが好ましい。具体的には、アルミニウム、チタン、マグネシウム、ジュラルミンなどの金属、カーボン繊維、グラスファイバーと合成樹脂の複合体などが好適に用いられる。また、アームは、中実の棒状体、円筒や角筒等の中空のパイプ、Ｈ型鋼などで形成することができ、材質、質量、強度などに応じて、適宜、選択することができる。
【０００８】
ロータの数は複数個であればよいが、ロータを同一円周上に配置する場合は、４〜８個、好ましくは６〜８個が望ましい。ロータの数が６個より少なくなると、いずれかのロータが故障した時に、姿勢が不安定になり易く、操作性が低下する傾向が見られ、８個より大きくなると、飛行体が大型化し、質量が増加し易く、省エネルギー性が低下する傾向が見られる。特に、ロータの数が４個より少なくなると、いずれかのロータが故障した時に、姿勢の維持や安定した飛行を行うことが困難になり、操作性が著しく低下して、好ましくない。
【０００９】
ロータの配置は、適宜、選択することができるが、同一円周上に等角度間隔で配置することが好ましい。揚力や推力を均一に分布させて、飛行時の姿勢を安定化させることができるためである。また、アームの長さは、適宜、選択することができるが、隣接するロータのロータブレード同士が干渉しない範囲でなるべく短くして軽量化を図ることが好ましい。尚、アームを上下二段に配設するなどして、隣接するロータの高さ方向の位置を互い違いにすれば、隣接するロータが干渉せず、アームの長さをさらに短くすることができる。
尚、アームの数や配置は、ロータの数に応じて、適宜、選択することができるが、機体の重心位置を中心として放射状に配置することが好ましい。特に、機体の重心位置に対してアームを点対称に配置したり、機体の重心位置を通る水平軸に対してアームを線対称に配置したりすることにより、飛行体が点対称或いは線対称な形状となり、飛行時に重心が安定し、飛行の安定性、姿勢制御の容易性に優れる。また、各々のアームに複数個のロータを取付けることも可能である。これにより、ロータの数を減らすことなく、アームの数を減らして軽量化を図ることができ、量産性に優れる。
また、揚力や推力を大きくするために、同一のモータ（駆動部）に複数のロータを取付けてもよい。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の飛行体であって、前記アームが、前記機体に接続される基部と、前記基部から分岐して前記ロータが少なくとも１つずつ配設される２本のロータ取付部と、を有するＹ字型に形設された構成を有している。
この構成により、請求項１に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）アームが、機体に接続される基部と、基部から分岐してロータが少なくとも１つずつ配設される２本のロータ取付部と、を有するＹ字型に形設されることにより、アームの剛性を高め、部品点数を低減して、軽量化を図ることができ、耐久性、量産性に優れる。
【００１１】
ここで、アームをＹ字型に形成する場合、２本のロータ取付部がなす角度は、ロータの数や基部の長さとロータ取付部の長さとの比によって、適宜、選択することができる。例えば、ロータの数が８個の場合は、２本のロータ取付部がなす角度を６０度〜１２０度とし、ロータを等角度間隔で効率的に配置することにより、軽量化を図ると共に、高い剛性を確保することができる。
尚、アームはＹ字型以外にＸ字型、Ｔ字型、Ｖ字型、Ｕ字型等に形成してもよい。
また、基部とロータ取付部は、同等の太さに形成してもよいが、基部を太くすることにより、機体への固定安定性、剛性を高めることができ、耐久性に優れる。
【００１２】
アームの延設部の先端には、ロータブレードを保護するロータ保護部を設けてもよい。アームの延設部が、少なくともロータブレードの先端外周位置まで延設されているので、延設部の先端にロータ保護部を配設することにより、ロータブレードの先端部（外周）との間に隙間を形成することができ、ロータブレードを保護するバンパーの役目を果たすことができる。
ロータ保護部の材質としてはアームと同様のものが好適に用いられる。また、ロータ保護部の形状は、ロータブレードの先端部を保護できるものであれば、直線状でも曲線状でもよい。また、各々のアームの延設部に独立して設けてもよいし、隣接するアームの延設部同士を連結するように設けてもよい。ロータ保護部を各々のロータブレードの先端が描く円形の軌跡と同心円の円弧状に形成した場合、障害物等との接触からロータブレードを保護することができ、故障が発生し難く、耐久性、取扱い性に優れる。また、ロータブレード外周の気流の向きが均一になり、飛行時の姿勢を安定化させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の飛行体であって、前記延設部の先端に配設され隣接する前記アーム同士を連結するフレームを備えた構成を有している。
この構成により、請求項１又は２に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）延設部の先端に配設され隣接するアーム同士を連結するフレームを有することにより、延設部の先端を強固に固定して、アーム全体の面外への振動やぶれを確実に防止することができ、アームに取り付けられたロータの位置（支点）を固定して、揚力を常に鉛直上向きに安定して保持することができ、飛行時の姿勢の安定性、姿勢制御の容易性に優れる。
（２）フレームによってアームの外周を囲繞することができ、内側に配設されるロータと障害物との接触を防止して、ロータブレードや障害物（被接触物）の破損が発生し難く、耐久性、取扱い性、飛行の安定性に優れる。特に、水平方向からのロータブレードへの接触を確実に防止することができ、人体が直接、ロータブレードに接触する危険性が極めて低く、安全性に優れる。
【００１４】
ここで、隣接するアームの延設部の先端を順次、直線状や円弧状等の部材（ロータ保護部）で連結し、フレームを多角形、円形、楕円形などの形状に形成することができる。特に、放射状に配置されるアームの延設部の先端を円形のフレームで囲繞した場合、簡素な構成でロータを確実に保護することができ、量産性、耐久性、安全性に優れる。また、飛行体全体として、揚力、推力が均一化され、姿勢が安定し易く、飛行の信頼性に優れる
尚、フレームの材質としてはアームと同様のものが好適に用いられる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の飛行体によれば、以下の優れた効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）複数のアームの長手方向の途中にロータを配設することにより、ロータの位置（支点）を固定し、揚力を鉛直上向きに安定して保持することができ、気流（ダウンフロー）がアームの直下を対称的に通過して合流し、気流が均一化して、定点保持や姿勢制御が容易で、操作性、姿勢安定性に優れた飛行体を提供することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）剛性の高いＹ字型のアームを用いることにより、部品点数を低減して、軽量化を図ることができる耐久性、量産性に優れた飛行体を提供することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）アームの外周を囲繞するフレームにより、延設部の先端を強固に固定して、アーム全体の面外への振動やぶれを確実に防止することができ、アームに取り付けられたロータの位置（支点）を固定して、揚力を常に鉛直上向きに安定して保持することができる飛行時の姿勢の安定性、姿勢制御の容易性、操作性に優れた飛行体を提供することができる。
（２）フレームによってアームの外周を囲繞することにより、内側に配設されるロータと周囲の障害物が接触し難く、特に、水平方向からのロータブレードへの接触を確実に防止することができ、人体が直接、ロータブレードに接触する危険性が極めて低く、ロータブレードや障害物（被接触物）の破損、怪我などが発生し難く、耐久性、取扱い性、飛行の安定性に優れた飛行体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１における飛行体の模式斜視図
【図２】実施の形態１における飛行体の模式平面図
【図３】実施の形態１における飛行体の模式側面図
【図４】実施の形態２における飛行体の模式平面図
【図５】実施の形態３における飛行体の模式平面図
【図６】（ａ）実験例１における気流の向きを示す図（ｂ）比較例１における気流の向きを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態における飛行体について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における飛行体の模式斜視図であり、図２は実施の形態１における飛行体の模式平面図であり、図３は実施の形態１における飛行体の模式側面図である。
図１乃至図３中、１は本発明の実施の形態１における飛行体、２は略半球状や略円錐状のドーム型に形成され重心位置底部に撮影や観測を行うためのカメラ等の撮影機器が内蔵された飛行体１の機体、３は機体２の底部の両側に配設された飛行体１の一対の支脚（図１，３）、４は一対の支脚３，３の下端部を連結するように略楕円状に形成された飛行体１のスキッド、５はアルミニウム製のパイプで略Ｙ字型に形成され機体２の重心位置を中心として機体２の外周の四方に放射状に配設された飛行体１のアーム、５ａは機体２に固定されたアーム５の基部、５ｂは開度が６０度〜１２０度となるように基部５ａから分岐して後述するロータ７が１つずつ配設されるアーム５の２本のロータ取付部、５ｃはロータ７の取付位置からロータ７のロータブレード７ｂの先端外周位置まで延設されたアーム５の延設部、６はアーム５の長手方向の途中に固設された飛行体１のモータなどの駆動部、７は駆動部６によって駆動される飛行体１のロータ、７ａは駆動部６によって回転するロータ７のドライブシャフト、７ｂはドライブシャフト７ａに配設されたロータ７のロータブレード、８はアーム５の延設部５ｃの先端で隣接するアーム５同士を連結するようにアルミニウム製のパイプで略円形に形設された飛行体１のフレーム、ｒ１はロータブレード７ｂの先端が描く円形の軌跡を示す仮想線（図２）、ｒ２はロータ７の取付位置を結んだ円形の仮想線（図２）である。
【００２０】
ロータ７の配置は、適宜、選択することができるが、本実施の形態では、図２に示すように、同一円周（ｒ２）上に等角度間隔で配置した。揚力や推力を均一に分布させて、飛行時の姿勢を安定化させることができるためである。また、アーム５の各部の長さは、適宜、選択することができるが、隣接するロータ７のロータブレード７ｂ同士が干渉しない範囲でなるべく短くして軽量化を図った。
アーム５の２本のロータ取付部５ｂがなす角度は、ロータ７の数に応じて、適宜、選択することができるが、本実施の形態では、各々のアーム５の２本のロータ取付部５ｂがなす角度を６０度〜１２０度とし、８個のロータ７を等角度間隔で効率的に配置して、軽量化を図ると共に、高い剛性を確保した。尚、ロータ取付部５ｂがなす角度は、これに限定されるものではなく、基部５ａの長さとロータ取付部５ｂの長さとの比によって、適宜、選択することができる。
また、アーム５の基部５ａとロータ取付部５ｂは、同等の太さに形成してもよいが、基部５ａを太くすることにより、機体２への固定安定性、剛性を高めることができ、耐久性に優れる。ロータ取付部５ｂと延設部５ｃは、ロータ７の下部周辺の気流を均一化するために同程度の太さに形成することが好ましいが、ロータ取付部５ｂで確実にロータ７を支持すると共に、ロータ７の取付位置よりも外方の質量が増加するのを防ぐために、延設部５ｃよりもロータ取付部５ｂを太く形成してもよい。
本実施の形態では、放射状に配置されたアーム５の延設部５ｃの先端を円形のフレーム８で囲繞して簡素な構成で各々のロータ７を確実に保護できるようにし、量産性、耐久性、安全性を向上させた。これにより、飛行体１全体として、揚力、推力を均一化させることができ、姿勢が安定化し、飛行の信頼性に優れる。尚、フレーム８は円形以外に楕円形状や多角形状などに形成してもよい。
尚、アーム５の延設部５ｃをロータ７の取付位置から少なくともロータブレード７ａの先端外周位置まで突出させて設けることにより、気流（ダウンフロー）がアーム５の直下を対称的に通過して合流し、姿勢が安定し易く、定点保持や姿勢制御が容易となるが、延設部５ｃの先端をロータブレード７ａの先端外周位置よりも突出させることにより、延設部５ｃやフレーム８でロータブレード７ａを確実に保護することができ、取扱い性、安全性に優れる。
【００２１】
本実施の形態では、アーム５及びフレーム８をアルミニウム製のパイプで形成したが、アーム５及びフレーム８はこれに限定されるものではなく、機体２の寸法や質量、飛行体１の用途などに応じて適宜、選択することができる。材質としては、アルミニウム以外のチタン、マグネシウム、ジュラルミン等の金属やカーボン繊維、グラスファイバーなどの合成樹脂との複合体も用いることができるが、軽量で適度な剛性と耐久性を有するものが好ましい。また、材質、質量、強度などに応じて、パイプに限らず、中実の棒状体やＨ型鋼などで形成してもよい。
また、本実施の形態では、ロータ７の数を８個にしたが、これに限定されるものではなく、ロータ７を同一円周上に配置する場合は、４〜８個、好ましくは６〜８個の中から、適宜、選択することができる。ロータ７の数が６個より少なくなると、いずれかのロータ７が故障した時に、姿勢が不安定になり易く、操作性が低下する傾向が見られ、８個より大きくなると、飛行体１が大型化し、質量が増加し易く、省エネルギー性が低下する傾向が見られ、特に、ロータ７の数が４個より少なくなると、いずれかのロータ７が故障した時に、姿勢の維持や安定した飛行を行うことが困難になり、操作性が著しく低下することがわかったためである。
尚、本実施の形態では、ロータ７を同一平面上（同一高さ）に配置したが、アーム５を上下二段に配設するなどして、隣接するロータ７の高さ方向の位置を互い違いにすれば、隣接するロータ７が干渉せず、アーム７の長さをさらに短くして軽量化を図ることができる。また、各々のアーム５のロータ取付部５ｂに複数個のロータ７を取付け、ロータ７の数を減らすことなく、アーム５の数を減らして軽量化を図り、量産性を向上できる。さらに、揚力や推力を大きくするために、同一の駆動部６に複数のロータ７を取付けてもよい。
尚、アーム５の形状は、本実施の形態に限定されるものではなく、ロータ７の数や配置等に応じて、Ｘ字型、Ｔ字型、Ｖ字型、Ｕ字型等の様々な形状に形成することができる。
【００２２】
以上のように実施の形態１の飛行体は構成されているので、以下のような作用が得られる。
（１）機体２の重心位置を中心として外周方向に放射状に配設された複数のアーム５を有するので、機体２の周囲をアーム５で保護することができ、障害物などから機体２を保護でき、取扱い性に優れると共に、機体２を常に重心位置に保持することができ、姿勢制御が容易で飛行の安定性に優れる。
（２）複数のアーム５の長手方向の途中に配設されたロータ７を有するので、ロータ７の位置（支点）が固定され、揚力を鉛直上向きに安定して保持することができ、姿勢の安定性に優れる。
（３）アーム５のロータ７の取付位置からロータ７のロータブレード７ｂの先端外周位置まで延設された延設部５ｃを有するので、水平移動時に延設部５ｃよりも先にロータブレード７ｂが木の枝、送電線、建物などの障害物に直接接触し難く、耐久性、取扱い性、安全性に優れる。
（４）ロータ７の取付位置から外周方向に延設された延設部５ｃが、ロータブレード７ｂの先端外周位置まで延設されていることにより、気流（ダウンフロー）がアーム５の直下を対称的に通過して合流するので、姿勢が安定し易く、定点保持や姿勢制御が容易で、機体２に搭載したカメラなどの撮影機器でブレのない高品質な写真撮影を行うことができ、操作性に優れる。
（５）複数のロータ７を有することにより、飛行に必要な推力を分散させて、個々のロータ７の推力を小さく抑えることができ、幾つかのロータ７が破損しても、飛行を続けることが可能で、飛行の信頼性に優れると共に、ロータブレード７ｂに手や指などが接触しても怪我などをするおそれがなく、安全性に優れる。
（６）複数のロータ７を有するので、回転数によって個々のロータ７の揚力を調整するだけで機体２の姿勢を制御することができ、ロータ２の角度制御機構が不要で、部品点数を低減して軽量化を図ることができ、量産性、省エネルギー性に優れると共に、複雑な制御が不要で、操作性、取扱い性に優れる。
（７）アーム５が、機体２に接続される基部５ａと、基部５ａから分岐してロータ７が１つずつ配設される２本のロータ取付部５ｂと、を有するＹ字型に形設されることにより、アーム５の剛性を高め、部品点数を低減して、軽量化を図ることができ、耐久性、量産性に優れる。
（８）延設部５ｃの先端に配設され隣接するアーム５同士を連結するフレーム８を有することにより、延設部５ｃの先端を強固に固定して、アーム５全体の面外への振動やぶれを確実に防止することができ、アーム５に取り付けられたロータ７の位置（支点）を固定して、揚力を常に鉛直上向きに安定して保持することができ、飛行時の姿勢の安定性、姿勢制御の容易性に優れる。
（９）アーム５の延設部５ｃの先端が、ロータブレード７ｂの先端外周位置まで突出しているので、延設部５ｃの先端を連結するようにフレーム８を配設することにより、フレーム８によってアーム５の外周を囲繞することができ、内側に配設されるロータ７を障害物との接触から確実に保護して、ロータブレード７ｂや障害物（被接触物）の破損を防止することができ、耐久性、取扱い性、飛行の安定性に優れる。特に、水平方向からのロータブレード７ｂへの接触を確実に防止することができ、人体が直接、ロータブレード７ｂに接触する危険性が極めて低く、安全性に優れる。
【００２３】
（実施の形態２）
図４は実施の形態２における飛行体の模式平面図である。尚、図４中、実施の形態１と同様のものは同一の符号を付し説明を省略する。
図４において、実施の形態２における飛行体１ａが、実施の形態１における飛行体１と異なる点は、フレーム８Ａが、各々のロータブレード７の先端が描く円形の軌跡（ｒ１）と同心円の半円弧状に形成されたロータ保護部８ａを連結して形成されている点である。
【００２４】
以上のように実施の形態２の飛行体は構成されているので、実施の形態１の（１）乃至（６），（８），（９）の作用と同様の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）各々のロータブレード７ｂの先端が描く円形の軌跡と同心円の半円弧状のロータ保護部８ａを連結してフレーム８を形成することにより、各々のロータブレード７ｂを確実に保護できると共に、気流の向きが均一になり、飛行時の姿勢を安定化させることができる。
【００２５】
（実施の形態３）
図５は実施の形態３における飛行体の模式平面図である。尚、図５中、実施の形態１と同様のものは同一の符号を付し説明を省略する。
図５において、実施の形態３における飛行体１ｂが、実施の形態１における飛行体１と異なる点は、各々のアーム５Ａが１本の棒状に形成されている点と、フレーム８を備えていない点と、隣接するアーム５Ａの長手方向の途中を連結する補強連結部９を有する点である。
補強連結部９は適宜、配設することができるが、本実施の形態では、アーム５Ａの機体２側の根元からロータ取付位置までの距離のほぼ中間位置で、隣接するアーム５Ａ同士を連結した。これにより、飛行体１ｂの質量を増加させることなく、確実かつ効率的にアーム５Ａを補強して、振動の発生を抑えることできる。
尚、アーム５Ａの延設部５ｃの先端には、ロータブレード７ｂを保護するロータ保護部を設けてもよい。アーム５Ａの延設部５ｃの先端が、ロータブレード７ｂの先端外周位置まで突出しているので、延設部５ｃの先端にロータ保護部を配設することにより、ロータブレード７ｂの先端部（外周）との間に隙間を形成することができ、ロータブレード７ｂを保護するバンパーの役目を果たすことができる。尚、ロータ保護部の材質としてはアーム５Ａと同様のものが好適に用いられる。また、ロータ保護部の形状は、ロータブレード７ｂの先端部を保護できるものであれば、直線状でも曲線状でもよい。
以上のように実施の形態３の飛行体は構成されているので、実施の形態１の（１）乃至（６）の作用と同様の作用が得られる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の飛行体の飛行安定性について評価した実験例について説明する。
（実験例１）
実施の形態１で説明した飛行体につき、ロータ直下における気流（ダウンフロー）の向きを観察した。
観察には、実施の形態１の飛行体１からフレーム８を取り除き、アーム５のロータ取付部５ｂ及び延設部５ｃの長手方向の合計５箇所に吹き流しを取り付けた飛行体を用いた。
この飛行体のロータ７を回転させ、ロータ取付位置及びその両側における吹き流しの流れる向きを撮影した。
【００２７】
（比較例１）
延設部５ｃを取り外した以外は、実験例１と同様にして、ロータ取付位置及び飛行体の中心側における吹き流しの流れる向きを撮影した。
【００２８】
図６（ａ）は実験例１における気流の向きを示す図であり、図６（ｂ）は比較例１における気流の向きを示す図である。
図６（ａ）に示した実験例１では、ロータ７の直下における気流が、ロータ取付位置を中心としてほぼ対称な流れとなっていることがわかった。
これに対し、図６（ｂ）に示した延設部５ｃのない比較例１では、ロータ７の直下（ロータ取付位置）及びロータ取付位置よりも中心側のいずれにおいても、吹き流しが飛行体の中心側（内側）に向かって流れており、気流を内側に巻き込むような非対称な流れとなっていることがわかった。
以上の結果から、フレーム８がない場合でも、延設部５ｃを有することにより、ロータ７の直下におけるアーム５の周りの気流が均一化、安定化され、流体力学特性が改善されて、飛行時の姿勢安定性、姿勢制御の容易性が向上することが明らかとなった。
尚、実施の形態１と同様に、フレーム８を設ければ、ロータ７の位置（支点）を確実に固定することができ、揚力を常に鉛直上向きに安定して保持することができ、姿勢の安定性をさらに向上できることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、ロータの支点を固定して、揚力を鉛直上向きに安定保持することができ、ロータからの気流（ダウンフロー）を対称にして定点保持や姿勢制御を容易にし、操作性を向上させることができ、操縦に熟練を必要とせず、初心者でも簡便に操縦することができ、簡素な構成でロータや機体を障害物などから保護して破損を防止することができ、軽量で省エネルギー性、耐久性、取扱い性、安全性に優れた飛行体を提供して、上空からの写真撮影、測量、農薬散布やなどに使用する産業用無人ヘリコプタの代わりや上空からの偵察、監視、追跡用として好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１，１ａ，１ｂ 飛行体
２ 機体
３ 支脚
４ スキッド
５，５Ａ アーム
５ａ 基部
５ｂ ロータ取付部
５ｃ 延設部
６ 駆動部
７ ロータ
７ａ ドライブシャフト
７ｂ ロータブレード
８，８Ａ フレーム
８ａ ロータ保護部
９ 補強連結部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のロータによって浮力、推進力を得ることができ、特に、上空からの写真撮影、測量、農薬散布などに使用する産業用無人ヘリコプタや上空からの偵察、監視、追跡用として好適に用いることができる飛行体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、垂直軸まわりに回転駆動される揚力発生用のロータを備えるヘリコプタ、すなわち垂直離着陸航空機については、定点保持や姿勢制御などの操作には熟練を要していた。また、ロータに故障等が発生した際に、安全に飛行を継続することや着陸を行うことは、極めて困難であった。
これらの問題点を解決するために、例えば、（特許文献１）には、「上下方向の通風を可能とした機枠の周辺部に、複数の揚力発生用プロペラユニットを配設し、いずれか１つの揚力発生用プロペラユニットが作動不能となった際、他の異状のない揚力発生用プロペラユニットを、作動不能となった揚力発生用プロペラユニットに近付けることにより、機全体としての総合的な揚力の中心線を、機の重心を通る垂直線に接近もしくは一致させるようにしたことを特徴とする垂直離着陸航空機。」が開示されている。
尚、（特許文献１）は、有人の垂直離着陸航空機に関する発明であるが、前述の問題点は、機体の大小や有人、無人に関わらず、共通に発生する問題である。
特に、近年では、航空写真の撮影、上空からの各種測量、農場などにおける農薬散布等のために遠隔操縦で作業が可能な産業用無人ヘリコプタが使用されており、強風時の飛行安定性、操作性や安全性の向上が強く望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３７０６９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）では、複数の揚力発生用プロペラユニットを有することにより、いずれか１つの揚力発生用プロペラユニットが作動不能となった際に、他の異状のない揚力発生用プロペラユニットで揚力中心の変位を補償することができるが、揚力発生用プロペラユニットが機枠の周辺部に配設されているため、面外への捩れや振動が発生し易く、揚力発生用プロペラユニットの位置がぶれて、揚力を鉛直上向きに安定して保持することが困難で、姿勢の安定性に欠けるという課題を有していた。
（２）また、機枠の内と外で、気流（ダウンフロー）が非対称になって、外側の気流を内側に巻き込み、姿勢制御が困難で、操作性が低下し易いという課題を有していた。
（３）さらに、中央のハブと機枠の環状レールとの間を腕杆で連結するだけでは、揚力発生用プロペラユニットの質量によって周辺部（環状レール）が撓み易く、これを低減するためには腕杆を強固に補強しなければならず、質量が増加して、飛行時の省エネルギー性を低下させるという課題を有していた。
（４）揚力発生用プロペラユニットのエンジンが機枠の環状レールに固定され、揚力発生用プロペラが機枠の外周よりも外方に突出しているので、飛行時に揚力発生用プロペラが木の枝、送電線、建物などの障害物に直接接触して破損し易く、耐久性、取扱い性、安全性に欠けるという課題を有していた。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するもので、ロータの支点を固定して、揚力を鉛直上向きに安定保持することができ、ロータからの気流（ダウンフロー）を対称にして定点保持や姿勢制御を容易にし、操作性を向上させることができ、操縦に熟練を必要とせず、初心者でも簡便に操縦することができ、簡素な構成でロータや機体を障害物などから保護して破損を防止することができ、軽量で省エネルギー性、飛行安定性、取扱い性、安全性に優れた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】
【０００６】
上記従来の課題を解決するために本発明の飛行体は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の飛行体は、機体に複数のロータが配設された飛行体であって、前記機体の外周に放射状に配設された複数のアームと、複数の前記アームの長手方向の途中に配設された前記ロータと、各々の前記アームの前記ロータの取付位置から少なくとも前記ロータのロータブレードの先端外周位置まで延設された延設部と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）機体の外周に放射状に配設された複数のアームを有するので、機体の周囲をアームで保護することができ、障害物などから機体を保護でき、取扱い性に優れると共に、機体を常に中心（重心）位置に保持することができ、姿勢制御が容易で飛行の安定性に優れる。
（２）複数のアームの長手方向の途中に配設されたロータを有するので、ロータの位置（支点）が固定され、揚力を鉛直上向きに安定して保持することができ、姿勢の安定性に優れる。
（３）各々のアームのロータの取付位置から少なくともロータのロータブレードの先端外周位置まで延設された延設部を有するので、飛行時にロータブレードがアーム（延設部）の先端よりも外周方向に突出することがなく、水平移動時に延設部よりも先にロータブレードが木の枝、送電線、建物などの障害物に直接接触し難く、耐久性、取扱い性、安全性に優れる。
（４）ロータの取付位置から少なくともロータのロータブレードの先端外周位置まで延設部が延設されていることにより、気流（ダウンフロー）がアームの直下を対称的に通過して合流するので、姿勢が安定し易く、定点保持や姿勢制御が容易で、操作性に優れる。
（５）複数のロータを有することにより、飛行に必要な推力を分散させて、個々のロータの推力を小さく抑えることができ、幾つかのロータが破損しても、飛行を続けることが可能で、飛行の信頼性に優れると共に、ロータブレードに手や指などが接触しても怪我などをするおそれがなく、安全性に優れる。
（６）複数のロータを有するので、回転数によって個々のロータの揚力を調整するだけで機体の姿勢を制御することができ、ロータの角度制御機構が不要で、部品点数を低減して軽量化を図ることができ、量産性、省エネルギー性に優れると共に、複雑な制御が不要で、操作性、取扱い性に優れる。
【０００７】
ここで、アームにはモータやエンジン等の駆動部が固設され、そのドライブシャフトにロータブレードが配設されたものがロータである。アームの材質は、ロータや駆動部を支持できるものであればよいが、軽量で適度な剛性と耐久性を有するものが好ましい。具体的には、アルミニウム、チタン、マグネシウム、ジュラルミンなどの金属、カーボン繊維、グラスファイバーと合成樹脂の複合体などが好適に用いられる。また、アームは、中実の棒状体、円筒や角筒等の中空のパイプ、Ｈ型鋼などで形成することができ、材質、質量、強度などに応じて、適宜、選択することができる。
【０００８】
ロータの数は複数個であればよいが、ロータを同一円周上に配置する場合は、４〜８個、好ましくは６〜８個が望ましい。ロータの数が６個より少なくなると、いずれかのロータが故障した時に、姿勢が不安定になり易く、操作性が低下する傾向が見られ、８個より大きくなると、飛行体が大型化し、質量が増加し易く、省エネルギー性が低下する傾向が見られる。特に、ロータの数が４個より少なくなると、いずれかのロータが故障した時に、姿勢の維持や安定した飛行を行うことが困難になり、操作性が著しく低下して、好ましくない。
【０００９】
ロータの配置は、適宜、選択することができるが、同一円周上に等角度間隔で配置することが好ましい。揚力や推力を均一に分布させて、飛行時の姿勢を安定化させることができるためである。また、アームの長さは、適宜、選択することができるが、隣接するロータのロータブレード同士が干渉しない範囲でなるべく短くして軽量化を図ることが好ましい。尚、アームを上下二段に配設するなどして、隣接するロータの高さ方向の位置を互い違いにすれば、隣接するロータが干渉せず、アームの長さをさらに短くすることができる。
尚、アームの数や配置は、ロータの数に応じて、適宜、選択することができるが、機体の重心位置を中心として放射状に配置することが好ましい。特に、機体の重心位置に対してアームを点対称に配置したり、機体の重心位置を通る水平軸に対してアームを線対称に配置したりすることにより、飛行体が点対称或いは線対称な形状となり、飛行時に重心が安定し、飛行の安定性、姿勢制御の容易性に優れる。また、各々のアームに複数個のロータを取付けることも可能である。これにより、ロータの数を減らすことなく、アームの数を減らして軽量化を図ることができ、量産性に優れる。
また、揚力や推力を大きくするために、同一のモータ（駆動部）に複数のロータを取付けてもよい。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の飛行体であって、前記アームが、前記機体に接続される基部と、前記基部から分岐して前記ロータが少なくとも１つずつ配設される２本のロータ取付部と、を有するＹ字型に形設された構成を有している。
この構成により、請求項１に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）アームが、機体に接続される基部と、基部から分岐してロータが少なくとも１つずつ配設される２本のロータ取付部と、を有するＹ字型に形設されることにより、アームの剛性を高め、部品点数を低減して、軽量化を図ることができ、耐久性、量産性に優れる。
【００１１】
ここで、アームをＹ字型に形成する場合、２本のロータ取付部がなす角度は、ロータの数や基部の長さとロータ取付部の長さとの比によって、適宜、選択することができる。例えば、ロータの数が８個の場合は、２本のロータ取付部がなす角度を６０度〜１２０度とし、ロータを等角度間隔で効率的に配置することにより、軽量化を図ると共に、高い剛性を確保することができる。
尚、アームはＹ字型以外にＸ字型、Ｔ字型、Ｖ字型、Ｕ字型等に形成してもよい。
また、基部とロータ取付部は、同等の太さに形成してもよいが、基部を太くすることにより、機体への固定安定性、剛性を高めることができ、耐久性に優れる。
【００１２】
アームの延設部の先端には、ロータブレードを保護するロータ保護部を設けてもよい。アームの延設部が、少なくともロータブレードの先端外周位置まで延設されているので、延設部の先端にロータ保護部を配設することにより、ロータブレードの先端部（外周）との間に隙間を形成することができ、ロータブレードを保護するバンパーの役目を果たすことができる。
ロータ保護部の材質としてはアームと同様のものが好適に用いられる。また、ロータ保護部の形状は、ロータブレードの先端部を保護できるものであれば、直線状でも曲線状でもよい。また、各々のアームの延設部に独立して設けてもよいし、隣接するアームの延設部同士を連結するように設けてもよい。ロータ保護部を各々のロータブレードの先端が描く円形の軌跡と同心円の円弧状に形成した場合、障害物等との接触からロータブレードを保護することができ、故障が発生し難く、耐久性、取扱い性に優れる。また、ロータブレード外周の気流の向きが均一になり、飛行時の姿勢を安定化させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の飛行体であって、前記延設部の先端に配設され隣接する前記アーム同士を連結するフレームを備えた構成を有している。
この構成により、請求項１又は２に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）延設部の先端に配設され隣接するアーム同士を連結するフレームを有することにより、延設部の先端を強固に固定して、アーム全体の面外への振動やぶれを確実に防止することができ、アームに取り付けられたロータの位置（支点）を固定して、揚力を常に鉛直上向きに安定して保持することができ、飛行時の姿勢の安定性、姿勢制御の容易性に優れる。
（２）フレームによってアームの外周を囲繞することができ、内側に配設されるロータと障害物との接触を防止して、ロータブレードや障害物（被接触物）の破損が発生し難く、耐久性、取扱い性、飛行の安定性に優れる。特に、水平方向からのロータブレードへの接触を確実に防止することができ、人体が直接、ロータブレードに接触する危険性が極めて低く、安全性に優れる。
【００１４】
ここで、隣接するアームの延設部の先端を順次、直線状や円弧状等の部材（ロータ保護部）で連結し、フレームを多角形、円形、楕円形などの形状に形成することができる。特に、放射状に配置されるアームの延設部の先端を円形のフレームで囲繞した場合、簡素な構成でロータを確実に保護することができ、量産性、耐久性、安全性に優れる。また、飛行体全体として、揚力、推力が均一化され、姿勢が安定し易く、飛行の信頼性に優れる
尚、フレームの材質としてはアームと同様のものが好適に用いられる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の飛行体によれば、以下の優れた効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）複数のアームの長手方向の途中にロータを配設することにより、ロータの位置（支点）を固定し、揚力を鉛直上向きに安定して保持することができ、気流（ダウンフロー）がアームの直下を対称的に通過して合流し、気流が均一化して、定点保持や姿勢制御が容易で、操作性、姿勢安定性に優れた飛行体を提供することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）剛性の高いＹ字型のアームを用いることにより、部品点数を低減して、軽量化を図ることができる耐久性、量産性に優れた飛行体を提供することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）アームの外周を囲繞するフレームにより、延設部の先端を強固に固定して、アーム全体の面外への振動やぶれを確実に防止することができ、アームに取り付けられたロータの位置（支点）を固定して、揚力を常に鉛直上向きに安定して保持することができる飛行時の姿勢の安定性、姿勢制御の容易性、操作性に優れた飛行体を提供することができる。
（２）フレームによってアームの外周を囲繞することにより、内側に配設されるロータと周囲の障害物が接触し難く、特に、水平方向からのロータブレードへの接触を確実に防止することができ、人体が直接、ロータブレードに接触する危険性が極めて低く、ロータブレードや障害物（被接触物）の破損、怪我などが発生し難く、耐久性、取扱い性、飛行の安定性に優れた飛行体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１における飛行体の模式斜視図
【図２】実施の形態１における飛行体の模式平面図
【図３】実施の形態１における飛行体の模式側面図
【図４】実施の形態２における飛行体の模式平面図
【図５】実施の形態３における飛行体の模式平面図
【図６】（ａ）実験例１における気流の向きを示す図（ｂ）比較例１における気流の向きを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態における飛行体について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における飛行体の模式斜視図であり、図２は実施の形態１における飛行体の模式平面図であり、図３は実施の形態１における飛行体の模式側面図である。
図１乃至図３中、１は本発明の実施の形態１における飛行体、２は略半球状や略円錐状のドーム型に形成され重心位置底部に撮影や観測を行うためのカメラ等の撮影機器が内蔵された飛行体１の機体、３は機体２の底部の両側に配設された飛行体１の一対の支脚（図１，３）、４は一対の支脚３，３の下端部を連結するように略楕円状に形成された飛行体１のスキッド、５はアルミニウム製のパイプで略Ｙ字型に形成され機体２の重心位置を中心として機体２の外周の四方に放射状に配設された飛行体１のアーム、５ａは機体２に固定されたアーム５の基部、５ｂは開度が６０度〜１２０度となるように基部５ａから分岐して後述するロータ７が１つずつ配設されるアーム５の２本のロータ取付部、５ｃはロータ７の取付位置からロータ７のロータブレード７ｂの先端外周位置まで延設されたアーム５の延設部、６はアーム５の長手方向の途中に固設された飛行体１のモータなどの駆動部、７は駆動部６によって駆動される飛行体１のロータ、７ａは駆動部６によって回転するロータ７のドライブシャフト、７ｂはドライブシャフト７ａに配設されたロータ７のロータブレード、８はアーム５の延設部５ｃの先端で隣接するアーム５同士を連結するようにアルミニウム製のパイプで略円形に形設された飛行体１のフレーム、ｒ１はロータブレード７ｂの先端が描く円形の軌跡を示す仮想線（図２）、ｒ２はロータ７の取付位置を結んだ円形の仮想線（図２）である。
【００２０】
ロータ７の配置は、適宜、選択することができるが、本実施の形態では、図２に示すように、同一円周（ｒ２）上に等角度間隔で配置した。揚力や推力を均一に分布させて、飛行時の姿勢を安定化させることができるためである。また、アーム５の各部の長さは、適宜、選択することができるが、隣接するロータ７のロータブレード７ｂ同士が干渉しない範囲でなるべく短くして軽量化を図った。
アーム５の２本のロータ取付部５ｂがなす角度は、ロータ７の数に応じて、適宜、選択することができるが、本実施の形態では、各々のアーム５の２本のロータ取付部５ｂがなす角度を６０度〜１２０度とし、８個のロータ７を等角度間隔で効率的に配置して、軽量化を図ると共に、高い剛性を確保した。尚、ロータ取付部５ｂがなす角度は、これに限定されるものではなく、基部５ａの長さとロータ取付部５ｂの長さとの比によって、適宜、選択することができる。
また、アーム５の基部５ａとロータ取付部５ｂは、同等の太さに形成してもよいが、基部５ａを太くすることにより、機体２への固定安定性、剛性を高めることができ、耐久性に優れる。ロータ取付部５ｂと延設部５ｃは、ロータ７の下部周辺の気流を均一化するために同程度の太さに形成することが好ましいが、ロータ取付部５ｂで確実にロータ７を支持すると共に、ロータ７の取付位置よりも外方の質量が増加するのを防ぐために、延設部５ｃよりもロータ取付部５ｂを太く形成してもよい。
本実施の形態では、放射状に配置されたアーム５の延設部５ｃの先端を円形のフレーム８で囲繞して簡素な構成で各々のロータ７を確実に保護できるようにし、量産性、耐久性、安全性を向上させた。これにより、飛行体１全体として、揚力、推力を均一化させることができ、姿勢が安定化し、飛行の信頼性に優れる。尚、フレーム８は円形以外に楕円形状や多角形状などに形成してもよい。
尚、アーム５の延設部５ｃをロータ７の取付位置から少なくともロータブレード７ａの先端外周位置まで突出させて設けることにより、気流（ダウンフロー）がアーム５の直下を対称的に通過して合流し、姿勢が安定し易く、定点保持や姿勢制御が容易となるが、延設部５ｃの先端をロータブレード７ａの先端外周位置よりも突出させることにより、延設部５ｃやフレーム８でロータブレード７ａを確実に保護することができ、取扱い性、安全性に優れる。
【００２１】
本実施の形態では、アーム５及びフレーム８をアルミニウム製のパイプで形成したが、アーム５及びフレーム８はこれに限定されるものではなく、機体２の寸法や質量、飛行体１の用途などに応じて適宜、選択することができる。材質としては、アルミニウム以外のチタン、マグネシウム、ジュラルミン等の金属やカーボン繊維、グラスファイバーなどの合成樹脂との複合体も用いることができるが、軽量で適度な剛性と耐久性を有するものが好ましい。また、材質、質量、強度などに応じて、パイプに限らず、中実の棒状体やＨ型鋼などで形成してもよい。
また、本実施の形態では、ロータ７の数を８個にしたが、これに限定されるものではなく、ロータ７を同一円周上に配置する場合は、４〜８個、好ましくは６〜８個の中から、適宜、選択することができる。ロータ７の数が６個より少なくなると、いずれかのロータ７が故障した時に、姿勢が不安定になり易く、操作性が低下する傾向が見られ、８個より大きくなると、飛行体１が大型化し、質量が増加し易く、省エネルギー性が低下する傾向が見られ、特に、ロータ７の数が４個より少なくなると、いずれかのロータ７が故障した時に、姿勢の維持や安定した飛行を行うことが困難になり、操作性が著しく低下することがわかったためである。
尚、本実施の形態では、ロータ７を同一平面上（同一高さ）に配置したが、アーム５を上下二段に配設するなどして、隣接するロータ７の高さ方向の位置を互い違いにすれば、隣接するロータ７が干渉せず、アーム７の長さをさらに短くして軽量化を図ることができる。また、各々のアーム５のロータ取付部５ｂに複数個のロータ７を取付け、ロータ７の数を減らすことなく、アーム５の数を減らして軽量化を図り、量産性を向上できる。さらに、揚力や推力を大きくするために、同一の駆動部６に複数のロータ７を取付けてもよい。
尚、アーム５の形状は、本実施の形態に限定されるものではなく、ロータ７の数や配置等に応じて、Ｘ字型、Ｔ字型、Ｖ字型、Ｕ字型等の様々な形状に形成することができる。
【００２２】
以上のように実施の形態１の飛行体は構成されているので、以下のような作用が得られる。
（１）機体２の重心位置を中心として外周方向に放射状に配設された複数のアーム５を有するので、機体２の周囲をアーム５で保護することができ、障害物などから機体２を保護でき、取扱い性に優れると共に、機体２を常に重心位置に保持することができ、姿勢制御が容易で飛行の安定性に優れる。
（２）複数のアーム５の長手方向の途中に配設されたロータ７を有するので、ロータ７の位置（支点）が固定され、揚力を鉛直上向きに安定して保持することができ、姿勢の安定性に優れる。
（３）アーム５のロータ７の取付位置からロータ７のロータブレード７ｂの先端外周位置まで延設された延設部５ｃを有するので、水平移動時に延設部５ｃよりも先にロータブレード７ｂが木の枝、送電線、建物などの障害物に直接接触し難く、耐久性、取扱い性、安全性に優れる。
（４）ロータ７の取付位置から外周方向に延設された延設部５ｃが、ロータブレード７ｂの先端外周位置まで延設されていることにより、気流（ダウンフロー）がアーム５の直下を対称的に通過して合流するので、姿勢が安定し易く、定点保持や姿勢制御が容易で、機体２に搭載したカメラなどの撮影機器でブレのない高品質な写真撮影を行うことができ、操作性に優れる。
（５）複数のロータ７を有することにより、飛行に必要な推力を分散させて、個々のロータ７の推力を小さく抑えることができ、幾つかのロータ７が破損しても、飛行を続けることが可能で、飛行の信頼性に優れると共に、ロータブレード７ｂに手や指などが接触しても怪我などをするおそれがなく、安全性に優れる。
（６）複数のロータ７を有するので、回転数によって個々のロータ７の揚力を調整するだけで機体２の姿勢を制御することができ、ロータ２の角度制御機構が不要で、部品点数を低減して軽量化を図ることができ、量産性、省エネルギー性に優れると共に、複雑な制御が不要で、操作性、取扱い性に優れる。
（７）アーム５が、機体２に接続される基部５ａと、基部５ａから分岐してロータ７が１つずつ配設される２本のロータ取付部５ｂと、を有するＹ字型に形設されることにより、アーム５の剛性を高め、部品点数を低減して、軽量化を図ることができ、耐久性、量産性に優れる。
（８）延設部５ｃの先端に配設され隣接するアーム５同士を連結するフレーム８を有することにより、延設部５ｃの先端を強固に固定して、アーム５全体の面外への振動やぶれを確実に防止することができ、アーム５に取り付けられたロータ７の位置（支点）を固定して、揚力を常に鉛直上向きに安定して保持することができ、飛行時の姿勢の安定性、姿勢制御の容易性に優れる。
（９）アーム５の延設部５ｃの先端が、ロータブレード７ｂの先端外周位置まで突出しているので、延設部５ｃの先端を連結するようにフレーム８を配設することにより、フレーム８によってアーム５の外周を囲繞することができ、内側に配設されるロータ７を障害物との接触から確実に保護して、ロータブレード７ｂや障害物（被接触物）の破損を防止することができ、耐久性、取扱い性、飛行の安定性に優れる。特に、水平方向からのロータブレード７ｂへの接触を確実に防止することができ、人体が直接、ロータブレード７ｂに接触する危険性が極めて低く、安全性に優れる。
【００２３】
（実施の形態２）
図４は実施の形態２における飛行体の模式平面図である。尚、図４中、実施の形態１と同様のものは同一の符号を付し説明を省略する。
図４において、実施の形態２における飛行体１ａが、実施の形態１における飛行体１と異なる点は、フレーム８Ａが、各々のロータブレード７の先端が描く円形の軌跡（ｒ１）と同心円の半円弧状に形成されたロータ保護部８ａを連結して形成されている点である。
【００２４】
以上のように実施の形態２の飛行体は構成されているので、実施の形態１の（１）乃至（６），（８），（９）の作用と同様の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）各々のロータブレード７ｂの先端が描く円形の軌跡と同心円の半円弧状のロータ保護部８ａを連結してフレーム８を形成することにより、各々のロータブレード７ｂを確実に保護できると共に、気流の向きが均一になり、飛行時の姿勢を安定化させることができる。
【００２５】
（実施の形態３）
図５は実施の形態３における飛行体の模式平面図である。尚、図５中、実施の形態１と同様のものは同一の符号を付し説明を省略する。
図５において、実施の形態３における飛行体１ｂが、実施の形態１における飛行体１と異なる点は、各々のアーム５Ａが１本の棒状に形成されている点と、フレーム８を備えていない点と、隣接するアーム５Ａの長手方向の途中を連結する補強連結部９を有する点である。
補強連結部９は適宜、配設することができるが、本実施の形態では、アーム５Ａの機体２側の根元からロータ取付位置までの距離のほぼ中間位置で、隣接するアーム５Ａ同士を連結した。これにより、飛行体１ｂの質量を増加させることなく、確実かつ効率的にアーム５Ａを補強して、振動の発生を抑えることできる。
尚、アーム５Ａの延設部５ｃの先端には、ロータブレード７ｂを保護するロータ保護部を設けてもよい。アーム５Ａの延設部５ｃの先端が、ロータブレード７ｂの先端外周位置まで突出しているので、延設部５ｃの先端にロータ保護部を配設することにより、ロータブレード７ｂの先端部（外周）との間に隙間を形成することができ、ロータブレード７ｂを保護するバンパーの役目を果たすことができる。尚、ロータ保護部の材質としてはアーム５Ａと同様のものが好適に用いられる。また、ロータ保護部の形状は、ロータブレード７ｂの先端部を保護できるものであれば、直線状でも曲線状でもよい。
以上のように実施の形態３の飛行体は構成されているので、実施の形態１の（１）乃至（６）の作用と同様の作用が得られる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の飛行体の飛行安定性について評価した実験例について説明する。
（実験例１）
実施の形態１で説明した飛行体につき、ロータ直下における気流（ダウンフロー）の向きを観察した。
観察には、実施の形態１の飛行体１からフレーム８を取り除き、アーム５のロータ取付部５ｂ及び延設部５ｃの長手方向の合計５箇所に吹き流しを取り付けた飛行体を用いた。
この飛行体のロータ７を回転させ、ロータ取付位置及びその両側における吹き流しの流れる向きを撮影した。
【００２７】
（比較例１）
延設部５ｃを取り外した以外は、実験例１と同様にして、ロータ取付位置及び飛行体の中心側における吹き流しの流れる向きを撮影した。
【００２８】
図６（ａ）は実験例１における気流の向きを示す図であり、図６（ｂ）は比較例１における気流の向きを示す図である。
図６（ａ）に示した実験例１では、ロータ７の直下における気流が、ロータ取付位置を中心としてほぼ対称な流れとなっていることがわかった。
これに対し、図６（ｂ）に示した延設部５ｃのない比較例１では、ロータ７の直下（ロータ取付位置）及びロータ取付位置よりも中心側のいずれにおいても、吹き流しが飛行体の中心側（内側）に向かって流れており、気流を内側に巻き込むような非対称な流れとなっていることがわかった。
以上の結果から、フレーム８がない場合でも、延設部５ｃを有することにより、ロータ７の直下におけるアーム５の周りの気流が均一化、安定化され、流体力学特性が改善されて、飛行時の姿勢安定性、姿勢制御の容易性が向上することが明らかとなった。
尚、実施の形態１と同様に、フレーム８を設ければ、ロータ７の位置（支点）を確実に固定することができ、揚力を常に鉛直上向きに安定して保持することができ、姿勢の安定性をさらに向上できることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、ロータの支点を固定して、揚力を鉛直上向きに安定保持することができ、ロータからの気流（ダウンフロー）を対称にして定点保持や姿勢制御を容易にし、操作性を向上させることができ、操縦に熟練を必要とせず、初心者でも簡便に操縦することができ、簡素な構成でロータや機体を障害物などから保護して破損を防止することができ、軽量で省エネルギー性、耐久性、取扱い性、安全性に優れた飛行体を提供して、上空からの写真撮影、測量、農薬散布やなどに使用する産業用無人ヘリコプタの代わりや上空からの偵察、監視、追跡用として好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１，１ａ，１ｂ 飛行体
２ 機体
３ 支脚
４ スキッド
５，５Ａ アーム
５ａ 基部
５ｂ ロータ取付部
５ｃ 延設部
６ 駆動部
７ ロータ
７ａ ドライブシャフト
７ｂ ロータブレード
８，８Ａ フレーム
８ａ ロータ保護部
９ 補強連結部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体に複数のロータが配設された飛行体であって、前記機体の外周に放射状に配設された複数のアームと、複数の前記アームの長手方向の途中に配設された前記ロータと、各々の前記アームの前記ロータの取付位置から少なくとも前記ロータのロータブレードの先端外周位置まで延設された延設部と、を備えたことを特徴とする飛行体。
【請求項２】
前記アームが、前記機体に接続される基部と、前記基部から分岐して前記ロータが少なくとも１つずつ配設される２本のロータ取付部と、を有するＹ字型に形設されたことを特徴とする請求項１記載の飛行体。
【請求項３】
前記延設部の先端に配設され隣接する前記アーム同士を連結するフレームを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の飛行体。
【請求項１】
機体に複数のロータが配設された飛行体であって、前記機体の外周に放射状に配設された複数のアームと、複数の前記アームの長手方向の途中に配設された前記ロータと、各々の前記アームの前記ロータの取付位置から少なくとも前記ロータのロータブレードの先端外周位置まで延設された延設部と、を備えたことを特徴とする飛行体。
【請求項２】
前記アームが、前記機体に接続される基部と、前記基部から分岐して前記ロータが少なくとも１つずつ配設される２本のロータ取付部と、を有するＹ字型に形設されたことを特徴とする請求項１記載の飛行体。
【請求項３】
前記延設部の先端に配設され隣接する前記アーム同士を連結するフレームを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の飛行体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−４６３５５（Ｐ２０１１−４６３５５Ａ）
【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２００９−１９８５８２（Ｐ２００９−１９８５８２）
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（８０２００００３１）財団法人北九州産業学術推進機構 (187)
【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２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（８０２００００３１）財団法人北九州産業学術推進機構 (187)
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