JP2025110284A - plane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロペラ機構を用いた飛行機に関する。さらには詳しくは、モータ及びエンジンによりプロペラ機構を駆動させる飛行機に関する。 The present invention relates to an airplane that uses a propeller mechanism. More specifically, the present invention relates to an airplane that drives a propeller mechanism using a motor and an engine.
近年、垂直離着陸できる飛行機(VTOL)をごく普通の移動手段にするために必要な検証の準備などが進められている。 In recent years, preparations have been underway to conduct the necessary tests to make vertical take-off and landing (VTOL) aircraft a common means of transportation.
またエンジンとモータを用いて、プロペラ機構のプロペラを回転駆動させる飛行機がある。特許文献1には、ハイブリッド回転翼航空機が開示されている。ハイブリッド回転翼航空機は、内燃機関と、モータと、モータが連結された回転翼をそれぞれ有し揚力を発出する第1推進軸、第2推進軸及び第3推進軸とを備えている。内燃機関が駆動可能で発電可能なモータと連結した回転翼を第1推進翼と定義し、第1推進翼以外の回転翼を第2推進翼と定義したとき、2つ以上の第1推進翼と2つ以上の第2推進翼を、各推進軸に分配して設けることにより、各推進軸が発出する揚力をそれぞれ自在に制御可能に構成されている。 There are also airplanes that use an engine and a motor to rotate the propellers of a propeller mechanism. Patent Document 1 discloses a hybrid rotorcraft. The hybrid rotorcraft includes an internal combustion engine, a motor, and a first propulsion shaft, a second propulsion shaft, and a third propulsion shaft, each of which has a rotor connected to the motor and generates lift. When the rotor connected to the motor that can be driven by the internal combustion engine and generate electricity is defined as the first propulsion blade, and the rotor other than the first propulsion blade is defined as the second propulsion blade, two or more first propulsion blades and two or more second propulsion blades are distributed to each propulsion shaft, so that the lift generated by each propulsion shaft can be freely controlled.
飛行機を、例えば車のような、ごく普通の移動手段とするなら、搭乗者・周囲の等の人や、ビル・住宅等の建物が周囲にある環境で、飛行機を垂直離着陸するのが便利である。しかし、ホバリングによるプロペラ機構の駆動は騒音を伴う。さらに周囲に人がいることから、垂直離着陸時において、緊急時などに一層の安全性が求められる。
また、このような飛行機の一般的な課題として、燃費の向上がある。
If an airplane were a normal means of transportation like a car, it would be convenient to have the airplane take off and land vertically in an environment with passengers, other people, and buildings such as houses around. However, the propeller mechanism used for hovering generates noise. Furthermore, because there are people around, extra safety is required during vertical takeoff and landing in case of an emergency.
Another common challenge for such aircraft is improving fuel efficiency.
そこで本発明は、主として、垂直離着陸時において、騒音の対策と、緊急時の安全の対策とを有する垂直離着陸できる飛行機を提供することを第1の課題とする。また燃費を向上させる飛行機を提供することを第2の課題とする。 The present invention therefore has as its first objective the provision of an airplane capable of vertical takeoff and landing that has measures to reduce noise during vertical takeoff and landing and ensures safety in emergencies. It also has as its second objective the provision of an airplane that improves fuel efficiency.
(1)本発明の飛行機は、本体および左右の翼を備えた飛行機であって、左右方向の軸に略平行な軸周りに傾動自在で前記左右の翼にそれぞれ設けられる左右のプロペラ機構と、前記左右のプロペラ機構の羽根を回転駆動させるモータおよびエンジンからなる駆動部と、前記駆動部から前記左右のプロペラ機構へ駆動力を伝える伝達機構とからなり、前記伝達機構は、前記エンジンからの駆動力の伝達を入り切りするクラッチと、前記入りの際に前記エンジンからの駆動力の一部を発電のために前記モータに伝達するモータ伝達機構とからなることを特徴としている。 (1) The airplane of the present invention is an airplane with a main body and left and right wings, and is characterized in that it comprises left and right propeller mechanisms provided on the left and right wings, respectively, which are free to tilt about an axis approximately parallel to the left-right axis, a drive unit consisting of a motor and an engine that rotates and drives the blades of the left and right propeller mechanisms, and a transmission mechanism that transmits driving force from the drive unit to the left and right propeller mechanisms, the transmission mechanism comprising a clutch that switches on and off the transmission of driving force from the engine, and a motor transmission mechanism that transmits a portion of the driving force from the engine to the motor for generating electricity when the transmission mechanism is switched on.
(2)このような飛行機は、垂直離着陸又はホバリング時に前記モータで前記プロペラ機構を駆動させ、水平飛行時に前記エンジンの駆動力により前記伝達機構を介して前記プロペラ機構を駆動させると共に前記モータを発電させるのが好ましい。 (2) In such an aircraft, it is preferable that the motor drives the propeller mechanism during vertical takeoff and landing or hovering, and that during horizontal flight, the driving force of the engine drives the propeller mechanism via the transmission mechanism and causes the motor to generate electricity.
(3)また前記垂直離着陸又はホバリング時に前記モータに加え、前記エンジンの駆動力により前記プロペラ機構を駆動させるのが好ましい。 (3) It is also preferable that during vertical takeoff and landing or hovering, the propeller mechanism is driven by the driving force of the engine in addition to the motor.
(4)また水平飛行時に前記エンジンに加え、前記モータの駆動力により前記プロペラ機構を駆動させるのが好ましい。 (4) During horizontal flight, it is preferable to drive the propeller mechanism using the driving force of the motor in addition to the engine.
(5)また前記モータにより前記プロペラ機構に伝達される回転数は、離着陸に適した前記羽根の先端速度になるように設定されており、前記エンジンにより前記プロペラ機構に伝達される回転数は、水平飛行時の所定の飛行速度に適した前記羽根の先端速度になるように設定されているのが好ましい。 (5) It is also preferable that the rotational speed transmitted by the motor to the propeller mechanism is set to a tip speed of the blade suitable for takeoff and landing, and that the rotational speed transmitted by the engine to the propeller mechanism is set to a tip speed of the blade suitable for a predetermined flight speed during horizontal flight.
(6)また前記モータを複数備えているものであるのが好ましい。 (6) It is also preferable that the motor is provided in plurality.
(7)また前記モータと前記エンジンのうちのいずれか1つ以上により前記伝達機構を介して前記左右のプロペラ機構を回転駆動するのが好ましい。 (7) It is also preferable that the left and right propeller mechanisms are rotationally driven by one or more of the motor and the engine via the transmission mechanism.
(8)また前記伝達機構に左右のプロペラ機構4、4を回転駆動させる左右のモータがそれぞれ設けられ、前記左右のモータの間の前記伝達機構にクラッチが設けられ、前記左右のモータがそれぞれの回転数で回転するようにされているものが好ましい。 (8) It is also preferable that the transmission mechanism is provided with left and right motors that rotate the left and right propeller mechanisms 4, 4, and that a clutch is provided in the transmission mechanism between the left and right motors so that the left and right motors rotate at their respective rotational speeds.
本発明の飛行機は、安全性を高め、騒音を低減させることができる。 The aircraft of the present invention can improve safety and reduce noise.
[1.概略説明]
<第1実施形態>
(飛行機1)
図1を用いて本発明の飛行機の概略を説明する。図に示している飛行機1は、大まかには、本体2と、その本体に左右一対で設けられる翼3と、翼3の左右にそれぞれ設けられるプロペラ機構4、4とからなる。なお本実施形態では、本体2の後端には水平尾翼5aが左右に延びている。水平尾翼の両端には垂直尾翼5bが設けられている。
[1. Overview]
First Embodiment
(Airplane 1)
An outline of the airplane of the present invention will be explained using Figure 1. The airplane 1 shown in the figure is roughly composed of a main body 2, a pair of wings 3 provided on the main body, and propeller mechanisms 4, 4 provided on the left and right of the wings 3. In this embodiment, horizontal stabilizers 5a extend to the left and right at the rear end of the main body 2. Vertical stabilizers 5b are provided at both ends of the horizontal stabilizer.
また本実施形態の飛行機1は、その内部にプロペラ機構4、4の羽根を回転駆動させる駆動部6と、駆動部6(図3参照)から左右のプロペラ機構4、4へ駆動力を伝える伝達機構7(図3参照)と、駆動部6のモータの電力源としてのバッテリ8とが設けられている。さらに本実施形態では、駆動部6と伝達機構7との間で回転駆動力の伝達を入り切りするクラッチ11が設けられている。また駆動部6はエンジン9とモータ10とからなる。
さらに本実施形態では、トルクセンサ12と、制御部13とを備えている。
The airplane 1 of this embodiment is also provided with a drive unit 6 that rotates the blades of the propeller mechanisms 4, 4, a transmission mechanism 7 (see FIG. 3) that transmits driving force from the drive unit 6 (see FIG. 3) to the left and right propeller mechanisms 4, 4, and a battery 8 as a power source for the motor of the drive unit 6. Furthermore, in this embodiment, a clutch 11 is provided that switches on and off the transmission of rotational driving force between the drive unit 6 and the transmission mechanism 7. The drive unit 6 is also made up of an engine 9 and a motor 10.
This embodiment further includes a torque sensor 12 and a control unit 13 .
以後の説明において、本体2の延びている方向を前後方向(長手方向の軸が延びている方向)とし、翼3の延びている方向を左右方向とし、垂直尾翼5bの延びている方向を上下方向とする。そして本体2の翼3のある側が前方で、翼3のうち図の手前側が左方で、垂直尾翼の符号5bが指している先端側が上方である。なお、それらの前後・左右・上下は、図中に矢印で示している。 In the following explanation, the direction in which the main body 2 extends is referred to as the front-to-rear direction (the direction in which the longitudinal axis extends), the direction in which the wings 3 extend is referred to as the left-to-right direction, and the direction in which the vertical tail 5b extends is referred to as the up-to-down direction. The side of the main body 2 with the wings 3 is the front, the front side of the wings 3 in the figure is the left side, and the tip side of the vertical tail indicated by the symbol 5b is the top. Note that these front-to-rear, left-to-right, and up-to-down directions are indicated by arrows in the figure.
(水平飛行:状態S1)
次に図2を用いて飛行機の水平飛行・垂直離着陸又はホバリング時の様子を説明する。
翼3は、プロペラ機構4と共に、左右方向の軸に略平行な軸周りに傾動又は回動自在である。本実施形態では、翼3はシャフト7b周りに回動自在である。図は飛行機1の水平飛行時の翼3の状態を模式的に示している。水平飛行時には、翼3をその面が本体2の長手方向の軸にほぼ平行になるようにしている。飛行機1は、翼3によって生み出される揚力を利用し、高度を保つ。
本実施系形態では、プロペラ機構4にはエンジン9からの駆動力が伝達機構7を介して伝達される。その上で、モータ10は伝達機構7の連結軸7d(図3参照)の回転により発電する。
(Level flight: State S1)
Next, the state of an airplane during horizontal flight, vertical takeoff and landing, or hovering will be described with reference to FIG.
The wing 3, together with the propeller mechanism 4, is free to tilt or rotate around an axis that is approximately parallel to the axis in the left-right direction. In this embodiment, the wing 3 is free to rotate around the shaft 7b. The figure shows a schematic diagram of the state of the wing 3 when the airplane 1 is flying horizontally. During horizontal flight, the surface of the wing 3 is set so that it is approximately parallel to the longitudinal axis of the main body 2. The airplane 1 maintains its altitude by utilizing the lift generated by the wing 3.
In this embodiment, driving force from an engine 9 is transmitted to the propeller mechanism 4 via a transmission mechanism 7. Then, the motor 10 generates electricity by rotating a connecting shaft 7d (see FIG. 3) of the transmission mechanism 7.
(垂直離着陸又はホバリング:状態S2)
一方で、図2の状態S2に示すように、垂直離着陸又はホバリングの際には、飛行機1は、翼3を立てた状態にして、プロペラ機構4により空気を下方へ押し出す。飛行機1は空気を下方に押し出す力の反作用で浮力を得る。
本実施形態では、離着陸時にモータ10でプロペラ機構4を駆動させている。
(Vertical takeoff and landing or hovering: State S2)
On the other hand, as shown in state S2 in Fig. 2, during vertical takeoff and landing or hovering, the airplane 1 raises the wings 3 and pushes the air downward with the propeller mechanism 4. The airplane 1 obtains buoyancy by the reaction of the force pushing the air downward.
In this embodiment, the motor 10 drives the propeller mechanism 4 during takeoff and landing.
(翼3を斜めにした状態:状態S1-S2)
離陸後の加速時や、着陸前の減速時に翼3を前後方向の軸に対して斜めに傾けてもよい。
(Wing 3 tilted: state S1-S2)
The wing 3 may be tilted obliquely relative to the longitudinal axis during acceleration after takeoff or deceleration before landing.
[2.各構成]
(本体2)
図1に戻って、各構成を説明する。本体2には、操縦者が乗っていてもよいし、地上コントロール局や管制から遠隔操縦される無人の飛行機であってもよい。本体2には人の座席が設けられていたり、荷物などを収納するためのスペースが形成されていたりする。
[2. Each configuration]
(Main body 2)
Returning to Fig. 1, each component will be described. The main body 2 may have a pilot on board, or may be an unmanned aircraft remotely controlled from a ground control station or air traffic control. The main body 2 may be provided with seats for people and may have space for storing luggage, etc.
(翼3)
翼3は、本体2の内部で、左右の翼を連結している図示しない連結部を備えている。例えば、連結部を介して翼3を回動/傾動する。また図示していないが、翼3には、飛行機1の姿勢を制御するためのエルロン(補助翼)や、主に揚力を増大または減少させるためのフラップなどが適宜設けられている。
(Wings 3)
The wings 3 are provided with connecting parts (not shown) that connect the left and right wings inside the main body 2. For example, the wings 3 can be rotated/tilted via the connecting parts. Although not shown, the wings 3 are appropriately provided with ailerons (auxiliary wings) for controlling the attitude of the airplane 1, flaps mainly for increasing or decreasing lift, and the like.
(プロペラ機構4、プロペラ軸4a、羽根4b)
プロペラ機構4は、プロペラ軸4aによって回転する羽根4bを備えている。その羽根4bはプロペラ軸4aに略垂直な方向、すなわちプロペラの回転する回転面の半径方向に延びている。プロペラ機構1は、羽根4bのプロペラの回転面となす羽根角を変更する角度変更機構(図示せず)を備えている。
(Propeller mechanism 4, propeller shaft 4a, blades 4b)
The propeller mechanism 4 includes blades 4b that rotate on a propeller shaft 4a. The blades 4b extend in a direction substantially perpendicular to the propeller shaft 4a, i.e., in the radial direction of the rotational plane of the propeller. The propeller mechanism 1 includes an angle changing mechanism (not shown) that changes the blade angle that the blades 4b form with the rotational plane of the propeller.
(水平尾翼5a、垂直尾翼5b)
本実施形態では、本体2の後端付近には水平尾翼5aが左右に延びている。水平尾翼の両端には垂直尾翼5bが設けられている。なお水平尾翼5aには昇降舵を、垂直尾翼5bには方向舵をそれぞれ設けてもよい。
(Horizontal stabilizer 5a, vertical stabilizer 5b)
In this embodiment, a horizontal stabilizer 5a extends to the left and right near the rear end of the main body 2. Vertical stabilizers 5b are provided at both ends of the horizontal stabilizer. Note that the horizontal stabilizer 5a may be provided with an elevator, and the vertical stabilizer 5b may be provided with a rudder.
(駆動部6、エンジン9)
駆動部6は、エンジン9とモータ10とからなる。
エンジン9は、本実施形態では、本体2の軸方向に延びている中心線付近に設けられている。エンジン9からは前方に向けて出力軸9aが延びている。エンジン9として、例えば、ガソリンエンジン、ガスタービンなどの従来公知のエンジンを用いることができる。
(Drive unit 6, engine 9)
The drive unit 6 comprises an engine 9 and a motor 10 .
In this embodiment, the engine 9 is provided near a center line extending in the axial direction of the main body 2. An output shaft 9a extends forward from the engine 9. As the engine 9, for example, a conventionally known engine such as a gasoline engine or a gas turbine can be used.
(伝達機構7)
伝達機構7は、エンジンの出力軸9aから回転駆動力が伝達されるギアボックス7aと、ギアボックスから左右に延びている左右のシャフト7b、7bと、シャフト7b、7bの先端にそれぞれ設けられる左右の伝達部7c、7cと、伝達部7c、7cを介して駆動力がそれぞれ伝達されると共に左右のプロペラ軸4a、4aにそれぞれ連結される連結軸7d、7dとを備えている。
本実施形態では、ギアボックス7aは、翼3と連結されている付近の本体2の内部に設けられている。またシャフト7b、7bは、左右の翼3、3の内部にそれぞれ設けられている。シャフト7bの回転駆動力は、先端に設けられた伝達部7cを介し、連結軸7dを経て、プロペラ軸4aに伝達される。本実施形態では伝達部にヘベルギア機構7cを用いている。また連結軸7dには、クラッチ11が設けられている。
(Transmission mechanism 7)
The transmission mechanism 7 includes a gear box 7a to which the rotational driving force is transmitted from the engine output shaft 9a, left and right shafts 7b, 7b extending left and right from the gear box, left and right transmission parts 7c, 7c respectively provided at the ends of the shafts 7b, 7b, and connecting shafts 7d, 7d to which the driving force is transmitted via the transmission parts 7c, 7c respectively and which are connected to the left and right propeller shafts 4a, 4a respectively.
In this embodiment, the gear box 7a is provided inside the main body 2 near where it is connected to the wing 3. The shafts 7b, 7b are provided inside the left and right wings 3, 3, respectively. The rotational driving force of the shaft 7b is transmitted to the propeller shaft 4a via a transmission part 7c provided at the tip and a connecting shaft 7d. In this embodiment, a Hebel gear mechanism 7c is used for the transmission part. A clutch 11 is provided on the connecting shaft 7d.
また伝達機構7はエンジン9からの回転駆動力をモータ10の出力軸に伝達するモータ伝達機構7eを備えている。本実施形態では連結軸7dはモータ伝達機構7eである。なおモータ10の出力軸が連結軸7dを兼ねてもよい。さらにモータ10の出力軸と連結軸7dとが同芯となるようにモータ伝達機構7eで連結されていてもよい。さらにモータ10の出力軸と連結軸7dとが回転駆動力を伝達する歯車等のモータ伝達機構7eで連結されていてもよい。 The transmission mechanism 7 also includes a motor transmission mechanism 7e that transmits the rotational driving force from the engine 9 to the output shaft of the motor 10. In this embodiment, the connecting shaft 7d is the motor transmission mechanism 7e. The output shaft of the motor 10 may also serve as the connecting shaft 7d. Furthermore, the output shaft of the motor 10 and the connecting shaft 7d may be connected by the motor transmission mechanism 7e so that they are concentric. Furthermore, the output shaft of the motor 10 and the connecting shaft 7d may be connected by a motor transmission mechanism 7e such as a gear that transmits the rotational driving force.
(バッテリ8)
バッテリ8は、本実施形態では、本体2の軸方向に延びている中心線付近に設けられている。バッテリ8は、ギアボックス7aを挟んでエンジン9と反対側に設けられている。バッテリ8は従来公知のものである。
(Battery 8)
In this embodiment, the battery 8 is provided near a center line extending in the axial direction of the main body 2. The battery 8 is provided on the opposite side of the gear box 7a to the engine 9. The battery 8 is a conventionally known battery.
(モータ10)
本実施形態では、左右のプロペラ機構4、4をそれぞれ回転駆動させる左右のモータ10、10を備えている。モータ10は、連結軸7dを介してプロペラ軸4aに回転駆動力を伝達する。モータ10は、バッテリ8から電線8aを介して電気を得ている。またモータ10には、インバータ10aが用いられている。インバータ10aによりモータ10の回転数を変更することができる。
またモータ10は発電機としても作用する。モータ10は、エンジン9による連結軸7dの回転により発電する。発電により得られた電気はバッテリ8に充電される。
(Motor 10)
In this embodiment, the vehicle is provided with left and right motors 10, 10 that rotate and drive the left and right propeller mechanisms 4, 4, respectively. The motor 10 transmits a rotational driving force to the propeller shaft 4a via a connecting shaft 7d. The motor 10 obtains electricity from a battery 8 via an electric wire 8a. The motor 10 also includes an inverter 10a. The rotation speed of the motor 10 can be changed by the inverter 10a.
The motor 10 also functions as a generator. The motor 10 generates electricity by the rotation of the connecting shaft 7d by the engine 9. The electricity obtained by the generation is charged into the battery 8.
(クラッチ11)
本実施系形態では、左右のクラッチ11、11は、左右の連結軸7d、7dにそれぞれ設けられている。クラッチ11のプロペラ機構4側にモータ10が設けられている。クラッチ11によりエンジン9側との連結を切ると、左右のモータ10、10をそれぞれ別個の回転数で運転することができる。本実施系形態では、クラッチ11として摩擦クラッチなどの円板クラッチを用いている。なお、従来公知の他のクラッチを用いてもよい。
(Clutch 11)
In this embodiment, the left and right clutches 11, 11 are provided on the left and right connecting shafts 7d, 7d, respectively. A motor 10 is provided on the propeller mechanism 4 side of the clutch 11. When the clutch 11 is disconnected from the engine 9 side, the left and right motors 10, 10 can be operated at different rotation speeds. In this embodiment, a disc clutch such as a friction clutch is used as the clutch 11. Other conventionally known clutches may also be used.
(トルクセンサ12)
本実施形態では、モータ10の出力軸(7d)にトルクセンサ12が設けられている。なおトルクセンサ12は伝達機構7のシャフト7bに設けてもよい。トルクセンサ12は、トルクを計測する従来公知のセンサである。
(Torque sensor 12)
In this embodiment, a torque sensor 12 is provided on the output shaft (7d) of the motor 10. The torque sensor 12 may be provided on the shaft 7b of the transmission mechanism 7. The torque sensor 12 is a conventionally known sensor that measures torque.
(制御部13)
制御部13には、例えば、トルクセンサ12で検知されるトルク、エンジン9の出力軸9aの回転数、モータ10の回転数などの計測値が入力される。
本実施形態では、エンジン9、モータ10には、図示しない回転数を測定するセンサを設けている。得られた回転数の測定値は制御部13に送信される。制御部13では回転数の測定値に基づいて、エンジン9の回転数を制御したり、モータ10のインバータ10aに回転数の目標値を送信したりしている。またバッテリ8には、図示しない充電量を測定するセンサが設けられている。充電量の測定値は制御部13に送られる。
制御部13は、バッテリ8の残存の充電量や、エンジン9、モータ10の回転数、トルクの計測値に基づいて、燃費を考慮した運転をしたり、ホバリング時の姿勢制御の運転をしたり、目標地点までの所要時間を早めたりするための運転をする。
制御部13は、エンジン9からの駆動力の伝達を入り切りしたり、前記入りの際にエンジン9からの駆動力の一部を発電のためにモータ10に伝達したりするのを制御する。制御部13は伝達機構7に設けられたクラッチ11の入り切りや、モータ10またはエンジン9の回転駆動のON/OFFを制御する。
制御部13は、バッテリ8の残存の充電量や、エンジン9、モータ10の回転数、トルクの計測値に基づいて、バッテリ8、エンジン9またはモータ10の故障を判断する。また故障を判断すると、予備のモータ10b、予備のバッテリ8aの使用を判断する(図3、4参照)。
(Control unit 13)
The control unit 13 receives measurement values such as the torque detected by the torque sensor 12, the rotation speed of the output shaft 9a of the engine 9, and the rotation speed of the motor 10, for example.
In this embodiment, the engine 9 and the motor 10 are provided with sensors (not shown) for measuring their rotation speeds. The obtained measured values of the rotation speeds are sent to the control unit 13. The control unit 13 controls the rotation speed of the engine 9 based on the measured values of the rotation speeds, and sends a target value of the rotation speed to the inverter 10a of the motor 10. The battery 8 is also provided with a sensor (not shown) for measuring the charge amount. The measured value of the charge amount is sent to the control unit 13.
Based on the remaining charge in the battery 8 and the measured values of the rotation speed and torque of the engine 9 and motor 10, the control unit 13 operates the aircraft in a way that takes fuel efficiency into consideration, controls the attitude during hovering, and shortens the time required to reach the target point.
The control unit 13 controls the on/off of the transmission of driving force from the engine 9 and the transmission of part of the driving force from the engine 9 to the motor 10 for power generation when the transmission is on. The control unit 13 controls the on/off of the clutch 11 provided in the transmission mechanism 7 and the on/off of the rotation drive of the motor 10 or the engine 9.
The control unit 13 judges whether or not there is a failure in the battery 8, the engine 9 or the motor 10 based on the remaining charge of the battery 8 and the measured values of the rotation speed and torque of the engine 9 and the motor 10. If a failure is judged, the control unit 13 judges whether or not there is a failure in the battery 8, the engine 9 or the motor 10 (see Figs. 3 and 4).
[3.飛行について]
図4a、図4b、図4c、図4dは、異なる飛行状態において、駆動部6周辺の装置の動作する様子を示す概略図である。
[3. About Flight]
4a, 4b, 4c and 4d are schematic diagrams showing the operation of the devices around the drive unit 6 in different flight conditions.
(垂直離着陸又はホバリング:状態S2)
図4aは垂直離着陸又はホバリング状態S2(図2参照)における駆動部6周辺の装置の動作を示している。
太線の矢印は回転駆動力が伝達されている様子を示す。図4aでは、モータ10からプロペラ機構4に回転駆動力が伝達されている。また細線の矢印については、例えば、矢印がバッテリ8側を向いていると、電気がバッテリ8で充電されていることを示し、一方で、モータ10側を向いていれば、電気がモータ10で使用されていることを示している。
状態S2では、バッテリ8に充電された電力でモータ10が駆動し、プロペラ機構4を回転駆動させている。このとき左右のクラッチ11、11(図3参照)は切られており、プロペラ機構4とエンジン9との間で回転駆動力は伝達されない。左右のモータ10、10はインバータ10a、10aにより、それぞれ回転制御される。左右のプロペラ機構4、4のそれぞれの回転数を異にすることができるので、飛行機1は垂直離着陸又はホバリングにおける姿勢を制御することができる。
垂直離着陸又はホバリング時では、上昇したり、飛行機1の姿勢を制御したりして、敏感に回転数を変更できるように、モータ10が用いられている。またモータ10を用いることで、垂直離着陸又はホバリング時の騒音が低減される。
(Vertical takeoff and landing or hovering: State S2)
FIG. 4a shows the operation of the devices around the drive unit 6 in vertical takeoff/landing or hovering state S2 (see FIG. 2).
The thick arrows indicate the manner in which the rotational driving force is transmitted. In Fig. 4a, the rotational driving force is transmitted from the motor 10 to the propeller mechanism 4. As for the thin arrows, for example, when the arrow points toward the battery 8, it indicates that electricity is being charged by the battery 8, whereas when the arrow points toward the motor 10, it indicates that electricity is being used by the motor 10.
In state S2, the motor 10 is driven by the power stored in the battery 8, and rotates the propeller mechanism 4. At this time, the left and right clutches 11, 11 (see FIG. 3) are disengaged, and no rotational driving force is transmitted between the propeller mechanism 4 and the engine 9. The rotation of the left and right motors 10, 10 is controlled by inverters 10a, 10a, respectively. Since the rotation speeds of the left and right propeller mechanisms 4, 4 can be made different, the attitude of the airplane 1 during vertical takeoff and landing or hovering can be controlled.
During vertical takeoff and landing or hovering, the motor 10 is used so that the rotation speed can be changed sensitively by ascending or controlling the attitude of the airplane 1. Furthermore, by using the motor 10, noise during vertical takeoff and landing or hovering can be reduced.
(水平飛行:状態S1)
図4bは飛行機の水平飛行時の駆動部6周辺の装置の動作を示している。
状態S1では、エンジン9の出力軸9aから伝達機構7を介して左右のプロペラ機構4、4(図3参照)に回転駆動力が伝達される。モータ10は、モータ伝達機構7e(本実施形態では連結軸7d、7d)からの回転駆動力の伝達により、電気を発電する発電機として用いられている。発電された電気はバッテリ8に充電される。このとき左右のクラッチ11、11(図3参照)は繋がれており、プロペラ機構4とエンジン9との間で回転駆動力は伝達される。
水平飛行時において、一定の回転数でプロペラ機構4を駆動できると燃費がよい。本実施形態ではエンジン9を一定の駆動力で駆動させている。
(Level flight: State S1)
FIG. 4b shows the operation of the devices around the drive unit 6 when the airplane is in horizontal flight.
In state S1, the rotational driving force is transmitted from the output shaft 9a of the engine 9 to the left and right propeller mechanisms 4, 4 (see FIG. 3) via the transmission mechanism 7. The motor 10 is used as a generator that generates electricity by the transmission of the rotational driving force from the motor transmission mechanism 7e (connecting shafts 7d, 7d in this embodiment). The generated electricity is charged into the battery 8. At this time, the left and right clutches 11, 11 (see FIG. 3) are connected, and the rotational driving force is transmitted between the propeller mechanism 4 and the engine 9.
During horizontal flight, fuel efficiency is improved if the propeller mechanism 4 can be driven at a constant rotation speed. In this embodiment, the engine 9 is driven with a constant driving force.
(緊急時)
図4cは飛行機の緊急時の駆動部6周辺の装置の動作を示している。図の飛行機1は、予備のモータ10b、予備のバッテリ8aを備えている。図中のバツ印は、故障したり、バッテリの充電がなくなったりしたことを示している。
図では、予備のバッテリ8aから予備のモータ10b(図3の二点鎖線参照)に電気が供給されている。緊急時には、必要なクラッチ11を入り切りし、バッテリ8(8a)、エンジン9、モータ10(10b)のうちの駆動可能な装置を用いて飛行機1を運転する。
(In case of emergency)
Fig. 4c shows the operation of the devices around the drive unit 6 in an airplane emergency. The airplane 1 in the figure is equipped with a spare motor 10b and a spare battery 8a. The cross marks in the figure indicate a malfunction or loss of battery charge.
In the figure, electricity is supplied from the spare battery 8a to the spare motor 10b (see the two-dot chain line in FIG. 3). In an emergency, the necessary clutches 11 are switched on and off, and the airplane 1 is operated using the battery 8 (8a), engine 9, and motor 10 (10b) that can be driven.
緊急時として、例えば、片方のモータ10(例えば、図3の右方のモータ)が故障した際には、右方のクラッチ11を繋げて、左方のクラッチを切り、右方のプロペラ機構4はエンジン9の回転駆動力で、左方のプロペラ機構4は左方のモータ10の回転駆動力で回転駆動させてもよい。 In an emergency, for example, if one of the motors 10 (e.g., the right motor in FIG. 3) fails, the right clutch 11 can be connected and the left clutch can be disengaged, and the right propeller mechanism 4 can be driven by the rotational driving force of the engine 9, and the left propeller mechanism 4 can be driven by the rotational driving force of the left motor 10.
(アシスト運転時)
図4dは飛行機のアシスト運転時の駆動部6周辺の装置の動作を示している。
図ではホバリング時にモータ10の出力軸(または連結軸7d)のトルクの測定値に基づいて、必要な駆動力をエンジン9の駆動によりアシストしてもよい。
一方で、水平飛行時に、出力軸9aのトルクの測定値に基づいて、左右のモータ10、10(図3参照)の駆動により、エンジン9の駆動をアシストしてもよい。なお片方のモータ10を駆動してアシストしてもよい。
(When driving with assist)
FIG. 4d shows the operation of the devices around the drive unit 6 during assisted operation of the airplane.
In the figure, the required driving force may be assisted by the drive of the engine 9 based on the measured torque value of the output shaft (or the connecting shaft 7d) of the motor 10 during hovering.
On the other hand, during horizontal flight, the left and right motors 10, 10 (see FIG. 3) may be driven to assist the driving of the engine 9 based on the measured torque value of the output shaft 9a. Note that only one of the motors 10 may be driven to assist the driving.
[4.他の実施形態]
これから説明する変形例や他の実施形態において、前述した第1実施形態と異なる部分のみ説明をし、同じ部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。
4. Other embodiments
In the modifications and other embodiments described below, only the parts that are different from the first embodiment described above will be described, and the same parts will be given the same reference numerals and their description will be omitted.
(変形例1)
第1実施形態の変形例1を説明する。変形例1の飛行機1は、モータ10によりプロペラ機構4に伝達される回転数は、垂直離着陸又はホバリングに適した羽根4bの先端速度になるように設定されている。
(Variation 1)
A first modified example of the first embodiment will now be described. In the airplane 1 of the first modified example, the number of rotations transmitted to the propeller mechanism 4 by the motor 10 is set to provide a tip speed of the blades 4b suitable for vertical takeoff and landing or hovering.
(変形例2)
第1実施形態の変形例2を説明する。変形例2の飛行機1は、エンジン9によりプロペラ機構4に伝達される回転数は、水平飛行時の所定の飛行速度に適した羽根4bの先端速度になるように設定されている。
(Variation 2)
A second modification of the first embodiment will now be described. In the airplane 1 of the second modification, the number of revolutions transmitted from the engine 9 to the propeller mechanism 4 is set so as to provide a tip speed of the blades 4b suitable for a predetermined flight speed during horizontal flight.
(変形例3)
変形例3の飛行機1は、モータ10によりプロペラ機構4に伝達される回転数は、垂直離着陸又はホバリングに適した羽根4bの先端速度になるように設定され、さらにエンジン9によりプロペラ機構4に伝達される回転数は、水平飛行時の所定の飛行速度に適した羽根4bの先端速度になるように設定されている。上述した変形例1と変形例2を合わせたものである。
(Variation 3)
In the airplane 1 of the modified example 3, the rotational speed transmitted to the propeller mechanism 4 by the motor 10 is set to a tip speed of the blades 4b suitable for vertical takeoff and landing or hovering, and the rotational speed transmitted to the propeller mechanism 4 by the engine 9 is set to a tip speed of the blades 4b suitable for a predetermined flight speed during horizontal flight. This is a combination of the modified examples 1 and 2 described above.
(第2実施形態)
図5は飛行機1の第2実施形態示す概略図である。図に示す飛行機1aは、クラッチ11を1つ備えている。クラッチ11はエンジン9と伝達機構7との間に設けられている。この実施形態ではエンジン9の出力軸9aに設けられている。
垂直離着陸又はホバリングの際には、クラッチ11を切り、左右のモータ10、10の回転駆動力を用いる。一方で、水平飛行時には、クラッチ11を繋ぎ、エンジン9の駆動力を用い、左右のモータ10、10で発電をし、バッテリ8に電気を充電する。このとき制御部13はクラッチ11の入り切りや、モータ10またはエンジン9の回転駆動のON/OFFを制御する。
Second Embodiment
5 is a schematic diagram showing a second embodiment of the airplane 1. The airplane 1a shown in the figure has one clutch 11. The clutch 11 is provided between the engine 9 and the transmission mechanism 7. In this embodiment, the clutch 11 is provided on the output shaft 9a of the engine 9.
During vertical takeoff and landing or hovering, the clutch 11 is disengaged and the rotational drive force of the left and right motors 10, 10 is used. On the other hand, during horizontal flight, the clutch 11 is engaged and the drive force of the engine 9 is used, generating electricity at the left and right motors 10, 10 and charging the battery 8. At this time, the control unit 13 controls the engagement and disengagement of the clutch 11 and the ON/OFF of the rotational drive of the motor 10 or the engine 9.
(変形例4)
次いで、第2実施形態の変形例を説明する。変形例4の飛行機1aは、シャフト7bにさらにクラッチ11(二点鎖線参照)が設けられている。エンジン9の出力軸9aのクラッチ11を切り、その上でシャフト7bのクラッチ11(二点鎖線参照)を切ることで、左右のモータ10、10を別個の回転数で駆動させることができる。クラッチ11は、伝達機構7においてモータ10よりもギアボックス7a側に設けられている。
(Variation 4)
Next, a modification of the second embodiment will be described. In the airplane 1a of the modification 4, a clutch 11 (see two-dot chain line) is further provided on the shaft 7b. By disengaging the clutch 11 on the output shaft 9a of the engine 9 and then disengaging the clutch 11 (see two-dot chain line) on the shaft 7b, the left and right motors 10, 10 can be driven at different rotation speeds. The clutch 11 is provided on the gear box 7a side of the motor 10 in the transmission mechanism 7.
(第3実施形態)
図6は飛行機1の第3実施形態示す概略図である。図に示す飛行機1bは、モータ10を1つ備えている。本実施形態では、モータ10は、ギアボックス7aを挟んでエンジン9と対向する位置に配置されている。モータ10の出力軸はギアボックス7a内に延びている。モータ10の回転駆動力はギアボックス7aにより左右のシャフト7b、7bに伝達される。またクラッチ11はエンジン9と伝達機構7との間に1つ設けられている。この実施形態ではエンジン9の出力軸9aに設けられている。
垂直離着陸又はホバリングの際には、クラッチ11を切り、モータ10の回転駆動力でプロペラ機構4、4を回転駆動させる。一方で、水平飛行時には、クラッチ11を繋ぎ、エンジン9の回転駆動力でプロペラ機構4、4を回転駆動させると共に、モータ10に回転駆動力を伝達して発電させ、バッテリ8に電気を充電する。
また制御部13は伝達機構7のクラッチ11の入り切りや、モータ10またはエンジン9の回転駆動のON/OFFを制御する。
Third Embodiment
6 is a schematic diagram showing a third embodiment of the airplane 1. The airplane 1b shown in the figure has one motor 10. In this embodiment, the motor 10 is disposed in a position facing the engine 9 with the gear box 7a in between. The output shaft of the motor 10 extends into the gear box 7a. The rotational driving force of the motor 10 is transmitted to the left and right shafts 7b, 7b by the gear box 7a. In addition, one clutch 11 is provided between the engine 9 and the transmission mechanism 7. In this embodiment, the clutch 11 is provided on the output shaft 9a of the engine 9.
During vertical takeoff and landing or hovering, the clutch 11 is disengaged, and the propeller mechanisms 4, 4 are rotationally driven by the rotational driving force of the motor 10. On the other hand, during horizontal flight, the clutch 11 is engaged, and the propeller mechanisms 4, 4 are rotationally driven by the rotational driving force of the engine 9, and the rotational driving force is transmitted to the motor 10 to generate electricity and charge the battery 8.
The control unit 13 also controls the on/off of the clutch 11 of the transmission mechanism 7 and the on/off of the rotation drive of the motor 10 or the engine 9 .
(変形例5)
次いで、第3実施形態の変形例を説明する。変形例5の飛行機1bは、前述の実施形態のように、モータ10はギアボックス7aを介して回転駆動力を伝達しない。モータ10(二点鎖線参照)はシャフト7bを介して回転駆動力を伝達するように設けられている。
垂直離着陸又はホバリングの際には、エンジン9とギアボックスウ7aとの間のクラッチ11を切り、モータ10の回転駆動力を用いる。一方で、水平飛行時には、クラッチ11を繋ぎ、エンジン9の駆動力を用い、モータ10で発電をし、バッテリ8に電気を充電する。なおモータ10とギアボックス7bの間にさらにクラッチ11(二点鎖線参照)を備えてもよい。前記クラッチ11を切ることで、右方のプロペラ機構4はエンジン9の回転駆動力で、左方のプロペラ機構4は左方のモータ10の回転駆動力で回転駆動させることができる。
(Variation 5)
Next, a modification of the third embodiment will be described. In the airplane 1b of the modification 5, the motor 10 does not transmit the rotational driving force via the gear box 7a as in the above embodiment. The motor 10 (see the two-dot chain line) is provided to transmit the rotational driving force via the shaft 7b.
During vertical takeoff and landing or hovering, the clutch 11 between the engine 9 and the gearbox 7a is disengaged, and the rotational driving force of the motor 10 is used. On the other hand, during horizontal flight, the clutch 11 is engaged, the driving force of the engine 9 is used, power is generated by the motor 10, and the electricity is charged to the battery 8. Note that a further clutch 11 (see the two-dot chain line) may be provided between the motor 10 and the gearbox 7b. By disengaging the clutch 11, the right propeller mechanism 4 can be rotationally driven by the rotational driving force of the engine 9, and the left propeller mechanism 4 can be rotationally driven by the rotational driving force of the left motor 10.
(緊急時のその他)
例えば、全てのモータ10(図3、図5、図6参照)が故障した際に、エンジン9と左右のプロペラ機構4、4との間で回転駆動力が伝達されるようにクラッチ11を繋げて、エンジン9により水平飛行と、垂直離着陸又はホバリングとを行うようにしてもよい。
また片方のモータ10(例えば、図3、図5の右方のモータ)が故障した際には、エンジン9の回転駆動力が右方のプロペラ機構4に伝達されるようにクラッチ11を繋げ、さらに左方のプロペラ機構4にエンジン9の回転駆動力が伝達されないように他方のクラッチ11を切り、右方のプロペラ機構4はエンジン9の回転駆動力で、左方のプロペラ機構4は左方のモータ10の回転駆動力で回転駆動させてもよい。
さらに片方のモータ10(例えば、図3の右方のモータ)が故障した際には、左右のプロペラ機構4、4の間で回転駆動力が伝達されるようにクラッチ11を繋げ、左方のモータ10の回転駆動力で左方と共に右方のプロペラ機構4を回転駆動させてもよい。その際に、エンジン9の回転駆動力をアシストとして用いてもよい。さらになお、エンジン9と伝達機構7との間にクラッチ11を備えている場合(図5参照)は、前記クラッチ11を切り、エンジン9を駆動させないようにしてもよい。
(Other in emergencies)
For example, when all of the motors 10 (see Figures 3, 5, and 6) fail, the clutch 11 may be connected so that rotational driving force is transmitted between the engine 9 and the left and right propeller mechanisms 4, 4, and the engine 9 may be used for horizontal flight and vertical take-off and landing or hovering.
In addition, when one of the motors 10 (for example, the right motor in Figures 3 and 5) fails, the clutch 11 can be connected so that the rotational driving force of the engine 9 is transmitted to the right propeller mechanism 4, and the other clutch 11 can be disengaged so that the rotational driving force of the engine 9 is not transmitted to the left propeller mechanism 4, and the right propeller mechanism 4 can be rotationally driven by the rotational driving force of the engine 9 and the left propeller mechanism 4 can be rotationally driven by the rotational driving force of the left motor 10.
Furthermore, when one of the motors 10 (for example, the right motor in FIG. 3) fails, a clutch 11 may be connected so that the rotational driving force is transmitted between the left and right propeller mechanisms 4, 4, and the right propeller mechanism 4 may be rotated together with the left propeller mechanism 4 by the rotational driving force of the left motor 10. At that time, the rotational driving force of the engine 9 may be used as an assist. Furthermore, if a clutch 11 is provided between the engine 9 and the transmission mechanism 7 (see FIG. 5), the clutch 11 may be disengaged so that the engine 9 is not driven.
[5.その他]
(1)上述した実施形態は、それぞれを適宜に組み合わせて用いることができる。例えば、実施形態1と実施形態2を組み合わせて、エンジンク9のエンジン出力軸9aと、左右の連結軸7d、7dとの両方にクラッチ11を設けて、回転駆動力を入り切りするようにしてもよい。
(2)本実施形態において、飛行機1は、垂直離着陸機(VTOL機)または離陸時に短距離を滑走し、着陸時に垂直着陸する短距離離陸垂直着陸機(STOVL機)として用いられる。翼3を水平に対して斜めに傾けて、斜め前方に前進しながら離陸してもよい。
(3)本実施形態では、プロペラ機構4の羽根4bは三枚であるが、二枚以下または四枚以上でもよい。
(4)プロペラ機構4は、チルトウィングと呼ばれる翼3ごと回動/傾動する機構を主に用いているが、翼3に対してプロペラ機構4を傾動させるチルトロータと呼ばれる機構を用いてもよい。
(5)飛行機1は、人や荷物を運ぶばかりでなく、観測、監視などのために利用するなど、多種の用途に用いることができる。
(6)バッテリ8は、モータ10の近傍に設けてもよい。また左右のモータ10、10毎に設けてもよい。さらに3つ以上設けてもよい。設ける場所は本体2や翼3の内部である。
(7)図3の飛行機1において、左右の一方又は両方のモータ10を連結軸7dでなく、シャフト7bに設けて、回転駆動力をシャフト7bに伝達するようにしてもよい。その場合、クラッチ11はモータ10よりもギアボックス7a側に設けるのがよい。
(8)なお上述した実施形態において、サイクリック機構を設けてもよい。
[5. Other]
(1) The above-described embodiments may be used in combination as appropriate. For example, the first and second embodiments may be combined, and clutches 11 may be provided on both the engine output shaft 9a of the engine 9 and the left and right connecting shafts 7d, 7d to switch the rotational driving force on and off.
(2) In this embodiment, the airplane 1 is used as a vertical take-off and landing aircraft (VTOL aircraft) or a short take-off and vertical landing aircraft (STOVL aircraft) that runs a short distance during take-off and lands vertically during landing. The airplane 1 may take off by tilting the wings 3 obliquely relative to the horizontal and moving forward obliquely.
(3) In this embodiment, the propeller mechanism 4 has three blades 4b. However, the number of blades may be two or less or four or more.
(4) The propeller mechanism 4 mainly uses a mechanism called a tilt wing, which rotates/tilts together with the blade 3. However, a mechanism called a tilt rotor, which tilts the propeller mechanism 4 relative to the blade 3, may also be used.
(5) Airplane 1 can be used for a variety of purposes, including not only transporting people and luggage but also for observation and surveillance.
(6) The battery 8 may be provided near the motor 10. Also, a battery may be provided for each of the left and right motors 10. Furthermore, three or more batteries may be provided. The battery may be provided inside the main body 2 or the wing 3.
(7) In the airplane 1 of Fig. 3, one or both of the left and right motors 10 may be provided on the shaft 7b instead of the connecting shaft 7d, and the rotational driving force may be transmitted to the shaft 7b. In this case, it is preferable to provide the clutch 11 closer to the gear box 7a than the motor 10.
(8) In the above-described embodiment, a cyclic mechanism may be provided.
[6.まとめ]
(1)本体2および左右の翼3、3を備えた飛行機1であって、左右方向の軸に略平行な軸周りに傾動自在で左右の翼3、3にそれぞれ設けられる左右のプロペラ機構4、4と、左右のプロペラ機構4、4の羽根4bを回転駆動させるモータ10およびエンジン9からなる駆動部6と、駆動部6から左右のプロペラ機構4、4へ駆動力を伝える伝達機構7とからなり、伝達機構7は、エンジン9からの駆動力の伝達を入り切りするクラッチと、前記入りの際にエンジン9からの駆動力の一部を発電のために前記モータに伝達するモータ伝達機構7eとからなることを特徴としている。
このため、例えば、垂直離着陸又はホバリング時にモータ10でプロペラ機構4を駆動させ、水平飛行時に前記エンジンの駆動力により伝達機構7を介してプロペラ機構4を駆動させると共にモータ10を発電させることができる。
また垂直離着陸又はホバリング時にモータ10に加え、エンジン9の駆動力によりプロペラ機構4を駆動させるので、モータ10の駆動をエンジン9によりアシストすることができる。
また水平飛行時にエンジン9に加え、モータ10の駆動力によりプロペラ機構4を駆動させるので、エンジン9の駆動をモータ10によりアシストすることができる。
6. Summary
(1) An airplane 1 having a main body 2 and left and right wings 3, 3, comprising left and right propeller mechanisms 4, 4 that are freely tiltable around an axis approximately parallel to the left-right axis and are provided on the left and right wings 3, 3, respectively, a drive unit 6 consisting of a motor 10 and an engine 9 that rotates and drives the blades 4b of the left and right propeller mechanisms 4, 4, and a transmission mechanism 7 that transmits driving force from the drive unit 6 to the left and right propeller mechanisms 4, 4, the transmission mechanism 7 being characterized in that it comprises a clutch that switches on and off the transmission of driving force from the engine 9, and a motor transmission mechanism 7e that transmits a portion of the driving force from the engine 9 to the motor for generating electricity when the transmission is switched on.
Therefore, for example, the propeller mechanism 4 can be driven by the motor 10 during vertical takeoff and landing or hovering, and during horizontal flight, the propeller mechanism 4 can be driven via the transmission mechanism 7 by the driving force of the engine while the motor 10 generates electricity.
During vertical takeoff and landing or hovering, the propeller mechanism 4 is driven by the driving force of the engine 9 in addition to the motor 10, so that the drive of the motor 10 can be assisted by the engine 9.
During horizontal flight, the propeller mechanism 4 is driven by the driving force of the motor 10 in addition to the engine 9, so that the drive of the engine 9 can be assisted by the motor 10.
(2)このような飛行機1は、垂直離着陸又はホバリング時にモータ10でプロペラ機構4を駆動させ、水平飛行時に前記エンジンの駆動力により伝達機構7を介してプロペラ機構4を駆動させると共にモータ10を発電させるので、垂直離着陸又はホバリング時では、上昇したり、飛行機1の姿勢を制御したりして、敏感に回転数を変更できるように、モータ10を用いる。水平飛行時では、一定の回転数でプロペラ機構4を駆動できるので、水平飛行時/垂直離着陸又はホバリング時について、それぞれエネルギー効率の高いエンジン9/モータ10を用いているので、燃費を向上することができる。またバッテリ9の電力を長持ちさせることができる。また垂直離着陸又はホバリング時の騒音を低減できる。 (2) In such an airplane 1, the motor 10 drives the propeller mechanism 4 during vertical takeoff and landing or hovering, and during horizontal flight, the driving force of the engine drives the propeller mechanism 4 via the transmission mechanism 7 and generates electricity for the motor 10. Therefore, during vertical takeoff and landing or hovering, the motor 10 is used so that the rotation speed can be changed sensitively by ascending or controlling the attitude of the airplane 1. During horizontal flight, the propeller mechanism 4 can be driven at a constant rotation speed, so that the engine 9/motor 10, which are highly energy efficient, are used for horizontal flight/vertical takeoff and landing or hovering, respectively, thereby improving fuel efficiency. In addition, the power of the battery 9 can be made to last longer. In addition, noise during vertical takeoff and landing or hovering can be reduced.
(3)また垂直離着陸又はホバリング時にモータ10に加え、エンジン9の駆動力によりプロペラ機構4を駆動させるので、モータ10の駆動をエンジン9によりアシストすることができる。 (3) During vertical takeoff and landing or hovering, the propeller mechanism 4 is driven by the driving force of the engine 9 in addition to the motor 10, so the drive of the motor 10 can be assisted by the engine 9.
(4)また水平飛行時にエンジン9に加え、モータ10の駆動力によりプロペラ機構4を駆動させるので、エンジン9の駆動をモータ10によりアシストすることができる。 (4) During horizontal flight, the propeller mechanism 4 is driven by the driving force of the motor 10 in addition to the engine 9, so the driving of the engine 9 can be assisted by the motor 10.
(5)またモータ10によりプロペラ機構4に伝達される回転数は、垂直離着陸又はホバリングに適した羽根4bの先端速度になるように設定されており、エンジン9によりプロペラ機構4に伝達される回転数は、水平飛行時の所定の飛行速度に適した羽根4bの先端速度になるように設定されているので、プロペラ効率が高い。
(6)またモータ10を複数備えているので、モータ10の故障/不具合に異なるモータ10を用いることができるので、安全である。
(5) Furthermore, the rotational speed transmitted to the propeller mechanism 4 by the motor 10 is set so that the tip speed of the blades 4b is suitable for vertical takeoff and landing or hovering, and the rotational speed transmitted to the propeller mechanism 4 by the engine 9 is set so that the tip speed of the blades 4b is suitable for a specified flight speed during horizontal flight, resulting in high propeller efficiency.
(6) Furthermore, since a plurality of motors 10 are provided, a different motor 10 can be used in the event of a failure or malfunction of a motor 10, which is safe.
(7)またモータ10とエンジン9のうちのいずれか1つ以上により伝達機構を介して左右のプロペラ機構4、4を回転駆動するので、安全である。また緊急時に一層安全である。 (7) It is also safe because the left and right propeller mechanisms 4, 4 are driven and rotated by one or more of the motor 10 and the engine 9 via a transmission mechanism. It is also even safer in the event of an emergency.
(8)また伝達機構7に左右のプロペラ機構4、4を回転駆動させる左右のモータ10、10がそれぞれ設けられ、左右のモータ10、10の間の伝達機構7にクラッチ11が設けられ、左右のモータ10、10がそれぞれの回転数で回転するようにされているので、左右のモータ10、10で左右のプロペラ機構4、4を駆動させることができる。これにより垂直離着陸又はホバリング時の姿勢の制御が安定する。 (8) Furthermore, left and right motors 10, 10 that rotate and drive the left and right propeller mechanisms 4, 4 are provided in the transmission mechanism 7, and a clutch 11 is provided in the transmission mechanism 7 between the left and right motors 10, 10 so that the left and right motors 10, 10 rotate at their respective rotation speeds, so that the left and right propeller mechanisms 4, 4 can be driven by the left and right motors 10, 10. This stabilizes attitude control during vertical takeoff and landing or hovering.
(9)垂直離着陸できる飛行機1の飛行方法は、上述の垂直離着陸できる飛行機1の飛行方法であって、垂直離着陸又はホバリング時にモータ10でプロペラ機構4を駆動し、水平飛行時にエンジン9の駆動力により伝達機構7を介してプロペラ機構4を駆動させると共に前記モータを発電することを特徴としている。
すなわち、垂直離着陸又はホバリング時では、上昇したり、飛行機1の姿勢を制御したりして、敏感に回転数を変更できるように、モータ10を用いる。水平飛行時では、一定の回転数でプロペラ機構4を駆動できるので、エンジン9の駆動力を用いる。
このため水平飛行時/垂直離着陸又はホバリング時について、それぞれエネルギー効率の高いエンジン9/モータ10を用いているので、燃費を向上することができる。またバッテリ9の電力を長持ちさせることができる。また垂直離着陸又はホバリング時の騒音を低減できる。
(9) A flying method for an airplane 1 capable of vertical take-off and landing as described above, characterized in that during vertical take-off and landing or hovering, the propeller mechanism 4 is driven by the motor 10, and during horizontal flight, the propeller mechanism 4 is driven via the transmission mechanism 7 by the driving force of the engine 9 while the motor generates electricity.
That is, during vertical takeoff and landing or hovering, the motor 10 is used so that the rotation speed can be changed sensitively to ascend or control the attitude of the airplane 1. During horizontal flight, the propeller mechanism 4 can be driven at a constant rotation speed, so the driving force of the engine 9 is used.
Therefore, since the engine 9/motor 10 with high energy efficiency is used during horizontal flight/vertical takeoff/landing or hovering, respectively, fuel consumption can be improved. Also, the power of the battery 9 can be made to last longer. Also, noise during vertical takeoff/landing or hovering can be reduced.
1 飛行機
1a 飛行機
1b 飛行機
2 本体
3 翼
4 プロペラ機構
4a プロペラ軸
4b 羽根
5a 水平尾翼
5b 垂直尾翼
6 駆動部
7 伝達機構
7a ギアボックス
7b シャフト
7c 伝達部
7d 連結軸
7e モータ伝達機構
8 バッテリ
8a 予備のバッテリ
9 エンジン
9a エンジン出力軸
10 モータ
10a インバータ
10b 予備のモータ
11 クラッチ
12 トルクセンサ
13 制御部
Reference Signs List 1 Airplane 1a Airplane 1b Airplane 2 Body 3 Wing 4 Propeller mechanism 4a Propeller shaft 4b Blade 5a Horizontal stabilizer 5b Vertical stabilizer 6 Drive unit 7 Transmission mechanism 7a Gearbox 7b Shaft 7c Transmission unit 7d Connecting shaft 7e Motor transmission mechanism 8 Battery 8a Spare battery 9 Engine 9a Engine output shaft 10 Motor 10a Inverter 10b Spare motor 11 Clutch 12 Torque sensor 13 Control unit
Claims (8)
左右方向の軸に略平行な軸周りに傾動自在で前記左右の翼にそれぞれ設けられる左右のプロペラ機構と、
前記左右のプロペラ機構の羽根を回転駆動させるモータおよびエンジンからなる駆動部と、
前記駆動部から前記左右のプロペラ機構へ駆動力を伝える伝達機構とからなり、
前記伝達機構は、前記エンジンからの駆動力の伝達を入り切りするクラッチと、前記入りの際に前記エンジンからの駆動力の一部を発電のために前記モータに伝達するモータ伝達機構とからなる、飛行機。 An airplane having a body and left and right wings,
left and right propeller mechanisms provided on the left and right wings, respectively, and capable of tilting about axes substantially parallel to an axis in the left-right direction;
a drive unit including a motor and an engine for rotating the blades of the left and right propeller mechanisms;
a transmission mechanism for transmitting a driving force from the drive unit to the left and right propeller mechanisms,
the transmission mechanism comprises a clutch that switches on and off the transmission of driving force from the engine, and a motor transmission mechanism that transmits a portion of the driving force from the engine to the motor for generating electricity when the clutch is switched on.
水平飛行時に前記エンジンの駆動力により前記伝達機構を介して前記プロペラ機構を駆動させると共に前記モータを発電させる、請求項1記載の飛行機。 driving the propeller mechanism with the motor during vertical takeoff and landing or hovering;
2. The airplane according to claim 1, wherein during horizontal flight, the propeller mechanism is driven by a driving force of the engine via the transmission mechanism, and the motor generates electricity.
前記エンジンにより前記プロペラ機構に伝達される回転数は、水平飛行時の所定の飛行速度に適した前記羽根の先端速度になるように設定されている、請求項1または2記載の飛行機。 the number of rotations transmitted to the propeller mechanism by the motor is set to a tip speed of the blade suitable for takeoff and landing,
3. An airplane according to claim 1, wherein the number of revolutions transmitted by the engine to the propeller mechanism is set to a tip speed of the blades suitable for a predetermined flight speed during horizontal flight.
前記左右のモータの間の前記伝達機構にクラッチが設けられ、
前記左右のモータがそれぞれの回転数で回転するようにされている、請求項1または2記載の飛行機。 The transmission mechanism is provided with left and right motors for rotationally driving the left and right propeller mechanisms,
a clutch is provided in the transmission mechanism between the left and right motors;
3. An airplane according to claim 1 or 2, wherein the left and right motors are adapted to rotate at respective speeds of rotation.
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