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WO2022149419A1 - 飛行体システム、および飛行体制御プログラム - Google Patents

飛行体システム、および飛行体制御プログラム Download PDF

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Publication number
WO2022149419A1
WO2022149419A1 PCT/JP2021/046046 JP2021046046W WO2022149419A1 WO 2022149419 A1 WO2022149419 A1 WO 2022149419A1 JP 2021046046 W JP2021046046 W JP 2021046046W WO 2022149419 A1 WO2022149419 A1 WO 2022149419A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotary drive
airframe
drive body
rotary
magnus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2021/046046
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
知生 島宗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2022149419A1 publication Critical patent/WO2022149419A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C23/00—Influencing air flow over aircraft surfaces, not otherwise provided for
    • B64C23/08—Influencing air flow over aircraft surfaces, not otherwise provided for using Magnus effect
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04—Helicopters
    • B64C27/08—Helicopters with two or more rotors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • B64U10/14—Flying platforms with four distinct rotor axes, e.g. quadcopters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U30/00—Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
    • B64U30/20—Rotors; Rotor supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography

Definitions

  • the present invention relates to an air vehicle system and an air vehicle control program.
  • an airframe system such as a drone that floats an airframe using a plurality of rotary wings is known.
  • the upper and lower ends of the rotating blades of the inclined flying object should be vertically oriented so as not to come into contact with the structure. I needed to keep a distance. Therefore, there is a problem that the structure cannot be approached as much as possible.
  • the center of gravity of the heavy object is greatly deviated from the vertical line of the flying object due to the tilting of the flying object. Therefore, there is a problem that the attitude control of the flying object tends to be unstable.
  • the flying object must maintain an inclined state of a heavy object during the propulsion operation, which causes a problem that power consumption increases.
  • the inclined flying object increases the cross-sectional area of the air that hits the flying object during propulsion movements and headwinds. Therefore, the drag of the air applied to the flying object increases.
  • the propulsion operation is performed at high speed or for a long distance while maintaining the inclined posture in which the drag force of the air increases, there is a problem that the power consumption is large.
  • the flying object that performs the propulsion operation will be in an inclined attitude with the nose lowered with respect to the direction of travel.
  • An air vehicle with a lowered nose produces a descending force in the opposite direction to the lift.
  • the flying object In order to cancel this descending force by lift, the flying object must increase the rotation speed of the rotor blades as a whole. Therefore, there is a problem that power consumption is large.
  • the moment of inertia when tilting the entire flying object becomes large.
  • the transition between the horizontal attitude and the inclined attitude takes time. Therefore, it is not possible to incline the flying object to instantly start the propulsion operation, or to return the flying object to the horizontal position and instantly shift to hovering. That is, the method of inclining the entire large-sized flying object has a problem that it is difficult to suddenly start or stop the propulsion operation.
  • an object of the present invention is to provide a technique for generating thrust in an air vehicle without having to tilt the air vehicle in order to solve at least one of these problems.
  • one of the representative airframe systems of the present invention is to extend the airframe, a plurality of levitation drive units for levitation of the airframe, and a plurality of the levitation drive units from the airframe.
  • the rotary drive body by arranging the rotary drive body at a position where the downward flow generated from the levitation drive unit is received, it is possible to generate thrust in the flying body by the Magnus effect without having to tilt the flying body.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the overall configuration of the flying object system 100.
  • FIG. 2 is an enlarged view illustrating the rotary drive body 140a.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the structure of the rotary drive body 140a seen from the tip end side of the support arm 130a.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the circuit unit 150.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the Magnus effect of the rotary drive body 140a.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a forward movement using the Magnus effect.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a backward operation using the Magnus effect.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a rightward movement using the Magnus effect.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a leftward movement using the Magnus effect.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a counterclockwise turn using the Magnus effect.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a clockwise turn using the Magnus effect.
  • FIG. 12
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the overall configuration of the flying object system 100.
  • the airframe system 100 includes an airframe 110, a levitation drive unit 120a to d, support arms 130a to d, a rotary drive body 140a to d, a circuit unit 150, and a remote controller 200.
  • the aircraft 110 constitutes the body of the flying object. Also.
  • the airframe 110 includes a photographing device, a measuring device, a transported item, and the like, depending on the flight application.
  • the levitation drive units 120a to d are dispersedly provided around the airframe 110 (four parts a to d shown in FIG. 1) in order to maintain the posture of the airframe 110 and levitate the airframe 110.
  • These levitation drive units 120a to d include rotary blades 122a to d that generate lift by rotation, and levitation motors 124a to d that rotate the rotary blades 122a to d.
  • the levitation motors 124a to 124 cancel the anti-torque acting on the machine body 110 by rotating the proximity of the rotary blades 122a to 122 in opposite directions.
  • the levitation motors 124a to d cancel the anti-torque acting on the airframe 110 by rotating the coaxially multiplexed rotary blades 122a to d in opposite directions. May be good.
  • the support arms 130a to 130 extend from the machine body 110 in different directions (for example, radially) to support the levitation drive units 120a to d.
  • the rotary drive bodies 140a to d are provided on the support arms 130a to d.
  • the rotary drive bodies 140a to d generate the thrust of the Magnus effect by receiving the downward flow generated by the levitation drive units 120a to d while rotating.
  • These rotary drive bodies 140a to d are magnus drive units 144a to d that control the magnitude and direction of the thrust by changing the rotation speed and / or the rotation direction of the tubular bodies 142a to d and the tubular bodies 142a to d.
  • the rotary drive bodies 140a to d have an arrangement relationship in which the spread of the rotation axis when the machine body 110 is viewed from directly above is flattened in the front-rear direction.
  • the circuit unit 150 is mounted on the machine body 110 and drives and controls the levitation motors 124a to d and the magnus drive units 144a to d.
  • the remote controller 200 performs remote control and exchanges information such as the position of the aircraft 110 and aerial shot images by performing wireless communication with the circuit unit 150.
  • the remote controller 200 may be connected to a computer system such as a mobile type in order to execute a high-performance application.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the rotary drive body 140a.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a rotary drive body 140a seen from the tip end side of the support arm 130a.
  • the support arm 130a is composed of a member having a circular cross section or the like.
  • a tubular body 142a is arranged so as to cover the entire outer surface of the support arm 130a.
  • Surface roughness for lowering the critical Reynolds number may be added to the surface area where the downward flow flows in the cylindrical body 142a (rotational drive body 140a), such as by providing a plurality of dimples.
  • the tubular body 142a When a part or all of the support arm 130a is used as an antenna, it is preferable to form the tubular body 142a with a material that does not interfere with radio waves (radio wave shielding) such as a resin material.
  • a sliding portion 132 is provided between the support arm 130a and the tubular body 142a. Such a sliding portion 132 smoothes the tubular body 142a in the circumferential direction of the support arm 130a by providing a lubricant, a lubricating fluid, a fine-grained solid lubricant, a lubricating mechanism such as a ball bearing, and the like. Slide to.
  • the Magnus drive unit 144a is arranged on the machine body 110 near the base of the support arm 130a.
  • the drive shaft that rotates clockwise / counterclockwise of the Magnus drive unit 144a rotationally drives the cylindrical body 142a by coming into contact with the tubular body 142a.
  • a rotation transmission mechanism such as a gear mechanism or a belt mechanism may be provided between the drive shaft of the magnus drive unit 144a and the tubular body 142a.
  • a vibration source such as an ultrasonic motor is provided as the magnus drive unit 144a, and the cylindrical body 142a is rotated by giving a vibration wave traveling clockwise / counterclockwise with respect to the circumferential direction of the tubular body 142a. It may be driven.
  • circuit unit 150 ⁇ Configuration of circuit unit 150> Next, a specific configuration of the circuit unit 150 will be described.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the circuit unit 150.
  • the circuit unit 150 includes an attitude sensor 152, a position detection unit 153, a remote control communication unit 154, a map database 155, a structure database 156, a levitation control circuit 157, a magnus control circuit 158, and a control unit 160. It should be noted that each of these configurations of the circuit unit 150 is distributed and arranged at an appropriate position in the flying object system 100.
  • the attitude sensor 152 detects the attitude and orientation of the aircraft 110 by detecting the angular velocity acting on the aircraft 110 on multiple axes (for example, three axes) using a gyro sensor or the like.
  • the position detection unit 153 detects the position and displacement of the machine body 110 by GPS reception, a multi-axis acceleration sensor, or the like. Further, the position detection unit 153 detects the altitude of the aircraft 110 by a distance sensor to the ground or an altitude sensor.
  • the remote control communication unit 154 exchanges information such as remote control, flight routes, and aerial shot images with the remote control 200 by wireless communication.
  • Map database 155 records map data related to flight courses such as target points and waypoints.
  • the structure database 156 records 3D data related to the target structure for measurement and monitoring.
  • the levitation control circuit 157 controls the rotation speed and rotation direction of each of the levitation motors 124a to d.
  • the Magnus control circuit 158 controls the rotation speed and the rotation direction of each of the Magnus drive units 144a to d.
  • the control unit 160 controls the levitation control circuit 157 and the magnus control circuit 158 in response to information exchange with the attitude sensor 152, the position detection unit 153, the remote control communication unit 154, the map database 155, and the structure database 156. As a result, the control unit 160 generates the thrust of the machine body 110 by the Magnus effect acting between the downward flow and the rotary drive bodies 140a to d.
  • Such a control unit 160 may be configured as a computer system equipped with a CPU (Central Processing Unit), a memory, or the like as hardware.
  • a CPU Central Processing Unit
  • this computer system executes a flight object control program stored in a computer-readable medium, flight control of the flight object system 100, information communication with the remote controller 200, and the like are executed.
  • a dedicated device For a part or all of the hardware of the control unit 160, a dedicated device, a machine learning machine for AI control, a DSP (Digital Signal Processor), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), a GPU (Graphics Processing Unit), PLD (programmable logic device) or the like may be used instead.
  • a DSP Digital Signal Processor
  • FPGA Field-Programmable Gate Array
  • GPU Graphics Processing Unit
  • PLD programmable logic device
  • control unit 160 It is also possible to realize a part or all of the functions of the control unit 160 by a computer system such as a mobile type connected to the remote controller 200.
  • a remote connection is made to each of the aircraft system 100 owned by a plurality of clients. Then, a network service (control of traffic, transportation, etc.) related to flight control and operation of the flight body system 100 may be provided.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the Magnus effect of the rotary drive body 140a. Note that FIG. 5 shows an ideal case in which the downward flow consists entirely of laminar flows for the sake of brevity. The Magnus effect occurs even if turbulence occurs partially.
  • the rotary drive body 140a is arranged on the lower side (air blowing side) or the upper side (air suction side) of the rotary blade 122a, which is the levitation drive unit 120a, to drive the levitation.
  • the portion 120a is placed in a downward flow of air generated.
  • the magnitude of the above-mentioned thrust Fa is proportional to both the speed of the descending flow (related to the rotation speed of the rotary blade 122a) and the circulation (related to the rotation speed of the rotation drive body 140a). Yes (Kutta Zhukovsky's theorem). Therefore, the magnitude of the thrust Fa can be appropriately controlled by controlling the rotation speed of the rotary blade 122a and controlling the rotation speed of the rotation drive body 140a (acceleration, deceleration, interruption, etc.).
  • the critical Reynolds number is lowered by adding surface roughness such as dimples to the surface of the tubular body 142a (rotary drive body 140a) that comes into contact with the downward flow, and the separation point of the laminar flow flowing before and after the rotary drive body 140a. May be kept away.
  • surface roughness such as dimples
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a forward movement using the Magnus effect.
  • the operation of moving the machine body 110 forward (propulsion operation forward) shown in FIG. 6 will be described with reference to the respective parts configurations and reference numerals described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the control unit 160 rotationally drives the rotary drive body 140a (cylindrical body 142a) whose rotation axis is diagonally forward to the left and forward when viewed from the machine body 110 side via the Magnus control circuit 158.
  • the rotary drive body 140a receives the downward flow of the rotary blade 122a, a thrust Fa in the forward right diagonal direction orthogonal to the rotary axis is generated in the rotary drive body 140a.
  • the control unit 160 rotationally drives the rotary drive body 140b (cylindrical body 142b) whose rotation axis is diagonally forward and to the right, via the Magnus control circuit 158, in a counterclockwise direction when viewed from the machine body 110 side.
  • a thrust Fb in the forward left diagonal direction orthogonal to the rotary axis is generated in the rotary drive body 140b.
  • the control unit 160 rotates and drives the rotary drive body 140c (cylindrical body 142c) whose rotation axis is diagonally rearward to the left via the Magnus control circuit 158 in a clockwise direction when viewed from the machine body 110 side.
  • the rotary drive body 140c receives the downward flow of the rotary blade 122c, a thrust Fc in the forward left diagonal direction orthogonal to the rotation axis is generated in the rotary drive body 140c.
  • the control unit 160 rotates and drives the rotary drive body 140d (cylindrical body 142d) whose rotation axis is diagonally rearward to the right via the Magnus control circuit 158 in a counterclockwise direction when viewed from the machine body 110 side.
  • the rotary drive body 140d receives the downward flow of the rotary blade 122d, a thrust Fd in the forward right diagonal direction orthogonal to the rotation axis is generated in the rotary drive body 140d.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a backward movement using the Magnus effect.
  • the operation of moving the machine 110 shown in FIG. 7 backward will be described with reference to the respective parts configurations and reference numerals described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the control unit 160 rotationally drives the rotary drive body 140a (cylindrical body 142a) whose rotation axis is diagonally forward to the left and forward when viewed from the machine body 110 side via the Magnus control circuit 158.
  • the rotary drive body 140a receives the downward flow of the rotary blade 122a, a thrust Fa in the rear left diagonal direction orthogonal to the rotation axis is generated in the rotary drive body 140a.
  • the control unit 160 rotationally drives the rotary drive body 140b (cylindrical body 142b) whose rotation axis is diagonally forward to the right and forward when viewed from the machine body 110 side via the Magnus control circuit 158.
  • a thrust Fb in the rear right diagonal direction orthogonal to the rotary axis is generated in the rotary drive body 140b.
  • the control unit 160 rotates and drives the rotary drive body 140c (cylindrical body 142c) whose rotation axis is diagonally rearward to the left via the Magnus control circuit 158 in a counterclockwise direction when viewed from the machine body 110 side.
  • the rotary drive body 140c receives the downward flow of the rotary blade 122c, a thrust Fc in the rear right diagonal direction orthogonal to the rotation axis is generated in the rotary drive body 140c.
  • the control unit 160 rotates and drives the rotary drive body 140d (cylindrical body 142d) whose rotation axis is diagonally rearward to the right via the Magnus control circuit 158 in a clockwise direction when viewed from the machine body 110 side.
  • the rotary drive body 140d receives the downward flow of the rotary blade 122d, a thrust Fd in the rear left diagonal direction orthogonal to the rotation axis is generated in the rotary drive body 140d.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a rightward movement using the Magnus effect.
  • the operation of moving the machine body 110 shown in FIG. 8 to the right will be described with reference to each part configuration and reference numerals described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the control unit 160 rotationally drives the rotary drive body 140a (cylindrical body 142a) whose rotation axis is diagonally forward to the left and forward when viewed from the machine body 110 side via the Magnus control circuit 158.
  • the rotary drive body 140a receives the downward flow of the rotary blade 122a, a thrust Fa in the forward right diagonal direction orthogonal to the rotary axis is generated in the rotary drive body 140a.
  • the control unit 160 rotationally drives the rotary drive body 140b (cylindrical body 142b) whose rotation axis is diagonally forward to the right and forward when viewed from the machine body 110 side via the Magnus control circuit 158.
  • a thrust Fb in the rear right diagonal direction orthogonal to the rotary axis is generated in the rotary drive body 140b.
  • the control unit 160 rotates and drives the rotary drive body 140c (cylindrical body 142c) whose rotation axis is diagonally rearward to the left via the Magnus control circuit 158 in a counterclockwise direction when viewed from the machine body 110 side.
  • the rotary drive body 140c receives the downward flow of the rotary blade 122c, a thrust Fc in the rear right diagonal direction orthogonal to the rotation axis is generated in the rotary drive body 140c.
  • the control unit 160 rotates and drives the rotary drive body 140d (cylindrical body 142d) whose rotation axis is diagonally rearward to the right via the Magnus control circuit 158 in a counterclockwise direction when viewed from the machine body 110 side.
  • the rotary drive body 140d receives the downward flow of the rotary blade 122d, a thrust Fd in the forward right diagonal direction orthogonal to the rotation axis is generated in the rotary drive body 140d.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a leftward movement using the Magnus effect.
  • the operation of moving the machine body 110 shown in FIG. 9 to the left will be described with reference to each part configuration and reference numerals described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the control unit 160 rotationally drives the rotary drive body 140a (cylindrical body 142a) whose rotation axis is diagonally forward to the left and forward when viewed from the machine body 110 side via the Magnus control circuit 158.
  • the rotary drive body 140a receives the downward flow of the rotary blade 122a, a thrust Fa in the rear left diagonal direction orthogonal to the rotation axis is generated in the rotary drive body 140a.
  • the control unit 160 rotationally drives the rotary drive body 140b (cylindrical body 142b) whose rotation axis is diagonally forward and to the right, via the Magnus control circuit 158, in a counterclockwise direction when viewed from the machine body 110 side.
  • a thrust Fb in the forward left diagonal direction orthogonal to the rotary axis is generated in the rotary drive body 140b.
  • the control unit 160 rotates and drives the rotary drive body 140c (cylindrical body 142c) whose rotation axis is diagonally rearward to the left via the Magnus control circuit 158 in a clockwise direction when viewed from the machine body 110 side.
  • the rotary drive body 140c receives the downward flow of the rotary blade 122c, a thrust Fc in the forward left diagonal direction orthogonal to the rotation axis is generated in the rotary drive body 140c.
  • the control unit 160 rotates and drives the rotary drive body 140d (cylindrical body 142d) whose rotation axis is diagonally rearward to the right via the Magnus control circuit 158 in a clockwise direction when viewed from the machine body 110 side.
  • the rotary drive body 140d receives the downward flow of the rotary blade 122d, a thrust Fd in the rear left diagonal direction orthogonal to the rotation axis is generated in the rotary drive body 140d.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a counterclockwise turning using the Magnus effect.
  • FIG. 10 the operation of horizontally counterclockwise rotating the machine body 110 shown in FIG. 10 will be described with reference to each part configuration and reference numerals described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the control unit 160 rotationally drives the rotary drive body 140a (cylindrical body 142a) whose rotation axis is diagonally forward to the left and forward when viewed from the machine body 110 side via the Magnus control circuit 158.
  • the rotary drive body 140a receives the downward flow of the rotary blade 122a, a thrust Fa in the rear left diagonal direction orthogonal to the rotation axis is generated in the rotary drive body 140a.
  • the control unit 160 rotationally drives the rotary drive body 140b (cylindrical body 142b) whose rotation axis is diagonally forward and to the right, via the Magnus control circuit 158, in a counterclockwise direction when viewed from the machine body 110 side.
  • a thrust Fb in the forward left diagonal direction orthogonal to the rotary axis is generated in the rotary drive body 140b.
  • the control unit 160 rotates and drives the rotary drive body 140c (cylindrical body 142c) whose rotation axis is diagonally rearward to the left via the Magnus control circuit 158 in a counterclockwise direction when viewed from the machine body 110 side.
  • the rotary drive body 140c receives the downward flow of the rotary blade 122c, a thrust Fc in the rear right diagonal direction orthogonal to the rotation axis is generated in the rotary drive body 140c.
  • the control unit 160 rotates and drives the rotary drive body 140d (cylindrical body 142d) whose rotation axis is diagonally rearward to the right via the Magnus control circuit 158 in a counterclockwise direction when viewed from the machine body 110 side.
  • the rotary drive body 140d receives the downward flow of the rotary blade 122d, a thrust Fd in the forward right diagonal direction orthogonal to the rotation axis is generated in the rotary drive body 140d.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a clockwise turning using the Magnus effect.
  • the operation of horizontally rotating the machine body 110 shown in FIG. 11 will be described with reference to each part configuration and reference numerals described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the control unit 160 rotationally drives the rotary drive body 140a (cylindrical body 142a) whose rotation axis is diagonally forward to the left and forward when viewed from the machine body 110 side via the Magnus control circuit 158.
  • the rotary drive body 140a receives the downward flow of the rotary blade 122a, a thrust Fa in the forward right diagonal direction orthogonal to the rotary axis is generated in the rotary drive body 140a.
  • the control unit 160 rotationally drives the rotary drive body 140b (cylindrical body 142b) whose rotation axis is diagonally forward to the right and forward when viewed from the machine body 110 side via the Magnus control circuit 158.
  • a thrust Fb in the rear right diagonal direction orthogonal to the rotary axis is generated in the rotary drive body 140b.
  • the control unit 160 rotates and drives the rotary drive body 140c (cylindrical body 142c) whose rotation axis is diagonally rearward to the left via the Magnus control circuit 158 in a clockwise direction when viewed from the machine body 110 side.
  • the rotary drive body 140c receives the downward flow of the rotary blade 122c, a thrust Fc in the forward left diagonal direction orthogonal to the rotation axis is generated in the rotary drive body 140c.
  • the control unit 160 rotates and drives the rotary drive body 140d (cylindrical body 142d) whose rotation axis is diagonally rearward to the right via the Magnus control circuit 158 in a clockwise direction when viewed from the machine body 110 side.
  • the rotary drive body 140d receives the downward flow of the rotary blade 122d, a thrust Fd in the rear left diagonal direction orthogonal to the rotation axis is generated in the rotary drive body 140d.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a control mode of the flight object control program.
  • the control mode of the flight object control program executed by the control unit 160 will be described along with the step numbers shown in FIG.
  • Step S01 The control unit 160 determines the control mode currently set in the flying object system 100.
  • the control mode is "a control mode for propelling while maintaining a predetermined posture"
  • the control unit 160 shifts the operation to step S02.
  • the control unit 160 shifts to the operation of the other control modes.
  • Step S02 The control unit 160 starts (continues if it has already started) the attitude control of the machine body 110. That is, the control unit 160 samples the detected posture of the machine body 110 from the posture sensor 152. The control unit 160 determines control information regarding the rotation speed (lift) and the rotation speed ratio (lift ratio) of the levitation motors 124a to d so as to correct the difference between the detected posture of the machine body 110 and the predetermined posture.
  • the levitation control circuit 157 drives and controls the rotation speed (lift) and the rotation speed ratio of the levitation motors 124a to 124 based on the control information determined by the control unit 160, and keeps the predetermined posture of the aircraft 110 within a predetermined allowable range. Hold.
  • the case of the “horizontal posture” will be described as an example of the “predetermined posture”.
  • Step S03 The control unit 160 acquires the position information (three-dimensional coordinates) of the aircraft 110 from the position detection unit 153. Further, the control unit 160 samples the orientation information (direction) of the machine body 110 from the attitude sensor 152.
  • Step S04 The control unit 160 determines whether the control mode currently set in the flying object system 100 is remote control or autonomous flight. If it is determined to be a remote control, the control unit 160 shifts the operation to step S05. On the other hand, when it is determined that the flight is autonomous, the control unit 160 shifts the operation to step S06.
  • Step S05 The control unit 160 acquires information regarding the remote control of the flying object system 100 from the remote controller 200 via the remote controller communication unit 154.
  • the control unit 160 determines the next position (route) and orientation of the aircraft 110 based on the position and orientation of the aircraft 110 sampled in step S03 and the remote control information received from the remote controller 200. After this operation, the control unit 160 shifts the operation to step S07.
  • Step S06 The control unit 160 is further predetermined with the data group of the spatial coordinates to be flown defined in the map database 155 and / or the structure database 156, and the position and orientation of the aircraft 110 sampled in step S03. The next position (route) and orientation of the aircraft 110 are determined based on the movement rules of the aircraft 110 (rules for safe flight, etc.). After this operation, the control unit 160 shifts the operation to step S07.
  • Step S07 The control unit 160 moves the aircraft 110 in the moving direction (forward / backward / rightward / leftward / counterclockwise / clockwise, etc.) and its movement based on the next position (path) and orientation of the aircraft 110. Determine the speed.
  • the control unit 160 has a plurality of rotary drive bodies 140a as described with reference to FIGS. 6 to 11 according to the movement direction of the machine body 110 (forward, reverse, right, left, counterclockwise, clockwise, etc.).
  • ⁇ D Determine the rotation direction of each. Further, the control unit 160 determines the rotation speed of each of the plurality of rotation drive bodies 140a to d according to the movement speed of the machine body 110.
  • the control unit 160 transmits the rotation direction and rotation speed of each of the plurality of rotation drive bodies 140a to d thus determined to the Magnus control circuit 158 as control information.
  • the Magnus control circuit 158 drives and controls the rotation direction and rotation speed of each of the Magnus drive units 144a to d based on the transmitted control information. As a result, the aircraft 110 moves to the next position (path) and direction while maintaining the horizontal attitude.
  • the airframe control program causes the control unit 160 (computer system) to execute a control mode for propelling the airframe 110 while maintaining the horizontal attitude of the airframe 110.
  • Example 1 Effects of Example 1 Various effects of Example 1 will be described below.
  • the rotary drive bodies 140a to d are provided to be rotationally driven while receiving the downward flow generated by the levitation drive units 120a to d. Thrust due to the Magnus effect is generated between the rotary drive bodies 140a to 140d and the downward flow. As described above, the first embodiment provides a new thrust generation mechanism in which a thrust is generated by the Magnus effect acting between the "rotational drive bodies 140a to d" and the "downward flow of the levitation drive units 120a to d". It is excellent in terms of preparation.
  • a thrust generation mechanism by the Magnus effect is separately provided independently of the lift generation mechanism by the rotary blades 122a to d (levitation drive units 120a to d). Therefore, it is not necessary to incline the rotary blades 122a to 122 (levitation drive units 120a to d) to generate thrust, and the airframe 110 is propelled. Therefore, the first embodiment is excellent in that the propulsion operation of the machine body 110 is realized by the Magnus effect of the rotary drive bodies 140a to d without the need to tilt the machine body 110.
  • the rotary drive bodies 140a to d are provided for the support arms 130a to d extending the rotary blades 122a to d. Therefore, the rotary drive bodies 140a to d can be arranged close to the rotary blades 122a to d (levitation drive units 120a to d). As a result, the rotary drive bodies 140a to d can receive a large amount of downward flow near the levitation drive units 120a to d, and the efficiency of the Magnus effect is improved. Therefore, in the first embodiment, by providing the rotary drive bodies 140a to 140a to the support arms 130a to d, a large amount of downward flow is received near the levitation drive units 120a to d, and the efficiency of the Magnus effect is improved. Is excellent.
  • the first embodiment in an application in which an airframe is brought close to a structure such as a pier or a power transmission tower to detect a deterioration state, a propulsion operation is performed while maintaining the horizontal attitude of the airframe 110 within a predetermined allowable range. realizable. Therefore, on the premise that the machine body 110 is tilted, it is not necessary to keep a distance in the vertical direction so that the upper ends and the lower ends of the rotary blades 122a to 122 do not come into contact with the structure. Therefore, the first embodiment is excellent in that the deterioration of the structure can be detected as close as possible to the structure.
  • the propulsion operation can be realized without tilting the machine body 110. Therefore, the center of gravity of the heavy object does not deviate so much from the vertical line of the machine body 110. (Vertical may include the apparent force of non-inertial frames.) Therefore, the first embodiment is excellent in that it is possible to avoid an unexpected situation such as the attitude control of the machine body 110 becoming unstable due to a large deviation of the center of gravity of an inclined heavy object.
  • the propulsion operation is realized while maintaining the horizontal posture with a heavy object mounted. Therefore, the first embodiment is excellent in that it is not necessary to keep tilting the heavy object in the propulsion operation with the heavy object mounted, and the power consumption for that purpose is not required.
  • the first embodiment in an application such as mounting an imaging device on an airframe to perform aerial photography, it is possible to perform photography while propelling the aircraft 110 without tilting it. Therefore, the first embodiment is excellent in that the shooting angle of the shooting device is not so inclined. Therefore, the first embodiment is also excellent in that the correction angle required for tilt correction in the gimbal-equipped photographing apparatus is small.
  • the propulsion operation is realized while the machine body 110 is held in the horizontal posture. Therefore, in the first embodiment, the cross-sectional area of the air that hits the machine body 110 during the propulsion operation or the head wind is small, and the drag force of the air is small. Therefore, the first embodiment is excellent in that the power consumption is low in the propulsion operation at high speed or long distance because the horizontal posture in which the drag force of the air is small can be maintained.
  • the propelled aircraft is in an inclined posture with the nose lowered with respect to the traveling direction.
  • the flying object In order to cancel the descending force due to the lowering of the nose by lift, the flying object must increase the rotation speed of the rotor blades as a whole, and there is a problem that power consumption increases.
  • the first embodiment since the horizontal posture of the airframe 110 can be maintained during the propulsion operation, no descending force is generated by lowering the nose. Therefore, the first embodiment is excellent in that power consumption for canceling the descending force due to the lowering of the nose becomes unnecessary.
  • the rotary drive bodies 140a to d change the rotation speed and the rotation direction of the cylindrical bodies 142a to d covering the outer surfaces of the support arms 130a to d and the tubular bodies 142a to d.
  • the Magnus drive units 144a to 144d for controlling the thrust are provided. Since the cylindrical bodies 142a to 142d have a small wall thickness, the moment of inertia is small, and the torque for rotational driving of the magnus driving units 144a to d can be suppressed to a small size. Therefore, the first embodiment is excellent in that the power consumption required for thrust generation due to the Magnus effect can be saved because the thickness of the tubular bodies 142a to d is thin.
  • the moment of inertia becomes smaller as the wall thickness of the tubular bodies 142a to d is thinner. Therefore, the magnus drive units 144a to d can instantly start or stop the rotation of the tubular bodies 142a to d. Therefore, the first embodiment is excellent in that the thrust due to the Magnus effect can be instantly generated or stopped because the thickness of the tubular bodies 142a to d is thin.
  • the moment of inertia becomes smaller as the wall thickness of the tubular bodies 142a to d is thinner. Therefore, the anti-torque generated in the opposite direction during the rotational drive of the tubular bodies 142a to d becomes small. Therefore, the first embodiment is excellent in that the anti-torque during rotational driving is small because the thickness of the tubular bodies 142a to d is thin.
  • the first embodiment there are four levitation drive units 120a to d and four support arms 130a to d, respectively.
  • the rotary drive bodies 140a to d are provided on each of the four support arms 130a to d, which are different from each other in the extending direction. Therefore, as described with reference to FIGS. 6 to 11, the forces of the Magnus effect generated in the rotary drive bodies 140a to d act in different directions.
  • the resultant force of the Magnus effect in different directions makes it possible to propel the airframe 110 back and forth and left and right, and to turn the airframe 110 clockwise and counterclockwise. Therefore, the first embodiment is excellent in that the propulsion direction and the turning direction of the machine body 110 can be controlled by the combination of the thrusts Fa to d by the plurality of rotary drive bodies 140a to d.
  • the angle between the rotation axes of the front rotation drive bodies 140a and b is obtuse, and the rotation axes of the rear rotation drive bodies 140c and d are made obtuse. Make the angle between them obtuse. Therefore, the propulsive force FF in the front-rear direction has a larger combined force component than the propulsive force FF in the left-right direction.
  • the rotation axes of the plurality of rotary drives 140a to d are flattened in the front-rear direction of the machine body 110 to realize high-speed movement in the front-rear direction and in the left-right direction. It is excellent in that it realizes fine and precise movement. (In actual operation, the desired traveling direction is aligned with the front-rear direction of the aircraft 110 by turning the aircraft 110. Therefore, in the first embodiment, high-speed movement is realized in the desired traveling direction.)
  • the critical Reynolds number is lowered by adding surface roughness such as dimples to the surfaces of the cylindrical bodies 142a to d (rotational driving bodies 140a to d) that come into contact with the downward flow. Therefore, the separation point of the laminar flow flowing before and after the rotary drive bodies 140a to d is moved away, and the range in which the Magnus effect is generated is expanded. As a result, it becomes possible to increase the efficiency of generating thrusts Fa to d due to the Magnus effect. Therefore, the first embodiment is to increase the efficiency of generating thrusts Fa to d due to the Magnus effect by adding surface roughness such as dimples to the surfaces of the tubular bodies 142a to d (rotational driving bodies 140a to d). Is excellent.
  • the flying object system 100 having four levitation drive units 120a to d has been described.
  • the present invention is not limited to the number of levitation drive units 120.
  • the present invention may be applied to an air vehicle system having at least two or more levitation drives 120 (including, for example, a levitation aircraft having a fixed wing as a support arm 130 such as an Osprey). be.
  • the rotary drive bodies 140a to d are provided in all of the support arms 130a to d.
  • the present invention is not limited to this.
  • the rotary drive body 140 may be provided only in a part of the plurality of support arms 130, and the rotary drive body 140 may not be provided in the remaining support arms 130.
  • the rotary blade type levitation drive units 120a to 120d have been described.
  • the present invention is not limited to this.
  • the levitation drive unit 120 may satisfy the condition that the airframe 110 is levitated and a downward flow is generated. Therefore, as the levitation drive unit 120, a mechanism for accumulating or generating compressed air and injecting it, a jet engine, or the like may be adopted.
  • the tubular bodies 142a to d are provided so as to cover almost the entire outer surface of the support arms 130a to d.
  • the present invention is not limited to this.
  • the tubular body 142 may be partially provided only in a part of the support arm 130 that receives the downward flow generated by the levitation drive unit 120.
  • the tip of the support arm 130 is extended to a position exceeding the levitation motor 124, and the rotary drive body 140 (cylindrical body 142) is attached to the extension portion of the support arm 130 (the place where the downward flow of the levitation drive unit 120 is received). May be provided.
  • the present invention is not limited to this.
  • the support arm 130 and the rotary drive body 140 may be arranged on the upper side of the levitation drive unit 120, and the rotary drive body 140 may receive the downward flow sucked into the levitation drive unit 120.
  • the present invention is not limited to this.
  • the propulsion mechanism of Patent Document 1 By selecting or using the propulsion mechanism of Patent Document 1 with respect to the present invention, the variation of the propulsion operation of the machine body 110 may be increased.
  • the rotary blades 122a to 122d are obtained by relatively shifting the rotational speeds of the conventional swivel mechanism (the rotary blades 122a and 122d that rotate in the forward direction and the rotary blades 122b and 122c that rotate in the reverse direction).
  • a mechanism for turning the machine 110 clockwise / counterclockwise depending on the difference in the counter-torque of the above) may be selected or used together.
  • the rotation drive body 140 may be moved in a direction other than the four directions.
  • the thrust of each of the rotary drive bodies 140 may be moved in a direction other than the four directions by switching to time division (zigzag) or continuous (weighting addition).
  • the rotation driving bodies 140a to d may be moved in directions other than the four directions.
  • the present invention is not limited to this.
  • the support arm 130 extending around the machine body 110 may be bent in a desired direction, and the rotation axis of the rotation drive body 140 may be arranged in the desired direction.
  • a branch arm may be added as a part of the support arm 130 at a position where the downward flow is received, and a rotary drive body 140 that rotates in the direction of the support arm 130 (branch arm) with respect to the rotation axis may be provided.
  • the present invention is not limited to this.
  • the rotation axes of the rotation drive bodies 140 may be arranged at equal angles (or right angles in the case of four). In this case, the magnitude of the resultant force can be made equal in each direction.
  • the airframe 110 is propelled and moved in the horizontal direction orthogonal to the vertical direction while maintaining the horizontal posture with respect to the vertical direction.
  • the application of the thrust by the rotary drive body 140 of the present invention is not limited to this.
  • the rotation of the rotary drive body 140 causes the horizontal plane direction (that is, the orthogonal axis of the aircraft 110) as seen from the coordinate system of the flying object. It is also possible to move suddenly (front, back, left, right, clockwise, counterclockwise) when viewed from above.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to the one including all the configurations and steps described. It is also possible to add / delete / replace other configurations and steps with respect to a part of the embodiment.

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Abstract

本発明の代表的な飛行体システムの一つは、機体と、前記機体の周囲に分散して配置されて前記機体を浮上させる複数の浮上用駆動部と、前記機体から複数の前記浮上用駆動部を周囲に延設するための複数の支持アームと、前記支持アームに設けられて前記浮上用駆動部が発生する下降流を受ける位置で前記支持アームの方向を回転軸にして回転する回転駆動体と、前記下降流と前記回転駆動体との間に作用するマグヌス効果によって推力を生成する制御部とを備える。

Description

飛行体システム、および飛行体制御プログラム
　本発明は、飛行体システム、および飛行体制御プログラムに関する。
　従来、回転翼などを複数用いて機体を浮上させるドローンなどの飛行体システムが知られている。
　例えば、特許文献１の段落００２５には、『飛行体は、進行方向と逆側の回転翼の回転数を高くして飛行体を進行方向へ前傾させることによって、進行方向への推力を生み出す』旨の技術が開示される。
特開２０１７－１８１２３４号公報
　上述した特許文献１の飛行体では、推進動作に際して飛行体を進行方向に前傾させる必要があった。
　そのため、橋脚や送電タワーなどの構造物に飛行体を接近させて構造物の劣化を検出するなどの用途では、傾斜した飛行体の回転翼の上端や下端が構造物と接触しないよう垂直方向に距離を置く必要があった。そのため、構造物に対してなるべく接近できないという問題点があった。
　また、飛行体の上側または下側に運搬品や機器などの重量物を搭載するなどの用途では、飛行体が傾斜することによって重量物の重心が飛行体の鉛直線上から大きくずれる。そのため、飛行体の姿勢制御が不安定になりやすいという問題点があった。また、飛行体は推進動作中に重量物の傾斜した状態を維持し続けなければならず、パワー消費が大きくなるといった問題点もあった。
　特に、飛行体に撮影装置を搭載して空中撮影を行うなどの用途では、飛行体が傾斜することによって撮影アングルが大きく傾斜するという問題点があった。また、撮影装置の傾きをジンバル機構で補正する場合は、大きな補正角度が必要になるという問題点があった。
　さらに、傾斜した飛行体は、推進動作や向かい風に際して飛行体に当たる空気の断面積が増える。そのため、飛行体にかかる空気の抗力が増える。このように空気の抗力が増える傾斜姿勢を維持しながら高速または長距離の推進動作を行った場合、パワー消費が大きいという問題点があった。
　また、推進動作を行う飛行体は、進行方向に対して機首下げした傾斜姿勢になる。機首下げした飛行体には揚力と反対向きの下降力が生じる。この下降力を揚力によって打ち消すため、飛行体は回転翼の回転数を全体的に高めなければならない。そのため、パワー消費が大きいという問題点があった。
　さらに、サイズの大きな飛行体では、飛行体全体を傾斜させる際の慣性モーメントが大きくなる。慣性モーメントの大きな飛行体では、水平姿勢と傾斜姿勢との間で移行に時間がかかる。そのため、飛行体を傾斜させて推進動作を瞬時に開始したり、飛行体を水平に戻してホバリングに瞬時に移行したりすることができない。すなわち、サイズの大きな飛行体全体を傾斜させる方式では、推進動作の急発進や急停止が難しいという問題点があった。
　また、空中静止を維持する飛行体が横から強い突風を受けた場合、突風に対向して強い推力を瞬時に発生させなければならない。しかしながら、サイズの大きな飛行体全体を傾斜させる方式では、推力が発生するまでに時間がかかる。そのため、その間に飛行体が突風によって横に流されてしまうという問題点があった。
　そこで、本発明は、これら問題点の少なくともいずれかを解決するために、飛行体を傾ける必要なく、飛行体に推力を発生させる技術を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の代表的な飛行体システムの一つは、機体と、前記機体を浮上させる複数の浮上用駆動部と、前記機体から複数の前記浮上用駆動部を延設するための複数の支持アームと、前記支持アームに設けられて前記浮上用駆動部が発生する下降流を受ける位置で回転する回転駆動体と、前記下降流と前記回転駆動体との間に作用するマグヌス効果によって推力を生成する制御部とを備える。
　本発明によれば、浮上用駆動部から発生する下降流を受ける位置に回転駆動体を配置することによって、飛行体を傾ける必要なくマグヌス効果によって飛行体に推力を発生させることが可能になる。
　上記した以外の課題、構成および効果については、以下の実施形態の説明において、さらに詳しく説明される。　
図１は、飛行体システム１００の全体構成を例示する図である。 図２は、回転駆動体１４０ａを拡大して例示する図である。 図３は、支持アーム１３０ａの先端側から見た回転駆動体１４０ａの構造を例示する図である。 図４は、回路ユニット１５０の構成を例示するブロック図である。 図５は、回転駆動体１４０ａのマグヌス効果を説明する図である。 図６は、マグヌス効果を用いた前進動作を説明する図である。 図７は、マグヌス効果を用いた後進動作を説明する図である。 図８は、マグヌス効果を用いた右進動作を説明する図である。 図９は、マグヌス効果を用いた左進動作を説明する図である。 図１０は、マグヌス効果を用いた反時計回りの旋回を説明する図である。 図１１は、マグヌス効果を用いた時計回りの旋回を説明する図である。 図１２は、飛行体制御プログラムによって実施される制御モードを例示する図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。なお、説明中では、複数の同種の部材を区別するため、部材の参照符号に添え字ａ～ｄなどを付与する。ただし、同種の部材を区別する必要がない場合は、説明を簡略にするために添え字を省く場合がある。
　　［１］実施例１の構成
＜飛行体システム１００の全体構成＞
　図１は、飛行体システム１００の全体構成を例示する図である。
　同図において、飛行体システム１００は、機体１１０、浮上用駆動部１２０ａ～ｄ、支持アーム１３０ａ～ｄ、回転駆動体１４０ａ～ｄ、回路ユニット１５０、およびリモコン２００を備える。
　機体１１０は、飛行体のボディーを構成する。また。機体１１０には、飛行用途に応じて、撮影装置、測定機器、または運搬品などが含まれる。
　浮上用駆動部１２０ａ～ｄは、機体１１０の姿勢を保持して浮上させるために、機体１１０の周囲（図１に示すａ～ｄの４パート）に分散して設けられる。これら浮上用駆動部１２０ａ～ｄは、回転によって揚力を発生する回転翼１２２ａ～ｄと、回転翼１２２ａ～ｄを回転させる浮上モータ１２４ａ～ｄとを備える。浮上モータ１２４ａ～ｄは、回転翼１２２ａ～ｄの近接同士を反対向きに回転させることによって、機体１１０に作用する反トルクを打ち消す。なお、回転翼１２２ａ～ｄが同軸多重式の場合、浮上モータ１２４ａ～ｄは、同軸に多重された回転翼１２２ａ～ｄを反対向きに回転させることによって、機体１１０に作用する反トルクを打ち消してもよい。
　支持アーム１３０ａ～ｄは、機体１１０から互いに異なる向き（例えば放射状）に延設して浮上用駆動部１２０ａ～ｄを支持する。
　回転駆動体１４０ａ～ｄは、支持アーム１３０ａ～ｄに設けられる。回転駆動体１４０ａ～ｄは、回転しながら浮上用駆動部１２０ａ～ｄが発生する下降流を受けることによって、マグヌス効果の推力を発生する。これら回転駆動体１４０ａ～ｄは、筒状体１４２ａ～ｄと、筒状体１４２ａ～ｄの回転速度および／または回転方向を変更することによって推力の大きさや向きを制御するマグヌス駆動部１４４ａ～ｄとを備える。さらに、回転駆動体１４０ａ～ｄは、機体１１０を真上から見た回転軸の広がり方が前後方向に扁平する配置関係を有する。
　回路ユニット１５０は、機体１１０に搭載され、浮上モータ１２４ａ～ｄとマグヌス駆動部１４４ａ～ｄを駆動制御する。
　リモコン２００は、回路ユニット１５０との間で無線通信を行うことによって、遠隔操作や機体１１０の位置や空中撮影映像などの情報のやり取りを行う。なお、リモコン２００は、高機能なアプリケーションを実行するため、モバイル型などのコンピュータシステムに接続される場合もある。
＜回転駆動体１４０ａ～ｄの構成＞
　続いて、回転駆動体１４０ａ～ｄの具体的構成について説明する。
　なお、回転駆動体１４０ａ～ｄの個別構成は同様であるため、ここでは回転駆動体１４０ａを代表として説明する。
　図２は、回転駆動体１４０ａの拡大図である。
　図３は、支持アーム１３０ａの先端側から見た回転駆動体１４０ａを例示する図である。
　図２および図３において、支持アーム１３０ａは、断面が円形などの部材によって構成される。この支持アーム１３０ａの外側面の全部を覆うように、筒状体１４２ａが配置される。この筒状体１４２ａ（回転駆動体１４０ａ）において下降流が流れる表面域には、複数のディンプルを設けるなど、臨界レイノルズ数を下げるための表面粗さを加えてもよい。
　なお、支持アーム１３０ａの一部または全部をアンテナとして使用する場合は、筒状体１４２ａを樹脂材料などの無線妨害（電波シールド）しない素材で形成することが好ましい。
　この支持アーム１３０ａと筒状体１４２ａとの間には、摺動部１３２が設けられる。このような摺動部１３２は、潤滑剤や、潤滑流体や、微粒子状の固体潤滑剤や、ボールベアリングなどの潤滑機構を備えることによって、筒状体１４２ａを支持アーム１３０ａの円周方向に滑らかに摺動させる。
　マグヌス駆動部１４４ａは、支持アーム１３０ａの根元付近において、機体１１０に配置される。マグヌス駆動部１４４ａの時計回り／反時計回りに回転する駆動軸は、筒状体１４２ａに接触することによって、筒状体１４２ａを回転駆動する。なお、マグヌス駆動部１４４ａの駆動軸と筒状体１４２ａとの間に、歯車機構やベルト機構などの回転伝達機構を設けてもよい。また、マグヌス駆動部１４４ａとして超音波モータなどの振動源を設け、筒状体１４２ａの円周方向に対して時計回り／反時計回りに進行する振動波を与えることによって、筒状体１４２ａを回転駆動してもよい。
＜回路ユニット１５０の構成＞
　次に、回路ユニット１５０の具体的構成について説明する。
　図４は、回路ユニット１５０の構成を例示するブロック図である。
　同図において、回路ユニット１５０は、姿勢センサ１５２、位置検出部１５３、リモコン通信部１５４、地図データベース１５５、構造物データベース１５６、浮上制御回路１５７、マグヌス制御回路１５８、および制御部１６０を備える。なお、回路ユニット１５０のこれら各構成は、飛行体システム１００の適所に分散して配置される。
　姿勢センサ１５２は、機体１１０に作用する角速度をジャイロセンサなどによって多軸（例えば３軸）に検出することによって、機体１１０の姿勢や向きを検出する。
　位置検出部１５３は、ＧＰＳ受信や多軸加速度センサなどによって機体１１０の位置や変位を検出する。また、位置検出部１５３は、地上までの距離センサや高度センサによって機体１１０の高度を検出する。
　リモコン通信部１５４は、リモコン２００との間において、遠隔操作や飛行経路や空中撮影映像などの情報を無線通信によってやり取りする。
　地図データベース１５５は、目標点や経由点などの飛行コースに関する地図データを記録する。
　構造物データベース１５６は、計測や監視の目標とする構造物に関する３次元データを記録する。
　浮上制御回路１５７は、浮上モータ１２４ａ～ｄそれぞれの回転速度および回転方向を制御する。
　マグヌス制御回路１５８は、マグヌス駆動部１４４ａ～ｄそれぞれの回転速度および回転方向を制御する。
　制御部１６０は、姿勢センサ１５２、位置検出部１５３、リモコン通信部１５４、地図データベース１５５、および構造物データベース１５６との情報やり取りに応じて、浮上制御回路１５７およびマグヌス制御回路１５８に対する制御を行う。その結果、制御部１６０は、下降流と回転駆動体１４０ａ～ｄとの間に作用するマグヌス効果によって、機体１１０の推力を生成する。
　このような制御部１６０は、ハードウェアとしてＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）やメモリなどを備えたコンピュータシステムとして構成してもよい。このコンピュータシステムがコンピュータ可読媒体に記憶された飛行体制御ブログラムを実行することによって、飛行体システム１００の飛行制御やリモコン２００との情報通信などが実行される。
　この制御部１６０のハードウェアの一部または全部については、専用の装置、ＡＩ制御用の機械学習マシン、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＰＬＤ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｄｅｖｉｃｅ）などで代替してもよい。
　なお、制御部１６０の機能の一部または全部を、リモコン２００に接続するモバイル型などのコンピュータシステムによって実現することも可能である。
　さらに、制御部１６０のハードウェアやプログラムの一部または全部を外部ネットワーク上のサーバに配置してクラウドシステムを構成することによって、複数のクライアントが所有する飛行体システム１００のそれぞれに対してリモート接続して飛行体システム１００の飛行制御や運用に係わるネットワークサービス（交通や運輸などの制御）をサービス提供してもよい。
　　［２］実施例１の動作
　＜回転駆動体１４０ａ～ｄのマグヌス効果＞
　飛行体システム１００の動作説明に先立って、回転駆動体１４０ａ～ｄのマグヌス効果について原理的な説明を行う。
　なお、回転駆動体１４０ａ～ｄそれぞれのマグヌス効果は原理的に同様であるため、ここでは回転駆動体１４０ａについて代表的に説明する。
　図５は、回転駆動体１４０ａのマグヌス効果を説明する図である。なお、図５では、説明を簡明にするために下降流がすべて層流からなる理想的なケースについて示す。なお、部分的に乱流が生じてもマグヌス効果は発生する。
　同図に示すように、回転駆動体１４０ａは、浮上用駆動部１２０ａである回転翼１２２ａの下側（空気の吹き出し側）または上側（空気の吸い込み側）に配置されることによって、浮上用駆動部１２０ａが発生する空気の下降流の中に置かれる。
　回転駆動体１４０ａである筒状体１４２ａが回転しない状態では、この下降流は、回転駆動体１４０ａの前方および後方に沿って等しく迂回するため、回転駆動体１４０ａにはマグヌス効果は作用せず、推力は発生しない。
　一方、図５に示すように回転駆動体１４０ａ（筒状体１４２ａ）が時計回りに回転すると、回転速度と空気の粘性に応じて回転駆動体１４０ａの付近に時計回りの空気の循環が生じる。この空気の循環が下降流に加わることによって、回転駆動体１４０ａの前方および後方の流れには図５に示すような偏りが生じる。その結果、回転駆動体１４０ａの前方の圧力は低くなり、回転駆動体１４０ａの後方の圧力は高くなる。このような前後の圧力差によって、回転駆動体１４０ａには前方に働く推力Ｆａが発生する。
　一方、回転駆動体１４０ａ（筒状体１４２ａ）が反時計回りに回転すると、回転速度と空気の粘性に応じて回転駆動体１４０ａの付近に反時計回りの空気の循環が生じる。この空気の循環が下降流に加わることによって、回転駆動体１４０ａの前方および後方の流れには図５とは逆の偏りが生じる。その結果、回転駆動体１４０ａの前方の圧力は高くなり、回転駆動体１４０ａの後方の圧力は低くなる。このような前後の圧力差によって、回転駆動体１４０ａには後方に働く推力Ｆａが発生する。
　なお、上述の推力Ｆａの大きさは、下降流の速度（回転翼１２２ａの回転速度に関係）と、循環（回転駆動体１４０ａの回転速度に関係）との両方に比例することが知られている（クッタ・ジューコフスキーの定理）。したがって、回転翼１２２ａの回転速度の制御と、回転駆動体１４０ａの回転速度の制御（増速・減速・断続など）によって、推力Ｆａの大きさを適度にコントロールすることが可能になる。
　また、下降流と接触する筒状体１４２ａ（回転駆動体１４０ａ）の表面にディンプルなどの表面粗さを加えることによって臨界レイノルズ数を下げて、回転駆動体１４０ａの前後を流れる層流の剥離点を遠ざけてもよい。この場合、マグヌス効果の生じる範囲が拡大するため、マグヌス効果による推力Ｆａの発生効率を高めることが可能になる。
　＜方向別の推進動作の説明＞
　以下、機体１１０の方向別の推進動作について、図６～図１１を用いて個別に説明する。なお、図６～図１１の説明において「右」「左」「前」「後」「時計回り」「反時計回り」は、機体１１０を真上から見た向きとする
１．機体１１０の前進移動
　図６は、マグヌス効果を用いた前進動作を説明する図である。
　以下、図６に示す機体１１０を前進（前方に推進動作）させる動作について、図１～４で説明した各部構成と符号を参照しながら説明する。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が前方左斜め向きの回転駆動体１４０ａ（筒状体１４２ａ）を機体１１０側から見て時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ａが回転翼１２２ａの下降流を受けることによって、回転軸と直交する前方右斜め向きの推力Ｆａが回転駆動体１４０ａに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が前方右斜め向きの回転駆動体１４０ｂ（筒状体１４２ｂ）を機体１１０側から見て反時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｂが回転翼１２２ｂの下降流を受けることによって、回転軸と直交する前方左斜め向きの推力Ｆｂが回転駆動体１４０ｂに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が後方左斜め向きの回転駆動体１４０ｃ（筒状体１４２ｃ）を機体１１０側から見て時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｃが回転翼１２２ｃの下降流を受けることによって、回転軸と直交する前方左斜め向きの推力Ｆｃが回転駆動体１４０ｃに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が後方右斜め向きの回転駆動体１４０ｄ（筒状体１４２ｄ）を機体１１０側から見て反時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｄが回転翼１２２ｄの下降流を受けることによって、回転軸と直交する前方右斜め向きの推力Ｆｄが回転駆動体１４０ｄに生じる。
　４つの回転駆動体１４０ａ～ｄに作用する推力Ｆａ～ｄが同時に発生することによって、左右の向きの力成分は互いに打ち消され、前方のみに向かう４つの力成分が合成され、前向きの推進力ＦＦ（合力）が機体１１０に発生する。
　この推進力ＦＦによって、機体１１０は前方に推進する。
２．機体１１０の後進移動
　図７は、マグヌス効果を用いた後進動作を説明する図である。
　以下、図７に示す機体１１０を後進（後方に推進動作）させる動作について、図１～４で説明した各部構成と符号を参照しながら説明する。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が前方左斜め向きの回転駆動体１４０ａ（筒状体１４２ａ）を機体１１０側から見て反時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ａが回転翼１２２ａの下降流を受けることによって、回転軸と直交する後方左斜め向きの推力Ｆａが回転駆動体１４０ａに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が前方右斜め向きの回転駆動体１４０ｂ（筒状体１４２ｂ）を機体１１０側から見て時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｂが回転翼１２２ｂの下降流を受けることによって、回転軸と直交する後方右斜め向きの推力Ｆｂが回転駆動体１４０ｂに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が後方左斜め向きの回転駆動体１４０ｃ（筒状体１４２ｃ）を機体１１０側から見て反時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｃが回転翼１２２ｃの下降流を受けることによって、回転軸と直交する後方右斜め向きの推力Ｆｃが回転駆動体１４０ｃに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が後方右斜め向きの回転駆動体１４０ｄ（筒状体１４２ｄ）を機体１１０側から見て時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｄが回転翼１２２ｄの下降流を受けることによって、回転軸と直交する後方左斜め向きの推力Ｆｄが回転駆動体１４０ｄに生じる。
　４つの回転駆動体１４０ａ～ｄに作用する推力Ｆａ～ｄが同時に発生することによって、左右の向きの力成分は互いに打ち消され、後方のみに向かう４つの力成分が合成され、後ろ向きの推進力ＦＦ（合力）が機体１１０に発生する。
　この推進力ＦＦによって、機体１１０は後方に推進する。
３．機体１１０の右進移動
　図８は、マグヌス効果を用いた右進動作を説明する図である。
　以下、図８に示す機体１１０を右進（右方に推進動作）させる動作について、図１～４で説明した各部構成と符号を参照しながら説明する。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が前方左斜め向きの回転駆動体１４０ａ（筒状体１４２ａ）を機体１１０側から見て時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ａが回転翼１２２ａの下降流を受けることによって、回転軸と直交する前方右斜め向きの推力Ｆａが回転駆動体１４０ａに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が前方右斜め向きの回転駆動体１４０ｂ（筒状体１４２ｂ）を機体１１０側から見て時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｂが回転翼１２２ｂの下降流を受けることによって、回転軸と直交する後方右斜め向きの推力Ｆｂが回転駆動体１４０ｂに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が後方左斜め向きの回転駆動体１４０ｃ（筒状体１４２ｃ）を機体１１０側から見て反時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｃが回転翼１２２ｃの下降流を受けることによって、回転軸と直交する後方右斜め向きの推力Ｆｃが回転駆動体１４０ｃに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が後方右斜め向きの回転駆動体１４０ｄ（筒状体１４２ｄ）を機体１１０側から見て反時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｄが回転翼１２２ｄの下降流を受けることによって、回転軸と直交する前方右斜め向きの推力Ｆｄが回転駆動体１４０ｄに生じる。
　４つの回転駆動体１４０ａ～ｄに作用する推力Ｆａ～ｄが同時に発生することによって、前後の向きの力成分は互いに打ち消され、右方のみに向かう４つの力成分が合成され、右向きの推進力ＦＦ（合力）が機体１１０に発生する。
　この推進力ＦＦによって、機体１１０は右方に推進する。
４．機体１１０の左進移動
　図９は、マグヌス効果を用いた左進動作を説明する図である。
　以下、図９に示す機体１１０を左進（左方に推進動作）させる動作について、図１～４で説明した各部構成と符号を参照しながら説明する。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が前方左斜め向きの回転駆動体１４０ａ（筒状体１４２ａ）を機体１１０側から見て反時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ａが回転翼１２２ａの下降流を受けることによって、回転軸と直交する後方左斜め向きの推力Ｆａが回転駆動体１４０ａに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が前方右斜め向きの回転駆動体１４０ｂ（筒状体１４２ｂ）を機体１１０側から見て反時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｂが回転翼１２２ｂの下降流を受けることによって、回転軸と直交する前方左斜め向きの推力Ｆｂが回転駆動体１４０ｂに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が後方左斜め向きの回転駆動体１４０ｃ（筒状体１４２ｃ）を機体１１０側から見て時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｃが回転翼１２２ｃの下降流を受けることによって、回転軸と直交する前方左斜め向きの推力Ｆｃが回転駆動体１４０ｃに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が後方右斜め向きの回転駆動体１４０ｄ（筒状体１４２ｄ）を機体１１０側から見て時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｄが回転翼１２２ｄの下降流を受けることによって、回転軸と直交する後方左斜め向きの推力Ｆｄが回転駆動体１４０ｄに生じる。
　４つの回転駆動体１４０ａ～ｄに作用する推力Ｆａ～ｄが同時に発生することによって、前後の向きの力成分は互いに打ち消され、左方のみに向かう４つの力成分が合成され、左向きの推進力ＦＦ（合力）が機体１１０に発生する。
　この推進力ＦＦによって、機体１１０は左方に推進する。
５．機体１１０の反時計回りの旋回
　図１０は、マグヌス効果を用いた反時計回りの旋回を説明する図である。
　以下、図１０に示す機体１１０を水平に反時計回りさせる動作について、図１～４で説明した各部構成と符号を参照しながら説明する。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が前方左斜め向きの回転駆動体１４０ａ（筒状体１４２ａ）を機体１１０側から見て反時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ａが回転翼１２２ａの下降流を受けることによって、回転軸と直交する後方左斜め向きの推力Ｆａが回転駆動体１４０ａに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が前方右斜め向きの回転駆動体１４０ｂ（筒状体１４２ｂ）を機体１１０側から見て反時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｂが回転翼１２２ｂの下降流を受けることによって、回転軸と直交する前方左斜め向きの推力Ｆｂが回転駆動体１４０ｂに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が後方左斜め向きの回転駆動体１４０ｃ（筒状体１４２ｃ）を機体１１０側から見て反時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｃが回転翼１２２ｃの下降流を受けることによって、回転軸と直交する後方右斜め向きの推力Ｆｃが回転駆動体１４０ｃに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が後方右斜め向きの回転駆動体１４０ｄ（筒状体１４２ｄ）を機体１１０側から見て反時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｄが回転翼１２２ｄの下降流を受けることによって、回転軸と直交する前方右斜め向きの推力Ｆｄが回転駆動体１４０ｄに生じる。
　４つの回転駆動体１４０ａ～ｄに作用する推力Ｆａ～ｄが同時に発生することによって、放射方向の力成分は互いに打ち消され、４つの周方向の力成分が合成され、反時計回りの推進力ＦＦ（合力）が機体１１０に発生する。
　この推進力ＦＦによって、機体１１０は反時計回りに旋回する。
６．機体１１０の時計回りの旋回
　図１１は、マグヌス効果を用いた時計回りの旋回を説明する図である。
　以下、図１１に示す機体１１０を水平に時計回りさせる動作について、図１～４で説明した各部構成と符号を参照しながら説明する。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が前方左斜め向きの回転駆動体１４０ａ（筒状体１４２ａ）を機体１１０側から見て時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ａが回転翼１２２ａの下降流を受けることによって、回転軸と直交する前方右斜め向きの推力Ｆａが回転駆動体１４０ａに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が前方右斜め向きの回転駆動体１４０ｂ（筒状体１４２ｂ）を機体１１０側から見て時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｂが回転翼１２２ｂの下降流を受けることによって、回転軸と直交する後方右斜め向きの推力Ｆｂが回転駆動体１４０ｂに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が後方左斜め向きの回転駆動体１４０ｃ（筒状体１４２ｃ）を機体１１０側から見て時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｃが回転翼１２２ｃの下降流を受けることによって、回転軸と直交する前方左斜め向きの推力Ｆｃが回転駆動体１４０ｃに生じる。
　制御部１６０は、マグヌス制御回路１５８を介して、回転軸が後方右斜め向きの回転駆動体１４０ｄ（筒状体１４２ｄ）を機体１１０側から見て時計回りに回転駆動する。この回転駆動体１４０ｄが回転翼１２２ｄの下降流を受けることによって、回転軸と直交する後方左斜め向きの推力Ｆｄが回転駆動体１４０ｄに生じる。
　４つの回転駆動体１４０ａ～ｄに作用する推力Ｆａ～ｄが同時に発生することによって、放射方向の力成分は互いに打ち消され、４つの周方向の力成分が合成され、時計回りの推進力ＦＦ（合力）が機体１１０に発生する。
　この推進力ＦＦによって、機体１１０は時計回りに旋回する。
　＜飛行体制御ブログラムの説明＞
　図１２は、飛行体制御プログラムの制御モードを説明する図である。
　以下、図１２に示すステップ番号に沿って、制御部１６０（コンピュータシステム）が実行する飛行体制御ブログラムの制御モードについて説明する。
ステップＳ０１：　制御部１６０は、飛行体システム１００に現在設定されている制御モードを判定する。制御モードが「所定の姿勢を保持しつつ推進する制御モード」である場合、制御部１６０はステップＳ０２に動作を移行する。それ以外の制御モードである場合、制御部１６０は、それ以外の制御モードの動作へ移行する。
ステップＳ０２：　制御部１６０は、機体１１０の姿勢制御を開始（既に開始している場合は継続）する。すなわち、制御部１６０は、姿勢センサ１５２から機体１１０の検出姿勢をサンプリングする。制御部１６０は、機体１１０の検出姿勢と所定の姿勢との差を補正するように、浮上モータ１２４ａ～ｄの回転速度（揚力）と回転速度比（揚力比）に関する制御情報を決定する。浮上制御回路１５７は、制御部１６０の決定した制御情報に基づいて浮上モータ１２４ａ～ｄの回転速度（揚力）と回転速度比を駆動制御し、機体１１０の所定の姿勢を所定の許容範囲内に保持する。
　以下では、「所定の姿勢」の一例として、「水平姿勢」の場合について説明する。
ステップＳ０３：　制御部１６０は、位置検出部１５３から機体１１０の位置情報（３次元座標）を情報取得する。さらに、制御部１６０は、姿勢センサ１５２から機体１１０の向き情報（方位）をサンプリングする。
ステップＳ０４：　制御部１６０は、飛行体システム１００に現在設定されている制御モードが、遠隔操作または自律飛行のいずれかを判定する。遠隔操作と判定された場合、制御部１６０はステップＳ０５に動作を移行する。一方、自律飛行と判定された場合、制御部１６０はステップＳ０６に動作を移行する。
ステップＳ０５：　制御部１６０は、リモコン通信部１５４を介して、リモコン２００から飛行体システム１００の遠隔操作に関する情報を取得する。制御部１６０は、ステップＳ０３でサンプリングされた機体１１０の位置および向きと、リモコン２００から受信する遠隔操作の情報とに基づいて、機体１１０の次の位置（経路）と向きを決定する。この動作の後に、制御部１６０は、ステップＳ０７に動作を移行する。
ステップＳ０６：　制御部１６０は、地図データベース１５５および／または構造物データベース１５６に定義される飛行すべき空間座標のデータ群と、ステップＳ０３でサンプリングされた機体１１０の位置および向きと、さらに予め定められた機体１１０の移動ルール（安全に飛行するためのルールなど）とに基づいて、機体１１０の次の位置（経路）と向きを決定する。この動作の後に、制御部１６０は、ステップＳ０７に動作を移行する。
ステップＳ０７：　制御部１６０は、機体１１０の次の位置（経路）と向きに基づいて、機体１１０の移動方向（前進・後進・右進・左進・反時計回り・時計回りなど）とその移動速度を決定する。制御部１６０は、機体１１０の移動方向（前進・後進・右進・左進・反時計回り・時計回りなど）に応じて、図６～図１１で説明したように、複数の回転駆動体１４０ａ～ｄそれぞれの回転方向を決定する。さらに、制御部１６０は、機体１１０の移動速度に応じて、複数の回転駆動体１４０ａ～ｄそれぞれの回転速度を決定する。制御部１６０は、このように決定された複数の回転駆動体１４０ａ～ｄそれぞれの回転方向および回転速度を制御情報としてマグヌス制御回路１５８に伝達する。マグヌス制御回路１５８は、伝達される制御情報に基づいてマグヌス駆動部１４４ａ～ｄそれぞれの回転方向および回転速度を駆動制御する。その結果、機体１１０は、水平姿勢を保持しつつ、次の位置（経路）および向きへ移動する。
　このような一連のステップＳ０１～０７を繰り返すことによって、飛行体制御ブログラムは、制御部１６０（コンピュータシステム）に、機体１１０の水平姿勢を保持しつつ機体１１０を推進させる制御モードを実行させる。
　　［３］実施例１の効果
　以下、実施例１の各種効果について説明する。
（１）本実施例１では、浮上用駆動部１２０ａ～ｄが発生する下降流を受けながら回転駆動される回転駆動体１４０ａ～ｄを備える。この回転駆動体１４０ａ～ｄと下降流との間にはマグヌス効果による推力が発生する。
　このように本実施例１は、「回転駆動体１４０ａ～ｄ」と「浮上用駆動部１２０ａ～ｄの下降流」との間に作用するマグヌス効果によって推力を発生させるという新たな推力発生機構を備えるという点で優れている。
（２）本実施例１では、回転翼１２２ａ～ｄ（浮上用駆動部１２０ａ～ｄ）による揚力発生機構とは独立して、マグヌス効果による推力発生機構を別途備える。そのため、回転翼１２２ａ～ｄ（浮上用駆動部１２０ａ～ｄ）を傾斜させて推力を発生させる必要なく、機体１１０は推進する。
　したがって、本実施例１は、機体１１０を傾ける必要なく、回転駆動体１４０ａ～ｄのマグヌス効果によって機体１１０の推進動作が実現するという点で優れている。
（３）本実施例１では、回転翼１２２ａ～ｄを延設する支持アーム１３０ａ～ｄに対して、回転駆動体１４０ａ～ｄを設ける。そのため、回転駆動体１４０ａ～ｄを回転翼１２２ａ～ｄ（浮上用駆動部１２０ａ～ｄ）に近づけて配置することが可能になる。その結果、回転駆動体１４０ａ～ｄは、浮上用駆動部１２０ａ～ｄの近くで下降流を多く受けることが可能になり、マグヌス効果の効率が向上する。
　したがって、本実施例１は、回転駆動体１４０ａ～ｄを支持アーム１３０ａ～ｄに設けることによって、浮上用駆動部１２０ａ～ｄの近くで下降流を多く受けてマグヌス効果の効率が向上するという点で優れている。
（４）本実施例１では、橋脚や送電タワーなどの構造物に飛行体を接近させて劣化状況を検出する用途において、機体１１０の水平姿勢を所定の許容範囲内に保持したまま推進動作を実現できる。そのため、機体１１０を傾けることを前提に、回転翼１２２ａ～ｄの上端や下端が構造物と接触しないよう垂直方向に距離を置くなどの必要がなくなる。
　したがって、本実施例１は、構造物に対してなるべく接近して、構造物の劣化を検出できるという点で優れている。
（５）また、本実施例１では、機体１１０の上側または下側に運搬品や機器などの重量物を搭載する用途において、機体１１０を傾けずに推進動作を実現することができる。そのため、機体１１０の鉛直線上から重量物の重心がさほどずれない。（鉛直は非慣性系の見かけの力を含む場合もある。）
　したがって、実施例１は、傾斜させた重量物の大きな重心ずれによって機体１１０の姿勢制御が不安定になるなどの不測の事態を回避できるという点で優れている。
（６）本実施例１では、重量物を搭載した状態で水平姿勢を保持したまま推進動作を実現する。
　したがって、本実施例１は、重量物を搭載した状態での推進動作に際して、重量物を傾斜させ続ける必要がなく、そのためのパワー消費が不要になるという点で優れている。
（７）本実施例１では、飛行体に撮影装置を搭載して空中撮影を行うなどの用途において、機体１１０を傾けずに推進しながら撮影を行うことができる。
　したがって、本実施例１は、撮影装置の撮影アングルはさほど傾斜しないという点で優れている。そのため、本実施例１は、ジンバル付き撮影装置において、傾き補正に必要な補正角度が小さくなるという点でも優れている。
（８）本実施例１では、機体１１０を水平姿勢に保持したままで推進動作を実現する。
　したがって、本実施例１では、推進動作や向かい風に際して機体１１０に当たる空気の断面積が小さく、空気の抗力が小さくなる。
　したがって、本実施例１は、空気の抗力が小さい水平姿勢を維持できるため、高速または長距離の推進動作においてパワー消費が低くなるという点で優れている。
（９）先に述べた特許文献１の技術では、推進する飛行体は進行方向に対して機首下げした傾斜姿勢になる。この機首下げによる下降力を揚力によって打ち消すために飛行体は回転翼の回転数を全体的に高めなければならず、パワー消費が大きくなるという問題点があった。
　しかしながら、実施例１では、推進動作時に機体１１０の水平姿勢を保持できるため、機首下げによる下降力は生じない。したがって、実施例１は、機首下げによる下降力を打ち消すためのパワー消費が不要になるという点で優れている。
（１０）先に述べた特許文献１の技術では、飛行体を傾斜させてから推進動作が開始するため、推進動作を瞬時に開始したり、飛行体を水平に戻してホバリングに瞬時に移行したりすることができないという問題点があった。
　しかしながら、本実施例１では、傾斜姿勢に移行することなく、回転駆動体１４０ａ～ｄの回転駆動のみで推進動作を実現する。したがって、本実施例１は、傾斜姿勢への移行時間を省くことで、推進動作を瞬時に開始したり、推進動作を瞬時に停止したりできるという点で優れている。
（１１）先に述べた特許文献１の技術では、空中静止中の飛行体が横から突風を受けた場合、傾斜姿勢に移行して突風に対峙する推力を発生させる必要があった。しかしながら、飛行体の傾斜姿勢への移行には時間がかかるため、その間に飛行体が突風によって横に流されてしまうという問題点があった。
　しかしながら、本実施例１では、傾斜姿勢に移行することなく、回転駆動体１４０ａ～ｄの推力によって突風に即座に対処することができる。したがって、本実施例１は、空中静止中に機体１１０が横から突風を受けても、機体１１０が突風によって流されにくいという点で優れている。
（１２）本実施例１では、回転駆動体１４０ａ～ｄは、支持アーム１３０ａ～ｄの外側面を覆う筒状体１４２ａ～ｄと、筒状体１４２ａ～ｄの回転速度と回転方向を変更することによって推力を制御するマグヌス駆動部１４４ａ～ｄとを備える。
　このような筒状体１４２ａ～ｄは、肉厚が薄い分だけ慣性モーメントが小さく、マグヌス駆動部１４４ａ～ｄの回転駆動のトルクを小さく抑えることが可能になる。
　そのため、本実施例１は、筒状体１４２ａ～ｄの肉厚が薄い分だけ、マグヌス効果による推力発生に必要なパワー消費を節約できるという点で優れている。
（１３）本実施例１では、筒状体１４２ａ～ｄの肉厚が薄い分だけ慣性モーメントが小さくなる。そのため、マグヌス駆動部１４４ａ～ｄは筒状体１４２ａ～ｄの回転を瞬時に開始または停止することが可能になる。
　そのため、本実施例１は、筒状体１４２ａ～ｄの肉厚が薄い分だけ、マグヌス効果による推力を瞬時に発生または停止できるという点で優れている。
（１４）本実施例１は、筒状体１４２ａ～ｄの肉厚が薄い分だけ慣性モーメントが小さくなる。そのため、筒状体１４２ａ～ｄの回転駆動時に反対回りに生じる反トルクは小さくなる。
　そのため、本実施例１は、筒状体１４２ａ～ｄの肉厚が薄い分だけ、回転駆動時の反トルクが小さいという点で優れている。
（１５）本実施例１では、浮上用駆動部１２０ａ～ｄおよび支持アーム１３０ａ～ｄをそれぞれ４つ有する。そして、回転駆動体１４０ａ～ｄは、延設方向の互いに異なる支持アーム１３０ａ～ｄの４つにそれぞれ設けられる。そのため、図６～図１１において説明したように、回転駆動体１４０ａ～ｄに発生するマグヌス効果の力は、異なる方向に作用する。この異なる方向のマグヌス効果の合力によって、機体１１０を前後左右に推進させたり、時計回りや反時計回りに機体１１０を旋回させたりすることが可能になる。
　したがって、本実施例１は、複数の回転駆動体１４０ａ～ｄによる推力Ｆａ～ｄの組み合わせによって、機体１１０の推進方向や旋回方向をコントロールできるという点で優れている。
（１６）本実施例１では、図６～図９に示したように、前側の回転駆動体１４０ａ、ｂの回転軸間の角度を鈍角にし、後ろ側の回転駆動体１４０ｃ、ｄの回転軸間の角度も鈍角にする。そのため、前後方向の推進力ＦＦは、左右方向の推進力ＦＦに比べて、合成される力成分が大きくなる。
　このように、本実施例１は、複数の回転駆動体１４０ａ～ｄの回転軸の広がり方を機体１１０の前後方向に扁平させることによって、前後方向の高速移動を実現し、かつ左右方向には微細で精密な移動を実現するという点で優れている。（なお、実際の運用では、機体１１０を旋回させることによって、所望する進行方向を機体１１０の前後方向に合わせる。したがって、本実施例１は、所望する進行方向について高速移動が実現する。）
（１７）本実施例１では、下降流と接触する筒状体１４２ａ～ｄ（回転駆動体１４０ａ～ｄ）の表面にディンプルなどの表面粗さを加えることによって臨界レイノルズ数を下げる。そのため、回転駆動体１４０ａ～ｄの前後を流れる層流の剥離点が遠ざかってマグヌス効果の生じる範囲が拡大する。その結果、マグヌス効果による推力Ｆａ～ｄの発生効率を高めることが可能になる。
　したがって、本実施例１は、筒状体１４２ａ～ｄ（回転駆動体１４０ａ～ｄ）の表面にディンプルなどの表面粗さを加えることによって、マグヌス効果による推力Ｆａ～ｄの発生効率を高めるという点で優れている。
　　［４］実施形態の補足事項
　なお、上述した実施形態では、４つの浮上用駆動部１２０ａ～ｄを有する飛行体システム１００について説明した。しかしながら、本発明は浮上用駆動部１２０の数に限定されない。例えば、少なくとも２つ以上の浮上用駆動部１２０を有する飛行体システム（例えば、オスプレイのように固定翼を支持アーム１３０とする浮上型飛行機も含む）に対して本発明を適用することも可能である。
　また、上述した実施形態では、支持アーム１３０ａ～ｄの全部に、回転駆動体１４０ａ～ｄを備えるケースについて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、複数の支持アーム１３０の一部のみに回転駆動体１４０を設け、残りの支持アーム１３０には回転駆動体１４０を設けないようにしてもよい。
　さらに、上述した実施形態では、回転翼方式の浮上用駆動部１２０ａ～ｄについて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、浮上用駆動部１２０は、機体１１０を浮上させ、かつ下降流を発生するという条件を満たせばよい。そのため、浮上用駆動部１２０として、圧縮空気を蓄積または生成して噴射する機構や、ジェットエンジンなどを採用してもよい。
　また、上述した実施形態では、支持アーム１３０ａ～ｄの外側面のほぼ全域を覆うように筒状体１４２ａ～ｄを設けている。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、浮上用駆動部１２０が発生する下降流を受ける支持アーム１３０の一部に限って筒状体１４２を部分的に設けてもよい。また例えば、支持アーム１３０の先端を浮上モータ１２４を超える位置まで延長し、その支持アーム１３０の延長部分（浮上用駆動部１２０の下降流を受ける箇所）に回転駆動体１４０（筒状体１４２）を設けてもよい。
　さらに、上述した実施形態では、浮上用駆動部１２０ａ～ｄの下側に回転駆動体１４０ａ～ｄを配置するケースについて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。浮上用駆動部１２０の上側に支持アーム１３０および回転駆動体１４０を配置して、浮上用駆動部１２０に吸い込まれる下降流を回転駆動体１４０で受けてもよい。
　また、上述した実施形態では、回転駆動体１４０ａ～ｄのマグヌス効果のみを機体１１０の推力に使用するケースについて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。本発明に対して、特許文献１の推進機構を選択または併用することによって、機体１１０の推進動作のバリエーションを増やしてもよい。また、本発明に対して、従来の旋回機構（正回転する回転翼１２２ａ，１２２ｄと、逆回転する回転翼１２２ｂ，１２２ｃにおいて、両者の回転速度を相対的にずらすことによって、回転翼１２２ａ～ｄの反トルクの差分によって機体１１０を時計回り／反時計回りに旋回させる機構）を選択または併用してもよい。
　さらに、上述した実施形態では、回転駆動体１４０ａ～ｄに作用するマグヌス効果の合力によって前後左右の４方位に移動するケースについて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。回転駆動体１４０の数を増やして合力のバリエーションを増やすことによって、４方位以外の方向に移動してもよい。また、回転駆動体１４０それぞれの推力を時分割（ジグザグ）または連続的（重み付け加算）に切り替えることによって、４方位以外の方向に移動してもよい。さらに、回転駆動体１４０ａ～ｄの一部のみを選択的に回転させることによって、４方位以外の方向に移動してもよい。
　また、上述した実施形態では、真っ直ぐな支持アーム１３０ａ～ｄに対して回転駆動体１４０ａ～ｄを真っ直ぐに配置するケースについて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、機体１１０の周囲に延設する支持アーム１３０を所望の方向に曲げ、その所望の方向に回転駆動体１４０の回転軸を配置してもよい。また、支持アーム１３０の一部として分岐アームを下降流を受ける位置に追加し、支持アーム１３０（分岐アーム）の方向を回転軸に回転する回転駆動体１４０を設けてもよい。このような構造によって支持アーム１３０の方向を設計にすることによって、回転駆動体１４０から生じる推力の方向について、設計上の自由度を高めることができる。
　さらに、上述した実施形態では、回転駆動体１４０ａ～ｄの回転軸を等角度（４つの場合は直角）に配置しないケースについて説明した（図６～図１１参照）。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、回転駆動体１４０それぞれの回転軸を等角度（４つの場合は直角）に配置してもよい。この場合は、各方位について合力の大きさを等しくすることができる。
　また、上述した実施形態では、機体１１０が鉛直方向に対して水平姿勢を保持しつつ、鉛直に直交する水平方向に推進移動するケースについて代表的に説明した。しかしながら、本発明の回転駆動体１４０による推力の用途はこれに限定されない。例えば、「機体１１０が所定の傾斜姿勢を維持する状態」または「任意の傾斜移行中」において、回転駆動体１４０の回転によって、飛行体の座標系から見た水平面方向（すなわち機体１１０の直交軸の上から見た前・後・左・右・時計回り・反時計回り）に急に動くことも可能である。
　なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
　例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は必ずしも説明したすべての構成やステップを備えるものに限定されない。
　また、実施例の一部について、他の構成やステップの追加・削除・置換をすることも可能である。
１００...飛行体システム、１１０...機体、１２０ａ～ｄ...浮上用駆動部、１２２ａ～ｄ...回転翼、１２４ａ～ｄ...浮上モータ、１３０ａ～ｄ...支持アーム、１３２...摺動部、１４０ａ～ｄ...回転駆動体、１４２ａ～ｄ...筒状体、１４４ａ～ｄ...マグヌス駆動部、１５０...回路ユニット、１５２...姿勢センサ、１５３...位置検出部、１５４...リモコン通信部、１５５...地図データベース、１５６...構造物データベース、１５７...浮上制御回路、１５８...マグヌス制御回路、１６０...制御部

Claims (6)

  1. 　機体と、
    　前記機体の周囲に分散して配置され、前記機体を浮上させる複数の浮上用駆動部と、
    　前記機体から複数の前記浮上用駆動部を周囲に延設するための複数の支持アームと、
    　前記支持アームに設けられ、前記浮上用駆動部が発生する下降流を受ける位置で前記支持アームの方向を回転軸にして回転する回転駆動体と、
    　前記下降流と前記回転駆動体との間に作用するマグヌス効果によって推力を生成する制御部と
    　を備える飛行体システム。
  2. 　請求項１に記載の飛行体システムであって、
    　前記回転駆動体は、
    　　前記支持アームの外側面の少なくとも一部を覆う筒状体と、
    　　前記筒状体の回転速度および回転方向の少なくとも一つを変更することによって、前記推力を制御するマグヌス駆動部とを備える
    　ことを特徴とする飛行体システム。
  3. 　請求項１～２のいずれか一項に記載の飛行体システムであって、
    　前記回転駆動体は、延設方向の互いに異なる前記支持アームにそれぞれ設けられ、
    　前記制御部は、複数の前記回転駆動体に作用する前記推力の組み合わせによって、前記機体の推進方向および旋回方向の少なくとも一つを変更する
    　ことを特徴とする飛行体システム。
  4. 　請求項３に記載の飛行体システムであって、
    　複数の前記回転駆動体は、前記機体を真上から見て前記回転軸の広がり方が前記機体の前後方向に扁平する配置関係を有する
    　ことを特徴とする飛行体システム。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の飛行体システムであって、
    　前記制御部は、前記回転駆動体に作用するマグヌス効果によって、前記機体の水平姿勢を保持しつつ前記機体を推進させる制御モードを有する
    　ことを特徴とする飛行体システム。
  6. 　コンピュータシステムを、請求項１～５のいずれか一項に記載の前記制御部として機能させるための飛行体制御プログラムであって、
    　前記コンピュータシステムに、前記回転駆動体に作用するマグヌス効果によって、前記機体の水平姿勢を保持しつつ前記機体を推進させる制御モードを実行させる
    　ことを特徴とする飛行体制御プログラム。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119815377A (zh) * 2025-03-13 2025-04-11 中北大学 一种水质监测机器人编队通信网络优化构建方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114995478A (zh) * 2022-06-01 2022-09-02 北京理工大学 一种基于马格努斯效应的飞行姿态控制器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19715827A1 (de) * 1997-04-16 1998-10-22 Peter Dr Faber VTOL-Fluggerät
CN107318638A (zh) * 2017-06-30 2017-11-07 唐成吉 大棚内西瓜授粉无人机
WO2018168565A1 (ja) * 2017-03-12 2018-09-20 株式会社ナイルワークス 作物撮影用ドローン
CN112124583A (zh) * 2020-08-27 2020-12-25 杨嘉鹏 一种带马格努斯减摇装置的h字型四旋翼两栖无人机

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61105298A (ja) * 1984-10-27 1986-05-23 加藤　滋 回転体のマグナス効果による揚力を，発動機又はプロペラの後流により強めた揚力装置を装備した飛翔体
EP2511177B1 (en) * 2011-04-11 2013-06-05 Eurocopter Deutschland GmbH Helicopter with cycloidal rotor system
JP6180055B1 (ja) * 2016-07-07 2017-08-16 光平 山中 飛行体
US10384776B2 (en) * 2017-02-22 2019-08-20 Bell Helicopter Textron Inc. Tiltrotor aircraft having vertical lift and hover augmentation
KR102038223B1 (ko) * 2018-03-09 2019-10-29 허동석 완구용 로켓

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19715827A1 (de) * 1997-04-16 1998-10-22 Peter Dr Faber VTOL-Fluggerät
WO2018168565A1 (ja) * 2017-03-12 2018-09-20 株式会社ナイルワークス 作物撮影用ドローン
CN107318638A (zh) * 2017-06-30 2017-11-07 唐成吉 大棚内西瓜授粉无人机
CN112124583A (zh) * 2020-08-27 2020-12-25 杨嘉鹏 一种带马格努斯减摇装置的h字型四旋翼两栖无人机

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119815377A (zh) * 2025-03-13 2025-04-11 中北大学 一种水质监测机器人编队通信网络优化构建方法

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