JP2019519434A - 乗員または貨物の輸送のための自動操縦航空機 - Google Patents

Abstract

本開示は、比較的長距離にわたる貨物輸送および乗員輸送の用途のために作動させることが、安全で、ノイズが少なく、かつ費用効果の良い、自動操縦の電動の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機に関する。ＶＴＯＬ航空機は、プロペラの冗長性を提供するように、１つまたは複数のプロペラが各ウイングに取り付けられた、タンデムウイング構成を有しており、万一、プロペラのいずれか、または、他の飛行制御装置が故障した場合、十分な推力および制御を維持することを可能にしている。この構成は、やはり、プロペラを電動にすることを可能にするが、比較的低いブレード速度で十分な推力を提供することが可能である。このことは、ノイズの低減の助けになる。さらに、航空機は、ヨー、ピッチ、およびロールに関する冗長的制御に関し、効率的な飛行力学のために空力学的に設計されている。

Description

本出願は、「Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｔａｋｅｏｆｆ ａｎｄ Ｌａｎｄｉｎｇ Ａｉｒｃｒａｆｔ ｗｉｔｈ Ｔｉｌｔｅｄ−Ｗｉｎｇ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ」と題され、２０１６年５月１８日に出願された、米国仮特許出願第６２／３３８，２７３号明細書の優先権を主張する。この文献は、参照することにより、本明細書に組み込まれる。本出願は、やはり、「Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ａｉｒｃｒａｆｔ ｆｏｒ Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｏｒ Ｃａｒｇｏ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ」と題され、２０１６年５月１８日に出願された、米国仮特許出願第６２／３３８，２９４号明細書の優先権を主張する。この文献は、参照することにより、本明細書に組み込まれる。

垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機には、滑走路を必要とする他のタイプの航空機に対し、様々な利点がある。しかし、ＶＴＯＬ航空機の設計は、複雑である場合があり、費用効果の良い、乗員または貨物を安全に運ぶ、ＶＴＯＬ航空機の設計を困難にしている。例として、ヘリコプタが、乗員および貨物を移送するために従来使用されている一般的なＶＴＯＬ航空機である。通常は、ヘリコプタは、上昇と前進との両方の推力を発生させるために大型のロータを使用し、このロータを高速で作動させる必要がある。ロータの設計は複雑である場合があり、ロータの故障は、壊滅的である場合がある。さらに、大型のロータの高速の動作は、迷惑で、かつ、潜在的にヘリコプタの操縦が許可されている地理的領域を制限する場合がある、著しい量のノイズを発生させる。ヘリコプタは、やはり、製造および作動が高額である場合があり、著しい量の燃料、メンテナンス、および、熟練のパイロットのサービスを必要とする。

従来のヘリコプタの欠点およびコストに起因して、電気ヘリコプタおよび無人航空機（ＵＡＶ）などの電動のＶＴＯＬ航空機が特定の乗員輸送および貨物輸送用途に関して考慮されている。推力および揚力を生じるために電力を使用することにより、ノイズの低減を幾分助長する場合があるが、航空機のレンジ（ｒａｎｇｅ）を過度に制限することなく、乗員または貨物の輸送を伴う多くの用途に必要な重量を受け入れることが可能である、電気ＶＴＯＬ航空機を設計することが困難であることが示されている。やはり、人間のパイロットのサービスを必要とすることなく、ＶＴＯＬ航空機が自動操縦されるように設計することができる場合、作業費用を低減させることができる。しかし、安全性が最重要事項であり、多くの消費者は、安全性の理由で、自動操縦航空機に対して慎重である。

これまでに取り組まれていないニーズが、安全で、ノイズが少なく、かつ費用効果の良い自動操縦の、電動のＶＴＯＬ航空機を、比較的長距離にわたる貨物輸送および乗員輸送の用途のために作動させる技術において存在する。

本開示は、以下の図面を参照することで、より良好に理解することができる。図面の要素は、必ずしも、互いに対して拡縮されず、代わりに、本開示の原理を明確に示すことが重視されている。

本開示のいくつかの実施形態による、自動操縦のＶＴＯＬ航空機の斜視図である。 ロールおよびピッチを制御するために飛行操縦翼面が作動された、図１に示すような、自動操縦のＶＴＯＬ航空機の正面図である。 図２Ａに示すような自動操縦のＶＴＯＬ航空機の斜視図である。 図１に示すような、ＶＴＯＬ航空機の様々な構成要素を示すブロック図である。 本開示のいくつかの実施形態による、図３に示すような飛行制御作動システムを示すブロック図である。 本開示のいくつかの実施形態による、ホバー構成の、図１に示すような、自動操縦のＶＴＯＬ航空機の斜視図である。 ウイングに取り付けられたプロペラからの推力がほぼ垂直方向であるようにウイングが傾斜した、ホバー構成の、図５に示すような自動操縦のＶＴＯＬ航空機の上面図である。 本開示のいくつかの実施形態による、衝突回避センサを示すブロック図である。 衝突を検知および回避するための方法を示すフローチャートである。 本開示のいくつかの実施形態による、図１に示すような自動操縦のＶＴＯＬ航空機を制御するための方法を示すフローチャートである。 本開示のいくつかの実施形態による、貨物モジュールが備えられた、図１に示すような、自動操縦のＶＴＯＬ航空機の斜視図である。 本開示のいくつかの実施形態による、バッテリが外された、図１に示すような、自動操縦のＶＴＯＬ航空機の斜視図である。 本開示のいくつかの実施形態による、機体の区画にバッテリが挿入されている、図１１に示すような、自動操縦のＶＴＯＬ航空機の斜視図である。 本開示のいくつかの実施形態による、ホバー構成の、自動操縦のＶＴＯＬ航空機の上面図である。

本開示は概して、傾斜ウイングの構成を有する垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機に関する。本開示のいくつかの実施形態による、自動操縦の、電気のＶＴＯＬ航空機は、プロペラの冗長性を提供する構成の、１つまたは複数のプロペラが各ウイングに取り付けられた、タンデムウイング構成を有しており、万一、プロペラの１つもしくは複数、または、他の飛行制御装置が故障した場合、十分な推力と制御を維持することを可能にしている。この構成は、やはり、プロペラを電動にすることを可能にするが、比較的低いブレード速度で十分な推力を提供することが可能である。このことは、ノイズの低減の助けになる。

さらに、各ウイングは、傾くように設計されており、それにより、航空機が、前進飛行構成とホバー構成との間で移行する際に、プロペラを回転させるようになっている。これに関し、前進飛行構成では、プロペラは、同時にウイング上に空気を吹き付けつつ、前進推力を提供するように配置され、それにより、ウイングの揚力特性（たとえば、揚力対抗力比）を向上させ、また、やはり、ウイングのダイナミクスを実質的に線形に維持することを補助し、それにより、失速の可能性を低減するようになっている。ホバー構成に関し、ウイングは、航空機の垂直移動を制御するために、上方向の推力を提供するようにプロペラを配置するために、傾けられる。ホバー構成の間は、ウイングおよびプロペラは、効率的なヨー制御を提供するように、垂直方向からオフセットしている場合がある。

具体的には、ホバー構成では、プロペラは、所望である場合に、ヨー軸周りの移動を誘導するように使用することができる水平方向の推力成分を発生させるために、垂直方向からわずかにオフセットしている場合がある。ウイングは、やはり、ホバー構成におけるさらなるヨー制御を提供するように、プロペラからの空気流の方向を変えるように調整することができる可動飛行操縦翼面を有する場合もある。これら同じ飛行操縦翼面は、前進飛行構成において、ピッチおよびロールの制御をも提供するように使用される場合がある。ホバー構成から前進飛行構成への移行の間、ウイングの傾きは、ウイングを航空機の飛行経路にほぼ整列するように維持するために、調整することができ、ウイングのダイナミクスを線形に維持し、失速を防止することをさらに補助している。

したがって、安全性および性能が向上した自動操縦の電気ＶＴＯＬ航空機を実現することができる。本明細書に説明される構成を使用することにより、安全でノイズが少ない、自動操縦の電気ＶＴＯＬ航空機を設計することが可能である。本明細書の教示に対して設計された例示的航空機は、わずかなフットプリント（たとえば、端から端までの翼幅（ｗｉｎｇｓｐａｎ）が約１１メートル）および質量（たとえば、約６００キログラム）を有することができ、約９０ノットの速度で、約８０キロメートルまでの範囲にわたり、約１００キログラムのペイロードをサポートすることが可能である。さらに、そのような航空機は、航空機が約１００フィートの位置にある場合に、地面で測定して約６１デシベルなどの、比較的低い量のノイズを生じるように設計されている場合がある。同じであるか類似の設計が、他のサイズ、重量、および性能の特性の航空機に使用される場合がある。

図１は、本開示のいくつかの実施形態によるＶＴＯＬ航空機２０を示している。航空機２０は、人間のパイロットの補助を伴わずに、電気コントローラの指示の下で、選択された目的地に乗員または貨物を飛ばすことが可能である点で、自律型または自動操縦型である。本明細書で使用される場合、「自律して（ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ）」および「自動操縦（ｓｅｌｆ−ｐｉｌｏｔｅｄ）」との用語は同義であり、相互交換可能に使用されるものとする。さらに、航空機２０は、電動であり、それにより、作動コストを低減することを助長している。電力を提供する任意の従来の方法が予想される。所望であれば、乗員に飛行制御を提供するように、航空機２０は飛行制御が備えられることが可能であり、それにより、コントローラによる自動操縦に排他的に依存するよりむしろ、乗員が航空機を少なくとも一時的に操縦できるようになっている。

図１に示すように、航空機２０は、機体３３の後部近くに取り付けられた一対の後方ウイング２５、２６と、機体３３の前部近くに取り付けられた、「カナード（ｃａｎａｒｄ）」とも呼ばれる場合がある、一対の前方ウイング２７、２８とのタンデムウイング構成を有している。各ウイング２５から２８は、キャンバを有し、ウイング表面上を空気が流れる際に、（ｙ方向に）揚力を生じる。後方ウイング２５、２６は、前方ウイング２７、２８よりも高い位置に取り付けられ、それにより、後方ウイング２５、２６を前方ウイング２７、２８の後流の外に維持するようになっている。

タンデムウイング構成では、航空機２０の重心は、後方ウイング２５、２６と前方ウイング２７、２８との間に位置しており、それにより、前進飛行時において、後方ウイング２５、２６からの揚力によって生じるモーメントが、前方ウイング２７、２８からの揚力によって生じるモーメントを相殺するようになっている。こうして、航空機２０は、水平スタビライザを必要とすることなく、ピッチの安定性を達成することが可能であり、そうでなければ、下向きの揚力を生じ、それにより、非効率に、ウイングによって生じる揚力に反作用する。いくつかの実施形態では、後方ウイング２５、２６は、前方ウイング２７、２８と同じ翼幅、アスペクト比、および平均翼弦を有しているが、ウイングのサイズおよび構成は、他の実施形態では異なる場合がある。

後方ウイング２５、２６よりもわずかに高い迎え角、または、後方ウイング２５、２６とは異なる他のウイング特性を有するなどにより、前方ウイング２７、２８は後方ウイング２５、２６よりも大である揚力を生じるように設計される場合がある。例として、いくつかの実施形態では、前方ウイング２７、２８は、前進飛行時に、航空機の全積載量の約６０％を受け持つように設計されている場合がある。わずかに高い迎え角を有することは、前方ウイング２７、２８が、後方ウイング２５、２６の前に失速し、それにより、安定性を増大させることを確実にする助けにもなる。これに関し、前方ウイング２７、２８が後方ウイング２５、２６の前に失速した場合、失速の結果としての、前方ウイング２７、２８の揚力の低減により、重心が前方ウイング２７、２８と後方ウイング２５、２６との間にあることから、航空機２０が前方に傾斜することになる。そのような事象においては、航空機のノーズが下方に移動することにより、前方ウイング２７、２８の迎え角が低減されることになり、失速を中断する。

いくつかの実施形態では、各ウイング２５から２８は、機体３３に対してウイング２５から２８が傾くことを可能にする、傾斜ウイング構成を有している。これに関し、以下にさらに詳細に説明するように、ウイング２５から２８は、機体３３に回転可能に結合され、それにより、機体３３に対して動的に傾いて、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）能力、ならびに、以下にさらに詳細に説明するように、ヨー制御およびエアロダイナミクスの向上などの、他の機能を提供することができるようになっている。

複数のプロペラ４１から４８は、ウイング２５から２８に取り付けられている。いくつかの実施形態では、図１に示すように、合計で８つのプロペラ４１から４８に関し、２つのプロペラが各ウイング２５から２８に取り付けられているが、他の実施形態では、他の数のプロペラ４１から４８が可能である。さらに、各プロペラに関し、ウイングに取り付けることは不要である。例として、航空機２０は、揚力を生じない、構造（たとえば、ロッドまたは他の構造）により、前方ウイング２７、２８と後方ウイング２５、２６との間のポイントなどにおいて、機体３３に結合された１つまたは複数のプロペラ（図示せず）を有する場合がある。そのようなプロペラは、プロペラを機体３３に結合するロッドまたは他の構造を回転させることにより、または他の技術により、機体３３に対して回転され得る。

前方への飛行に関し、ウイング２５から２８およびプロペラ４１から４８は、図１に示すように配置され、それにより、プロペラ４１から４８によって生じる推力が、航空機２０を前方に移動するために、ほぼ水平方向（ｘ方向）であるようになっている。さらに、各プロペラ４１から４８は、それぞれのウイング２５から２８に取り付けられ、かつ、ウイングの前縁部の前に位置しており、それにより、プロペラが、ウイングの表面上に空気を吹き付けるようになっており、それにより、ウイングの揚力特性を向上させる。たとえば、プロペラ４１、４２は、ウイング２５に取り付けられ、この表面にわたって空気を吹き付ける。プロペラ４３、４４は、ウイング２６に取り付けられ、この表面にわたって空気を吹き付ける。プロペラ４５、４６は、ウイング２８に取り付けられ、この表面にわたって空気を吹き付ける。プロペラ４７、４８は、ウイング２７に取り付けられ、この表面にわたって空気を吹き付ける。プロペラブレードの回転は、推力を生じるのに加え、やはり、ウイング２５から２８の周りの空気流の速度を増大させ、それにより、航空機２０の所与の対気速度に関し、ウイング２５から２８によってより大きい揚力を生じるようになっている。他の実施形態では、他のタイプの推進装置が推力を生じるために使用される場合があり、また、各ウイング２５から２８が、プロペラまたは、ウイング上に取り付けられた他の推進装置を有することが不要である。

いくつかの実施形態では、プロペラ４１から４８のブレードは、各ウイング２５から２８のほぼ全幅に、プロペラ４１から４８によって空気が吹き付けられるようなサイズになっている。例として、プロペラ４１、４２のブレードは、組み合わせて、ウイング２５のほぼ全幅にわたる範囲であり、それにより、空気が、プロペラ４１、４２により、ウイング２５の全幅またはほぼ全幅（たとえば、約９０％以上）にわたって吹き付けられるようになっている。さらに、他のウイング２６から２８に関するプロペラ４３から４８のブレードは、同様に、ウイング２６から２８のほぼ全幅にわたる範囲であり、それにより、空気が、プロペラ４３から４８により、ウイング２６から２８の各々の全幅またはほぼ全幅にわたって吹き付けられるようになっている。そのような構成は、吹き付けられるウイングに関して上述した性能の向上を増大させることの助けになる。しかし、他の実施形態では、任意のウイング２５から２８に関し、より小である幅にわたって空気を吹き付けることができ、各ウイング２５から２８にわたって空気を吹き付けることは不要である。

当該技術では既知であるように、エアフォイルが空力的揚力を生じている場合、渦（「翼端渦（ｗｉｎｇｔｉｐ ｖｏｒｔｅｘ）」と呼ばれる）が、通常、ウイングにわたって通る空気流によって形成され、翼端において、ウイングから離れて渦を巻く。そのような翼端渦は、著しい量の抗力を生じることに関連している。この抗力は、翼端渦の強度が増大すると、一般に増大する。

各後方ウイング２５、２６の端部は、ほぼ垂直方向に延びるそれぞれの翼端小翼７５、７６を形成する。翼端小翼７５、７６の形状、サイズ、および向き（たとえば、角度）は、異なる実施形態では異なるものとすることができる。いくつかの実施形態では、翼端小翼７５、７６は、フラットなエアフォイル（キャンバを伴わない）であるが、他のタイプの翼端小翼が可能である。当該技術では既知であるように、翼端小翼７５、７６は、翼端付近の空気流を整えることにより、抗力を低減することを助長することができ、翼端渦の強度を低減することを助長している。翼端小翼７５、７６は、やはり、前進飛行の間、ヨーに抗する傾向にある空力的な力を生じることにより、ヨー軸周りの横方向の安定性をも提供している。他の実施形態では、翼端小翼７５、７６の使用は不要であり、ヨーを制御または安定させるために、他の技術が使用される場合がある。やはり、翼端小翼は、後方ウイング２５、２６に加えて、または代替的に、前方ウイング２７、２８上に形成される場合がある。

いくつかの実施形態では、プロペラ４１、４４、４５、４８の少なくともいくつかは、ウイング端部に取り付けられている。すなわち、プロペラ４１、４４、４５、４８が、翼端付近で、ウイング２５から２８の端部にそれぞれ取り付けられており、それにより、これらプロペラ４１、４４、４５、４８が、翼端にわたって空気を吹き付けるようになっている。前方ウイング２７、２８の端部におけるプロペラ４５、４８のブレードは、航空機２０の前側から見て、反時計回りと時計回りとにそれぞれ回転する。このため、プロペラ４５、４８のブレードは、翼端（すなわち、プロペラ４５、４８の機外側）を通り過ぎる際に下方向に移動し、そのようなブレードは、ブレードがウイング２７、２８を、プロペラ４５、４８の機内側を通過する際に、上方向に移動する。当該技術では既知であるように、プロペラは、プロペラブレードが下向きに移動する一方側で吹き下ろし（すなわち、下方向の空気の偏向）を発生させ、プロペラブレードが上向きに移動する側で吹き上げ（すなわち、上方向の空気の偏向）を発生させる。ウイング上を流れる吹き上げは、吹き上げが流れるウイングの部分に関し、有効な迎え角を増大させる傾向にあり、それにより、しばしば、そのような部分に、より大きい揚力を発生させる。ウイング上を流れる吹き下ろしは、吹き下ろしが流れるウイングの部分に関し、有効な迎え角を低減させる傾向にあり、それにより、しばしば、そのような部分に、より小さい揚力を発生させる。

プロペラ４５、４８のブレードの回転方向に起因して、プロペラ４５、４８の各々は、その機内側に吹き上げを発生させ、その機外側に吹き下ろしを発生させる。プロペラ４５、４８の後方のウイング２７、２８の、その機内側の部分（図２Ａでは参照矢印１０１、１０２で示されている）は、プロペラ４５、４８からの吹き上げに起因して、増大した揚力を発生させる。さらに、翼端におけるプロペラ４５、４８の配置に起因して、各プロペラ４５、４８の吹き下ろしの実質的な部分は、前方ウイング２７、２８を越えて通らないが、むしろ、翼端から外側の領域（図２Ａでは参照矢印１０３、１０４で示されている）で流れる。こうして、各前方ウイング２７、２８に関し、増大した揚力が、吹き下ろしから、それに匹敵する揚力の低減を被ることなく、プロペラ４５、４８の一方の吹き上げから実現され、揚力対抗力比が高くなる結果となる。

以下により詳細に説明する制御性の理由のために、後方ウイング２５、２６の外側のプロペラ４１、４４が、それらのブレードを同じ方向に回転させず、前方ウイング２７、２８の外側のプロペラ４５、４８が、それらのブレードを同じ方向に回転させないように、航空機２０を設計することが望ましい場合がある。このため、いくつかの実施形態では、外側のプロペラ４４、４５は、それらのブレードを、プロペラ４１、４８の回転方向とは逆に、反時計回り方向に回転させる。そのような実施形態では、翼端におけるプロペラ４１、４４の配置は、前方ウイング２７、２８の外側のプロペラ４５、４８に関して上述したものと同じ性能上の利益を有していない。しかし、翼端小翼７５、７６上に吹き出す空気により、翼端小翼７５、７６に関連付けられた、少なくともいくらかの性能上の向上が提供される。より具体的には、プロペラ４１、４４からの吹き上げは、翼端小翼７５、７６の揚力の方向に近い方向にある。これにより、所望のレベルの安定性に関し、翼端小翼７５、７６をより小さく設計することが可能になり、翼端小翼７５、７６からの抗力が少なくなる結果となる。さらに、上述のように、前方ウイング２７、２８が後方ウイング２５、２６よりも大きい揚力を提供するように設計されている実施形態では、翼端の取り付けに関連する性能上の利益を実現するために、前方ウイング２７、２８上の外側のプロペラ４５、４８を選択することは、より効率的な構成に繋がる。これに関し、そのような性能上の利益は、より大きい揚力を生じるウイングに適用される場合、全体の効率がより大きくなる。

機体３３は、取外し可能な乗員モジュール５５および、ウイング２５から２８が取り付けられたフレーム５２を備えている。乗員モジュール５５は、少なくとも１人の乗員のための少なくとも１つのシート（図１には示されていない）が取り付けられるフロア（図１には示されていない）を有している。乗員モジュール５５は、透明なキャノピ６３をも有しており、このキャノピを通して乗員が見る場合がある。以下にさらに詳細に説明するように、乗員モジュール５５は、乗員輸送から貨物輸送など、航空機２０の実用性を変更するために、フレーム５２から外され、別のモジュール（たとえば、貨物モジュール）と交換される場合がある。

図１に示すように、例示的航空機は、ヨー軸周りの横方向の安定性を提供するために空力学的に設計された、本明細書では「後方ストラット（ｒｅａｒ ｓｔｒｕｔ）」と呼ばれる着陸ストラット８３を有している。これに関し、後方ストラット８３は、前進飛行の間、ヨーに抗する傾向にある空力的な力を生じる、フラットなエアフォイル（キャンバを伴わない）を形成している。他の実施形態では、後方ストラット８３は、所望される場合に、他のタイプのエアフォイルを形成する場合がある。図１に示す実施形態では、各後方ストラット８３は、水平バー８４によってストラット８３に結合された前方ストラット８２を有する、それぞれのランディングスキッド８１の一部を形成している。他の実施形態では、着陸装置は、他の構成を有する場合がある。たとえば、スキッド８１を使用するよりむしろ、後方ストラットは、ホイールに結合されている場合がある。横方向の安定性を提供するために、後方ストラット８３を使用することにより、翼端小翼７５、７６のサイズを低減することが可能になり、それにより、翼端小翼７５、７６によって生じる抗力を低減し、一方、依然として所望のレベルのヨーの安定性を達成している。いくつかの実施形態では、各翼端小翼７５、７６の高さは、プロペラのスリップストリームの内側で翼端小翼７５、７６の揚力面を維持するために、プロペラの半径（すなわち、プロペラの回転中心からプロペラの先端までの距離）以下である。

図１に示すように、ウイング２５から２８は、それぞれ、前方飛行の間、航空機２０のロールおよびピッチを制御するための、ヒンジで結合した飛行操縦翼面９５から９８を有している。図１は、飛行操縦翼面９５から９８の各々が翼表面の残部と整列しているニュートラルの位置にある、飛行操縦翼面９５から９８の各々を示している。このため、空気流は、ニュートラルの位置にある場合に、飛行操縦翼面９５から９８によって著しく方向を変えられないか、あるいは妨げられない。飛行操縦翼面９５から９８の各々は、上方に回転される場合があり、このことは、揚力を低減させる効果がある。また、飛行操縦翼面９５から９８の各々は、下方に回転される場合があり、このことは、揚力を増大させる効果がある。

いくつかの実施形態では、後方ウイング２５、２６の飛行操縦翼面９５、９６は、ロールを制御するために使用される場合があり、前方ウイング２７、２８の飛行操縦翼面９７、９８は、ピッチを制御するために使用される場合がある。これに関し、航空機２０をロールさせるために、飛行操縦翼面９５、９６は、前方に飛行している間、逆向きの方式で制御される場合があり、それにより、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、航空機２０がどの方向にロールされるかに応じて、飛行操縦翼面９５、９６の一方が下方に回転され、一方、飛行操縦翼面９５、９６の他方が上方に回転される。下方に回転される飛行操縦翼面９５により、揚力が増大し、上方に回転される飛行操縦翼面９６により、揚力が低減され、それにより、航空機２０が上方に回転した飛行操縦翼面９６が位置する側に向かってロールする。こうして、飛行操縦翼面９５、９６は、前方飛行の際に補助翼（ａｉｌｅｒｏｎ）として機能する場合がある。

飛行操縦翼面９７、９８は、前方飛行の間、一致して制御される場合がある。航空機２０のピッチを増大させることが望ましい場合、飛行操縦翼面９７と９８との両方が、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、下方に回転し、それにより、ウイング２７、２８の揚力を増大させる。この増大した揚力により、航空機２０のノーズを上方にピッチさせる。反対に、航空機２０を下方にピッチさせることが望ましい場合、飛行操縦翼面９７と９８との両方が、上方に回転し、それにより、ウイング２７、２８によって生じる揚力を低減させる。この低減された揚力により、航空機２０のノーズを下方にピッチさせる。こうして、飛行操縦翼面９７、９８は、前方飛行の際に昇降舵として機能する場合がある。

飛行操縦翼面９５から９８は、他の実施形態では他の方式で使用される場合があることに留意されたい。たとえば、飛行操縦翼面９７、９８が、補助翼として機能し、飛行操縦翼面９５、９６が昇降舵として機能することが可能である。やはり、任意の飛行操縦翼面９５から９８に関し、１つの期間の間、１つの目的（たとえば、補助翼として）で使用すること、および、別の期間の間、別の目的（たとえば、昇降舵として）で使用することが可能である。むしろ、飛行操縦翼面９５から９８のいずれかに関し、ウイング２５から２８の向きに応じてヨーを制御することが可能である。

前方飛行の間、ピッチ、ロール、およびヨーが、やはりプロペラ４１から４８を介して制御される場合がある。例として、ピッチを制御するために、コントローラ１１０は、前方ウイング２７、２８のプロペラ４５から４８のブレードの速度を調整する場合がある。ブレードの速度を増大させることにより、前方ウイング２７、２８にわたる空気の速度を増大させ、それにより、前方ウイング２７、２８の揚力を増大させ、こうして、ピッチを増大させる。逆に、ブレードの速度を低減させることにより、前方ウイング２７、２８にわたる空気の速度を低減させ、それにより、前方ウイング２７、２８の揚力を低減させ、こうして、ピッチを低減させる。プロペラ４１から４４は、ピッチを制御するために、同様に制御される場合がある。さらに、航空機２０の一方側でブレードの速度を増大させ、他方側でブレードの速度を低減させることにより、一方側で揚力を増大させ、他方側で揚力を低減することにより、ロールを生じさせることができる。ヨーを制御するために、ブレードの速度を使用することも可能である。飛行制御に関する冗長機構を有することにより、安全性を向上させる助けになる。たとえば、万一、１つまたは複数の飛行操縦翼面９５から９８が故障した場合、コントローラ１１０は、プロペラ４１から４８のブレードの速度を使用することにより、故障に関して和らげるように構成されている場合がある。

プロペラ４１から４８および飛行操縦翼面９５から９８の構成、ならびに、ウイング２５から２８のサイズ、数、および配置を含む、上述のウイングの構成が、航空機の飛行を制御するために使用することができるウイングの構成のタイプの例に過ぎないことが強調されるものとする。上述のウイングの構成に対する様々な変更および変形が、本開示を読むことにより、当業者には明らかとなる。

図３を参照すると、ハードウェアまたは、ハードウェア、ソフトウェア、およびファームウェアの任意の組合せで実施され得る、機上のコントローラ１１０の指示および制御の下で、航空機２０は作動し得る。コントローラ１１０は、以下にさらに詳細に説明するように、少なくとも、プロペラ４１から４８、ウイング２５から２８、および飛行操縦翼面９５から９８を制御することにより、航空機２０の飛行経路および飛行特性を制御するように構成されている場合がある。

コントローラ１１０は、複数のモータコントローラ２２１から２２８に結合されており、ここで、モータコントローラ２２１から２２８の各々は、それぞれのプロペラ４１から４８のブレードの速度を、コントローラ１１０からの制御信号に基づいて制御するように構成されている。図３に示すように、モータコントローラ２２１から２２８の各々は、対応するプロペラ４１から４８を駆動させるそれぞれのモータ２３１から２３８に結合されている。コントローラ１１０が、プロペラ４１から４８のブレードの速度を調整することを判定する場合、コントローラ１１０は、対応するモータコントローラ２２１から２３８によって使用される制御信号を伝達して、プロペラのブレードの回転速度を設定し、それにより、プロペラ４１から４８によって提供される推力を制御する。

例として、プロペラ４１のブレードの速度を設定するために、コントローラ１１０は、所望のブレードの速度を示す制御信号を、プロペラ４１に結合された、対応するモータコントローラ２２１に伝達する。それに応じて、モータコントローラ２２１は、モータ２３１を制御するために、少なくとも１つのアナログ信号を提供し、それにより、所望のブレードの速度を達成するように、プロペラ４１を適切に駆動させるようになっている。他のプロペラ４２から４８は、同様の方式で制御することができる。いくつかの実施形態では、モータコントローラ２２１から２２８の各々（その対応するモータ２３１から２３８を伴う）は、コントローラが結合されるそれぞれのプロペラ４１から４８の真後ろで、ウイング２５から２８内に取り付けられている。さらに、モータコントローラ２２１から２２８、および、モータ２３１から２３８は、ウイングを通して、かつ、モータコントローラ２２１から２２８およびモータ２３１から２３８に熱的に結合されたヒートシンク（図示せず）にわたって、空気流の一部を向けることによって受動的に冷却される。

コントローラ１１０は、コントローラ１１０の指示および制御の下で、飛行操縦翼面９５から９８の移動を制御するように構成された飛行制御作動システム１２４にも結合されている。図４は、飛行制御作動システム１２４の実施形態を示している。図４に示すように、システム１２４は、飛行操縦翼面９５から９８の移動をそれぞれ制御する複数のモータ１３５から１３８に結合された、複数のモータコントローラ１２５から１２８を備えている。コントローラ１１０は、所望である場合に飛行操縦翼面９５から９８の位置を設定するために使用することができる、制御信号を提供するように構成されている。

例として、飛行操縦翼面９５の位置を設定するために、コントローラ１１０は、所望の位置を示す制御信号を、飛行操縦翼面９５に結合された、対応するモータコントローラ１２５に伝達する。それに応じて、モータコントローラ１２５は、モータ１３５を制御するために、少なくとも１つのアナログ信号を提供し、それにより、所望の位置に対して飛行操縦翼面９５を適切に回転させるようになっている。他の飛行操縦翼面９６から９８は、同様の方式で制御することができる。

図３に示すように、コントローラ１１０をその制御機能において補助するために、航空機２０は複数の飛行センサ１３３を有する場合がある。複数の飛行センサ１３３は、コントローラ１１０に結合されるとともに、コントローラ１１０に様々な入力を提供する。コントローラ１１０は、これら入力に基づいて、制御上の決定を行うことができる。例として、飛行センサ１３３は、対気速度センサ、姿勢センサ、機首方位センサ、高度計、垂直速度センサ、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、または、航空機２０の操縦およびナビゲーションのための制御上の決定を行うために使用され得る、任意の他のタイプのセンサを含む場合がある。

航空機１１０は、やはり、地形、障害物、航空機、および、衝突の危険があり得る他の対象を検出するために使用される、衝突回避センサ１３６をも有する場合がある。センサ１３６によって検知される対象との衝突を避けるように、航空機２０の飛行経路を制御するために、コントローラ１１０は衝突回避センサ１３６からの情報を使用するように構成されている。

図３に示すように、航空機２０は、乗員などのユーザからの入力を受信するか、ユーザに出力を提供するために使用することができるユーザインターフェース１３９を有する場合がある。例として、ユーザインターフェース１３９は、キーボード、キーパッド、マウス、または、ユーザからの入力を受信することが可能である他の装置を備えている場合がある。また、ユーザインターフェース１３９は、ユーザに視覚的または聴覚的な出力を提供するためのディスプレイ装置またはスピーカを備えている場合がある。いくつかの実施形態では、ユーザインターフェース１３９は、出力を表示し、タッチ入力を受信することが可能であるディスプレイスクリーンを有するタッチ感応性ディスプレイ装置を備えている場合がある。以下により詳細に説明するように、ユーザは、航空機２０による飛行の目的地を選択するか、別様に特定するなど、様々な目的のために、ユーザインターフェース１３９を利用する場合がある。

航空機２０は、外部の装置との無線通信を可能にするための無線通信インターフェース１４２をも有している。無線通信インターフェース１４２は、１つまたは複数の無線周波数（ＲＦ）ラジオ、セルラー無線、または、長距離にわたる通信のための他の装置を備えている場合がある。例として、飛行の間、コントローラ１１０は、遠方の位置からの制御指示または情報を受信する場合があり、次いで、そのような指示または情報に基づき、航空機２０の動作を制御する。コントローラ１１０は、短距離にわたって通信するための、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ装置などの短距離通信装置をも備えている場合がある。例として、ユーザは、携帯電話などの無線装置を使用して、ユーザインターフェース１３９の代わりに、またはユーザインターフェース１３９に加えて、入力を提供するために使用され得る。ユーザは、長距離通信を使用して、または、ユーザが物理的に航空機２０内に存在する場合などは、代替的に短距離通信を使用して、コントローラ１１０と通信する場合がある。

図３に示すように、コントローラ１１０は、コントローラ１１０の指示および制御の下で、ウイング２５から２８を回転させるように構成されたウイング作動システム１５２にも結合されている。さらに、コントローラ１１０は、プロペラ−ピッチ作動システム１５５に結合されている。プロペラ−ピッチ作動システム１５５は、効率的な飛行特性を達成するために、所望である場合には、プロペラのブレードのピッチを制御するために使用される場合がある。

図３によってさらに示されるように、コントローラ１１０、モータコントローラ２２１から２２８、１２５から１２８、およびモータ２３１から２３８、１３５から１３８を含む、航空機２０の様々な構成要素に給電するために、航空機２０は電力システム１６３を有している。いくつかの実施形態では、プロペラ４１から４８を駆動するためのモータ２３１から２３８は、システム１６３からの電力によって排他的に給電されるが、他のタイプのモータ２３１から２３８（たとえば、燃料が供給されるモータ）を他の実施形態で使用することが可能である。

電気システム１６３は、様々な位置でフレーム５２に取り付けられた複数のバッテリ１６６を備えている、分配された電源を有している。バッテリ１６６の各々は、電力調整回路１６９に結合されている。電力調整回路１６９は、バッテリ１６６からの電力を受領し、そのような電力を、航空機２０の電気構成要素に分配するために調整する（たとえば、電圧を調整する）。具体的には、電力調整回路１６９は、複数のバッテリ１６６からの電力を合わせて、航空機の電気構成要素のための少なくとも１つの直流電流（ＤＣ）電力信号を提供する。バッテリ１６６のいずれかが故障した場合、残りのバッテリ１６６は、航空機２０の電力の要求を満たすように使用され得る。

上述のように、コントローラ１１０は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの任意の組合せで実施され得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、コントローラ１１０に関して本明細書に述べられた制御機能を実施するために、少なくとも１つのプロセッサおよび、このプロセッサ上で実行されるソフトウェアを含んでいる。コントローラ１１０の他の構成が、他の実施形態において可能である。制御機能は、複数の機上のプロセッサなどの複数のプロセッサにわたって分配すること、および、制御機能を複数の位置にわたって分布させることが可能であることに留意されたい。例として、いくつかの制御機能は、１つまたは複数の遠方の位置で実施され得、制御情報または指示は、そのような遠方の位置と航空機２０との間で、無線通信インターフェース１４２（図３）によって、または別様に通信され得る。

図３に示すように、コントローラ１１０は、飛行データ２１０を記憶するか、この飛行データ２１０に別様にアクセスする場合がある。この飛行データ２１０は、コントローラ１１０により、航空機２０を制御するために使用される場合がある。例として、飛行データ２１０は、乗員または他のユーザによって選択することができる、１つまたは複数の予め規定された飛行経路を規定する場合がある。飛行データ２１０を使用して、コントローラ１１０は、以下により詳細に説明するように、所望の目的地に達するために、選択された飛行経路を飛行するように、航空機２０を自動操縦するように構成されている場合がある。

上述のように、いくつかの実施形態では、ウイング２５から２８は、コントローラ１１０の方向および制御の下で回転するように構成されている。図１は、本明細書で「前進飛行構成」と称する構成での前進飛行のために配置されたウイング２５から２８を示している。この前進飛行構成では、ウイング２５から２８は、前進飛行のために所望である場合がある、航空機２０の重量を相殺するのに十分な空力学的揚力を生成するように配置されている。そのような前進飛行構成では、ウイング２５から２８は、概して、図１に示すように、水平に近い位置にあり、それにより、各ウイング２５から２８の弦が、前進飛行のための揚力を効率的に発生させるための迎え角を有するようになっている。ウイング２５から２８によって生じる揚力は、概して、所望である場合があるように、飛行を維持するために十分である。

航空機２０がその目的地に近い場合など、所望である場合には、ウイング２５から２８の構成を、図１に示す前進飛行構成から、垂直離着陸に役立つ、本明細書で「ホバー構成」と呼ばれる構成に移行するために、ウイング２５から２８は回転される場合がある。ホバー構成では、ウイング２５から２８は、プロペラ４１から４８によって発生した推力が、垂直飛行に所望である場合があるように、航空機２０の重量を相殺するのに十分であるように配置される。そのようなホバー構成では、ウイング２５から２８は、図５に示すように、垂直に近い位置にあり、それにより、プロペラ４１から４８からの推力が、概して、上方に向けられて、所望の速度を得るために、航空機２０の重量を相殺するようになっている。しかし、「Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｔａｋｅｏｆｆ ａｎｄ Ｌａｎｄｉｎｇ Ａｉｒｃｒａｆｔ ｗｉｔｈ Ｔｉｌｔｅｄ−Ｗｉｎｇ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ」と題され、本明細書と同日に出願された、本発明の譲受人に譲渡された国際出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０１８１３５号明細書により詳細に記載されているように、制御可能性のために、推力は、垂直方向からわずかにオフセットしている場合がある。この文献は、参照することにより、本明細書に組み込まれる。ウイング２５から２８が、プロペラからの推力が実質的に垂直であるように回転した、ホバー構成の航空機２０の上面図が、図６に示されている。

以下に「ブレード方向（ｂｌａｄｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）」と呼ばれる、プロペラブレードの回転方向は、航空機２０がホバー構成にある間の制御可能性を含む、様々な要素に基づいて選択され得る。いくつかの実施形態では、機体３３の一方側における、外側プロペラ４１、４５のブレード方向は、機体３３の他方側における、外側プロペラ４４、４８のブレード方向を反映している。すなわち、外側プロペラ４１は、外側プロペラ４８に対応しており、また、同じブレード方向を有している。さらに、外側プロペラ４４は、外側プロペラ４５に対応しており、また、同じブレード方向を有している。やはり、対応する外側プロペラ４４、４５のブレード方向は、対応する外側プロペラ４１、４８のブレード方向とは反対側にある。このため、外側プロペラ４１、４４、４５、４８は、ブレードを同じ方向に回転させる、一対の対角線上に対向するプロペラ４１、４８と、ブレードを同じ方向に回転させる、一対の対角線上に対向するプロペラ４４、４５とを有する、鏡像化された４つのプロペラ配置を形成する。

図５に示す例示的実施形態では、外側プロペラ４１、４８は、（航空機２０の前方から見た際に）時計回りのブレード方向に関して選択され、外側プロペラ４４、４５は、（航空機２０の前方から見た際に）反時計回りのブレード方向に関して選択され、それにより、プロペラ４５、４８に関して上で前述した、翼端に取り付ける利益を実現するようになっている。しかし、そのような選択は、所望である場合には逆にされる場合があり、それにより、プロペラ４１、４８のブレードが反時計回りに回転し、プロペラ４４、４５のブレードが時計回りに回転する。

さらに、機体３３の一方側における、内側プロペラ４２、４６のブレード方向は、機体３３の他方側における、内側プロペラ４３、４７のブレード方向を反映している。すなわち、内側プロペラ４２は、内側プロペラ４７に対応しており、また、同じブレード方向を有している。さらに、内側プロペラ４３は、内側プロペラ４６に対応しており、また、同じブレード方向を有している。やはり、対応する内側プロペラ４３、４６のブレード方向は、対応する内側プロペラ４２、４７のブレード方向とは逆向きにある。このため、内側プロペラ４２、４３、４６、４７は、ブレードを同じ方向に回転させる、一対の対角線上に対向するプロペラ４２、４７と、ブレードを同じ方向に回転させる、一対の対角線上に対向するプロペラ４３、４６とを有する、鏡像化された４つのプロペラ配置を形成する。他の実施形態では、航空機２０は、任意の数の４つのプロペラの配置を有している場合があり、また、プロペラ４１から４８を、本明細書に説明されている、鏡像化された４つの構成で配置する必要はない。

図５に示す例示的実施形態では、対応する内側プロペラ４２、４７は、（航空機２０の前方から見た際に）反時計回りのブレード方向に関して選択され、対応する内側プロペラ４３、４６は、（航空機２０の前方から見た際に）時計回りのブレード方向に関して選択される。この選択には、プロペラ４２、４３の機内側の後方ウイング２５、２６の部分が、プロペラ４２、４３からの吹き上げに起因して、プロペラ４２、４３の機外側のウイング２５、２６の部分の前に失速することを確実にする利点がある。これにより、迎え角が増大した際に、飛行操縦翼面９５、９６が位置するウイング２５、２６の表面に取り付く空気流を維持することを助長し、それにより、失速に達した際に、飛行操縦翼面９５、９６を、航空機２０を制御するために機能的であるように維持することの助けになる。しかし、そのような選択は、所望である場合には逆にされる場合があり、それにより、図１３に示すように、プロペラ４２、４７のブレードが時計回りに回転し、プロペラ４３、４６のブレードが反時計回りに回転する。さらに他のブレード方向の組合せが、他の実施形態では可能である。

上述のように、４つの配置の各々においてブレード方向を鏡像化することにより、特定の制御可能性の利益を実現することができる。たとえば、対応するプロペラ（たとえば、鏡像化された４つの配置における一対の対角線上に対向するプロペラ）は、相殺するか無効にする傾向にあるモーメントを発生させ得、それにより、航空機２０が、所望のようにバランスをとることができる。プロペラ４１から４８のブレードの速度は、所望のロール、ピッチ、およびヨーのモーメントを達成するように、選択的に制御することができる。例として、対応するプロペラの配置および構成を設計すること（たとえば、対応するプロペラを、航空機の重心からほぼ同じ距離に配置すること）が可能であり、それにより、それらのブレードが特定の速度で（たとえば、ほぼ同じ速度で）回転した際に、それらのピッチおよびロールのモーメントが無効になる。そのような場合、対応するプロペラのブレードの速度は、同じ割合で、または、以下により詳細に説明するように、ロール軸およびピッチ軸それぞれの周りの航空機２０の変位を生じるロールおよびピッチのモーメントを生じることなく、ヨーを制御する目的で別様に変更することができる（すなわち、増大させるか低減させる）。プロペラのロールおよびピッチモーメントを無効にするように、プロペラ４１から４８のすべてを制御することにより、コントローラ１１０は、プロペラの少なくともいくつかの速度を変化させて、ロール軸およびピッチ軸周りの航空機２０の変位を生じることなく、所望のヨーモーメントを提供することができる。同様に、所望のロールおよびピッチの動作は、異なるようにプロペラ４１から４８のブレードの速度を変更することによって生じ得る。他の実施形態では、ロール、ピッチ、およびヨーのモーメントを制御するために、他の技術が使用される場合がある。

万一、プロペラ４１から４８のいずれかが故障した場合、操作可能なままである他のプロペラのブレードの速度は、制御可能性を維持しつつ、故障したプロペラに適応するために調整され得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、「推力比データ（ｔｈｒｕｓｔ ｒａｔｉｏ ｄａｔａ）」と呼ばれる、予め規定されたデータを記憶している。この推力比データは、特定の作動条件（所望のロール、ピッチ、およびヨーのモーメントなど）、ならびに、プロペラの作動状態（たとえば、どのプロペラ４１から４８が作動しているか）に関し、プロペラ４１から４８によって提供される所望の推力（たとえば、最適な推力比）を示している。この推力比データに基づき、コントローラ１１０は、どのプロペラ４１から４８が現在作動しているかに応じて、プロペラ４１から４８のブレードの速度を制御して、所望の航空機の移動を達成しつつ、プロペラ４１から４８によって提供される推力の総量、そしてひいては、プロペラ４１から４８によって消費される総電力を低減することを試みる中で、最適な推力比を達成するように構成されている。例として、ホバー飛行に関し、所与の総推力量に関する最大のヨーモーメントを達成する推力比が判定され得る。

いくつかの実施形態では、推力比データは、プロペラ４１から４８の特定の作動状態とそれぞれ関連付けられた、マトリクスまたは他のデータ構造の形態である。たとえば、１つのマトリクスは、プロペラ４１から４８のすべてが作動している状態に関して使用され得、別のマトリクスは、１つのプロペラ（たとえば、プロペラ４２）が故障した状態に関して使用され得、さらに別のマトリクスは、別のプロペラ（たとえば、プロペラ４３）が故障した状態に関して使用され得る。可能性のあるプロペラの作動状態の各々に関連付けられた少なくとも１つのマトリクスが存在し得る。

各マトリクスは、式（たとえば、係数）のセットを導き出すために、そのマトリクスが関連付けられたプロペラ作動状態に関して実施されるテストに基づいて規定され得る。この式は、そのような作動状態に関する所望の推力を判定するために、コントローラ１１０によって使用することができる。例として、所与の作動状態（特定のプロペラ４１から４８の故障など）に関し、テストを実施して、航空機２０がバランスをとった状態を維持するために、作動しているプロペラに関する最適な推力比を判定することができる。所望の飛行パラメータ（たとえば、ヨーモーメントの所望の量を示す値、ピッチモーメントの所望の量を示す値、ロールモーメントの所望の量を示す値、および、総推力の所望の量を示す値）を示す値が、マトリクスで数学的に結合された場合に、所望の飛行パラメータを達成するために、結果が作動しているプロペラの各々に関して最適な推力を示す少なくとも１つの値を提供するように、そのような作動状態に関連付けられたマトリクスは規定される場合がある。こうして、作動中に、航空機２０に関して所望の飛行パラメータを判定した後に、コントローラ１１０が、航空機２０の現在のプロペラ作動状態を判定し、次いで、そのような作動状態および１つまたは複数の飛行パラメータに基づいて推力比データを分析して、プロペラ４１から４８の少なくとも１つを制御するための値を判定する場合がある。例として、コントローラ１１０は、作動しているプロペラ４１から４８の各々を制御するための少なくとも１つの値を判定するために、航空機２０の現在のプロペラ作動状態に関連付けられたマトリクスに、所望の飛行パラメータを示す値を合わせるように構成されている場合がある。モータコントローラ２２１から２２８（図３）または、プロペラ４１から４８の作動状態を監視するためのセンサ（明確には示されていない）が、コントローラ１１０に、どのプロペラ４１から４８が現在作動しているかに関して知らせる場合があることに留意されたい。

上述のように、（前進飛行構成またはホバー構成での）飛行の間、コントローラ１１０は、衝突回避センサ１３６を使用して、衝突の危険があることを検出し、また、そのような検出された危険を避けるように航空機２０を制御するように構成されている場合がある。図７は、本開示のいくつかの実施形態による、この目的のためにコントローラ１１０によって使用される場合がある例示的な衝突回避センサ１３６を示している。図７の例示的衝突回避センサ１３６は、ライダ（ＬＩＤＡＲ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）センサ５３０、レーダ（ｒａｄａｒ：Ｒａｄｉｏ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）センサ５３２、および光学センサ５３４を含んでいる。例示的センサ１３６が、図７により、３つの異なるタイプのセンサを含んで示されているが、他の実施形態では、衝突回避センサ１３６は、本明細書に説明されている衝突回避機能を達成するために、任意の数、組合せ、またはタイプのセンサを含む場合がある。単に例として、そのようなセンサは、ＧＰＳ検出、衛星航法（たとえば、自動従属監視放送、すなわちＡＤＳ−Ｂ）、振動監視、差圧検知のための構成要素およびシステム、または他のセンサを含む場合がある。

ライダセンサ５３０は、レーザ、紫外線、不可視光、または近赤外光の反射パルスに基づき、対象を撮像するように構成されている。ライダセンサ５３０は、対象（たとえば、地形、航空機、または障害物）の表面を照らすための光のパルスを送信し、対象の表面から反射された、戻り光を検出して、対象の画像を規定し、また、画像を示すデータをコントローラ１１０に提供するように構成されている。コントローラ１１０は、ライダセンサ５３０からのデータを使用して、航空機２０に密に近接している（たとえば、約２００ｍ以下の範囲内）対象を検出する場合がある。他の実施形態では、ライダセンサ５３０は、他の範囲内の対象を検出するために使用される場合があり、他のタイプのセンサは、ライダセンサ５３０に追加的または代替的に、短距離の対象を検出するために使用され得る場合があることが可能である。

レーダセンサ５３２は、対象の存在を検知するために、無線波またはマイクロ波のパルスを送信し、対象から反射された、戻りパルスを検出するように構成されている。レーダセンサ５３２が対象を検出する場合、センサ５３２は、対象の位置を示すデータ（たとえば、方向および距離）をコントローラ１１０に提供する。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、レーダセンサ５３２からのデータを使用して、航空機２０から、ライダセンサ５３０などの他のセンサ１３６を使用して検出され得るよりもさらに離れた対象（たとえば、約１マイルから２マイル内）を検出することができる。

いくつかの実施形態では、光学センサ５３４は、シーンの画像を取得するように構成された、ビデオカメラまたは他のタイプのカメラなどの、少なくとも１つの従来のカメラを備えている場合がある。そのようなカメラは、航空機２０が通って飛行する空域などの領域からの光を受領するように配置された少なくとも１つのレンズを有し、レンズを通して受領した光を、コントローラ１１０による分析のために、デジタルデータに変換する。コントローラ１１０は、航空機２０の近くを飛行している場合がある他の航空機を検知するために、背景に対して移動する対象を検出するためのアルゴリズムを採用するように構成されている場合がある。これに関し、コントローラ１１０は、移動する対象を識別するために、撮像画像の複数のフレームを分析および比較する場合がある。具体的には、コントローラ１１０は、背景に対して対称を識別し、少なくとも１つのフレーム内の識別された対象を、少なくとも１つの他のフレーム内の対象と比較して、対象が移動した範囲を判定する場合がある。移動する対象は、航空機２０に対する衝突の危険物体である、別の航空機である場合がある。判定された移動に基づき、コントローラ１１０は、対象の方向および速度を見積もる場合がある。

いくつかの実施形態では、レーダセンサ５３２および光学センサ５３４は、前進飛行している航空機２０に対して危険性をもたらす対象を検出するために使用される場合がある。レーダセンサ５３２は、概して、これらセンサを、前進飛行において対象を検出するのに特に適したものとする比較的長距離でかつ広い範囲を有している。離陸および着陸のためのホバー構成では、ライダセンサ５３０は、航空機２０に対して危険性をもたらす対象を検出するなど、検知および回避の機能のために使用される場合がある。ライダセンサ５３０は、着陸に適した位置を見つけるために、地形をマッピングするために使用される場合もある。これに関し、コントローラ１１０は、航空機２０に対して危険性をもたらす場合がある障害物がほとんどない、比較的フラットなエリアを着陸のために見つけ、選択するために、ライダセンサ５３０によって提供されたマップを使用する場合がある。所望である場合は、ライダセンサ５３０は、ライダセンサ５３０の空間的分解能を増大させるために、ライダセンサ５３０を「掃引（ｓｗｅｅｐｉｎｇ）」動作で移動させるように配置された機械式ジンバルに取り付けられている場合がある。

コントローラ１１０が移動する対象を検出すると、コントローラ１１０は、対象が、コントローラ１１０に、航空機２０を現在の経路から外させることが望ましい、衝突の危険のあるものであるかを分析する場合がある。これに関し、コントローラ１１０は、移動する対象の経路を、その位置、移動の方向および速度に基づいて見積もり、また、そのような経路および航空機２０の現在のルートに基づき、移動する対象と航空機２０とが、互いの距離の閾値内に入ることが起こりうるかを判定する場合がある。その場合、コントローラ１１０は、航空機２０および対象が少なくとも、互いからある閾値の距離のままであることを確実にする新たな経路を計算することにより、航空機２０をその現在の経路から外すように構成されている場合がある。コントローラ１１０はこうして、航空機２０を、新たな経路に沿って飛行するように制御する場合がある。例示的な衝突回避アルゴリズムが、以下にさらに詳細に説明される。

図８は、本開示のいくつかの実施形態による衝突回避のためのステップを示している。ステップ７０１では、コントローラ１１０は、衝突回避センサ１３６からのデータに基づき、危険性を検知する。コントローラ１１０によって検知される危険性には、航空機２０の現在の飛行経路の閾値の距離内にあるか、距離内に入ると考えられる（静止と移動の両方）対象、飛行、離陸、もしくは着陸時の航空機２０を囲むバッファ半径内にある対象、または、航空機２０の飛行経路から外すことが望ましい、航空機２０の安全な動作に対する十分なリスクが存在する他の対象が含まれる場合がある。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、センサ１３６からのデータにアルゴリズムを適用して、（１）航空機の現在のルートと、（２）検出された対象の位置および／または速度とに基づき、航空機２０からの、検出された対象までの距離、または、以後の考えられる距離など、航空機２０の安全な動作に生じるリスクを示す特性を得ることにより、危険性の存在を確立する場合がある。コントローラ１１０は、特性を、閾値と比較し、この比較に基づき、危険性の存在を判定し得る。例として、閾値を越えているかに基づき、コントローラ１１０は、危険性が検知されたことを判定する場合があり、また、その危険性を回避するための動作を行う場合がある。

コントローラ１１０が、危険性が検知されていることを判定した後に、処理がステップ７０２へと継続され得る。ステップ７０２では、コントローラ１１０は、危険性が検知されたことの判定に基づき、離脱ルートを計算する場合がある。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、危険性を回避することを可能にする、センサ１３６から受信されたデータに基づく航空機２０のための離脱ルートを計算する場合がある。コントローラ１１０は、航空機２０が、検知された危険性を回避することを可能にするために、コントローラ１１０に利用可能である任意の適切な情報を使用して、離脱ルートを計算する場合がある。たとえば、コントローラ１１０は、危険と航空機２０との相対位置、相対速度、軌道、サイズ、ならびに、危険性および航空機２０の他の特性、ならびに、その領域における大気の条件（たとえば、天候）に基づき、離脱ルートを計算する場合がある。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、（たとえば、航空機２０の乗員または危険性に関連付けられた他のもの、たとえば、接近する航空機などに）警告を発するなど、離脱ルートを計算する間に、さらなる動作を行う場合がある。

コントローラ１１０が、ある期間にわたり、危険性の追跡を継続する場合があり、また、危険性に対して検出された変化に基づき、航空機２０のための離脱ルートを再計算することが望ましいことを判定する場合があることに留意されたい。たとえば、コントローラ１１０は、航空機２０に対する危険性を生じる対象の軌道または位置が変化した場合、または、コントローラ１１０が対象の軌道を失った（すなわち、もはや対象を検出できない）場合に、離脱ルートの再計算が望ましいかを評価する場合がある。例として、コントローラ１１０が対象の軌道を失った場合、コントローラ１１０は、危険性の、見積もられた経路または位置に対し、安全性の余地（たとえば、分離距離）がより大きい、新たな離脱ルートを計算する場合がある。他の実施形態では、コントローラ１１０は、任意の適切なデータを使用して、離脱ルートを計算し、ルートが、検知された危険性の変化に基づき、再計算されるべきかを判定する場合がある。離脱ルートが計算された後に、処理は、ステップ７０４へと継続され得る。ステップ７０４のポイントでは、コントローラ１１０が航空機２０を、離脱ルートに沿って飛行するように制御する。

ステップ７０６では、コントローラ１１０は、航空機２０が、たとえば、センサ１３６からのデータに基づき、ステップ７０１で検知された危険性を回避したかを判定する場合がある。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、ステップ７０１で、センサ１３６からの引き続きのデータにアルゴリズムを適用し、航空機２０の安全な動作に対して生じるリスクを示す特性を取得し、また、特性を閾値と比較することにより、危険性が回避されたかを評価する場合がある。特性により、危険性が存在し続けることが示された場合、コントローラ１１０は、ステップ７０２に戻り、ステップ７０２から処理を再開する。特性により、危険性がもはや存在しないことが示された場合、コントローラ１１０は、危険性が首尾良く回避されたと判定する場合があり、処理は、ステップ７０８へと継続され得る。

ステップ７０８では、コントローラ１１０は、航空機２０を、その航空機の目的地に関する最初の飛行経路に戻す場合がある。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、逸脱した後の航空機の現在の位置に基づき、航空機の目的地への新たな飛行経路を計算する場合があるか、離脱ルートは、目的地へのすべての経路を規定する場合がある。目的地への飛行経路が計算されるか、別様に判定される方式に関わらず、コントローラ１１０は、航空機２０を、その航空機の目的地に飛行するように制御し、そのルート上で新たな危険性が検出された場合、図８に示すプロセスを繰り返す。

いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、他の航空機と、航空機の位置および速度を通信することによって危険性を検知する場合がある。これに関し、様々な航空機が、衝突回避を補助するため、互いの位置およびルートを発見するために、互いに自動的に通信するように設計されている場合がある。例として、コントローラ１１０は、双方向応答機を使用して（たとえば、ＡＤＳ−Ｂを使用して）、または、他の通信設備を使用して、航空機２０の位置および速度を放送する場合がある。コントローラ１１０は、他の近くの航空機の位置および速度を示す、（たとえば、航空交通管制、または、衝突回避動作を協同することが可能である航空機から）その通信に対する応答を受信する場合がある。コントローラ１１０は、次いで、その応答に基づき、危険性が存在することを判定する場合がある。たとえば、コントローラ１１０は、航空機２０の飛行経路（たとえば、位置および速度）を放送する通信に対する応答が、飛行経路上で航空機２０の安全な移動に対するリスクを生じる、飛行経路の距離内にある別の乗り物または障害物が存在することを示すものである場合、危険性が存在することを判定する場合がある。これに関し、コントローラ１１０が、そのような他の航空機または交通制御との通信を通して、別の航空機の位置および速度を判定すると、コントローラ１１０は、危険性を評価し、適切である場合は、衝突回避センサ１３６によって検出された航空機を回避するために、上述の技術を使用して、その現在のルートから外れる場合がある。

上述のように、コントローラ１１０は、人間のパイロットの補助を伴わずに、航空機２０を飛行およびナビゲーションするように構成され得る。図９は、本開示のいくつかの実施形態による、コントローラ１１０による自動操縦飛行のステップを示す図である。

ステップ８０１では、航空機２０のためのルートが選択される。ルートは、１つまたは複数の目的地に基づき、かつ、空中の移動のためのルートを選択することに関する任意の適切な条件（たとえば、大気の条件、航空機の特性、目的地までの距離、その日の時刻など）に基づき、選択される場合がある。ルート選択は、乗員または貨物の輸送の顧客などのユーザからの入力に基づく場合があることに留意されたい。

例として、コントローラ１１０によって使用される飛行データ２１０は、目的地の予め規定されたリスト、および、各目的地に関し、目的地まで飛行するための、少なくとも１つの予め規定されたルートを含む場合がある。ユーザインターフェース１３９（図３）または他のインターフェース（たとえば、図３に示す無線通信インターフェース１４２を介してコントローラ１１０と通信するモバイル装置）を使用する者は、コントローラ１１０と通信して、目的地のリストを取得するとともに見て、次いで、目的地を選択するための入力を提供する場合がある。目的地の選択に応じて、コントローラ１１０は、飛行データ２１０によって示された、予め規定されたルートを自動的に選択する場合がある。代替的には、選択された目的地に関連付けられた、予め規定されたルートを示すデータは、ユーザに対して表示され得、ユーザは、表示されたルートの１つを選択するための入力を提供する場合がある。目的地へのルートが予め規定されていない場合、コントローラ１１０は、１つまたは複数のルートを計算し、次いで、計算されたルートの１つを選択するか、ユーザによる選択のために、計算されたルートを表示する場合がある。

予め規定された目的地が選択されることは、必ずしも必要ではないことに留意されたい。例として、飛行データ２１０は、ユーザに対して表示される場合があるマップを規定する場合があり、ユーザは、マップ上の位置を航空機の目的地として選択することが許容される場合がある。選択された目的地が、予め規定されたルートに関連付けられていない場合、コントローラ１１０は、上述のように、目的地へのルートを計算する場合がある。目的地およびルートが選択されると、処理は、ステップ８０２へと継続され得る。

ステップ８０２では、コントローラ１１０は、垂直離陸を行うために、航空機２０を制御する場合がある。いくつかの実施形態では、航空機２０は、ホバー構成で垂直離陸動作を開始し、離陸において、航空機２０が実質的に垂直な飛行経路を達成することを可能にする場合がある。飛行センサ１３３を使用して、コントローラ１１０は、所望の方式で航空機２０の移動を方向づけおよび制御するために、プロペラ４１から４８、ウイング２５から２８、および飛行操縦翼面９５から９８を制御するための制御入力を提供する場合がある。さらに、航空機２０から短距離内の対象を正確に検出することができる、衝突回避センサ１３６、および、より具体的にはライダセンサ５３０を使用して、コントローラ１１０は、離陸の間、航空機２０を制御して、検出された対象と衝突しないことを確実にしている。航空機２０が垂直離陸を実施した後に、処理は、ステップ８０４へと継続され得る。

ステップ８０４では、航空機２０は、上述のように、前進飛行構成に移行する場合がある。ホバー構成から前進飛行構成へのスムーズな移行が、コントローラ１１０からの誘導に基づいて行われ得る。これに関し、コントローラ１１０は、コントローラ１１０によって判定された様々な飛行特性（たとえば、航空機の高度、速度、姿勢など）、ならびに、前進飛行構成への移行が、安全に行われ得ることの評価および判定（たとえば、衝突の危険が、航空機２０の飛行経路内に検出されないことの判定）に基づき、航空機２０が、前進飛行構成への移行を安全に実施し得るかを判定し得る。航空機２０が前進飛行構成に移行した後に、処理は、ステップ８０６へと継続され得る。

ステップ８０６では、コントローラ１１０は、選択されたルートにしたがって、選択された目的地に航空機をナビゲーションするために、航空機２０を制御する場合がある。航空機２０が移動する際に、コントローラ１１０は、本明細書に説明される技術にしたがって、航空機のルート上の危険性を検知および回避するために、衝突回避センサ１３６を使用する場合がある。飛行中のナビゲーションは、ＧＰＳ検知、ＡＤＳ−Ｂもしくは他の衛星航法、センサ１３６、または他の情報からのデータなど、コントローラ１１０に利用可能な任意の適切な情報に関して生じ得ることに留意されたい。いくつかの実施形態では、航空機２０は、遠方の制御を介する、航空機２０のナビゲーションに適切な構成要素または回路を含む場合がある。これに関し、たとえば、万一、航空機２０のシステムの故障、または、航空機２０が、安全な自動操縦飛行を達成するのに必要な構成要素の機能を保っていない場合がある他の状況の場合、航空機２０の制御は所望に応じて移され得る。いくつかの実施形態では、航空機２０は、たとえば、万一緊急事態の場合、乗員が航空機２０の操作を制御することを可能にするのに十分な構成要素および回路を備えている場合がある。航空機２０がその目的地に近いポイントに達すると、処理は、ステップ８０８へと継続され得る。

ステップ８０８では、コントローラ１１０は、前進飛行構成から、垂直着陸を実施するためのホバー構成へと飛行機を移行させるために、航空機２０を制御する場合がある。これに関し、コントローラ１１０は、プロペラ４１から４８からの推力が、図５によって概略的に示されるように、実質的に垂直方向に向けられているように、ウイング２５から２８を上方に回転させることにより、航空機２０をホバー構成に移行させ得る。そのようなホバー構成により、航空機２０が、効率的な方式で、実質的に垂直に飛行することを可能にしている。航空機２０の、前進飛行構成からホバー構成への移行の後に、処理は、ステップ８１０へと継続され得る。

ステップ８１０では、コントローラ１１０は、ホバー構成の間に、垂直着陸を行うために、航空機２０を制御する。ホバー構成にある間、プロペラ４１から４８からの推力は、所望の垂直方向の速度を達成するために、航空機２０の重量を相殺する。さらに、プロペラの推進ベクトルに関して垂直方向からわずかにオフセットした角度になるように、ウイング２５から２８をわずかに傾け、水平の推力ベクトル構成要素が、航空機２５を所望であるように水平に移動するのに十分にすることによって、横方向に移動は実現される。ヨーの制御は、ウイングの傾き、ならびに、飛行操縦翼面９５から９８の動作およびプロペラ４１から４８のブレードの速度の操作を通しても達成され得る。

いくつかの実施形態では、共通の制御下で作動する複数の航空機２０（以下、「航空機隊（ｆｌｅｅｔ）」と称する）は、様々な商業上および他の目的のために、互いに、および、他の航空機と協同して自動操縦飛行動作を実施し得る。例示的実施形態では、航空機隊は、実質的な数の航空機２０（たとえば、１００，０００から５００万もの作動している航空機）を含む場合があり、また、他の航空機（たとえば、緊急用、軍事用、または他の航空機）と協同して動作し得る。一実施形態では、航空機隊の動作の制御は、集中化される場合があり、また、航空機隊内の各航空機２０の動作を完全に制御する能力を提供する場合がある。このため、航空機隊内の他の航空機２０、および、他の協同している航空機に関して、他の航空機２０、協同する航空機、または、以下に説明するような集中化された航空交通管理ネットワークとの通信に基づき、各航空機２０は効率的に動作し得る。

航空機隊は、乗員および貨物の輸送を含む、様々な商業サービスを実施し得る。例として、航空機隊の航空機２０は、船舶または地上ベースの輸送手段を使用して達成され得るよりも実質的に少ない時間で、かつ、既存の空輸手段（たとえば、従来のヘリコプタを使用する）に関し、実質的に低減されたコストで、遠方の井戸、掘削装置、または精製機からのオイルおよびガスの輸送のために構成されている場合がある。他の例では、航空機隊の航空機２０は、パッケージの搬送（たとえば、医療用品、生鮮品、または他の時間の影響を受けやすいパッケージの、同日の搬送）のため、または、他の物品の搬送のために構成されている場合がある。いくつかの実施形態では、航空機隊の航空機２０は、重篤で、時間の影響を受けやすく、または人命救助ために医療処置を必要とする患者（たとえば、ＭｅｄＥｖａｃの飛行もしくは、臓器提供および臓器移植の飛行）、または、適時または実際の医師の治療を受けられない遠方の位置で必要とされる場合がある補助を行う医師を含む、乗員の輸送のために構成されている場合がある。これに関し、航空機隊は、バイパスする場合があり、そうでなければ、混雑しているか、無関心のルート上で、地上ベースの車両を使用することで移動時間が長くなる。さらに、いくつかの実施形態では、通勤者が、従来の地上の移動に関し、移動時間およびコストの実質的な節約を実現する場合がある。例として、実質的な節約は、たとえば、通勤者が、１日２回、航空機隊の航空機２０で移動する場合に、蓄積する場合がある。これに関し、通勤者は、密集した、交通量の多い移動ルートを継続的にナビゲーションすることに関連するコストを避ける場合がある。

航空機２０が通って飛行する空域は、航空交通管理プロトコルを使用して制御され得る。これに関し、空域は、空域のブロックに分割され得、空域の各ブロックは、衝突を避けるために、異なる時点で航空機２０に選択的に関連付けられ得る。例として、任意の所与の瞬間では、空域のブロックが、限られた期間に関し、単一の航空機にアサインされ得、それにより、そのような単一の航空機が、その期間の間、アサインされた空域内にあることが許容される唯一の航空機であるようになっている。空域のアサインされたブロックの制御は、集中化される場合があり、ここで、各航空機２０が空域のアサインに関し、中央サーバと通信する。空域のアサインは、航空交通管制の担当者などにより、手動で実施され得るか、集中化されたサーバによってか、別様に、自動的に実施され得る。

いくつかの実施形態では、多数の航空機２０（たとえば、航空機隊）が、互いに通信して、ネットワークを形成する場合があり、また、航空交通管理機能の各部分が、ネットワークにオフロードされている場合がある。例として、コントローラ１１０が航空機２０のためのルートを選択すると、コントローラ１１０は、空域のブロックに、コントローラ１１０の飛行プランにより、コントローラ１１０が飛行すると予期される期間について要求するメッセージを無線で送信する場合がある。各リクエストは、空域のブロックを識別する空域識別子と、識別された空域のブロックに関して要求された期間を識別する時間識別子を含む場合がある。前に承認された飛行プランを有する他の航空機は、コントローラ１１０によって要求された空域のブロックが、その航空機の飛行プランと対立するかを評価する場合がある。そのような対立は、コントローラ１１０が、前に承認された飛行プランにしたがって、すでに別の航空機にアサインされた期間の間、空域のブロックを要求した際に生じ得る。そのような対立が存在する場合、この対立に関連する、前に承認された飛行プランを有する航空機は、コントローラの要求に、対立を示すリプライで応答する。応答では、コントローラ１１０は、他の前もって承認された飛行プランと対立しない飛行プランを見つけることを試みるなかで、異なるルートを選択するか、異なる飛行時間またはルートの新たな飛行プランを形成する場合がある。

しかし、コントローラ１１０が、その現在の飛行プランに関連付けられた要求のいずれかに関して対立することを示すリプライを受信しない場合、現在の飛行プランが、ネットワークによって「承認された」と考えられ得る。コントローラ１１０はこうして、航空機２０を、飛行プランにしたがって空域を通って飛行するように制御する場合がある。飛行プランが承認されると、コントローラ１１０は、やはり、他の航空機からの通信を監視して、空域のブロックに関する要求がコントローラの承認された飛行プランと対立するかを判定する場合がある。その場合、コントローラ１１０は、上述のように、対立する他の航空機を知らせるために、要求に対して返答する場合がある。

空域のブロックに関する要求は、アサインされた優先順位である場合があることに留意されたい。この優先順位は、優先順位が設定された方式で、空域に関する対立を解決するために使用される。例として、第１の応答機によって使用される緊急航空機は、緊急ではない航空機より高い優先順位にアサインされ得る。空域のアサインに関する各要求は、要求する航空機の優先順位を示す値を含む場合がある。より低い優先順位の航空機が、要求がその飛行プランと対立していると判定した場合、そのような他の航空機は、その飛行プランが前に承認されている場合であっても、上述の技術にしたがって、対立を避けるために、その飛行プランを変更する場合がある。

航空機２０の機体構造（たとえば、機体３３、ウイング２５から２８、ランディングスキッド８１など）は、電力システム１６３の性能を向上させるとともに、電力負荷を低減する試みのなかで、好ましくは、軽量材料を備えているが、その材料は、航空機２０の耐用年数にわたって被る力および応力に耐えるように、十分な機械的完全性を有するべきである。いくつかの実施形態では、複合材料が、機体に使用される。例として、適切な複合材料が、高圧樹脂トランスファー成形（ＨＰＲＴＭ）などの方法を使用して提供され得る。そのような方法は、その方法自体を高度に自動化し、製造コストを低減しつつ、廃棄物生産率をより低くする場合がある。航空機２０のための複合材料を製造するための例示的処理は、以下により詳細に説明される。

いくつかの実施形態では、航空機２０は、動作の安全性を向上させるために、様々な構成要素およびシステムを備える場合がある。例として、航空機２０のプロペラ４１から４８は、適切な安全機構が存在しない場合、航空機２０への進入および退出の間、人間の乗員に重大な傷害のリスクが生じる場合がある。いくつかの実施形態では、プロペラ４１から４８の各々は、プロペラ４１から４８を、特に動作中に、対象に接触しないように（たとえば、プロペラ４１から４８の回転半径内に移動する場合がある人間または対象に接触することを）シールドするためのプロペラシュラウド（図示せず）を含む場合がある。これに関し、作動中にプロペラ４１から４８のブレードとの接触によって生じる（たとえば、人間、対象、またはプロペラ４１から４８に対する）ダメージは、避けられる場合がある。さらに、いくつかの実施形態では、プロペラブレードの先端は、折れやすい場合がある。これに関し、プロペラ４１から４８のブレード先端は、衝撃を受けると粉砕されるか、別様に破壊されるように設計され得る。これにより、たとえば、万一、プロペラ４１から４８が地形または他の対象と接触する場合（たとえば、航空機２０の硬着陸の間）で、エネルギを消散させ、乗員または見物人に対する傷害を最小にし得る。

いくつかの実施形態では、動作の安全性の向上には、乗員または貨物の避難またはリカバリのための構成要素またはシステムが含まれる場合がある。ここでは、万一故障の場合、航空機２０のシステムは、そのような避難を必要とする。例として、（緊急事態のシナリオなどの）事象により、乗員または貨物に対する損傷または傷害を防止するために、航空機２０からの避難を必要とされる場合がある。航空機２０は、バリスティックリカバリシステム（ＢＲＳ：Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ）または、安全な避難のための他のシステムなどの避難システムを含む場合がある。避難システムは、遠方で、または航空機２０の乗員によって始動される場合があり、始動は、航空機２０が、避難が安全に実施され得る場所（たとえば、適切な地形）に達したと判定（すなわち、航空機２０のコントローラ１１０によるか別様に）されるまで延期される場合があることに留意されたい。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、代替的な着陸位置を識別し、その飛行経路を進路変更し、適切な位置における安全な着陸を試みる場合がある。いくつかの場合では、重大ではない故障の場合（たとえば、無線リンクの喪失、ＧＰＳ検知の低下、出力低下、またはバッテリの故障）が発生したとの判定に応じて、進路変更が行われる場合がある。さらに、着陸が行われる位置およびタイプは、検出された故障のタイプに基づく場合がある。例として、いくつかの故障に関し、コントローラ１１０は、航空機２０を、最寄りの、避難に適切な位置へと向ける場合があり、次いで、（たとえば、ＢＲＳの作動または別様に）避難を実施する。一方、他の、あまり深刻ではない故障に関し、コントローラ１１０は、航空機２０を、垂直着陸を実施するのに適した位置に向ける場合がある。

図１を参照して上で述べたように、いくつかの実施形態では、航空機２０は、人間の乗員を輸送するために構成され得る、乗員モジュール５５、または、様々なタイプの貨物を輸送するために構成され得る、貨物モジュールなどの、特別なペイロードの輸送のために構成された、取外し可能な、モジュール式の構成要素を備えている場合がある。図１に関して述べたように、乗員モジュール５５は、フロア、たとえば軽量の衝撃吸収シートである少なくとも１つのシート（図示せず）、および、透明なキャノピ６３を備えている場合がある。乗員モジュール５５は、他の実施形態では、キャビンの照明装置、環境制御、および、防火壁／防煙壁などの、乗員の快適性を増進させるための他の構成要素を備えている場合がある。いくつかの実施形態では、乗員モジュール５５は、入力を選択し、出力を表示するためのタッチスクリーンを含む場合がある、ユーザインターフェース１３９（図３）をも備えている場合がある。さらに、モジュール式区画およびフレーム５２は、飛行中の安全な輸送のために、モジュール式区画（たとえば、乗員モジュール５５）をフレーム５２に結合するための、任意の必要な構成要素（たとえば、ハードウェア、電子機器、または他の構成要素）を備えている場合がある。

図１０は、本開示のいくつかの実施形態による、貨物の輸送のために構成された例示的航空機２０を示している。いくつかの実施形態では、モジュール式区画は、貨物モジュール９５５として実施され得、また、所望であるように、貨物（すなわち、人間の乗員以外のペイロード）を輸送するために構成され得る。一実施形態では、航空機２０は、図１０に示すように、乗員モジュール５５を航空機２０から持ち上げ、取外し、また、このモジュールを貨物モジュール９５５と交換することにより、乗員輸送構成から貨物輸送構成に移行される場合がある。いくつかの実施形態では、貨物モジュール９５５は、フロア、貨物を保持するための内部空間、および、不透明なキャノピ３６３を備え得るが、他のタイプのキャノピおよび構造が可能である。貨物モジュール９５５は、たとえば、拘束手段、筋交い、または他の構成要素を使用した、航空機２０の機上での安全な輸送のために、貨物モジュール９５５内に包含された貨物を固定するために任意の必要な構成要素を備えている場合がある。さらに、貨物モジュール９５５およびフレーム５２は、飛行中の安全な輸送のために、貨物モジュール９５５をフレーム５２に結合するための、任意の必要な構成要素（たとえば、ハードウェア、電子機器、または他の構成要素）を備えている場合がある。貨物モジュール９５５は、乗員モジュール５５と実質的に同じ外側寸法および形状を備えている場合があることに留意されたい。これに関し、航空機２０の表面の形状および寸法は、一定のままである場合があり、航空機２０（たとえば、機体３３）の表面にわたる空気流の特性は、航空機２０のモジュール式区画が乗員の輸送のために構成されている（たとえば、乗員モジュール５５）か、貨物の輸送のために構成されている（たとえば、貨物モジュール９５５）かに関わらず、一貫性を保つ場合がある。

図１１は、本開示のいくつかの実施形態による、航空機２０の背面図である。図１１は、図示の目的のために、航空機２０から外されたバッテリを示しており、図１２は、機体３３内に位置するバッテリ１６６を示している。図１１に示す例示的実施形態では、航空機２０の様々な構成要素に給電するための複数のバッテリ１６６（図３）が、機体３３（図１）の下のフレーム５２内の１つまたは複数のバッテリ区画９７０内に貯蔵されている場合がある。バッテリ１６６は、バッテリ区画９７０内に積まれ、バッテリ１６６から、航空機２０の様々な構成要素およびシステムに電力を提供するために、電気インターフェース（図示せず）に結合されている場合がある。これに関し、各区画９７０に関し、フレーム５２は、バッテリ９７２が区画９７０に積まれる場合に通るポート（たとえば、空気取入口または空気の出口）を有する場合がある。いくつかの実施形態では、レール、ガイド、トラック、または他の構成要素が、バッテリ１６６を固定し、かつ、バッテリ１６６の積載および取外しを補助するために、各バッテリ区画９７０内のフレーム５２に結合されている場合がある。バッテリ１６６が、これらバッテリが、航空機２０の電源を落とすことなく、取外しおよび交換が可能である点で、「ホットスワップ可能」である場合があることに留意されたい。

いくつかの実施形態では、フレーム５２は、飛行中のバッテリ１６６の受動的冷却のために、区画９７０内に空気が流れ込むことを可能にする、各区画９７０に関する空気取入口９７５（図２Ａ）を備えている場合がある。これに関し、各区画は、空気取入口９７０から空気出口９７１に延び、それにより、空気が、取入口９７５内に、区画９７０を通って（区画９７０内に挿入されたバッテリ１６６を越えて）流入し、また、出口９７１を通って出られるようになっている。空気取入口９７５、バッテリ区画９７０、および空気の出口９７１の他の構成が、他の実施形態に可能である。

上述のものは、本開示の原理を単に例示するものであり、様々な変更が、本開示の範囲を逸脱することなく当業者によって行われ得る。上述の実施形態は、説明を目的として提供されており、限定的なものではない。本開示は、本明細書に明示的に説明された形態以外の多くの形態を取ることもできる。したがって、本開示は、明示的に開示された方法、システム、および装置に限定されるものではないが、添付の特許請求の範囲の精神の内にある、明示的に開示されたものに対する変形、およびそれらの変更を含むことが意図されていることが強調される。

さらなる例として、装置またはプロセスのパラメータ（たとえば、寸法、構成、構成要素、プロセスのステップの順番など）の変更は、図示され、本明細書に説明されたような、提供された構造、装置、および方法をさらに最適化するために行われ得る。どのような場合でも、本明細書に説明された、構造および装置、ならびに、関連する方法は、多くの用途を有している。したがって、開示の主題は、本明細書に説明されたいずれの単一の実施形態にも限定されるものではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲に記載の広さおよび範囲で解釈されるものとする。

Claims (38)

1. 垂直離着陸を実施するための自動操縦の電気航空機であって、
   第１の側部と、この第１の側部とは反対側の第２の側部とを有する機体と、
   タンデムウイング構成で機体に結合された複数のウイングであって、複数のウイングが、少なくとも、機体の第１の側部に配置された第１の後方ウイングおよび第１の前方ウイングを含み、かつ、少なくとも、機体の第２の側部に配置された第２の後方ウイングおよび第２の前方ウイングを含む、複数のウイングと、
   第１の前方ウイングに結合され、第１の前方ウイングにわたって空気を吹き付けるように配置された第１の電動のプロペラと、
   第２の前方ウイングに結合され、第２の前方ウイングにわたって空気を吹き付けるように配置された第２の電動のプロペラと、
   第１の後方ウイングに結合され、第１の後方ウイングにわたって空気を吹き付けるように配置された第３の電動のプロペラと、
   第２の後方ウイングに結合され、第２の後方ウイングにわたって空気を吹き付けるように配置された第４の電動のプロペラと、
   第５の電動のプロペラと、
   複数の飛行センサと、
   飛行センサからの入力を受信し、入力に基づいて航空機を飛行させるように構成されたコントローラであって、コントローラが、プロペラの各々が、前進飛行のための位置から垂直飛行のための位置に回転されるように、各プロペラの配置を制御するようにさらに構成され、また、コントローラが、プロペラの各々が、前方飛行の間および垂直飛行の間に推力を提供するように各プロペラを制御するように構成されている、コントローラと、を備えた、自動操縦の電気航空機。
2. コントローラが、複数のプロペラのブレードの速度を選択的に調整することにより、航空機のピッチ、ロール、およびヨーを制御するように構成された、請求項１に記載の航空機。
3. 複数のバッテリをさらに備え、プロペラの各々が、複数のバッテリに電気的に結合されている、請求項１に記載の航空機。
4. 機体が、フレームと、フレームに結合された取外し可能な乗員モジュールとを備え、乗員モジュールが、少なくとも１つの乗員シートを有している、請求項１に記載の航空機。
5. プロペラの少なくとも１つに電気的に結合されたバッテリをさらに備え、機体が、取入口および出口を有し、バッテリが、取入口から出口までの空気流の経路内において、機体の区画内に配置され、それにより、取入口からの空気が、区画を通って出口に流れるようになっており、それにより、飛行中にバッテリを受動的に冷却する、請求項１に記載の航空機。
6. 航空機の異なるプロペラ作動状態に関して、各プロペラによって提供される推力を示す予め規定されたデータを記憶するようにコントローラが構成され、コントローラが、現在の航空機のプロペラ作動状態を判定するように構成され、現在のプロペラ作動状態が、プロペラの少なくとも１つが作動しているどうかを示し、コントローラが、現在のプロペラ作動状態および少なくとも１つの飛行パラメータに基づき、予め規定されたデータを分析して、プロペラの少なくとも１つを制御するための値を判定するように構成されており、コントローラが、この値に基づき、少なくとも１つのプロペラによって提供される推力を制御するように構成されている、請求項１に記載の航空機。
7. 少なくとも１つの飛行パラメータが、航空機のロール、ピッチ、またはヨーの所望の量を示す値を含んでいる、請求項６に記載の航空機。
8. ライダ（ＬＩＤＡＲ）センサと、
   レーダ（ｒａｄａｒ）センサと、
   カメラと、をさらに備え、
   コントローラが、ライダセンサ、レーダセンサ、およびカメラに基づき、対象を検出し、検出された対象を避けるために、航空機を飛行させるように構成されている、請求項１に記載の航空機。
9. コントローラが、前方飛行の間、レーダセンサおよびカメラセンサに基づき、対象を検出するように構成され、コントローラが、垂直飛行の間、ライダセンサに基づき、対象を検出するように構成されている、請求項８に記載の航空機。
10. 複数のウイングの各々が、機体に対して回転可能である、請求項１に記載の航空機。
11. コントローラが、複数のウイングの各々を回転させるように構成されており、それにより、プロペラの各々を回転させて、前進飛行と垂直飛行との間で航空機を移行させる、請求項１０に記載の航空機。
12. 第１の後方ウイングの端部が、ヨーの安定性を提供するための翼端小翼を形成し、第１の第２の後方ウイングの端部が、ヨーの安定性を提供するための翼端小翼を形成する、請求項１に記載の航空機。
13. ヨーの安定性を提供するために、空力学的に設計された少なくとも１つの着陸ストラットをさらに備えている、請求項１２に記載の航空機。
14. 第５の電動のプロペラが、第１の前方ウイングに結合され、第１の前方ウイングにわたって空気を吹き付けるように配置され、航空機が、
    第２の前方ウイングに結合され、第２の前方ウイングにわたって空気を吹き付けるように配置された第６の電動のプロペラと、
    第１の後方ウイングに結合され、第１の後方ウイングにわたって空気を吹き付けるように配置された第７の電動のプロペラと、
    第２の後方ウイングに結合され、第２の後方ウイングにわたって空気を吹き付けるように配置された第８の電動のプロペラと、をさらに備えている、請求項１に記載の航空機。
15. 第１の電動のプロペラが、第４の電動のプロペラのブレードと同じ方向に回転するように構成されたブレードを有しており、第２の電動のプロペラが、第３の電動のプロペラのブレードと同じ方向に回転するように構成されたブレードを有しており、第１の電動のプロペラのブレードおよび第４の電動のプロペラのブレードの回転方向が、第２の電動のプロペラのブレードおよび第３の電動のプロペラのブレードの回転方向と逆である、請求項１４に記載の航空機。
16. 第５の電動のプロペラが、第８の電動のプロペラのブレードと同じ方向に回転するように構成されたブレードを有しており、第６の電動のプロペラが、第７の電動のプロペラのブレードと同じ方向に回転するように構成されたブレードを有しており、第５の電動のプロペラのブレードおよび第８の電動のプロペラのブレードの回転方向が、第６の電動のプロペラのブレードおよび第７の電動のプロペラのブレードの回転方向と逆である、請求項１５に記載の航空機。
17. 第５の電動のプロペラが、第１の前方ウイングの翼端に取り付けられている、請求項１４に記載の航空機。
18. 第６の電動のプロペラが、第２の前方ウイングの翼端に取り付けられている、請求項１７に記載の航空機。
19. 第７の電動のプロペラが、第１の後方ウイングの翼端に取り付けられており、第８の電動のプロペラが、第２の後方ウイングの翼端に取り付けられている、請求項１８に記載の航空機。
20. 第５の電動のプロペラが、第１の方向に回転するように構成されたブレードを有しており、それにより、第５の電動のプロペラが、第５の電動のプロペラの機内側に吹き上げを発生させるようになっている、請求項１９に記載の航空機。
21. 第６の電動のプロペラが、第１の方向とは逆向きの第２の方向に回転するように構成されたブレードを有しており、それにより、第６の電動のプロペラが、第６の電動のプロペラの機内側に吹き上げを発生させるようになっている、請求項２０に記載の航空機。
22. 第７の電動のプロペラが、第２の方向に回転するように構成されたブレードを有し、第８の電動のプロペラが、第１の方向に回転するように構成されたブレードを有している、請求項２１に記載の航空機。
23. 第１の後方ウイングの端部が翼端小翼を形成し、第２の後方ウイングの端部が翼端小翼を形成する、請求項２２に記載の航空機。
24. 第１の電動のプロペラが、第４の電動のプロペラのブレードと同じ方向に回転するように構成されたブレードを有しており、第２の電動のプロペラが、第３の電動のプロペラのブレードと同じ方向に回転するように構成されたブレードを有しており、第１の電動のプロペラのブレードおよび第４の電動のプロペラのブレードの回転方向が、第２の電動のプロペラのブレードおよび第３の電動のプロペラのブレードの回転方向と逆である、請求項２２に記載の航空機。
25. 垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機を制御するための方法であって、
    ＶＴＯＬ航空機の前方飛行および垂直飛行の間に、第１の前方ウイングに結合された第１の電動のプロペラで、ＶＴＯＬ航空機の第１の前方ウイング上に空気を吹き付けることと、
    ＶＴＯＬ航空機の前方飛行および垂直飛行の間に、第２の前方ウイングに結合された第２の電動のプロペラで、ＶＴＯＬ航空機の第２の前方ウイング上に空気を吹き付けることと、
    ＶＴＯＬ航空機の前方飛行および垂直飛行の間に、第１の後方ウイングに結合された第３の電動のプロペラで、ＶＴＯＬ航空機の第１の後方ウイング上に空気を吹き付けることと、
    ＶＴＯＬ航空機の前方飛行および垂直飛行の間に、第２の後方ウイングに結合された第４の電動のプロペラで、ＶＴＯＬ航空機の第２の後方ウイング上に空気を吹き付けることであって、第１の後方ウイングおよび第１の前方ウイングが、ＶＴＯＬ航空機の機体に結合されているとともに、機体の第１の側部に配置されており、第２の後方ウイングおよび第２の前方ウイングが、機体に結合されているとともに、機体の、第１の側部とは反対側の第２の側部に配置されている、吹き付けることと、
    ＶＴＯＬ航空機の前進飛行および垂直飛行の間に、第５の電動のプロペラでＶＴＯＬに推力を提供することと、
    ＶＴＯＬ航空機の姿勢、高度、および対気速度を示すパラメータを、複数の飛行センサで検知することと、
    検知されたパラメータに基づき、コントローラで航空機を制御することであって、制御することが、プロペラの各々を、前進飛行のための位置から垂直飛行のための位置に回転させることを含んでいる、制御することと、を含む、方法。
26. 制御することが、複数のプロペラのブレードの速度を選択的に調整することにより、ＶＴＯＬ航空機のピッチ、ロール、およびヨーを制御することを含んでいる、請求項２５に記載の方法。
27. 複数のバッテリから少なくとも１つのプロペラに電力を提供することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
28. 機体が、フレームと、フレームに結合された取外し可能な乗員モジュールとを備え、乗員モジュールが、少なくとも１つの乗員シートを有しており、方法がさらに、
    乗員モジュールをフレームから取り外すことと、
    貨物モジュールをフレームに結合することと、をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
29. 回転させることが、ウイングの各々を回転させ、それにより、プロペラの各々を回転させて、前進飛行と垂直飛行との間でＶＴＯＬ航空機を移行させることを含む、請求項２５に記載の方法。
30. バッテリから少なくとも１つのプロペラに電力を提供することであって、バッテリが、機体の区画内に位置している、提供することと、
    バッテリを、機体の取入口から機体の出口まで、区画を通って流れる空気で受動的に冷却することと、をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
31. バッテリを、取入口または出口を通して区画内に挿入することをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
32. 第１の電動のプロペラが、第１の前方ウイングに結合されており、提供することが、第５の電動のプロペラで、ＶＴＯＬ航空機の第１の前方ウイング上に空気を吹き付けることを含み、方法が、
    第２の前方ウイングに結合された第６の電動のプロペラで、ＶＴＯＬ航空機の第２の前方ウイング上に空気を吹き付けることと、
    第１の後方ウイングに結合された第７の電動のプロペラで、ＶＴＯＬ航空機の第１の後方ウイング上に空気を吹き付けることと、
    第２の後方ウイングに結合された第８の電動のプロペラで、ＶＴＯＬ航空機の第２の後方ウイング上に空気を吹き付けることと、をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
33. 第４の電動のプロペラのブレードを回転させることと、
    第１の電動のプロペラのブレードを、第４の電動のプロペラのブレードと同じ方向に回転させることと、
    第３の電動のプロペラのブレードを回転させることと、
    第２の電動のプロペラのブレードを、第３の電動のプロペラのブレードと同じ方向に回転させることと、
    第１の電動のプロペラのブレードおよび第４の電動のプロペラのブレードの回転方向が、第２の電動のプロペラのブレードおよび第３の電動のプロペラのブレードの回転方向とは逆である、請求項３２に記載の方法。
34. 第８の電動のプロペラのブレードを回転させることと、
    第５の電動のプロペラのブレードを、第８の電動のプロペラのブレードと同じ方向に回転させることと、
    第７の電動のプロペラのブレードを回転させることと、
    第６の電動のプロペラのブレードを、第７の電動のプロペラのブレードと同じ方向に回転させることと、をさらに含み、
    第５の電動のプロペラのブレードおよび第８の電動のプロペラのブレードの回転方向が、第６の電動のプロペラのブレードおよび第７の電動のプロペラのブレードの回転方向とは逆である、請求項３３に記載の方法。
35. 第５の電動のプロペラが、第１の前方ウイングの翼端に取り付けられており、第６の電動のプロペラが、第２の前方ウイングの翼端に取り付けられており、第７の電動のプロペラが、第１の後方ウイングの翼端に取り付けられており、第８の電動のプロペラが、第２の後方ウイングの翼端に取り付けられている、請求項３２に記載の方法。
36. 第５の電動のプロペラが、その機内側に吹き上げを発生させるように、第５の電動のプロペラのブレードを第１の方向に回転させることと、
    第６の電動のプロペラが、その機内側に吹き上げを発生させるように、第６の電動のプロペラのブレードを、第１の方向とは反対側の第２の方向に回転させることと、をさらに含む、請求項３５に記載の方法。
37. 第７の電動のプロペラのブレードを第２の方向に回転させることと、
    第８の電動のプロペラのブレードを第１の方向に回転させることと、をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
38. 第４の電動のプロペラのブレードを回転させることと、
    第１の電動のプロペラのブレードを、第４の電動のプロペラのブレードと同じ方向に回転させることと、
    第３の電動のプロペラのブレードを回転させることと、
    第２の電動のプロペラのブレードを、第３の電動のプロペラのブレードと同じ方向に回転させることと、をさらに含み、
    第１の電動のプロペラのブレードおよび第４の電動のプロペラのブレードの回転方向が、第２の電動のプロペラのブレードおよび第３の電動のプロペラのブレードの回転方向と逆である、請求項３７に記載の方法。

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