JP2021059159A - 電動化航空機及びその空力性能制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は本発明の第1の実施形態に係る電動化航空機の平面図、図2はその構成を示すブロック図である。
図1及び図2に示すように、この実施形態に係る電動化航空機1は、胴体60の左側の主翼11及び右側の主翼12のそれぞれの前縁にプロペラ21を備えた電動推進系20を、電動推進系20の後流が主翼11、12に作用するよう複数、ここでは各4つ配置している。各電動推進系20は、プロペラ21及び電動モータ22を備え、各プロペラ21は、主翼11、12の揚力に寄与するように主翼11、12の前方あるいは前部に配置されている。
CQ=τ/(ρNP 2DP 5)
比推力Tcは
Tc=T/(0.5ρV2DP
である。
例えば翼弦長は翼端に近づくほど徐々に小さくなるような分布が一般的であるが、このような主翼形状は円筒形が望ましい水素タンクを主翼内に搭載する場合などには、翼端に近い位置で翼弦長の減少に伴いタンクを収納するには翼厚が不足し十分なエネルギを搭載できない。
逆に翼厚が不足しないよう翼端まで翼弦長を大きく保った場合には、搭載容積は確保できるものの誘導抗力が大幅に増加し機体の空力性能を損なうことになる。
具体的には、図1に示したように、翼弦長CLがスパン方向に一様な分布の主翼11、12では、翼端に近いプロペラ21ほど推力を減少させ揚力係数を小さくすることで揚力のスパン方向の分布が楕円状に近くになるよう調節する。
なお、正の推力とは、飛行方向に対する推力であり、上記の負の推力とは、飛行方向とは反対方向の推力である。
図5は本発明の第2の実施形態に係る電動化航空機の平面図、図6はその構成をブロック図である。第2の実施形態において、第1の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付す。
図6に示すように、定常飛行している機体に進行方向からの突風BGが作用したとき、対気速度が突発的に増加するため、上記揚力(加速度)及び主翼の曲げモーメントも増加し、機体構造はそれまでの飛行状態より大きな加速度や荷重を受けるため、構造的及び乗員の安全を確保するために従来は舵面の操作などにより発生する加速度や荷重の低減が図られている。
突風BGの作用時にはプロペラ21に流入する気流状態が変化するため、図7に示す関係から、プロペラ21の運用点が変化する。具体的には、プロペラ21のトルクあるいは回転数(トルク係数CQ)が変化することから突風BGの作用を進行率(J=V(NPDP))の変化として検知し、図3及び図4の関係を用いて制御部30が一部のプロペラ21の推力を減少あるいは運転状態を回生運転に切り替えることにより、例えば図8示すように、上記揚力(加速度)及び曲げモーメントの変化を緩和するように主翼11、12の揚力分布を調節することができる。
以上の実施形態によれば、主翼構造をバッテリ等の搭載場所として有効に使えることから電動化航空機の弱点である航続性能を大幅に改善しうる。加えて今後空飛ぶ車に代表されるように新たな大市場と目される一方で旅客機に比べ事故率の非常に高い小型航空機の安全性の改善を可能とすることから、産業利用の可能性は極めて高い。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、上記の実施形態では、電動化航空機が推進用のプロペラを有していたが、推進用のプロペラに代えて推進用のファンを用いてもよい。
また、上記の実施形態では、主翼に複数の電動推進系を有している例を説明したが、1又は2以上の電動推進系を有する翼にも本発明を適用することができる。
更に、上記の実施形態では、プロペラを回生又は逆転運転をさせる例を示したが、本発明に係る電動化航空機は、プロペラ又はファンを回生又は逆転運転させない構成であってもよい。
11、12 :主翼
20 :電動推進系
21 :プロペラ
22 :電動モータ
30 :制御部
40 :電源装置
50 :インバータ
60 :胴体
80 :指令装置
90 :記憶装置
91 :ライダ
92 :地上設備
Claims (8)
- 翼の揚力に寄与するように配置された推進用のプロペラ又はファンと、前記プロペラ又はファンを駆動する電動モータとを有する1又は2以上の電動推進系と、
前記電動推進系の運転状態に関する変数と前記翼に発生する空気力との関係に基づいて、前記電動推進系による合計推力又は空気力が所定の値又は所定の範囲になるように、前記電動推進系を調節する制御部と
を具備する電動化航空機。 - 請求項1に記載の電動化航空機であって、
前記制御部は、前記電動推進系による推力を負の値まで調節することが可能である
電動化航空機。 - 請求項1又は2に記載の電動化航空機であって、
前記制御部は、前記電動推進系の運転状態に関する変数の変化に際して、前記電動推進系の運転状態に関する変数と前記翼に発生する空気力との関係に基づいて、前記電動推進系による合計推力又は空気力が所定の値又は所定の範囲になるように、前記電動推進系を調節する
電動化航空機。 - 請求項1又は2に記載の電動化航空機であって、
前記制御部は、機体周辺から得られる機体周辺の気流情報に基づく運転状態に関する変数の変化に際して、又は機体周辺から得られる機体周辺の気流情報に基づく気流状態に関する変数の変化に際して、前記電動推進系の運転状態に関する変数と前記翼に発生する空気力との関係に基づいて、前記電動推進系による合計推力又は空気力が所定の値又は所定の範囲になるように、前記電動推進系を調節する
電動化航空機。 - 請求項1又は2に記載の電動化航空機であって、
前記制御部は、地上設備からの通信又は搭載するライダもしくはレーダによって得られる機体周辺の気流情報に基づく運転状態に関する変数の変化に際して、又は地上設備からの通信又は搭載するライダもしくはレーダによって得られる機体周辺の気流情報に基づく気流状態に関する変数の変化に際して、前記電動推進系の運転状態に関する変数と前記翼に発生する空気力との関係に基づいて、前記電動推進系による合計推力又は空気力が所定の値又は所定の範囲になるように、前記電動推進系を調節する
電動化航空機。 - 請求項1から5のうちいずれか1項に記載の電動化航空機であって、
前記電動推進系の運転状態に関する変数と前記翼に発生する空気力との関係のデータ群を記憶する記憶装置
を具備する電動化航空機。 - 請求項1から5のうちいずれか1項に記載の電動化航空機であって、
前記制御部は、前記プロペラの回転数、出力、推力若しくはピッチ角、前記電動モータのモータトルク、前記翼の揚力、又はこれらの加工情報のうち1又は複数を訓練データとして学習し、前記プロペラの回転数、前記電動モータのモータ出力若しくはモータトルク、又はこれらの加工情報に関する情報により、前記電動推進系の運転状態に関する変数と前記翼に発生する空気力との関係を得る
電動化航空機。 - 翼の揚力に寄与するように配置された1又は2以上の推進用のプロペラ又はファンをそれぞれの電動モータによって駆動し、
前記推進用のプロペラ又はファンと前記電動モータとを有する電動推進系の運転状態に関する変数と前記翼に発生する空気力との関係に基づいて、前記電動推進系による合計推力又は空気力が所定の値又は所定の範囲になるように、前記電動推進系を調節する
電動化航空機の空力性能制御方法。
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120209456A1 (en) * | 2011-02-15 | 2012-08-16 | Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Air Force | Parallel Hybrid-Electric Propulsion Systems for Unmanned Aircraft |
CN105183974A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-12-23 | 北京航空航天大学 | 附面层吞吸效应对分布式推进飞机横侧向气动特性影响的确定方法 |
US9751614B1 (en) * | 2015-02-20 | 2017-09-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa | Aeroelastic wing shaping using distributed propulsion |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120209456A1 (en) * | 2011-02-15 | 2012-08-16 | Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Air Force | Parallel Hybrid-Electric Propulsion Systems for Unmanned Aircraft |
US9751614B1 (en) * | 2015-02-20 | 2017-09-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa | Aeroelastic wing shaping using distributed propulsion |
CN105183974A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-12-23 | 北京航空航天大学 | 附面层吞吸效应对分布式推进飞机横侧向气动特性影响的确定方法 |
EP3396487A1 (en) * | 2017-04-27 | 2018-10-31 | The Boeing Company | Computer-implemented method and system for modelling performance of a fixed-wing aerial vehicle with six degrees of freedom |
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