JP3790820B2 - 垂直離着陸機の推進装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、垂直離着陸機において空中停止状態（ホバリング）と縦方向運動とに渡る範囲の運動、及び空中停止状態と横面内運動とに渡る範囲の運動を安定的に行わせる垂直離着陸機の推進装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、垂直離着陸機は、エンジンの排気ガスを垂直方向に噴出することにより、長い滑走路を必要とすることなく、狭い敷地に垂直に離着陸することができる航空機として知られている。
【０００３】
従来の垂直離着陸機は、一般に、ジェットエンジンを垂直離着陸機の機体に固定しておき、噴射ノズルの噴射角度のみを変更することによってジェットエンジンの推力の方向を変更している。排気ガスの噴射力は、噴射角度を変更する噴射ノズルを通過するときに損失があり、ジェットエンジンの効率的な使用が難しいという問題点がある。また、機体に取り付けられるジェットエンジンの取付け角度を変更することで、推力の方向を変更することも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、エンジンで駆動するファンを垂直離着陸用動力装置とする垂直離着陸機については、例がないため、この種の垂直離着陸機を開示した文献は見いだせない。エンジンで駆動されるファンを垂直離着陸用動力装置とする垂直離着陸機では、ファンが発生させる気流を下方に吹き出すことにより、その反力がファンに作用して垂直離着陸機を縦方向（垂直方向）に浮揚させる浮揚推力を得ることができる。浮揚推力を機体に作用する重力よりも大きく又は小さくすることで、機体を縦方向に上下動運動をさせることができる。浮揚推力を重力に釣り合わせることに基づいて、ホバリング状態を得ることもできる。垂直離着陸機には、浮揚するだけでなく前後進運動、左右横進運動、機首の向きを変える旋転等の横面内運動をさせる必要があるが、横面内運動のための推進力についても、専用の動力装置を設けることなく、ファンからの気流による推力を利用するのが好ましい。
【０００５】
ファンの後流に置いたルーバーを傾斜制御させることによって、ファンの推力から横面内運動のための推進力を得ることは容易である。しかしながら、こうした制御においては、通常、ルーバーの向きをファンの後流がすべて垂直方向となる向きに揃えて推力をすべて縦方向推力とすることによって、機体のホバリング状態を得ている。この状態でルーバーを傾斜させてファンからの吹き出し流れから横面内推力を得ようとすると、ファン後流の垂直方向成分が減少することによって浮揚推力が減少するので、このままでは機体は下降する（図２、３参照）。また、得ようとする横面内推力の大きさによって浮揚推力の減少量も変化するので、機体の上下動が避けられない。従って、この推力変動分を何らかの方法で的確に補正する必要がある。浮揚推力を補正するには、一般的にはエンジンの出力を増減させて推力そのものを変えることが考えられる。しかしながら、浮揚推力のエンジン出力制御による補正方法では、このような微小な推力の加減は難しく、また必ず遅れを伴うので、ホバリング状態と横面内運動とに渡る範囲では垂直離着陸機の円滑な運動の変更が困難である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−５６０９４号公報（第2 頁、図1 ）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の垂直離着陸機のホバリング状態から横面内運動へ又はその逆の移行のように、ホバリング状態と横面内運動とに渡る範囲での運動状態の変更がスムーズでないことは、ファンによる推力をすべて浮揚推力とすることで垂直離着陸機のホバリング状態を得ている点に起因している。この点に着目して、ファンからの吹き出し流れの吹き出し方向を傾斜させることで横面内推力を得るが、横面内推力を生じることなく浮揚推力を増減させて、垂直離着陸機の運動状態を変更するときに生じようとする浮揚推力の変化と相殺することで、トータルとして浮揚推力を一定に維持し、横面内推力を安定して得る点で解決すべき課題がある。
【０００８】
この発明の目的は、垂直離着陸機において、例えば、ホバリング状態から横面内運動へと運動状態を変更する場合のように、ホバリング状態と横面内運動とに渡る範囲で運転状態を変更するときに、エンジンの出力変更に伴う時間遅れに起因した機体の縦方向の変動を防止することが可能な垂直離着陸機の推進装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明による垂直離着陸機の推進装置は、機体に搭載したエンジンで駆動され且つ前記機体に垂直に搭載された複数のファン、前記ファンの後流に配設された複数のルーバー、及び目標運転状態に応じて前記各ルーバーを駆動し前記ファンの後流に対する傾斜角度を変更させるための制御装置を備え、前記ルーバー及び前記制御装置は以下の構成を有することを特徴とするものである。
【００１０】
前記ルーバーは、前記機体の前方、後方及びその中間位置にそれぞれ左右一対に配置された前方ルーバー、後方ルーバー及び中央ルーバーから成り、前記前方ルーバーと前記後方ルーバーとの傾斜回動軸は、互いに平行であり且つ前記中央ルーバーの傾斜回動軸とは直交していることから成っている。
【００１１】
前記制御装置は、前記目標運転状態が前記機体のホバリング状態と縦方向運動状態とに渡る範囲にあるときには、前記前方ルーバー及び前記後方ルーバーと前記中央ルーバーとの一方を無傾斜状態とし、他方を互いに逆方向に同じ前記傾斜角度で傾斜させ、前記他方のルーバーによる前記横面内推力を相殺しつつ前記傾斜角度を変更することにより、正味推力を浮揚推力として前記機体の運動を制御し、前記目標運転状態が前記機体の前記ホバリング状態と横面内運動状態とに渡る範囲にあるときには、前記ルーバーの前記傾斜角度を変更することにより前記エンジンの出力と前記浮揚推力とを変化させることなく前記横面内推力の向きと大きさを制御することから成っている。
【００１２】
この垂直離着陸機の推進装置によれば、機体に搭載したエンジンが複数のファンを駆動し、ファンの後流をルーバーで制御することにより、機体に横方向の推進力を生じさせることができる。目標運転状態が前記機体のホバリング状態と縦方向運動状態とに渡る範囲にあるときには、制御装置は、一部のルーバーを傾斜させたときの横面内推力を相殺させて正味推力を浮揚推力とする。機体に働く重力と浮揚推力とが釣り合えば、速度が零のときホバリング状態が得られる。機体に働く重力と浮揚推力とが釣り合っていても速度が零でないとき、あるいは機体に働く重力と浮揚推力とが釣り合っていないときは、等速縦（上下）運動または縦方向の加速度運動状態となる。目標運転状態が機体のホバリング状態と横面内運動状態とに渡る範囲にあるときには、制御装置は、ルーバーの傾斜角度を変更することにより横面内推力の向きと大きさを制御することができる。この場合、各ルーバーの傾斜角度を調整することで、ファンの出力と浮揚推力とを一定に維持しながら横面内推力の向きと大きさを変更することができる。また、目標運転状態の変更前後においてエンジン出力は変更されないので、エンジン出力の応答遅れに伴う機体の不安定な縦方向運動も回避することができる。このように、推力変化は何れもルーバーで生じるので、縦方向運動と横面内運動における制御時の変動や遅れは同一特性となり、円滑な横面内運動制御が可能になる。
【００１３】
この垂直離着陸機の推進装置において、前記ルーバーは、前記機体の前方、後方及びその中間位置にそれぞれ左右一対に配置された前方ルーバー、後方ルーバー及び中央ルーバーから成り、前記前方ルーバーと前記後方ルーバーとの傾斜回動軸は、互いに平行であり且つ前記中央ルーバーの傾斜回動軸とは直交していることから成っている。左右に対になったルーバーを機体の前後及び中央の異なる位置において傾斜回動軸を互いに直交させて配置しているので、傾斜させるルーバーを選択することにより、トータルとしての浮揚推力を一定に保ちつつ、多様な横面内運動が可能となる。
【００１４】
この垂直離着陸機の推進装置において、前記制御装置は、前記前方ルーバー及び前記後方ルーバーと前記中央ルーバーとの一方を無傾斜状態とし、他方を互いに逆方向に同じ前記傾斜角度で傾斜させ、前記他方のルーバーによる前記横面内推力を相殺しつつ前記傾斜角度を変更することにより、前記ホバリング状態と前記縦方向運動とに渡る範囲での前記機体の運動を制御することから成っている。前方ルーバー及び後方ルーバーと中央ルーバーとの一方を無傾斜状態とすることで、その一方のルーバーによっては横面内推力は生じない。また、他方のルーバーは、互いに逆向きに同じ傾斜角度で制御されるので、左右方向などの横面内推力を発生することなく浮揚推力の増減だけを制御することができる。従って、他方のルーバーの傾斜角度を制御することによって、ホバリング状態と縦方向運動とに渡る範囲での機体の運動を制御することが可能である。
【００１５】
この垂直離着陸機の推進装置において、前記制御装置は、左右の前記中央ルーバーを互いに逆方向に傾斜状態として前記中央ルーバーによる前記横面内推力を相殺し、前記前方ルーバー及び前記後方ルーバーを左右とも同じ方向に同じ前記傾斜角度で傾斜し、そのときの前記前方ルーバーと前記後方ルーバーとによる浮揚推力の変化分を前記中央ルーバーの傾斜による浮揚推力の変化分で相殺することにより、前記ホバリング状態と前後進運動とに渡る範囲での前記機体の運動を制御することから成っている。この推進装置によれば、左右の中央ルーバーについては互いに逆方向に傾斜状態とすることで、中央ルーバーによる横面内推力が相殺される。前方ルーバー及び後方ルーバーを左右とも同じ方向に同じ傾斜角度で傾斜することにより、前方ルーバー及び後方ルーバーにはその傾斜角度に応じた前後方向推力が生じる。このとき、前方ルーバー及び後方ルーバーの傾斜角度に応じてファンによる浮揚推力が増減するが、浮揚推力の変化分は、中央ルーバーによる横面内推力の相殺状態を維持しつつ中央ルーバーの傾斜を制御することによる浮揚推力の変化分で相殺されるので、ホバリング状態と前後進運動とに渡る範囲で、機体の運動状態を滑らかに変更することができる。
【００１６】
この垂直離着陸機の推進装置において、前記制御装置は、前記前方ルーバー及び前記後方ルーバーを互いに逆方向に傾斜状態として前記前方ルーバー及び前記後方ルーバーによる前記横面内推力を相殺し、左右の前記中央ルーバーを同じ方向に同じ前記傾斜角度で傾斜し、そのときの左右の前記中央ルーバーによる浮揚推力の変化分を前記前方ルーバー及び前記後方ルーバーの傾斜による浮揚推力の変化分で相殺することにより、前記ホバリング状態と左右横進運動とに渡る範囲での前記機体の運動を制御することから成っている。この推進装置によれば、前方ルーバー及び前記後方ルーバーについては互いに逆方向に傾斜状態とすることで、前後の各ルーバーによる横面内推力が相殺される。中央ルーバーを左右とも同じ方向に同じ傾斜角度で傾斜することにより、左右の中央ルーバーにはその傾斜角度に応じた左右横進推力が生じる。このとき、中央ルーバーの傾斜角度に応じてファンによる浮揚推力が増減するが、浮揚推力の変化分は、前方ルーバー及び後方ルーバーによる横面内推力の相殺状態を維持しつつ前方ルーバー及び後方ルーバーの傾斜を制御することによる浮揚推力の変化分で相殺されるので、ホバリング状態と左右横進運動とに渡る範囲で、機体の運動状態を滑らかに変更することができる。
【００１７】
この垂直離着陸機の推進装置において、前記制御装置は、左右の前記中央ルーバーを互いに逆方向に傾斜状態として前記中央ルーバーによる前記横面内推力を相殺し、前記前方ルーバーと前記後方ルーバーとを左右それぞれの側で同じ方向に同じ前記傾斜角度で且つ左右で異なる方向に傾斜し、そのときの前記前方ルーバー及び前記後方ルーバーによる浮揚推力の変化分を前記中央ルーバーによる浮揚推力の変化分で相殺することにより、前記ホバリング状態と機首回転運動とに渡る範囲での前記機体の運動を制御することから成っている。この制御装置によれば、左右の中央ルーバーについては互いに逆方向に傾斜状態とすることで、左右の中央ルーバーによる横面内推力が相殺される。前方ルーバーと後方ルーバーとを左右それぞれの側で同じ方向に同じ傾斜角度で且つ左右で異なる方向に傾斜することにより、左右の前後の各ルーバーに生じる横面内推力によって機体には機首を回転させる偶力、即ち、旋転偶力が生じる。このとき、前方及び後方の各ルーバーの傾斜角度に応じてファンによる浮揚推力が増減するが、浮揚推力の変化分は、中央ルーバーによる横面内推力の相殺状態を維持しつつ中央ルーバーの傾斜を制御することによる浮揚推力の変化分で相殺されるので、ホバリング状態と旋転運動とに渡る範囲で、機体の運動状態を滑らかに変更することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づいて、この発明による垂直離着陸機の推進方法及び装置の実施例を説明する。図１はこの発明による垂直離着陸機の推進方法及び装置が適用される垂直離着陸機の概略を示す斜視図、図２はファンによる垂直離着陸機用動力装置の原理とルーバーによる推力偏向とを説明する概略図、図３は垂直離着陸機におけるルーバーの配置の一例を示す図である。
【００１９】
図１に示す垂直離着陸機１は、機体（胴体）２の中央下部３に、ファンの吹き出し流れが噴出する噴出部４を備えている。この例では、噴出部４は、機体２の左右にそれぞれ配置された二列の噴出部４ａ、４ｂから成っている。図２は、垂直離着陸機１の推進装置の原理を説明する模式図であり、図２（ａ）は、推進装置の基本的構造を示す模式図である。機体２に搭載されたエンジン５によってファン６が回転駆動され、ファン６からの吹き出し流れ７の方向がファン６の後流側に配置されたルーバー８によって制御される。ルーバー８を傾斜させることによって、機体２に横面内推進力が得られる。ここで、横面内推進力は、それぞれ後で詳述するが、機体２を前後に進ませる前後進推進力、機体２を左右に横進させる左右横進推進力、及び機体２に機首を重心回りに旋回させる旋転偶力を言う。図２（ｂ）は、ルーバーによる推力偏向を説明する模式図である。ルーバー８は、傾斜回動軸９の回りに回動可能に設けられており、図示しないアクチュエータによって駆動されて、吹き出し流れ７に対して傾斜した姿勢を取ることができる。ルーバー８は吹き出し流れ７に沿った状態、即ち、傾斜角度θがゼロであるとき、吹き出し流れ７の反作用力としてファン６に作用する力は、すべて垂直離着陸機１を浮き上がらせる垂直方向推力、即ち、浮揚推力として作用する。アクチュエータとしては、航空機における高揚力装置、例えば、フラッタを駆動するような、油圧アクチュエータを用いることができる。
【００２０】
図２（ｃ）は、ルーバーによってファンからの吹き出し流れが偏向される様子と推力偏向を説明する模式図である。ルーバー８が傾斜角度θだけ傾斜されると、ファン６からの吹き出し流れ７はルーバー８に当たり、縦方向成分７ａと横方向成分７ｂとを持つ斜め方向の流れ７’に偏向される。吹き出し流れ７の偏向の反作用として、ルーバー８には横方向成分７ｂに見合うだけの水平方向の横面内推力Ｆｈが作用し、この力はルーバー８を支持する支持構造（傾斜回動軸９を支持する軸受）を介して機体２に横面内推力として伝えられる。ファン６からの吹き出し流れ７の反作用としてファン６には浮揚推力が作用するが、ルーバー８を傾斜させた場合には、吹き出し流れ７がルーバー８を押し下げる方向の力、即ち、浮揚推力を減じる力を作用させる。その結果、機体２には、ベクトルである力の三角形の原理に基づいて、縦方向成分７ａに見合う程度にまで減少した浮揚推力Ｆｖ（図２（ｂ））を生じる。即ち、ファン６とルーバー８とを備える推進装置には、ルーバー８を傾斜させて横面内推力Ｆｈを生じさせるとそれに応じて浮揚推力Ｆｖも変動し、その変動程度は、横面内推力Ｆｈを大きく取れば取るほど浮揚推力Ｆｖも大きく減少するという特性がある。
【００２１】
図３に示すように、ファン６及びルーバー８は、機体の中心を対称に複数台（ここでは６台）が配置される。ここで、前方ルーバー８ａ，８ｂは、機体２の横方向に延びる向き配置されており、機体２の前後方向に傾斜可能である。また、中央ルーバー８ｃ，８ｄは、機体２の重心１０の両側において前方ルーバー８ａ，８ｂと直交する方向、即ち、前後方向にそれぞれ配置されており、機体２の左右方向に傾斜可能である。後方ルーバー８ｅ，８ｆは、前方ルーバー８ａ，８ｂと同様に、機体２の横方向に延びる向き配置されており、機体２の前後方向に傾斜可能である。各ルーバー８ａ〜８ｄは、それぞれ独自に制御可能であり、横面内運動モードに応じて傾斜角度が制御可能である。推力変化は何れもルーバーで生じさせるため、各ルーバー８ａ〜８ｄに同じ特性のルーバーを用いることにより、制御時の変動や遅れは同一特性となり、円滑な制御が可能になる。
【００２２】
図３において、機体２の高度を変えることなく安定に運動させるには、以下のルーバー制御を同時に行わせることで可能である。
（１）前後進運動
（ａ）初期状態
四枚の前後ルーバー８ａ，８ｂ，８ｅ，８ｆを閉じた状態、即ち垂直位置（傾斜角度θ＝０）に置き、左右二枚の中央ルーバー８ｃ，８ｄを互いに逆方向に適当な同じ傾斜角度で開いておく。ファン６ｃ，６ｄからの吹き出し流れ７が中央ルーバー８ｃ，８ｄの周囲を通過することによって、吹き出し流れ７に基づく推力はすべてが浮揚推力とならず一部は左右横進推力として現れる。しかしながら、ルーバー８ｃ，８ｄは互いに逆方向に同じ傾斜角度で開いているので、ルーバー８ｃ，８ｄにそれぞれに働く左右横進推力は大きさが同じであるが向きが互いに逆を向いているために相殺される。ファン６ｃ，６ｄからの吹き出し流れ７の反作用力として得られる浮揚推力は、ルーバー８ｃ，８ｄが閉じた状態のときに得られる浮揚推力よりも、吹き出し流れ７によってルーバー８ｃ，８ｄに働く押下げ力の分だけ減じられるが、機体２には正味の推力として浮揚推力のみが作用する。
（ｂ）運動制御
エンジン出力を変更することなく、前方ルーバー８ａ，８ｂ及び後方ルーバー８ｅ，８ｆを同一方向に且つ同じ傾斜角度で傾ける。ルーバー８ａ，８ｂ，８ｅ，８ｆによって、機体２には均等に同じ大きさの横面内推力としての前後進推力が与えられ、大きい傾斜角度ほど大きな前後進推力が得られる。しかしながら、前方ルーバー８ａ，８ｂ及び後方ルーバー８ｅ，８ｆの傾斜によって、ファン６ａ，６ｂ及びファン６ｅ，６ｆによって得られる浮揚推力が減少する。そこで、中央ルーバー８ｃ，８ｄの傾斜角度を同じ割合で減じていくことにより、左右横進推力の相殺状態を維持しながらファン６ｃ，６ｄによって得られる浮揚推力が増加し、ファン６ａ〜６ｆによって得られるトータルとしての浮揚推力を一定に保つことができる。従って、機体２には、その高度を維持したまま、前後進運動を行なわせることができる。図４に、前進推力Ｆｆによって前後進運動を行なう垂直離着陸機１の様子が示されている。なお、前後進運動からホバリング状態へ運動状態を移行する場合も、ルーバー８ａ〜８ｆを逆方向に制御することにより可能である。
【００２３】
（２）左右横進運動
（ａ）初期状態
左右二枚の中央ルーバー８ｃ，８ｄを閉じた状態、即ち垂直位置（傾斜角度θ＝０）に置き、左右二枚の前方ルーバー８ａ，８ｂ及び左右二枚の後方ルーバー８ｅ，８ｆを互いに逆方向に適当な同じ傾斜角度で開いておく。ファン６ａ，６ｂ，６ｅ，６ｆからの吹き出し流れ７が前方ルーバー８ａ，８ｂ及び後方ルーバー８ｅ，８ｆの周りを通過することによって、吹き出し流れ７に基づく推力はすべてが浮揚推力とならず一部は前後進推力として現れる。しかしながら、前方ルーバー８ａ，８ｂ及び後方ルーバー８ｅ，８ｆは互いに逆方向に同じ傾斜角度で開いているので、前方ルーバー８ａ，８ｂ及び後方ルーバー８ｅ，８ｆにそれぞれに働く前後進推力は大きさが同じであるが向きが互いに逆を向いているために相殺される。ファン６ａ，６ｂ及び６ｅ，６ｆからの吹き出し流れ７の反作用力として得られる浮揚推力は、前方ルーバー８ａ，８ｂ及び後方ルーバー８ｅ，８ｆが閉じた状態のときに得られる浮揚推力よりも、吹き出し流れ７によって前方ルーバー８ａ，８ｂ及び後方ルーバー８ｅ，８ｆに働く押下げ力の分だけ減じられるが、機体２には正味の推力として浮揚推力のみが作用する。
（ｂ）運動制御
エンジン出力を変更することなく、左右の中央ルーバー８ｃ，８ｄを同一方向に且つ同じ傾斜角度で傾ける。中央ルーバー８ｃ，８ｄによって、機体２には均等に同じ大きさの横面内推力としての左右横進推力が与えられ、大きい傾斜角度ほど大きな左右横進推力が得られる。しかしながら、中央ルーバー８ｃ，８ｄの傾斜によって、ファン６ｃ，６ｄによって得られる浮揚推力が減少する。そこで、前方ルーバー８ａ，８ｂ及び後方ルーバー８ｅ，８ｆの傾斜角度を同じ割合で減少していくことにより、前後進推力の相殺状態を維持しながらファン６ａ，６ｂ及び６ｅ，６ｆによって得られる浮揚推力を増加させて、ファン６ａ〜６ｆによって得られるトータルとしての浮揚推力を一定に保つことができる。従って、機体２には、その高度を維持したまま、左右横進運動を行なわせることができる。図５に、左横進推力Ｆｔによって左横進運動を行なう垂直離着陸機１の様子が示されている。なお、左右横進運動からホバリング状態へ運動状態を移行する場合も、ルーバー８ａ〜８ｆを逆方向に制御することにより可能である。
【００２４】
（３）旋転運動
（ａ）初期状態
左右二枚の前方ルーバー８ａ，８ｂ及び左右二枚の後方ルーバー８ｅ，８ｆは閉じた状態、即ち垂直位置（傾斜角度θ＝０）に置き、左右二枚の中央ルーバー８ｃ，８ｄは互いに逆に同じ適当な角度で開いておく。この状態は、（１）の前後進運動と同じであるので、再度の説明を省略する。
（ｂ）運動制御
エンジン出力を変更することなく、前方ルーバー８ａ，８ｂ及び後方ルーバー８ｅ，８ｆの内、左側の二つのルーバー８ａ，８ｅを同じ向きの同じ傾斜角度に傾斜させ、右側のルーバー８ｂ，８ｆをルーバー８ａ，８ｅとは逆方向の向きで同じ傾斜角度に傾斜させる。機体２には、各ルーバー８ａ，８ｂ，８ｅ，８ｆに働く横面内力に基づいて、重心１０の回りに機首の向きを転じさせる横面内推力としての旋転偶力が与えられる。旋転偶力は、大きい傾斜角度ほど大きな偶力として得られる。しかしながら、各ルーバー８ａ，８ｂ，８ｅ，８ｆの傾斜に起因して、ファン６ａ，６ｂ，６ｅ，６ｆによって得られる浮揚推力が減少する。そこで、中央ルーバー８ｃ，８ｄの傾斜角度を同じ割合で減少していくことにより、左右横進推力の相殺状態を維持しながらファン６ｃ，６ｄによって得られる浮揚推力を増加させて、ファン６ａ〜６ｆによって得られるトータルとしての浮揚推力を一定に保つことができる。従って、機体２には、その高度を維持したまま、旋転運動を行なわせることができる。なお、旋転運動からホバリング状態へ運動状態を移行する場合も、ルーバー８ａ〜８ｆを逆方向に制御することで可能である。
【００２５】
上記（１）に記載した前後進運動におけるルーバー８ａ〜８ｆの制御と推力の変化を、図６に示すグラフの記載に基づいて説明する。図６において、下横軸は左右二枚の前方ルーバー８ａ，８ｂ及び左右二枚の後方ルーバー８ｅ，８ｆの傾斜角度であって、左側から右側へ移るほど大きな傾斜角度を示す。この傾斜角度に対して変化する前進推力Ａ（Ｆｆ）を左縦軸の実線で示し、浮揚推力Ｂを右縦軸の実線で示す。また上横軸は左右二枚の中央ルーバー８ｃ，８ｄの傾斜角度であり、この傾斜角度に応じて生じる補正推力Ｃ（目盛りは右縦軸）を点線で示す。前進推力Ａは、前方ルーバー８ａ，８ｂ及び後方ルーバー８ｅ，８ｆを開いて傾斜角度を大きくするに従って増加するが、このとき同時に浮上推力Ｂは減少する。ここで補正推力Ｃについては、中央ルーバー８ｃ，８ｄの傾斜角度を当初開いておく（角度大）ことによって補正推力Ｃを小さくしておき、浮揚推力Ｂの減少に対応して中央ルーバー８ｃ，８ｄの傾斜角度を閉じる（角度小）ことで補正推力Ｃを大きくする。以上の制御により、補正推力Ｃによって浮揚推力Ｂの減少分を補うことで両推力の変動分は相殺され、トータルとしての浮揚推力は一定となる。従って、前進運動に移行しようとするときに浮揚推力が変わらないことで、垂直離着陸機は縦方向に不安定な動きをすることがなく、円滑な前進運動が可能となる。なお、横面内推力の変化及びそれに応じた浮揚推力の変動、並びにその変動を相殺するための補正推力については、上記の（２）左右横進運動、及び（３）旋転運動についても同様である。
【００２６】
図３に示すファンとルーバーとを備える推進装置において、前方ルーバー８ａ，８ｂ及び後方ルーバー８ｅ，８ｆの互いに逆に傾斜させた状態にするか又は傾斜角度をゼロにしておいた状態で、中央ルーバー８ｃ、８ｄを互いに逆に傾斜させると、機体２に前後進推力や旋転偶力を生じさせることなく、機体２を浮上又は下降させることが可能である。また、中央ルーバー８ｃ、８ｄを互いに逆に傾斜させた状態にするか又は傾斜角度をゼロにしておいた状態で、前方ルーバー８ａ，８ｂ及び後方ルーバー８ｅ，８ｆを互いに逆に傾斜させると、左右横進推力や旋転偶力を発生させることなく、機体２を浮上又は下降させることができる。
【００２７】
図７は、この発明による制御装置による制御ブロック図である。制御装置２０の運動モード入力部２１には、操縦者によって入力操作部から垂直離着陸機１にさせようとする運動モード、即ち、前後進運動モード、左右横進運動モード又は旋転運動モードが入力される。入力は、単独モードであってもよく、また複数の運動モードが複合されたモードであってもよい。入力された運動モードに応答して、制御装置２０は、制御マップ選択部２２において、入力運動モードに応じた運動制御マップ（前後進運動制御マップ２３（図６に示す）、左右横動制御マップ２４、又は旋転運動制御マップ２５）を選択する。演算部２６は、選択した運動制御マップに基づいて、機体２の現在位置及び姿勢（目標位置及び姿勢を含むこともできる）の機体情報に応じて、前方ルーバー８ａ，８ｂ、中央ルーバー８ｃ，８ｄ及び後方ルーバー８ｅ，８ｆの傾斜角度をそれぞれ演算して求め、その演算結果を制御出力部２７に出力する。制御出力部２７からの出力信号は、前方ルーバー８ａ，８ｂ、中央ルーバー８ｃ，８ｄ及び後方ルーバー８ｅ，８ｆの回動軸に関連して設けられているアクチュエータに送られて、各ルーバーの傾斜角度が制御される。制御装置２０によって、エンジン出力を変更することなく且つ必要とする推力以外の推力を生じさせることなく、更に、機体の高度を不安定にする縦方向運動を生じることなく、運動モードに応じた前後進推力、左右横進推力及び旋転偶力を得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明による垂直離着陸機の推進方法及び装置は、上記のように、機体に搭載したエンジンで駆動されるファンを垂直離着陸用の推進装置に備え、機体のホバリング状態と縦方向運動状態とに渡る範囲ではファンの後流に配設された複数のルーバーのうち、一部を傾斜させたときの横面内推力を相殺させて正味推力を浮揚推力とし、機体のホバリング状態と横面内運動状態とに渡る範囲ではルーバーの傾斜角を変更することによりエンジンの出力と浮揚推力とを変化させることなく横面内推力の向きと大きさを制御することから成っているので、ホバリングからの前後進運動、左右横進運動、旋転運動への移行、又はその逆の方向への移行のような、ホバリング状態と横面内運動との間での垂直離着陸機の運動移行を円滑に行わせることができる。この垂直離着陸機の推進方法及び装置によれば、ルーバーの傾斜角度の制御によってファンの吹き出し流れから得られる推力の調整が行なわれ、エンジンの出力変更を伴わないので、エンジンの出力変更において回避できない時間遅れに起因した縦方向の推力変動による運動移行時の不安定な運動が回避され、安定して横面内運動を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】垂直離着陸機の例とルーバーの位置を示した斜視図である。
【図２】ジェットエンジンで駆動するファンによる、垂直離着陸機用の推進装置の原理を示す模式図である。
【図３】この発明による垂直離着陸機の推進装置におけるルーバーの配置の一例を示す図である。
【図４】この発明が適用された垂直離着陸機の前進運動の様子を示す図である。
【図５】この発明が適用された垂直離着陸機の左並進運動の様子を示す図である。
【図６】この発明による垂直離着陸機の推進方法及び装置における、前後運動でのルーバー傾斜制御の一例を、前後ルーバー角度と中央ルーバー角度の変化及びこれに対する前進推力と浮揚推力及び補正推力の変化を示すグラフである。
【図７】この発明による制御装置による制御ブロック図である。
【符号の説明】
１ 垂直離着陸機 ２ 機体
３ 中央下部 ４，４ａ，４ｂ 噴出部
５ エンジン ６ ファン
７ 吹き出し流れ ７’ 偏向した吹き出し流れ
７ａ 縦方向成分 ７ｂ 横方向成分
８ ルーバー
８ａ，８ｂ 前方ルーバー ８ｃ，８ｄ 中央ルーバー
８ｅ，８ｆ 後方ルーバー
９ 回動軸 １０ 重心
２０ 制御装置
θ 傾斜角度
Ｆｖ 浮揚推力 Ｆｈ 横面内推力
Ｆｆ 前進推力 Ｆｔ 左並進推力

Claims (4)

1. 機体に搭載したエンジンで駆動され且つ前記機体に垂直に搭載された複数のファン、前記ファンの後流に配設された複数のルーバー、及び目標運転状態に応じて前記各ルーバーを駆動し前記ファンの後流に対する傾斜角度を変更させるための制御装置を備え、
   前記ルーバーは、前記機体の前方、後方及びその中間位置にそれぞれ左右一対に配置された前方ルーバー、後方ルーバー及び中央ルーバーから成り、前記前方ルーバーと前記後方ルーバーとの傾斜回動軸は、互いに平行であり且つ前記中央ルーバーの傾斜回動軸とは直交していることから成り、
   前記制御装置は、前記目標運転状態が前記機体のホバリング状態と縦方向運動状態とに渡る範囲にあるときには、前記前方ルーバー及び前記後方ルーバーと前記中央ルーバーとの一方を無傾斜状態とし、他方を互いに逆方向に同じ前記傾斜角度で傾斜させ、前記他方のルーバーによる前記横面内推力を相殺しつつ前記傾斜角度を変更することにより、正味推力を浮揚推力として前記機体の運動を制御し、前記目標運転状態が前記機体の前記ホバリング状態と横面内運動状態とに渡る範囲にあるときには、前記ルーバーの前記傾斜角度を変更することにより前記エンジンの出力と前記浮揚推力とを変化させることなく前記横面内推力の向きと大きさを制御することから成ることを特徴とする垂直離着陸機の推進装置。
2. 前記制御装置は、左右の前記中央ルーバーを互いに逆方向に傾斜状態として前記中央ルーバーによる前記横面内推力を相殺し、前記前方ルーバー及び前記後方ルーバーを左右とも同じ方向に同じ前記傾斜角度で傾斜し、そのときの前記前方ルーバーと前記後方ルーバーとによる浮揚推力の変化分を前記中央ルーバーの傾斜による浮揚推力の変化分で相殺することにより、前記ホバリング状態と前後進運動とに渡る範囲での前記機体の運動を制御することから成る請求項１に記載の垂直離着陸機の推進装置。
3. 前記制御装置は、前記前方ルーバー及び前記後方ルーバーを互いに逆方向に傾斜状態として前記前方ルーバー及び前記後方ルーバーによる前記横面内推力を相殺し、左右の前記中央ルーバーを同じ方向に同じ前記傾斜角度で傾斜し、そのときの左右の前記中央ルーバーによる浮揚推力の変化分を前記前方ルーバー及び前記後方ルーバーの傾斜による浮揚推力の変化分で相殺することにより、前記ホバリング状態と左右並進運動とに渡る範囲での前記機体の運動を制御することから成る請求項１に記載の垂直離着陸機の推進装置。
4. 前記制御装置は、左右の前記中央ルーバーを互いに逆方向に傾斜状態として前記中央ルーバーによる前記横面内推力を相殺し、前記前方ルーバーと前記後方ルーバーとを左右それぞれの側で同じ方向に同じ前記傾斜角度で且つ左右で異なる方向に傾斜し、そのときの前記前方ルーバー及び前記後方ルーバーによる浮揚推力の変化分を前記中央ルーバーによる浮揚推力の変化分で相殺することにより、前記ホバリング状態と機首回転運動とに渡る範囲での前記機体の運動を制御することから成る請求項１に記載の垂直離着陸機の推進装置。

Images