JP5224823B2 - 推進装置 - Google Patents

Description

本発明は、垂直離着陸個人飛行装置、すなわちジェットベルトに似て操縦者に固定することができ、操縦者に制御可能な動力飛行を提供する装置に関する。

１９６０年代および１９７０年代に個人飛行装置が開発されたが、基本的に、非常に短い飛行時間（通常は約２６秒）を提供し、制御が難しいロケットベースの装置（ジェットベルト）であった。さらに、こういった装置の燃料は、本質的に危険なロケット燃料であった。

関連する種類の装置では、燃料が触媒床に供給されて高温ガスが生成され、この高温ガスが２つの離間された二重反転タービンに分配され、タービンの排気から垂直な推進力を発生させる。この装置は、各タービンの基部に対して旋回するシュラウドまたはデフレクタで操縦される。

最近、推進手段としてダクテッドファンを使用する多くの個人飛行装置が提案されており、その例が、一対のダクテッドファンを備え、操縦者に対してダクテッドファンを傾けることで操縦される装置である。

ダクテッドファンではなくシュラウド付きプロペラを使用する、概して同様のタイプの設計も提案されている。

本明細書において使用される用語として、「シュラウド付きプロペラ」と「ダクテッドファン」との違いは基本的に、ダクテッドファンがダクト内に完全に取り付けられる1つまたは複数の回転翼またはファン（単翼または多翼）を備え、ダクトがファンの全体効率を増大させることである。シュラウド付きプロペラは、シュラウドで囲まれた回転翼またはプロペラを備え、シュラウドの一部のみがプロペラを保護し、シュラウドはプロペラの効率にあまり影響を及ぼさない。

さらなる提案には、一対のダクテッドファンを備える装置が述べられている。この装置では、ファンは支持ハーネスにしっかりと固定され、操縦は各ファンの排気口に隣接して取り付けられる制御フラップにより実現される。しかし、この設計では、２枚のファンが逆回転するため、比較的複雑な剛性のトランスミッションシステムを使用して変速機を介して駆動する必要があり、これはかなりの重量を装置に付加する。

他の従来技術による提案は、シングルシュラウド付きプロペラまたはダクテッドファンについてである。シングルプロペラ／ファン装置には、適正な揚力を提供するにはプロペラ／ファンをかなり大きくする必要があり、装置のバランスをとるために、一般に操縦者の頭上または足下にプロペラ／ファンがある（これは安全の観点から理想からほど遠い）という欠点がある。さらなる欠点は、シングルプロペラ／ファンからの推進力を何等かの方法で分けて操縦性を付与する必要があり、これは、操縦管またはダクトでの高摩擦損失に繋がりがちである。

本発明の目的は、上述した従来技術による装置の欠点を解消し、軽量であるが強力な個人飛行装置を提供する、使用が比較的安全な個人飛行装置である。

本発明は、個人飛行装置であって、
操縦者に固定可能な筐体と、
少なくとも一対のダクテッドファンであって、各ダクテッドファンは、吸気口を画定するダクトによって囲まれたファンを備え、一方のファンは前記筐体の片側に取り付けられ、他方のファンは前記筐体の他方の側に取り付けられ、各ファンは回転軸を中心に回転し、各ファンの前記回転軸は前記筐体に対して固定され、各ファンは該装置が直立した操縦者に固定されたときに各ファンの前記回転軸が略垂直になるように前記筐体に固定される、少なくとも一対のファンと、
各ファンダクトに配置されてそのファンから出る空気流を直線化するステータセットと、
前記筐体に取り付けられて前記ファンを駆動する少なくとも１つのエンジンであって、両方のファンは同じ方向に回転して推進力を発生させる、少なくとも１つのエンジンと、
を含む個人飛行装置を提供する。

装置はおそらく、１つのエンジンおよび一対のファンのみを使用することが考えられる。これは、大半の用途で、装置の全体重量を可能な限り低く保つことが重要なためである。しかし、２対以上のファンを使用することも可能であり、各対がそれぞれのエンジンで駆動されるか、または両対／全対が単一エンジンで駆動される。好ましくは、各ファンはダクテッドファンであるが、非ダクテッドファンを使用することも可能である。

好ましくは、筐体はハーネスにより操縦者に固定可能であり、操縦者とエンジンおよびファンとの間に保護シールドを備える。

エンジンは、信頼性が高く頑強で軽量の任意の適したエンジン、たとえば２行程内燃機関、４行程内燃機関、ロータリーエンジン、またはガスタービンであることができる。

駆動手段は、信頼性が高く軽量の任意の駆動手段、たとえば、チェーン駆動機構、流体駆動機構、またはベルト駆動機構であることができる。好ましくは、駆動手段は可撓性ベルト駆動機構であり、最も好ましくは歯付きベルト駆動機構またはマイクロＶベルト駆動機構である。操縦者が摩耗または破損を容易に調べることができることからベルト駆動機構が好ましく、最近のベルト駆動機構は軽量高効率駆動機構を提供する。さらなる安全性のために、２つ以上の駆動手段を平行して使用することができる。

好ましくは、装置は操縦手段も含み、操縦手段は、任意の適した手段、たとえば、1つまたは複数のファンの操縦翼、1つまたは複数のファンの下端を囲む可動操縦シュラウド、または操縦ジェットであることができる。好ましくは、操縦手段は、使用中のファンから出る空気流の向きを定めるように配置され、操縦者により制御可能な各ファンの操縦翼を含む。

図面を参照すると、個人飛行装置１は、中央筐体４により支持されて離間される一対のダクテッドファン２、３を備え、中央筐体４はエンジン６および燃料タンク（隠れている）も支持する。

ダクテッドファン２、３は既知の設計のものであり、同心円筒ダクト９、１０内でハブ７ａ、８ａに取り付けられてハブ７ａ、８ａと共に回転する中央多翼ファン７、８からなる。ダクト９、１０は、取付金具４ａ（図２のみで見える）により筐体４にしっかりと取り付けられ、図１および図３に示す「静止」位置（すなわち、装置が地面で停止しているとき）にあるとき、各ファンの回転軸が略垂直であるような向きを有する。ダクト９、１０の端部は開かれて図示されているが、実際には保護格子または保護メッシュで覆うことができる。

ファン７、８は、対応するハブ７ａ、８ａへの一対の歯付き駆動ベルト１１ａ、１１ｂの形態の駆動手段によってエンジン６から駆動される。歯付きベルト駆動機構は図４および図６に（概略的に）示されている。図６に示されるように、エンジン６は、可撓性継手６ｂを通して駆動滑車６ａを駆動して、エンジン６からの捻り振動を緩衝する。２つの駆動ベルト１１ａ、１１ｂは、一方が他方に並んで駆動滑車６ａに係合する。

第１の駆動ベルト１１ａは滑車６ａを周り、ダクト９の開口９ｂを通り、ハブ７ａを周ってファン７を駆動する。第２の駆動ベルト１１ｂは滑車６ａを周り、ダクト１０の開口１０ｂを通り、ハブ８ａを周ってファン８を駆動する。使用に際して、両方のファン７、８も同じ方向に回転するが、各ダクト９、１０の底部９ａ、１０ａからの空気流は、連なったステータ１２の使用により線形（すなわち、対応するファンの縦軸に略平行する）になる。ステータ１２は離間され、対応するファン７、８の下方で各ダクト９、１０の内周縁に半径方向に延びる。各ステータ１２は、ダクトの内壁からハブに向かって半径方向に延びる「スポーク」である。

図８ａはステータの最も単純な配置を示し、各ステータは平坦で平行に並んだプレートであり、各プレートの長さは、ダクトの内壁からハブに向かって半径方向に延びる。

図８ｂ、図９、および図１０は空力的により効率的な設計のスタータ１２ｂを示し、各ステータ１２ｂは湾曲したエーロフォイル断面のプレートであり、その一端はダクトの内壁に固定され、他端はハブに固定される。図９および図１０に示すように、各ステータ１２ｂは、ハブからダクトへの縦軸に沿って捻れる。この設計のステータは単純な平坦ステータ１２ａよりも効率的であるが、製造および嵌合がより高価である。

筐体４は操縦者の肩幅よりもわずかに広く、操縦者の身長とおおよそ同じ高さである。図面の図１および図３に示す「静止」位置では、筐体４の下縁５は地面上に静止し、一対の角度付き後部支持部２１（図３のみ）により安定化される。

筐体４は、ヘッドシールド１３およびアームレスト１４、１５（図１および図２）を提供する。アームレスト１４は、ツイストグリップスロットル１６および制御レバー１７を組み込んでいる。ツイストグリップスロットル１６はエンジン６に接続され、エンジンの加速を既知のように制御するために使用される。制御レバー１７は、ロッド２２によりファン２の制御翼に接続される。図７にさらに詳細に示すように、レバー１７はアームレスト１４の外端に旋回可能に取り付けられ、アームレスト１４の下方にあるレバー１７の端部はロッド２２の一端に接続され、他端は制御翼１８の下端に隣接して接続される。制御レバー１９も同様にしてアームレスト１５およびファン３の制御翼に接続される。

制御翼の制御装置は単純なレバー制御であり、ファン２の場合、制御レバー１７を矢印Ｘの方向に移動させると、制御翼が矢印Ｂの方向に移動し、レバー１７を矢印Ｙの方向に移動させると、制御翼が矢印Ａの方向に移動する。別法として、各ロッドに代えてケーブルを使用してもよい。別法として、電気アクチュエータで置き換えて各制御翼を制御することで非機械的な制御システムを使用することも可能である。

各制御翼は、対応するダクト９、１０の下縁９ａ、１０ａの直径を横切って取り付けられ、対応するファンおよびハブの回転軸に略垂直な軸を中心に旋回するように配置される。各翼はエーロフォイル断面を有する。各翼は、図５に示すように、対応するダクトの下縁から下方に一部突出する。

使用に際して、操縦者は空間２０（図２）に立ち、筐体４に取り付けられているパラシュート式ハーネス（図示せず）により装置に固定される。固定後、操縦者はエンジン６を始動させ、ダクト９、１０内のファン７、８を回転させて垂直揚力を装置に提供する。揚力量はエンジン６の加速度によって支配され、これはスロットル１６によって制御される。制御レバー１７、１９を使用してファン２、３の制御翼を傾けることにより、前方移動が提供される。制御翼は、装置を左右にターンさせるためにも使用される。

両方のファン７、８を同じ方向に回転させることは、ファンをエンジンから直接駆動することができ、駆動方向を変更するための変速機が必要ないことを意味する。これは相当量の重量を節減するとともに、整備が必要であり、故障の原因となり得る部品をなくしもする。仮にファン２、３を出る空気流を略線形にするステータがなかった場合には、両方のファンを同じ方向に回転させると装置にねじれの影響が及ぶことになる。

装置にはパラシュート（図示せず）が取り付けられ、操縦者は緊急時にパラシュートを操作して、装置および操縦者を共に安全に地上に戻すことができる。

上記装置の主な用途は１人用の移動装置であると考えられる。しかし、操縦者を種々の任意の遠隔制御装置で置き換えて装置を遠隔から操作することも可能である。

単なる例として、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

本発明による装置の概略的な正面図である。 図１の装置の上からの平面図である。 図１の装置の側面図である。 １つのダクテッドファンを後ろから見た図である。 図４のファンの側面図である。 駆動機構の図である。 制御システムの一部の図である。 ステータの図である。 バージョンの異なるステータの図である。 図８ｂのステータの拡大平面図である。 図９の矢印Ａの方向での図である。

符号の説明

２、３ ダクテッドファン
４ 筐体
４ａ 取付金具
５ 筐体下縁
６ エンジン
６ａ 駆動滑車
６ｂ 可撓性継手
７、８ ファン
７ａ、８ａ ハブ
９、１０ ダクト
９ａ、９ｂ ダクト底部
９ｂ、１０ｂ 開口
１１ａ、１１ｂ 駆動手段
１２、１２ａ、１２ｂ ステータ
１３ ヘッドシールド
１４、１５ アームレスト
１６ ツイストグリップスロットル
１７、１９ 制御レバー
１８ 制御翼
２０ 空間
２１ 後部支持部
２２ ロッド

Claims (19)

1. 操縦者に固定可能な筐体と、
   少なくとも一対のダクテッドファンであって、各ダクテッドファンは、吸気口を画定するダクトによって囲まれたファンを備え、一方のファンは前記筐体の片側に取り付けられ、他方のファンは前記筐体の他方の側に取り付けられ、各ファンは回転軸を中心に回転し、各ファンの前記回転軸は前記筐体に対して固定され、各ファンは該装置が直立した操縦者に固定されたときに各ファンの前記回転軸が略垂直になるように前記筐体の左右に固定される、少なくとも一対のファンと、
   各ファンダクトに配置されてそのファンから出る空気流を直線化するステータセットと、
   前記筐体に取り付けられて前記ファンを駆動する少なくとも１つのエンジンであって、両方のファンは同じ方向に回転して推進力を発生させる、少なくとも１つのエンジンと、
   少なくとも１つのファンに結合され、前記少なくとも１つのファンを出る空気流の方向を定めるように制御可能な操縦翼と、
   を備える個人飛行装置。
2. 前記操縦翼は、エーロフォイル断面を有し、前記少なくとも１つのファンを囲むダクトの下縁に、前記ダクトの直径を横切って取り付けられるプレートを含む、請求項１に記載の個人飛行装置。
3. 前記筐体は、
   スロットル制御機構の取付具と、
   前記操縦翼の制御機構と、
   を組み込む、請求項１または２に記載の個人飛行装置。
4. 前記スロットル制御機構の取付具および前記操縦翼の制御機構は、前記筐体から延びるアームレストに取り付けられる、請求項３に記載の個人飛行装置。
5. 前記筐体は、操縦者を前記エンジンおよび前記ファンからシールドする保護シールドを含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の個人飛行装置。
6. 前記筐体は前記装置を操縦者に固定するハーネスを含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の個人飛行装置。
7. 前記ダクトの吸気口はメッシュで覆われる、請求項１に記載の個人飛行装置。
8. 前記エンジンは、２行程内燃機関、４行程内燃機関、ロータリーエンジン、およびガスタービンエンジンからなる群から選択される、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の個人飛行装置。
9. 前記少なくとも１つのエンジンによって駆動され、前記少なくとも一対のファンを駆動する駆動手段をさらに備える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の個人飛行装置。
10. 前記駆動手段は単一駆動機構を含む、請求項９に記載の個人飛行装置。
11. 前記駆動手段は二重駆動機構を含む、請求項９に記載の個人飛行装置。
12. 前記駆動手段は、チェーン駆動機構、流体駆動機構、およびベルト駆動機構からなる群から選択される駆動機構を含む、請求項９に記載の個人飛行装置。
13. 前記駆動手段は歯付きベルト駆動機構である、請求項９に記載の個人飛行装置。
14. 前記駆動手段はマイクロＶベルト駆動機構である、請求項９に記載の個人飛行装置。
15. 一対のみのダクテッドファンおよびシングルエンジンを含む、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の個人飛行装置。
16. 前記筐体に結合されるパラシュートをさらに備える、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の個人飛行装置。
17. 各セットの前記ステータの一端は前記ダクトの内壁に固定され、他端は前記ダクト内の前記ファンのハブに固定される、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の個人飛行装置。
18. 各ステータは平坦で平行に並んだプレートである、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の個人飛行装置。
19. 各ステータは湾曲したエーロフォイル断面を有する、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の個人飛行装置。

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