JP6727153B2 - 無人機輸送用飛しょう体及び無人航空機の輸送方法 - Google Patents

Description

本発明は、無人航空機を輸送する技術に関し、特に、無人航空機を目標空域まで高速で輸送して好適に飛行開始させるのに有用な技術である。

一般に、一定時間の滞空が可能な無人航空機は、軽量化等のために高動圧環境に耐え得る構造強度を有していない。そのため、この種の無人航空機は飛行速度が比較的に遅く、目標空域までの進出に時間を要してしまう。
他方、高速飛行が可能な無人航空機は、短時間で目標空域に到達可能ではあるが、高重量等のために目標空域での滞空時間が短くなってしまう。
つまり、無人航空機自体の飛行性能では、目標空域への短時間での進出と目標空域での一定時間の滞空とを両立させることが難しい。

この問題に対しては、人工衛星などのペイロードをロケット打ち上げ時にフェアリングで保護する構造（例えば、特許文献１参照）を応用することが考えられる。
すなわち、一定時間滞空可能な無人航空機をフェアリングで保護した状態で高速輸送し、目標空域に到達した時点でフェアリングを分割・分離させて無人航空機を露出させたうえで、当該無人航空機を輸送体から離脱させればよい。

特開２０１１−２３５７９３号公報

しかしながら、このフェアリング構造を適用した場合、ロケットでの運用と異なりフェアリングの分割・分離が大気圏内で行われるため、分離させたフェアリングが無人航空機と衝突するおそれがある。また、フェアリングの分割機構を必要とするため構造が煩雑になるといったデメリットもある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、簡便な構成で好適に無人航空機を輸送して飛行開始させることを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、無人航空機を輸送する無人機輸送用飛しょう体であって、
前記無人航空機を収容するとともに、当該無人航空機が挿通可能な開口部を有する収容部材と、
前記収容部材内に収容されるとともに、前記収容部材及び前記無人航空機の各々と連結され、当該無人機輸送用飛しょう体が飛行しているときに前記開口部から前記収容部材外に放出されて当該収容部材を減速させる減速手段と、
前記減速手段と前記収容部材及び前記無人航空機の各々との連結を個別に解除可能な連結解除手段と、
を備え、
前記連結解除手段は、前記減速手段により前記収容部材が減速された後に、前記減速手段と前記収容部材との連結を解除して前記無人航空機を前記開口部から前記収容部材外に引き出させてから、前記減速手段と前記無人航空機との連結を解除することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無人機輸送用飛しょう体において、
前記減速手段は、前記収容部材を減速させるときの減速荷重が前記無人航空機には作用しないように前記収容部材及び前記無人航空機の各々と連結されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の無人機輸送用飛しょう体において、
前記減速手段は、
傘体を広げて前記収容部材を減速させるドラッグシュートであって、前記収容部材のうち前記開口部の周縁に連結されており、
前記収容部材を減速させた後に、前記開口部を鉛直方向上方に向けた状態で当該収容部材を吊支しつつ降下させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の無人機輸送用飛しょう体において、
前記開口部を閉塞しつつ、前記収容部材に分離可能に結合された蓋部材と、
前記蓋部材を前記収容部材から分離させて前記開口部を開口させる分離手段と、
をさらに備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の無人機輸送用飛しょう体において、
前記開口部が前記収容部材の飛行方向とは反対向きに開口していることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の無人機輸送用飛しょう体と同様の特徴を具備する無人航空機の輸送方法である。

本発明によれば、収容部材内に無人航空機を収容した当該無人機輸送用飛しょう体が飛行しているときに、減速手段が開口部から収容部材外に放出されて当該収容部材が減速される。そして、収容部材が減速された後に、減速手段と収容部材との連結が解除されて無人航空機が開口部から収容部材外に引き出されてから、減速手段と無人航空機との連結が解除される。
これにより、無人航空機を収容部材内に保護した状態で安全に輸送したうえで、この収容部材を分割させることなく、減速手段を放出させる開口部から無人航空機を引き出すことができる。
したがって、フェアリング構造を適用した場合と異なり、簡便な構成で好適に無人航空機を輸送して飛行開始させることができる。

実施形態における無人機輸送用飛しょう体を示す図であって、（ａ）がドラッグシュートをキャニスタ内に収容した状態を示す図であり、（ｂ）がドラッグシュートを放出した状態を示す図である。 実施形態における無人機輸送用飛しょう体の概略の制御構成を示すブロック図である。 実施形態における無人機輸送用飛しょう体の動作を説明するための図である。 実施形態における無人機輸送用飛しょう体の動作を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

［無人機輸送用飛しょう体の構成］
まず、本実施形態における無人機輸送用飛しょう体（以下、単に「輸送用飛しょう体」という。）１の構成について説明する。
図１は、輸送用飛しょう体１を示す図であって、（ａ）が後述のドラッグシュート４をキャニスタ２内に収容した状態を示す図であり、（ｂ）がドラッグシュート４を放出した状態を示す図である。なお、図１では、キャニスタ２を断面で図示している。

図１（ａ）に示すように、輸送用飛しょう体１は、無人機ＵＡＶを高速輸送するためのものである。無人機ＵＡＶは、自律飛行可能な無人航空機であり、特に限定はされないが、低速での一定時間の滞空飛行が可能な機体である。
具体的に、輸送用飛しょう体１は、キャニスタ２と、蓋部材３と、ドラッグシュート（パラシュート）４とを備えている。

キャニスタ２は、略円錐状に形成された収容部材であり、その内部が無人機ＵＡＶを収容する収容室２ａとなっている。収容室２ａ内には、無人機ＵＡＶが翼を折り畳んで機体前方をキャニスタ２の先端側に向けた状態で収容されている。このキャニスタ２は、先端側を飛行方向前側として、その飛行方向に対応した翼を有するとともに、高速での飛行に耐える十分な強度を有している。
また、キャニスタ２の底部（後端部）には、主に無人機ＵＡＶを収容室２ａに収容及び取出すための後方向きの開口部２１が、当該底部の略全面に亘って形成されている。ただし、この開口部２１は、少なくとも無人機ＵＡＶが挿通可能な大きさであればよい。
なお、以下の説明では、輸送用飛しょう体１（キャニスタ２）の向きについて、その飛行方向と対応させて、キャニスタ２の先端側を「前（前側）」、底部側を「後（後側）」と記載する。

蓋部材３は、キャニスタ２後端部の開口部２１を閉塞するとともに、飛行時におけるキャニスタ２後流の空気の流れを整流するためのものである。この蓋部材３は、後述の分離機構１１を介すことにより、キャニスタ２から分離可能なようにキャニスタ２に結合されている。

ドラッグシュート４は、飛行する輸送用飛しょう体１（キャニスタ２）を減速させるための減速手段である。このドラッグシュート４は、未使用時には折り畳まれた状態で収容室２ａ内の後部に収容されており、図１（ｂ）に示すように、使用時には後述の放出機構１２により開口部２１からキャニスタ２外に放出され、キャノピー（傘体）４１を広げてキャニスタ２を減速させる。

また、ドラッグシュート４は、キャニスタ２及び無人機ＵＡＶの各々と連結された第一ライザー４２及び第二ライザー４３を有している。具体的には、第一ライザー４２がキャニスタ２と連結されており、第二ライザー４３が無人機ＵＡＶと連結されている。
このうち、第一ライザー４２は、キャニスタ２の後端部（開口部２１の周縁）に連結されている。一方、第二ライザー４３は、その先端（前端）に接続された把持部材４４を介して無人機ＵＡＶと連結されている。把持部材４４は、常態で無人機ＵＡＶの後端部をアームなどで把持している。また、第二ライザー４３は第一ライザー４２よりも長尺に設けられており、ドラッグシュート４による減速荷重が無人機ＵＡＶには作用せずにキャニスタ２のみに作用するようになっている。
これら第一ライザー４２及び第二ライザー４３（把持部材４４）は、後述の第一連結解除機構１３及び第二連結解除機構１４により、キャニスタ２及び無人機ＵＡＶとの連結が個別に解除されるようになっている。

続いて、輸送用飛しょう体１の制御構成について説明する。
図２は、輸送用飛しょう体１の概略の制御構成を示すブロック図である。

この図に示すように、輸送用飛しょう体１は、分離機構１１と、放出機構１２と、第一連結解除機構１３と、第二連結解除機構１４と、制御部１５とを備えている。

分離機構１１は、蓋部材３をキャニスタ２から分離する機構である。
放出機構１２は、ドラッグシュート４をキャニスタ２の収容室２ａ内から開口部２１を通じて放出する機構である。
第一連結解除機構１３は、第一ライザー４２をキャニスタ２から切り離して、ドラッグシュート４とキャニスタ２との連結を解除する機構である。
第二連結解除機構１４は、把持部材４４による無人機ＵＡＶの把持を解除して、ドラッグシュート４（第二ライザー４３）と無人機ＵＡＶとの連結を解除する機構である。
なお、これらの各種機構には、従来より公知の技術を適用することができる。例えば、分離機構１１、第一連結解除機構１３及び第二連結解除機構１４には、火薬や爆発ボルト、セパレーションナットなどが適用できる。また、放出機構１２には、キャニスタ２から分離された蓋部材３にドラッグシュート４を引き出させる構造や、ガス噴射構造などが適用できる。

制御部１５は、上記各種機構の動作を制御する。具体的に、制御部１５は、例えばタイマーを備えるシーケンサなどであり、後述するように、上記各種機構を所定の順序で個別に動作させる。
なお、制御部１５に代えて、収容室２ａ内の無人機ＵＡＶの飛行制御部（図示省略）に上記各種機構の動作を制御させてもよい。また、上記各種機構として機械的に動作タイミングを制御できるものを適用した場合には、当該機構は制御部１５に動作制御させなくともよい。

［無人機輸送用飛しょう体の動作］
続いて、無人機ＵＡＶを高速輸送する際の輸送用飛しょう体１の動作について説明する。
図３及び図４は、この輸送用飛しょう体１の動作を説明するための図である。

図３（ａ）に示すように、まず輸送用飛しょう体１は、例えば高速で飛行する航空機ＡＰによって所定の飛行軌道に投入されることにより、高速での飛行（飛しょう）を開始する。

そして、輸送用飛しょう体１が所定の減速ポイントに到達するなどした後に、制御部１５は、図３（ｂ）に示すように、分離機構１１を動作させて蓋部材３をキャニスタ２から分離させる。これにより、キャニスタ２後端部の開口部２１が後方向きに開口する。

開口部２１を開口させた後、制御部１５は、図３（ｃ）に示すように、放出機構１２を動作させてドラッグシュート４を開口部２１からキャニスタ２後方へ放出させる。
すると、図３（ｄ）に示すように、ドラッグシュート４はキャノピー４１を広げて輸送用飛しょう体１（キャニスタ２）を減速させていく。そして、キャニスタ２が十分に減速されると、図４（ａ）に示すように、キャニスタ２は後端の開口部２１を上方（鉛直方向上方）に向けた状態で、ドラッグシュート４に吊支されつつ降下していく。
このとき、ドラッグシュート４を無人機ＵＡＶと連結している第二ライザー４３が、キャニスタ２と連結している第一ライザー４２よりも長尺に設けられているため、ドラッグシュート４がキャニスタ２を減速させるときの減速荷重は無人機ＵＡＶには作用せず、キャニスタ２のみに好適に作用する。
なお、本実施形態において「ドラッグシュート４による輸送用飛しょう体１（キャニスタ２）の減速」とは、航空機ＡＰによる投入後の飛行方向に対する速度低減を指し、その後の降下時におけるものを含まないこととする。

その後、制御部１５は、図４（ｂ）に示すように、第一連結解除機構１３を動作させてドラッグシュート４の第一ライザー４２とキャニスタ２との連結を解除する。
すると、キャニスタ２が支持を失って下方へ自由落下する一方で、無人機ＵＡＶは第二ライザー４３によってドラッグシュート４に吊支されるため、無人機ＵＡＶは開口部２１からキャニスタ２外に引き出される。

そして、無人機ＵＡＶがキャニスタ２から引き出されて露出した後に、制御部１５は、図４（ｃ）に示すように、第二連結解除機構１４を動作させてドラッグシュート４の第二ライザー４３（把持部材４４）と無人機ＵＡＶとの連結を解除する。
これにより、無人機ＵＡＶは、独立して飛行可能な状態となり、折り畳んでいた翼を展開させて自律飛行を開始する。

［効果］
以上のように、本実施形態によれば、キャニスタ２内に無人機ＵＡＶを収容した輸送用飛しょう体１が飛行しているときに、ドラッグシュート４が開口部２１からキャニスタ２外に放出されて当該キャニスタ２が減速される。そして、キャニスタ２が減速された後に、ドラッグシュート４とキャニスタ２との連結が解除されて無人機ＵＡＶが開口部２１からキャニスタ２外に引き出されてから、ドラッグシュート４と無人機ＵＡＶとの連結が解除される。
これにより、無人機ＵＡＶをキャニスタ２内に保護した状態で安全に輸送したうえで、このキャニスタ２を分割させることなく、ドラッグシュート４を放出させる開口部２１から無人機ＵＡＶを引き出すことができる。
したがって、フェアリング構造を適用した場合と異なり、簡便な構成で好適に無人機ＵＡＶを輸送して飛行開始させることができる。ひいては、一定時間滞空可能な無人機ＵＡＶを、高速で目標空域まで輸送することができる。

また、ドラッグシュート４は、キャニスタ２を減速させるときの減速荷重が無人機ＵＡＶには作用しないようにキャニスタ２及び無人機ＵＡＶの各々と連結されている。
したがって、無人機ＵＡＶをより安全に輸送することができる。

また、ドラッグシュート４は、第一ライザー４２がキャニスタ２のうち開口部２１の周縁に連結されており、キャニスタ２を減速させた後に、開口部２１を上方に向けた状態で当該キャニスタ２を吊支しつつ降下させる。
これにより、第一ライザー４２の連結を解除したときに、キャニスタ２が下方へ自由落下する一方で、無人機ＵＡＶは第二ライザー４３によってドラッグシュート４に吊支されて、無人機ＵＡＶが開口部２１からキャニスタ２外に引き出される。
したがって、無人機ＵＡＶをキャニスタ２外に取り出すためだけの機構を設ける必要なく、無人機ＵＡＶを開口部２１からキャニスタ２外に好適に引き出すことができる。

［変形例］
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、開口部２１がキャニスタ２の後端部（後方向き）に設けられていることとしたが、当該開口部２１は、無人機ＵＡＶが挿通可能であってドラッグシュート４を放出させるものであれば、キャニスタ２のうち後端部以外の部分に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、ドラッグシュート４とキャニスタ２との連結が解除されたときに、無人機ＵＡＶがドラッグシュート４により開口部２１からキャニスタ２外に引き出されることとした。しかし、輸送用飛しょう体１は、ドラッグシュート４が放出される開口部２１から無人機ＵＡＶも出されるように構成されていればよく、例えば無人機ＵＡＶをキャニスタ２内から押し出す機構などを備えていてもよい。

また、本発明に係る減速手段は、開口部から収容部材（キャニスタ２）外に放出されて当該収容部材を減速させるものであればよく、ドラッグシュート（パラシュート）に限定されない。

１ 無人機輸送用飛しょう体
２ キャニスタ（収容部材）
２１ 開口部
３ 蓋部材
４ ドラッグシュート（減速手段）
４２ 第一ライザー
４３ 第二ライザー
４４ 把持部材
１１ 分離機構（分離手段）
１２ 放出機構
１３ 第一連結解除機構（連結解除手段）
１４ 第二連結解除機構（連結解除手段）
１５ 制御部
ＵＡＶ 無人機

Claims (6)

1. 無人航空機を輸送する無人機輸送用飛しょう体であって、
   前記無人航空機を収容するとともに、当該無人航空機が挿通可能な開口部を有する収容部材と、
   前記収容部材内に収容されるとともに、前記収容部材及び前記無人航空機の各々と連結され、当該無人機輸送用飛しょう体が飛行しているときに前記開口部から前記収容部材外に放出されて当該収容部材を減速させる減速手段と、
   前記減速手段と前記収容部材及び前記無人航空機の各々との連結を個別に解除可能な連結解除手段と、
   を備え、
   前記連結解除手段は、前記減速手段により前記収容部材が減速された後に、前記減速手段と前記収容部材との連結を解除して前記無人航空機を前記開口部から前記収容部材外に引き出させてから、前記減速手段と前記無人航空機との連結を解除することを特徴とする無人機輸送用飛しょう体。
2. 前記減速手段は、前記収容部材を減速させるときの減速荷重が前記無人航空機には作用しないように前記収容部材及び前記無人航空機の各々と連結されていることを特徴とする請求項１に記載の無人機輸送用飛しょう体。
3. 前記減速手段は、
   傘体を広げて前記収容部材を減速させるドラッグシュートであって、前記収容部材のうち前記開口部の周縁に連結されており、
   前記収容部材を減速させた後に、前記開口部を鉛直方向上方に向けた状態で当該収容部材を吊支しつつ降下させることを特徴とする請求項１又は２に記載の無人機輸送用飛しょう体。
4. 前記開口部を閉塞しつつ、前記収容部材に分離可能に結合された蓋部材と、
   前記蓋部材を前記収容部材から分離させて前記開口部を開口させる分離手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の無人機輸送用飛しょう体。
5. 前記開口部が前記収容部材の飛行方向とは反対向きに開口していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の無人機輸送用飛しょう体。
6. 無人機輸送用飛しょう体に無人航空機を輸送させる無人航空機の輸送方法であって、
   前記無人機輸送用飛しょう体は、
   前記無人航空機を収容するとともに、当該無人航空機が挿通可能な開口部を有する収容部材と、
   前記収容部材内に収容されるとともに、前記収容部材及び前記無人航空機の各々と連結され、当該無人機輸送用飛しょう体が飛行しているときに前記開口部から前記収容部材外に放出されて当該収容部材を減速させる減速手段と、
   前記減速手段と前記収容部材及び前記無人航空機の各々との連結を個別に解除可能な連結解除手段と、
   を備え、
   前記減速手段が前記収容部材を減速させた後に、前記連結解除手段が、前記減速手段と前記収容部材との連結を解除して前記無人航空機を前記開口部から前記収容部材外に引き出させてから、前記減速手段と前記無人航空機との連結を解除することを特徴とする無人航空機の輸送方法。

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