JP7012227B1

JP7012227B1 - 飛行体

Info

Publication number: JP7012227B1
Application number: JP2021065002A
Authority: JP
Inventors: 英之小笠原
Original assignee: 株式会社松山ドローンサービス
Priority date: 2021-02-15
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2041-02-15
Also published as: JP2022124436A; WO2022172793A1; US20230182933A1

Abstract

【課題】近年マルチコプターを使った物資の運搬の仕事や広い範囲の測量業務が増え、長時間飛ばす必要が生じている。
【解決手段】揚力を増やすためマルチコプター本体から伸びる複数のアームから各々隣り合うアーム間に連接するように全周又は個々に本体とは別の翼を設けて揚力を発生させ飛行時間を伸ばす。
【選択図】図２

Description

本発明は、３つ以上のプロペラを上向き又は下向きに取付けて飛行を行う飛行体（以下マルチコプターと言う）に関するものである。

従来のマルチコプターには翼がついていないのが一般的であった。

特開２０１７－１０９５１２号公報特願開２０１９－１８９７６８

近年、マルチコプターを使った物資の運搬の仕事や広い範囲の地形測量業務が増え、マルチコプターを長時間飛ばす必要が生じている。
マルチコプターを長時間飛ばすためには、バッテリー容量を増やすか、構造的に揚力を増やしてモーターの出力を補助する必要があった。

前記課題を解決するために、請求項１の発明においては、マルチコプター本体１から放射線状に伸びる複数のアーム２に前記本体１とは別の翼１１を本体１とアーム２のア―ム折り畳み用ヒンジ部１４の間で各々隣り合うアーム２間に連接するように全周又は個々に設け、この翼１１は本体１とは間隔Ｓ１を開け、プロペラ３とは近接させてアーム２に取付ける。
請求項２の発明では、請求項１に記載した翼１１の内部にバッテリーを取付けている。
また、請求項３の発明では、翼１１は迎角を減らしマルチコプターのスピードを上げるため、マルチコプターの進行方向に対し前傾させることもできる。
また、請求項４の発明では、翼１１の断面形状は翼形として実用化されているもの以外にも、長円形や多角形といった近似の断面形状も含まれる。

本発明によれば、バッテリー容量の増加などをすることなくマルチコプターの飛行時間を伸ばすことが出来る。

マルチコプター平面図（６枚プロペラの場合）マルチコプター縦断面図（６枚プロペラの場合）マルチコプター前進中の気流の流れ翼の中にバッテリーを取付けた例の平面図（６枚プロペラの場合）翼の中にバッテリーを取付けた例の縦断面図（６枚プロペラの場合）翼を進行方向に前傾させた例の縦断面図翼を進行方向に前傾させたマルチコプター前進中の気流の流れ４枚プロペラのマルチコプターの平面図４枚プロペラのマルチコプターの縦断面図翼が多角形の例翼の配位置が進行方向の前後の任意の２つのアーム間のみにした場合の例翼の断面形状詳細例進行方向に前傾させた翼の断面形状詳細例多角形の翼の断面形状詳細例

図１、図２は６本のアーム、６本のプロペラ、６個のモーターを持ったマルチコプターの実施例である。マルチコプターの中心には制御機器を搭載するマルチコプター本体１があり、そこから放射状にアーム２が伸びている。アーム２の先端にはプロペラ３、モーター４、ＥＳＣ５が取付けられてあり、このアーム２の中程にアームを折り曲げるアーム折り畳み用ヒンジ１４が取付けてあり、マルチコプター運搬時にはアーム２をアーム折り畳み用ヒンジ１４で折り曲げ、少スペースで運搬できるようになっている。
マルチコプター本体１とアーム折り畳み用ヒンジ１４の間にマルチコプター本体１とは別の翼１１を取付ける。

翼１１はアーム２に固定されている。
翼１１は放射状に伸びたアーム２から、隣り合う別のアーム２にわたり全周に又は数本にわたり設けられている。
図３において、本発明のマルチコプターの実際の使用状態について説明する。
図３は前進中の気流の流れで、翼の外側にプロペラが回転しているため流速が速く、その後流に引張られて内側の気流ははく離しない。
この翼１１はマルチコプターが前進するために前傾すると迎角が大きく付く、このまま前進するとマルチコプター回りに空気が流れ込むことになるが、マルチコプター本体１の上側の翼１１Ａの外側にはプロペラ３Ａが回転しており、プロペラ後流により気流が速くなっており、迎角が大きい状態でも気流がはく離しない。マルチコプター本体１と翼１１Ａとの内側のすき間Ｓ１には、翼１１Ａとプロペラ３Ａの外側のすき間Ｓ２に流れる気流に比べ低速の空気が流れており、その流速差により揚力を上向きに発生させている。マルチコプター本体１をはさんで下側の翼１１Ｂの外側も同様にプロペラ３Ｂが回転しており、すき間Ｓ２にプロペラ後流が流れている。この翼１１Ｂの内側のすき間Ｓ１にも外側に比べ低速の空気が流れているが、迎角が大きいため通常であれば気流がはく離してしまうが、翼１１Ｂの外側（２Ｓ側）に近接してプロペラ３Ｂがあるため、プロペラ後流に引張られて気流がはく離せず、その流速差により揚力を下向きに発生させている。このようにプロペラ後流による揚力は前後、左右で相殺されるが、マルチコプターが進行することにより生じる流入空気により揚力が発生する。
しかも、翼１１は気流がはく離しないので、抵抗が少なく飛行することができる。
この揚力を利用して、マルチコプターの重量を相殺することにより軽くしたり、抵抗を小さくして、モーターの負荷を下げ、電気の消費量を下げて、長時間飛行させることができる。
同様にホバリング中は、翼１１の外側（Ｓ２側）にプロペラ３があるので常に外側（Ｓ２側）に揚力を発生させているが、前後、左右で相殺され、静止させることができる。
このことによりマルチコプターの飛行時間を２割程度伸ばすことができるようになる。
この翼１１は迎角が大きい状態での運行になるが、飛行速度が小さい場合はその抵抗については、小さく、あまり問題とはならない。しかし飛行速度が大きくなると抵抗が大きくなるので、抵抗を減らすためホバリングに影響を及ぼさない範囲でマルチコプター進行方向に向って前傾させることができる。
図４、図５は翼内の空きスペースを利用してバッテリーを搭載した例を示す。
図６、図７は翼の迎角を減らし、翼で生じる抵抗を少なくしようとした例を示す。
迎角を減らすと、速度を一層速めることができる。又、自動可変とすることもできる。
図８、図９は４枚プロペラへの応用例を示す。
図１０は翼断面がバッテリーを搭載しやすい多角形の応用例を示す。多角形でも十分な揚力を発生することができる。又翼１１の断面形状は翼形として実用化されているもの以外にも長円形や、多角形といった近似の断面形状も含まれる。
図１１は翼１１を任意の２つのアーム間に配置した例を示す。翼１１を全てのアーム間に配置するのではなく、進行方向の前後の任意の２つのアーム間のみに配置しても十分な効果がある。
図１２は翼の断面形状例を示す。
図１３は前傾させた翼の断面形状例を示す。
図１４は多角形の翼の断面形状例を示す。

１マルチコプター本体
２アーム
３プロペラ
３Ａ上側のプロペラ
３Ｂ下側のプロペラ
４モーター
５ＥＳＣ（モーター制御器）
６主制御機器
７副制御機器
８ＧＰＳアンテナ
９受信機
１０映像伝送装置
１１翼
１１Ａ上側の翼
１１Ｂ下側の翼
１２バッテリー
１３脚
１４アーム折り畳み用ヒンジ
１５カメラ又は計測器又は運搬用ケース等
１６マルチコプター進行方向
１７マルチコプター回りの空気の流れ
１８前傾させた翼
Ｓ１：本体と翼とのすき間
Ｓ２：翼とプロペラとのすき間

Claims

飛行体中心にあって制御機器を搭載する本体１と、その本体１から放射状に伸びる複数のアーム２の先端にモーター４とプロペラ３を有し、前記本体１とは別の翼１１を前記本体１と前記アーム２の先端にあるプロペラ３の間で、各々隣り合う前記アーム２間に連接するように全周又は任意の２つのアーム２間に設け、翼１１は本体１とプロペラ３間とに一定間隔をもってアーム２に取付けたことを特徴とする飛行体。
前記飛行体の翼１１の中にバッテリー１２を取付けることを特徴とする請求項１記載の飛行体。
翼１１の断面形状は、長円形や、多角形といった断面形状も含まれる事を特徴とする請求項１記載の飛行体。
翼１１の断面形状として、長円形や、多角形といった断面形状も含まれる事を特徴とする請求項１記載の飛行体。