JPH07148356A - 模型回転翼機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホバリング飛行が可能な模型回転翼機であっ
て、構造が極めて簡単であり、安価であり、組立が簡単
であり、しかも日常的な整備をほとんど必要としない模
型回転翼機を提供する。 【構成】 模型本体２の両側に配置されていて垂直方向
に推力を発生する一対のメインロータ１ａ，１ｂと、ヨ
ー軸線Ｌ（Ｙ）回りに推力を発生するヨーコントロール
用プロペラ５と、ピッチ軸線Ｌ（Ｐ）回りに推力を発生
するピッチコントロール用プロペラ６と、メインロータ
１ａ，１ｂの回転速度、ヨーコントロール用プロペラ５
の回転速度及びピッチコントロール用プロペラ６の回転
速度をそれぞれ独自に調節する無線送・受信機とを有す
る模型回転翼機。スワッシュプレート機構、ジャイロ装
置等といった複雑な機構が不要である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホバリング飛行も含め
て空中を飛行する模型回転翼機に関する。

【０００２】

【従来の技術】ホバリング飛行、すなわち空中の１点で
静止する飛行を行うことのできる模型回転翼機として、
従来、図１２に示すように実物のヘリコプタの形状及び
構造をそのまま縮小した形式のものがある。この種の模
型回転翼機では、エンジンやモータ等の駆動源によって
メインロータ５１を回転させて模型本体５２を空中へ上
昇させる。また、本体尾部にはテールロータ５３が配置
され、このテールロータを回転することにより、メイン
ロータ５１の回転によって模型本体５２に生じる反トル
クを打ち消す。

【０００３】メインロータ５１の駆動シャフト部分Ｐに
は、いわゆるスワッシュプレート機構が設けられる。こ
のスワッシュプレート機構はメインロータ５１の回転に
よって発生する推力の方向を傾けるための機構であっ
て、この機構の働きによって模型本体５２に関する姿勢
制御が行われる。また、模型本体５２の内部にはジャイ
ロ装置５４が配設されており、このジャイロ装置５４に
より模型本体５２の姿勢を安定に維持して、例えば模型
本体５２がひっくり返るような挙動を防止する。

【０００４】しかしながら、図１２に示す従来の模型回
転翼機では、消費される全てのエネルギのうちの１０〜
２０％程度がテールロータ５３によって消費されるの
で、エネルギ効率が悪い。また、スワッシュプレート機
構及びジャイロ装置は共に構造が非常に複雑であり、よ
って、耐久性に乏しく、常に整備が必要であり、さらに
高い組立精度が要求される。

【０００５】上記のような従来の模型回転翼機とは別
に、複雑なスワッシュプレート機構を用いることなく、
メインロータの回転角速度を電気的に制御して擬似的な
サイクリックコントロールを行い、これにより機体の姿
勢を安定状態に維持するようにした模型回転翼機が知ら
れている。しかしながらこの種の模型回転翼機において
も、メインロータの角速度を制御するための電気的及び
機械的構造はかなり複雑であり、さらに、模型本体の姿
勢を安定に維持するために、やはり複雑で高精度が要求
されるジャイロ装置が必要となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
の模型回転翼機における問題点を解消するためになされ
たものであって、ホバリング飛行が可能な模型回転翼機
であって、構造が極めて簡単であり、安価であり、組立
が簡単であり、しかも日常的な整備をほとんど必要とし
ない模型回転翼機を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る模型回転翼機は、模型本体の両側に配
置されていて垂直方向に推力を発生する一対のメインロ
ータと、ヨー軸回りに推力を発生するヨーコントロール
用プロペラと、ピッチ軸回りに推力を発生するピッチコ
ントロール用プロペラと、上記一対のメインロータの回
転速度、上記ヨーコントロール用プロペラの回転速度及
び上記ピッチコントロール用プロペラの回転速度をそれ
ぞれ独立して調節するコントローラとを有することを特
徴としている。

【０００８】

【作用】コントローラを用いた調節により、一対のメイ
ンロータ、ヨーコントロール用プロペラ及びピッチコン
トロール用プロペラのそれぞれの回転速度が互いに独立
して調節される。一対のメインロータの推力を等しく制
御すれば模型回転翼機は垂直上方へ上昇し、それらの推
力を模型回転翼機に作用する重力と等しく制御すれば、
ホバリング飛行を実行できる。ピッチコントロール用プ
ロペラの推力を調節することにより模型回転翼機を下向
き斜め方向又は上向き斜め方向に傾斜でき、これによ
り、メインロータの推力により模型回転翼機を、それぞ
れ、前進飛行又は後進飛行させることができる。ヨーコ
ントロール用プロペラの推力を調節することにより、模
型回転翼機の向きを右向き又は左向きに曲げることがで
きる。

【０００９】メインロータ、ヨーコントロール用プロペ
ラ及びピッチコントロール用プロペラの推力を適宜に調
節することにより模型回転翼機を空中で自由に飛行させ
ることができる。複雑な構造のスワッシュプレート機構
やジャイロ装置を用いる必要がないので、構造が極めて
簡単であり、安価であり、組立が簡単であり、しかも日
常的な整備をほとんど必要としない。

【００１０】

【実施例】図１は本発明に係る模型回転翼機の一実施例
を示している。この模型回転翼機は、模型本体２と、模
型本体２の両側に延びる主翼４ａ及び４ｂと、それらの
主翼４ａ，４ｂの先端に設けた一対のメインロータ１ａ
及び１ｂと、模型本体２の尾部に設けたヨーコントロー
ル用プロペラ５と、そして、同じく模型本体２の尾部に
設けたピッチコントロール用プロペラ６とを有してい
る。メインロータ１ａは減速ギヤ７ａを介してメインモ
ータ８ａによって回転駆動され、メインロータ１ｂは減
速ギヤ７ｂを介してメインモータ８ｂによって回転駆動
され、ヨーコントロール用プロペラ５はヨーコントロー
ルモータ９によって回転駆動され、そして、ピッチコン
トロール用プロペラ６はピッチコントロールモータ１０
によって回転駆動される。

【００１１】模型本体２の中心軸線がロール軸線Ｌ
（Ｒ）であり、ロール軸線Ｌ（Ｒ）に対して直交してい
て主翼４ａ，４ｂ方向に延びる軸線がピッチ軸線Ｌ
（Ｐ）であり、そして、ロール軸線Ｌ（Ｒ）及びピッチ
軸線Ｌ（Ｐ）の双方に対して直交する軸線がヨー軸線Ｌ
（Ｙ）である。

【００１２】本実施例の模型回転翼機では、メインロー
タ１ａ，１ｂは浮遊するための推力とロール軸線Ｌ
（Ｒ）回りの姿勢を制御する機能しか持たない。ヨー軸
線Ｌ（Ｙ）回りの姿勢はヨーコントロール用プロペラ５
によって制御され、ピッチ軸線Ｌ（Ｐ）回りの姿勢はピ
ッチコントロール用プロペラ６によって制御される。ピ
ッチコントロール用プロペラ６は、図７に示すように、
ほぼ、ロール軸線Ｌ（Ｒ）の上に配置される。また、ヨ
ーコントロール用プロペラ５は、望ましくは、メインロ
ータ１ａ，１ｂの回転面とほぼ同じ高さに配置される。
ヨーコントロール用プロペラ５に関するこの配置によ
り、ヨー軸線Ｌ（Ｙ）回りの推力を発生させたときに機
体がロール軸線Ｌ（Ｒ）回りに傾くことが防止できる。

【００１３】模型本体２の内部には、図２に示すよう
に、アンテナ１１を備えた受信機１２と、電源電池１３
と、ヨーコントロールモータ９を駆動するドライバ１４
と、ピッチコントロールモータ１０を駆動するドライバ
１５と、そして、左右のメインモータ８ａ，８ｂを個別
に駆動するブースタ１６とによって構成された電気制御
系が格納されている。受信機１２の内部には、図３に示
す送信機、すなわちコントローラ２５から送信されるコ
ントロール信号に基づいてヨーコントロール用ドライバ
１４、ピッチコントロール用ドライバ１５及びメインロ
ータ用ブースタ１６を個別に制御する制御回路が設けら
れている。

【００１４】メインロータ１ａ，１ｂは、図４に示すよ
うに、フラッピングリング１７とサイクリックリング１
８とから成るロータヘッド構造を介して回転軸１９の上
端に連結されている。フラッピングリング１７はピン２
０を介して回転軸１９にヒンジ結合されていて、フラッ
ピング軸線Ｌ（Ｆ）の回りに自由に回転できる。また、
サイクリックリング１８はピン２１を介してフラッピン
グリング１７の側面にヒンジ結合されていて、サイクリ
ック軸線Ｌ（Ｓ）の回りに自由に回転できる。メインロ
ータ１ａ，１ｂはサイクリックリング１８の側面に固着
されている。また、一対のメインロータの間のサイクリ
ックリング１８の側面にスタビライザブレード２２が固
着されている。メインロータ１ａ，１ｂは揚力を発生す
るために、ある一定の仰角でシャフト２３に固定されて
いる。

【００１５】回転軸１９を高速回転することによりメイ
ンロータ１ａ，１ｂが高速回転して模型本体２（図１）
に揚力が付与される。スタビライザブレード２２は、空
中で自由な状態で高速回転するメインロータ１ａ，１ｂ
が安定状態で回転することを確保する。但し、メインロ
ータ１ａ，１ｂの翼型や外形を工夫することにより、メ
インロータを安定良く回転できるようにすれば、スタビ
ライザブレード２２は必ずしも必要ない。また、メイン
ロータ１ａ，１ｂの回転面内における回転ピッチにバラ
ツキが生じることを防止して安定した回転ピッチを得る
ために、メインロータ１ａ，１ｂの先端に水平尾翼を設
置することもできる。なお、ブレード状のスタビライザ
に代えて、図５に示すような、重り２４によってスタビ
ライザを構成することもできる。

【００１６】図３において、コントローラ２５は左右２
個のコントロールスティック２６ｂ及び２６ａを有して
いる。右側スティック２６ａにはチャンネル１（ＣＨ
１）及びチャンネル２（ＣＨ２）が割り当てられ、左側
スティック２６ｂにはチャンネル３（ＣＨ３）及びチャ
ンネル４（ＣＨ４）が割り当てられる。チャンネル１に
関しては、スティック２６ａが任意の位置に停止できる
ように図の上下方向に移動できる。チャンネル２に関し
ては、スティック２６ａが左右に移動でき、さらにスプ
リング等の弾性体によって中央に保持される。チャンネ
ル３に関しては、スティック２６ｂが上下方向に移動で
き、やはりスプリング等によって中央に保持される。さ
らに、チャンネル４に関しては、スティック２６ｂが左
右方向に移動でき、やはりスプリング等によって中央に
保持される。

【００１７】各スティック２６ａ，２６ｂの動きと模型
回転翼機の動きとの関係は次の通りである。

【００１８】（１）右スティック２６ａ：チャンネル１ 最下位位置で両メインロータ１ａ，１ｂ（図１）は共に
停止する。スティック２６ａを最下位位置から徐々に上
げてゆくと、左右ロータ１ｂ，１ａが回転を開始し、そ
してスティック２６ａを上げるに従って両ロータ１ｂ，
１ａの回転が速くなる。スティック２６ａが中立位置に
達すると、両ローラ１ｂ，１ａの回転速度はホバリング
飛行時の推力に相当する回転速度に達し、機体は離陸す
る。スティック２６ａが最上位位置に達すると、両ロー
タ１ｂ，１ａの回転速度は最高出力となり、このとき機
体は上昇する。

【００１９】（２）右スティック２６ａ：チャンネル２ 右スティック２６ａを左右に動かすことにより、右側メ
インロータ１ａの回転と左側メインロータ１ｂの回転と
の間に差を与える。

【００２０】スティック２６ａがスプリング等によって
保持される左右方向の中央位置にあるとき、両ロータ１
ａ，１ｂは同一の回転速度で回転する。スティック２６
ａが右側へ動かされると、右側メインロータ１ａの回転
数が減少し、左側メインロータ１ｂの回転数が増加し、
これにより機体はロール軸線Ｌ（Ｒ）の回りに右ロール
を生じる。スティック２６ａが左側へ動かされると、右
側メインロータ１ａの回転数が増加し、左側メインロー
タ１ｂの回転数が減少し、これにより機体は左ロールを
生じる。なお、右スティック２６ａの左右移動は右ステ
ィック２６ａが上下方向のいずれの位置にあるときにも
実行できる。

【００２１】（３）左スティック２６ｂ：チャンネル３ 左側スティック２６ｂを上下方向へ動かすことによりピ
ッチコントロールモータ１０（図１）の回転方向と回転
数を制御し、そのモータ１０に取り付けられたピッチコ
ントロール用プロペラ６の推力でピッチ軸線Ｌ（Ｐ）回
りの姿勢を制御する。

【００２２】左側スティック２６ｂがスプリング等によ
って上下方向の中央位置に保持されるとき、ピッチコン
トロールモータ１０は停止する。左側スティック２６ｂ
が上方へ上げられると、ピッチコントロールモータ１０
は正回転し、図９に示すように機体尾部が上昇し、相対
的に機体頭部が下がる。これにより、メインロータ１
ａ，１ｂに前進推力Ｆ（ｆ）が発生し、機体は前進飛行
へ移行する。

【００２３】左側スティック２６ｂが下方へ下げられる
と、ピッチコントロールモータ１０が逆回転して機体頭
部が持ち上がる。これにより、メインロータ１ａ，１ｂ
の所に後進推力が発生して機体は後進飛行する。ピッチ
コントロールモータ１０の回転数は左側スティック２６
ｂの操作量に比例して変化する。

【００２４】（４）左スティック２６ｂ：チャンネル４ 左側スティック２６ｂを左右方向へ動かすことによりヨ
ーコントロールモータ９（図１）の回転方向と回転数を
制御し、そのモータ９に取り付けられたヨーコントロー
ル用プロペラ５の推力でヨー軸線Ｌ（Ｙ）回りの姿勢を
制御する。

【００２５】左側スティック２６ｂがスプリング等によ
って左右方向の中央位置に保持されるとき、ヨーコント
ロールモータ９は停止する。左側スティック２６ｂが右
方へ動かされると、図１０においてヨーコントロールモ
ータ９が正回転してプロペラ５に矢印Ｅ方向の推力が発
生し、その結果、機体頭部が符号Ａで示すように右へ回
る。

【００２６】一方、左側スティック２６ｂが左方へ動か
されると、ヨーコントロールモータ９が逆回転してプロ
ペラ５に矢印Ｄ方向の推力が発生し、このため機体頭部
が矢印Ｂで示すように左へ回る。なお、ヨーコントロー
ルモータ９の回転数は左側スティック２６ｂの操作量に
比例して変化する。

【００２７】ロール軸線Ｌ（Ｒ）、ピッチ軸線Ｌ（Ｐ）
及びヨー軸線Ｌ（Ｙ）の回りの具体的な姿勢制御を説明
すれば、以下の通りである。 （１）機体の垂直上昇、下降及びホバリング飛行は、メ
インロータ１ａ，１ｂの発生する推力Ｆ（ａ）及びＦ
（ｂ）を同時に増加又は減少させることにより実現す
る。 （２）ロール軸線Ｌ（Ｒ）回りの姿勢制御：図８に示す
ように、右側メインロータ１ａの推力Ｆ（ａ）と左側メ
インロータ１ｂの推力Ｆ（ｂ）との間に差を生じさせる
ことにより実現する。 （３）ピッチ軸線Ｌ（Ｐ）回りの姿勢制御：図７におい
て、ピッチコントロール用プロペラ６に上向き（Ｃ方
向）の推力を発させることにより、機体頭部を下げる。
一方、プロペラ６を逆転させて下向きの推力を発生させ
ることにより、機体頭部を上げる。必要のないときには
ピッチコントロール用プロペラ６の回転は停止させてお
く。 （４）ヨー軸線Ｌ（Ｙ）回りの姿勢制御：図１０におい
て、ヨーコントロール用プロペラ５にＤ方向の推力を発
生させることにより、機体頭部を左側（Ｂ方向）へ旋回
させる。また、ヨーコントロール用プロペラ５を逆回転
させて矢印Ｅ方向の推力を発生させることにより、機体
頭部を右側（Ａ方向）へ旋回させる。必要のないときに
はヨーコントロール用プロペラ５の回転は停止させてお
く。

【００２８】（５）図１０において、右側メインロータ
１ａを上から見て正時計方向に回転させ、左側メインロ
ータ１ｂを反時計方向に回転させる場合を考える。今、
機体を右ロールさせるために左側メインロータ１ｂの上
方推力を増加すると、左側メインロータ１ｂの回転軸が
上昇してそのロータの反トルクが増加する。よって、機
体は右ロールし、それと同時に機体頭部は右方（矢印Ａ
方向）へ回る。つまり、制御軸入力を１種類だけ入力し
ただけでロール軸線Ｌ（Ｒ）とヨー軸線Ｌ（Ｙ）の２つ
の軸線の回りに動きが現れる。このことは、操縦技術の
未熟な入門者にとって都合の良い挙動となる。

【００２９】例えば、図１１に示すような８字飛行を行
う場合を考えると、図１２に示した従来の模型回転翼機
では、右旋回にあたって、右ロール入力と、右ヨー入力
と、前進のためのピッチ入力と、そして水平飛行するた
めのメインロータ入力との合計４軸の制御が必要にな
る。これに対し本実施例の模型回転翼機では、上記のよ
うにロール軸線回りとヨー軸線回りの動きが同時に現れ
るため、水平飛行のためのメインロータ入力と、前進の
ためのピッチ入力と、そして右ロール入力との３軸の制
御だけで足りる。

【００３０】以上、１つの実施例をあげて本発明を説明
したが、本発明はその実施例に限定されるものでなく、
請求の範囲に記載した技術的範囲内で種々に改変でき
る。

【００３１】例えば、メインロータ１ａ，１ｂをギヤ７
ａ，７ｂを用いた減速機構を介してモータ駆動するので
はなくて、モータによって直接駆動することもできる。
メインロータ１ａ，１ｂのロータヘッド構造も図４に示
した構造に限られず、例えば、従来周知のヒラー・シス
テム、ベル・システム、ベル・ヒラー混合システム、ダ
イレクト・ピッチ・コントロールシステム等を用いるこ
ともできる。但し、上記の各システムではスワッシュプ
レート機構等の複雑な機構が必要となるので、構造を簡
単にしようとする本発明に鑑みれば、図４に示すような
簡単な構造のロータヘッド構造を採用することが望まし
い。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、ホバリング飛行を含め
た空中飛行を安定した状態で行うにあたって、スワッシ
ュプレート機構やジャイロ装置等といった複雑で高価な
機構を用いる必要がないので、模型回転翼機の構造が極
めて簡単であり、安価であり、組立が簡単であり、しか
も日常的な整備をほとんど必要としなくなる。また、操
縦が簡単である。

【００３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る模型回転翼機の一実施例を示す斜
視図である。

【図２】同模型回転翼機内に設置される電気制御系の一
実施例を示す模式図である。

【図３】コントローラとしての送信機の一例を示す平面
図である。

【図４】図１に示す模型回転翼機に用いられるロータヘ
ッド構造の一例を示す斜視図である。

【図５】ロータヘッド構造の他の一例を示す斜視図であ
る。

【図６】図１に示す模型回転翼機を後方（矢印ＶＩ方
向）から見た状態を示す模式図である。

【図７】図１に示す模型回転翼機を側方から見た状態を
示す模式図である。

【図８】図１に示す模型回転翼機を矢印ＶＩ方向から見
た状態を示す模式図であって、特にロール回転の様子を
説明するための図である。

【図９】図１に示す模型回転翼機を側方から見た状態を
示す模式図であって、特に前進飛行字の様子を示す図で
ある。

【図１０】図１に示す模型回転翼機を上方から見た状態
を示す模式図である。

【図１１】飛行態様の一例としての８字飛行の様子を模
式的に示す図である。

【図１２】従来の模型回転翼機の一例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ メインロータ ２ 模型本体 ４ａ，４ｂ 主翼 ５ ヨーコントロール用プロペラ ６ ピッチコントロール用プロペラ ７ａ，７ｂ 減速ギヤ ８ａ，８ｂ メインモータ ９ ヨーコントロールモータ １０ ピッチコントロールモータ １１ アンテナ ２５ コントローラ Ｌ（Ｒ） ロール軸線 Ｌ（Ｐ） ピッチ軸線 Ｌ（Ｙ） ヨー軸線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空中を飛行できる模型回転翼機におい
   て、模型本体の両側に配置されていて垂直方向に推力を
   発生する一対のメインロータと、ヨー軸線回りに推力を
   発生するヨーコントロール用プロペラと、ピッチ軸線回
   りに推力を発生するピッチコントロール用プロペラと、
   上記一対のメインロータの回転速度、上記ヨーコントロ
   ール用プロペラの回転速度及び上記ピッチコントロール
   用プロペラの回転速度をそれぞれ独立して調節するコン
   トローラとを有することを特徴とする模型回転翼機。