JP6574075B1 - 飛行体 - Google Patents

Abstract

【課題】水平飛行時および垂直飛行時の両方の場面でロータの発生させる推進力を有効に利用できる。
【解決手段】飛行体は、複数のロータを備える飛行体であって、１以上のロータを含む底面領域と、１以上のロータを含む背後領域との間にペイロードを搭載可能な搭載空間を有し、搭載空間を挟む底面領域と背後領域とのなす角は９０度よりも大きく１８０度未満である。
【選択図】図１

Description

本発明は、飛行体に関する。

地上を走行する自動車と同様に、上空を飛行する飛行体は古くから研究開発が盛んに行われている。特許文献１には、３以上の回転翼が取り付けられた機体と、前記機体に軸支された主翼と、前記機体に対する相対的な前記主翼の傾きを制御する制御部と、を備えることを特徴とする飛行体が開示されている。

特開２０１８−２０７４２号公報

特許文献１に記載されている発明では、水平飛行時および垂直飛行時の両方の場面でロータが発生させる推進力を有効に利用できない。

本発明の第１の態様による飛行体は、複数のロータを備える飛行体であって、１以上の前記ロータを含む底面領域と、１以上の前記ロータを含む背後領域との間にペイロードを搭載可能な搭載空間を有し、前記搭載空間を挟む前記底面領域と前記背後領域とのなす角は９０度よりも大きく１８０度未満であり、前記底面領域には第１ロータおよび第２ロータが含まれ、前記背後領域には第３ロータおよび第４ロータが含まれ、前記第３ロータおよび前記第４ロータは、操舵可能な翼である可動翼を前記搭載空間とは逆側かつ第３ロータおよび第４ロータの下流に備える。

本発明によれば、水平飛行時および垂直飛行時の両方の場面でロータの発生させる推進力を有効に利用できる。

飛行体１の外観図 飛行体１から可動翼２０１、第１固定翼２０２、第２固定翼２０３、上部カウル２５１、および下部カウル２５２を取り外した図 図２の左側面図 図２の正面図 図２の平面図 飛行体１の構成の概要図 駆動装置群２の構成を示す図 図８（ａ）は水平飛行時の飛行体１の飛行姿勢を示す図、図８（ｂ）は垂直飛行時の飛行体１の飛行姿勢を示す図。 水平飛行時における第１固定翼２０２の作用効果を示す図 図１０（ａ）〜（ｂ）は飛行体１の水平加速を示す図、図１０（ｃ）〜（ｅ）は比較例飛行体１Ｚの水平加速を示す図。 図１１（ａ）は底面領域１３０に３つのロータ１００が含まれる場合を示す図、図１１（ｂ）〜（ｃ）は底面領域１３０に４つのロータ１００が含まれる場合を示す図。

―実施の形態―
以下、図１〜図１０を参照して、飛行体の実施の形態を説明する。

（飛行体１の外観）
図１は、飛行体１の外観図である。飛行体１は、左前ロータ１０１と、右前ロータ１０２と、左後ロータ１０３と、右後ロータ１０４と、可動翼２０１と、第１固定翼２０２と、第２固定翼２０３と、上部カウル２５１と、下部カウル２５２と、を備える。また上部カウル２５１の後方であって、左後ロータ１０３および右後ロータ１０４の前方に人間などのペイロードを搭載可能なスペースである搭載空間１０が設けられる。以下では、飛行体１に搭乗する人間を「ユーザ」と呼ぶ。上部カウル２５１の内部には駆動装置群２が格納される。また第１固定翼２０２と上部カウル２５１は一体に成形されている。

以下では、左前ロータ１０１、右前ロータ１０２、左後ロータ１０３、および右後ロータ１０４をまとめてロータ１００と呼ぶ。ロータ１００のそれぞれは、同一の寸法を有し、同方向に回転する回転翼を２つ備える。左前ロータ１０１と左後ロータ１０３に備えられる回転翼の回転方向は同一、たとえば時計回りである。右前ロータ１０２と右後ロータ１０４に備えられる回転翼の回転方向は逆方向に同一、たとえば反時計回りである。ロータ１００および可動翼２０１は、駆動装置群２により駆動される。なお、左前ロータ１０１、右前ロータ１０２、左後ロータ１０３、および右後ロータ１０４は、第１ロータ、第２ロータ、第３ロータ、および第４ロータと呼ぶこともできる。

ロータ１００に備えられるそれぞれの回転翼は、回転することで上向および前方に進行する方向に推力が生じるように角度が設定されている。それぞれロータ１００は、飛行体１に対して位置および姿勢が固定されている。ただしそれぞれのロータ１００の回転数は独立して調整できる。

図２〜図５を参照してロータ１００の配置を詳述する。図２は、飛行体１から可動翼２０１、第１固定翼２０２、第２固定翼２０３、上部カウル２５１、および下部カウル２５２を取り外した図である。図３は、図２に示す飛行体１を飛行体１の左側面から見た左側面図である。図４は、図２に示す飛行体１を飛行体１の前方から見た正面図である。図５は、図２に示す飛行体１を飛行体１の上方から見た平面図である。

図２では、図１において他の構成に隠れていたフレーム３５０が示されおり、カウルや固定翼が表示されていないのでロータ１００の配置が明確になっている。それぞれのロータ１００は外周部が他のロータ１００に接しており、たとえば左前ロータ１０１は右前ロータ１０２および左後ロータ１０３に接する。他のロータ１００も、それぞれ２つのロータと接する。搭載空間１０は周囲をロータ１００に囲まれているが、いずれのロータ１００の回転平面も搭載空間１０とは交差しない。ただしここで言う回転平面とは、ロータ１００の回転翼を径方向に延長して回転させることで得られる平面である。搭載空間１０はロータ１００の径方向の延長線上に存在しないので、万が一回転翼が破損しても強い運動エネルギーを持つ回転翼、またはその破片が搭載空間１０に進入するおそれがない。

図３に示すように、左前ロータ１０１と左後ロータ１０３とは、大きな角度、たとえば１２０度の開きを持つように配置される。なおここで示した角度の１２０度は一例であり、より小さい角度やより大きい角度でもよい。ただし左前ロータ１０１と左後ロータ１０３との角度は、９０度よりも大きく１８０度よりも小さい。また図３では右前ロータ１０２および右後ロータ１０４は隠れているが、左前ロータ１０１および左後ロータ１０３と同様の関係にある。すなわち右前ロータ１０２と右後ロータ１０４とは、大きな角度、たとえば１２０度の開きを持つように配置される。

図４に示すように、左前ロータ１０１と右前ロータ１０２とは、１８０度よりも小さな角度、たとえば１６０度の開きを持つように配置される。なおここで示した角度の１６０度は一例であり、より小さい角度やより大きい角度でもよい。ただし左前ロータ１０１と右前ロータ１０２との角度は、９０度よりも大きく１８０度よりも小さい。なお左前ロータ１０１と右前ロータ１０２はそれぞれ、同一の小さな上反角、たとえば２０度の上反角を有する。なお左前ロータ１０１と右前ロータ１０２の上反角とは、飛行体１の左右方向を示す直線ＬＲとなす角である。左前ロータ１０１と右前ロータ１０２の上反角がそれぞれ２０度の場合は、左前ロータ１０１と右前ロータ１０２のなす角は搭載空間１０側で１４０度である。

図５に示すように、左後ロータ１０３と右後ロータ１０４のなす角は、搭載空間１０側で１８０度よりも小さな角度、たとえば１４０度の開きを持つように配置される。すなわち左後ロータ１０３と右後ロータ１０４の位置関係は、左前ロータ１０１と右前ロータ１０２と同様である。換言すると、左後ロータ１０３と右後ロータ１０４はそれぞれ、同一の小さな上反角に相当する角度、たとえば２０度の上反角に相当する角度を有する。

（構成の概要）
図６は、図１〜図５を参照して説明した飛行体１の構成の概要図である。飛行体１は、左前ロータ１０１、右前ロータ１０２、左後ロータ１０３、および右後ロータ１０４を備える。左前ロータ１０１および右前ロータ１０２は、底面領域１３０に含まれる。左後ロータ１０３および右後ロータ１０４は、背後領域１４０に含まれる。底面領域１３０と背後領域１４０との間に、人間などのペイロードを搭載可能なスペースである搭載空間１０を有する。底面領域１３０と背後領域１４０のなす角は９０度よりも大きく１８０度未満、たとえば１２０度である。

底面領域１３０において左前ロータ１０１および右前ロータ１０２は略同一平面に配置される。左前ロータ１０１および右前ロータ１０２は、飛行体１の中心線Ｃに対して左右対称な位置に配置される。左前ロータ１０１および右前ロータ１０２は、搭載空間１０から遠ざかるように、図４に示したように上反角を有する。換言すると図４に示すように飛行体１の幅方向の中心部が下方向に出っ張るように、左前ロータ１０１および右前ロータ１０２が配置される。

背後領域１４０において左後ロータ１０３および右後ロータ１０４は略同一平面に配置される。左後ロータ１０３および右後ロータ１０４は、飛行体１の中心線Ｃに対して左右対称な位置に配置される。左後ロータ１０３および右後ロータ１０４は、搭載空間１０から遠ざかるように、図５に示したように上反角に相当する角度を有する。換言すると図５に示すように飛行体１の幅方向の中心部が飛行体１の後方に出っ張るように、左後ロータ１０３および右後ロータ１０４が配置される。

上反角は、図４を参照した際に飛行体１の左右方向を示す直線ＬＲとなす角であると説明した。しかし上反角は、直方体である底面領域１３０の上面または底面と、左前ロータ１０１および右前ロータ１０２のなす角であるとも言える。ただし底面領域１３０の上面とは、搭載空間１０に最も近い面である。上反角と同様に、図５を参照して説明した上反角に相当する角度とは、直方体である背後領域１４０の前面または後面と、左後ロータ１０３および右後ロータ１０４のなす角であるとも言える。

（駆動装置群２の構成）
図７は駆動装置群２の構成を示す図である。駆動装置群２は、内燃機関３０１と、発電機３０２と、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０４と、速度制御部３０５と、電動機３０６と、発電制御部３０７と、飛行制御部３０８と、バッテリ管理部３０９と、入力部３１０と、可動翼制御部３１１とを備える。

内燃機関３０１は、たとえば二輪車用エンジンである。内燃機関３０１は、不図示の燃料タンクに貯蔵された化石燃料、たとえばガソリンを燃焼させて運動エネルギーを発生させる。発電機３０２は、内燃機関３０１が発生させた運動エネルギーを用いて交流電力を発生させる。ＡＣ／ＤＣコンバータ３０３は、発電機３０２が発生させた交流電力を直流電力に整流する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０４は、飛行制御部３０８の動作指令を受ける変換ＩＣを備え、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０３が出力する直流電力を所定の電圧に変換する。

速度制御部３０５は、飛行制御部３０８の動作指令を受ける速度ＩＣを備え、電動機３０６の速度、すなわち回転数を制御する。速度制御部３０５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０４またはバッテリ管理部３０９から電力が供給される。電動機３０６は速度制御部３０５から供給される電力に基づきロータ１００を回転させる。なお図７では速度制御部３０５および電動機３０６を１つのみ図示しているが、４つのロータにそれぞれ２つの翼が備えられるので、実際には速度制御部３０５および電動機３０６は８つ備えられる。ただし速度制御部３０５に備えられる速度ＩＣは８よりも少ない数でもよいし、１つのロータ１００ごとに速度制御部３０５が１つのみ備えられてもよい。

発電制御部３０７は、飛行制御部３０８から動作指令を受ける発電ＩＣを備え、飛行制御部３０８の動作指令に基づき内燃機関３０１および発電機３０２を動作させる。飛行制御部３０８は、入力部３１０から入力される動作指令に基づき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０４、速度制御部３０５、発電制御部３０７、およびバッテリ管理部３０９に動作指令を出力する。また飛行制御部３０８は、不図示のセンサを用いて内燃機関３０１に備えられる燃料の残量を把握し、バッテリ管理部３０９からバッテリの残量の情報が伝達される。

バッテリ管理部３０９は、充放電が可能なバッテリ３０９Ａおよびバッテリ３０９Ａを管理するバッテリＩＣを備える。バッテリＩＣは、不図示のセンサを用いてバッテリ３０９Ａの残容量を測定して飛行制御部３０８に出力する。またバッテリＩＣは、飛行制御部３０８の動作指令に基づきＤＣ／ＤＣコンバータ３０４が出力する電力を用いてバッテリ３０９Ａを充電する。さらにバッテリＩＣは、飛行制御部３０８の動作指令に基づきバッテリ３０９Ａに蓄積された電力を速度制御部３０５および可動翼制御部３１１に供給する。

入力部３１０は、飛行体１に搭乗するユーザが飛行体１に動作指令を与えるために使用される。入力部３１０はたとえば、複数の押しボタンおよび操縦桿から構成される。ただし入力部３１０の構成はこれに限定されず、たとえばタッチ式の液晶ディスプレイやスイッチにより構成されてもよい。ユーザによる入力部３１０への入力は、飛行制御部３０８に伝達される。

可動翼制御部３１１は、飛行制御部３０８から動作指令を受ける可動翼ＩＣを備え、飛行制御部３０８の動作指令に基づき可動翼２０１を動作させる。

（飛行姿勢）
図８（ａ）は水平飛行時の飛行体１の飛行姿勢を示す図であり、図８（ｂ）は垂直飛行時の飛行体１の飛行姿勢を示す図である。以下では、図８（ａ）に示す姿勢を「水平姿勢」と呼び、図８（ｂ）に示す姿勢を「垂直姿勢」と呼ぶ。なお水平飛行時は、第１固定翼２０２および第２固定翼２０３から揚力が得られるが、垂直飛行時にはそれらは得られない。なお符号Ｇで示す位置は、飛行体１の重心である。

図８（ａ）に示す水平姿勢では、左前ロータ１０１および右前ロータ１０２の回転面が重力方向と略直行する。換言すると、水平姿勢では左前ロータ１０１および右前ロータ１０２の回転面が水平線と略平行となる。この水平姿勢では、左前ロータ１０１および右前ロータ１０２が生じる推進力は主に重力へ対抗するために用いられる。また水平姿勢において左後ロータ１０３および右後ロータ１０４が生じる推進力は、重力への対抗および前方への移動に用いられる。水平姿勢では可動翼２０１は主に、前方への推進力が増すように水平線と水平になるように制御される。

図８（ｂ）に示す垂直姿勢は、４つのロータ１００の推進力の合力が重力に対して最も効果的に働く姿勢である。すなわち垂直姿勢では、左前ロータ１０１と左後ロータ１０３とが鉛直方向に伸びる仮想的な線ｖに対して線対称である。また飛行体１の重心Ｇは、垂直姿勢における左前ロータ１０１と左後ロータ１０３との水平方向中心にあり、姿勢が安定する。左前ロータ１０１と左後ロータ１０３とのなす角が１２０度の場合には、水平線ｈと左後ロータ１０３とのなす角は３０度となる。垂直姿勢では、左後ロータ１０３が発生する推進力を重力を打ち消す方向に最大限に生かす目的で、可動翼２０１は左後ロータ１０３に対して垂直に設定される。

飛行体１は、ロータ１００の回転数および可動翼２０１の角度により水平姿勢から垂直姿勢へと変化させる。飛行体１は、水平姿勢と垂直姿勢のそれぞれが安定しているだけでなく、遷移中の姿勢も安定している。

（第１固定翼２０２の効果）
図９は、水平飛行時における第１固定翼２０２の作用効果を示す図である。これまで第１固定翼２０２の位置を詳しく説明していなかったが、本実施の形態における第１固定翼２０２は、重心Ｇよりも前方に配される。図１０では水平飛行時に左後ロータ１０３および第１固定翼２０２により生じる力を示している。左後ロータ１０３および右後ロータ１０４により発生する推進力１０３ｆは重心Ｇよりも上方に位置するので、この推進力１０３ｆは飛行体１を重心Ｇを中心として図１０において反時計回りに回転させる回転力１０３ｒとなる。

その一方で、第１固定翼２０２は水平飛行時には図示上方に向かう揚力２０２ｆが生じる。前述のとおり第１固定翼２０２は重心Ｇよりも前方に配されているので、揚力２０２ｆは回転力１０３ｒを打ち消す力、すなわち飛行体１の反時計回りの回転を抑制し、姿勢を安定させる働きを有する。以上をまとめると第１固定翼２０２は、重心Ｇよりも前方に配されているので飛行体１の水平飛行時の姿勢を安定させる。なお図１０では第１固定翼２０２は重心Ｇよりも上方に配されているが、重心Ｇよりも下方に配されてもよい。いずれに配されても揚力２０２は回転力１０３ｒを打ち消す働きを有するからである。

（姿勢制御）
飛行体１による姿勢制御の概要を説明する。以下に説明する姿勢制御は、たとえば飛行制御部３０８において実行可能である。飛行制御部３０８は次に説明する第１ステップ〜第３ステップを短い時間周期、たとえば１０ミリ秒ごとに繰り返す。飛行制御部３０８は第１ステップでは、目標とする飛行体１の姿勢角（以下、「目標姿勢角」とよぶ）および目標とする飛行体１の位置（以下、「目標位置」と呼ぶ）と、現在の姿勢角および位置との差分を算出する。

飛行制御部３０８は第２ステップでは、目標姿勢角と現在の姿勢角との差分がゼロとなるように可動翼２０１の偏角を算出し、算出した偏角を反映するように可動翼２０１の角度を制御する。飛行制御部３０８は第３ステップでは、可動翼２０１の角度を第２ステップにおいて制御したことによる推力の変化を算出し、高度を目標値に保つためのロータ１００の回転数を補正する。なおここで、目標位置と現在の位置との差分から求まる推力の分配を次の目標姿勢角に加算することで水平位置を目標状態に補正する。

なお、ロータ１００の回転数を補正することによる姿勢角の補正と、可動翼２０１を用いた姿勢角の補正とでは、投入電力の増減あたりの姿勢角変化速度は可動翼２０１によるほうが大きいため、姿勢角を安定に保つことができる。第１ステップ〜第３ステップの処理をまとめると、飛行制御部３０８は可動翼２０１を用いて姿勢を迅速に制御し、次に可動翼２０１の変化を考慮して応答の遅いロータ１００の目標値を設定する。

（左右加速）
図１０は、左右方向への水平加速を示す図であり、図１０（ａ）〜（ｂ）は飛行体１を用いる場合を示し、図１０（ｃ）〜（ｅ）は比較例飛行体１Ｚを用いる場合を示す図である。図４に示したように、左前ロータ１０１と右前ロータ１０２との間にはあらかじめ角度がつけられている。図１０（ａ）に示すように、左右方向への加速を行わない場合は、左前ロータ１０１および右前ロータ１０２の出力を等しくすることで、飛行体１の左方向への推進力と飛行体１の右方向への推進力とが相殺される。そしてたとえば飛行体１の左方向へ水平方向に加速するためには、右前ロータ１０２の出力を左前ロータ１０１の出力よりも大きくすればよい。これにより左右方向の推進力のバランスが崩れて左方向への推進力が残るので、飛行体１は左方向へ加速する。

図１０（ｃ）〜（ｅ）に示す比較例飛行体１Ｚは、左右方向に並ぶロータに角度が設けられていない。この比較例飛行体１Ｚも、左右方向への加速を行わない場合は図１０（ｃ）に示すように左右のロータの出力を等しくする。たとえば図１０（ｄ）に示すように比較例飛行体１Ｚの図示左側のロータの出力を大きくすると、図１０（ｅ）に示すように比較例飛行体１Ｚが傾き、その後に比較例飛行体１Ｚは図示右方向へ加速する。

なお飛行体１も左右への水平方向への加速の際に傾きが全く発生しないわけではない。しかし原理的に傾かなければ左右方向への加速が不可能な比較例飛行体１Ｚに比べれば、左右方向への加速に際して飛行体１の傾きは小さくできる。また飛行体１の傾きを比較例飛行体１Ｚと同程度に許容するのであれば、飛行体１は比較例飛行体１Ｚよりも迅速に左右方向の加速が可能である。

（動作例）
飛行体１は化石燃料、たとえばガソリンとバッテリ３０９Ａの２つのエネルギー源を有する。内燃機関３０１の始動時には、バッテリ３０９Ａに貯蔵されたエネルギーを用いて内燃機関３０１を始動させる。垂直飛行時、すなわち上昇、下降、ホバリングの場合は、主に発電機３０２から供給されるエネルギーを用いてロータ１００を動作させる。ただし突風が吹いた場合などはバッテリ３０９Ａに貯蔵されたエネルギーも補助的に用いて期待を安定させる。

水平飛行時には、発電機３０２から供給されるエネルギーを用いてロータ１００を動作させ、なおかつ余剰エネルギーでバッテリ３０９Ａを充電する。ただし内燃機関３０１に何らかの問題が発生した際には、バッテリ３０９Ａに貯蔵されたエネルギーを用いてロータ１００を動作させて緊急着陸する。そのためバッテリ３０９Ａの容量は、緊急着陸に必要なエネルギー量以上とする。なお緊急着陸に必要なエネルギー量は、たとえば想定される飛行体１の飛行高度と飛行体１の重量などから緊急着陸に必要な時間を算出し、ロータ１００の消費電力を加味して算出できる。

飛行体１は、化石燃料およびバッテリ３０９Ａという複数のエネルギー源を有することにより、次の利点を有する。化石燃料は入手が容易であり、かつ短時間で補給が完了する。バッテリ３０９Ａに蓄積された電力は瞬時に利用できるため、突風に対応して姿勢を維持する場合などに利用できる。内燃機関３０１が高効率で運転できる回転数で動作した場合に、ロータ１００や可動翼２０１では消費しきれない余剰エネルギーをバッテリ３０９Ａに蓄積して有効に活用できる。バッテリ３０９Ａだけで飛行に必要なエネルギーを賄う場合は、航続距離などの要求仕様にあわせてバッテリの容量を調整する必要があるが非常にコスト高となる。しかし化石燃料と組み合わせる場合には、化石燃料を貯蔵するタンクの容量を変更することは容易なのでコストを低減できる。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）飛行体１は、複数のロータ１００を備える。飛行体１は、１以上のロータ１００を含む底面領域１３０と、１以上のロータ１００を含む背後領域１４０との間にペイロードを搭載可能な搭載空間１０を有する。搭載空間１０を挟む底面領域１３０と背後領域１４０とのなす角は９０度よりも大きく１８０度未満である。そのため、水平飛行時および垂直飛行時の両方の場面で４つのロータ１００の発生させる推進力を有効に利用できる。

（２）底面領域１３０には左前ロータ１０１および右前ロータ１０２が含まれ、背後領域１４０には左後ロータ１０３および右後ロータ１０４が含まれる。すなわち底面領域１３０と背後領域１４０のそれぞれに、２つのロータ１００を備える。そのため２つのロータ１００の出力を調整して飛行体１の動きを制御できる。

（３）底面領域１３０において左前ロータ１０１および右前ロータ１０２は略同一平面に配置される。左前ロータ１０１および右前ロータ１０２は当該飛行体の中心線に対して左右対称な位置に配置される。左前ロータ１０１および右前ロータ１０２は、搭載空間１０から遠ざかるように上反角を有す。そのため、図１０に示したように水平の左右方向に加速する際に飛行体１の傾きを小さくでき、また飛行体１に傾きが生じることを許容するならば迅速な加速が可能である。

（４）背後領域１４０において左後ロータ１０３および右後ロータ１０４は略同一平面に配置される。左後ロータ１０３および右後ロータ１０４は当該飛行体の中心線に対して左右対称な位置に配置される。左後ロータ１０３および右後ロータ１０４は、搭載空間１０から遠ざかるように上反角を有する。そのため、一定の姿勢角までは姿勢角によらず即座に水平方向へ加速できる。

（５）左後ロータ１０３および右後ロータ１０４は、操舵可能な翼である可動翼２０１を搭載空間１０とは逆側に備える。そのため左後ロータ１０３および右後ロータ１０４が発生させる推進力を任意の方向に向けることができ、特に図８（ａ）に示すように水平飛行時に水平方向への推進力を多く確保できる。

（６）飛行体１は、化石燃料を動力とする内燃機関３０１、バッテリ３０９Ａ、および内燃機関３０１の出力を用いてバッテリ３０９Ａを充電可能なＡＣ／ＤＣコンバータ３０３およびＤＣ／ＤＣコンバータ３０４を備える。左前ロータ１０１、右前ロータ１０２、左後ロータ１０３、および右後ロータ１０４は、内燃機関３０１の出力およびバッテリ３０９Ａの出力により動作可能である。そのため補給が容易で出力が大きい内燃機関３０１を主として利用し、突発的なエネルギー需要にはバッテリ３０９Ａの出力を充てることができる。また内燃機関３０１が高効率で運転できる回転数で動作した場合に、ロータ１００や可動翼２０１では消費しきれない余剰エネルギーをバッテリ３０９Ａに蓄積して有効に活用できる。さらに、化石燃料とバッテリ３０９Ａとを組み合わせることで、一度のフライトに必要なエネルギーを低コストに調達できる。

（変形例１）
搭載空間１０にはユーザが搭乗しなくてもよい。その場合はたとえば、搭載空間１０にはカメラや計測器などの各種センサを搭載する。なお必要に応じてその他の運搬物を搭載してもよい。

（変形例２）
飛行体１の寸法は特に制限がない。たとえば搭載空間１０に人間が搭乗できるようにロータ１００の直径を２メートル以上にしてもよいし、無人の小型飛行体として使用するためにロータ１００の直径を１００ミリ以下にしてもよい。

（変形例３）
駆動装置群２には、内燃機関３０１および発電機３０２が含まれなくてもよいし、バッテリ３０９Ａおよびバッテリ管理部３０９が含まれなくてもよい。たとえば飛行体１は、内燃機関３０１および発電機３０２が含まれず動力としてバッテリ３０９Ａのみを有する構成でもよい。

（変形例４）
飛行体１は、可動翼２０１、第１固定翼２０２、および第２固定翼２０３の少なくとも１つを備えなくてもよい。また飛行体１の姿勢を安定させるために固定翼をさらに備えてもよい。

（変形例５）
左前ロータ１０１および右前ロータ１０２は、同一平面内に存在してもよい。すなわち左前ロータ１０１および右前ロータ１０２の上反角がゼロ度でもよいし、負の値でもよい。左前ロータ１０１および右前ロータ１０２の上反角が負の値の場合は、左前ロータ１０１と右前ロータ１０２のなす角は搭載空間１０側で１８０度を超える。

（変形例６）
左後ロータ１０３および右後ロータ１０４は、同一平面内に存在してもよい。すなわち左後ロータ１０３および右後ロータ１０４の上反角に相当する角度がゼロ度でもよいし、負の値でもよい。左後ロータ１０３および右後ロータ１０４の上反角に相当する角度が負の値の場合は、左後ロータ１０３および右後ロータ１０４のなす角は搭載空間１０側で１８０度を超える。

（変形例７）
それぞれのロータ１００同士は、外周が接していなくてもよい。また特定のロータ１００のみ外周が接していてもよい。たとえば左前ロータ１０１と右前ロータ１０２とは外周が接し、左後ロータ１０３と右後ロータ１０４とは外周が接するが、左前ロータ１０１と左後ロータ１０３とは外周が接せず、右前ロータ１０２と右後ロータ１０４とは外周が接しなくてもよい。

（変形例８）
上述した実施の形態では、それぞれのロータ１００は同方向に回転する回転翼を２つ備えた。しかしそれぞれのロータ１００に備えられる回転翼の回転方向は異なっていてもよい。この場合のロータ１００は、「二重反転ロータ」と呼ぶことができる。なお上述した実施の形態では左前ロータ１０１と右前ロータ１０２の回転方向は逆であったが、本変形例では両者の回転方向は同一でよい。

（変形例９）
上述した実施の形態では、底面領域１３０および背後領域１４０にそれぞれ２つのロータ１００が配置された。しかしそれぞれの領域に配置されるロータ１００の数は１でもよい。この場合は、底面領域１３０および背後領域１４０に配されるロータ１００は、ロータ１００の中心線と、図６に示した飛行体１の中心線Ｃとが一致するように配置される。すなわち本変形例ではロータ１００の数が少なく構成がシンプルになる利点を有する。また上述した実施の形態と同様に、水平飛行時および垂直飛行時の両方の場面でロータ１００の発生させる推進力を有効に利用できる。ただし上述した実施の形態とは異なり、上反角を設けることができないので左右方向への加速についての利点は有さない。

上述した実施の形態の構成から、底面領域１３０に含まれるロータ１００の数のみを変更して１にしてもよいし、背後領域１４０に含まれるロータ１００の数のみを変更して１にしてもよい。

（変形例１０）
上述した実施の形態では、底面領域１３０および背後領域１４０にそれぞれ２つのロータ１００が配置された。しかしそれぞれの領域に配置されるロータ１００の数は３以上でもよい。この場合には、上述した実施の形態のように上反角、および上反角に相当する角度を有するようにそれぞれのロータ１００を配置することが望ましい。また底面領域１３０に含まれるロータの数と背後領域１４０に含まれるロータ１００の数が一致しなくてもよい。以下では底面領域１３０に含まれるロータ１００の相互位置関係を説明するが、背後領域１４０に含まれるロータ１００の相互位置関係も同様である。

図１１は、底面領域１３０に含まれるロータ１００が３以上の場合のは一例を示す図である。図１１（ａ）は底面領域１３０に３つのロータ１００が含まれる場合を示し、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は底面領域１３０に４つのロータ１００が含まれる場合を示す。図１１（ａ）に示すように、底面領域１３０に３つのロータ１００が含まれる場合は、左右方向の中心に配されるロータ１００は上反角をゼロ度とし、その左右に配される２つのロータ１００の上反角を同一にすることが望ましい。

底面領域１３０に４つのロータ１００が含まれる場合は、図１１（ｂ）に示すように上反角がゼロ度のロータ１００を含めてもよいし、図１１（ｃ）に示すように全てのロータ１００の上反角をゼロ度以外に設定してもよい。図１１（ｂ）に示す例では、左右方向の中央に配される２つのロータ１００は上反角がゼロ度であり、右端および左端に配されるロータ１００は同一の上反角が設定される。図１１（ｃ）に示す例では、底面領域１３０に含まれる全てのロータ１００が、同一の上反角に設定される。

上述した実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。上記では、種々の変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１…飛行体
１０…搭載空間
１００…ロータ
１０１…左前ロータ
１０２…右前ロータ
１０３…左後ロータ
１０４…右後ロータ
１３０…底面領域
１４０…背後領域
２０１…可動翼
２０２…第１固定翼
２０３…第２固定翼
２５１…上部カウル
２５２…下部カウル
３０１…内燃機関
３０２…発電機
３０９Ａ…バッテリ

Claims (6)

1. 複数のロータを備える飛行体であって、
   １以上の前記ロータを含む底面領域と、１以上の前記ロータを含む背後領域との間にペイロードを搭載可能な搭載空間を有し、
   前記搭載空間を挟む前記底面領域と前記背後領域とのなす角は９０度よりも大きく１８０度未満であり、
   前記底面領域には第１ロータおよび第２ロータが含まれ、
   前記背後領域には第３ロータおよび第４ロータが含まれ、
   前記第３ロータおよび前記第４ロータは、操舵可能な翼である可動翼を前記搭載空間とは逆側かつ第３ロータおよび第４ロータの下流に備える飛行体。
2. 請求項１に記載の飛行体において、
   前記底面領域において前記第１ロータおよび前記第２ロータは略同一平面に配置され、
   前記第１ロータおよび前記第２ロータは当該飛行体の中心線に対して左右対称な位置に配置され、
   前記第１ロータおよび前記第２ロータは、上反角を有する飛行体。
3. 請求項１または請求項２に記載の飛行体において、
   前記背後領域において前記第３ロータおよび前記第４ロータは略同一平面に配置され、
   前記第３ロータおよび前記第４ロータは当該飛行体の中心線に対して左右対称な位置に配置され、
   前記第３ロータおよび前記第４ロータは、上反角に相当する角度を有する飛行体。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の飛行体において、
   化石燃料を動力とする内燃機関、バッテリ、および前記内燃機関の出力を用いて前記バッテリを充電可能なコンバータをさらに備え、
   前記複数のロータは、前記内燃機関の出力および前記バッテリの出力により動作可能な飛行体。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の飛行体において、
   前記搭載空間を挟む前記底面領域と前記背後領域とのなす角は１２０度である飛行体。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の飛行体において
   前記搭載空間に操舵不可能な固定翼を有する飛行体。

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