【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は揚力の主要部分がヘリウムの如き浮揚性ガスにより与えられる航空機、あるいは飛行船に関する。 本発明は１９８０年８月６日出願された本出願人の係属中のカナダ国特許願第３５７７００号に記載された航空機及びこれに関連する改良である。 【０００２】 【従来技術及びその課題】前記出願は、膨脹したとき本質的に一定の大きさ及び形状を有していて、そして気球は内部支持構造体が僅かにあるかあるいは全くないときでも、気球の形状及び大きさが大気圧力及び温度の通常の変化によって実質的に影響されない充分高い圧力の浮揚性ガスを含んでいる所謂「過圧」気球を使用する航空機について記載している。 過圧気球の特質及び本発明に使用される如き気球に使用せんとする圧力に関する更に詳細なことは前記の出願において明らかであろう。 【０００３】前記の出願に記載されている如く、この航空機は更に、中央ゴンドラから上方へ延びており、各々が上方端を有している２つのアームを含む硬質荷重支持ヨークと、気球の中心を通る標準水平軸線の周りに気球を回転せしめるように前記アームの上方端に気球を回転可能に連結している手段と、前記軸線を横切る前進方向に空気を介して航空機を推進するための手段と、前記前進方向に面する気球の表面が気球の中心に対して上向きに移動するような方向に前記水平軸線の周りに気球を回転するための手段と、を具備している。 【０００４】気球の回転は航空機が前進するとき効果的となる、マグナス効果によって揚力に貢献する。 というのは最初の離昇機関推力が静的揚力を増大し得るからである。 上述の特徴を有する航空機を以下に「既述の型式の」航空機と呼ぶ。 【０００５】前記の出願に記載された航空機はアーム及び翼形態（ａｉｒｆｏｉｌ ｓｈａｐｅ）のゴンドラを有し、そしてアームは気球の形状に合致し、且つ気球の底部をゴンドラの頂部から分離している間隔が気球半径の１／１０以下であるようにゴンドラを位置づけするため縦に曲げられている。 ゴンドラの頂部は長手方向に曲げられ航空機の方へ下に気球のカーブに従っており、中心線を越えて表面は下方に傾斜している。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は前述の出願に記載された特徴と類似の主たる特徴を有していて、しかもゴンドラ及び支持アームの配置が飛行特性及び特に回転する気球によって得られることができる揚力と抗力（ｄ
ｒａｇ）との比を改善するため変更された航空機を提供している。 【０００７】本発明によれば既述の型式の航空機では、
ゴンドラは横方向にも長手方向にも気球表面に合致するため凹状に形造られそして航空機が前進方向に移動するときゴンドラと気球との間の空気の流れを制限するのに充分小さい量だけ前記気球表面から間隔をへだてられているその上部表面を有している。 【０００８】ゴンドラの上部表面部分、そして好ましくは主要部分は気球表面の最も近い部分から１２インチ（３０．５ｃｍ）より少い所に位置づけされることができる。 この間隔は標準的に気球半径の２％より少く、そして大型の気球（つまり直径１６０ｆｆ、即ち５０ｍ）
では約１％とすることができる。 そうでないと気球の前方へ移動する底部表面下の流れはゴンドラの比較的滑らかな底部表面下で偏向されるので気球とゴンドラとの間の流れの制限は抗力（ｄｒｏｇ）を減少する。 【０００９】 【実施例】添付図面を参照してより詳細に本発明を説明する。 【００１０】航空機即ち飛行船の主要構成部分は本出願人の前出願において記載された如くであり、そして下記の通りである。 周辺のケーブル１２ａを有している球形過圧気球１０と、中央ゴンドラ３６から上向きに延びている２つのアーム３２を含む硬質荷重支持ヨークと、気球をその中心を通過する標準水平軸線１６の周りに回転せしめるためこれ等のアームの上端に気球を回転可能に連結する軸３０と、アームの上端に隣接して取付けられており、空気中を軸線を横切る前進方向に航空機を推進するためのガスタービン機関４０と、前進方向に面する気球の表面が気球の中心に対して上向きに動く方向に気球を回転するためアーム３２の頂部に取付けられた電動モータであって、これによってマグナス（ｍａｇｎｕ
ｓ）効果により揚力を生ずる手段。 【００１１】特に気球材料と、気球を加圧するための手段と、気球の球形を維持するための内部ケーブルと、気球回転手段と、機間４０の種類と、ゴンドラ３６及び舵４１を備えられているアーム３２とに関する全体的な詳細はすべて本出願人の前出願に記載されている。 しかし乍ら、この飛行船は本出願人の前出願のものと比較すると下記の変更を有している。 【００１２】１） 気球１０は周辺のケーブル１２ａに加えて、気球の表面上に一連の方形を形成する付加的なケーブル１２ｂが設けられるように変更されている。 気球材料はピロー効果（Ｐｉｌｌｏｗｅｄ ｅｆｆｅｃ
ｔ）を与えるためケーブル間で僅かに膨らむ。 大きさの不規則性はゴルフボールのくぼみに類似しており（気球の大きさに比例）、そしてその効果はマグナス効果を向上し、且つ抗力（ｄｒａｇ）を減少することにおいてゴルフボールに類似させる意図を有している。 【００１３】２） 本出願人の前出願によれば軸によって気球の中心で支持されている単一の中央補助気嚢の代りに２つの補助気嚢２４が使用されていて、その各々は気球の回軸軸線の１端部に位置づけされている。 大きなエンドプレート１４が設けられており、これにケーブル１２ａ端が取付けられており、そして補助気嚢２４の可撓性材料はプレートの各々の周辺の周りに連結され、且つシールされている。 収縮したとき、補助気嚢材料は隣接するエンドプレートに接触しているかあるいは接近しており、そして膨脹したとき補助気嚢はほぼ半球形となる。 空気はアーム３２の上方を通り、且つ軸３０と同軸線の気球内に入っている管を介して補助気嚢へ供給され、各々の補助気嚢は独立の圧縮機によって供給されるので補助気嚢内の空気量は航空機のトリミングを助けるため独立して調整されることができる。 中心軸１６は補助気嚢を支持する必要がないので、これは全く軽い構造体であり、ただ軸線方向の荷重に耐えるのに適していればよい。 【００１４】３） ゴンドラ３６は気球の隣接する表面に非常に近接して同形状のその上部表面を有している；
ゴンドラ上部表面の主要部分は気球表面の最外方端から１２インチ（３０．５ｃｍ）あるいは気球半径の約２％
より少いところに位置づけされることができる。 気球の最外方面からの好ましい空間は半径５０ｍの気球に対して気球半径の約１％あるいは約２５ｃｍである。 双方の部分が気球湾曲部に対して相接し同形状となるように軸１６の前方にあるゴンドラトツプの前部に対してのみならず、軸１６後方にあるゴンドラトツプの後部のより少ない部分に対して凹状湾曲部を設けることによりブランキング（ｂｌａｎｋｉｎｇ）効果が向上する。 気球とゴンドラとの間の気流を制限することにより、これはそうでないと飛行船の全速度の恐らく２倍で前方へ動いている気球の荒い底面のため生ずる抗力（ｄｒｏｇ）を減少する傾向がある。 換言すれば、気球の下部表面の実質的部分はブランクオフされるか（ｂｌａｎｋｅｄ ｏｆ
ｆ）あるいはゴンドラによってマスク（ｍａｓｋ）され、そして飛行船が前方へ移動するとき空気は気球の下部よりも少い抵抗を流れに与えるゴンドラ下方へ大部分偏向される。 ゴンドラトツプ表面は横にも縦にも凹んでいるので、ブランキング効果はゴンドラの側縁部へ続き、そしてブランキング効果はまた前後方向において広く、且つまたそれ等の長さの大部分に対し横にも縦にも内方に凹んでいるアーム３２の下方部分に続いている。 【００１５】４） 機関４０はアーム３２の上端に隣接して取付けられているが気球半径のつまり１／５に相当する量まで気球の回転軸線の下方に位置づけされ、そして少くとも全飛行船の重心に整合されるように近づけられている。 この機関の位置づけは、本出願人の前出願における如く気球軸線と整合された機関により前方へ加速するときに生ずるゴンドラの僅かな後方への揺れをなくす。 【００１６】５） 付加的な制御表面が機関の後に位置づけされた推力デイフレクターの形で設けられている。
マグナスの揚力量は飛行船の前進速度と、気球の回転速度と、気球の表面の凸凹とにより左右される。 【００１７】下記の表１は本発明に例示され、そしてそれぞれ７２ｆｆ、１６０ｆｆ及び２００ｆｆ（それぞれ２２ｍ、４９ｍ及び６１ｍ）を有するデザインの３つの飛行船のモデルに対して、何が最良の飛行条件であるかを概略的にまとめた計算値を示している。 【００１８】 【表１】 表１ モ デ ル 名 称 ７２Ｐ １６０Ｐ ２００Ｐ球体直径 (ff) ７２ １６０ ２００ （球体直径 −ｍ) (２２) (４９) (６１) 全球体容積(cu ff) 195,500 2,144,500 4,188,800 （全球体容積ｍ 3 ） (5,530) (60,700) (118,500) 全静的揚力 (1b) 12,900 140,600 274,000 （全静的揚力 kg) (5,860) (63,800) (124,000) 正味重量 (1b) 7,000 45,600 99,000 （燃料塔載せず） 正味重量(kg) (3,170) (20,700) (45,000) （燃料塔載せず） 正味静的揚力(1b) 5,900 95,000 175,000 （正味静的揚力kg） (2,680) (43,100) (79,500) 最大マグナス揚力(1b) 6,000 30,000 40,000 (最大マグナス揚力)(kg) (2,720) (13,600) (18,200) 燃料荷重 (1b) 2,400 40,000 55,000 （燃料荷重 kg） (1,090) (18,200) (25,000) 正味利用可能静的揚力(1b) 3,500 55,000 120,000 (正味利用可能静的揚力)(kg) (1,590) (25,000) (54,500) 正味最大利用可能揚力(1b) 9,500 85,000 160,000 (正味最大利用可能揚力)(kg) (4,310) (38,600) (72,500) 最大対気速度(mph) ６０ ６０ ６０ （最大対気速度 kmph) (１００) (１００) (１００) マグナス揚力に対する数値は大規模な実験中の近似値であることに留意されたい。 【００１９】マグナス揚力は特に小型の飛行船のときに正味最大利用可能揚力に実質的に貢献することができる。 大きさが増加するにつれて全静的揚力は気球の直径の三乗に比例して増加しこれに対してマグナス揚力は気球直径の二乗に左右されるので、マグナス揚力の相対的量は減少する。 しかし乍１６０ｆｆ． （４９ｍ）直径のモデルではマグナス揚力はなほ正味利用可能静的揚力の４０％よりも多い。 ２００ｆｆ． （６１ｍ）直径モデルの場合ですら正味利用可能静的揚力の約３０％であり、
そして確かに２５％を越えている。 マグナス揚力は速度並びに回転に左右されるので、正味利用可能静的揚力よりも大きい荷重をもって離陸するためには、飛行船は滑走路に沿って走行せしめねばならないかあるいは静的揚力を増加するため機関推力が使用されなければならない；浮上能力（ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｈｏｖｅｒ）が重要であると考えられるので後者の選択が好ましい。 離陸のとき機関は全機関推力の少くとも６０％が離陸のとき静的揚力を増加するため下方へ向けられるように方向づけされることが予期されるので、従って機関は気球がマグナス揚力を供給するため回転されている間に前進方向に飛行船を推進するため水平位置に対して傾斜されている。 一旦巡般速度に達したとき、機関は第一に前進運動のためのみに使用される。 【００２０】マグナス効果に対して実質的にペイロード（ｐａｙ‐ｌｏａｄ）に貢献するため、機関は正味利用可能静的揚力の少くとも２５％そして好ましくは少くとも４０％である下方に向けられた推力を発生することが出来なければならず；そして気球の表面特性及び気球を回転するための手段は巡航速度のときマグナス揚力が正味最大利用可能揚力のそれぞれ２５％あるいは４０％よりも大きくなるようにする。 【００２１】気球上のケーブルパターン（ｃａｂｌｉｎ
ｇ ｐａｔｌｅｒｎ）はより複雑にすることができ、そして例えば３角形ピロー領域（ｐｉｌｌｏｗｅｄ ａｒ
ｅａ）を与えることができる。 この目的のためジオデシツクドーム（ｇｅｏｄｅ‐ｓｉｃ ｄｏｍｅ）のパターンに類似するパターンに配置されることができ、あるいはケーブルは球面二十面体に類似とすることができる。 【００２２】また、前述のブランキング効果は後方に延びておりそして気球の表面に相接し、同形状のアーム３
２を有することによって増加されることができる。 【００２３】気球とゴンドラ上部表面との間の間隙は非常に小さく、気球の表面凹凸によって流入した空気は気球とゴンドラとの間の間隙を通り前方へ引かれることができる。 この間隙が比較的大きければ、空気は気球の下方を後方へ流れる。 この間隙は気球とゴンドラとの間に最小の気流があるように中間の大きさにあることが好ましいと考えられている。 【００２４】図４より図６に例示された飛行船のモデルで凡洞試験が行なわれた。 このモデルは各々が１／４インチ（６ｍｍ）の深さであって、９０度の円弧を越えて延びている１６のパドル１１２を有し、そして飛行船のケーブルによって作られた模擬の表面荒さを与えている１２インチ（３０．５ｃｍ）の球面体１１０を使用している。 このモデルのゴンドラ１３６はより少い深さを有していてそしてまっすぐな面のアーム１３２を有することを除いて、図１より図３に示されているゴンドラと同じように形造られている。 ゴンドラは丁度パドルを通過するのに充分なだけ球面体から間隔をへだてられており、すきま間隔は球面体半径の１％よりも少い。 【００２５】下記の表は揚力係数ＣＬ及び抵抗係数ＣＤ
のための結果を示しており、これ等の量は下記の式を満足する： 揚力 ＝ １／２ＣＬｅＳＶ ２抗力 ＝ １／２ＣＤｅＳＶ ２ ｅは空気の密度 Ｓは球面体の前部面積（のみ）そしてＶは対気速度。 【００２６】この試験は種々のゴンドラデザインの特定の球面体の揚力及び抗力への影響を示す意図を有していたので、量Ｓはゴンドラ面積を含んでいない。 【００２７】この試験はｗｄ／ｕ で与えられる種々の旋回速度で行なわれ、この場合− ｗは角速度、半径／秒であり； ｄは球面体直径， ｕは対気速度である。 【００２８】下記の表２の結果は、ゴンドラによって生ずるマスク効果（ｍａｓｋｉｎｇｅｆｆｅｅｔ）を用いて、球面体の回転速度が増加すると共に揚力が増加される間に抗力を減少されることができるということを示している。 【００２９】 【表２】 表２ ｗｄ／ｕ ＣＬ ＣＤ ０．０ −０．１８ ０．４５ ０．５ ０．１２ ０．４０ １．０ ０．１３ ０．３７ １．５ ０．１３ ０．３８ ２．０ ０．１５ ０．３８ ２．５ ０．１３ ０．３７ ３．０ ０．１４ ０．３５ ３．５ ０．１５ ０．３４ ４．０ ０．１７ ０．３１ 【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の航空機の側部立面図である。 【図２】図１の航空機の正面立面図である。 【図３】同じ航空機の裏面の図である。 【図４】凡洞試験に使用された航空機のモデルの図である。 【図５】凡洞試験に使用された航空機のモデルの図である。 【図６】凡洞試験に使用された航空機のモデルの図である。 【符号の説明】 １４ エンドプレート ２４ 補助気嚢 ３２ アーム ３６ 中央ゴンドラ ４０ 機関 ４１ 航 |
