正圧浮揚型飛行機

この発明は飛行機に係り、特に、機体に対する相対的な空気流（正圧）に押されて浮揚する正圧浮揚型飛行機に関する。

一般的な飛行機は、主翼の上下面を流れる空気流の速度の差に基づいて、主翼上面に発生する負圧により機体を持ち上げるようにしている。 この場合、主翼の迎角が大きくなるその先端縁に沿って、気流の剥離が生じ易く、これによって失速したり不安定な状態となり易く、時には墜落することもある。

又、特開２００４−１０６７８４号公報には、空気流（正圧）に押されて飛翔する滑空凧飛行機が提案されている。

この飛行機は、滑空凧飛行機との名称であって、低速時あるいは着陸時に、機体の迎角が６０°近くに大きくなり、この点において凧と似ているが、実際は、機体上面の翼部に沿って、斜め下方へガスを噴射する噴射部によって、通常の飛行機と同様に推進力及び揚力を発生させるものであり、空気流に押されて揚力を発生させるものではない。

更に、低速時及び離着陸時には、機体全体の仰角を非常に大きくしなければならず、このような大きな迎角のままで滑走することは困難であるし、不安定でもある。

この発明は、機体に対する相対的空気流に押されて浮上すると共に、離着陸時あるいは低速飛行時にも、迎角が大きくなっても安定して飛行することができる正圧浮揚型飛行機を提供することを課題とする。

本発明者は、鋭意研究の結果、推進器によって機体を押すことにより、空気から得られる反力の分力によって機体の荷重を支えると共に、推進器による推力の分力により上昇させ、姿勢を最適に保ち、且つ飛翔することが可能であることを見出した。

即ち、以下の本発明により上記課題を解決するものである。

（１）前後方向、且つ、高さ方向の断面が、前端において前方に凸の円弧形状、後端において後方に先細り形状とされ、下側面に、幅方向の少なくとも１／２の範囲で、前端から後端に連続する凹溝形状の空気捕捉部を有する翼形状部と、前記翼形状部の後方に設けられた昇降舵及び方向舵と、前記翼形状部の上面側に取り付けられた推進器と、を有してなる正圧浮揚型飛行機。

（２）前記空気捕捉部は、横断方向の断面の面積が、前端と後端との間の中間部で、該前端及び後端よりも小さくなるように凹溝の内方に突出する絞り部を有することを特徴とする（１）に記載の正圧浮揚型飛行機。

（３）前記絞り部は、前記空気捕捉部における凹溝の底面となる翼形状部の下側面が、前記前端から前記中間部に向けて徐々に下向きに突出され、該中間部から前記後端に向けて徐々に突出量が小さくなるように形成された上下絞り部を含むことを特徴とする（２）に記載の正圧浮揚型飛行機。

（４）前記絞り部は、前記空気捕捉部における凹溝の左右側面が、前記前端から前記中間部に、幅方向中央に向けて突出され、該中間部から前記後端に向けて徐々に突出量が小さくなるように形成された左右絞り部を含むことを特徴とする（２）又は（３）に記載の正圧浮揚型飛行機。

（５）前記翼形状部の最大厚み部分の厚さが、該翼形状部の前後方向の長さである翼弦長の３／１０〜４／１０とされたことを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の正圧浮揚型飛行機。

（６）前記最大厚み部分は、前記翼形状部の前端から翼弦長の３／１０〜４／１０の位置に形成されていることを特徴とする（５）に記載の正圧浮揚型飛行機。

（７）前記翼形状部における前記円弧形状前端の円弧の直径は、該翼形状部の最大厚みと同一以下で、且つ、最大厚みの１／２とされたことを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の正圧浮揚型飛行機。

（８）前記翼形状部の幅方向両側には、前後方向に長く、且つ、前記翼形状部よりも厚く、前記幅方向両側の端部よりも下側に突出する高さの右側胴部及び左側胴部とが一体的に配置され、前記右側胴部及び左側胴部は、それぞれの前端が、前方に凸となる半球の一部又は全部の形状とされ、且つ、前記翼形状部の両側端部よりも下側に突出した部分の機体中央側面が前記空気捕捉部における凹溝の幅方向両側面を形成していることを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の正圧浮揚型飛行機。

（９）前記右側胴部及び左側胴部は、後端に向かって徐々に薄くなるように形成され、且つ、前記後端には、水平尾翼が一体的に取り付けられ、前記昇降舵は、前記水平尾翼の後端に配置されたことを特徴とする（８）に記載の正圧浮揚型飛行機。

（１０）前記翼形状部は、その幅方向中央に一体的に配置された中央胴部を含んだ構造とされ、前記翼形状部の幅方向両側には、これと一体的に、前後方向に長く、且つ、前記翼形状部よりも厚く、前記幅方向両側の端部よりも下側に突出する高さの右側胴部及び左側胴部とが配置され、前記中央胴部は、前端が前方に凸となる半球の一部又は全部の形状とされ、前記右側胴部及び左側胴部は、それぞれの前端が、前方に凸となる半球の一部又は全部の形状とされ、且つ、機体中央側面が前記空気捕捉部における凹溝の幅方向両側面を形成していることを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の正圧浮揚型飛行機。

（１１）前記中央胴部、右側胴部及び左側胴部は、後端に向かって徐々に薄くなるように形成され、且つ、前記右側胴部及び左側胴部の後端には、水平尾翼が一体的に取り付けられ、前記昇降舵は、前記水平尾翼の後端に配置されたことを特徴とする（９）に記載の正圧浮揚型飛行機。

（１２）前記右側胴部及び左側胴部は、機体全体を水上に浮上させる浮力が得られるフロートとされたことを特徴とする（７）乃至（１１）のいずれかに記載の正圧浮揚型飛行機。

（１３）前記翼形状部は、機体前後方向に長く、且つ、横断面において上面の高さが機体幅方向に均一とされたことを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の正圧浮揚型飛行機。

（１４）前記翼形状部は、その幅方向中央に配置された中央胴部含む構造とされ、前記中央胴部は、前端が前方に凸となる半球の一部又は全部の形状とされたことを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の正圧浮揚型飛行機。

（１５）前記中央胴部の下側面は、機体前後方向における、少なくとも前記翼形状部と重なる範囲で、前記空気捕捉部における凹溝の底面の一部を形成していることを特徴とする（１０）乃至（１２）、（１４）のいずれかに記載の正圧浮揚型飛行機。

（１６） 前記右側胴部及び左側胴部の最大厚さは、その前後方向の長さの２／１０〜３／１０とされたことを特徴とする（８）乃至（１２）のいずれかに記載の正圧浮揚型飛行機。

（１７）前記翼形状部の後方であって、前記空気捕捉部の後端に対して、機体幅方向の同一範囲を含む幅で、水平尾翼を設けたことを特徴とする（１）乃至（１６）のいずれかに記載の正圧浮揚型飛行機。

（１８）前記昇降舵は、前記水平尾翼の後端に揺動自在に取り付けられ、その前後方向の縦断面の形状が、上面が直線状、且つ、下面が下向きに凸の湾曲線状又は折曲げ線状とされたことを特徴とする（１７）に記載の正圧浮揚型飛行機。

（１９）前記翼形状部の下側に地上走行用の車輪を配置したことを特徴とする（１）乃至（１８）のいずれかに記載の正圧浮揚型飛行機。

本発明の実施例１に係る正圧浮揚型飛行機を示す平面図

同裏面図

図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図

翼形状部の先端の断面形状を模式的に示す断面図

同他の翼形状部の先端の断面形状を模式的に示す断面図

同正面図

本発明の実施例２に係る正圧浮揚型飛行機を示す平面図

同裏面図

図５のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図

同正面図

本願発明の実施例について図面を参照して説明する。

図１、２に示されるように、実施例１に係る正圧浮揚型飛行機（以下飛行機）１０は、主として翼形状部１２と、右側胴部３０Ａ、左側胴部３０Ｂ及び中央胴部４０と、翼形状部１２の後方に設けられた昇降舵５０及び方向舵５２と、中央胴部４０の後端近傍に設けられたプロペラ型の推進器５４と、右側胴部３０Ａ及び左側胴部３０Ｂの後端部に、これらを機体幅方向に接続して設けられた水平尾翼５６とを備えて構成されている。

昇降舵５０は、水平尾翼５６の後端に取付けられている。 図３に示されるように、翼形状部１２の、機体前後方向、且つ、高さ方向の断面において、前方に凸の円弧形状の前端２２と、後方に向けて先細り形状（略）（鋭角三角形状）の後端２６を有している。 又、最大厚み部分２１は翼形状部１２の前端２２から翼弦長の２／１０〜３／１０の位置に形成されている。

翼形状部１２における最大厚み部分２１の厚さは、翼形状部１２の前後方向の長さである翼弦長の３／１０〜４／１０、好ましくは３５／１００とされている。

又、前端２２の円弧の直径は、最大厚み部分２１の厚さと同一以下、且つ、１／３以上の範囲で選択する。 具体的には、図４に示されるように最大厚さＤと等しい直径の円弧形状前端２２Ａとしたり、図５に示されるＤ／３の前端２２Ｂの範囲から選択する。 なお、図５では、直径Ｄの円と先端の直径Ｄ／３との円の間に、中間の直径の円を外接して仮定し、これらの包接線を、前端２２Ｂの形状の外形線としている。

上記の最大厚さが翼弦長の３／１０未満であると翼形状部１２の厚さが不足して、空気流の剥離が生じ易く、４／１０を超えると空気抵抗が過大となる。 又、前端２２の円弧の直径が翼形状部１２の最大厚み部２１の厚さより大きいと、翼形状部１２に凹凸が生じ、１／３よりも小さいと後述の空気流の剥離が生じ易い。 最大厚み部分２１の機体部分２１の機体前後方向位置については、実験により、最も安定した飛行を保つ範囲を見出した。

右側胴部３０Ａ及び左側胴部３０Ｂは、薄肉翼形状部１２の幅方向両端に接続して、飛行機前後方向に長く、且つ主たる部分の横断面がほぼ半円形に形成されている。 又、右側胴部３０Ａ及び左側胴部３０Ｂの先端部は、前方に凸の半球から機体幅方向の各半分を切り取った球状先端部３１Ａ、３１Ｂとされ、又機体前後方向中間部から後端に向かって、その横断面の面積が徐々に小さくなるように設けられている。

翼形状部１２は、その厚さが右及び左側胴部３０Ａ、３０Ｂの高さの約１／４とされ、これらの高さ方向中間位置において接続されていて、右側胴部３０Ａ及び左側胴部３０Ｂの下側部分が翼形状部１２よりも下方に突出し、且つ、機体幅方向中央側の、翼形状部１２よりも下側部分は、図６に示されるように、機体進行方向に沿って延在する右ガイド面３２Ａ及び左ガイド面３２Ｂとされている。 更に、翼形状部１２及び中央胴部４０の下側面は、飛行機進行方向に沿って連続的な底面２４を形成している。

この底面２４と、その左右の右及び左ガイド面３２Ａ、３２Ｂとは、翼形状部１２の前端から後端に至る凹溝形状の空気捕捉部３２を構成している。

図２に示されるように、右ガイド面３２Ａ及び左ガイド面３２Ｂは、翼形状部１２の前後方向略中央位置で、機体幅方向中央側に最も突出量が多くなる左右絞り部３３Ａを有し、又、図３、６に示されるように、凹溝形状の空気捕捉部３２の底面となる、翼形状部１２の底面２４は、翼形状部１２の前後方向中央位置で最も下方に突出量が多くなる上下絞り部３３Ｂを有していて、これら左右絞り部３３Ａ及び上下絞り部３３Ｂは、絞り部３３を構成している。

上記構成により、空気捕捉部３２の前端から流入した空気は、右ガイド面３２Ａ、左ガイド面３２Ｂ及び底面２４の、最も突出量の多い部分により構成される絞り部３３で絞られてから後方に流出される。

中央胴部４０の前端は前方に凸の球状先端部４２とされ、且つ、主たる部分の横断面は、縦長の楕円形状とされ、又、機体前後方向中間部から後端に向かって徐々に断面積が小さくされている。

中央胴部４０の前端側は、翼形状部１２、右側胴部３０Ａ及び左側胴部３０Ｂの前端から前方に突出され、且つ、この前方に突出した部分の下側面４１は、翼形状部１２よりも下方に突出されているが、空気捕捉部３２の底面２４に、ほぼ面一に滑らかに連続するように形成されている。

翼形状部１２の後端２６は、隙間５８を介して水平尾翼５６の前端と機体高さ方向にほぼ面一に対向して配置されている。

又、推進器５４は、中央胴部４０の、後端であって、プロペラ５５が、平面視で、水平尾翼５６の前側の隙間５８の位置となるように配置されていて、方向舵５２は、水平尾翼５６の機体幅方向中央位置に、且つ、中央胴部４０の後方に垂直に配置されている。 昇降舵５０は、水平尾翼５６の後端に揺動自在に取り付けられ、その前後方向の縦断面の形状が、上面が直線状、且つ、下面が下向きに凸の湾曲線状又は折曲げ線状とされ、その機体幅方向の長さが、空気捕捉部３２の後端部とほぼ一致するようにされている。 又、水平尾翼５６は、右側胴部３０Ａ及び左側胴部３０Ｂの後端よりも、機体幅方向両側に突出して形成されている。

ここで、水平尾翼５６の断面形状は、翼形状部１２の断面形状を上下反転させた形状とするとよい。 この実施例では、翼形状部１２の断面形状は上面が水平、下面が下方に凸とされているので、水平尾翼５６の上面は上方に凸、下面は水平又は凹形状とされている。 翼形状部１２の上面は図３の形状に限定されるものでなく、情報に凸あるいは凹であってもよい。 従って翼形状部１２の上面が凸又は凹であれば水平尾翼の上面は凹又は凸となる。 又、翼形状部１２の後端２６に対して、図３のように水平尾翼５６の上下方向の位置を高くするとき飛行が最も安定した。

なお、推進器５４は、ジェットエンジンあるいはロケットエンジンであってもよいし、飛行機１０が小型機、例えば無人機あるいは模型飛行機の場合は、バッテリー等の電源により駆動されるモータとプロペラであってもよい。

この正圧浮揚型飛行機１０においては、必要であれば、地上滑走用の車輪６０が設けられる。 この車輪６０は、右側胴部３０Ａ及び左側胴部３０Ｂの前部下側と、水平尾翼５６の下側の中央に設けると良い。 又、正圧浮揚型飛行機１０を飛行艇として用いる場合は、右側胴部３０Ａ及び左側胴部３０Ｂをフロートとする。

この実施例１に係る正圧浮揚型飛行機１０は、地上や水上に静止した状態から、推進器５４によって前方に加速すると、飛行機１０に対して、空気には相対速度が発生し、翼形状部１２の下側の空気捕捉部３２内に入り込む。

ここでは、右ガイド面３２Ａと左ガイド面３２Ｂとによって、空気流が機体の幅方向外側に流出しないように捕捉されるので、空気捕捉部３２の底面２４が空気を押すことになる。 この空気を押すことによって、底面２４を介して、翼形状部１２は空気からの反力を受ける。

ここで、飛行機１０の浮揚について和凧と比較して説明する。

和凧の場合、風受け面（前面）は風によって押され、この和凧を保持する凧糸に張力がかかる。 和凧は、凧糸によって保持されていて、風のある状態あるいは無風下では凧糸を引張ることにより、空気流が風受け面に衝突すると、その反力により浮上し、釣合いのとれる迎角となる位置まで上昇しようとする。 この上昇する力は、凧糸を繰り出さない限り上記反力の風受け面に沿う分力であり、凧糸を繰り出した時は、前記分力と風受け面と垂直な分力との合成力となる。

この実施例では、凧糸の張力に代えて、推進器５４によって、翼形状部１２が空気を押す方向に加速し、その反力として上記２つの分力を得ていると考えられる。

推進器５４によって、翼形状部１２が空気を押した状態で、昇降舵５０を下向きにしておけば、翼形状部１２に係る飛翔力が抑制されて飛行機１０は僅かに浮上した状態のままで地上すれすれに滑空する。

推進器５４のパワーを増加すると共に、昇降舵５０を上向きにすれば、機体の前側が持ち上がり、且つ推進器５４のパワー増大に比例して、機体は大きな反力を得て、加速且つ上昇する。

このとき、翼形状部１２の迎角は、かなり大きくなるが、翼形状部１２、右側胴部３０Ａ、左側胴部３０Ｂ及び中央胴部４０の前端は円弧形状前端あるいは球状前端部となっているので、翼形状部１２の前端部における空気流の剥離が無く、従って失速あるいは墜落することがない。

上記過程において、空気捕捉部３２の前端から後端に向かって空気流が形成されるが、前後方向中間位置の、底面２４、右ガイド面３２Ａ、左ガイド面３２Ｂの突出量が最大となる絞り部３３によって空気流が絞られ、且つ、後方に向かって通路断面積が大きくなるので、いわゆるコアンダ効果によって、底面２４、右ガイド面３２Ａ、左ガイド面３２Ｂに沿う粘性の高い遅い流れが生じ、従って離れた位置では高速流が生じ、この高速流によって翼形状部１２は大きな推進力を得ることができる。

飛行機１０の、推進器５４の出力が小さい低速飛行時には、空気捕捉部３２によって空気を押圧する力が弱いので、飛行機１０全体の迎角が大きくなり、推進器５４による推進力の機体前進方向の分力が小さい。

又、推進器５４のパワーが増大すると、翼形状部１２は空気を押さえ込む力が強くなり、その迎角が小さくなるので、推進器５４による推進力の分力が前進方向に大きくなり、飛行機１０は高速走行ができる。

このように、推進器５４のパワーによって飛行機１０の迎角が変化するので、安定した飛行をすることができる。 又、大気の速度即ち風速と、飛行機１０の前進方向の分力とが一致した場合は、飛行機１０をホバリングさせることができる。

ここで、水平尾翼５６の断面形状が、翼形状部１２の断面形状を反転した構成となっているので、水平尾翼５６の上面に負圧による揚力が発生し、この揚力が、翼形状部１２全体が前方に持ち上がるモーメントに対抗することになり、飛行姿勢を安定させることができる。

なお、機体重量、空気捕捉部３２の受風面積、推進器５４の出力の相互の関係は、試行錯誤によって決定しているが、理論が確定すれば、コンピュータによる設計が可能となる。

空気捕捉部３２は、実施例では１本であるが、これは機体幅方向に複数本に分けて構成してもよい。 但し、空気捕捉部３２の翼形状部１２に対する幅方向のサイズの割合は、少なくとも１／２が望ましい。 １／２よりも小さいと機体の浮揚力が不充分であり、推進器５４のパワーを不必要に大きくせざるを得ない。 上限は全幅から右及び左ガイド面３２Ａ、３２Ｂの幅を除いた値となる。 なお空気捕捉部３２の深さは、機体が横滑りしない程度であればよいが、これも試行錯誤によって決定することになる。

次に、図７乃至図１０を参照して、本発明の実施例２に係る正圧浮揚型飛行機７０について説明する。

この正圧浮揚型飛行機７０は、いわゆる全翼型飛行機であって、機体の全幅に亘って実施例１における右側及び左側胴部と同一高さの翼形状部７４とされている。 空気補足部７２は、左右のガイド面を７３Ａ、７３Ｂを形成する左右側壁７３の、幅方向の和が翼形状部７４の幅と等しくなるようにされている。 空気補足部７２は左右のガイド面７３Ａ、７３Ｂ及び底面７２Ａによって形成されている。

翼形状部７４の中央位置には、実施例１におけると同様の中央胴部４０が一体的に設けられている。 この中央胴部４０の前端を翼形状部７４の前端よりも前方に位置させ、且つ図７及び図８に符号７６で示される凹欠部を設けている。 この凹欠部７６の幅方向外側に連続して、実施例１における右及び左側胴部３０Ａ、３０Ｂと同一の縦断面形状の球状先端部３１Ａ、３１Ｂが形成されている。

他の構成は、前記実施例１における構成要素と同一部分に同一符号を付することにより説明を省略する。

この全翼型の正圧浮揚型飛行機７０は、空気補足部７２の面積が、機体平面の面積に比較して大きくなるので、大きい浮揚力を得ることができる。 又、凹欠部７６よりも突出された先端部３１Ａ、３１Ｂ及び球状４２により空気流の剥離を抑制できるので、飛行が安定する。

なお、全翼型飛行機に本発明を適用した場合、中央胴部は必ずしも設ける必要は無いが、設けた場合は飛行が安定する。

上記実施例１及び２において、翼形状部の後端と水平尾翼との間に隙間５８が設けられているが、本発明はこれに限定されるものでなく、推進器と干渉しなければ、隙間５８は必ずしも設ける必要は無い。

又、絞り部３３は、左右絞り部３３Ａ、上下絞り部３３Ｂとから構成されているが、どちらか一方のみによって構成してもよい。 更に、中央胴部の前端は、必ずしも左右胴部よりも突出させなくてもよく、突出量が左右胴部よりも小さくてもよいが、これらの間に凹欠部７６を設けると飛行状態が安定する。

産業上の利用の可能性

機体の姿勢及び速度に関わらず、安定した飛翔をする飛行機を提供できる。