JP4986212B2 - Flapping airplane - Google Patents
Flapping airplane Download PDFInfo
- Publication number
- JP4986212B2 JP4986212B2 JP2006195958A JP2006195958A JP4986212B2 JP 4986212 B2 JP4986212 B2 JP 4986212B2 JP 2006195958 A JP2006195958 A JP 2006195958A JP 2006195958 A JP2006195958 A JP 2006195958A JP 4986212 B2 JP4986212 B2 JP 4986212B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flapping
- wing
- blade
- motion
- outer skin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 108
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 23
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 12
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 12
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 73
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 73
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 229920002457 flexible plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Toys (AREA)
Description
本発明は、羽ばたき飛行機に関する。 The present invention relates to a flapping airplane.
従来より、推進装置によって発生させた推力を用いて翼に揚力を発生させて飛行する航空機が種々提案されている。人間が搭乗可能な航空機としては、機体に固定された主翼によって揚力を発生させるとともにエンジン等の推進装置によって推力を発生させる固定翼航空機や、複数のブレードを回転軸周りに回転させて揚力及び推力を発生させる回転翼航空機が主流となっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, various aircraft that fly by generating lift on a wing using thrust generated by a propulsion device have been proposed. Aircraft that can be carried by humans include a fixed-wing aircraft that generates lift by the main wings fixed to the fuselage and generates thrust by a propulsion device such as an engine, and lift and thrust by rotating multiple blades around the rotation axis. Rotor wing aircraft that generate
また、前記した固定翼航空機や回転翼航空機が完成する以前から、翼の一部又は全部を鳥のように羽ばたかせることによって揚力及び推力を発生させる「羽ばたき飛行機」の開発も進められていた。 In addition, before the completion of the fixed wing aircraft and the rotary wing aircraft described above, the development of “flapping airplanes” that generate lift and thrust by flapping part or all of the wings like birds has been underway.
現在においては、翼を打ち上げ打ち下ろしする主運動(フラッピング運動)と、翼のピッチ角を変更する副運動(フェザリング運動)と、を連成させるように構成された羽ばたき飛行機が提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。また、モータの回転力をクランク等の動力伝達機構を介して翼に伝達して翼を羽ばたかせる羽ばたき飛行機も提案されている(例えば、特許文献3参照。)。また、近年においては、翼上面及び翼下面の前縁部分を接続する一方、後縁部分を分離させることにより、羽ばたき時における翼の捻りを許容する技術も提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。
前記した特許文献1〜特許文献3及び非特許文献1に記載されたような従来の技術を採用すると、例えば遊戯用の模型や災害地調査用等の小型飛翔体として利用することが可能な比較的小型の羽ばたき飛行機を得ることができる。
When conventional techniques such as those described in
しかし、前記した従来の技術を採用しても、固定翼航空機や回転翼航空機のように人間を搭乗させて飛行するような比較的大型の羽ばたき飛行機を得ることは依然として困難であった。人間が搭乗可能な大型の羽ばたき飛行機を完成させるためには、格段に大きな揚力及び推力を発生させるように従来の技術とは一線を画した独創的・革新的な羽ばたき機構を開発する必要があった。 However, even if the above-described conventional technology is adopted, it is still difficult to obtain a relatively large flapping airplane that carries humans and flies like fixed-wing aircraft and rotary-wing aircraft. In order to complete a large flapping airplane that humans can ride on, it was necessary to develop an original and innovative flapping mechanism that was distinct from the conventional technology so as to generate significantly higher lift and thrust. It was.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、極めて独創的・革新的な羽ばたき機構を有し、将来的には人間を搭乗させて飛行可能な比較的大型の羽ばたき飛行機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and has a very original and innovative flapping mechanism, and in the future, to provide a relatively large flapping airplane that can fly with humans on board. With the goal.
前記目的を達成するため、本発明に係る羽ばたき飛行機は、機体と、この機体に取り付けられた翼と、この翼の羽ばたき運動を実現させる羽ばたき機構と、を備える羽ばたき飛行機であって、羽ばたき機構は、上端部が機体の後方寄りに位置し下端部が機体の前方寄りに位置するように配置された状態で機体に固定された軸部材と、軸部材に沿って機体の後方寄り上方位置と前方寄り下方位置との間を往復移動するように構成されるとともに翼の翼根部にヒンジ部を介して連結された移動部材と、移動部材を往復移動させる駆動部と、機体と翼とを連結し翼の翼根部から所定距離離隔した位置を支持するとともに翼との接続部分を支点として翼を上下方向及び前後方向に回動自在とする翼支持部材と、を有し、駆動部で移動部材を軸部材に沿って往復移動させて翼の翼根部を機体の後方寄り上方位置と前方寄り下方位置との間で往復移動させることにより、前記支点を中心に翼を上下に回動させてフラッピング運動を実現させると同時に、前記支点を中心に翼を前後に回動させてリードラグ運動を実現させるものである。 In order to achieve the above object, a flapping airplane according to the present invention is a flapping airplane comprising a fuselage, a wing attached to the fuselage, and a flapping mechanism for realizing flapping motion of the wing. A shaft member fixed to the fuselage with the upper end positioned closer to the rear of the aircraft and the lower end positioned closer to the front of the aircraft; A moving member connected to the blade root portion of the wing via a hinge portion, a drive unit for reciprocating the moving member, and the fuselage and the wing are connected. A blade support member that supports a position separated from the blade root portion by a predetermined distance and makes the blade rotatable in the vertical direction and the front-rear direction with a connection portion with the blade as a fulcrum. Along the shaft member By reciprocating the wing, the wing root of the wing is reciprocated between the rear upper side position and the front lower side position so that the wing is rotated up and down around the fulcrum to realize the flapping motion. At the same time, the wing is rotated back and forth around the fulcrum to realize the lead lug motion.
かかる構成を採用すると、翼のフラッピング運動と、翼のリードラグ運動と、を同時に実現させながら羽ばたき飛行を行うことができる。例えば、翼の打ち下ろし運動を実現させると同時に翼を後方から前方に移動させるリード運動を実現させることにより、空気に対する翼の相対速度を高めることができるため、大きい揚力及び推力を発生させることができる。一方、翼の打ち上げ運動を実現させると同時に翼を前方から後方に靡かせるラグ運動を実現させることにより、空気に対する翼の相対速度を低下させることができるため、翼の打ち上げ時にダウンフォースが発生する場合には、その大きさを低減させることができる。 By adopting such a configuration, it is possible to perform flapping flight while simultaneously realizing the wing flapping motion and the wing lead lug motion. For example, it is possible to increase the relative speed of the wing with respect to the air by realizing the lead movement that moves the wing from the rear to the front at the same time as realizing the downstroke movement of the wing. it can. On the other hand, by realizing a lag motion that moves the wing from the front to the rear at the same time as realizing the wing launch motion, the relative speed of the wing to the air can be reduced, so downforce occurs when the wing is launched In some cases, the size can be reduced.
前記羽ばたき飛行機において、回転力を発生させる回転駆動装置と、この回転駆動装置の回転力を上下方向の往復運動に変換して移動部材に伝達する動力変換装置と、を有する駆動部を採用することができる。特に、回転駆動装置としてエンジンを採用することが好ましい。 In the flapping airplane, a drive unit having a rotational drive device that generates a rotational force and a power conversion device that converts the rotational force of the rotational drive device into a reciprocating motion in the vertical direction and transmits it to the moving member is adopted. Can do. In particular, it is preferable to employ an engine as the rotational drive device.
かかる構成を採用すると、従来の羽ばたき飛行機の駆動源であったゴムやモータ等と比較して格段に大きな動力を発生させることができるので、機体の大型化が可能となり、機体への人間の搭乗を実現させることが可能となる。 Employing such a configuration can generate much greater power than rubber or motors that were the driving sources of conventional flapping airplanes, enabling the aircraft to be enlarged and allowing humans to board the aircraft. Can be realized.
また、前記羽ばたき飛行機において、翼根部から翼端部まで延在し翼前縁近傍に配置された第1の弾性筒状部材と、翼根部から翼端部まで延在し第1の弾性筒状部材よりも後方に配置された第2の弾性筒状部材と、を有し、第2の弾性筒状部材は第1の弾性筒状部材よりも高い柔軟性を有し、前記支点を中心に上下に回動してフラッピング運動を行うと同時に、第1及び第2の弾性筒状部材の柔軟性の差によりフェザリング運動を行う翼を採用することが好ましい。 In the flapping airplane, a first elastic tubular member extending from the blade root to the wing tip and disposed in the vicinity of the leading edge of the wing, and a first elastic tubular member extending from the blade root to the wing tip. A second elastic cylindrical member disposed rearward of the member, and the second elastic cylindrical member has higher flexibility than the first elastic cylindrical member, with the fulcrum as a center. It is preferable to employ a wing that performs a flapping motion by rotating up and down and simultaneously performs a feathering motion due to the difference in flexibility between the first and second elastic cylindrical members.
かかる構成を採用すると、翼を構成する2種類の弾性筒状部材の柔軟性の差と、空気力の作用と、により、フラッピング運動と同時にフェザリング運動を実現させることができる。具体的には、翼の打ち上げ・打ち下ろし時における空気力の作用により、高い柔軟性を有する第2の弾性筒状部材が配置された翼部分(例えば翼弦方向中間部分)を、第1の弾性筒状部材が配置された翼前縁部分よりも大きく撓ませることができる。すなわち、翼の打ち上げ・打ち下ろし時に作用する上下方向の空気力により、第1の弾性筒状部材と第2の弾性筒状部材との間に存在する仮想的な軸をフェザリング軸として、翼のピッチ角を変更することができる。また、翼の打ち上げ時には、空気力の作用により、高い柔軟性を有する第2の弾性筒状部材が配置された翼部分(例えば翼弦方向中間部分)が第1の弾性筒状部材が配置された翼前縁部分よりも大きく撓んで下方に位置することとなるため、翼の打ち上げ時において翼の迎え角を増大させることができ、常に上向きの揚力を発生させることが可能となる。 When such a configuration is adopted, the feathering motion can be realized simultaneously with the flapping motion due to the difference in flexibility between the two types of elastic cylindrical members constituting the wing and the action of the aerodynamic force. Specifically, the wing portion (for example, the middle portion in the chord direction) in which the second elastic cylindrical member having high flexibility is arranged by the action of aerodynamic force when the wing is launched and lowered is used as the first wing portion. The blade can be bent larger than the leading edge portion where the elastic cylindrical member is disposed. That is, by using a vertical aerodynamic force acting when the wing is launched and lowered, a virtual axis existing between the first elastic cylindrical member and the second elastic cylindrical member is used as a feathering axis. The pitch angle can be changed. Further, when the wing is launched, the first elastic cylindrical member is arranged in the wing portion (for example, the middle portion in the chord direction) where the second elastic cylindrical member having high flexibility is arranged by the action of aerodynamic force. Therefore, when the blade is launched, the angle of attack of the blade can be increased, and an upward lift force can always be generated.
また、前記羽ばたき飛行機において、第1及び第2の弾性筒状部材として、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)製のパイプを採用することができる。 In the flapping airplane, a pipe made of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics) can be adopted as the first and second elastic cylindrical members.
かかる構成によれば、軽量で高強度なCFRP製のパイプを用いて翼を構成しているため、機体全体の軽量化を実現させることが可能となる。 According to such a configuration, since the wing is configured using a lightweight and high-strength CFRP pipe, it is possible to reduce the weight of the entire aircraft.
また、前記羽ばたき飛行機において、所定形状の翼型を有するとともに第1及び第2の弾性筒状部材を挿通させる挿通孔を有し翼長方向に沿って複数配置されたリムと、これらリムの外周を覆うように設けられ翼の上面及び下面を形成する外皮部と、を有する翼を採用することができる。かかる構成を採用する場合、外皮部は、翼のフラッピング運動を実現させる際に、翼上面側の外皮部分に対する翼下面側の外皮部分の相対的な移動を許容するように構成されることが好ましい。 In the flapping airplane, a rim having an airfoil of a predetermined shape and having a through hole through which the first and second elastic cylindrical members are inserted, and a plurality of rims arranged along the wing length direction, and outer peripheries of these rims It is possible to employ a wing having an outer skin portion provided so as to cover the wing and forming an upper surface and a lower surface of the wing. When such a configuration is adopted, the outer skin portion may be configured to allow relative movement of the outer skin portion on the lower surface side of the blade with respect to the outer skin portion on the upper surface side of the blade when the flapping motion of the blade is realized. preferable.
かかる構成を採用すると、翼全体が所定形状の翼型を有するものとなるため、より大きい揚力及び推力を発生させることができる。従って、羽ばたき飛行機の滑空能力(揚抗比)を高めることができるため、飛行時の消費エネルギを一層節減することが可能となるとともに、人を搭乗させるような大型で重量の大きい機体を飛行させることが可能となる。また、翼のフラッピング運動を実現させる際に、翼上面側の外皮部分に対する翼下面側の外皮部分の相対的な移動が許容されるので、翼の捩れを容易ならしめることができる。従って、翼のフラッピング運動とともにフェザリング運動を効果的に実現させることが可能となる。 By adopting such a configuration, the entire blade has an airfoil of a predetermined shape, so that a larger lift force and thrust can be generated. Therefore, it is possible to increase the glide ability (lift-drag ratio) of a flapping airplane, so that it is possible to further reduce energy consumption during flight and to fly a large and heavy aircraft that can carry a person on board. It becomes possible. Further, when the flapping motion of the blade is realized, the relative movement of the outer skin portion on the lower surface side of the blade with respect to the outer skin portion on the upper surface side of the blade is allowed, so that twisting of the blade can be facilitated. Accordingly, it is possible to effectively realize the feathering motion together with the blade flapping motion.
また、前記羽ばたき飛行機において、翼の外皮部を、翼長方向に2つ以上の外皮部分に分割するとともに、これら外皮部分同士を若干の間隙をおいて連結し、翼のフラッピング運動を実現させる際に、一の外皮部分を隣接する他の外皮部分に対して相対的に移動自在に構成することもできる。 In the flapping airplane, the wing skin part is divided into two or more skin parts in the wing length direction, and these skin parts are connected with a slight gap therebetween to realize the wing flapping motion. In this case, one outer skin portion can be configured to be relatively movable with respect to other adjacent outer skin portions.
かかる構成を採用すると、翼のフラッピング運動を実現させる際に、一の外皮部分を隣接する他の外皮部分に対して相対的に移動させる(例えば一の外皮部分を他の外皮部分に対して近接・離隔移動させたり回動させたりする)ことができる。従って、翼のフラッピング運動とともにリードラグ運動を効果的に実現させることが可能となる。 When such a configuration is adopted, when realizing the flapping motion of the wing, one skin portion is moved relative to another adjacent skin portion (for example, one skin portion is moved with respect to another skin portion). It can be moved close and separated or rotated). Accordingly, it is possible to effectively realize the lead lug motion together with the blade flapping motion.
また、前記羽ばたき飛行機において、翼の打ち上げ時の運動エネルギを保存するとともに、この保存したエネルギを翼の打ち下ろし時に利用する打ち下ろし補助手段を備えることもできる。打ち下ろし補助手段として、翼の打ち上げ時の運動エネルギを弾性エネルギに変換して保存するとともに、この保存した弾性エネルギを前記翼の打ち下ろし時に利用するものを採用することができる。 Further, the flapping airplane may be provided with a down assisting means for storing the kinetic energy at the time of launching the wing and using the stored energy when the wing is lowered. As the down assisting means, it is possible to adopt a means that converts the kinetic energy at the time of launching the wing into elastic energy and stores it, and uses this stored elastic energy at the time of down the wing.
かかる構成を採用すると、翼の打ち上げ時の運動エネルギを翼の打ち下ろし時に必要なエネルギに有効利用することができる。また、羽ばたき飛行に要するエネルギを節減することも可能となる。 When such a configuration is adopted, the kinetic energy at the time of launching the wing can be effectively used as the energy required when the wing is lowered. It is also possible to reduce the energy required for flapping flight.
本発明によれば、格段に大きな揚力及び推力を発生させるような独創的・革新的な羽ばたき機構を有し、将来的には人間を搭乗させて飛行可能な比較的大型の羽ばたき飛行機を得ることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to obtain a relatively large flapping airplane that has an original and innovative flapping mechanism that generates a significantly large lift and thrust, and can fly with humans in the future. Is possible.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る羽ばたき飛行機について説明する。 Hereinafter, a flapping airplane according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、図1〜図6を用いて、本実施形態に係る羽ばたき飛行機の構成について説明する。 First, the configuration of the flapping airplane according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
羽ばたき飛行機1は、図1〜図4に示すように、複数のパイプ等から構成される機体10、機体10に取り付けられた羽ばたき翼20及び尾翼30、羽ばたき翼20の羽ばたき運動を実現させる羽ばたき機構、羽ばたき翼20の打ち上げ時の運動エネルギを保存して羽ばたき翼20の打ち下ろし時に利用する弾性部材50、等を備えている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the flapping
機体10は、図1〜図4に示すように、前後方向に延在するように上下左右に配置された4本の前後パイプ(11U、11D、11R、11L)、左右方向に延在するように前後に配置され左右の前後パイプ(11R、11L)を連結する2本の左右パイプ(12F、12R)、上方の前後パイプ(11U)の前方端部と左右の前後パイプ(11R、11L)の前方端部とを連結するとともに、下方の前後パイプ(11D)の前方端部と左右の前後パイプ(11R、11L)の前方端部とを連結する前方補強パイプ群(13)、上方の前後パイプ(11U)の所定位置と左右の前後パイプ(11R、11L)の後方端部とを連結するとともに、下方の前後パイプ(11D)の後方端部と左右の前後パイプ(11R、11L)の後方端部とを連結する後方補強パイプ群(14)、等から構成されたフレームである。機体10を構成する各パイプは、羽ばたき翼20の羽ばたき運動によっても変形しないように剛結合されている。機体10には、羽ばたき翼20及び尾翼30が取り付けられるとともに、羽ばたき翼20を駆動するための駆動部42(後述)が搭載される。本実施形態においては、鉄やステンレススチール等の金属で調製されたパイプを採用している。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
羽ばたき翼20は、図1〜図3に示すように、機体10の左右に取り付けられており、後述する羽ばたき機構により駆動されて複合的な羽ばたき運動(フラッピング運動、フェザリング運動及びリードラグ運動)を行う。羽ばたき翼20は、翼根部から翼端部まで延在し翼前縁近傍に配置された左右一対の第1のカーボンパイプ21、翼根部から翼端部まで延在し第1のカーボンパイプ21よりも後方に配置された左右一対の第2のカーボンパイプ22、所定形状の翼型を有するとともに第1及び第2のカーボンパイプ21、22を挿通させる挿通孔を有し翼長方向に沿って複数配置されたリム23、リム23の外周を覆うように設けられた外皮部24、等から構成されている。なお、本実施形態においては、羽ばたき翼20のアスペクト比(翼長方向の長さと翼弦方向の平均長さとの比)を約9.4に設定している。羽ばたき翼20のアスペクト比は、6以上に設定することが好ましい。
The flapping
第1及び第2のカーボンパイプ21、22は、いずれもCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)で調製された筒状部材であり、軽量・高強度であるとともに適度な弾性・柔軟性を有している。すなわち、これら第1及び第2のカーボンパイプ21、22は、各々、本発明における第1及び第2の弾性筒状部材として機能する。第1及び第2のカーボンパイプ21、22は、図2〜図4に示すように、後述する羽ばたき機構を介して機体10に取り付けられており、羽ばたき機構の駆動により、翼根の近くに設けられた前後方向に延在する回動軸を中心に上下方向に回動するようになっている。これにより、羽ばたき翼20のフラッピング運動が可能となる。また、第2のカーボンパイプ22は、第1のカーボンパイプ21よりも高い柔軟性を有している。これにより、羽ばたき翼20のフェザリング運動が可能となる。なお、本実施形態においては、翼根側から翼端側になるに従って第1及び第2のカーボンパイプ21、22の太さ(直径)が低減するようになっている。
Each of the first and
リム23の挿通孔は、挿通させる第1及び第2のカーボンパイプ21、22の径よりも若干大きい径を有しており、第1及び第2のカーボンパイプ21、22の翼長方向の移動を許容する。本実施形態においては、羽ばたき翼20のフラッピング運動、フェザリング運動及びリードラグ運動を効果的に実現させるために、リム23を発泡スチロール等の可撓性を有する材料で調製するようにしている。また、本実施形態においては、リム23の挿通孔の内周に、硬質の材料からなる図示していない所定厚さの補強層を設けることにより、第1及び第2のカーボンパイプ21、22との接触による挿入孔の磨耗を防ぐようにしている。
The insertion hole of the
また、本実施形態においては、リム23の位置に応じて挿通孔の位置を変更している。図5(A)、(B)、(C)は、各々、羽ばたき翼20の翼根部、翼長方向中間部、翼端部に配置されるリム23A、23B、23Cの挿通孔の位置を示す図である。第1のカーボンパイプ21を挿通させる第1の挿通孔23Af、23Bf、23Cfは、いずれも、リム23A、23B、23Cの前縁近傍位置に配置されている。すなわち、第1の挿通孔とリム前縁部との間隔は翼根部から翼端部にわたって略一定である。一方、第2のカーボンパイプ22を挿通させる第2の挿通孔23Ar、23Br、23Crは、翼根部におけるリム23Aでは翼弦方向の略中間位置に配置されるのに対し、翼端寄りのリム23B、23Cになるに従って前縁部寄りの位置に配置されている。すなわち、第2の挿通孔とリム前縁部との間隔は翼根部から翼端部になるに従って短くされている。
In the present embodiment, the position of the insertion hole is changed according to the position of the
外皮部24は、図1〜図3に示すように、各リム23の外周を覆うように設けられ、羽ばたき翼20の上面及び下面を形成する。本実施形態においては、可撓性を有するプラスチック材料を用いて外皮部24を調製している。また、本実施形態においては、上方の外皮部24(羽ばたき翼20の上面側の外皮部分)を、翼長方向に沿って複数配置されたリム23に1個おきに接着するとともに、下方の外皮部24(羽ばたき翼20の下面側の外皮部分)を、上方の外皮部24に接着されていないリム23に接着している。これにより、羽ばたき翼20のフラッピング運動を実現させる際に、上方の外皮部24に対して下方の外皮部24を相対的に移動させることが可能となるため、羽ばたき翼20のフェザリング運動を効果的に実現させることができることとなる。
The
また、本実施形態においては、図1に示すように、外皮部24を翼長方向に4つの外皮部分に分割し、この分割した外皮部分同士を帯状のシート25で若干の間隙をおいて連結している。これにより、羽ばたき翼20のフラッピング運動を実現させる際に、外皮部24の一の外皮部分が隣接する他の外皮部分に対して相対的に移動自在となるため、羽ばたき翼20のリードラグ運動を効果的に実現させることができることとなる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
また、本実施形態においては、左右の羽ばたき翼20の間に形成される間隙に起因する空気抵抗を低減させるとともに、翼根部においても高い揚力を発生させる目的で、図3に示すように、左右の羽ばたき翼20の翼根部を透明なプラスチックシート26で被覆している。かかるプラスチックシート26により、左右の羽ばたき翼20の間に形成される間隙をなくして空気抵抗を低減させることができるとともに、プラスチックシート26の上面に高速の空気流を発生させて高い揚力を発生させることが可能となる。
Further, in the present embodiment, for the purpose of reducing the air resistance due to the gap formed between the left and right flapping
尾翼30は、図1〜図3に示すように、細い棒状部材31と、棒状部材31の間に張られた膜状部材32と、から構成されて平面視で略三角形状を呈し、機体10の上方の前後パイプ11Uにヒンジ33を介して左右に回動自在に取り付けられている。尾翼30は、図示されていない尾翼駆動機構により左右に回動して、羽ばたき飛行時における縦方向及び横方向の安定性を付与するとともに、羽ばたき飛行機1の進行方向を変更する機能を果たすものである。本実施形態においては、棒状部材31として、CFRP製のパイプを採用するとともに、膜状部材32としてビニール等の柔軟なプラスチックシートを採用している。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
羽ばたき機構は、図2〜図4に示すように、機体10に固定された前後2本の斜め軸部材40F、40R、これら斜め軸部材40F、40Rに沿って往復移動する前後2つのスライド部材41F、41R、前方のスライド部材41Fを往復移動させる駆動部42、羽ばたき翼20の翼根部から所定距離離隔した位置を支持する翼支持部材43F、43R、等から構成されている。
2 to 4, the flapping mechanism includes two front and rear
前後2本の斜め軸部材40F、40Rは、図1、図4及び図6に示すように、上端部が下端部より後方に位置するように配置された状態で、上端部が機体10の上方の前後パイプ11Uに固定される一方、下端部が機体10の下方の前後パイプ11Dに固定されている。また、前方の斜め軸部材40Fと後方の斜め軸部材40Rとは相互に平行になるように配置されている。斜め軸部材40F、40Rの後方への傾斜角θ(図6参照)は、羽ばたき翼20のリードラグ運動に密接に関連する物理量であり、羽ばたき翼20の規模や重量等に応じて適宜決定することができる。本実施形態においては、この傾斜角θを10°〜30°に設定している。
As shown in FIGS. 1, 4, and 6, the two front and rear oblique shaft members 40 </ b> F and 40 </ b> R are arranged so that the upper end portion is located behind the lower end portion, and the upper end portion is above the
前後2つのスライド部材41F、41Rは、各々、前後2本の斜め軸部材40F、40Rに沿ってスライド自在に取り付けられており、図4及び図6に示すように、機体10の後方寄り上方位置と前方寄り下方位置との間を往復移動する。すなわち、スライド部材41F、41Rは、本発明における移動部材である。前方のスライド部材41Fには、図4に示すように、羽ばたき翼20の第1のカーボンパイプ21の翼根側端部がヒンジ部を介して連結されており、後方のスライド部材41Rには、羽ばたき翼20の第2のカーボンパイプ22の翼根側端部がヒンジ部を介して連結されている。これにより、スライド部材41F、41Rに対して羽ばたき翼20が前後方向の仮想的な回動軸を中心に回動自在となり、羽ばたき翼20のフラッピング運動が可能となる。
The two front and
駆動部42は、回転力を発生させる回転駆動装置、この回転駆動装置の回転力を上下方向の往復運動に変換して前方のスライド部材41Fに伝達する動力変換装置、等から構成されている。本実施形態においては、図2に示すように、ガソリン等の燃料を燃焼させることにより回転力を発生させるエンジン42Aを回転駆動装置として採用している。また、本実施形態においては、エンジン42Aで発生させた回転力の回転速度を減速させる図示されていない減速歯車機構と、この減速歯車機構を介して減速された状態で伝達された回転力を上下方向の往復運動に変換する図2に示した左右対称のクランク機構42Bと、により動力変換装置を構成している。
The
前方に左右一対にして配置された翼支持部材(前方翼支持部材)43F、43Fは、図4に示すように、機体10を構成する左右の前後パイプ11R、11Lの前端部と、羽ばたき翼20の左右の第1のカーボンパイプ21、21の翼根に近い部分と、を連結する。前方翼支持部材43Fと第1のカーボンパイプ21との結合は剛結合ではなく、前方翼支持部材43Fと第1のカーボンパイプ21との接続部(前方支点Pf)において、第1カーボンパイプ21が前方翼支持部材43Fに対して2つの回動軸を中心に回動自在とされている。すなわち、第1のカーボンパイプ21は、図2及び図4に示すように、前方支点Pfを通る前後方向の回動軸を中心に上下方向(矢印Ru及びRdの方向)に回動自在とされるとともに、図3及び図4に示すように、前方支点Pfを通る上下方向の回動軸を中心に前後方向(矢印Rf及びRrの方向)に回動自在とされている。また、前方翼支持部材43Fと機体10の前後パイプ11R(11L)との結合も剛結合ではなく、前方翼支持部材43Fと前後パイプ11R(11L)との接続部において、前方翼支持部材43Fが前後パイプ11R(11L)に対して前後方向及び左右方向の回動軸を中心に回動するようになっている。
As shown in FIG. 4, wing support members (front wing support members) 43 </ b> F and 43 </ b> F arranged in a pair on the front side are front end portions of the left and right front and rear pipes 11 </ b> R and 11 </ b> L constituting the
後方に左右一対にして配置された翼支持部材(後方翼支持部材)43R、43Rは、図4に示すように、機体10を構成する左右の前後パイプ11R、11Lの後端部と、羽ばたき翼20の左右の第2のカーボンパイプ22、22の翼根に近い部分と、を連結する。後方翼支持部材43Rと第2のカーボンパイプ22との結合は剛結合ではなく、後方翼支持部材43Rと第2のカーボンパイプ22との接続部(後方支点Pr)において、第2カーボンパイプ22が後方翼支持部材43Rに対して2つの回動軸を中心に回動自在とされている。すなわち、第2のカーボンパイプ22は、図2及び図4に示すように、後方支点Pfを通る前後方向の回動軸を中心に上下方向(矢印Ru及びRdの方向)に回動自在とされるとともに、図3及び図4に示すように、後方支点Pfを通る上下方向の回動軸を中心に前後方向(矢印Rf及びRrの方向)に回動自在とされている。また、後方翼支持部材43Rと機体10の前後パイプ11R(11L)との結合も剛結合ではなく、後方翼支持部材43Rと前後パイプ11R(11L)との接続部において、後方翼支持部材43Rが前後パイプ11R(11L)に対して前後方向及び左右方向の回動軸を中心に回動するようになっている。
As shown in FIG. 4, wing support members (rear wing support members) 43R and 43R arranged in a pair on the left and rear are rear end portions of the left and right front and
前方翼支持部材43Fと第1のカーボンパイプ21との接続部(前方支点Pf)及び後方翼支持部材43Rと第2のカーボンパイプ22との接続部(後方支点Pr)は、図6に示すように、スライド部材41F、41Rの最上最後点(往復移動の最も上方・後方の位置)よりも下方かつ前方の位置であって、スライド部材41F、41Rの最下最前点(往復移動の最も下方・前方の位置)よりも上方かつ後方の位置に配置するようにする。前方支点Pf及び後方支点Prの位置は、羽ばたき翼20のフラッピング運動及びリードラグ運動に密接に関連しており、これらの位置を変更することにより、羽ばたき翼20の打ち上げ運動及び打ち下ろし運動の最大角度や、リード運動及びラグ運動の最大角度を変更することができる。
The connection part (front fulcrum Pf) between the front
例えば、図6に示すように、前方支点Pf及び後方支点Prを、スライド部材41F、41Rの最上最後点と最下最前点との上下方向における中間位置に配置すると、羽ばたき翼20の打ち上げ角(基準位置からの上方への回動角度)の最大値と打ち下ろし角(基準位置からの下方への回動角度)の最大値とを略同一の値に設定することができる。また、前方支点Pf及び後方支点Prを、スライド部材41F、41Rの最上最後点寄り(上下方向中間位置よりも上方)の位置に配置すると、羽ばたき翼20の打ち上げ角度の最大値を大きくし、打ち下ろし角度の最大値を小さくすることができる。一方、前方支点Pf及び後方支点Prを、スライド部材41F、41Rの最下最前点寄り(上下方向中間位置よりも下方)の位置に配置すると、羽ばたき翼20の打ち上げ角度の最大値を小さくし、打ち下ろし角度の最大値を大きくすることができる。
For example, as shown in FIG. 6, when the front fulcrum Pf and the rear fulcrum Pr are arranged at intermediate positions in the vertical direction between the uppermost last point and the lowermost frontmost point of the
また、図6に示すように、前方支点Pf及び後方支点Prを、スライド部材41F、41Rの最上最後点と最下最前点との前後方向における略中間位置に配置すると、羽ばたき翼20のリード角(基準位置からの前方への回動角度)の最大値とラグ角(基準位置からの後方への回動角度)の最大値とを略同一の値に設定することができる。また、前方支点Pf及び後方支点Prを、スライド部材41F、41Rの最上最後点寄り(前後方向中間位置よりも後方)の位置に配置すると、羽ばたき翼20のリード角の最大値を小さくし、ラグ角の最大値を大きくすることができる。一方、前方支点Pf及び後方支点Prを、スライド部材41F、41Rの最下最前点寄り(前後方向中間位置よりも前方)の位置に配置すると、羽ばたき翼20のリード角の最大値を大きくし、ラグ角の最大値を小さくすることができる。
Further, as shown in FIG. 6, when the front fulcrum Pf and the rear fulcrum Pr are arranged at a substantially intermediate position in the front-rear direction between the uppermost last point and the lowermost frontmost point of the
なお、本実施形態においては、図4に示すように、前方翼支持部材43Fの上端部(前方支点Pf)と後方翼支持部材43Rの上端部(後方支点Pr)とを連結パイプ44で連結している。これにより、前方支点Pf及び後方支点Prの前後方向における動きを安定させることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the upper end portion (front fulcrum Pf) of the front
羽ばたき機構20が以上のように構成されることにより、羽ばたき翼20のフラッピング運動、フェザリング運動及びリードラグ運動が同時に実現されることとなる。すなわち、駆動部42が前方のスライド部材41Fを前方の斜め軸部材40Fに沿って往復移動させることにより、羽ばたき翼20の第1のカーボンパイプ21の翼根部が機体10の後方寄り上方位置と前方寄り下方位置との間を往復移動し、これに伴って、羽ばたき翼20の前縁部が前方支点Pfを中心に上下に回動してフラッピング運動を行うと同時に、羽ばたき翼20の前縁部が前方支点Pfを中心に前後に回動してリードラグ運動を行う。また、駆動部42により羽ばたき翼20の第1のカーボンパイプ21が前記のように駆動されることにより、後方のスライド部材41Rが後方の斜め軸部材40Rに沿って往復移動し、羽ばたき翼20の第2のカーボンパイプ22の翼根部が機体10の後方寄り上方位置と前方寄り下方位置との間を往復移動し、これに伴って、羽ばたき翼20の翼弦方向中間部が後方支点Prを中心に上下に回動してフラッピング運動を行うと同時に、羽ばたき翼20の翼弦方向中間部が後方支点Prを中心に前後に回動してリードラグ運動を行う。さらに、第2のカーボンパイプ22が第1のカーボンパイプ21よりも遅れて駆動され、フラッピング運動の際には羽ばたき翼20の前縁部が翼弦方向中間部よりも常に先行して移動するため、フェザリング運動も同時に実現されることとなる。
By configuring the
弾性部材50は、図2及び図4に示すように、機体10の上方の前後パイプ11Uと前方のスライド部材41Fとの間に掛け渡されたゴムであり、羽ばたき翼20の打ち上げ時の運動エネルギを弾性エネルギに変換して保存するとともに、この保存した弾性エネルギを羽ばたき翼20の打ち下ろし時に利用する。すなわち、弾性部材50(ゴム)は、本発明における打ち下ろし補助手段として機能する。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
次に、図7〜図12を用いて、本実施形態に係る羽ばたき飛行機1の羽ばたき翼20の動きについて説明する。
Next, the movement of the flapping
<打ち上げ時>
最初に、図7、図8及び図11を用いて、羽ばたき飛行機1の羽ばたき翼20を水平の状態(図2参照)から打ち上げる場合の動きについて説明する。羽ばたき飛行機1の羽ばたき翼20の打ち上げ運動を実現させる際には、図7に示すように、駆動部42で前方のスライド部材41Fを前方の斜め軸部材40Fに沿って下方に移動させることにより、羽ばたき翼20の第1のカーボンパイプ21の翼根部を機体10の下方位置へと移動させる。このようにすることにより、図7に示すように、第1のカーボンパイプ21の大部分が、翼根部から所定距離離隔した前方支点Pfを中心に上方(矢印Ru方向)に回動する。また、第1のカーボンパイプ21が駆動されることにより、後方のスライド部材41Rが後方の斜め軸部材40Rに沿って下方に移動し、羽ばたき翼20の第2のカーボンパイプ22の翼根部が機体10の下方位置へと移動して、第2のカーボンパイプ22の大部分が後方支点Prを中心に上方(矢印Ru方向)に回動する。これにより、羽ばたき翼20の打ち上げ運動が実現されることとなる。
<At launch>
First, the movement when the flapping
また、前記した打ち上げ時においては、図8に示すように、駆動部42で前方のスライド部材41Fが前方の斜め軸部材40Fに沿って前方にも移動することとなるため、羽ばたき翼20の第1のカーボンパイプ21の翼根部は機体10の前方位置へと移動する。これにより、図8に示すように、第1のカーボンパイプ21の大部分が、翼根部から所定距離離隔した前方支点Pfを中心に後方(矢印Rr方向)に回動する。また、第1のカーボンパイプ21が駆動されることにより、後方のスライド部材41Rが後方の斜め軸部材40Rに沿って前方に移動し、羽ばたき翼20の第2のカーボンパイプ22の翼根部が機体10の前方位置へと移動して、第2のカーボンパイプ22の大部分が後方支点Prを中心に後方(矢印Rr方向)に回動する。これにより、羽ばたき翼20のラグ運動が実現されることとなる。
Further, at the time of launching, as shown in FIG. 8, the
さらに、前記した打ち上げ時においては、第2のカーボンパイプ22が第1のカーボンパイプ21よりも遅れて駆動されるため、羽ばたき翼20の前縁部が翼弦方向中間部よりも先行して上方に移動する。これにより、打ち上げ時においては、図11に示すように、羽ばたき翼20の正のピッチ角を増大させるような運動が実現されることとなる。なお、前記した打ち上げ時においては、図7に示すように、機体10の上方の前後パイプ11Uと第1のカーボンパイプ21との間に掛け渡した弾性部材50が伸張するため、打ち上げ時の運動エネルギを弾性エネルギに変換して保存することが可能となる。
Further, at the time of launching, the
<打ち下ろし時>
続いて、図9〜図12を用いて、羽ばたき飛行機1の羽ばたき翼20を水平の状態(図2参照)から打ち下ろす場合の動きについて説明する。羽ばたき飛行機1の羽ばたき翼20の打ち下ろし運動を実現させる際には、図9に示すように、駆動部42で前方のスライド部材41Fを前方の斜め軸部材40Fに沿って上方に移動させることにより、羽ばたき翼20の第1のカーボンパイプ21の翼根部を機体10の上方位置へと移動させる。このようにすることにより、図9に示すように、第1のカーボンパイプ21の大部分が、翼根部から所定距離離隔した前方支点Pfを中心に下方(矢印Rd方向)に回動する。また、第1のカーボンパイプ21が駆動されることにより、後方のスライド部材41Rが後方の斜め軸部材40Rに沿って上方に移動し、羽ばたき翼20の第2のカーボンパイプ22の翼根部が機体10の上方位置へと移動して、第2のカーボンパイプ22の大部分が後方支点Prを中心に下方(矢印Rd方向)に回動する。これにより、羽ばたき翼20の打ち下ろし運動が実現されることとなる。
<When downhill>
Next, a movement when the flapping
また、前記した打ち下ろし時においては、図10に示すように、駆動部42で前方のスライド部材41Fが前方の斜め軸部材40Fに沿って後方にも移動することとなるため、羽ばたき翼20の第1のカーボンパイプ21の翼根部は機体10の後方位置へと移動する。これにより、図10に示すように、第1のカーボンパイプ21の大部分が、翼根部から所定距離離隔した前方支点Pfを中心に前方(矢印Rf方向)に回動する。また、第1のカーボンパイプ21が駆動されることにより、後方のスライド部材41Rが後方の斜め軸部材40Rに沿って後方に移動し、羽ばたき翼20の第2のカーボンパイプ22の翼根部が機体10の後方位置へと移動して、第2のカーボンパイプ22の大部分が後方支点Prを中心に前方(矢印Rf方向)に回動する。これにより、羽ばたき翼20のリード運動が実現されることとなる。
Further, at the time of the above-described downing, as shown in FIG. 10, the
さらに、前記した打ち下ろし時においては、第2のカーボンパイプ22が第1のカーボンパイプ21よりも遅れて駆動されるため、羽ばたき翼20の前縁部が翼弦方向中間部よりも先行して下方に移動する。これにより、打ち下ろし時においては、図11に示すように、羽ばたき翼20の負のピッチ角を増大させるような運動が実現されることとなる。かかる打ち下ろし時においては、打ち上げ時の運動エネルギを弾性エネルギに変換して保存した弾性部材50の弾性力を利用することが可能となる。
Furthermore, at the time of the down stroke described above, since the
なお、羽ばたき翼20の打ち下ろし時においては、図12(A)、(B)に示すように、翼端部における上向きの空気流速度ベクトルが、翼根部における上向きの空気流速度ベクトルよりも大きくなる。このため、羽ばたき翼20の負のピッチ角が翼根部から翼端部まで一様であると、翼端部において迎え角が大きくなりすぎて効果的に揚力及び推力を発生させることが困難となる。しかし、本実施形態においては、羽ばたき翼20の翼根側から翼端側になるに従って第1及び第2のカーボンパイプ21、22が漸次細くなり柔軟性が増大しているため、羽ばたき翼20の負のピッチ角を翼根側から翼端側になるに従って徐々に増大させることができる。このため、図12(B)に示すように、翼端部における迎え角αを適正な大きさにすることができるので、効果的に揚力及び推力を発生させることが可能となる。
When the flapping
以上説明した実施形態に係る羽ばたき飛行機1においては、羽ばたき翼20の打ち下ろし運動を実現させると同時に羽ばたき翼20を後方から前方に移動させるリード運動を実現させることにより、空気に対する羽ばたき翼20の相対速度を高めることができるため、大きい揚力及び推力を発生させることができる。また、羽ばたき翼20の打ち上げ運動を実現させると同時に羽ばたき翼20を前方から後方に靡かせるラグ運動を実現させることにより、空気に対する羽ばたき翼20の相対速度を低下させることができるため、羽ばたき翼20の打ち上げ時にダウンフォースが発生する場合には、その大きさを低減させることができる。
In the flapping
また、以上説明した実施形態に係る羽ばたき飛行機1においては、回転力を発生させるエンジン42A(回転駆動装置)と、このエンジン42Aの回転力を上下方向の往復運動に変換して移動部材に伝達する動力変換装置と、を有する駆動部42を採用しているので、従来の羽ばたき飛行機の駆動源であったゴムやモータ等と比較して格段に大きな動力を発生させることができる。従って、機体の大型化が可能となり、機体への人間の搭乗を実現させることが可能となる。
In the flapping
また、以上説明した実施形態に係る羽ばたき飛行機1においては、羽ばたき翼20を構成する2種類のカーボンパイプ21、22の柔軟性の差と、空気力の作用と、により、フラッピング運動と同時にフェザリング運動を実現させることができる。具体的には、羽ばたき翼20の打ち上げ・打ち下ろし時における空気力の作用により、高い柔軟性を有する第2のカーボンパイプ22が配置された翼弦方向中間部分を、第1のカーボンパイプ21が配置された翼前縁部分よりも大きく撓ませることができる。すなわち、羽ばたき翼20の打ち上げ・打ち下ろし時に作用する上下方向の空気力により、第1のカーボンパイプ21と第2のカーボンパイプ22との間に存在する仮想的な軸をフェザリング軸として、羽ばたき翼20のピッチ角を変更することができる。また、羽ばたき翼20の打ち上げ時には、空気力の作用により、高い柔軟性を有する第2のカーボンパイプが配置された翼弦方向中間部分が第1のカーボンパイプ21が配置された翼前縁部分よりも大きく撓んで下方に位置することとなるため、羽ばたき翼20の打ち上げ時において羽ばたき翼20の迎え角を増大させることができ(図11参照)、常に上向きの揚力を発生させることが可能となる。
Further, in the flapping
また、以上説明した実施形態に係る羽ばたき飛行機1においては、軽量で高強度なカーボンパイプ(CFRP製のパイプ)を用いて羽ばたき翼20を構成しているため、機体全体の軽量化を実現させることが可能となる。
In addition, in the flapping
また、以上説明した実施形態に係る羽ばたき飛行機1においては、羽ばたき翼20全体が所定形状の翼型を有するため、より大きい揚力及び推力を発生させることができる。従って、羽ばたき飛行機1の滑空能力(揚抗比)を高めることができるため、飛行時の消費エネルギを一層節減することが可能となるとともに、人を搭乗させるような大型で重量の大きい機体を飛行させることが可能となる。また、羽ばたき翼20のフラッピング運動を実現させる際に、羽ばたき翼20の上方の外皮部24(上面側の外皮部分)に対する下方の外皮部24(下面側の外皮部分)の相対的な移動が許容されるので、羽ばたき翼20の捩れを容易ならしめることができる。従って、羽ばたき翼20のフラッピング運動とともにフェザリング運動を効果的に実現させることが可能となる。
Further, in the flapping
また、以上説明した実施形態に係る羽ばたき飛行機1においては、羽ばたき翼20の外皮部24を、翼長方向に4つの外皮部分に分割するとともに、これら外皮部分同士を若干の間隙をおいて連結しているため、羽ばたき翼20のフラッピング運動を実現させる際に、羽ばたき翼20の一の外皮部分を隣接する他の外皮部分に対して相対的に移動させることができる。従って、羽ばたき翼20のフラッピング運動とともにリードラグ運動を効果的に実現させることが可能となる。
In the flapping
また、以上説明した実施形態に係る羽ばたき飛行機1においては、羽ばたき翼20の打ち上げ時の運動エネルギを弾性エネルギとして保存するとともに、この保存したエネルギを羽ばたき翼20の打ち下ろし時に利用する弾性部材50(打ち下ろし補助手段)を備えている。従って、羽ばたき翼20の打ち上げ時の運動エネルギを羽ばたき翼20の打ち下ろし時に必要な大きなエネルギに有効利用することができる。また、羽ばたき飛行に要するエネルギを節減することも可能となる。
Further, in the flapping
また、以上説明した実施形態に係る羽ばたき飛行機1においては、極めて独創的・革新的な羽ばたき機構を用いて羽ばたき翼20のフラッピング運動と同時にリードラグ運動を実現させているため、羽ばたき翼20の翼端部を、図11に示すような略楕円形状の軌道を描くように移動させることができる。すなわち、上方に移動させた羽ばたき翼20を打ち上げ最上点で停止させることなく、打ち上げ運動のエネルギを失わせずに打ち下ろし運動へと移行させることができる。同様に、下方に移動させた羽ばたき翼20を打ち下ろし最下点で停止させることなく、打ち下ろし運動のエネルギを失わせずに打ち上げ運動へと移行させることができる。従って、羽ばたき翼20の駆動エネルギを格段に低減させることが可能となる。また、駆動部42への抵抗を低減させることもできるので、駆動部42の耐用期間を延ばすことが可能となる。
Further, in the flapping
なお、以上の実施形態においては、複数のパイプからなるフレームで機体10を構成した例を示したが、機体10の構成はこれに限られるものではない。すなわち、羽ばたき翼や尾翼を取り付けることができ、羽ばたき機構を搭載することができる構成であれば、いかなる構成を採用してもよい。また、尾翼30の構成も本実施形態における構成に限られるものではない。
In the above-described embodiment, an example in which the
また、以上の実施形態においては、羽ばたき翼20を構成する弾性筒状部材としてCFRP製のパイプ(カーボンパイプ)を採用した例を示したが、適度な弾性・柔軟性を有する他の材料(例えば、GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)等の他の繊維強化プラスチックや繊維強化金属)を用いて弾性筒状部材を調製することもできる。
Moreover, in the above embodiment, although the example which employ | adopted the pipe (carbon pipe) made from CFRP as an elastic cylindrical member which comprises the flapping wing |
また、以上の実施形態においては、羽ばたき翼20の外皮部24を左右各々4つの部分に分割した例を示したが、外皮部24の分割数は、羽ばたき翼20の長さ、翼弦長、翼厚、重量等を勘案して、適宜変更することができる。
Further, in the above embodiment, the example in which the
また、以上の実施形態においては、図4に示すように、翼支持部材(43F、43R)の一方の端部を、羽ばたき翼20のカーボンパイプ(21、22)の翼根に近い部分に結合させた例を示したが、カーボンパイプと翼支持部材との結合位置(すなわち前方支点Pf及び後方支点Prの位置)は、駆動部の構成や翼支持部材の長さ等に応じて適宜変更することができる。
Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 4, one end of the blade support member (43F, 43R) is coupled to the portion of the flapping
また、以上の実施形態においては、1台のエンジン42Aと左右対称なクランク機構42Bとを有する駆動部42を構成した例を示したが、駆動部42の構成はこれに限られるものではない。すなわち、斜め軸部材(40F、40R)に沿ってスライド部材(41F、41R)を往復移動させて羽ばたき翼20の羽ばたき運動を実現させることができるものであれば、いかなる構成を採用することもできる。
Moreover, in the above embodiment, although the example which comprised the
また、以上の実施形態においては、打ち下ろし補助手段としてゴムを採用した例を示したが、打ち下ろし補助手段の構成はこれに限られるものではない。すなわち、羽ばたき翼20の打ち上げ時の運動エネルギを保存するとともに、この保存したエネルギを羽ばたき翼20の打ち下ろし時に利用することができるものであれば、いかなる構成を採用することもできる。
Moreover, although the example which employ | adopted rubber | gum as a down assisting means was shown in the above embodiment, the structure of a down assisting means is not restricted to this. That is, any configuration can be adopted as long as the kinetic energy at the time of launching the flapping
1…羽ばたき飛行機、10…機体、20…羽ばたき翼、21…第1のカーボンパイプ(第1の弾性筒状部材)、22…第2のカーボンパイプ(第2の弾性筒状部材)、23・23A〜23C…リム、23Af〜23Cf・23Ar〜23Cr…挿入孔、24…外皮部、40F・40R…斜め軸部材、41F・41R…スライド部材(移動部材)、42…駆動部、42A…エンジン(回転駆動装置)、42B…クランク機構(動力変換装置)、43F・43R…翼支持部材、50…弾性部材(打ち下ろし補助手段)、Pf…前方支点、Pr…後方支点。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記羽ばたき機構は、上端部が前記機体の後方寄りに位置し下端部が前記機体の前方寄りに位置するように配置された状態で前記機体に固定された前方及び後方の軸部材(40F、40R)と、前記軸部材(40F、40R)に沿って前記機体の後方寄り上方位置と前方寄り下方位置との間を往復移動するように構成されるとともに前記翼の翼根部にヒンジ部を介して連結された前方及び後方の移動部材(41F、41R)と、前記前方の移動部材(41F)を往復移動させる駆動部(42)と、前記機体と前記翼とを連結し前記翼の翼根部から所定距離離隔した位置を支持するとともに前記翼との接続部分を前方及び後方の支点(Pf、Pr)として前記翼を上下方向及び前後方向に回動自在とする前方及び後方の翼支持部材(43F、43R)と、を有し、
前記翼は、翼根部から翼端部まで延在し翼前縁近傍に配置された第1の弾性筒状部材(21)と、翼根部から翼端部まで延在し前記第1の弾性筒状部材(21)よりも後方に配置された第2の弾性筒状部材(22)と、を有し、前記第1の弾性筒状部材(21)は、前記前方の支点(Pf)を通る前後方向の回動軸を中心に上下方向に回動自在とされるとともに、前記前方の支点(Pf)を通る上下方向の回動軸を中心に前後方向に回動自在とされ、前記第2の弾性筒状部材(22)は、前記後方の支点(Pr)を通る前後方向の回動軸を中心に上下方向に回動自在とされるとともに、前記後方の支点(Pr)を通る上下方向の回動軸を中心に前後方向に回動自在とされ、
前記羽ばたき機構の前記駆動部(42)は、前記前方の移動部材(41F)を前記前方の軸部材(40F)に沿って往復移動させて前記翼の前記第1の弾性筒状部材(21)の翼根部を前記機体の後方寄り上方位置と前方寄り下方位置との間で往復移動させることにより、前記後方の移動部材(41R)を前記後方の軸部材(40R)に沿って往復移動させて前記翼の前記第2の弾性筒状部材(22)の翼根部を前記機体の後方寄り上方位置と前方寄り下方位置との間で往復移動させ、これにより、前記前方及び後方の支点(Pf、Pr)を中心に前記翼を上下に回動させてフラッピング運動を実現させると同時に、前記前方及び後方の支点(Pf、Pr)を中心に前記翼を前後に回動させてリードラグ運動を実現させ、かつ、前記第2の弾性筒状部材(22)を前記第1の弾性筒状部材(21)よりも遅れて駆動させることにより前記フラッピング運動の際にフェザリング運動を同時に実現させるものである、
羽ばたき飛行機。 A flapping airplane comprising a fuselage, a wing attached to the fuselage, and a flapping mechanism for realizing flapping motion of the wing,
The flapping mechanism includes front and rear shaft members (40F, 40R) fixed to the airframe in a state where the upper end portion is located closer to the rear of the airframe and the lower end portion is located closer to the front of the airframe. ) And the shaft member (40F, 40R) so as to reciprocate between a rear upper position and a front lower position of the fuselage, and a hinge portion on the blade root of the wing. The connected front and rear moving members (41F, 41R) , the drive unit (42) for reciprocating the front moving member (41F) , and the fuselage and the blade are connected to each other from the blade root portion of the blade. Front and rear blade support members (43F ) that support a position separated by a predetermined distance and make the blades turnable in the vertical direction and the front-rear direction using the connecting portions with the blades as front and rear fulcrums (Pf, Pr). 4 Includes a R), the,
The wing extends from the blade root to the blade tip and is disposed near the blade leading edge, and the first elastic tube extends from the blade root to the blade tip. A second elastic cylindrical member (22) disposed rearward of the cylindrical member (21), and the first elastic cylindrical member (21) passes through the front fulcrum (Pf). The second pivot is pivotable in the vertical direction about a pivot shaft in the front-rear direction, and is pivotable in the front-rear direction about a pivot shaft in the vertical direction passing through the front fulcrum (Pf). The elastic cylindrical member (22) is pivotable in the vertical direction around a pivot shaft in the front-rear direction passing through the rear fulcrum (Pr), and in the vertical direction passing through the rear fulcrum (Pr). It can be rotated in the front-rear direction around the rotation axis of
The drive unit (42) of the flapping mechanism reciprocates the front moving member (41F) along the front shaft member (40F) to thereby move the first elastic tubular member (21) of the wing. the Rukoto the blade root portion is reciprocated between the rearward position above the front portion lower position of the body, is reciprocated along the rear of the moving member (41R) to said rear shaft member (40R) Then, the blade root portion of the second elastic cylindrical member (22) of the wing is reciprocated between a rear upper side position and a front lower side position of the fuselage, whereby the front and rear fulcrums (Pf , Pr) is pivoted up and down to achieve flapping motion, and at the same time, the blade is pivoted back and forth around the front and rear fulcrums (Pf, Pr) to perform lead lug motion. It is realized, and, the second bullet In which at the same time to realize a feathering motion during the flapping motion by causing the tubular member (22) to drive said first resilient cylindrical member (21) is also delayed from,
Flapping airplane.
請求項1に記載の羽ばたき飛行機。 The drive unit (42) includes a rotation drive device that generates a rotation force, and a power conversion device that converts the rotation force of the rotation drive device into a reciprocating motion in the vertical direction and transmits it to the moving member. is there,
The flapping airplane according to claim 1.
請求項2に記載の羽ばたき飛行機。 The rotational drive device is an engine.
The flapping airplane according to claim 2.
請求項1から3の何れか一項に記載の羽ばたき飛行機。 Before Stories second elastic tubular member (22) is have a high flexibility than said first resilient cylindrical member (21),
The flapping airplane according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載の羽ばたき飛行機。 The first and second elastic cylindrical members (21, 22) are CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics) pipes,
The flapping airplane according to claim 4.
請求項1から5の何れか一項に記載の羽ばたき飛行機。 The wing has an airfoil of a predetermined shape and has an insertion hole through which the first and second elastic cylindrical members (21, 22) are inserted, and is arranged in parallel with the blade chord from the blade root to the blade tip. A plurality of arranged rims and an outer skin part that covers the outer periphery of the rim and forms an upper surface and a lower surface of the wing, and the outer skin part is used to realize the flapping motion of the wing. Further, it is configured to allow relative movement of the outer skin portion on the lower surface side of the blade with respect to the outer skin portion on the upper surface side of the blade.
The flapping airplane according to any one of claims 1 to 5.
請求項6に記載の羽ばたき飛行機。 The outer skin portion of the wing is divided into two or more outer skin portions in the blade length direction, and these outer skin portions are connected with a slight gap between them to realize the flapping motion of the wing. One of the outer skin portions is configured to be movable relative to another adjacent outer skin portion,
The flapping airplane according to claim 6 .
請求項1から7の何れか一項に記載の羽ばたき飛行機。 The kinetic energy at the time of launching the wing is stored, and a down assisting means for using the stored energy when the wing is lowered is provided.
The flapping airplane according to any one of claims 1 to 7.
請求項8に記載の羽ばたき飛行機。 The down assisting means converts the kinetic energy at the time of launching the wing into elastic energy and stores it, and uses the stored elastic energy when the wing is down,
The flapping airplane according to claim 8.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006195958A JP4986212B2 (en) | 2006-07-18 | 2006-07-18 | Flapping airplane |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006195958A JP4986212B2 (en) | 2006-07-18 | 2006-07-18 | Flapping airplane |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008024049A JP2008024049A (en) | 2008-02-07 |
JP4986212B2 true JP4986212B2 (en) | 2012-07-25 |
Family
ID=39115146
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006195958A Expired - Fee Related JP4986212B2 (en) | 2006-07-18 | 2006-07-18 | Flapping airplane |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4986212B2 (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5207463B2 (en) * | 2008-10-28 | 2013-06-12 | 学校法人千葉工業大学 | Reciprocating rocking mechanism and flapping airplane using the same |
JP2012529398A (en) | 2009-06-05 | 2012-11-22 | エアロバイロメント | Aircraft flight mechanism and control method |
US9669925B2 (en) | 2011-02-16 | 2017-06-06 | Aerovironment, Inc. | Air vehicle flight mechanism and control method for non-sinusoidal wing flapping |
CN102862678B (en) * | 2012-09-02 | 2015-03-11 | 佛山市神风航空科技有限公司 | Moving guide frame type reciprocating airfoil lift force generating device |
JP5995745B2 (en) | 2013-02-21 | 2016-09-21 | 三菱重工業株式会社 | Flapping machine |
JP6192307B2 (en) * | 2013-02-21 | 2017-09-06 | 三菱重工業株式会社 | Flapping machine |
JP6313628B2 (en) * | 2014-03-28 | 2018-04-18 | 三菱重工業株式会社 | Aircraft and method of operating aircraft |
CN103991540B (en) * | 2014-05-30 | 2015-12-02 | 佛山市神风航空科技有限公司 | A kind of taper rotary flapping wing aircraft |
CN105035290B (en) * | 2015-07-02 | 2017-06-20 | 哈尔滨工程大学 | A kind of bionic coatings device that can be moveed backward under water |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1980002A (en) * | 1931-06-30 | 1934-11-06 | Evan P Savidge | Aircraft |
JPH0710802Y2 (en) * | 1989-10-05 | 1995-03-15 | 住友重機械工業株式会社 | Roll reduction device for rolling mill |
JPH05178293A (en) * | 1991-12-27 | 1993-07-20 | Komota Masayuki | Flapping airplane |
JP3889956B2 (en) * | 2001-02-27 | 2007-03-07 | シャープ株式会社 | Mobile device |
JP3920076B2 (en) * | 2001-11-08 | 2007-05-30 | シャープ株式会社 | Flapping flight equipment |
JP4078191B2 (en) * | 2002-11-15 | 2008-04-23 | シャープ株式会社 | Flapping levitation moving device |
JP2005288142A (en) * | 2004-03-08 | 2005-10-20 | Mitsubishi Electric Corp | Floating body, model flying body and control mechanism |
JP4118242B2 (en) * | 2004-03-19 | 2008-07-16 | シャープ株式会社 | Flapping flight robot system |
JP2005119658A (en) * | 2004-11-29 | 2005-05-12 | Koji Isogai | Ornithopter and flapping flight method |
-
2006
- 2006-07-18 JP JP2006195958A patent/JP4986212B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008024049A (en) | 2008-02-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4986212B2 (en) | Flapping airplane | |
CN106043692B (en) | A kind of multiple degrees of freedom imitates bird flapping wing aircraft | |
US9296477B1 (en) | Multi-rotor helicopter | |
US8408488B2 (en) | Safety flier—a parachute-glider air-vehicle with vertical take-off and landing capability | |
CN112009683A (en) | Miniature double-flapping-wing aircraft | |
CN106882371A (en) | A kind of hybrid tilting rotor wing unmanned aerial vehicle | |
US20030226933A1 (en) | Power assembly for ornicopter | |
CN101863306A (en) | An omnidirectional vector thrust cycloidal propeller | |
CN101973399B (en) | Constant-speed universal hinged propeller hub for tilt-rotor aircraft | |
JP2019516619A (en) | Variable pitch propeller device and variable thrust aircraft using the same | |
CN109515704B (en) | Ducted plume rotorcraft based on cycloidal propeller technology | |
CN102417034A (en) | Transverse rigid rotor blade helicopter | |
CN101508343A (en) | Bionic micro aircraft with 8-shaped flapping track | |
CN111086634B (en) | A dragonfly-like double flapping wing micro-aircraft | |
CN102556335A (en) | Flying-wing layout aircraft provided with cycloidal propellers | |
CN110104173A (en) | One kind plunderring torsional mode three-freedom miniature flapping wing aircraft | |
CN103693195B (en) | a micro air vehicle | |
CN206871360U (en) | A kind of multiple degrees of freedom flapping-wing modal with high propulsive efficiency | |
CN101844617B (en) | Double-transverse-beam double-propeller helicopter with novel structure | |
JP2010018059A (en) | Ornithopter | |
JP2005119658A (en) | Ornithopter and flapping flight method | |
CN103991543B (en) | A kind of rotary flapping wing aircraft with spring | |
CN202481313U (en) | Flying wing aircraft with cycloidal rotor thrusters installed | |
CN108275270B (en) | A swing-type flapping wing control mechanism | |
JP7138118B2 (en) | Rotorcraft with variable twist angle mechanism for blades |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090707 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120130 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120308 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120416 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120420 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150511 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |