JP7616134B2 - Multicopter - Google Patents
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Description
本発明は、マルチコプタ、特にダクテッドロータを有するマルチコプタに関する。 The present invention relates to a multicopter, in particular a multicopter with a ducted rotor.
複数のロータを備えた飛行体、いわゆるマルチコプタが知られている。また、ロータに、その外周を囲むダクトを組み合わせたダクテッドロータを採用したマルチコプタも知られている。ロータの外周を円筒形のダクトで囲むことで、ロータの外周端における渦の発生を抑制し、ロータの効率を向上させることができる。下記特許文献1には、4個のロータ(プロペラ21~24)のそれぞれの外周を円筒形の集塵器(4-1~4-4)で囲んだ飛行体(2)が示されている。なお、( )内の符号および部材名は、下記特許文献1で用いられたものであり、本願の実施形態の説明で用いられる符号および部材名とは関連しない。 Air vehicles equipped with multiple rotors, so-called multicopters, are known. Multicopters that use ducted rotors, which are rotors combined with ducts that surround the periphery of the rotors, are also known. By surrounding the periphery of the rotors with cylindrical ducts, it is possible to suppress the generation of vortexes at the outer periphery of the rotors and improve the efficiency of the rotors. The following Patent Document 1 shows an air vehicle (2) in which the periphery of each of the four rotors (propellers 21 to 24) is surrounded by cylindrical dust collectors (4-1 to 4-4). Note that the reference numbers and component names in parentheses are those used in the following Patent Document 1, and are not related to the reference numbers and component names used in the description of the embodiments of this application.
マルチコプタにおいては、その進行方向とロータの回転軸線が交差するため、ロータ外周を囲むダクトを設けると、進行方向に対する機体の投影面積が増加し、空気抵抗が大きくなる傾向がある。 In a multicopter, the direction of travel intersects with the axis of rotation of the rotor, so providing a duct that surrounds the outer periphery of the rotor increases the projected area of the aircraft in the direction of travel, which tends to increase air resistance.
本発明は、ダクテッドロータを備えたマルチコプタにおいて、空気抵抗を低減することを目的とする。 The present invention aims to reduce air resistance in a multicopter equipped with a ducted rotor.
本発明に係るマルチコプタは、複数のロータと、各ロータの外周をそれぞれ囲むダクトとを備え、ダクトの外周面には、ダクトの径方向外方に向けて隆起し、かつ前記外周面のうち各前記ロータの中心を結んだ多角形の外側の範囲にのみダクトの周方向に沿って延びる外周隆起が設けられ、外周隆起は、ロータの回転軸線の方向において中央部が突出し、中央部から両側の辺縁に向けてなだらかに突出量が低減し、中央部と前記辺縁の間が滑らかに湾曲した凹面となっている。 The multicopter of the present invention comprises a plurality of rotors and ducts surrounding the outer periphery of each rotor, and the outer peripheral surface of the duct is provided with an outer peripheral ridge that protrudes radially outward from the duct and extends circumferentially of the duct only in an area of the outer peripheral surface outside a polygon connecting the centers of each of the rotors , and the outer peripheral ridge has a central portion that protrudes in the direction of the rotor's rotation axis, and the amount of protrusion from the central portion gradually decreases toward the edges on both sides, forming a smoothly curved concave surface between the central portion and the edges.
マルチコプタが水平移動するとき、移動方向の前面において外周隆起により気流が滑らかに向きを変えられ、気流のよどみがなくなることで空気抵抗が減少する。 When the multicopter moves horizontally, the airflow is smoothly redirected in front of it in the direction of movement due to the ridges on the outer periphery, eliminating stagnation in the airflow and reducing air resistance.
図1は、本実施形態のマルチコプタ10の概略構成を模式的に示す斜視図である。マルチコプタ10は、本体12と、本体12の周囲に配置された4個のロータ部14と、本体12の下面に装着された脚16を備える。ロータ部14は、後述するように、ロータ18(図2参照)と、ロータ18の外周を囲むダクト20を含むダクテッドロータの形態を有する。ダクト20が本体12に固定されて、ロータ部14が本体12と一体となっている。また、これに代えて、ロータ部14は、本体12から放射状に延びる複数のアームの端に配置されてもよい。ロータ部14の個数は、図示する4個に限らず、3個、6個など他の個数としてもよい。脚16は、例えば、3本または4本が備えられ、マルチコプタ10が着地したとき、着地面に接地し、機体を支持する。
1 is a perspective view showing a schematic configuration of a
本体12は、マルチコプタ10の姿勢、飛行方向、飛行速度等を制御するための各ロータの回転速度を演算するコントローラ、演算された回転速度に各ロータを制御する回転制御部、電源であるバッテリー等を収容している。マルチコプタ10が無線遠隔操作される場合、そのための電波の送受信機も収容する。
The
図2は、ロータ部14の断面、特にロータ18の回転軸線Aを含む断面を模式的に示す断面図である。断面形状は4個のロータ部14に共通である。ロータ18は、複数の、例えば2本または3本のブレード22を有し、各ブレード22は回転軸線Aから径方向に沿って外方に延びる。ロータ18は、モータ24により回転駆動され、回転軸線Aに沿う気流を発生する。ロータ18の外周を囲むようにダクト20が設けられている。ダクト20の内壁面20aは、円筒面であり、ロータ18の外周端、すなわちブレード22の先端に近接している。翼の先端部では、気流が、翼の先端を越えての正圧面から反対側の負圧面に流れ、この流れによっていわゆる翼端渦が発生する。ダクト20の内壁面20aがブレード22の先端に近接していることで、ブレード22の先端を越える気流を阻止して翼端渦の発生を抑制する。ダクトの内壁面20aは、気流の入口側の開口部分の径を大きくし、滑らかにロータ18周囲の円筒部分につながる形状としてもよい。
2 is a cross-sectional view showing a cross section of the
モータ24は、ダクト20の内壁から径方向内方に延びる複数のステー26に支持され、ダクト20を介して本体12に支持される。また、モータ24は、本体12から延びるアームに支持されてもよく、この場合ダクト20は、アーム、モータ24およびステー26を介して本体12に支持されてよい。モータ24は、本体12に収容された回転制御部からの電力により回転駆動され、各モータ24のそれぞれの回転速度が適宜制御されることで、マルチコプタ10の昇降、回転、水平移動、姿勢が制御される。
The
各ダクト20の外周面には、ダクト20の径方向外方に向けて隆起し、かつダクト20の周方向に沿って延びる外周隆起28が設けられている。外周隆起28は、本体12と干渉する部分を除いて、ダクト20の外周全体に延びてよい。ダクト20は、内壁面20aを規定する内壁30と、外周隆起28を規定する外壁32で囲まれた内部を中空とする中空構造であってよい。また、ダクト20内部の中空空間に隔壁やリブを設けてダクト20の強度および剛性を確保するようにしてよい。さらに、ダクト20を中実構造としてもよい。
The outer peripheral surface of each
外周隆起28は、回転軸線Aに沿う方向において中央部が最も外方に向けて突出している。外周隆起28の突出端は、先端が丸くされてよい。丸くすることで、障害物に接触したとき、障害物の損傷を低減することができる。外周隆起28は、中央部から、ダクト20の両側の辺縁、つまり図2において上下の辺縁に向けて、なだらかに突出量が低減している。外周隆起28は、ダクト20の両側の辺縁において、内壁面20aに達してよく、この辺縁に丸みを付けてもよい。また、外周隆起28が、ダクト20の両側の辺縁において、内壁面20aよりも径方向外側の位置に達するようにしてよく、この場合、ダクト20の端が厚さを有する。さらに、外周隆起28は、中央部と辺縁の間が滑らかに湾曲した凹面に形成されている。外周隆起28の横断面形状は、周方向において一定であってよい。
The
マルチコプタ10が水平方向に移動するとき、ロータ部14が受ける気流Fが、図2に示すように外周隆起28の表面に沿って滑らかに向きを変える。これにより、気流のよどみがなくなり、空気抵抗を減少させることができる。
When the
ロータ部14が、アームを介して本体12に結合され、ロータ部14が本体12から離れて位置するマルチコプタにあっては、ダクト20の全周に外周隆起28を設けるようにしてよい。
In a multicopter in which the
図3は、外周隆起を、ダクトの外周面の一部、特にマルチコプタの機体の外方に向いた外周面に設けた場合の例を模式的に示す図である。図3は、マルチコプタ40をロータの回転軸線方向に沿って見た図である。前述のマルチコプタ10との相違は、外周隆起が配置される範囲であり、他の構成はマルチコプタ10と同様である。本体12の周囲に4個のロータ部42が配置されている。ロータ部42のダクト44の外周面の一部に外周隆起46が設けられている。外周隆起46の横断面の形状は、図2に示す外周隆起28と同一である。外周隆起46は、ダクト44の外周面のうち、各ロータ部42のロータの中心Oを結んだ多角形50の外側の範囲に延びる。ロータ部42が4個の場合、多角形50は図示するように四角形となる。ロータ部42がn個の場合、多角形50はn角形となる。
3 is a schematic diagram showing an example in which an outer circumferential ridge is provided on a part of the outer circumferential surface of the duct, particularly on the outer circumferential surface facing outward of the multicopter's body. FIG. 3 is a diagram showing a
マルチコプタは、水平面内において、いずれの方向にも移動可能である。マルチコプタ40において、外周隆起46が設けられた部分は、マルチコプタ40が水平移動する際に、気流を直接受ける前面となる可能性がある部分であり、この部分に外周隆起46を設けることで、気流の向きを滑らかに変えることができる。また、外周隆起46を設けない範囲を設定することで、機体重量の軽量化に寄与する。
The multicopter can move in any direction in a horizontal plane. The part of the
10,40 マルチコプタ、12 本体、14,42 ロータ部(ダクテッドロータ)、16 脚、18 ロータ、20,44 ダクト、22 ブレード、24 モータ、26 ステー、28,46 外周隆起、30 内壁、32 外壁、50 ロータ部の中心を結ぶ多角形、A ロータの回転軸線、F 気流。
10, 40 Multicopter, 12 Main body, 14, 42 Rotor portion (ducted rotor), 16 Leg, 18 Rotor, 20, 44 Duct, 22 Blade, 24 Motor, 26 Stay, 28, 46 Outer peripheral protrusion, 30 Inner wall, 32 Outer wall, 50 Polygon connecting centers of rotor portions, A Rotor rotation axis, F Air flow.
Claims (1)
各前記ロータの外周をそれぞれ囲むダクトと、
を備えるマルチコプタであって、
前記ダクトの外周面には、前記ダクトの径方向外方に向けて隆起し、かつ前記外周面のうち各前記ロータの中心を結んだ多角形の外側の範囲にのみ前記ダクトの周方向に沿って延びる外周隆起が設けられ、
前記外周隆起は、前記ロータの回転軸線に沿う方向において中央部が突出し、前記中央部から両側の辺縁に向けてなだらかに突出量が低減し、前記中央部と前記辺縁の間が滑らかに湾曲した凹面となっている、
マルチコプタ。 A plurality of rotors;
A duct surrounding an outer periphery of each of the rotors;
A multicopter comprising:
An outer circumferential surface of the duct is provided with an outer circumferential ridge that bulges outward in the radial direction of the duct and extends along the circumferential direction of the duct only in an area outside a polygon connecting the centers of the rotors on the outer circumferential surface ,
The outer circumferential protrusion has a central portion protruding in a direction along the rotation axis of the rotor, and the protrusion amount gradually decreases from the central portion toward both side edges, and a smoothly curved concave surface is formed between the central portion and the edge.
Multicopter.
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