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JP5811384B1 - Air levitation device and its air navigation - Google Patents

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JP5811384B1 JP2014233788A JP2014233788A JP5811384B1 JP 5811384 B1 JP5811384 B1 JP 5811384B1 JP 2014233788 A JP2014233788 A JP 2014233788A JP 2014233788 A JP2014233788 A JP 2014233788A JP 5811384 B1 JP5811384 B1 JP 5811384B1
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Abstract

【課題】エネルギー消耗を軽減しかつ低コストで長時間の定点観測を可能とする空中浮揚装置を提供する。【解決手段】空中浮揚装置1は機体本体2と、航空機の翼形状構造体3と、航空機の翼形状構造体3の角度を制御する角度制御機4と、角度制御機4の自動制御装置8と、GPS9と、風向風力測定器5及び風力方向舵6と、を備え、GPS9による機体高度や飛行距離、風向風力測定器5及び風力方向舵6のデータにより、自動制御装置8が機体本体1の下降及び上昇のタイミングを決定し、角度制御機4により航空機の翼形状構造体3の角度を自律的に制御し、航空機の翼形状構造体3の揚力および抗力と重力からなる推進力によって機体本体2を下降及び上昇させ、定まった上下二つの領域範囲を往復させることで空中での位置を常時所定の範囲に維持させる。【選択図】図1An air levitation device that reduces energy consumption and enables low-cost, long-term observation. An air levitation apparatus (1) includes a fuselage body (2), an aircraft wing-shaped structure (3), an angle controller (4) for controlling the angle of the aircraft wing-shaped structure (3), and an automatic controller (8) for the angle controller (4). And the GPS 9, the wind direction wind measuring device 5 and the wind direction rudder 6, and the automatic control device 8 descends the body body 1 according to the data of the aircraft height and flight distance by the GPS 9, the wind direction wind measuring device 5 and the wind direction rudder 6. And the timing of the ascent, and the angle controller 4 autonomously controls the angle of the wing-shaped structure 3 of the aircraft, and the aircraft body 2 is driven by the propulsive force of the lift, drag and gravity of the wing-shaped structure 3 of the aircraft. Is lowered and raised, and the position in the air is always maintained within a predetermined range by reciprocating the two upper and lower region ranges. [Selection] Figure 1

Description

本発明は空中浮揚装置及びその空中航法に関する。   The present invention relates to an air levitation device and its air navigation.

気象観測用の空中浮揚装置として従来例えばラジオゾンデが知られている。ラジオゾンデとは地上からおよそ高度30km上空までの気象データ(気温、湿度、気圧)を随時観測するために、主にゴム気球で飛ばされる無線機付き気象観測機器のことである。   Conventionally, for example, a radiosonde is known as an air levitation device for weather observation. A radiosonde is a meteorological observation device with a radio that is mainly blown by a rubber balloon to observe meteorological data (temperature, humidity, atmospheric pressure) from the ground up to an altitude of about 30 km.

しかしながら、ラジオゾンデは空中の定位置を長時間維持することができない。通常、ラジオゾンデはゴム気球に取り付けられ、上昇しながら上空の気温、湿度、気圧を観測する方式だからである。   However, the radiosonde cannot maintain a fixed position in the air for a long time. This is because a radiosonde is usually attached to a rubber balloon and observes the temperature, humidity, and pressure of the sky as it rises.

気象観測の目的からすると定位置を維持できる装置が望まれるが、例えば航空機のガソリン内燃機関による推力で定位置を維持する方式では燃料の消耗があって長時間の定点維持はできない。また、太陽光によるモータ駆動によりプロペラを回転させて定点維持を行う方法では夜間での維持ができない。さらに、バッテリーへの充電による方法ではバッテリー重量の増加やバッテリー寿命によってコストの増加の問題や長時間運転への対応ができないといった問題がある。   For the purpose of weather observation, an apparatus capable of maintaining a fixed position is desired. However, for example, in a method of maintaining a fixed position by a thrust of an aircraft gasoline internal combustion engine, fuel is consumed and a fixed point cannot be maintained for a long time. Further, the method of maintaining the fixed point by rotating the propeller by the motor driven by sunlight cannot be maintained at night. In addition, the battery charging method has problems such as an increase in the weight of the battery and an increase in cost due to the battery life, and a problem that it cannot cope with a long-time operation.

特許文献1には、揚力を生じさせるプロペラをモータにより回転させ、その回転反力を受けてプロペラと反対方向に回転する機体を所定の傾倒方向に傾かせる可動翼と、回転する機体2と同期させて周期的に動作する尾翼を備え、機体を任意の空中位置に移動させ、定点維持する気象観測装置が記載されている。   In Patent Document 1, a propeller that generates lift is rotated by a motor, and a movable wing that tilts a machine body that rotates in a direction opposite to the propeller in response to the rotation reaction force in a predetermined tilt direction and a rotating machine body 2 are synchronized. A meteorological observation device is described that includes a tail wing that operates periodically, moves the aircraft to an arbitrary aerial position, and maintains a fixed point.

特開2012−083318号公報JP 2012-083318 A

しかしながら、特許文献1の装置には回転翼や可動翼、尾翼を制御するための複雑な機構が必要とされるだけでなく、回転動力を供給するモータ用の電力も必要であり、空中の定点で長期間の観測を行うための簡易かつ低コストの装置とは言えない。
一方、航空機の翼形状をした物体に風を当てると揚力および抗力と重力からなる推進力が発生することが知られている。本発明は、これを利用して航空機の翼形状にした密閉容器に水素またはヘリウムガスを封入し浮揚力を得るとともに、太陽光発電システムによる推進力を備えてこの翼形状の密閉容器の水平角度を風向きないし風力によって自動的に制御することで、空中を上下に移動して空中の一定範囲に留まることができ、これによりエネルギー消耗を軽減しかつ低コストで長時間の空中定点気象観測を行なうことが可能で、電波の中継用の空中定点電波アンテナや、長時間の観測用の空中定点カメラを搭載することもできる空中浮揚装置を提供することを課題とする。
However, the device of Patent Document 1 requires not only a complicated mechanism for controlling the rotor blades, movable blades, and tail blades, but also requires electric power for the motor that supplies the rotational power. Therefore, it is not a simple and low-cost device for long-term observation.
On the other hand, it is known that when a wind is applied to an aircraft-shaped object, a propulsive force composed of lift, drag and gravity is generated. The present invention makes use of this to enclose hydrogen or helium gas in an airtight wing-shaped airtight container to obtain a levitation force, and to provide a propulsive force by a solar power generation system and to provide a horizontal angle of the wing-shaped airtight container. By automatically controlling the wind direction or wind force, it is possible to move up and down in the air and stay in a certain range in the air, thereby reducing energy consumption and performing long-term aerial fixed-point weather observation at low cost It is an object of the present invention to provide an air levitation device that can be equipped with an aerial fixed-point radio antenna for relaying radio waves and an aerial fixed-point camera for long-time observation.

上記課題を解決するために、請求項1の発明は、機体本体と、航空機の翼形状構造体と、翼形状構造体と気流との相対角度を制御する角度制御機と、角度制御機の自動制御装置と、GPSと、風向風力測定器及び風力方向舵と、を備え、 GPSによる機体高度や飛行距離、風向風力測定器及び風力方向舵のデータにより、自動制御装置が上記機体本体の下降及び上昇のタイミングを決定し、角度制御機により翼形状構造体の角度を自律的に制御し、翼形状構造体の揚力および抗力と重力からなる推進力によって機体本体を風上に向かって下降させ、さらに風下に向かって上昇させて、定まった上下二つの領域範囲を往復させることで空中での位置を常時所定の範囲に滞空維持させ、機体本体と航空機の翼形状構造体とが第1のロープにて係留されており、航空機の翼形状構造体にはさらに凧型浮揚体が第2のロープにて係留されており、機体本体を風上に向かって下降させる時は、凧型浮揚体の第2の係留ロープを緩めて凧型浮揚体は風を吹流す状態として、航空機の翼形状構造体及び機体本体とともに下降させ、機体本体を風下に向かって上昇させる時には、凧型浮揚体の第2の係留ロープを引き締めて、凧型浮揚体が揚力および抗力と重力からなる推進力を得られるような角度に制御し、航空機の翼形状構造体及び機体本体とともに上昇させる、ことを特徴とする。
請求項2の発明は、さらに、航空機の翼形状構造体は密閉容器構造で形成され、内部に水素又はヘリウムガスが封入されており、空中浮揚装置は上記水素又はヘリウムガスの補充用圧力容器を備え、風向風力測定器のデータにより自動制御装置が水素又はヘリウムガスの補充または排出の制御を行うことで無風時における空中での位置を常時所定の範囲に維持させることを特徴とする。
請求項3の発明は、さらに空中浮揚装置が太陽光発電システムによる推進動力を備え、その太陽光発電システムにより無風状態もしくは無風状態に近い微風時に空中浮揚装置を推進させることで夜間には水素又はヘリウムガスの補充または排出の制御を行って風下に移動した分を、日中には太陽光発電システムの推進動力によって風上に向かって進み元の位置に戻すことで空中での位置を常時所定の範囲に滞空維持させることを特徴とする。
請求項4の発明は、さらに、凧型浮揚体をハンググライダーとしたことを特徴とする。
請求項5の発明は、凧型浮揚体をパラグライダーとしたとしたことを特徴とする。
請求項6の発明は、人力や内燃原動機を使わずに風力を使って空中の一定範囲に滞空するための空中浮揚装置の空中浮揚方法であって、空中浮揚装置は、機体本体と、航空機の翼形状構造体と、翼形状構造体と気流との相対角度を制御する角度制御機と、角度制御機の自動制御装置と、GPSと、風向風力測定器及び風力方向舵を備え、GPSによる機体高度や飛行距離、風向風力測定器及び風力方向舵のデータにより、自動制御装置が機体本体の下降及び上昇のタイミングを決定し、角度制御機により翼形状構造体の角度を自律的に制御し、翼形状構造体の揚力および抗力と重力からなる推進力によって機体本体を風上に向かって下降させ、さらに風下に向かって上昇させて、定まった上下二つの領域範囲を往復させることで空中での位置を常時所定の範囲に滞空維持させることを特徴とし、空中浮揚方法は上記空中浮揚装置を、気球や航空機、ロケットからなる他の浮揚手段によって所定の高度に引き上げるステップと、空中浮揚装置を他の浮揚手段から切り離し、大気中に所定の空気流が存在する場合は、GPSによる機体高度や飛行距離、風向風力測定器及び風力方向舵のデータにより、自動制御装置が機体本体の下降及び上昇のタイミングを決定し、角度制御機により翼形状構造体または凧型浮揚体の角度を自律的に制御し、翼形状構造体または凧型浮揚体の推進力によって、空中での位置を常時所定の範囲に維持させ、大気中に所定の空気流が存在しない場合は、風向風力測定器のデータにより自動制御装置が空中浮揚装置の密閉容器とした構造体に水素又はヘリウムガスを補充、排出する制御、及び/又は太陽光発電システムによる推進を行うことで空中での位置を常時所定の範囲に維持させるステップを備えることを特徴とする。


In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is directed to an airframe body, an aircraft wing-shaped structure, an angle controller that controls a relative angle between the wing-shaped structure and an air current, and an automatic angle controller. A control device, a GPS, a wind direction wind measuring device and a wind rudder, and the automatic control device controls the descending and raising of the body by the GPS altitude and flight distance, wind direction wind measuring device and wind rudder data. The timing is determined, the angle control machine autonomously controls the angle of the wing-shaped structure, the aircraft body is lowered toward the windward by the propulsive force consisting of lift and drag and gravity of the wing-shaped structure, and further downwind The aircraft body and the wing-shaped structure of the aircraft are connected to each other by the first rope. Mooring In addition, a vertical levitation body is moored by a second rope to the wing-shaped structure of the aircraft, and when the aircraft body is lowered toward the windward, the second levitation body When the mooring rope is loosened and the vertical levitation body is in a state of blowing wind, it is lowered with the aircraft wing-shaped structure and the main body, and when the main body is raised toward the leeward, the second mooring of the vertical levitation body The rope is tightened to control the angle so that the saddle-type levitation body can obtain a propulsion force composed of lift force, drag force, and gravity, and is raised together with the wing-shaped structure body and the airframe body of the aircraft .
According to a second aspect of the present invention, the wing-shaped structure of the aircraft is formed in a sealed container structure, and hydrogen or helium gas is enclosed therein, and the air levitation device includes the pressure vessel for refilling the hydrogen or helium gas. In addition, the automatic control device controls the replenishment or discharge of hydrogen or helium gas according to the data of the wind direction and wind measuring device, and the position in the air when no wind is present is always maintained within a predetermined range.
In the invention of claim 3, the aerial levitation apparatus is further provided with propulsion power by a solar power generation system, and the solar levitation apparatus is propelled by the solar power generation system at the time of no wind or in a light breeze close to the no wind. The amount of helium gas replenished or discharged and moved to the leeward is moved toward the windward by the propulsion power of the photovoltaic power generation system and returned to the original position during the daytime. It is characterized in that the airspace is maintained within the range.
The invention of claim 4 is further characterized in that the saddle-type levitation body is a hang glider.
The invention according to claim 5 is characterized in that the saddle type floating body is a paraglider.
The invention of claim 6 is an air levitation method for an air levitation device for staying in a certain range in the air using wind power without using human power or an internal combustion prime mover. Wing-shaped structure, an angle controller that controls the relative angle between the wing-shaped structure and the airflow, an automatic controller for the angle controller, GPS, a wind direction wind measuring instrument, and a wind rudder And the flight distance, wind direction wind measuring instrument and wind direction rudder data, the automatic control device determines the descent and rise timing of the fuselage body, and the angle controller autonomously controls the angle of the wing shape structure, and the wing shape Position in the air by lowering the aircraft body upwind by the propulsive force consisting of lift and drag of the structure and gravity, and then raising it up and down and reciprocating the two upper and lower area ranges Characterized in that to hovering always maintained at a predetermined range, the levitation method the levitation device, balloons or aircraft, and the predetermined highly pulling step by other flotation means consisting of rocket, other flotation airborne device When there is a predetermined air flow in the atmosphere separated from the means, the automatic control device determines the descent and ascent timing of the aircraft body based on the aircraft altitude and flight distance by GPS, wind direction wind measuring instrument and wind direction rudder data The angle control unit autonomously controls the angle of the wing-shaped structure or saddle-type levitation body, and the propulsive force of the wing-shaped structure or saddle-type levitation body always maintains the position in the air within a predetermined range. When there is no predetermined air flow in the atmosphere, hydrogen or helium is added to the structure that the automatic controller uses as a sealed container for the air levitation device based on the data of the wind direction wind measuring device. Supplemented scan, characterized in that it comprises the step of maintaining the position at all times a predetermined range in the air by making the propulsion by the discharge control, and / or solar systems.


本発明により、空中浮揚装置の空中位置を長時間にわたって定点維持させることにより、24時間365日の連続した定位置での気象観測や、電波の中継、定点カメラの画像、動画観測を、エネルギー消耗を抑制しかつ低コストにて実現することができる。   According to the present invention, by maintaining the air position of the levitating device over a long period of time, energy observation can be performed for weather observation, radio wave relay, image of a fixed point camera, and video observation at a continuous fixed position for 24 hours 365 days. And can be realized at low cost.

本発明の第1の実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the 1st Embodiment of this invention. 翼形状構造体に加わる力のベクトルを断面上で示す模式図であり、空中浮揚装置が横風を受け、かつ下降している場合を示す。It is a schematic diagram which shows the vector of the force applied to a wing | blade shape structure on a cross section, and shows the case where an air levitation device receives a crosswind and is falling. 翼形状構造体に加わる力のベクトルを断面上で示す模式図であり、空中浮揚装置が横風を受け、かつ上昇している場合を示す。It is a schematic diagram which shows the vector of the force applied to a wing | blade-shaped structure on a cross section, and shows the case where an air levitation device receives a crosswind and is rising. 横風を受けて上昇下降する空中浮揚装置の翼形状構造体の角度を示す模式図であり、(a)は下降時の状態を示し、(b)は上昇時の状態を示す。It is a schematic diagram which shows the angle of the wing | blade shape structure body of the air levitation apparatus which raises and descends in response to a cross wind, (a) shows the state at the time of a fall, (b) shows the state at the time of a raise. 横風を受けて上昇下降する空中浮揚装置の航路を地上から観察した模式図であり、推進力を受けての風下への上昇、および自由落下と推進力を受けての風上への下降を示す。It is a schematic diagram of an air levitation device that rises and descends in response to a crosswind from the ground, showing the rise to the leeward under propulsion, and the fall to the upwind under free fall and propulsion . 本発明の第3の実施形態を示す模式図であり、凧型平面浮揚体を使用した実施例である。(a)は下降時の状態、(b)は上昇時の状態を示す。It is a schematic diagram which shows the 3rd Embodiment of this invention, and is an Example which uses a saddle type plane levitation body. (A) shows a state when descending, and (b) shows a state when ascending. 本発明の第3の実施形態を示す模式図であり、パラグライダーを使用した実施例である。(a)は下降時の状態、(b)は上昇時の状態を示す。It is a schematic diagram which shows the 3rd Embodiment of this invention, and is an Example using a paraglider. (A) shows a state when descending, and (b) shows a state when ascending. 本発明の第4の実施形態を示す模式図であり、凧型平面浮揚体を使用した実施例である。(a)は下降時の状態、(b)は上昇時の状態を示す。It is a schematic diagram which shows the 4th Embodiment of this invention, and is an Example which uses a saddle type plane levitation body. (A) shows a state when descending, and (b) shows a state when ascending.

以下に、本発明の第1の実施形態について図を用いて説明する。まず、本実施形態の構成について説明する。なお、空中浮揚装置1に搭載される観測用の機器等は図示していない。
図1に示すように、空中浮揚装置1は、機体本体2と、航空機の翼形状構造体3と、翼形状構造体3の角度を制御する角度制御機4と、角度制御機4の自動制御装置8と、GPS9と、風向風力測定器5及び風力方向舵6とを備えている。
本実施形態では、翼形状構造体3が水平方向に対称配置で2個配設されている。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration of the present embodiment will be described. Note that observation equipment and the like mounted on the levitating apparatus 1 are not shown.
As shown in FIG. 1, the levitating apparatus 1 includes a fuselage body 2, an aircraft wing-shaped structure 3, an angle controller 4 that controls the angle of the wing-shaped structure 3, and automatic control of the angle controller 4. A device 8, a GPS 9, a wind direction wind measuring instrument 5 and a wind direction rudder 6 are provided.
In the present embodiment, two wing-shaped structures 3 are arranged symmetrically in the horizontal direction.

翼形状構造体3は機体本体2に角度調節可能に取り付けられる。翼形状構造体3は角度制御機4に接続され自動制御装置8からの指令により機械的、自律的に翼角度が制御され、地上からの無線指示等は不要である。   The wing-shaped structure 3 is attached to the airframe body 2 so that the angle can be adjusted. The wing-shaped structure 3 is connected to the angle controller 4, and the wing angle is mechanically and autonomously controlled by a command from the automatic control device 8, so that no radio instruction from the ground is required.

風向風力測定器5と翼形状構造体3との間に機械的な連動機構を設け、翼形状構造体3の角度制御をいくつかのパターンに限定した簡単な制御方法を用いてもよい。機体本体2には上記各装置が重心位置を考慮してバトミントンのシャトルコックのように基本的な空中姿勢を保つように配置される。   A simple interlocking method may be used in which a mechanical interlocking mechanism is provided between the wind direction and wind force measuring instrument 5 and the wing-shaped structure 3, and the angle control of the wing-shaped structure 3 is limited to several patterns. In the body 2, the above devices are arranged so as to maintain a basic aerial posture like a badminton shuttlecock in consideration of the position of the center of gravity.

次に、図1〜4を用いて本実施形態の空中浮揚装置を使用した空中航法について説明する。
まず、空中浮揚装置1を気球や航空機、ロケット等によって適度な大気高度での観測位置に放出させる。
Next, the air navigation using the air levitation apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, the air levitation device 1 is released to an observation position at an appropriate atmospheric altitude by a balloon, an aircraft, a rocket, or the like.

次に、上述した方法で基本的に一定の高度に浮揚させた空中浮揚装置1を長時間風向きや風速の変化に対して一定位置に保持させる本発明の空中航法について説明する。
気圧や気温、風向きによって空中浮揚装置1の上下方向の位置バランスは必ず崩れる。すなわち、空中浮揚装置1は下降あるいは上昇の運動を行い、その際、相対的に大気から上向きあるいは下向きに風を受けることになる。この場合、まず風力方向舵6により空中浮揚装置1を垂直軸回りに水平方向に回転させて翼形状構造体3を図2,3のように横風を翼形状の正面から受けるようにする。その後の翼形状構造体3の角度調整と空中浮揚装置1の運動について以下に説明する。
Next, a description will be given of the aerial navigation of the present invention in which the air levitation apparatus 1 that is basically levitated to a certain altitude by the above-described method is held at a certain position against a change in wind direction and wind speed for a long time.
The position balance in the vertical direction of the levitating device 1 is inevitably lost depending on the atmospheric pressure, temperature, and wind direction. That is, the air levitation device 1 performs a downward or upward movement, and at that time, the air levitation device 1 receives wind relatively upward or downward from the atmosphere. In this case, first, the air levitation device 1 is rotated horizontally around the vertical axis by the wind rudder 6 so that the wing-shaped structure 3 receives the cross wind from the front surface of the wing shape as shown in FIGS. The angle adjustment of the wing-shaped structure 3 and the movement of the air levitation device 1 will be described below.

図2は、空中浮揚装置1が下降運動をして相対的に上向きの風を受け、なおかつ大気の状態による通常の横風を受けて全体として斜め上向きの風を受けている際に、航空機の翼形状構造体3が受ける力を示したものである。   FIG. 2 shows an aircraft wing when the air levitation apparatus 1 receives a relatively upward wind due to a downward movement, and receives a normal crosswind due to atmospheric conditions and receives an obliquely upward wind as a whole. The force which the shape structure 3 receives is shown.

図2に示す相対空気流として斜め上向きの風を受けると、風上に翼形状の先端側が向くように斜め下向きに角度調整された翼形状構造体3には、風と平行方向の抗力Dと、これと垂直で翼の上部へ向かう揚力Lが生じる。翼形状構造体3の翼形状としては、抗力Dが小さく揚力Lが大きくなる形状を選ぶ。   When receiving a wind that is obliquely upward as the relative air flow shown in FIG. 2, the wing-shaped structure 3 whose angle is adjusted obliquely downward so that the tip side of the wing shape faces the windward has a drag D in a direction parallel to the wind. A lift L is generated perpendicular to this and directed to the upper part of the wing. As the wing shape of the wing-shaped structure 3, a shape in which the drag D is small and the lift L is large is selected.

翼形状構造体3にはこの他に、図2に示す重力Wが働いており、この力が鉛直下向きの力Wとなっている。抗力Dと重力Wの合力を力Aとすれば、力Aと揚力Lとの合力が翼形状構造体3に働くすべての力の合力となる。このベクトル和A+Lを翼形状構造体3の推進力Tと呼ぶ。この場合推進力Tは下向き且つ風上に向かうことがわかる。   In addition to this, gravity W shown in FIG. 2 acts on the wing-shaped structure 3, and this force is a vertically downward force W. Assuming that the resultant force of the drag D and the gravity W is a force A, the resultant force of the force A and the lift L is a resultant force of all forces acting on the wing-shaped structure 3. This vector sum A + L is called the propulsive force T of the wing-shaped structure 3. In this case, it can be seen that the propulsive force T is directed downward and upwind.

図3は、空中浮揚装置1が上昇運動をして相対的に下向きの風を受け、なおかつ大気の状態による通常の横風を受けて全体として斜め下向きの風を受けている際に、航空機の翼形状構造体3が受ける力を示したものである。   FIG. 3 shows the wing of an aircraft when the levitating device 1 moves upward and receives a relatively downward wind, and receives a normal crosswind due to atmospheric conditions and receives an obliquely downward wind as a whole. The force which the shape structure 3 receives is shown.

図3に示す相対空気流として斜め下向きの風を受けると、風上に翼形状の先端側が向くように斜め上向きに角度調整された翼形状構造体3には、風と平行方向の抗力Dと、風と垂直で翼の上部へ向かう揚力Lが生じる。翼形状構造体3にはこの他に、重力Wが働いており、鉛直下向きの力Wとなっている。抗力Dと重力Wの合力を力Aとすれば、力Aと揚力Lとの合力が翼形状構造体3に働くすべての力の合力となる。このベクトル和A+Lを翼形状構造体3の推進力Tと呼ぶ。この場合推進力Tは上向き且つ風下に向かうことがわかる。   When receiving a wind that is obliquely downward as the relative air flow shown in FIG. 3, the wing-shaped structure 3 whose angle is adjusted obliquely upward so that the tip side of the wing shape faces the windward has a drag D in a direction parallel to the wind. A lift L toward the upper part of the wing is generated perpendicular to the wind. In addition to this, gravity W is acting on the wing-shaped structure 3, and the force W is vertically downward. Assuming that the resultant force of the drag D and the gravity W is a force A, the resultant force of the force A and the lift L is a resultant force of all forces acting on the wing-shaped structure 3. This vector sum A + L is called the propulsive force T of the wing-shaped structure 3. In this case, it can be seen that the propulsive force T is directed upward and leeward.

図2の状態から図3の状態へと翼形状構造体3の翼の角度を切り替えると、空中浮揚装置1の機体本体2と翼形状構造体3の位置関係は空中浮揚装置1の下降時は図4(a)、空中浮揚装置1の上昇時は図4(b)に示すように変化する。
図1および図4(a)では航空機の翼形状構造体3を、ヨットの帆のように 機体本体2に対して垂直に近い角度で立てた状態で使うものであって、このときの揚力L(図2参照)は 主に機体本体2を風上に進めるためのものである。これに対し、図4(b)では機体本体に対して航空機の翼形状構造体3は、航空機の主翼のように 水平に近い角度にして使用する。このときの揚力L(図3参照)は主に機体本体2の上昇のために使われる。
図4(b)で機体は空気流相対角度による揚力によって風下に向かって上昇するが、風下への移動のため、次第に揚力は失われて重力と釣り合う。この時、抗力のみになった時点で機体は上昇から、空気流相対速度を得るために、図1および図4(a)に変化する。
When the wing angle of the wing-shaped structure 3 is switched from the state of FIG. 2 to the state of FIG. 3, the positional relationship between the airframe body 2 and the wing-shaped structure 3 of the air levitation device 1 is as follows when the air levitation device 1 is lowered. FIG. 4A changes as shown in FIG. 4B when the levitating device 1 is raised.
In FIGS. 1 and 4 (a), the wing-shaped structure 3 of the aircraft is used in a state where the aircraft wing-shaped structure 3 is set up at an angle close to the vertical to the body 2 like a sail of a yacht. (See FIG. 2) is mainly for advancing the fuselage body 2 to the windward. On the other hand, in FIG. 4B, the wing-shaped structure 3 of the aircraft is used at an angle close to horizontal like the main wing of the aircraft with respect to the main body. The lift L (see FIG. 3) at this time is mainly used for raising the body 2.
In FIG. 4 (b), the aircraft rises toward the leeward due to the lift by the airflow relative angle, but due to the movement toward the leeward, the lift is gradually lost and balances with gravity. At this time, when only the drag force is reached, the aircraft changes from rising to FIG. 1 and FIG. 4 (a) in order to obtain the airflow relative velocity.

図4(a)の状態にて自由落下による速度の増加によって、空気流相対速度を得た後、風上に向かう滑空により、風上に向かって移動する状態から図4(b)の揚力増加による上昇での風下への移動する状態へ、さらにまた図4(a)の状態へと航空機の翼形状構造体3の角度を繰り返し切り替えることにより、空中浮揚装置1は図5に示すように、地上において横から見て斜め方向に上下動を繰り返すことになり、空中の一定範囲に留まることができる。
翼の角度の切り替えはGPSの機体高度、飛行距離情報により行われる。
なお、GPSの受信動力エネルギーや翼の角度の切り替えは太陽光発電パネルおよび太陽光発電パネルからの蓄電や風力エネルギーにより行われる。
In the state of FIG. 4 (a), after obtaining the relative velocity of the air flow by increasing the speed due to free fall, the lift increase in FIG. 4 (b) from the state of moving toward the windward by gliding toward the windward By repeatedly switching the angle of the wing-shaped structure 3 of the aircraft to the state of moving to the leeward by ascending due to ascending and further to the state of FIG. On the ground, the vertical movement is repeated in an oblique direction when viewed from the side, so that it can stay in a certain range in the air.
The wing angle is switched based on the GPS body height and flight distance information.
Note that the GPS received power energy and the wing angle are switched by the photovoltaic power generation panel, power storage from the photovoltaic power generation panel, or wind energy.

ここで、空中浮揚装置1が本実施形態とは異なり、単葉すなわち1つの航空機の翼形状構造体3のみで構成される場合、あるいは翼形状構造体3を1列のみ縦に配置した構成の場合は、翼断面形状が翼の位置により異なるため、図4の斜め方向の上下動に加えて、真上から見ても風上に向かってヨットのようにジグザグに移動することとなる。本実施形態の場合は、左右に位置対称に翼形状構造体3を配設した複葉の配置であるため左右の翼形状の密閉容器3による推進力が左右方向でバランスされ、合成された推進力は真直ぐに風上に向かい、上記真上から見た場合のジグザグ移動はなくなり、図5に示す斜め方向の上下動のみとなる。   Here, unlike the present embodiment, the air levitation device 1 is configured with only a single leaf, that is, a single aircraft wing-shaped structure 3 or a configuration in which only one row of wing-shaped structures 3 is arranged vertically. Since the cross-sectional shape of the wing differs depending on the position of the wing, in addition to the up and down movement in the oblique direction of FIG. 4, even when viewed from directly above, it moves in a zigzag manner like a yacht toward the windward. In the case of this embodiment, since it is a multi-leaf arrangement in which the wing-shaped structures 3 are arranged symmetrically on the left and right, the propulsive force by the left and right wing-shaped sealed containers 3 is balanced in the left-right direction and synthesized. Goes straight upwind, and there is no zigzag movement when viewed from directly above, and only up and down movement in the oblique direction shown in FIG.

次に、第2の実施形態について説明する。
本実施形態の航空機の翼形状構造体3の外形は航空機翼の形状をなしており、内部に水素ガスまたはヘリウムガスを封入する機密構造体である。水素またはヘリウムガスの補充用圧力容器7は各翼形状構造体3と不図示のフレキシブル配管でつながっており、圧力弁10により、翼形状構造体3へのガス封入量を調整して翼形状構造体3の浮力を調整する。
Next, a second embodiment will be described.
The outer shape of the aircraft wing-shaped structure 3 of the present embodiment has the shape of an aircraft wing, and is a confidential structure in which hydrogen gas or helium gas is sealed. The hydrogen or helium gas replenishment pressure vessel 7 is connected to each blade-shaped structure 3 by a flexible pipe (not shown), and the pressure valve 10 is used to adjust the amount of gas filled in the blade-shaped structure 3 to adjust the blade-shaped structure 3. The buoyancy of the body 3 is adjusted.

本実施形態の空中浮揚装置1は第1の実施形態と異なり、空中浮揚装置1の浮揚する空間に所定の空気流が存在しない場合でも一定の高度を保つことができる。すなわち無風の場合や所定の風速未満の風しか吹いていない場合、風向風力測定器5のデータにより自動制御装置8が翼形状構造体3に水素又はヘリウムガスを補充または排出する制御を行うことにより、空中位置を常時所定の範囲に維持させることが可能である。具体的には、浮力を増大させる際は補充用圧力容器7から水素またはヘリウムガスを密閉容器3に補充し、浮力を減少させる際は密閉容器3から水素またはヘリウムガスを大気放出して空中浮揚装置1の全体重量と密閉容器3に封入する水素またはヘリウムガスによる浮力をバランスさせ、空中浮揚装置1の上下方向の移動を極力抑えるべく調節する。さらに、本実施形態の空中浮揚装置1に太陽光発電システム(不図示)を搭載し、所定の風速以下の微風時においても、夜間風下に移動した距離を、日中には太陽光発電システムによりモータ(不図示)の回転による推進力で風上に向かって進み元の位置に戻し、機体の空中での位置を常時所定の範囲に維持させることもできる。
所定の風速以上の風が吹いている場合は第1の実施形態と同様の翼形状構造体3の角度制御を行うことで空中位置を常時所定の範囲に維持させる。
Unlike the first embodiment, the air levitation device 1 of the present embodiment can maintain a constant altitude even when a predetermined air flow does not exist in the space where the air levitation device 1 floats. That is, when there is no wind or when the wind is blowing less than the predetermined wind speed, the automatic control device 8 performs control to replenish or discharge hydrogen or helium gas to the wing-shaped structure 3 based on the data of the wind direction wind measuring device 5. It is possible to always maintain the air position within a predetermined range. Specifically, when increasing the buoyancy, hydrogen or helium gas is replenished to the sealed container 3 from the replenishing pressure vessel 7, and when reducing buoyancy, hydrogen or helium gas is released from the sealed container 3 to the atmosphere and floated in the air. The total weight of the device 1 and the buoyancy due to hydrogen or helium gas sealed in the sealed container 3 are balanced, and adjustment is performed to suppress the vertical movement of the air levitation device 1 as much as possible. In addition, a solar power generation system (not shown) is mounted on the levitating apparatus 1 of the present embodiment, and the distance moved to the leeward nighttime can be determined by the solar power generation system during the daytime even in the case of a breeze below a predetermined wind speed. The propulsion force generated by the rotation of a motor (not shown) can be advanced toward the windward and returned to the original position, so that the position of the airframe in the air can always be maintained within a predetermined range.
When wind of a predetermined wind speed or higher is blowing, the air position is always maintained within a predetermined range by controlling the angle of the wing-shaped structure 3 as in the first embodiment.

次に、第3の実施形態について説明する。
本実施形態では、図6に示すように機体本体2と航空機の翼形状構造体3とが第1のロープ14にて係留されており、航空機の翼形状構造体3にはさらに凧型平面浮揚体11が第2のロープ15にて係留されており、機体本体2を風上に向かって下降させる時は、図6(a)に示すように凧型平面浮揚体11の第2の係留ロープ15を緩めて凧型浮揚体11は風を吹流す状態として、航空機の翼形状構造体3及び機体本体2とともに自由落下により空気流相対速度を得た後、風上に向かって滑空下降させる。
機体本体2を風下に向かって上昇させる時は、図6(b)に示すように凧型平面浮揚体11の第2の係留ロープ15を引き締めて、凧型平面浮揚体11が風を受け止め最大揚力が得られるような角度に制御し、同時に翼形状構造体3も翼の気流相対角度を最大揚力が得られるような角度に切り替えて機体本体2とともに上昇させる。
Next, a third embodiment will be described.
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the airframe body 2 and the aircraft wing-shaped structure 3 are moored by the first rope 14, and the aircraft wing-shaped structure 3 further has a saddle type plane levitation. When the body 11 is moored by the second rope 15 and the airframe body 2 is lowered toward the windward, the second mooring rope of the saddle type plane levitation body 11 as shown in FIG. 15 is loosened, and the vertical levitation body 11 is in a state of blowing wind. After obtaining the airflow relative velocity by free fall together with the wing-shaped structure 3 and the aircraft body 2 of the aircraft, it is glide down toward the windward.
When raising the airframe body 2 toward the leeward side, the second mooring rope 15 of the saddle type plane levitation body 11 is tightened as shown in FIG. The angle is controlled so that lift is obtained, and at the same time, the wing-shaped structure 3 is also raised together with the body 2 by switching the airflow relative angle of the wing to an angle at which maximum lift is obtained.

上記のように、自由落下からさらに機体本体2を風上に向かって滑空下降させる時は、凧型平面浮揚体11の角度を第2の係留ロープ15を調整して凧型平面浮揚体11における抗力及び揚力を小さく抑えた角度に調整された航空機の翼形状構造体3により風上に向かって下降させる。 As described above, when the airframe body 2 is further glide down toward the windward from the free fall, the angle of the vertical plane levitation body 11 is adjusted by adjusting the second mooring rope 15 in the vertical plane levitation body 11. The aircraft is lowered toward the windward by the wing-shaped structure 3 of the aircraft adjusted to an angle that suppresses drag and lift.

また、機体本体2を風下に向かって上昇させる時は、凧型平面浮揚体11の角度を第2の係留ロープ15を引き締めて、凧型平面浮揚体11が風を受け止め、凧型平面浮揚体11における抗力及び揚力が増大するような角度に制御し、航空機の翼形状構造体3及び機体本体2とともに風下に向かって上昇させる。
本実施形態において、航空機の翼形状構造体3をあらかじめ所定の角度で固定して配設し、凧型平面浮揚体11の気流相対角度の制御のみを行うことにより機体本体2の空中位置を常時所定の範囲に滞空維持させることもできる。
When the airframe body 2 is raised toward the leeward side, the vertical mooring body 11 receives the wind by tightening the second mooring rope 15 so that the vertical mooring body 11 receives the wind. 11 is controlled to an angle at which drag and lift are increased, and is raised toward the lee side together with the wing-shaped structure 3 and the main body 2 of the aircraft.
In this embodiment, the aircraft wing-shaped structure 3 is fixed at a predetermined angle in advance, and the airborne position of the airframe body 2 is always set by controlling only the airflow relative angle of the saddle type plane levitation body 11. It is also possible to keep the airspace within a predetermined range.

また、凧型平面浮揚体11の代わりにハンググライダー12やパラグライダー13(図7参照)を使用しても、上記と同様の航法により空中浮揚装置1を空中で常時所定の範囲に維持させることができる。パラグライダー13の場合、自由落下および風上に向かって滑空下降させる時はパラグライダー13において抗力及び揚力を極力減少させるように第2の係留ロープ15を調整する。   Further, even if a hang glider 12 or a paraglider 13 (see FIG. 7) is used instead of the saddle type plane levitation body 11, the air levitation apparatus 1 can always be maintained in a predetermined range in the air by the same navigation as described above. it can. In the case of the paraglider 13, the second mooring rope 15 is adjusted so that the drag and lift are reduced as much as possible in the paraglider 13 when free-falling and glide down toward the windward.

次に、第4の実施形態について説明する。
本実施形態では、空中浮揚装置1は、機体本体2と、凧型平面浮揚体11と、凧型浮揚体11と気流との相対角度を制御する角度制御機4と、角度制御機4の自動制御装置8と、GPS9と、風向風力測定器5及び風力方向舵6を備え、GPS9による機体高度や飛行距離、風向風力測定器5及び風力方向舵6のデータにより、機体本体2の下降及び上昇のタイミングを決定し、角度制御機4により凧型平面浮揚体11の角度を制御し、凧型平面浮揚体11の揚力および抗力と重力からなる推進力によって機体本体2を風上に向かって下降させ、さらに風下に向かって上昇させて、定まった上下二つの領域範囲を往復させることで空中での位置を常時所定の範囲に滞空維持させる。
Next, a fourth embodiment will be described.
In the present embodiment, the air levitation device 1 includes an airframe body 2, a vertical plane levitation body 11, an angle controller 4 that controls the relative angle between the vertical levitation body 11 and the airflow, and an automatic angle control device 4. A control device 8, a GPS 9, a wind direction wind measuring device 5 and a wind direction rudder 6 are provided, and the body body 2 descends and rises according to data of the aircraft height and flight distance by the GPS 9, the wind direction wind measuring device 5 and the wind direction rudder 6. The angle controller 4 controls the angle of the vertical plane levitation body 11, and the aircraft body 2 is lowered toward the windward by the propulsive force consisting of the lift and drag and gravity of the vertical plane levitation body 11, Furthermore, it raises toward the leeward and reciprocates the two upper and lower area ranges, so that the position in the air is constantly maintained within a predetermined range.

本実施形態の空中浮揚装置1は、上述の第1〜第3の実施形態と異なり、航空機の翼形状構造体3を備えておらず、図8に示すように機体本体2に直接凧型平面浮揚体11が第3の係留ロープ16により係留されている。
また、図8では省略しているが、機体本体2には角度制御機4以下の実施形態1と同様の装置が搭載されており、角度制御機4により凧型平面浮揚体11の角度を制御し、第1〜第3の実施形態と同様の航法で空中浮揚装置1の空中での位置を常時所定の範囲に維持させる。
Unlike the above-described first to third embodiments, the levitating apparatus 1 according to the present embodiment does not include the aircraft wing-shaped structure 3 and is directly attached to the main body 2 as shown in FIG. The levitation body 11 is moored by a third mooring rope 16.
Although omitted in FIG. 8, the airframe body 2 is equipped with an apparatus similar to that of the first embodiment below the angle controller 4, and the angle controller 4 controls the angle of the saddle type plane levitation body 11. And the position in the air of the levitating apparatus 1 is always maintained in the predetermined range by the navigation similar to the 1st-3rd embodiment.

具体的には、機体本体2を風上に向かって滑空下降させる時は、図8(a)に示すように、第3の係留ロープ16を調整して凧型平面浮揚体11の角度を、揚L力、抗力D、重力Wの合成力である推進力Tが風上に向かって滑空下降させる方向となるようにする。   Specifically, when the airframe body 2 is glide down toward the windward, as shown in FIG. 8 (a), the third mooring rope 16 is adjusted to change the angle of the saddle type plane levitation body 11, The propulsive force T, which is the combined force of the lift L force, the drag force D, and the gravity W, is made to be in a direction to glide down toward the windward.

また、機体本体2を風下に向かって上昇させる時は、図8(b)に示すように、第3の係留ロープ16を調整して凧型平面浮揚体11の角度を、揚力L、抗力D、重力Wの合成力である推進力Tが風下に向かって上昇させる方向となるようにする。
また、本実施形態においても凧型平面浮揚体11の代わりにハンググライダー12やパラグライダー13(図7参照)を使用して上記と同様の航法により空中浮揚装置1を空中で常時所定の範囲に維持させることができる。
Further, when the airframe body 2 is raised toward the leeward side, as shown in FIG. 8 (b), the third mooring rope 16 is adjusted so that the angle of the vertical plane levitation body 11 is changed to the lift L and the drag D. The propulsive force T, which is the combined force of gravity W, is made to rise in the direction toward the leeward.
Also in the present embodiment, the levitation apparatus 1 is always maintained in a predetermined range in the air by using the hang glider 12 and the paraglider 13 (see FIG. 7) instead of the saddle type plane levitation body 11 by the navigation similar to the above. Can be made.

以上述べたような構成と機能により本実施形態の空中浮揚装置は、風向き風速の変化や気温気圧の変化に対しても、空中における一定の位置、高度を維持することを可能とし、連続した定位置での気象観測や、電波の中継、定点カメラでの画像、動画観測を、エネルギー消耗を抑制しかつ低コストにて実現する。   With the configuration and function as described above, the levitating apparatus of the present embodiment can maintain a constant position and altitude in the air even when the wind direction changes in wind speed or changes in temperature and pressure. Realizes meteorological observation at locations, radio wave relay, image and video observation with fixed-point cameras with low energy consumption and low cost.

以下に、改めて本発明の空中浮揚装置を、従来の飛行船等の浮揚装置と詳しく比較してその効果を確認する。
飛行船での定点滞空試験によれば、気象の影響の少ない成層圏(高度20km〜25km)で機体を浮揚させる。しかし気象の影響の少ない領域は飛行船にとって、浮力も少ないことを意味していて、その分船体を大きくしなければならない。従って成層圏で滞空させる船の大きさは、宇宙航空研究開発機構の報告によれば、全長200m級の巨大な飛行船が必要になる。それだけ巨大な船体になると、船体重量もヘリウムガスなしで数トンに及ぶ。
Below, the air levitation apparatus of the present invention is compared in detail with a conventional levitation apparatus such as an airship to confirm the effect.
According to the fixed-point aerial test on the airship, the aircraft is levitated in the stratosphere (altitude 20 km to 25 km) with little influence of weather. However, the region where the influence of weather is small means that the airship has little buoyancy, and the hull must be enlarged accordingly. Therefore, according to a report from the Japan Aerospace Exploration Agency, a huge airship with a total length of 200 meters is required for the size of the ship to be suspended in the stratosphere. When it becomes such a huge hull, the hull weight reaches several tons without helium gas.

また巨大船体を支えるフレーム材や膜材の材料費も多額であるし、成層圏に打ち上げるまでの気象条件が、年間を通しても何日もないことが知られている。飛行船の機首を常に風上に向けるだけでも高度な制御機構が必要であることは容易に推測できる。船体の打ち上げが天候次第となれば、コストがかかる上に日程計画が立てられないことでビジネスとして到底受け入れることのできない条件となる。   It is also known that the frame and membrane materials that support the huge hull are expensive, and that there are no weather conditions throughout the year until launching into the stratosphere. It can be easily guessed that an advanced control mechanism is necessary even if the airship's nose is always directed upwind. If the launch of the hull depends on the weather, it will be a condition that cannot be accepted as a business because it is costly and a schedule is not planned.

従来の技術ではラジオゾンデにて気象観測する浮揚機体があるが、定点維持ができない。また、航空機のガソリン内燃機関による推力では燃料の消耗があって長時間の定点維持ができない。さらに、太陽光によるモータ駆動による定点維持では夜間での維持ができず、バッテリーへの充電による方法ではバッテリー重量の増加やバッテリー寿命によってコストの増加や長期間の運転ができない。
また、飛行船型では気象の影響の少ない成層圏での使用となるが、同時にそこは浮力もないために巨大な飛行船となって、コストがかかるし、成層圏までの打ち上げも困難である。
In the conventional technology, there is a levitation body that observes the weather with a radiosonde, but the fixed point cannot be maintained. In addition, the thrust generated by the gasoline internal combustion engine of an aircraft consumes fuel and cannot maintain a fixed point for a long time. Furthermore, the fixed point maintenance by the motor driven by sunlight cannot be maintained at night, and the method of charging the battery cannot increase the cost or operate for a long time due to the increase of the battery weight or the battery life.
In addition, the airship type is used in the stratosphere where there is little influence of the weather, but at the same time, there is no buoyancy, so it becomes a huge airship, cost is high, and launching to the stratosphere is difficult.

これらの問題に対し、本発明の空中浮揚装置は、浮揚の原理として以下に着目したものである。
すなわち、航空機の翼形状では、空気との相対的な風速の二乗に比例した揚力が得られる。風がある場合には、翼を風上に向けて風向きとの相対的な「迎え角」を調整すれば、揚力や抗力はその「迎え角」によって制御が可能であり、揚力と重力のバランスした合成方向に機体を進めることができ、それは従来から「滑空」と呼ばれている。この時、機体の下降による位置エネルギーの放出によって風上へ向かう推進力としている。
推進力としての合成力の大きさは抗力と同等で、方向は反対の風上である。風上に一定距離進んだ後、今度は最大揚力によって上昇するように翼の「迎え角」を変えて調整し、その増加させた揚力で上昇する。揚力から重力分を差し引いた残りが上昇力となって、機体は上昇する。上昇推進力は抗力との合成方向で方向は風下である。風上と風下に向かった距離が同じになるよう上昇下降を反復させることで、定範囲を維持させた空中滞空となる。これが上述した本発明の第1の実施形態で用いている方法である。
なお、「ソアリング」と呼ばれる従来の空中滞空航法があるが、本発明と比べると、装置の移動方向と風上、風下との関係が逆となっており、そのために上昇気流を利用しなければ空中での滞空ができない点で本発明とは異なるものである。
With respect to these problems, the air levitation apparatus of the present invention focuses on the following as the principle of levitation.
That is, in the wing shape of the aircraft, a lift proportional to the square of the wind speed relative to air can be obtained. When there is a wind, the lift and drag can be controlled by the "attack angle" by adjusting the "attack angle" relative to the wind direction with the wings facing upwind, and the balance between lift and gravity. The aircraft can be advanced in the direction of synthesis, which is conventionally called “glide”. At this time, a propulsive force toward the windward is generated by the release of potential energy due to the descent of the aircraft.
The magnitude of the combined force as the driving force is equal to the drag, and the direction is upwind. After traveling a certain distance upwind, the wing's “attack angle” is adjusted to increase with maximum lift, and the lift increases with the increased lift. The remainder of the lift minus the gravitational force is the ascending force, and the aircraft rises. The upward driving force is combined with the drag force, and the direction is leeward. By repeating ascending and descending so that the distance toward the windward and leeward is the same, it becomes an aerial sky with a fixed range maintained. This is the method used in the first embodiment of the present invention described above.
In addition, there is a conventional aerial flight method called “soaring”, but compared with the present invention, the relationship between the moving direction of the device and the windward and leeward is reversed. The present invention is different from the present invention in that it cannot stay in the air.

上記揚力の発生は航空機の翼形状構造体だけではなく、凧(カイト)型でも揚力は生じる。凧(カイト)は相対的空気流から必ず下流方向に抗力を受ける。物体の形状と流れに対する向きにより流れが非対称であれば、流速の差等でベルヌーイの定理により流れと垂直な方向に圧力差があると、その方向に揚力が生じる。凧(カイト)型と同じく、ハンググライダーやパラグライダーでも、同様の原理で空中滞空が可能である。上述した第4の実施形態では翼形状構造体を用いずに、これら凧(カイト)型またはハンググライダーやパラグライダーのみを用いている。   The lift is generated not only in the wing-shaped structure of an aircraft but also in a kite type. Kite always receives drag from the relative airflow in the downstream direction. If the flow is asymmetrical due to the shape of the object and the direction to the flow, if there is a pressure difference in the direction perpendicular to the flow due to Bernoulli's theorem due to the difference in flow velocity, lift occurs in that direction. Similar to the kite type, hang gliders and paragliders can fly in the air on the same principle. In the fourth embodiment described above, only the kite type, hang glider or paraglider is used without using the wing-shaped structure.

機体本体と風速によってあらかじめ滑空条件に翼の迎え角を設定した航空機の翼形状構造体と、そこからロープにて係留された該凧型浮揚体との三者一体化した構成によっても定点滞空が可能である。この場合は翼の回転は不要である。機体本体を風上に向かって滑空下降させる時は該凧状浮揚体の係留ロープを緩めて凧型浮揚体は風を吹流す状態として、航空機の翼形状構造体が滑空する状態と一体となって滑空させる。機体本体を風下に向かって上昇させる時には、航空機の翼形状構造体から該凧状浮揚体へのロープを引き締めて、該凧状浮揚体が風速によって最大の揚力を得られるよう、風を受け止められる角度に制御して、風速によってあらかじめ滑空固定角度に設定されたままの翼形状構造体と、機体本体とともに上昇させ、風上と風下に向かった距離が同じになるよう上昇下降を反復させて定点空中滞空させる。該凧状浮揚体はハンググライダーでもパラグライダーでも同様の原理で空中滞空が可能である。これは上述した第3の実施形態の実施例の一つとして述べた方法である。   A fixed-point aerial suspension is also achieved by the three-body integrated structure of the aircraft wing-shaped structure with the wing angle of attack set in advance under the gliding conditions according to the aircraft body and the wind speed, and the saddle-type levitation body moored with a rope from there. Is possible. In this case, rotation of the wing is not necessary. When the aircraft body is glide down toward the windward, the mooring rope of the saddle-like levitation body is loosened so that the saddle-type levitation body blows the wind, and the wing-shaped structure of the aircraft is integrated with the gliding state. And glide. When raising the fuselage body toward the leeward, the rope from the wing-shaped structure of the aircraft to the saddle-like levitation body is tightened so that the wind-like levitation body can receive the maximum lift by the wind speed. The angle is controlled and the wing-shaped structure that has been set to the fixed glide angle in advance by the wind speed and the aircraft body are raised together with the aircraft body, and the ascent and descent are repeated so that the distance toward the windward and leeward is the same. Airborne. The saddle-like levitation body can be suspended in the air on the same principle whether it is a hang glider or a paraglider. This is the method described as one example of the above-described third embodiment.

本発明の空中浮揚装置は、従来の飛行船と異なり風力によって滞空するエネルギーを得るから、例えばジェット気流と呼ばれるある領域で常時存在する偏西風などがあるほど安定する。当該浮揚機体の揚力と抗力、重力によって得られる推進力によって、空中での定位置を長期間にわたって滞空させる。飛行船に比べてはるかに小型軽量低コストの機体が製造可能である。24時間、365日、連続した定点での気象観測や定点カメラでの画像、動画観測がエネルギー消耗を軽減し、かつ低ランニングコストでの長期間滞空が可能である。   Unlike the conventional airship, the air levitation apparatus of the present invention obtains energy stagnated by wind power, so that it becomes more stable, for example, when there is a westerly wind that always exists in a certain area called a jet stream. The fixed position in the air is suspended over a long period of time by the lift and drag of the levitating body and the propulsive force obtained by gravity. Compared to an airship, a much smaller, lighter and lower cost airframe can be manufactured. For 24 hours, 365 days, weather observation at a fixed point, images with a fixed point camera, and moving image observation reduce energy consumption and enable long-term air suspension at a low running cost.

1 空中浮揚装置
2 機体本体
3 航空機の翼形状構造体
4 角度制御機
5 風向風力測定器
6 風力方向舵
7 補充用圧力容器
8 自動制御装置
9 GPS
10 圧力弁
11 凧型平面浮揚体
12 ハンググライダー
13 パラグライダー
14 第1の係留ロープ
15 第2の係留ロープ
16 第3の係留ロープ
1 Air levitation device
2 Airframe body
3 Aircraft wing shape structure 4 Angle controller
5 Wind direction wind measuring instrument
6 Wind rudder
7 Refill pressure vessel
8 Automatic control device
9 GPS
10 Pressure valve
11 Vertical Floating Body 12 Hang Glider 13 Paragliding 14 First Mooring Rope 15 Second Mooring Rope 16 Third Mooring Rope

Claims (6)

人力や内燃原動機を使わずに風力を使って空中の一定範囲に滞空するための空中浮揚装置であって、該空中浮揚装置は、
機体本体と、
航空機の翼形状構造体と、
該翼形状構造体と気流との相対角度を制御する角度制御機と、
該角度制御機の自動制御装置と、
GPSと、風向風力測定器及び風力方向舵と、を備え、
上記GPSによる機体高度や飛行距離、風向風力測定器及び風力方向舵のデータにより、上記自動制御装置が上記機体本体の下降及び上昇のタイミングを決定し、上記角度制御機により上記翼形状構造体の角度を自律的に制御し、上記翼形状構造体の揚力および抗力と重力からなる推進力によって上記機体本体を風上に向かって下降させ、さらに風下に向かって上昇させて、定まった上下二つの領域範囲を往復させることで空中での位置を常時所定の範囲に滞空維持させ、
上記機体本体と上記航空機の翼形状構造体とが第1のロープにて係留されており、
上記航空機の翼形状構造体にはさらに上記凧型浮揚体が第2のロープにて係留されており、
上記機体本体を風上に向かって下降させる時は、上記凧型浮揚体の第2の
係留ロープを緩めて凧型浮揚体は風を吹流す状態として、上記航空機の
翼形状構造体及び上記機体本体とともに下降させ、
上記機体本体を風下に向かって上昇させる時には、上記凧型浮揚体の第2の係留ロープを引き締めて、上記凧型浮揚体が揚力および抗力と重力からなる推進力を得られるような角度に制御し、上記航空機の翼形状構造体及び上記機体本体とともに上昇させる、
ことを特徴とする空中浮揚装置。
An air levitation device for staying in a certain range in the air using wind power without using human power or an internal combustion prime mover, the air levitation device,
The aircraft body,
An aircraft wing-shaped structure,
An angle controller for controlling the relative angle between the airfoil structure and the airflow;
An automatic control device of the angle controller;
A GPS, a wind direction wind measuring instrument and a wind rudder,
The automatic controller determines the descent and ascent timing of the fuselage main body based on the GPS altitude, flight distance, wind direction wind measuring instrument, and wind direction rudder data, and the angle controller controls the angle of the wing-shaped structure. The aircraft body is lowered toward the windward by the propulsive force consisting of lift, drag and gravity of the wing-shaped structure, and is further lifted toward the leeward, and the two upper and lower areas determined. By reciprocating the range, the position in the air is constantly kept in the predetermined range ,
The aircraft body and the aircraft wing-shaped structure are moored by a first rope,
The saddle-type levitation body is further moored by a second rope to the wing-shaped structure of the aircraft,
When lowering the fuselage body toward the windward,
Loosen the mooring rope and let the vertical levitation body blow the wind.
Lower with the wing-shaped structure and the aircraft body,
When the aircraft body is raised toward the leeward side, the second mooring rope of the vertical levitation body is tightened to control the angle so that the vertical levitation body can obtain a propulsion force consisting of lift, drag and gravity. And lift together with the wing-shaped structure of the aircraft and the aircraft body,
An air levitation device characterized by that.
上記航空機の翼形状構造体は密閉容器構造で形成され、内部に水素又はヘリウムガスが封入されており、上記空中浮揚装置は上記水素又はヘリウムガスの補充用圧力容器を備え、上記風向風力測定器のデータにより上記自動制御装置が上記水素又はヘリウムガスの補充または排出の制御を行うことで無風時における空中での位置を常時所定の範囲に維持させることを特徴とする、請求項1に記載の空中浮揚装置。   The aircraft wing-shaped structure is formed in a sealed container structure, in which hydrogen or helium gas is sealed, and the air levitation device includes the hydrogen or helium gas replenishment pressure vessel, and the wind direction wind measuring instrument The automatic control device controls the replenishment or discharge of the hydrogen or helium gas based on the data of the above, so that the position in the air during no wind is always maintained within a predetermined range. Air levitation device. 上記空中浮揚装置は太陽光発電システムを備え、該太陽光発電システムにより無風時に上記空中浮揚装置を推進させることで空中での位置を常時所定の範囲に維持させることを特徴とする、請求項1または2に記載の空中浮揚装置。   The said levitating apparatus is equipped with a solar power generation system, The position in the air is always maintained in a predetermined range by propelling the said levitating apparatus at the time of no wind by this solar power generation system, It is characterized by the above-mentioned. Or the levitating apparatus of 2. 上記凧型浮揚体をハンググライダーとした請求項1〜3のいずれか1項に記載の空中浮揚装置。 The air levitation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the saddle-type levitation body is a hang glider. 上記凧型浮揚体をパラグライダーとした請求項1〜3のいずれか1項に記載の空中浮揚装置。 The air levitation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the saddle-type levitation body is a paraglider. 人力や内燃原動機を使わずに風力を使って空中の一定範囲に滞空するための空中浮揚装置の空中浮揚方法であって、上記空中浮揚装置は、
機体本体と、
航空機の翼形状構造体と、
該翼形状構造体と気流との相対角度を制御する角度制御機と、
該角度制御機の自動制御装置と、
GPSと、風向風力測定器及び風力方向舵と、を備え、
上記GPSによる機体高度や飛行距離、風向風力測定器及び風力方向舵のデータにより、上記自動制御装置が上記機体本体の下降及び上昇のタイミングを決定し、上記角度制御機により上記翼形状構造体の角度を自律的に制御し、上記翼形状構造体の揚力および抗力と重力からなる推進力によって上記機体本体を風上に向かって下降させ、さらに風下に向かって上昇させて、定まった上下二つの領域範囲を往復させることで空中での位置を常時所定の範囲に滞空維持させることを特徴とし、
上記空中浮揚方法は上記空中浮揚装置を、
気球や航空機、ロケットからなる他の浮揚手段によって所定の高度に引き上げるステップと、
上記空中浮揚装置を上記他の浮揚手段から切り離し、
大気中に所定の空気流が存在する場合は、上記GPSによる機体高度や飛行距離、風向風力測定器及び風力方向舵のデータにより、上記自動制御装置が上記機体本体の下降及び上昇のタイミングを決定し、上記角度制御機により上記翼形状構造体または上記凧型浮揚体の角度を自律的に制御し、上記翼形状構造体または上記凧型浮揚体の推進力によって、空中での位置を常時所定の範囲に維持させ、
大気中に所定の空気流が存在しない場合は、上記風向風力測定器のデータにより上記自動制御装置が上記空中浮揚装置の密閉容器とした構造体に上記水素又はヘリウムガスを補充、排出する制御、及び/又は上記太陽光発電システムによる推進を行うことで空中での位置を常時所定の範囲に維持させるステップと、を備えることを特徴とする空中浮揚装置の空中浮揚方法
An air levitation method of an air levitation device for staying in a certain range in the air using wind power without using human power or an internal combustion prime mover, wherein the air levitation device is
The aircraft body,
An aircraft wing-shaped structure,
An angle controller for controlling the relative angle between the airfoil structure and the airflow;
An automatic control device of the angle controller;
A GPS, a wind direction wind measuring instrument and a wind rudder,
The automatic controller determines the descent and ascent timing of the fuselage main body based on the GPS altitude, flight distance, wind direction wind measuring instrument, and wind direction rudder data, and the angle controller controls the angle of the wing-shaped structure. The aircraft body is lowered toward the windward by the propulsive force consisting of lift, drag and gravity of the wing-shaped structure, and is further lifted toward the leeward, and the two upper and lower areas determined. By reciprocating the range, the position in the air is constantly maintained in the predetermined range,
The air levitation method uses the air levitation device,
Step up to a predetermined altitude by other levitation means consisting of balloons, aircraft, rockets,
Separating the air levitation device from the other levitation means;
When a predetermined air flow exists in the atmosphere, the automatic control device determines the timing of the lowering and raising of the airframe body based on the data of the airframe altitude, flight distance, wind direction wind measuring instrument and wind direction rudder by the GPS. The angle control unit autonomously controls the angle of the wing-shaped structure or the saddle-type levitation body, and the position in the air is always set to a predetermined position by the propulsive force of the wing-shaped structure or the saddle-type levitation body. Keep it in range,
Control where the automatic control device replenishes and discharges the hydrogen or helium gas to the structure as a sealed container of the air levitation device according to the data of the wind direction and wind measuring instrument when there is no predetermined air flow in the atmosphere, And / or a step of constantly maintaining the position in the air in a predetermined range by performing the propulsion by the solar power generation system, and an air levitation method for an air levitation device.
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