JP7366823B2 - 飛行体 - Google Patents

Description

本発明は、飛行体に関する。

従来から、ワイヤや糸などの線状部材によって係留されながら上空を飛行する飛行体が知られている。例えば、非特許文献１には、１本の線状部材によって係留されながら飛行する飛行体が開示されている。特許文献１には、翼部と線状部材とを接続する糸目中心の位置を翼部に対して調整することで翼部の迎角を調整する技術が開示されている。また、特許文献２には、風切り板に形成されている複数の穴のいずれかに線状部材を接続することで糸目中心の位置を調整する技術が開示されている。また、特許文献３には、翼部に設けられている調整用線状部材と係留用線状部材とを接続する接続部材の位置を調整することで、翼部に対する糸目中心の位置を調整する技術が開示されている。また、特許文献４には、翼部の前後を結ぶように配置されている調整用線状部材と、調整用線状部材に沿って翼部の前後方向に移動可能なリングとを備える飛行体であって、リングに係留用線状部材を接続することで、飛行中に係留用線状部材と調整用線状部材との接続位置を変更可能な技術が開示されている。

東昭、凧の飛行性、日本流体学会誌、Ｖｏｌ．８、Ｎｏ．１、ｐｐ．９－１７、１９７６

特開２０１６－９３３７３号公報 実開昭５９－１１７９６号公報 実開昭５４－７２１９３号公報 特開２０１８－１７５４６０号公報

しかしながら、上記先行技術によっても、飛行体の飛行を安定させる技術については、なお、改善の余地があった。例えば、非特許文献１に記載の技術では、翼部に対する糸目中心の位置が固定されており迎角を変更することができないため、飛行中に風速が急激に変化すると、翼部に発生する空気力が大きく変化し、飛行体の飛行が不安定になるおそれがある。また、特許文献１、特許文献２および特許文献３に記載の技術では、飛行前に糸目中心を調整する必要があるため、飛行中の風速の変化に対応して迎角を変更することはできない。このため、飛行中に風速が急激に変化すると、飛行体の飛行が不安定になるおそれがある。また、特許文献４に記載の技術では、飛行中の飛行体では、係留用線状部材と調整用線状部材とにかかる張力によって、リングと調整用線状部材との間に摩擦力が発生する。この摩擦力は、風速が速くなると大きくなるため、調整用線状部材に沿ってリングが移動できなくなり、係留用線状部材と調整用線状部材との接続位置を調整できなくなるおそれがある。このため、飛行体の飛行が不安定になる。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、飛行体において、飛行の安定性を向上させる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、線状部材に係留される飛行体が提供される。この飛行体は、風圧から揚力を発生させる翼部と、前記線状部材上に設けられる起点部と、前記翼部と、を接続する接続部と、を備え、前記接続部は、前記翼部が受ける力に応じて弾性変形する変形部を含んでおり、前記変形部の変形によって、前記起点部から前記翼部の一方の端部までの距離と、前記起点部から前記翼部の他方の端部までの距離との比率を変更可能に構成されている。

この構成によれば、起点部と翼部とを接続する接続部は、翼部が受ける力に応じて弾性変形する変形部を含んでいる。接続部では、変形部が弾性変形すると、起点部から翼部の一方の端部までの距離と、起点部から翼部の他方の端部までの距離との比率が変更される。これにより、飛行体が飛行中に受ける風圧の大きさによって翼部が受ける力の大きさが変わると、変形部が変形することで比率を変更されるため、風の強さによって風に対する翼部の傾きである迎角を飛行中に変更することができる。したがって、翼部に作用する揚力や抗力の変化を風速に応じて制御することができるため、飛行体の飛行の安定性を向上させることができる。

（２）上記形態の飛行体において、前記接続部は、前記翼部の一方の端部側から他方の端部側にかけて前記翼部に接続される膜状部材と、前記膜状部材における前記翼部の一方の端部側に接続される第１の線状部材と、前記変形部としての第２の線状部材であって、前記第１の線状部材の弾性率より小さい弾性率を有し、前記膜状部材において前記第１の線状部材より前記翼部の他方の端部側に接続される前記第２の線状部材と、を備え、前記第１の線状部材と前記第２の線状部材のそれぞれは、前記起点部に接続され、前記第２の線状部材が伸縮することによって、前記起点部から前記翼部の一方の端部までの距離と、前記起点部から前記翼部の他方の端部までの距離との比率を変更してもよい。この構成によれば、変形部としての第２の線状部材は、接続部において、翼部の他方の端部側に配置されており、弾性率が第２の線状部材より弾性率が大きい第１の線状部材とともに起点部に接続されている。飛行体が飛行しているとき、第２の線状部材は、翼部が受ける力に応じて弾性変形する一方、第１の線状部材は、翼部が受ける力に応じて変形しにくい。これにより、風圧が大きくなることで第２の線状部材の伸びが第１の線状部材の伸びより大きくなると、翼部の他方の端部が持ち上がり、迎角を小さくすることができる。これにより、風圧の変化による、翼部に作用する揚力や抗力の変化を風速に応じて制御することができるため、飛行体の飛行の安定性を向上させることができる。

（３）上記形態の飛行体において、前記第１の線状部材の長さは、前記第２の線状部材の自然長より長く、かつ、前記翼部が受ける力によって伸びた状態の前記第２の線状部材の長さより短くてもよい。この構成によれば、第１の線状部材の長さは、第２の線状部材の自然長より長く、かつ、翼部が受ける力によって伸びた状態の第２の線状部材の長さより短い。これにより、翼部が受ける力によって第２の線状部材が伸びることで迎角を徐々に小さくしたあと、第１の線状部材によって翼部の迎角が一定の角度で維持される。これにより、迎角が小さくなりすぎることを抑制することができるため、飛行体が揚力を失って落下することを抑制することができる。したがって、飛行体の飛行の安定性をさらに向上させることができる。

（４）上記形態の飛行体において、前記接続部は、前記膜状部材において、前記第１の線状部材が接続される部分と前記第２の線状部材が接続される部分との間に接続される第３の線状部材を備え、前記第３の線状部材は、前記第１の線状部材の弾性率より小さい弾性率を有しており、前記起点部に接続され、伸縮することによって、前記起点部から前記翼部の一方の端部までの距離と、前記起点部から前記翼部の他方の端部までの距離との比率を変更してもよい。この構成によれば、翼部が受ける力によって第２の線状部材が伸びたあと、第３の線状部材の伸びによって翼部の迎角が調整される。さらに、第３の線状部材が伸びたあと、第１の線状部材によって翼部の迎角が一定の角度で維持される。これにより、第２の線状部材の弾性率と、第３の線状部材の弾性率を調整することで、翼部の迎角を細かく調整することができる。これにより、飛行体の飛行の安定性をさらに向上させることができる。

（５）上記形態の飛行体において、前記接続部は、前記変形部としての第１の膜状部材であって、前記翼部の一方の端部側から他方の端部側にかけて前記翼部に接続される前記第１の膜状部材と、前記第１の膜状部材と前記起点部とを接続する第２の膜状部材と、を備え、前記第１の膜状部材は、前記第２の膜状部材の弾性率より小さい弾性率を有しており、前記第１の膜状部材の幅は、前記翼部の一方の端部側から他方の端部側に向かうにしたがって広くなってもよい。この構成によれば、変形部としての第１の膜状部材は、翼部の一方の端部側から他方の端部側に向かうにしたがって幅が広くなっている。これにより、接続部における翼部の他方の端部側は、翼部が受ける力によって翼部の一方の端部側より伸縮しやすいため、起点部から翼部の一方の端部までの距離と、起点部から翼部の他方の端部までの距離との比率を変更することができる。したがって、風圧の変化による、翼部に作用する揚力や抗力の変化を風速に応じて制御することができるため、飛行体の飛行の安定性を向上させることができる。また、第１の膜状部材は、翼部が受ける力によって伸縮することができる範囲が比較的広いため、弾性変形の繰り返しによる破損を抑制することができる。また、翼部が複数の線状部材を介して係留される場合に比べ、線状部材どうしの絡まりも抑制することができる。

（６）上記形態の飛行体において、前記接続部は、前記起点部に接続される膜状部材と、前記翼部の一方の端部側から他方の端部側まで前記翼部に沿って配置されており、前記膜状部材を支持する、前記変形部としての支持部材であって、前記翼部の一方の端部側が前記翼部に固定されている前記支持部材を備え、前記支持部材は、前記翼部が受ける力の大きさに応じて、前記翼部の他方の端部側が前記翼部から離れるように弾性変形してもよい。この構成によれば、変形部としての支持部材は、翼部の一方の端部側が翼部に固定されており、翼部が受ける力の大きさに応じて、翼部の他端側が翼部から離れるように弾性変形する。これにより、起点部から翼部の一方の端部までの距離と、起点部から翼部の他方の端部までの距離との比率を変更することができるため、翼部に作用する揚力や抗力の変化を風速に応じて制御することができる。したがって、飛行体の飛行の安定性を向上させることができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、飛行体を用いたシステム、および、飛行体の製造方法の形態でも実現することができる。

第１実施形態の飛行体の側面図である。 飛行体の上面図である。 低速の風を受けて飛行する第１実施形態の飛行体の模式図である。 高速の風を受けて飛行する第１実施形態の飛行体の模式図である。 飛行体に発生する空気力を説明する模式図である。 第１実施形態の飛行体の効果を説明する模式図である。 第２実施形態の飛行体の側面図である。 第３実施形態の飛行体の側面図である。 低速の風を受けて飛行する第３実施形態の飛行体の模式図である。 風速の変化による第３実施形態の飛行体の変化を説明する図である。 高速の風を受けて飛行する第３実施形態の飛行体の模式図である。 第４実施形態の飛行体の側面図である。 低速の風を受けて飛行する第４実施形態の飛行体の模式図である。 風速の変化による第４実施形態の飛行体の変化を説明する図である。 高速の風を受けて飛行する第４実施形態の飛行体の模式図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の飛行体１の側面図である。図２は、飛行体１の上面図である。本実施形態の飛行体１は、大気の状態を観測するために用いられる。具体的には、飛行体１を比較的高高度の上空での所定の位置（目標位置）に滞在させることで、図示しない観測機器を用いて、所定の位置の温度および風速などの計測を行う。なお、飛行体１が適用される分野は、大気観測に限定されず、風を利用して比較的長時間上空に滞在させることで行うことができる、例えば、上空からの目標物の撮影などにも利用される。本実施形態の飛行体１は、翼部１０と、キール２０と、２本の分岐ライン２６、２７と、を備える。飛行体１は、１本のメインライン８を介して図示しない地上の設備に接続されている、いわゆる、シングルラインカイトである。なお、説明の便宜上、図１～図５では、図１及び図２に示す飛行前の飛行体１において、翼部１０の先端部１５ａが向いている方向をｘ軸方向とし、飛行前の翼部１０の膜体１５を含む平面においてｘ軸に垂直な方向をｙ軸方向とし、ｘ軸とｙ軸とに直交する方向をｚ軸方向とする。本実施形態では、飛行体１が飛行するときの鉛直方向は、ｚ軸方向となる。メインライン８は、特許請求の範囲の「線状部材」に相当する。キール２０と、２本の分岐ライン２６、２７とは、特許請求の範囲の「接続部」に相当する。

翼部１０は、例えば、フレキシブル翼のデルタカイトであって、複数のフレームとしてのメインスパイン１１、スプレッダ１２、および、一対のスパー１３、１４と、膜体１５と、を備える。翼部１０は、飛行体１の飛行中に作用する風圧から、揚力を発生させる。

メインスパイン１１は、ｘ軸方向における翼部１０の長さとほぼ同じ長さの棒状の部材であって、翼部１０においてｘ軸に沿って配置されている（図２参照）。メインスパイン１１の先端部１１ａは、膜体１５の先端部１５ａに固定されており、メインスパイン１１の後端部１１ｂは、膜体１５の後端部１５ｂの中央に固定されている。これにより、メインスパイン１１は、膜体１５のｘ軸方向の張りを維持する。膜体１５の先端部１５ａは、特許請求の範囲の「翼部の一方の端部」に相当する。膜体１５の後端部１５ｂは、特許請求の範囲の「翼部の他方の端部」に相当する。

スプレッダ１２は、メインスパイン１１と同様に、棒状の部材であって、翼部１０においてｙ軸に沿って配置されている。すなわち、メインスパイン１１とスプレッダ１２とは、翼部１０において直交するように配置されている（図２参照）。スプレッダ１２の２つの端部１２ａ、１２ｂのそれぞれは、膜体１５に形成されているスプレッダホルダ１５ｃ、１５ｄに収納されている。これにより、スプレッダ１２は、膜体１５のｙ軸方向の張りを維持する。

メインスパイン１１と、スプレッダ１２とのそれぞれは、膜体１５を挟むように配置されている。本実施形態では、メインスパイン１１は、膜体１５に対してｚ軸方向のマイナス側に配置され、スプレッダ１２は、膜体１５に対してｚ軸方向のプラス側に配置されている。

一対のスパー１３、１４は、いずれも棒状の部材であって、スプレッダ１２の両端におけるそれぞれの延長上に配置されている。一対のスパー１３、１４のそれぞれは、翼部１０の２つの前縁部１５ｅ、１５ｆのそれぞれに配置されている。スパー１３、１４の先端部１３ａ、１４ａのそれぞれは、メインスパイン１１の先端部１１ａよりもｘ軸方向のマイナス側であり、かつ、スプレッダ１２よりｘ軸方向のプラス側に位置し、膜体１５に形成されているスパーホルダ１５ｇ、１５ｈのそれぞれに収納されている。スパー１３、１４の後端部１３ｂ、１４ｂのそれぞれは、膜体１５の後端部１５ｂの両端１５ｉ、１５ｊに位置し、膜体１５に形成されているスパーホルダ１５ｋ、１５ｌに収納されている。すなわち、スパー１３、１４の後端部１３ｂ、１４ｂと、メインスパイン１１の後端部１１ｂとは、膜体１５の後端部１５ｂ上に並んで配置されている。スパー１３、１４の中心軸Ｃ１３、Ｃ１４のそれぞれは、翼部１０の先端部１５ａ側に、スプレッダ１２の中心軸Ｃ１２に対して９０度未満となる角度αを形成している。

膜体１５は、略三角形状の薄膜であって、例えば、布などの軟質材料から形成されている。膜体１５は、飛行前では略三角形状の平面である本体部１５ｍと、メインスパイン１１を収容する胴体袋部１５ｎを有する。本体部１５ｍにおけるｘ軸方向のプラス側には、膜体１５の先端部１５ａから後端部１５ｂにわたって、袋状の前縁袋部１５ｏ、１５ｐが形成されている。前縁袋部１５ｏ、１５ｐは、スパー１３、１４、および、スパーホルダ１５ｇ、１５ｈ、１５ｋ、１５ｌを収容する。本体部１５ｍにおいて、前縁袋部１５ｏと前縁袋部１５ｐとの間には、スプレッダホルダ１５ｃ、１５ｄが配置されている。胴体袋部１５ｎは、本体部１５ｍに対して、スプレッダ１２が配置されている側とは反対側に配置されている。胴体袋部１５ｎは、メインスパイン１１を収容する。

キール２０は、胴体袋部１５ｎにおいて、本体部１５ｍに接続する側と反対側に配置される。キール２０は、略台形形状の膜体であって、本体部１５ｍから張り出すように形成されている（図１参照）。本実施形態では、キール２０の翼部１０側の端部２１のｘ軸方向の長さは、後述する分岐ライン２６、２７が接続される側の端部２２のｘ軸方向の長さより長い。キール２０は、飛行中の飛行体１の直進性を向上する。

２本の分岐ライン２６、２７は、キール２０の端部２２と、メインライン８とを接続する。分岐ライン２６と分岐ライン２７は、メインライン８上に設けられる糸目中心２５に接続する。糸目中心２５は、特許請求の範囲の「起点部」に相当する。

分岐ライン２６は、キール２０の端部２２において、キール２０の前側、すなわち、ｘ軸方向のプラス側に接続されている（図１に示す符号２６ａ）。分岐ライン２６は、例えば、綿、ポリエステル繊維、アラミド繊維、スペクトラ繊維など、メインライン８と同じ材料から形成されている。分岐ライン２６は、特許請求の範囲の「第１の線状部材」に相当する。

分岐ライン２７は、キール２０の端部２２において、キール２０の後側、すなわち、ｘ軸方向のマイナス側に接続されている（図１に示す符号２７ａ）。分岐ライン２７は、例えば、天然ゴム、合成ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどのエラストマーや、コイルばねなど、分岐ライン２６に比べ弾性率が小さい、すなわち、弾性変形しやすい材料から形成されている。本実施形態では、力が作用していない分岐ライン２７の長さ、いわゆる、分岐ライン２７の自然長は、分岐ライン２６の自然長に比べ短い。なお、図１～４の図面に示す分岐ライン２７には、分岐ライン２７の伸縮の度合いを表すため、分岐ライン２７上に一定の間隔で並べた複数の点Ｐ２７を示している。分岐ライン２７は、特許請求の範囲の「第２の線状部材」に相当する。

次に、本実施形態の飛行体１の飛行中の作用について説明する。飛行体１では、飛行中の風速の変化に応じて、翼部１０に対する糸目中心２５の位置が変更される。これにより、飛行体１は、飛行中に風圧を受けて翼部１０の迎角を受動的に変更することができる。

図３は、低速の風を受けて飛行する本実施形態の飛行体１の模式図である。飛行体１は、比較的低速の風Ｗｓを受けて飛行しているとき、翼部１０に発生する空気力に起因するメインライン８とキール２０との間の張力は、分岐ライン２７にのみかかる状態となっており、このとき、分岐ライン２６はたるんだ状態となる（図３参照）。これにより、糸目中心２５は、後述する高速の風を受けて飛行する飛行体１に比べ、翼部１０に対して翼部１０の後端部１５ｂ側に位置するため、翼部１０の迎角αｓ１は、比較的大きくなる。

図４は、高速の風を受けて飛行する本実施形態の飛行体１の模式図である。飛行体１は、図３に示す状態から風速が速くなると、翼部１０が受ける風Ｗｈによる風圧が大きくなるため、分岐ライン２７が伸びる。風速がある程度以上になると分岐ライン２６のたるみがなくなり（図４参照）、飛行体１は、分岐ライン２６、２７のそれぞれに、メインライン８とキール２０との間の張力がかかった状態で、飛行する。これにより、糸目中心２５は、図３に示す状態から翼部１０に対して翼部１０の先端部１５ａ側に移動し、翼部１０の迎角αｈ１は、迎角αｓ１に比べ小さくなる。なお、図４では、説明の便宜上、メインライン８は、図３の場合と同じ角度となるように示している。

図３および図４で説明した翼部１０に対する糸目中心２５の移動について、さらに詳しく説明する。図３では、糸目中心２５から翼部１０の先端部１５ａまでの距離を距離Ｌｆｓ１とし、糸目中心２５から翼部１０の後端部１５ｂまでの距離を距離Ｌｂｓ１とすると、翼部１０に対する糸目中心２５の位置を（Ｌｆｓ１／Ｌｂｓ１）と表すことができる。また、図４では、糸目中心２５から翼部１０の先端部１５ａまでの距離を距離Ｌｆｈ１とし、糸目中心２５から翼部１０の後端部１５ｂまでの距離を距離Ｌｂｈ１とすると、翼部１０に対する糸目中心２５の位置を（Ｌｆｈ１／Ｌｂｈ１）と表すことができる。本実施形態では、飛行体１は、（Ｌｆｓ１／Ｌｂｓ１）と（Ｌｆｈ１／Ｌｂｈ１）との比率を変更可能に構成されており、図３と図４との関係においては、比率の関係は、以下の式（１）のようになる。
（Ｌｆｓ１／Ｌｂｓ１）＞（Ｌｆｈ１／Ｌｂｈ１）・・・（１）

図５は、飛行体１に発生する空気力を説明する模式図である。ここで、図５を用いて、翼部１０に発生する空気力について説明する。翼部１０に発生する空気力は、翼部１０が風を受けることで発生する。具体的には、翼部１０は、図５に示すように、ｚ軸方向のマイナス側の翼面ＷＳ１に、風Ｗ１による風圧を受ける。なお、本実施形態の翼部１０は、本体部１５ｍの風圧を受ける側に胴体袋部１５ｎを有しているが、ここでは、便宜的に、本体部１５ｍの風圧を受ける側の面のみを翼面ＷＳ１とする。空気力は、特許請求の範囲の「翼部が受ける力」に相当する。

翼部１０では、翼面ＷＳ１に受ける風圧によって、翼面ＷＳ１とは反対側の翼面ＷＳ２に、圧力差による空気力Ａ１が発生する。このとき、空気力Ａ１を鉛直方向でもあるｚ軸方向と、水平方向でもあるｘ軸方向とに分解した力が、翼部１０を鉛直方向に上昇させる揚力Ａｆ１と、翼部１０に対して風Ｗ１の風向に作用する抗力Ａｄ１となる（図５参照）。なお、実際には、翼面ＷＳ１、ＷＳ２の断面形状は、風Ｗ１の風圧によって複雑な形状となるが、ここでの空気力の説明、および、図５においては、便宜上、平面形状とした。したがって、上述した空気力についての考察は、翼部１０の断面において、前端部１５ａと後端部１５ｂとを結ぶことで形成されるコード線ＷＳを用いて説明しても同様である。

１本の線状部材で係留されている飛行体では、上述した空気力、すなわち、揚力および抗力の変化は、飛行の安定性に影響を及ぼす。例えば、突風などによって風速が急激に速くなると、空気力も急激に大きくなる。これにより、揚力も急激に大きくなるため、飛行体が急上昇し、飛行が不安定になるおそれがある。また、抗力が急激に大きくなると、所望の位置を飛行していた飛行体の位置が大きくずれるため、風向の変化などの外乱によって飛行が不安定になるおそれがある。また、急激な空気力の増加によって翼部の左右に働く空気力に差が生じると、飛行体は左右のバランスを崩して不安定になるおそれがある。

図６は、本実施形態の飛行体１の効果を説明する模式図である。図６（ａ）には、本実施形態の飛行体１の飛行状態を示し、図６（ｂ）には、比較例の飛行体９の飛行状態を示している。図６（ａ）および図６（ｂ）のそれぞれには、（ｉ）風速が遅いときの飛行状態と、（ｉｉ）風速が速いときの飛行状態を示している。なお、図６では、説明の便宜上、メインライン８は、いずれの場合にも同じ角度となるように示している。

最初に、図６（ｂ）に示す、飛行中の比較例の飛行体９に発生する空気力について説明する。図６（ｂ）に示す比較例の飛行体９は、いわゆる、シングルラインカイトであって、風を受けて揚力を発生する翼部９１と、キール９２とを備える。比較例の飛行体９では、キール９２がメインライン８と接続する糸目中心９３は、キール９２の翼部９１とは反対側に位置しており固定されている。このため、メインライン８の角度が変更されない場合、風速の大きさに関わらず、迎角αｓ０と、迎角αｈ０とは、ほぼ同じ大きさとなるため、翼部９１に発生する空気力の大きさは、原則、風速に応じて大きくなる。すなわち、風速が速くなると、翼部９１に発生する揚力と抗力も、風速に応じて大きくなる（図６（ｂ）参照）。揚力と抗力が大きくなると、上述したように、同じ場所にとどまりにくくなるだけでなく、飛行が不安定になりやすい。

一方、図６（ａ）に示す本実施形態の飛行体１では、図３および図４で説明したように、風速が速くなると、上述したように糸目中心２５が翼部１０の先端部１５ａ側に移動する。これにより、風速が速いときの翼部１０の迎角αｈ１は、風速が遅いときの翼部１０の迎角αｓ１に比べ小さくなるため、飛行状態で翼部１０に発生する空気力の大きさは、比較例と比べて、風速が速くなってもさほど大きくならない。これにより、本実施形態の飛行体１では、風速が変化しても、揚力と抗力の変化が制御されるため、飛行の安定性を保つことができる。

以上説明した、本実施形態の飛行体１によれば、糸目中心２５と翼部１０との間には、翼部１０が受ける力に応じて弾性変形する分岐ライン２７を含んでいる。分岐ライン２７が弾性変形すると、糸目中心２５から翼部１０の先端部１５ａまでの距離と、糸目中心２５から翼部１０の後端部１５ｂまでの距離との比率が変更される。これにより、飛行体１が飛行中に受ける風圧の大きさによって翼部１０が受ける力の大きさが変わると、分岐ライン２７が変形することで比率を変更されるため、風の強さによって風に対する翼部１０の傾きである迎角を変更することができる。したがって、翼部１０に作用する揚力や抗力の変化を風速に応じて制御することができるため、飛行体１の飛行の安定性を向上させることができる。

また、本実施形態の飛行体１によれば、分岐ライン２７は、キール２０の後側に配置されており、分岐ライン２７より弾性率が大きい分岐ライン２６とともに糸目中心２５に接続されている。飛行体１が飛行しているとき、分岐ライン２７は、翼部１０が受ける力に応じて弾性変形する一方、分岐ライン２６は、翼部１０が受ける力に応じて変形しにくい。これにより、風圧が大きくなることで分岐ライン２７の伸びが分岐ライン２６の伸びより大きくなると、翼部１０の後端部１５ｂが持ち上がり、迎角を小さくすることができる。これにより、風圧の変化による、翼部１０に作用する揚力や抗力の変化を風速に応じて制御することができるため、飛行体１の飛行の安定性を向上させることができる。

また、本実施形態の飛行体１によれば、分岐ライン２６の長さは、分岐ライン２７の自然長より長く、かつ、翼部１０が受ける力によって伸びた状態の分岐ライン２７の長さより短い。これにより、翼部１０が受ける力によって分岐ライン２７が伸びることで迎角を徐々に小さくしたあと、分岐ライン２６によって翼部１０の迎角が一定の角度で維持される。これにより、迎角が小さくなりすぎることを抑制することができるため、飛行体１が揚力を失って落下することを抑制することができる。したがって、飛行体１の飛行の安定性をさらに向上させることができる。

＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態の飛行体２の側面図である。第２実施形態の飛行体２では、第１実施形態の飛行体１と比較して、３本の分岐ラインを備える点が異なる。

本実施形態の飛行体２は、翼部１０と、キール２０と、３本の分岐ライン２６、２７、２８と、を備える。飛行体２は、１本のメインライン８を介して図示しない地上の設備に接続されている、シングルラインカイトである。なお、説明の便宜上、図７に示す飛行前の飛行体２において、翼部１０の先端部１５ａが向いている方向をｘ軸方向とし、飛行前の翼部１０の膜体１５を含む平面においてｘ軸に垂直な方向をｙ軸方向とし、ｘ軸とｙ軸とに直交する方向をｚ軸方向とする。

分岐ライン２８は、キール２０の端部２２と、メインライン８とを接続する。分岐ライン２８は、分岐ライン２６および分岐ライン２７とともに、メインライン８上に設けられる糸目中心２５に接続する。分岐ライン２８は、特許請求の範囲の「接続部」に相当する。

分岐ライン２８は、キール２０の端部２２において、分岐ライン２６と分岐ライン２７との間に接続されている（図１に示す符号２８ａ）。分岐ライン２８は、分岐ライン２６に比べ弾性率が小さい、伸縮しやすい材料から形成されており、例えば、分岐ライン２７と同じ材料から形成されている。分岐ライン２８の自然長は、分岐ライン２６の自然長に比べ短く、分岐ライン２７に比べ長い。

本実施形態の飛行体２では、飛行中に翼部１０に受ける風圧の変化に応じて、３本の分岐ライン２６、２７、２８のそれぞれに順番に張力がかかる。具体的には、比較的低速の風を受けて飛行しているとき、飛行体２では、分岐ライン２７のみにメインライン８とキール２０との間の張力がかかる。風速が速くなり、分岐ライン２７が張力によって伸びることで分岐ライン２８の自然長と同じ程度の長さになると、分岐ライン２８にも張力がかかるようになる。さらに、風速が速くなり、分岐ライン２８が張力によって伸びることで分岐ライン２６の自然長と同じ程度の長さになると、分岐ライン２６に張力がかかるようになる。これにより、飛行体２では、飛行中の風速の変化に応じて、翼部１０に対する糸目中心２５の位置が変更されるため、飛行中の飛行体２は、風圧を受けて翼部１０の迎角を受動的に変更することができる。

以上説明した、本実施形態の飛行体２によれば、糸目中心２５と翼部１０との間には、翼部１０が受ける力に応じて弾性変形する分岐ライン２７、２８が配置されている。分岐ライン２７、２８が弾性変形すると、糸目中心２５から翼部１０の先端部１５ａまでの距離と、糸目中心２５から翼部１０の後端部１５ｂまでの距離との比率が変更される。これにより、風の強さによって翼部１０の迎角を変更することができる。したがって、翼部１０に作用する揚力や抗力の変化を風速に応じて制御することができるため、飛行体２の飛行の安定性を向上させることができる。

また、本実施形態の飛行体２によれば、翼部１０が受ける力によって分岐ライン２７が伸びたあと、分岐ライン２８の伸びによって翼部１０の迎角が調整される。さらに、分岐ライン２８が伸びたあと、分岐ライン２６によって翼部１０の迎角が一定の角度で維持される。これにより、分岐ライン２７、２８のそれぞれの弾性率や長さを調整することで、翼部１０の迎角を細かく調整することができる。これにより、飛行体２の飛行の安定性をさらに向上させることができる。

＜第３実施形態＞
図８は、第３実施形態の飛行体３の側面図である。第３実施形態の飛行体３では、第１実施形態の飛行体１と比較して、分岐ラインを備えておらず、キールが弾性膜を有している点が異なる。

本実施形態の飛行体３は、翼部１０と、キール３０と、を備える。飛行体３は、１本のメインライン８を介して図示しない地上の設備に接続されている、シングルラインカイトである。なお、説明の便宜上、図８～図１１では、図８に示す飛行前の飛行体３において、翼部１０の先端部１５ａが向いている方向をｘ軸方向とし、飛行前の翼部１０の膜体１５を含む平面においてｘ軸に垂直な方向をｙ軸方向とし、ｘ軸とｙ軸とに直交する方向をｚ軸方向とする。

キール３０は、胴体袋部１５ｎにおいて、本体部１５ｍに接続する側と反対側に配置される。キール３０は、略三角形状の膜体であって、胴体袋部１５ｎから張り出すように形成されている（図８参照）。本実施形態では、キール３０は、弾性膜３１と、非弾性膜３２とを備える。キール３０は、飛行中の飛行体１の直進性を向上する。キール３０は、特許請求の範囲の「接続部」に相当する。

弾性膜３１は、キール３０において、胴体袋部１５ｎに接続されている膜体である。弾性膜３１は、比較的弱い力で弾性変形する材料、例えば、天然ゴム、合成ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどのエラストマーから形成されている。本実施形態では、弾性膜３１は、図８に示すように、翼部１０において先端部１５ａから後端部１５ｂに向かうにしたがってｚ軸方向の長さ、すなわち、幅が広くなる略三角形状をなしている。弾性膜３１は、特許請求の範囲の「第１の膜状部材」に相当する。

非弾性膜３２は、弾性膜３１において、胴体袋部１５ｎに接続する側と反対側に配置される。非弾性膜３２は、弾性膜３１に比べ弾性率が大きい、弾性変形しにくい材料から形成されている略三角形状の膜体である。非弾性膜３２の弾性膜３１に接続する側とは反対側の端部は、メインライン８上の糸目中心３５に接続される。糸目中心３５は、特許請求の範囲の「起点部」に相当する。非弾性膜３２は、特許請求の範囲の「第２の膜状部材」に相当する。

次に、本実施形態の飛行体３の飛行中の作用について説明する。飛行体３では、飛行中の風速の変化に応じて、翼部１０に対する糸目中心３５の位置が変更される。これにより、飛行体３は、飛行中に風圧を受けて翼部１０の迎角を受動的に変更することができる。

図９は、低速の風を受けて飛行する本実施形態の飛行体３の模式図である。飛行体３は、比較的低速の風Ｗｓを受けて飛行しているとき、メインライン８と翼部１０との間の張力は、キール３０にかかっている。このキール３０にかかる張力は、弾性膜３１を大きく伸ばすほどの力ではないため、飛行体３は、図８に示した飛行前の状態に近い状態で飛行する（図９参照）。このときの糸目中心３５は、後述する高速の風を受けて飛行する飛行体３に比べ、翼部１０に対して翼部１０の後端部１５ｂ側に位置するため、翼部１０の迎角αｓ３は、比較的大きくなる。

図１０は、風速の変化による本実施形態の飛行体３の変化を説明する図である。図１０では、飛行体３が受けている風の強さが徐々に強くなるときの飛行体３の変化を示している。飛行体３が受ける風速が速くなり（図１０に示す風Ｗｍ）、風圧が強くなると、翼部１０に作用する空気力が大きくなる。これにより、比較的弱い力で弾性変形する材料から形成されている弾性膜３１が伸びる。本実施形態では、弾性膜３１は、翼部１０の先端部１５ａ側から後端部１５ｂ側に向かうにしたがって幅が広くなるように形成されているため、後端部１５ｂ側の伸びが先端部１５ａ側の伸びに比べて大きくなる。これにより、図１０に破線で示すように、弾性膜３１の形状が変形し、キール３０の形状が変形する。具体的には、キール３０は、翼部１０の先端部１５ａ側に比べて後端部１５ｂ側の面積が拡大する。

図１１は、高速の風を受けて飛行する本実施形態の飛行体３の模式図である。飛行体３は、図１０で説明したように、キール３０の面積が翼部１０の先端部１５ａ側より後端部１５ｂ側の方が大きくなるため、糸目中心３５が翼部１０に対して翼部１０の先端部１５ａ側に移動する。これにより、翼部１０の迎角αｈ３は、迎角αｓ３に比べ小さくなる。

本実施形態では、図９において、糸目中心３５から翼部１０の先端部１５ａまでの距離を距離Ｌｆｓ３とし、糸目中心３５から翼部１０の後端部１５ｂまでの距離を距離Ｌｂｓ３とすると、翼部１０に対する糸目中心３５の位置を（Ｌｆｓ３／Ｌｂｓ３）と表すことができる。また、図１１において、糸目中心３５から翼部１０の先端部１５ａまでの距離を距離Ｌｆｈ３とし、糸目中心３５から翼部１０の後端部１５ｂまでの距離を距離Ｌｂｈ３とすると、翼部１０に対する糸目中心３５の位置を（Ｌｆｈ３／Ｌｂｈ３）と表すことができる。本実施形態では、飛行体３は、（Ｌｆｓ３／Ｌｂｓ３）と（Ｌｆｈ３／Ｌｂｈ３）との比率を変更可能に構成されており、図９と図１１との関係において、比率の関係は、以下の式（２）のようになる。
（Ｌｆｓ３／Ｌｂｓ３）＞（Ｌｆｈ３／Ｌｂｈ３）・・・（２）

以上説明した、本実施形態の飛行体３によれば、糸目中心３５と翼部１０との間には、翼部１０が受ける力に応じて弾性変形する弾性膜３１が配置されている。弾性膜３１が弾性変形すると、糸目中心３５から翼部１０の先端部１５ａまでの距離と、糸目中心３５から翼部１０の後端部１５ｂまでの距離との比率が変更される。これにより、風の強さによって翼部１０の迎角を変更することができる。したがって、翼部１０に作用する揚力や抗力の変化を風速に応じて制御することができるため、飛行体３の飛行の安定性を向上させることができる。

また、本実施形態の飛行体３によれば、弾性膜３１は、翼部１０の先端部１５ａ側に比べ後端部１５ｂ側の方が、幅が広くなっている。これにより、キール３０における翼部１０の後端部１５ｂ側は、翼部１０が受ける力によって、翼部１０の先端部１５ａ側より伸縮しやすいため、糸目中心３５から翼部１０の先端部１５ａまでの距離と、糸目中心３５から翼部１０の後端部１５ｂまでの距離との比率を変更することができる。したがって、風圧の変化による、翼部１０に作用する揚力や抗力の変化を風速に応じて制御することができるため、飛行体３の飛行の安定性を向上させることができる。

また、本実施形態の飛行体３によれば、弾性膜３１は、翼部１０の先端部１５ａ側から後端部１５ｂ側に向かうにしたがって幅が広くなっており、翼部１０が受ける力によって伸縮することができる範囲が比較的広い。これにより、弾性変形の繰り返しによる破損を抑制することができる。

また、本実施形態の飛行体３によれば、弾性膜３１が伸縮することで、風の強さによって翼部１０の迎角を変更することができる。これにより、翼部が複数の線状部材を介して係留される場合に比べ、線状部材どうしの絡まりも抑制することができる。

＜第４実施形態＞
図１２は、第４実施形態の飛行体４の側面図である。第４実施形態の飛行体４では、第１実施形態の飛行体１と比較して、分岐ラインを備えておらず、キールがサブスパインを介して翼部に接続されている点が異なる。

本実施形態の飛行体４は、翼部１０と、サブスパイン４０と、キール５０と、を備える。飛行体４は、１本のメインライン８を介して図示しない地上の設備に接続されている、シングルラインカイトである。なお、説明の便宜上、図１２～図１５では、図１２に示す飛行前の飛行体４において、翼部１０の先端部１５ａが向いている方向をｘ軸方向とし、飛行前の翼部１０の膜体１５を含む平面においてｘ軸に垂直な方向をｙ軸方向とし、ｘ軸とｙ軸とに直交する方向をｚ軸方向とする。

サブスパイン４０は、胴体袋部１５ｎにおいて、本体部１５ｍに接続する側と反対側に配置される棒状部材である。サブスパイン４０は、メインスパイン１１に沿うように、すなわち、ｘ軸に沿うように配置されている。サブスパイン４０の一端４１は、翼部１０の先端部１５ａ側において、胴体袋部１５ｎを介してメインスパイン１１に固定されている。サブスパイン４０の他端４２は、図１２に示すように、胴体袋部１５ｎに固定されていない。サブスパイン４０は、比較的弾性率が小さい材料から形成されており、比較的容易に弾性変形可能である。サブスパイン４０は、特許請求の範囲の「支持部材」に相当する。

キール５０は、サブスパイン４０のｚ軸方向のマイナス側に配置されている膜体である。キール５０のサブスパイン４０側の端部は、ｘ軸方向のプラス側からマイナス側にかけてサブスパイン４０に接続されている。これにより、キール５０は、サブスパイン４０に支持されている。キール５０は、メインライン８上の糸目中心５５に接続される。キール５０は、飛行中の飛行体４の直進性を向上する。糸目中心５５は、特許請求の範囲の「起点部」に相当する。キール５０は、特許請求の範囲の「膜状部材」に相当する。

次に、本実施形態の飛行体４の飛行中の作用について説明する。飛行体４では、飛行中の風速の変化に応じて、翼部１０に対する糸目中心５５の位置が変更される。これにより、飛行体４は、飛行中に風圧を受けて翼部１０の迎角を受動的に変更することができる。

図１３は、低速の風を受けて飛行する本実施形態の飛行体４の模式図である。飛行体４は、比較的低速の風Ｗｓを受けて飛行しているとき、メインライン８と翼部１０との間の張力は、サブスパイン４０とキール５０とにかかっている。この張力は、サブスパイン４０を変形させるほどの力ではないため、飛行体４は、図１２に示した飛行前の状態に近い状態で飛行する（図１３参照）。このときの糸目中心５５は、後述する高速の風を受けて飛行する飛行体４に比べ、翼部１０に対して翼部１０の後端部１５ｂ側に位置するため、翼部１０の迎角αｓ４は、比較的大きくなる。

図１４は、風速の変化による本実施形態の飛行体４の変化を説明する図である。図１４では、飛行体４が受けている風の強さが徐々に強くなるときの飛行体４の変化を示している。飛行体４が受ける風速が速くなり（図１４に示す風Ｗｍ）、風圧が強くなると、翼部１０に作用する空気力が大きくなる。これにより、容易に変形させることが可能なサブスパイン４０が弾性変形する。具体的には、図１４に示すように、サブスパイン４０は、一端４１がメインスパイン１１に固定されたまま、しなることで、他端４２が翼部１０から離れるように変形する（図１４参照）。これにより、サブスパイン４０に接続されているキール５０は、サブスパイン４０の変形によって、翼部１０の後端部１５ｂ側の端部５１が翼部１０から離れる。

図１５は、高速の風を受けて飛行する本実施形態の飛行体４の模式図である。飛行体４は、図１４で説明したように、サブスパイン４０の変形によって、キール５０における翼部１０の後端部１５ｂ側の端部５１が翼部１０から離れる（図１４参照）。これにより、糸目中心５５が翼部１０に対して風上側に移動するため、翼部１０の迎角αｈ４は、迎角αｓ４に比べ小さくなる。

本実施形態では、図１３において、糸目中心５５から翼部１０の先端部１５ａまでの距離を距離Ｌｆｓ４とし、糸目中心５５から翼部１０の後端部１５ｂまでの距離を距離Ｌｂｓ４とすると、翼部１０に対する糸目中心５５の位置を（Ｌｆｓ４／Ｌｂｓ４）と表すことができる。また、図１５において、糸目中心５５から翼部１０の先端部１５ａまでの距離を距離Ｌｆｈ４とし、糸目中心５５から翼部１０の後端部１５ｂまでの距離を距離Ｌｂｈ４とすると、翼部１０に対する糸目中心５５の位置を（Ｌｆｈ４／Ｌｂｈ４）と表すことができる。本実施形態では、飛行体４は、（Ｌｆｓ４／Ｌｂｓ４）と（Ｌｆｈ４／Ｌｂｈ４）との比率を変更可能に構成されており、図１３と図１５との関係において、比率の関係は、以下の式（３）のようになる。
（Ｌｆｓ４／Ｌｂｓ４）＞（Ｌｆｈ４／Ｌｂｈ４）・・・（３）

以上説明した、本実施形態の飛行体４によれば、糸目中心５５と翼部１０との間には、翼部１０が受ける力に応じて弾性変形するサブスパイン４０が配置されている。サブスパイン４０が弾性変形すると、糸目中心５５から翼部１０の先端部１５ａまでの距離と、糸目中心５５から翼部１０の後端部１５ｂまでの距離との比率が変更される。これにより、風の強さによって翼部１０の迎角を変更することができる。したがって、翼部１０に作用する揚力や抗力の変化を風速に応じて制御することができるため、飛行体４の飛行の安定性を向上させることができる。

また、本実施形態の飛行体４によれば、サブスパイン４０は、翼部１０の先端部１５ａ側が翼部１０に固定されており、翼部１０が受ける力の大きさに応じて、翼部１０の後端部１５ｂ側が翼部１０から離れるように弾性変形する。これにより、糸目中心５５から翼部１０の先端部１５ａまでの距離と、糸目中心５５から翼部１０の後端部１５ｂまでの距離との比率が変更することができるため、翼部１０に作用する揚力や抗力の変化を風速に応じて制御することができる。したがって、飛行体４の飛行の安定性を向上させることができる。

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

［変形例１］
上述の実施形態では、飛行体１は、１本のメインライン８によって係留されるとした。しかしながら、飛行体１を係留する「線状部材」はこれに限定されない。ロープや糸など上空を飛行する飛行体１を係留できるものであればよく、材料は、繊維に限定されず金属製のワイヤなどであってもよい。また、メインラインの本数もこれに限定されない。１つの糸目中心が設けられていればよい。

［変形例２］
第１実施形態では、分岐ライン２７の自然長は、分岐ライン２６の自然長に比べ短いとした。しかしながら、長さの関係はこれに限定されない。分岐ライン２７の自然長が分岐ライン２６の自然長に比べ長くても、分岐ライン２７のキール２０との接続部２７ａが分岐ライン２６のキール２０との接続部２６ａよりも翼部１０側にあり、分岐ライン２６と分岐ライン２７とが糸目中心２５に接続していればよい。これにより、翼部１０が受ける力に応じて分岐ライン２７が伸縮することで、糸目中心２５が翼部１０の先端部１５ａ側に移動することができるため、翼部１０の後端部１５ｂが持ち上がり、迎角を小さくすることができる。

［変形例３］
第２実施形態では、飛行体２は、３本の分岐ライン２６、２７、２８を備えるとした。しかしながら、分岐ラインの本数はこれに限定されない。４本以上あってもよい。

［変形例４］
第３実施形態では、キール３０は、１枚の弾性膜３１と１枚の非弾性膜３２とから構成されているとした。しかしながら、複数枚の弾性膜と複数枚の非弾性膜との組み合わせであってもよい、糸目中心３５からキール３０の前縁部を結ぶ直線上と、糸目中心３５からキール３０の後縁部を結ぶ直線上とを比較したとき、糸目中心３５からキール３０の後縁部を結ぶ直線上の方が弾性膜の比率が高ければよい。

［変形例５］
第３実施形態では、弾性膜３１は、翼部１０の先端部１５ａ側から後端部１５ｂ側に向かうにしたがって幅が広くなるように形成されているとした。しかしながら、弾性膜の形状は、これに限定されない。弾性膜は、翼部１０の後端部１５ｂ側の幅が、先端部１５ａ側の幅より広ければよい。

［変形例６］
第４実施形態では、翼部１０とキール５０との間に配置されるサブスパイン４０は、棒状部材であるとした。しかしながら、サブスパイン４０は、棒状部材でなくてもよい。翼部１０に沿って配置されており、一端が翼部１０の先端部１５ａ側に固定されており他端が胴体袋部１５ｎに固定されておらず、離れていればよい。

［変形例７］
上述の実施形態では、翼部１０は、フレキシブル翼のデルタカイトであって、複数のフレームと、薄膜の膜体１５とを有するとした。しかしながら、翼部１０の構成は、これに限定されない。リジット翼でもよい。また、グライダであってもよい。

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

１，２，３，４…飛行体
８…メインライン
１０…翼部
１５ａ…（翼部の）前端部
１５ｂ…（翼部の）後端部
２０，３０，５０…キール
２５，３５，５５…糸目中心
２６，２７，２８…分岐ライン
３１…弾性膜
３２…非弾性膜
ｓ４０…サブスパイン
Ａ１…空気力

Claims (2)

1. 線状部材によって係留される飛行体であって、
   風圧から揚力を発生させる翼部と、
   前記線状部材上に設けられる起点部と、前記翼部と、を接続する接続部と、を備え、
   前記接続部は、前記翼部が受ける力に応じて弾性変形する変形部を含んでおり、前記変形部の変形によって、前記起点部から前記翼部の一方の端部までの距離と、前記起点部から前記翼部の他方の端部までの距離との比率を変更可能に構成されており、
   前記接続部は、
   前記変形部としての第１の膜状部材であって、前記翼部の一方の端部側から他方の端部側にかけて前記翼部に接続される前記第１の膜状部材と、
   前記第１の膜状部材と前記起点部とを接続する第２の膜状部材と、を備え、
   前記第１の膜状部材は、前記第２の膜状部材の弾性率より小さい弾性率を有しており、
   前記第１の膜状部材の幅は、前記翼部の一方の端部側から他方の端部側に向かうにしたがって広くなる、
   飛行体。
2. 線状部材によって係留される飛行体であって、
   風圧から揚力を発生させる翼部と、
   前記線状部材上に設けられる起点部と、前記翼部と、を接続する接続部と、を備え、
   前記接続部は、前記翼部が受ける力に応じて弾性変形する変形部を含んでおり、前記変形部の変形によって、前記起点部から前記翼部の一方の端部までの距離と、前記起点部から前記翼部の他方の端部までの距離との比率を変更可能に構成されており、
   前記接続部は、
   前記起点部に接続される膜状部材と、
   前記翼部の一方の端部側から他方の端部側まで前記翼部に沿って配置されており、前記膜状部材を支持する、前記変形部としての支持部材であって、前記翼部の一方の端部側が前記翼部に固定されている前記支持部材と、を備え、
   前記支持部材は、前記翼部が受ける力の大きさに応じて、前記翼部の他方の端部側が前記翼部から離れるように弾性変形する、
   飛行体。

Images