JP6944978B2 - ドローンポート - Google Patents

Description

本発明は、ダウンウォッシュのはね返りを低減し、ドローンの離着陸時の着陸精度と安全性を向上するドローンポートに関する。

「ドローン」とは、小型の無人ヘリコプターの一種であり、３以上のローターを搭載した回転翼機を意味する。
近年、ドローンを用いて、小型の荷物を無人で搬送することが計画されている。かかるドローンを「物流用ドローン」と呼ぶ。

「ダウンウォッシュ」とは、ドローンの回転翼により発生する空気の下降流を意味する。
ドローンが離着陸するドローンポートの離着陸面には、従来、開口部の少ない平板が主に用いられていた。しかし、この場合、ドローンにより発生するダウンウォッシュが離着陸面ではね返り、ドローンの回転翼周辺は下降流と上昇流が混在する状態となる。そのため、離着陸時のドローンの姿勢制御が困難となり、着陸精度が低下し、安全性が損なわれる、可能性があった。

そこで、ダウンウォッシュのはね返りを低減する手段として、例えば特許文献１が開示されている。

特許文献１の「無人航空機の離着陸台」は、無人航空機が離着陸可能な離着陸台の盤面に、着陸時の地面効果を減少させる地面効果減少手段を備える。地面効果減少手段は、離着陸台の盤面に形成され上面と下面とを連通する貫通孔部と、開閉切替部と、空気吸引部とを備える。開閉切替部は、貫通孔部の連通状態を切り替えて地面効果を減少させる。空気吸引部は、貫通孔部の連通状態時に盤面の上面側の空気を下面側に流して地面効果を積極的に減少させる。

特許第６２２８７０６号公報

特許文献１の手段には、以下の問題点があった。
（１）離着陸台の盤面に貫通孔部と開閉切替部が設けられるため、離着陸台の開口率が低く、ダウンウォッシュのはね返りが大きい。
（２）ダウンウォッシュは高速であり、空気吸引部が高速下降流を吸引するには、大型の空気吸引部（例えば大型のファンモータ）を必要とする。そのため、必要となるエネルギ（例えば電力）が大きい。
（３）ダウンウォッシュ（空気の下降流）には高速領域があり、空気吸引部を用いても吸引が不十分になりやすく、はね返りの低減効果が少ない。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ドローンの回転翼により発生するダウンウォッシュ（空気の下降流）に高速領域がある場合でも、皆無又は大幅に小さいエネルギで、ダウンウォッシュのはね返りを大幅に低減することができるドローンポートを提供することにある。

本発明によれば、ドローンが離着陸可能な離着陸面を有するドローンポートであって、
前記離着陸面は、固定天板で構成され、上面の空気を下方に流す複数の排気開口を有しており、
さらに、前記離着陸面の下方に位置し、前記排気開口から下方に流出した空気流の向きを水平方向外方にそらす転向装置と、
前記離着陸面と前記転向装置との間に前記空気流の乱れを低減する整流空間を有し、
前記整流空間の上下方向の間隔は、前記排気開口から下方に流出した空気流の速度分布が平滑化される距離であり、前記排気開口の最大開口の３倍以上である、ドローンポートが提供される。

本発明の構成によれば、離着陸面が、上面の空気を下方に流す複数の排気開口を有しており、排気開口の大きさ及び位置を制限する部材（例えば、従来の開閉切替部）が無いので、離着陸面の開口率を大きく設定できる。
この構成により、ドローンの回転翼により発生するダウンウォッシュ（空気の下降流）の大部分を離着陸面の下方へ流出させることができる。

また、転向装置が離着陸面の下方に位置し、排気開口から下方に流出した空気流の向きを水平方向外方にそらすので、ポート支持面による上方へのはね返りを防止することができる。

従って、ドローンのダウンウォッシュ（空気の下降流）に高速領域がある場合でも、高速の下降流が排気開口と転向装置を介して水平方向外方にそらされるので、皆無又は大幅に小さいエネルギで、ダウンウォッシュのはね返りを大幅に低減することができる。

本発明の第１実施形態のドローンポートを示す平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２実施形態のドローンポートを示す図２と同様の断面図である。 本発明の第３実施形態のドローンポートを示す図２と同様の断面図である。 本発明の第４実施形態のドローンポートを示す図２と同様の断面図である。 本発明の第５実施形態のドローンポートを示す図２と同様の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の第１実施形態のドローンポート１００を示す平面図である。
この図において、ドローンポート１００は、離着陸面１０、及び、外壁２０を備える。

図１において、離着陸面１０は、外壁２０の内側に位置し、ドローン１が離着陸可能な水平面を有する。
離着陸面１０は、ドローン１が離着陸可能な固定天板１２を有する。固定天板１２は、上面が平らな１枚板であることが好ましいが、分割可能な複数の板であってもよい。

ドローン１が、例えば平面寸法１ｍ×１ｍ以内、ペイロード２〜１０ｋｇの物流用ドローンである場合、固定天板１２の上面勾配は３度以内、平面寸法は例えば１．２ｍ×１．２ｍ、耐荷重はドローン１と荷物の重量以上（例えば５０ｋｇ以上）に設定されている。
なお、固定天板１２の大きさは、この例に限定されず、任意に設定することができる。

また、離着陸面１０及び外壁２０の平面形状は、この例では矩形（正方形）であるが、本発明はこれに限定されず、矩形、多角形、円形、楕円形、その他の形状、又はこれらの組合せであってもよい。

図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
この図において、ドローン１は、複数の回転翼２を有し、遠隔操縦でき、空中で静止飛行が可能な無人マルチコプターである。

ドローンポート１００は、ドローン１が離着陸可能な離着陸面１０を有する。
離着陸面１０は、固定天板１２で構成され、離着陸面１０は、上面の空気を下方に流す複数の排気開口１３を有している。排気開口１３は、離着陸面１０の全面に設けられることが好ましいが、その一部（例えば外周部のみ）に設けてもよい。

ドローンポート１００は、さらに、離着陸面１０の下方に位置し、排気開口１３から下方に流出した空気流Ａ２の向きを水平方向外方にそらす転向装置１４を有する。

この例で、固定天板１２は金網１２ａ又はパンチングメタル１２ａであり、離着陸面１０は、それらの上面である。また、排気開口１３は金網１２ａの目、又はパンチングメタル１２ａの開口である。
排気開口１３は、離着陸面１０の全面に均一に設けられていることが好ましい。また、離着陸面１０の開口率は高いほど好ましく、例えば６０％以上であるのがよい。

なお、図２において、１５は、固定天板１２を支持する支持部材である。支持部材１５は、固定天板１２の下面に沿って設けられている。支持部材１５の平面配置は、格子状、連子状、放射状、又はその他であってもよい。
隣接する支持部材１５の間隔は、ドローン１及び固定天板１２を支持できる限りで大きく設定され、固定天板１２の開口率よりも大きい開口率（例えば７０％以上）を有する。この構成により、固定天板１２の開口率への影響を最小限に抑えることができる。

図２において、転向装置１４は、複数の傾斜板１４ａである。傾斜板１４ａはその上面が図で上下方向に対して傾斜しており、排気開口１３から下方に流出した空気流Ａ２の向きを水平方向外方にそらすようになっている。「向きをそらす」とは、向きを変えることを意味する。

図２において、ドローンポート１００は、離着陸面１０を構成する固定天板１２と転向装置１４との間、及び転向装置１４とその下方のポート支持面１６との間に空気流Ａ２，Ａ３の乱れを低減する整流空間Ｖ１，Ｖ２を有する
整流空間Ｖ１，Ｖ２の上下方向の間隔Ｌ１，Ｌ２は、排気開口１３から下方に流出した空気流Ａ２，Ａ３の速度分布が平滑化される距離であることが好ましい。この間隔Ｌ１，Ｌ２は、例えば排気開口１３の最大開口の３〜５倍以上であるのがよい。

図１と図２において、ドローンポート１００は、さらに、転向装置１４により水平方向外方にそらされた空気流Ａ３を外部に排気する外部排気口２２を有する。
外部排気口２２の面積は、全体として、排気開口１３の総面積より大きいことが好ましい。また外部排気口２２の位置は、転向装置１４で水平方向外方にそらされた空気流Ａ３の方向に位置することが好ましい。

上述した構成において、ドローン１の回転翼２により発生するダウンウォッシュＡ１（空気の下降流）は、回転翼２の真下で大きく、その他の箇所では速度が相対的に小さい速度分布を有する。言い換えれば、ドローン１の回転翼２により発生するダウンウォッシュＡ１（空気の下降流）に高速領域が存在する。
離着陸面１０（この例で固定天板１２）の開口率が高いので、ダウンウォッシュＡ１の大部分は離着陸面１０を下向きに流出（通過）し、一部が離着陸面１０ではね返り上昇流Ｂ１となる。排気開口１３から下方に流出した空気流Ａ２は、離着陸面１０の開口率（この例では固定天板１２と支持部材１５の開口率）に比例し、例えばダウンウォッシュＡ１の５０％以上である。
排気開口１３から下方に流出した空気流Ａ２は、転向装置１４で水平方向外方にそらされ、外部排気口２２より外部に排気される。

上述した第１実施形態の構成によれば、離着陸面１０が、上面の空気を下方に流す複数の排気開口１３を有しており、排気開口１３の大きさ及び位置を制限する部材（例えば、従来の開閉切替部）が無いので、離着陸面１０の開口率を大きく設定できる。
この構成により、ドローン１の回転翼２により発生するダウンウォッシュＡ１（空気の下降流）の大部分を離着陸面１０の下方へ流出（通過）させることができる。

また、転向装置１４が離着陸面１０の下方に位置し、排気開口１３から下方に流出（通過）した空気流Ａ２の向きを水平方向外方にそらすので、転向装置１４を斜めに出た空気流Ａ３のポート支持面１６による上方へのはね返りを防止することができる。

従って、ダウンウォッシュＡ１（空気の下降流）に高速領域がある場合でも、高速の下降流が排気開口１３と転向装置１４を介して水平方向外方にそらされるので、皆無又は大幅に小さいエネルギで、ダウンウォッシュＡ１のはね返りを大幅に低減することができる。

図３は、本発明の第２実施形態のドローンポート１００を示す図２と同様の断面図である。
この図において、固定天板１２は格子板１２ｂ又は連子板１２ｂであり、離着陸面１０は、格子板１２ｂ又は連子板１２ｂの上面である。なお、連子板１２ｂは格子板１２ｂの一種であるが、排気開口１３の形状が細長い長方形であるものを意味する。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

この構成により、固定天板１２の開口率と曲げ剛性を高めることができ、図２の支持部材１５を省略、又は大幅に低減することができる。
なおこの場合、ドローン１の支持脚下端４が水平部材を有し、格子板１２ｂ又は連子板１２ｂの排気開口１３に嵌らないように構成することが好ましい。

図４は、本発明の第３実施形態のドローンポート１００を示す図２と同様の断面図である。
この図において、転向装置１４は複数の円弧板１４ｂである。円弧板１４ｂはこの例で１／４円の円弧面を有し、排気開口１３から下方に流出した空気流Ａ２の向きを水平方向外方にそらすようになっている。
その他の構成は、第２実施形態と同様である。

この構成により、整流空間Ｖ１，Ｖ２を省略又は低減し、かつ排気開口１３から下方に流出した空気流Ａ２の向きをほぼ水平な空気流Ａ３にして、外部排気口２２より外部に円滑に排気することができる。

図５は、本発明の第４実施形態のドローンポート１００を示す図２と同様の断面図である。
この例において、離着陸面１０は、その一部（この例では中央部）にドローン１を支持するドローン支持板１８を有する。

この例で、ドローンポート１００は、さらにドローン支持板１８を離着陸面１０と離着陸面１０より上方の上昇高さＨとの間で昇降させるドローン昇降装置２４を備える。

上昇高さＨの離着陸面１０からの高さΔＨは、上昇高さＨのドローン支持板１８に離着陸するドローン１に対する、下方に位置する離着陸面１０からのダウンウォッシュＡ１のはね返りを所望のレベルまで低減できるように設定するのがよい。
ドローン昇降装置２４は、例えば直動シリンダであるが、その他の構成、例えば、ラックとピニオン、チェーンとスプロケットであってもよい。

この構成により、ドローン１の支持脚３が短い場合でも、上昇高さＨのドローン支持板１８にドローン１が離着陸することで、ドローン１に対するダウンウォッシュＡ１のはね返りを所望のレベルまで低減することができる。

図６は、本発明の第５実施形態のドローンポート１００を示す図２と同様の断面図である。
この例において、転向装置１４は、離着陸面１０の下方に位置する転向板２６と、転向板２６とその下方のポート支持面１６との間に設けられた転向空間２８と、を有する。

転向板２６は、排気開口１３から下方に流出した空気流Ａ２を離着陸面１４の中央部又は外周部から下方に流す機能を有する。転向板２６は、この例では、離着陸面１０から間隔を隔てた水平部材であり、その中央部又は外周部に空気流Ａ２を下方に流す開口が設けられている。転向板２６の上面は、この例では下降流を水平流に転向させるように滑らかな円弧状に形成されている。なおこの構成は必須ではなく、転向板２６の上面も平面であってもよい。

転向空間２８は、転向板２６から下方に流れる空気流Ａ３のはね返り上昇流を抑制しかつ空気流Ａ３の向きを水平方向外方にそらす機能を有する。転向空間２８の高さＨ２は、空気流Ａ３のはね返り上昇流を抑制できる十分な高さ、例えば２ｍ以上に設定されている。

第５実施形態の構成により、ポート支持面１６による上方へのはね返りを防止することができる。

上述したように、本発明の実施形態によれば、離着陸面１０が、上面の空気を下方に流す複数の排気開口１３を有しており、排気開口１３の大きさ及び位置を制限する部材（例えば、従来の開閉切替部）が無いので、離着陸面１０の開口率を大きく設定できる。
この構成により、ドローン１の回転翼２により発生するダウンウォッシュＡ１（空気の下降流）の大部分を離着陸面１０の下方へ流出させることができる。

また、転向装置１４が離着陸面１０の下方に位置し、排気開口１３から下方に流出した空気流Ａ２の向きを水平方向外方にそらすので、ポート支持面１６による上方へのはね返りを防止することができる。

従って、ドローン１のダウンウォッシュＡ１に高速領域がある場合でも、高速の下降流が排気開口１３と転向装置１４を介して水平方向外方にそらされるので、皆無又は大幅に小さいエネルギで、ダウンウォッシュＡ１のはね返りを大幅に低減することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

Ａ１ ダウンウォッシュ（下降流）、Ａ２，Ａ３ 空気流、
Ｂ１ はね返り上昇流、Ｈ 上昇高さ、Ｈ２ 転向空間の高さ、Ｌ１，Ｌ２ 間隔、
Ｖ１，Ｖ２ 整流空間、１ ドローン、２ 回転翼、３ 支持脚、
４ 支持脚下端、１０ 離着陸面、１２ 固定天板、
１２ａ 金網又はパンチングメタル、１２ｂ 格子板又は連子板、
１３ 排気開口、１４ 転向装置、１４ａ 傾斜板、
１５ 支持部材、１６ ポート支持面、１８ ドローン支持板、２０ 外壁、
２２ 外部排気口、２４ ドローン昇降装置、２６ 転向板、２８ 転向空間、
１００ ドローンポート

Claims (7)

1. ドローンが離着陸可能な離着陸面を有するドローンポートであって、
   前記離着陸面は、固定天板で構成され、上面の空気を下方に流す複数の排気開口を有しており、
   さらに、前記離着陸面の下方に位置し、前記排気開口から下方に流出した空気流の向きを水平方向外方にそらす転向装置と、
   前記離着陸面と前記転向装置との間に前記空気流の乱れを低減する整流空間を有し、
   前記整流空間の上下方向の間隔は、前記排気開口から下方に流出した空気流の速度分布が平滑化される距離であり、前記排気開口の最大開口の３倍以上である、ドローンポート。
2. 前記転向装置により前記水平方向外方にそらされた前記空気流を外部に排気する外部排気口を有する、請求項１に記載のドローンポート。
3. 前記転向装置とその下方のポート支持面との間に前記空気流の乱れを低減する整流空間を有する、請求項１に記載のドローンポート。
4. 前記離着陸面は、金網、パンチングメタル、格子板、又は連子板の上面である、請求項１に記載のドローンポート。
5. 前記転向装置は、傾斜板又は円弧板である、請求項１に記載のドローンポート。
6. 前記転向装置は、前記排気開口から下方に流出した前記空気流を前記離着陸面の中央部又は外周部から下方に流す転向板と、
   前記転向板とその下方のポート支持面との間に設けられ前記空気流のはね返り上昇流を抑制しかつ前記空気流の向きを水平方向外方にそらす転向空間と、を有する、請求項１に記載のドローンポート。
7. 前記離着陸面は、その一部に前記ドローンを支持するドローン支持板を有しており、
   さらに前記ドローン支持板を前記離着陸面と前記離着陸面より上方の上昇高さとの間で昇降させるドローン昇降装置を備える、請求項１に記載のドローンポート。
   

Images