惑星飛行探査に向けた機体展開・運動制御融合型航空機の開発

• Project/Area Number: 15J12217
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Aerospace engineering
• Research Institution: Tohoku University (2017); Japan Aerospace EXploration Agency (2015-2016)
• Principal Investigator: 藤田 昂志 東北大学, 流体科学研究所, 助教
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 無人機 / アクチュエータ / 動力学 / シミュレーション / 設計 / 探査 / UAV / 運動解析 / 空中展開 / 飛行機 / 火星 / 航空機設計 / 展開機構

Outline of Annual Research Achievements

今年度は，本研究のアクチュエータとして有望である誘電エラストマについて，より詳しく研究した．火星飛行機のような無人航空機に対する誘電エラストマアクチュエータの適用可能性を検討するため，誘電エラストマアクチュエータを用いて舵を駆動可能な風洞模型を製作し，風洞気流中で動作させた．翼には舵面を設けており，ヒンジで接続した．舵面はリンケージを介して誘電エラストマアクチュエータに接続した．誘電エラストマアクチュエータは有限会社Witsの標準品を用いた．これは外形80mm、内径50mmのドーナッツ状のダイアフラム型誘電エラストマアクチュエータで，誘電エラストマの質量は0.1gである．誘電エラストマアクチュエータの電極には，高電圧電源から電圧を印加できるようにした．本試験では，迎角，印加電圧，気流流速の3種類を変化させ，舵角を計測した．迎角は-10度から10度までとした．印加電圧は3.2kVから3.7kVまでの値とし，約3秒ごとにON/OFFを繰り返して矩形波を入力した．気流流速は0，10，15m/sの3条件で実施した．舵角はスパン方向から撮影した画像から算出した．実験の結果，通風状態であっても電圧を印加することによって舵角が変化していることが確認できた．ただし一方で，同じ印加電圧のON/OFFを繰り返しているのにもかかわらず，舵角値が毎回1度程度ずれてしまっていた．しかしこれは，画像解析による舵角算出の問題の可能性が考えられ，本質的な問題ではない．従って，誘電エラストマの無人飛行機への搭載の有効性を確認することができたといえる．本研究が最終的に目指す機体展開・運動制御融合型航空機の実現に向け，その前段階となる基礎部分について，より深く研究を発展させることができた．

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Innovative Elastomer Transducer Driven by Karman Vortices in Water Flow (2017)
  • Author(s): Seiki Chiba、Kenta Hasegawa、Mikio Waki、Koji Fujita、Kazuhiro Ohyama、Shijie Zhu
  • Journal Title: Journal of Materials Science and Engineering A Volume: 7 Issue: 3 Pages: 121-135
  • DOI: 10.17265/2161-6213/2017.5-6.002
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Robustness Analysis on Aerial Deployment Motion of a Mars Airplane using Multibody Dynamics Simulation: Effects of Wing-Unfolding Torque and Timing (2016)
  • Author(s): K. Fujita, H. Nagai
  • Journal Title: The Aeronautical Journal Volume: - Issue: 1238 Pages: 1-20
  • DOI: 10.1017/aer.2016.123
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparing Aerial-Deployment-Mechanism Designs for Mars Airplane (2016)
  • Author(s): K. Fujita, H. Nagai
  • Journal Title: Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences Volume: 59 Pages: 323-331
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Parametric Study of Mars Airplane Concept for Science Mission on Mars (2016)
  • Author(s): K. Fujita, H. Nagai, A. Oyama
  • Journal Title: Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences Volume: 14
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Feasibility of dielectric elastomer actuator for Mars airplane (2018)
  • Author(s): Koji Fujita, Seiki Chiba, Mikio Waki
  • Organizer: Advanced Material World Congress 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 誘電エラストマアクチュエータを用いた舵の風洞試験 (2018)
  • Author(s): 藤田昂志
  • Organizer: 平成29年度航空宇宙空力シンポジウム
• [Presentation] 誘電エラストマの舵アクチュエータへの適用可能性検討 (2017)
  • Author(s): 藤田昂志，千葉正毅，和氣美紀夫
  • Organizer: 日本機械学会2017年度年次大会
• [Presentation] 誘電エラストマーを用いた火星探査艇用舵アクチュエータの可能性について (2017)
  • Author(s): 藤田昂志，千葉正毅，和氣美紀夫
  • Organizer: 第27回日本MRS年次大会
  • Invited
• [Presentation] Effect of Yaw-tilted Hinge Axis on Deployment Robustness of Mars Airplane (2016)
  • Author(s): K. Fujita, H. Nagai, A. Oyama
  • Organizer: 30th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences
  • Place of Presentation: Daejeon Convention Center, Daejeon, Korea
  • Year and Date: 2016-09-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Robust Aerial Deployment of Mars Airplane with Tilted Folding Axis (2016)
  • Author(s): Koji Fujita, Hiroki Nagai, Akira Oyama
  • Organizer: AIAA SciTech2016
  • Place of Presentation: San Diego, CA, USA
  • Year and Date: 2016-01-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Robustness Analysis on Aerial Deployment Motion of a Mars Airplane using Multibody Dynamics Simulation: Effects of Wing-Unfolding Torque and Timing (2015)
  • Author(s): Koji Fujita, Hiroki Nagai
  • Organizer: The 2015 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology
  • Place of Presentation: Cairns, Australia
  • Year and Date: 2015-11-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 火星飛行機の空中展開に対するヒンジ軸傾斜の効果 (2015)
  • Author(s): 藤田昂志，永井大樹，大山聖
  • Organizer: 第59回宇宙科学連合講演会
  • Place of Presentation: 鹿児島
  • Year and Date: 2015-10-07