上部成層圏から帰還可能な革新的小型無人機システムの研究

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H04592
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 東野 伸一郎 九州大学, 工学研究院, 准教授 (40243901)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長崎 秀司 九州大学, 工学研究院, 助教 (00304741) ; 林 政彦 福岡大学, 理学部, 教授 (50228590)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 無人機 / 空力モデル推定 / エアロゾル観測

Outline of Annual Research Achievements

ゴム気球を利用したエアロゾル観測ならびにエアロゾルのサンプル採取における最大の問題点であった，観測後の観測機器やサンプルの回収が困難であるという問題に対し，ゴム気球に懸吊した小型無人機に観測・サンプル回収器を搭載し，観測終了後にゴム気球から分離して機体や観測機器，ならびに採取したエアロゾルサンプルを放球点に持ち帰る方法を開発したが，ゴム気球の上昇限度高度である高度約30kmから直接無人機を分離して滑空・帰還させるためには，高高度における機体の空力特性がわからなければ制御系の設計が困難であるという別の問題があった．そこで，ゴム気球から高高度分離した後，尾部にとりつけた小型パラシュートでほぼ垂直に降下させ，その間に機体に働く力やモーメントと運動変数，操舵変数，エアデータとの関係を取得することにより，高高度における空力特性を取得し，制御系設計に反映させる方法について研究を行った．機体のみに働く力やモーメントは，全機に働く力やモーメントからパラシュートによって発生する力やモーメントを差し引くことによって実現するが，本年度は，全機の力やモーメントを加速度センサや角速度センサから推定するための計測システム，ならびに超小型のデジタル力・モーメントセンサによって，パラシュートが発生する力やモーメントを計測し，差し引くことによって機体のみに働く力やモーメントを推定するシステムを開発した．また運動データ以外の操舵変数，エアデータの取得システムも開発し，重回帰分析によって線形モデルの安定微係数を推定して風洞試験結果と比較することにより，ほぼ妥当な結果を得られることを確認した．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

データ取得システムについてはほぼ計画通りに開発できたが，飛行実験については，阿蘇市における低高度からのパラシュート展開によるデータ取得には成功したものの，より高高度の実験空域が確保できる北海道での実験には至らなかった．北海道での実験のためには，1週間程度のまとまった期間が必要であり，事実上夏休みしかチャンスが無いが，実験システムの開発がやや遅れたことにより，夏休み期間には間に合わなかったためである．

Strategy for Future Research Activity

飛行実験については，実験場所での空域調整等の問題から，次年度にモンゴルでの実験を行うことに変更し，今年度は阿蘇市における飛行実験の数を増やす予定である．パラシュート降下時の速度を遅くすることによって低レイノルズ数におけるデータ取得と空力特性推定を行い，その結果と風洞試験結果との比較によって，推定結果の精度向上を目指す．また，得られた結果からシミュレータの精度向上も行う．