2017 Fiscal Year Research-status Report

災害救援のための中高度・長時間滞空型ソーラープレーンに関する研究開発

Research Project

Project/Area Number	16K14508
Research Institution	Tokyo University of Science, Suwa
Principal Investigator	雷忠諏訪東京理科大学, 工学部, 教授 (50392832)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	ソーラープレーン / 太陽光エネルギー / 無人航空機 / 長時間滞空
Outline of Annual Research Achievements	本研究は災害救援と通信利用を目的として太陽光発電を用いた長時間滞空型無人機システム（UAS）の構築に必要な機体システムに関する技術を開発することを目的とします。H29年度に次の内容を実施し、研究を進めました。 ①機体の空力最適化設計:１機目を製作して飛行テストを実施した結果、飛行性能を改良するために、機体の再設計が必要であることが分かりました。数値流体力学（CFD）より詳細な空力性能を解析し、設計全体を見直し、２機目の設計を行いました。また、従来よりソーラープレーンが低速で飛行するため、プロペラを新しく設計することを試みました。空力性能を含めて、各部重量推算と発電力・消費電力推算の数学モデルを構築し、機体最適設計を行いました。 ②軽量化機体製作：構造設計を見直し、各部品の試作を行い、極力に軽量化を図りました。太陽電池モジュールの設計を見直し、外部企業に製作を依頼しました。再設計した機体は搭載重量を変更せず、サイズを縮小し、3.3kgから2.5kgに軽量化することを目指しています。 ③パワー制御システム：太陽電池モジュールとリチウムポリマーバッテリーと推進系を含めたシステムの全体を設計しました。ソーラー電池モジュールの出力を制御する最大電力点追従装置MPPTを導入し、発電性能の向上を図りました。また、昇降圧による電力の損失を最大限に抑制するように回路を調整しました。 ④成果発表：１．「諏訪圏工業メッセ2017」出展。２．「大学知財群活用プラットフォーム(PUiP)新技術説明会」成果発表。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 当初は2機の機体設計開発を計画しており、1機目の機体を製作し飛行テストを実施したところ飛行性能を改良するため機体の設計を大幅に変更する必要が生じたました。より詳細な空力設計を行い、2機目を全面的に設計を見直しました。機体サイズの変更に合わせて太陽電池モジュールの設計も見直しました。機体の再設計に時間が予想以上に掛かりました。その結果、計画全体が遅れるようになりました。現在2機目の設計が終わり、部品の試作を行っています。これから機体を製作する同時に、搭載システムの地上テストを実施します。秋頃に飛行試験を予定しています。
Strategy for Future Research Activity	最終年度に機体製作、地上テスト、飛行試験を順次に進めていく予定です。機体製作には軽量化の課題を優先的に考慮し、構造強度を確認したうえで全体の構造を見直し、構造軽量化を最大限に図ります。空力形状に関して、lifting-bodyの胴体設計を大幅に変更したため、飛行性能に影響することが予測されています。コンピュータによるシミュレーションを用いて慎重に飛行性能を検討します。また、太陽光発電を利用するため、発電性能が天気に左右されると思われます。できる限り、機体製作と地上テストを速く進めて、比較的に気候条件が良い秋に飛行テストを実施するように進めることを計画しています。
Causes of Carryover	前年度に購入した予定のソーラーパネルは納品が遅れて、H30年5月に納入された。その他は機体製作材料費、部品購入費、人件費、また学会成果発表参加費などを使用する予定である。
Remarks	題名：大気圏人工衛星：長時間滞空無人航空機「ソーラープレーン」概要：ソーラープレーンとは、太陽光エネルギーを利用した航空機である。昼間に太陽光発電で飛行しながら、余った電力をバッテリーに蓄積し、夜間の飛行に用いることで、半永久的な飛行も可能となる。利用方法として環境監視、災害救援、通信や放送の中継基地となる空中通信プラットフォーム等。注: https://youtu.be/KNDipLZWI3s