2018 Fiscal Year Research-status Report
無尾翼機にTrirotorを組み込んだVTOL機Hamming Wingの開発
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17K06247
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
滝田 好宏 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 教授 (60546050)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | VTOL / 無尾翼機 / マルチロータ / UAV / 風洞実験 / 自律飛行 / 災害対応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
日本では地震，火山爆発，台風や豪雨などの災害が頻発しており，被災状況の把握にマルチロータ型UAVがすでに利用されている．他方，探索などで長距離長時間飛行が可能なマルチロータと固定翼機の利点を兼ね備えたVTOL型UAVが注目されており，実用化が待たれている．VTOL機はチルトウィング，チルトロータおよびテールシッターなど多くの形式と研究があり，本研究において比較的ホバリング時に横風に強いチルトロータ機を研究開発の対象として進めている．
昨年の研究ではTrirotorを搭載可能にする機体として，一般的な尾翼付飛行機に比べて空気抵抗が少ない無尾翼機に注目し，マルチプロペラの穴を有する機体を設計試作して，無線操縦による試験飛行を行った．また，飛行した機体をそのまま風洞に入れて，迎角とヨー角を変化させて機体に作用する力を測定した．その結果，穴が無い場合より穴が有る場合の方が安定は高いという測定結果が得られた．しかし，機体に穴を有する場合，揚力の低下と抗力の増加は避けられない結果となった．
そこで，本年は無尾翼機に穴を空けずにQuadrotorを設置することにして，Quad tilt rotor式VTOL機を試作して一連の飛行実験を行った．また，同様の無尾翼機を風洞試験して空力特性の測定を行った．その結果を基に，ANSYS Fluentを用いたCFD解析を行い，機体回りの流れの可視化し，試作した機体の特徴を把握した．また，Xflr5を用いた無尾翼機の安定性評価を行って，垂直翼の効果を確認した．さらに，無尾翼機の抵抗低減のために，翼端渦を低減するために翼端形状を変化させて風洞実験とCFD解析を行って，円形にすることが有効であることが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究において試作した無尾翼機にQuad tilt rotorを搭載したVTOL機は離陸，水平機構，着陸の一連の飛行を実現した．また，CFD解析によって，低レイノルズ数における無尾翼機の設計に関する指針が得られた．今後は飛行時間の延長とペイロードの増加を目的とした機体設計試作を行う必要がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
無尾翼機に穴を空けることなく，機体の外側にプロペラを配置することで，空気抵抗が大きく改善されることが分かった．しかし，プロペラがむき出しなることによるｆail safe機能の検討が必要である．
今年度は研究の最終年であり，飛行時間の延長とペイロードの増加を考慮した新たな試作機を開発することを目的とする．マルチロータ機は電池の容量とモータとプロペラの組み合わせによる効率で飛行時間が決定されるが，最適なモータとプロペラの関係は明らかになっていない．そこで，市販の部品を採用する場合，モータ効率を測定してプロペラサイズを決定する方針とする．このようにして，飛行時間40分ペイロード１kgを目標として機体試作し一連の飛行実験を行う．
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| Causes of Carryover |
研究費の適切な運用を心掛けているところですが，国際会議に論文を投稿しましたが採択されなかったことで費用が残ることになりました．今後はこの費用を有効に利用して研究を進めて行く予定です．
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