2017 Fiscal Year Research-status Report

Develpment of Firefighting helicopter system for skyscrapers

Research Project

Project/Area Number	17K06268
Research Institution	Osaka City University
Principal Investigator	今津篤志大阪市立大学, 大学院工学研究科, 講師 (80440246)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	マルチコプター / 飛行ロボティクス / 防災
Outline of Annual Research Achievements	高層ビル火災に対して放水を行うことができる放水ヘリコプターシステムを開発することを目的として、貯水タンクを持つ大型有人のヘリコプター（タンクヘリコプター）から、先端にローターのついたホースを垂らし、先端のノズル付近に備えるローター（ノズルヘリコプター）で放水方向を定めながら放水するシステムを開発する。そして、その制御方法、動作計画方法を確立する。今年度は、まず、流量5.8リットル／minの家庭用高圧洗浄機相当の縮小モデルと、流量120リットル／minの屋内消火栓相当のモデルの2種類の条件で、距離約10mの放水実験を行ってノズルに生じる反作用力を測定し、計算値の妥当性を確認した。次に、火元に放水を命中させるためのノズルヘリコプターの位置と放水角度の条件を求め、そのときにノズルヘリコプターのローターに必要な推力を求めた。さらに、ホースにぶら下げられたノズルヘリコプターの位置・姿勢制御則を、ノズルヘリコプターに搭載された慣性計測装置（IMU）の情報に基づいて構成た。天井からつり下げた状態の実験機を用いて有効性を確認し、家庭用高圧洗浄機相当の放水を行っても、その反力を支えて定位することができることを確かめた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 放水反力の測定において、家庭用高圧洗浄機相当の放水では実験値と計算値が5％程度の誤差で一致した。一方、屋内消火栓相当の放水では実験値が計算値の半分程度となる結果となったため、実験の不備か計算モデルが要改善なのか再度確認する必要が残った。天井からホースでノズルヘリコプターをぶら下げた状態で放水を行った実験では、ノズルヘリコプターを十分な精度で目標位置に定位させることができることが確認できた。以上の成果より、ノズルヘリコプターの部分の実現性と特性の把握にほぼ目処がついたと考えている。
Strategy for Future Research Activity	天井からノズルヘリコプターをぶら下げた状態で、放水の着水位置を制御する手法を開発する。放水が空中で散らばってしまう問題があるため、ノズルのテーパ部の長さを長くするなどの放水を集中させるための改良も行う。着水量を測定することができる標的を作成して、放水量と着水量の比を測定する。また、マルチコプターの形のタンクヘリコプターを作成して、ノズルヘリコプターをつり上げた状態で放水を行う。タンクヘリコプター単独の飛行、ノズルヘリコプターをつり上げての飛行、ノズルヘリコプターから放水しての飛行、と順を追って行っていく。タンクヘリコプターの制御は一般的なGPSとIMUを利用した浮上と定位のみで十分と考えているが、必要に応じてノズルヘリコプターとの協調制御手法を開発する。