2020 Fiscal Year Annual Research Report
Research on the enhancement of the safety and assessment of the influences on the surroundings for the manned and unmanned multiple-rotor-type aircraft
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19H02344
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
砂田 茂 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70343415)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
得竹 浩 金沢大学, フロンティア工学系, 教授 (80295716)
田辺 安忠 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主幹研究開発員 (80724799)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | マルチロータ機 / 安全 / 風圧 / 騒音 / 空飛ぶクルマ / オートローテーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（課題１：安全性向上）
・無人マルチロータ機の垂直オートローテーションについて，詳細を検討し，論文を完成させ投稿した．モータ故障時の高度によって決まる，望ましいオートローテーションの方法を提案した．有人機マルチロータ機については，無人機と違って，ヨー軸回りの回転運動が認められないので，無人機よりも条件が厳しくなる．ヨー軸回りの回転運動が認められない有人マルチロータ機についても，オートローテーションの可能性を検討した．・ドローンの空力特性のオンボード計測や損傷時の飛行制御に資する実験データとシミュレーション結果を蓄積した．
（課題２：周辺環境への影響評価）
（風圧）マルチロータ型ドローンの地面効果は在来のシングルロータのヘリコプタと比べて，地面と複数ロータとの干渉が起こり，ロータに再循環流が発生し，ロータ性能が急激に悪化する場合があり，離着陸に伴う地面近くでの飛行安定性に懸念があることが分かった．また，地面に沿うアウトウォッシュの分布は断面によって大きく異なり，ロータ軸間を通る断面ではシングルロータのように，地面に沿った高速な吹き出しとなっているが，ロータの間の隙間に沿う断面では，高い高度まで噴き出し速度が存在することが分かった．研究成果は学会発表，及び学会誌で査読論文発表した（掲載2021年5月号）．（騒音）騒音計算プログラムを完成させ、4つの2重反転ロータを持つマルチロータ機がホバリング，前進飛行する際の騒音の計算が可能になった．
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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
[安全]・前年度に引き続き，様々な損傷が発生したロータの吹きおろし速度計測実験を行い，損傷推定に必要なデータの蓄積を行った．また持続的な突風外乱を受けるロータの実験を行うために，研究室内の風洞に設置する乱流発生装置を製作し，乱流のモデル化を行った．さらにロータが損傷したドローンのダイナミクスをモデル化し，損傷時の飛行シミュレーションを行った．
[風圧]クアッドロータ・ドローンの中央の胴体がある場合のシミュレーションに加え，胴体がない場合の異なる高度でのシミュレーションを行った．胴体の有無によって，ロータの再循環の発生状況に差異があることが分かった．
[騒音]・自重400kgの有人マルチロータ機を想定し，ホバリング時，前進飛行時の騒音を解析で得た．特にマルチロータ機のロータ推力が回転数でなくコレクティブピッチでコントロールできれば，複数ロータのブレードの位相角差を調整可能になる．この時，マルチロータ機の騒音の低減可能性について検討した．
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| Strategy for Future Research Activity |
[安全]本研究テーマとは別の研究テーマで構築した，遅れを推定するオブザーバを本研究の実験モデルに適用し，実飛行に近い環境でロータ吹きおろし速度を推定する検証試験を行う．さらに損傷時の飛行シミュレーションを引き続き実施することで損傷時の飛行モードを明らかにし，許容できる危険度で着陸する飛行制御系を設計する．
[風圧]胴体が無い場合のクアッドロータについては，再循環の発生条件を明らかにするため，地面高度をより細かい刻みで変化させ，流れ場の変化を観測していく．さらに，ロータの間隔やロータ荷重の影響もあると考え，今後はこれらのパラメータを変化させて，シミュレーションを続け，再循環によるロータ性能の劣化が起きない設計条件を明らかにする．
[騒音]ロータからの騒音には，完成したロータ騒音プログラムでは評価されない周波数成分の騒音が含まれることが明らかになった．その周波数成分の原因を明らかにし，騒音評価の精度の向上を図る．同目的のため，モータからの騒音も評価に加えることを検討する．これらの検討の際，プログラムによる騒音評価との比較対象となる測定データが必要である．そこで，小型マルチロータ機を室内で飛行させ騒音測定を行う．測定においては，様々な速度，観測者位置での騒音データを取得し，様々な条件下でのプログラムでの騒音評価結果を検討する．
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