| 研究課題/領域番号 |
23K03733
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 東京工科大学 |
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研究代表者 |
野田 龍介 東京工科大学, 工学部, 講師 (00811267)
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| 研究分担者 |
中田 敏是 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80793190)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2025年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 間欠飛行 / 羽ばたき飛行 / 回転翼 / 滑空 / 飛行ロボット / 受動飛行 / 高効率 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
飛行ロボットがより長時間・長距離を移動するには、エネルギー効率の向上が必要である。本研究計画では、飛行ロボットの航続時間・距離を飛躍的に伸ばすことを目的とする。このために、①安定・効率的な受動飛行技術、②受動飛行を補う能動飛行技術、③受動・能動飛行時の形態遷移技術を開発し、これらを統合した間欠飛行技術を創出することで、目的の達成を目指す。本研究計画の実現によって、ロボットの新たな移動様式が実証され、飛行ロボットの航続距離が飛躍的な延長によって、飛行ロボットの活躍の場がさらに拡大される。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、飛行ロボットにおけるエネルギー効率改善のため、間欠飛行技術の創出を目指す。令和5年度は、研究計画に沿って以下のテーマを推進し、高効率飛行を実現する飛行ロボット創出へ向けた各要素の構築・検証を行った。
１）設計指針導出のためのシミュレータの構築：前進飛行時における翼の形態・位置を探索し、飛行効率の最適化を実験計画法を用いて実現する解析ソルバを構築した。翼形状の再現性や計算時間の問題から、当初の予定とは異なる商用の流体解析ソルバを用いてこれらを構築した。また、高効率な翼形状の調査のため、このシミュレータを用いて鳥などに見られる翼端分割構造における複合翼の迎え角を最適化した結果、揚抗比において迎角を固定した従来型の翼より2倍近くの性能改善結果を得ることができた。
２）受動飛行技術：滑空飛行下での飛行ロボットの翼の配置に着目し、これらの取り付け角度や面積が受動的飛行安定性と滑空性能に及ぼす影響を風洞実験により調査した。この結果、翼の姿勢が滑空性能に強く影響すること、尾翼の存在が滑空性能を向上させることが明らかとなった。このため、羽ばたきロボットの高効率な滑空を実現するためには、翼を適切な姿勢に固定する機構と、羽ばたき飛行中に尾翼が操縦性を低下させない機構を考案する必要がある。
３）受動飛行を補う能動飛行技術：回転翼搭載型の飛行ロボット設計のためのシミュレータの構築を行ったが、当初予定してあった回転翼を用いた場合を想定した場合のサイズや取り付け位置の最適化までは至らなかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
飛行ロボットを構成する各要素のための最適化ソルバの構築並びに飛行安定性・滑空性能において極めて重要な尾翼における実験検証を実施でき、概ね当初の計画通りに研究を遂行できている。
受動飛行を補う能動飛行技術における遅れはあるものの、構築したシミュレータによりこの遅れは今年度に補完出来ると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度に引き続き当初の研究計画に沿って、飛行体の翼・尾翼形状、取り付け角度、質量分布等の飛行安定性・滑空性能などに関連するパラメータの最適化をシミュレータを用いて行い、風洞実験による検証を行う。
また、受動飛行を補う能動飛行技術の開発後、間欠飛行における重要な要素である受動・能動飛行の形態遷移技術の実現のための設計指針を導出する予定である。
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