| 研究課題/領域番号 |
17K00744
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| 研究機関 | 久留米工業大学 |
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研究代表者 |
東 大輔 久留米工業大学, 工学部, 教授 (20461543)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 航空機 / デザイン / 空力 / 制御デバイス / 自律運転 |
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| 研究実績の概要 |
（１）空力制御デバイスの要求性能確認
本事業では、未来的でありながら高い空力性能を有する次世代地面効果翼機デザインの研究を進めている。2017年度は航空機のエネルギー効率を評価する上で重要な指標となる揚抗比や、飛行時の縦安定性を示すピッチングモーメントといった空力特性を改善するデザイン提案を進めた。しかしながら、スケールモデルによるテストフライトを行うと、離陸後のピッチングモーメントは改善されたものの、機体が横方向やロール方向に回転し、墜落する現象が発生してしまった。その改善には垂直尾翼の設置が効果的であるが、デザインの新規性が失われることや、既存の港湾施設に入港しづらいなどの課題があり、我々は垂直尾翼に頼らない新たな空力制御デバイスの研究を進めている。2018年度は、この新たな空力デバイスの要求性能仕様を確認する目的で、水平・垂直尾翼が発生するモーメント値の調査を行った。具体には、スケールモデルのテストフライトで飛行を安定化する水平および垂直尾翼の形状を見出し、その尾翼が発生している各モーメント値を風洞試験で確認した。この調査により、2019年度に開発を進める主翼に設置する新たな空力デバイスの発生すべきローリングモーメントやピッチングモーメントの目標値を設定することができた。
（２）空力制御システムの基本設計
新たな空力制御デバイスの実現には「機体姿勢や翼上圧力などのセンシング技術」「制御アルゴリズム」「動作指令」などのシステムインテグレーションが必要である。2018年度は本システムの基本設計と試作開発を行い、2019年度の研究開発の基盤を整備した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
スケールモデルによるテストフライトで本デザインモデルの空力性能を把握して改良を行うという当初計画は概ね達成できたと考える。また、未来的なデザインを崩さない新たな空力制御デバイスの要求性能を確認することもでき、デザイン開発領域では十分な研究成果をあげることができた。しかし、もう一つの計画であった国内外の海上輸送運用団体への調査は実施できておらず、運用ビジネスの検討や運航海域、飛行速度などの具体な検討を進める領域では十分な成果をあげることができなかったと反省している。2019年度は国内外の航空および海運ビジネスの市場調査を確実に進める。
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| 今後の研究の推進方策 |
本事業最終年度である2020年度は次世代航空機である地面効果翼機の最終デザイン提案と、ビジネスモデルの提案を下記のように行う。
（１）次世代地面効果翼機デザイン
未来的なデザインの印象を残しつつ優れた飛行安定性を実現する空力デバイスの仕様を決め、試作制御システムを載せた機体でテストフライトでその効果を検証する。テストフライトを通じて制御アルゴリズムの改良も行い、急な姿勢変化にも柔軟に対応できるシステムを目指す。主翼の空力デバイスのみで対応できない場合は、デザインへの影響を最小にする水平および垂直尾翼の新規デザインも提案する。新たな空力デバイスと新規デザインの尾翼を統合した斬新な次世代地面効果翼機の最終デザイン提案を行う。なお、テストフライトにおいては、課題の一つであったモデルの軽量化にも取り組む。モデルの機体重量が大きいと離陸するために必要な揚力が大きくなり、迎角（主流に対する翼弦の角度）や離陸速度を大きくする必要があり、離陸後の飛行安定性を悪化させる大きな要因となっていた。2019年度はボデーおよび主翼の構造を見直し、可能な限り軽量化を行い、テストフライトモデルの飛行安定性を向上させる。
（２）ビジネスモデル提案
国内外の現地調査および海運業者へのヒアリングを行い、地面効果翼機を用いた新たな航空・海運サービスの運航海域、飛行速度、飛行高度などの提案を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
（理由）
スケールモデルによるテストフライトと機体の空力デザイン開発で成果を残せたものの、当初の計画であった国内外の市場調査、航空・海運ビジネス調査などを進めることができなかったため。
（計画）
2019年度は国内外の調査を着実に実施し、新たな航空・海運ビジネスの枠組みや運航海域、飛行速度などの検討を進める。また、風洞試験や空力シミュレーションを用いてこれまでの研究成果を発展させ、新たな空力制御デバイスや尾翼を統合した次世代地面効果翼機の最終デザイン提案を行う。
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