構造/流体/制御の複合領域設計法と小型飛翔体設計への応用

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350118
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 梶原 逸朗 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (60224416)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長松 昭男 法政大学, 工学部, 教授 (70016640) ; 原 辰次 東京大学, 情報理工学系研究科, 教授 (80134972) ; 矢部 孝 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (60016665)
• Keywords: 振動 / 制御 / 流体力学 / 最適化 / マイクロ飛行機 / レーザー推進 / レーザー制御

Research Abstract

本研究では,構造/流体/制御の複合領域設計法により,マイクロ飛行機(Micro Air Vehicle ; MAV)の要素技術の開発ならびに基礎実験を行った.まず,レーザー推進技術を応用したマイクロ飛行機の持続的飛行を可能とすべく,統合レーザー推進/追尾システムの開発を行った.本システムでは,推進用のYAGレーザーと追尾用のHe-Neレーザーを同軸2重のビームとしてマイクロ飛行機に照射し,He-Neレーザーの反射光から照射方向の偏差を測り,光路上にあるガルバノミラーの動きを制御する.これにより,レーザーが常にマイクロ飛行機に照射され,持続的飛行が可能になる.実験により,本システムの基本特性を調べ,性能を評価した結果,所望の性能を達成し,移動物体上でYAGレーザーによるアブレーションを連続的に起こさせることに成功した.また,YAGレーザーによる推進力を効果的に生じさせるために,レーザー推進機構の最適化を行い,より高い推力の達成が実現された.さらに,レーザーによる遠隔操作を可能にするために,偏光された2つのHe-Neレーザーを用いた遠隔制御システムを構築した.本システムでは,お互いに直角な偏光He-Neレーザーを同軸2重のビームとしてマイクロ飛行機に照射し,マイクロ飛行機上で偏光ビームスプリッタにより2つのビームに分離され,一方をレーザー追尾に,他方をレーザー制御に用いる.レーザー制御用のビームは光源側に設置された液晶シャッターによりオンオフ信号として照射され,マイクロ飛行機上のフォトトランジスタでその信号を受信する.これにより,アクチュエータに入力される信号が制御され,移動物体の遠隔操作が可能になる.そして,基礎実験装置を用いて移動物体の運動を遠隔操作する実験を行い,遠隔制御システムの性能を評価し,本システムの有効性を検証した.

Research Products

• [Publications] 矢部孝, 梶原逸朗: "水とレーザー駆動による紙飛行機"日本航空宇宙学会誌. 51・595. 208-212 (2003)
• [Publications] Ishikawa, H., Kajiwara, I., et al.: "Development of Laser Propulsion and Tracking System for Laser-Driven Micro-Airplane"Second International Symposium on Beamed Energy Propulsion. (2003)
• [Publications] 梶原 逸朗, 上原 学: "スマート構造における圧電アクチュエータ形状と制御系の同時最適設計(複数の圧電アクチュエータを有する多入力系における検討)"日本機械学会論文集(C編). 69・684. 2093-2100 (2003)
• [Publications] 星野健太郎, 梶原逸朗, 他: "マイクロ飛行機のためのレーザー推進/追尾システム"第53回理論応用力学講演会講演論文集. 447-448 (2004)
• [Publications] Yabe, T., Kajiwara, I., et al.: "Laser-driven vehicles - from inner-space to outer-space"Applied Physics A, Material Science & Processing. 77. 243-249 (2003)
• [Publications] Omori, T., Kajiwara, I.: "Optimization of Smart Structure For Realizing High Controllability"Proceedings of the 2003 JSME-IIP/ASME-ISPS Joint Conference. 03-208. 183-184 (2003)
• [Publications] 梶原逸朗(分担執筆): "最適設計ハンドブック"朝倉書店. 494 (2003)