東野研究室 ( 飛行力学 ) 研究紹介① 指導教員: 東野 伸一郎 准教授 Introduction to Flight Dynamics Laboratory 南極エアロゾル観測用 UAVの開発 研究背景 • 福岡大学,国立極地研究所と共同で南極エアロゾル 観測を行っている • 高度30kmからのサンプルリターンを目標としている • 過去に第56次,60次の南極地域観測に参加した • 次回は第63次に参加予定(今年11月~翌々年3月) 使用機体 自律帰還型UAV PhoenixS PhoenixS 諸元 重量 10kg 翼面積 0.574m 2 スパン 2.77m 全長 1.50m アスペクト比 12.7 ミッションプロファイル • 自由気球とPhoenixSを組み合わせた観測方式 • 実績: 観測高度23km 滑空開始高度12km • 63次ではMPSBを用いた試験を実施予定 • 現在,帰還システムの制御則を一新中 現状 • 高高度になるにつれ大気密度が小さくなりレ イノルズ数が非常に低くなる.また,低レイノ ルズ数域でのPhoenixSの空力特性は不明な 部分が多い • 失速速度,上限等価対気速度,上限マッハ 数により各高度での飛行可能速度が限定さ れる • フラップを高高度で使用し,失速速度をより 低くすることで飛行可能高度が上昇する事, フラップを使用しても現状では飛行可能高度 は25km程度であることが明らかになった • 目標高度を達成するためにはより低速での 飛行を実現させる必要がある 風洞内ロボット支持飛行試験法 • 風洞内で機体をロボットアームにより支持し, 実際の飛行試験を模擬することで,より効率 的に空力特性の取得が可能となった • 風袋補正・慣性力の補正が不要,エアデータ センサの使用により機体姿勢の管理・測定 が不要,従来の風洞試験よりも短時間で行う ことができるといったメリットがある MPSB(Movable Parachute Sting Balance) • パラシュートを先端に取り付けたカーボンス ティングを六分力天秤に取り付けた装置 • パラシュート降下しながら,仮にその速度・高 度で飛行した場合の空力特性が取得可能 今後の予定 • 引き起こしフェーズでの制御則の確立 • 帰還経路の最適化 • 全高度での空力特性の取得 • 63次での南極での試験 • 新型機の導入 小型固定翼無人航空機 (UAV)のフラットスピンによる垂直着陸 研究背景 特殊環境下のような滑走路を確保できない場合を想定した,機 体回収方法の確立が求められている 着陸目標地点への誘導制御則の設計 飛行試験によるスピン時のエアデータ取得 飛行試験データによるフラットスピンの 数理モデル構築 RADS 研究目的 フラットスピンによる定点着陸の実現 更なる降下速度の低減 LEXを用いた速度低減法の開発 今後の課題 着陸目標地点への誘導制御則の設計 飛行試験によるスピン時のエアデータ取得 数理モデルの改良 更なる降下速度の低減 風洞試験によるLEXの形状決定 etc… フラットスピンとは 主翼の左右非対称失速により,左右主翼の揚力と抗 力のバランスが崩れる.これにより,機体にヨーイン グ/ローリングモーメントが発生し機体は回転を伴った 落下 を始める運動(スピンの一種).(右) Wind Tunnel Testing of High Angle of Attack フラットスピン時の抗力を 大きくすることで,速度低減 を試みる RADS open RADS closed フラットスピン中のエア データを計測するセン サ(RADS)(左) フラットスピン中に RADSを展開する Phoenix(下) 現在進行中の研究 LEX(Leading Edge Extension) LEX