高圧噴射を駆動源とする機敏なドローンとその制御技術の研究開発

高压射流敏捷无人机及其控制技术研发

• 批准号: 21K14119
• 负责人: 安部 祐一
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Osaka University (2022)Tohoku University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14119/
• 关键词: 流体アクチュエータ; 流体噴射; ドローン; 索状体; 噴射ドローン

本研究では、高圧噴射を駆動源とする機敏な噴射ドローンの基礎技術の研究開発を目的としている。高圧流体噴射の方向制御は、大きな並進力（噴射による反力）を小さな力（回転軸配置を工夫すれば、噴射方向を変える際に噴射力は仕事をしない）で高応答に制御でき、機敏な運動を実現しうる。本年度は，昨年度に引き続き，軽量で高応答な噴射方向可変アクチュエータの研究開発に取り組んだ。昨年度の基礎実験で得られた，回転流路（スイベルジョイント）の回転摩擦が高圧時に想定以上に大きくなってしまう問題に対して，水密構造を実現するためのシール材についての試行錯誤や，流路の断面を小さく保つための軸受け構造の工夫等の試行錯誤を企業との協力によって行った．また，製作した回転流路に高圧を加えて回転抵抗を計測するための実験器具を作成し，圧力，回転速度，回転抵抗の関係について調査した．結果，高圧時でも比較的低トルクで回転させることのできる回転流路を実現できた（内圧7MPa，回転速度500deg/s下で0.25Nm以下の回転トルク）．さらに，高圧ポンプを用いて流体を噴射する基礎実験を行い，噴射ノズルにより発生する反力が前年度構築した流路モデルによって十分推定できていることを検証した．並行して，位置・姿勢を安定化可能な制御系の開発を目指して，ホース部を含んだ動力学シミュレーションを完成させ，昨年度に提案した位置姿勢制御方法について，その妥当性についての数値計算による検証を進めた．

The purpose of this study is to develop the basic technology of high pressure jet engine and smart jet engine High pressure fluid jet direction control, high thrust (jet reaction), low thrust (return shaft configuration, jet direction, jet reaction), high thrust control, smart motion This year, compared with last year, the injection direction of high volume can be changed according to the research and development group. Last year's basic research has been carried out, the return friction of the return flow path is high pressure, the above problems are considered, the watertight structure is realized, the trial errors in the material design, the cross section of the flow path is small, the protection is small, the shaft is subjected to the construction time, etc., the trial errors in the enterprise cooperation. To investigate the relationship between pressure, return velocity and return resistance in the preparation of return flow path high pressure and return resistance measurement equipment. As a result, the return flow path was realized at a relatively low return pressure (internal pressure 7MPa, return speed 500deg/s return flow path below 0.25 Nm). The high pressure fluid injection system is used to generate the reaction force. In parallel, the position and attitude stabilization may be controlled by the development of the system, including the dynamics of the system, the completion of the system, the proposal of the position and attitude control method last year, the appropriateness of the calculation of the numerical value, and the progress of the evaluation.