構造/流体/制御の複合領域設計によるレーザ推進マイクロ飛行機の開発

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レーザーにより推進力を発生させるメカニズムを応用したマイクロ飛行機の開発に向け,それを実現するためのレーザー推進メカニズムの解明,ならびにレーザー追尾システムおよびスマート翼の開発を行った.本研究で開発したレーザー追尾システムは,レーザー偏光ビームスピリッタ,ガルバノミラーおよび光検出器により構成される.計測原理は,レーザー光がガルバノミラーを経由してマイクロ飛行機のリフレクターに照射され,その反射光がガルバノミラーを経て偏光ビームスピリッタにより光検出器へと導かれ,ここで位置誤差に関する信号検出が行われる.ここで,ガルバノミラーは,DCモーターにより縦・横方向に回転できる機構になっており,光検出器からの信号よりディジタル制御システムにより制御入力が演算され,それによってガルバノミラーを回転させることにより,レーザーを目標に追尾させる.制御手法としては,PID制御および混合H_2/H_∞制御を検討したが,両者とも優れた制御性能を示した.次に,マイクロ飛行機の小型化・軽量化を行いながら飛行制御を実現するために,アクチュエータとして形状記憶合金(SMA)を採用し,フォトトランジスタをスイッチング素子として利用した光学系を導入することにより,外部からのレーザー照射によって遠隔制御可能なスマート翼を開発した.翼に入射したレーザーはビームスプリッタによってコーナーキューブリフレクターとフォトトランジスタに入射する.リフレクターに入射したレーザーは前述のレーザー追尾に使用され,フォトトランジスタに入射するレーザーは翼の制御に使用される.フォトトランジスタはSMAへの電圧印加のスイッチとして機能し,レーザーが入射している間,電圧が印加されSMAが変形する.レーザーのオン・オフによる制御実験を行ったところ,SMAの応答性の範囲内で目標値に対する良好な追従性能が達成された.