小型無人航空機の飛行時間の飛躍的向上を目指した小型ロータの開発と設計理論の再構築

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低レイノルズ数領域でのロータ性能について，レイノルズ数変化に対するロータ性能の変化を明らかにする為に，７つの翼型に対してロータのホバー効率の指標であるFigure of Merit(FM)の評価を行った．レイノルズ数20000-50000で計測を行い，レイノルズ数変化に対する最大FMの変化を定量的に明らかにした．水平飛行時のクアッドロータ機について，ロータ間流れ干渉が機体に働く空気力へ及ぼす影響を明らかにする為に，風洞を用いて，煙による流れ場の可視化と，ロータ間隔と機体のヨー角に対する空気力変化の評価を行った．可視化により，上流側と下流側のロータを通過する流れが干渉する様子を明らかにした．また，空気力計測から，流れ干渉によって機体に働くピッチングモーメントが増加することを確認した．これらの結果から流れ干渉を避けることにより，水平飛行時に機体に働くピッチングモーメントを低減できることを明らかにした．更に，離着陸時のロータ推力変化の低減を目指して，クアッドロータ機が地面効果を受けた際の推力と地面からの高さの関係を明らかにする為，推力変化の評価を行った．また，ロータ後流どうしが干渉する様子を明らかにする為に，Particle image velocimetry計測を実施した．推力計測から，ロータ間隔を広げることにより推力増加が抑えられるとともに，高さ変化に対するロータ推力の変化が単調に変化しなくなることを明らかにし，クアッドロータ機が受ける推力変化量の見積もりを可能とした．また，流れ構造の解析から，機体中央部の形状が機体に働く空気力とロータ推力に影響することを明らかにした．以上の成果を活用してロータ配置を行うことで，小型マルチロータ機の飛行時間の延長と離着陸時の地面効果の低減を実現する機体設計が可能となり，小型マルチロータ機の飛行性能の改善が期待できる．