Study on a High-Stratospheric Flight System Using an Inflatable Delta-Wing UAV

充气式三角翼无人机高平流层飞行系统研究

• 批准号: 22K18860
• 负责人: 東野 伸一郎
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18860/
• 关键词: UAV; 高高度飛行; インフレータブル翼; モーフィング; インフレータブル構造

筆者らが開発した南極における高高度大気エアロゾル観測・エアロゾルサンプルリターンシステムにおいて，特に南極冬季の高高度の低温によるマッハ数の低下により，亜音速の固定翼無人航空機では，高速側の飛行領域が狭められ，高度30kmからの亜音速機による滑空帰還は困難であることがわかってきた．これを解決するために，基本的な機体設計は高高度で有利な低アスペクト比の高亜音速～超音速飛行に向いた機体としつつ，低高度では超軽量なインフレータブル構造の外翼を展開することによって重量増加を避けつつアスペクト比を増加させ，基地への帰還に必要な揚抗比を得られる，いわゆるモーフィングによる方式を提案した．このような方式の機体を最適設計するために，南極を含む上空大気の過去の気象データを用い，Digital DATCOMを利用した安定微係数の推定を通じた機体の安定性確保と，それらを利用した滑空シミュレータを開発した．開発した滑空シミュレータを利用し，遺伝的アルゴリズム(NSGA-II)によって，特に高速飛行を行うフェーズにおけるクリップトデルタ型UAVのスパンや翼面積，アスペクト比などの機体外形形態の最適設計を行い，実現可能性のある形態を得た．一方，外翼部のインフレータブル構造については，まず基本的なインフレータブルチューブの作成方法について試行錯誤し，ポリエチレン等による気密層とナイロン等による強度層の2層からなる構造によって，極めて短時間に展開するインフレータブルチューブを試作することに成功した．このインフレータブルチューブは，展開型ライフジャケット等に利用されている小型の炭酸ガスボンベによって展開することを想定しており，ガス量と内圧，インフレータブルチューブの強度，気密性などについて試験を行い，その基本特性を取得した．

The author ら が open 発 し た Antarctic に お け る high altitude 気 エ ア ロ ゾ ル 観 measurement, エ ア ロ ゾ ル サ ン プ ル リ タ ー ン シ ス テ ム に お い て, trevor に の high altitude の Antarctic winter low temperature に よ る マ ッ ハ several low の に よ り, 亜 sonic の fixed-wing unmanned aviation machine で は, high-speed side の flight field が narrow め ら れ, Height of 30 km か ら の 亜 sound machine に よ る slide empty 帰 は also difficult で あ る こ と が わ か っ て き た. こ れ を solve す る た め に, basic な airframe design は high altitude で favourable な low ア ス ペ ク ト higher than の 亜 sound ~ に supersonic flight to い た body と し つ つ, low height で は ultra 軽 volume な イ ン フ レ ー タ ブ ル tectonic の outside wing を extended す る こ と に よ っ て weight raised and avoid を け つ つ ア ス ペ ク ト than を raised plus さ せ, Base へ の 帰 に also necessary な uplift resistance than を ら れ る, い わ ゆ る モ ー フ ィ ン グ に よ る way を proposal し た. こ の よ う な way の body を optimum design す る た め に, large over the Antarctic を contain む 気 の past の 気 like デ ー タ を い, Digital DATCOM を using し た stability coefficient of micro の presumption を tong じ た の body stability, ensure と そ れ ら を using し た slide empty シ ミ ュ レ ー タ を open 発 し た. Open 発 し た slide empty シ ミ ュ レ ー タ を using し, but 伝 ア ル ゴ リ ズ ム (NSGA II) に よ っ て, trevor に high-speed flight line を う フ ェ ー ズ に お け る ク リ ッ プ ト デ ル タ type UAV の ス パ ン や wing area, ア ス ペ ク ト than な ど の body shape form の を い, optimum design be possibility is の あ た を る form. Outside the party, wing の イ ン フ レ ー タ ブ ル tectonic に つ い て は, ま ず basic な イ ン フ レ ー タ ブ ル チ ュ ー ブ の way に consummate つ い て pilot error し, ポ リ エ チ レ ン etc に よ る 気 dense layer と ナ イ ロ ン etc に よ る strength の 2 layers か ら な る tectonic に よ っ て, Extremely め て に on short time す る イ ン フ レ ー タ ブ ル チ ュ ー ブ を attempt す る こ と に successful し た. こ の イ ン フ レ ー タ ブ ル チ ュ ー ブ は, type a ラ イ フ ジ ャ ケ ッ ト に use さ れ て い る small の carbon acid ガ ス ボ ン ベ に よ っ て expand す る こ と を scenarios し て お り, ガ ス quantity と 圧, イ ン フ レ ー タ ブ ル チ ュ ー ブ の intensity, 気 tightness な ど に つ い て test を い, そ の basic characteristics を obtain し た.

项目成果

高高度エアロゾルサンプルリターン用高速 U AV の最適設

高空气溶胶样品返回高速无人机优化配置

• 发表时间: 2022
• 作者: 石井 隼也(九大・院); 東野 伸一郎(九大); 堤 雅貴(九 大・院)
• 通讯作者: 堤 雅貴(九 大・院)