Transcript 鳥人間型滑空機の 安全と飛行戦略 2015秋鳥人間交流会@創価大学

鳥人間型滑空機の
安全と飛行戦略
2015秋鳥人間交流会@創価大学
九州大学鳥人間チーム
渕田 翔
滑空機は落ちやすい？
発進直後に
墜落した機体の割合（墜落数/飛行数）
滑空
ディスタンス
TT
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
2011
2012
2013
2014
2015
墜落する主な要因
•
•
•
•
重心位置の調整ミス
操縦系の不具合
翼端失速
乗り込みミス
• 高翼面荷重機の対気速度不足
• 引き起こしタイミングの遅れ
• 不適切な水平尾翼取り付け角
• 曲げ荷重による桁破壊
• 主桁のねじり
• etc
• 発進時重心位置が大きく移動
• 乗り込みから操縦開始までにタイムラグ
•
•
•
•
•
乗り込み（速やかに適正位置へ）
感知（機首上げor機首下げ）
判断
操作（体重移動 操縦桿の操作）
応答
墜落時の軌道
失速or引き起こし遅れ
失速
プ
ラ
ホ
水面
風は選べない
重量、主翼面積、容積比、etc
主翼位置
水平尾翼取り付け角
テール保持角
初速
プ
ラ
ホ
風の状況
機体緒元
フライトプラン
水平尾翼
取り付け角
セッティング
セッティングがまずいと…
• 引き起こしが間に合わず墜落
• 頭下げが間に合わず失速
体重移動方式では
• 強い向かい風で降下できない
経験が浅いパイロットの場合
2秒間操縦しなくても落ちないような
セッティング
失速
2秒
プ
ラ
ホ
水面
飛び出しのシミュレーション
• 飛行試験・過去のフライトデータから補正
• 様々な風に対するセッティングプランを準備
水平尾翼取り付け角調整機能
• プラホ上で1分以内に変更できるもの
飛距離を決めるのは
操縦
（飛行経路）
機体
飛距離
風
ではなく…
全ての要素の組み合わせが重要
機体
操縦
（飛行経路）
飛距離
風
風がない場合を考える
使えるエネルギー
飛行距離 =
抵抗
使えるエネルギーを大きく
抵抗を小さく
初速 𝑣0
初めに持っているエネルギーは
1
2
𝐸𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 𝑚𝑔ℎ +
𝑚𝑣0
2
位置エネルギー 運動エネルギー
プ
ラ
ホ
着水直前に持っているエネルギーは
1
2
𝐸𝑓𝑖𝑛𝑖𝑠ℎ =
𝑚𝑣𝑓
2
運動エネルギー
失速速度 𝑣𝑓
利用可能エネルギー[N・m]
飛行に使えるエネルギー
1
1
2
2
𝐸 = 𝑚𝑔ℎ + 𝑚𝑣0 − 𝑚𝑣𝑓
2
2
QX-15の質量を変えた場合
10000
9000
8000
通常利用領域
7000
6000
50
100
150
200
全備重量 [kg]
250
1
1
2
2
𝐸 = 𝑚𝑔ℎ + 𝑚𝑣0 − 𝑚𝑣𝑓
2
2
全備重量
𝐷=
1
2
𝜌𝑣 𝑆𝐶𝑑0
2
+
2
𝑛𝑚𝑔
2 1
𝑏
𝜋𝜌𝑒 𝑣 2
最適重量が存在
• ダイブ
• 棒飛び
• 重め
• 軽め
QX-15 の質量を変化させた場合（無風）
飛距離[m]
420
400
380
棒飛び（降下角2度）
ダイブ（降下角10度）
360
340
70
80
90
100
110
120
全備質量 [kg]
地面効果、速度に応じたRe数変化考慮
風がある場合を考える
右から風
前に運動
斜め前から
風が吹いてくる
揚力の一部が推力に！
𝜃
揚力
𝜃
風速が大きく
機速が小さいほど
影響が大きい
追い風中降下
揚力
対地速度
追い風
対気速度
揚力の一部が推力に！
追い風 向かい風
降下 お得
損失
上昇 損失
お得
向かい風中で
棒飛びでの低速降下は大損
1
1
2
2
𝐸 = 𝑚𝑔ℎ + 𝑚𝑣0 − 𝑚𝑣𝑓
2
2
𝐷=
1
2
𝜌𝑣 𝑆𝐶𝑑0
2
+
𝑛𝑚𝑔 2 2 1
𝑏
𝜋𝜌𝑒 𝑣 2
有害抵抗
誘導抵抗
向かい風 損失を小さく⇒ダイブ
ダイブ及び向かい風により対気速度↑↑
翼面積小さめ 重量大きめ
高翼面荷重機
追い風 向かい風
高翼面荷重 小得
ダイブ
低翼面荷重 結構
棒飛び
お得
小損
大損
風によって有利な翼面荷重が違う
プラホ上で翼面荷重を変更したい
翼面積変更はムリ 重量ならイケル
バラスト！
QX-15 の質量を変化させた場合
（向かい風2.5 m）
370
飛距離[m]
360
350
340
330
棒飛び（降下角2度）
320
ダイブ（降下角10度）
310
70
80
90
100
全備質量 [kg]
110
120
2015年鳥コンのフライトプラン
• 1時方向から向かい風2.5 m/s
• バラスト約5.5 kg 搭載
• 11時半方向へ発進
高度4 m程度までダイブ
ラダーにより9時方向へ変針
追い風を受けつつ降下