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設計仕様は被災地の状況を把握する観測機。大学院の学生により設計・製作されたジェットエンジン搭載の固定翼型ドローンが笠岡ふれあい空港(岡山県)で試験飛行。講義・演習・実験・発表を実践する「航空機設計開発統合特論II」で

金沢工業大学では、大学院工学研究科機械工学専攻の授業科目「航空機設計開発統合特論II」の一環で、ジェットエンジン搭載の固定翼型ドローンの飛行実験を12月13日(金)、岡山県の笠岡ふれあい空港で実施しました。

「航空機設計開発統合特論II」は講義・演習・実験・発表を1つの科目で実践する金沢工業大学大学院の特色あるモジュール統合科目の一つです。航空機関連技術者として必要とされる知識、技術を航空機開発プロセスを実体験しながら学ぶもので、機体はエンジン及びFRP部品の胴体の製作を除く全部品が学生により設計・製作されています。

金沢工業大学工学部航空システム工学科の教員は、空力、構造・強度、制御及びエンジンの分野を網羅した陣容であること、また学生は夢考房人力飛行機プロジェクトや小型無人飛行機プロジェクトを学部時代に経験した者が多く、小型飛行機の製作に慣れているといった、金沢工業大学だから実施できる実践的な航空機関連技術者育成プログラムとなっています。

ドローンは2m級の機体で、難易度を高くするため、世の中に広く使用されている航空機形式とは異なる先尾翼を採用しています。使用目的としては被災地の状況を把握する観測機とし、被災地近辺まで機体を運び、そこから観測飛行を行う設定にしています。そのための仕様として機体の飛行可能距離は約20km以上、飛行時間は20分以上で飛行速度は17m/s以上としました。

機体諸元

最大離陸重量:約9 kgf

翼幅:約2m

巡航速度:17m/s以上

航続距離:約20km以上

航続時間:約20分以上

履修学生は、前学期の「航空機設計開発統合特論I」で空力や自律飛行を目指した制御について学びながら機体の飛行性能計算や制御ソフトウェア制作に取り組み、後学期の「航空機設計開発統合特論II」で航空機振動・構造強度・ジェットエンジンについて学びながら、機体構造の改修やジェットエンジン性能計算に取り組み、飛行実験計画を立案し、飛行実験に臨みました。

今年度は自動制御を行う前段階として、昨年に搭載したフライトコンピュータ(FC)で再度データを取ることを目的としました。また昨年の飛行実験から得られたバンク角・ピッチ角のデータはノイズが大きく、データから飛行実験の考察を行うことができなかったことから、今年度はバンク角・ピッチ角の算出を加速度→角速度からの算出に変更しました。更にカルマンフィルタを実装して飛行実験データのノイズ除去に成功できるかについても実験の目的としました。

飛行実験当日は快晴にめぐまれ、実験は無事終了しました。授業では飛行実験で得られたデータを整理、解析し、授業の最終回で発表するほか、次年度以降の実施計画についても議論を行ないます。

*バンク角・ピッチ角

飛行中、機体が地面に対して前後、左右方向に、どのくらい傾いているかを示す度合いで、ピッチ角およびバンク角によって表示される。ピッチ角は飛行機の前後軸が地面となす角、すなわち機首の上下の度合いを示す角度であり、またバンク角は、飛行機の左右軸が地面となす角、すなわち機体の左右の傾きを示す角度である(日本航空「航空実用事典」より)

・カルマンフィルタ

離散的な誤差のある観測から、物体の位置や速度、姿勢角(バンク角・ピッチ角)といった時々刻々と時間変化する量を推定するために用いられる計算手法

[航空機開発統合特論Ⅱ履修学生]

伊藤凌大朗さん、海野晃弘さん、太田遥己さん、北尾達哉さん、小林周平さん、高龍和也さん、原田陽さん、平井崇史さん、矢崎由実子さん、大内健太郎さん、原柾希さん

[科目担当教員]藤秀実教授(ジェットエンジン要素技術)、土屋利明教授(ジェットエンジン)、岡本正人教授(空気力学)、小栗和幸教授(航空機材料・構造)、赤坂剛史講師(飛行制御・ドローン)

[操縦者兼機体整備(外部)]:田原将史 氏(JETSET)

金沢工業大学では、大学院工学研究科機械工学専攻の授業科目「航空機設計開発統合特論II」の一環で、ジェットエンジン搭載の固定翼型ドローンの飛行実験を12月13日(金)、岡山県の笠岡ふれあい空港で実施しました。

「航空機設計開発統合特論II」は講義・演習・実験・発表を1つの科目で実践する金沢工業大学大学院の特色あるモジュール統合科目の一つです。航空機関連技術者として必要とされる知識、技術を航空機開発プロセスを実体験しながら学ぶもので、機体はエンジン及びFRP部品の胴体の製作を除く全部品が学生により設計・製作されています。

金沢工業大学工学部航空システム工学科の教員は、空力、構造・強度、制御及びエンジンの分野を網羅した陣容であること、また学生は夢考房人力飛行機プロジェクトや小型無人飛行機プロジェクトを学部時代に経験した者が多く、小型飛行機の製作に慣れているといった、金沢工業大学だから実施できる実践的な航空機関連技術者育成プログラムとなっています。

ドローンは2m級の機体で、難易度を高くするため、世の中に広く使用されている航空機形式とは異なる先尾翼を採用しています。使用目的としては被災地の状況を把握する観測機とし、被災地近辺まで機体を運び、そこから観測飛行を行う設定にしています。そのための仕様として機体の飛行可能距離は約20km以上、飛行時間は20分以上で飛行速度は17m/s以上としました。

機体諸元

最大離陸重量:約9 kgf

翼幅:約2m

巡航速度:17m/s以上

航続距離:約20km以上

航続時間:約20分以上

履修学生は、前学期の「航空機設計開発統合特論I」で空力や自律飛行を目指した制御について学びながら機体の飛行性能計算や制御ソフトウェア制作に取り組み、後学期の「航空機設計開発統合特論II」で航空機振動・構造強度・ジェットエンジンについて学びながら、機体構造の改修やジェットエンジン性能計算に取り組み、飛行実験計画を立案し、飛行実験に臨みました。

今年度は自動制御を行う前段階として、昨年に搭載したフライトコンピュータ(FC)で再度データを取ることを目的としました。また昨年の飛行実験から得られたバンク角・ピッチ角のデータはノイズが大きく、データから飛行実験の考察を行うことができなかったことから、今年度はバンク角・ピッチ角の算出を加速度→角速度からの算出に変更しました。更にカルマンフィルタを実装して飛行実験データのノイズ除去に成功できるかについても実験の目的としました。

飛行実験当日は快晴にめぐまれ、実験は無事終了しました。授業では飛行実験で得られたデータを整理、解析し、授業の最終回で発表するほか、次年度以降の実施計画についても議論を行ないます。

*バンク角・ピッチ角

飛行中、機体が地面に対して前後、左右方向に、どのくらい傾いているかを示す度合いで、ピッチ角およびバンク角によって表示される。ピッチ角は飛行機の前後軸が地面となす角、すなわち機首の上下の度合いを示す角度であり、またバンク角は、飛行機の左右軸が地面となす角、すなわち機体の左右の傾きを示す角度である(日本航空「航空実用事典」より)

・カルマンフィルタ

離散的な誤差のある観測から、物体の位置や速度、姿勢角(バンク角・ピッチ角)といった時々刻々と時間変化する量を推定するために用いられる計算手法

[航空機開発統合特論Ⅱ履修学生]

伊藤凌大朗さん、海野晃弘さん、太田遥己さん、北尾達哉さん、小林周平さん、高龍和也さん、原田陽さん、平井崇史さん、矢崎由実子さん、大内健太郎さん、原柾希さん

[科目担当教員]藤秀実教授(ジェットエンジン要素技術)、土屋利明教授(ジェットエンジン)、岡本正人教授(空気力学)、小栗和幸教授(航空機材料・構造)、赤坂剛史講師(飛行制御・ドローン)

[操縦者兼機体整備(外部)]:田原将史 氏(JETSET)

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