流体機械設計と流体解析シミュレーション

小型で簡易な形状として設計した、垂直離陸が出来てその後水平飛行に移行出来るドローンの計画設計図です。

垂直離陸時には、２重反転のクアッド配置電動プロペラがフルで可動することでかなりの重量で垂直離陸出来ます。

垂直離陸後に電動プロペラが回転して水平飛行を行う状態になりますが、水平飛行では８機のプロペラはゆっくり回すことでも水平巡航速度を保てますから、バッテリーの減りは少なくなり、長時間の水平巡航が可能です。

大きさとしては翼を胴体からはずすことで、軽トラの荷台やワンボックス車の荷物室に載るほどの寸法です。

この水平飛行ドローンの用途は、搭載センサー類による空中からの広域調査が主なものです。ですから制御としてはほぼ全自動で自立型となる制御機器を搭載する必要があります。

各種センサーや多数の制御機器、そして大容量バッテリーを搭載すればかなりの重量となるでしょうから、８機のプロペラによる垂直上昇力はそれらを持ち上げることが出来ます。

＜今日の流れ＞

今日は午前中は最近あまりやっていなかった産業界全般の情報収集が中心となり、午後はSolidWorksでの計画設計を行います。

工業新聞とネットで興味ある産業分野を中心に情報収集しましたが、それで感じることはすごい速さで色々な企業がたくさんの種類のテクノロジーの進化を試みているので、これは自分ものんびりしている状況ではないぞというところです。

技術の急速な流れの中で、新しい情報と全体の流れを知らないと、あっという間に置いて行かれることは避けたいと、痛切に思います。

機械の設計スキル以外に、電気の設計スキル、電子機器の設計スキル、制御のプログラミングスキル、ＲＯＳなどのシステムスキルなど、取得すべきスキルは大量に有り、理解力が衰えた年齢ではありますが、あと少なくて１５年出来れば２０年は現役で仕事を続けるために、スキル取得とレベルアップは続けて行きたいと思っています。

ターボファンエンジンの流体解析シミュレーション例です。

超小型ターボファンエンジン用の２段遠心コンプレッサー羽根と遠心タービン羽根の写真です。

これらはガスジェネレーター部の要素部品となります。

次が２段遠心コンプレッサーの１段目羽根です。

次は、２段遠心コンプレッサーの２段目羽根です。

次は遠心タービンん羽根です。

飛行機体の流れ解析例です。

次は、解析設定範囲や条件を決めている画面ショットです。

次は、解析計算途中のモニタリング画面です。

次は、機体周りの流れ解析結果図で、値の等値線表示などを行っています。

飛行機体の流れ解析シミュレーションのいろいろです。

色々な機体形状の流れ解析シミュレーションを行い、機体の揚力値、抵抗値、マッハ数、衝撃波状態などを出しています。

それにより必要なエンジン推力や飛行状況の検討を行います。

高速で飛行する機体の衝撃波を解析した例です。

推進力はロケットを用いる機体です。

画が小さくて分かりづらいですよね。

＜今日の流れ＞

今日も朝からいろんな開発プロジェクトの指示を担当者に出し、作業を進めてもらう手伝いをする仕事をいつものように行っています。

自分の役目は、各プロジェクトでの問題点発生時の解決方法の担当者への提示と、今後の方針を示すことが、一日の仕事の中心となっています。

設計・試作してみたジェットエンジン流体部品です。

２種類の材質で試作してみています。アルミ合金とチタンです。

次部品は、推進力の中心となるターボファン部品です。

次部品は、空気圧縮を担う斜流コンプレッサー部品です。

そして次は、回転動力を生み出すラジアルガスタービン部品です。

２５年ぐらい前に製作した軸流ジェットファンです。

電動モーターで軸流ファンが駆動されますが、羽根ブレードは可変ピッチになっています。

これは産業用なので全体が重い造りになっていますが、軽量化設計を行えば電動飛行機のような航空用として使うことも可能です。

電動飛行機の巡航速度としては、毎時２００ｋｍぐらいに適応出来るでしょう。

直径１０ｃｍ程度の小型プロペラの流れ解析の結果と、プロペラ回転時の遠心力と流体力による変位解析の結果図です。

プロペラ高速回転時のプロペラブレードの流体力と遠心力の合力による変位は、上に反るように次の図のように働いています。

電動飛行機用のシュラウド部リング状モーターで駆動される２重反転推進ファンを設計しました。