中型ドローンの流体部の機体構造の３次元設計がほぼ完成しました。
この中型ドローンの機体構造設計も女性エンジニアが色々と熟慮しながら設計を進めてくれていました。
その結果、重量物を持ち上げる用途向けに非常に頑丈な構造を設計してくれており、メカメカしい良い外観にもなりました。
まだ軽量化検討はこれからですので細部構造が変わっていくかもしれませんが、アルミ形材をベースとした頑強な構造はこれからの大型ドローン設計にわたる標準となるでしょう。
次の写真にあるようにガスタービンエンジンの流体部要素部品の開発研究は充分に行ってきたので、そろそろ「下町ロケット」になぞらえて大分県という田舎で開発するので「田舎ジェットエンジン」という仮称を付けてジェットエンジンの本格的な開発に入る予定です。
現在はまだ他の仕事が忙しい状況ですから、ジェットエンジン開発設計に本格的に入れるのは来年の２月ごろからと考えています。
その頃であれば、弊社の女性エンジニアも２人がそれにかかれるようになると思います。
その開始前に、自分が詳細な流体設計と全体構造計画を済ませてないといけませんが。
設計と性能解析の終了が来年夏前ぐらいで、製作が夏中、完成が秋ぐらいとなりそうです。
秋の性能実験用にテストベンチ設備も同時に設計製作を進めておきます。
小荷物を運搬する用途のドローン機体の流体部に関する構想図です。
少し前に考えていた小荷物運搬用ドローン機体に必要な要件である次の３つを満たす機体を構想してみました。
１．機体の中に小荷物を収納でき、雨やほこり、衝撃から荷物本体を保護する機体構造を持つ
２．水平に飛んでいる場合は、飛行エネルギーを減らし長距離を飛ぶために機体は翼による揚力効果を利用する、つまり水平飛行は飛行機状態となる。
３．小型で推力は確保するために、２重反転型プロペラを推進機とする。
この構想図に基づき、具体的な３次元設計を始めてみます。
液体燃料圧送用のロケットターボポンプ設計例です。
これは回転数が毎分２万回転ほどのターボポンプ羽根なので、その高速回転により吸い込む液体燃料に吸い込み圧力低下によるキャビテーションが起きても羽根通路の閉塞が起きない用途のインデューサーと呼ばれるスクリュウーのような羽根がメインの遠心ポンプ羽根の上流側に付いています。
このスクリューのようなインデューサー羽根での圧力上昇値は非常に少ないのですが、その圧力上昇によりメインの遠心ポンプ羽根入口付近ではキャビテーションに至る液体圧力低下による飽和蒸気の発生が抑えられ、メインポンプでの流れの閉塞がなく液体を昇圧出来ることとなります。
メインの遠心ポンプブレードでは、少しでも圧力上昇比を上げるため、一般の液体遠心ポンプではないような中間羽根を持つ多数のブレードがあり、しかもインペラブレードの出口角度も立たせることで圧力を上げようとしています。
中型ドローンの構造設計途中経過です。
他の設計解析をやりながらの中型ドローン構造設計のため、現在進展がゆっくりしていますが、少しずつ構造が固まって来ています。
設計時に簡単に入手可能な要素部品を優先しながらの設計進捗は、優秀な女性エンジニアが良く考えて行ってくれています。
いったん全体構造が出来上がったら、重量計算、飛行時シミュレーションによる構造強度解析などで直すべき個所を特定して修正設計に入ります。
中型ドローンの流体部設計は完成していますので、今度は中型ドローンの構造設計を開始しました。
全体構造には溶接部はなく、アルミ型鋼などの完全組立構造で計画を進めています。
全体組構造が完成したなら、羽根部の流体解析により求まった推力値を荷重として構造解析を行い、全体構造の安全率を確認することとなります。
各部品は素材が入手し易く簡単な構造のものばかりですから、切断、プレス、穴あけ、タップ加工が中心の製作となり短納期で製作可能でしょう。
今日はドローン開発の方向性についてずーっと考えています。
小さなドローンから大きなドローンまで、有効に作業をする領域が存在するであろうとの前提で具体的に使われるイメージを頭の中でいろいろと構築して、想像でのシミュレーションを繰り返しています。
そうすると作業機として役に立つ可能性をかなりの数見出すことが出来たと思います。
それらをこれから具体的な開発と実験に短期間で進展させる行動が必要ですが、有り難いことにタービン発電の開発に比べれば社内で実験を何度でもやれることで、短期間での実用化が達成出来そうです。
飛行体用のターボファン推進器の流れ解析結果です。
軸流ターボファンは、遠心ターボファンに比較して大風量で圧力上昇も低い用途に適していますから、この解析例のように飛行体用の推進機に使われます。
プロペラ推進機と比べると軸流ターボファン推進機は空気圧力を上昇する効果を持つため、その吐出空気速度が速くなり、プロペラ機よりも高速な飛行体の領域で効率良く推進出来る事になります。
飛行体の推進効率が最も良くなる状態は、推進機からの吐出空気速度と機体の進行速度が同じになる場合です。
ですから、機体速度の遅い飛行体に吐出ジェット速度が非常に高速のジェットエンジンを付けて飛ばすと推進効率が悪くなり、多量の燃料を消費してしまいます。
大型ドローンの概念計画図を描いてみました。
粗い絵で分かりづらいと思いますが、大型ドローンで重量物を揚げるためには電動ではなく、ガスタービンエンジンで計画をしています。
ガスタービンエンジンを動力とすれば、長時間重量物を搬送することが可能になりますので、作業機としてのドローンが完成すると考えています。
これから３次元設計での計画に入りますので、この計画図とかなり違う形になるかもしれませんが、ガスタービンエンジン駆動ドローンの概念は不変です。
ヘリコプターの作業を代替する空中作業機械となるように計画を進めてまいります。
中型ドローンの流れ解析を行い性能を解析しました。
上図は流れの流蹟線群ですが、図で分かるように羽根で下方に押し出された流れはある程度距離が離れると循環流として上方に巻き上がり再度羽根に入っていくという、これまでドローンの機体全体の解析をした場合に特有の流れ状態になっています。
この循環流が有ると地面に機体が近い時、つまり離陸状態にある場合は機体と地面の間に圧力が高まる空間が形成され、機体の揚力が高まることが考えられます。
