揚力を生み出す仕組み:ドローン講座

ドローン:ロボたんテレビ

揚力を発生させる仕組みを考えて見ましょう。

流れる空気の中に翼【ブレード】を置くと、より強く流れる方に引っ張られる現象が発生します。

この現象を利用して【揚力(物体を持ち上げる力)】を生み出します。

翼の上側の【流速(空気の流れる速さ)】が大きいほど揚力も大きくなります。

翼の角度【ピッチ】を大きくつけるほど、上側の流速が速くなり、大きな揚力を得ることができます。

ヘリコプターとマルチコプターのブレードの違い

〇 ヘリコプター・・・ブレード:【可変ピッチ】

〇 マルチコプター・・・ブレード:【固定ピッチ】

・ヘリコプターは、ローターの回転数を一定に保ったまま、ブレードのピッチを変えることで、揚力の大きさを調整することができる。

ヘリコプターは、この機能によって、ローターの回転数を変更しないで飛行することが可能となります。

つまり、エンジンなどの動力源のレスポンスによらず、揚力を変えることが出来るので、複雑な飛行が可能となります。

デメリットな部分としては、ブレードのピッチを変えるために複雑な構造が必要となる。高価な部品を多数、必要とし、メンテナンスも高額となる。

・マルチコプターは、多くに採用されている固定ピッチのブレードは、ローターの回転数を変えることで揚力を調整しています。

固定ピッチのブレードでは、ローターに直接ブレードを取り付けるだけなので、仕組みが簡単で、安価でメンテナンスも容易である。

気流とローターの回転数について・・・

・ブレードが下降気流(機体の上から風が当たる)場合。機体の高さを一定に保つためには、ローターの回転数を上げる。

・ブレードが上昇気流(機体の下から風が当たる)場合。機体の高さを一定に保つためには、ローターの回転数を下げて、揚力を小さくしなければなりません。

この時、上昇気流とのバランスが大事になります。上昇気流が特に大きくなると、ローターの回転数は、極端に無くなります。

この時のバランスが崩れた場合、機体の姿勢を制御できなくなってしまいます。

以上のことから、・・・

マルチコプター(固定ピッチの機体)は、上昇気流に弱いと言う特性を持って持っています。

マルチコプターの上昇と下降の動き

・飛行機は、エレベーターを操作して、機体のピッチを変化させることで、上昇・下降を行う。

・ヘリコプターは、ブレードのピッチを変化させることで、揚力を変化させ、上昇や下降を行う。ローターの回転数は変えず、【コレクティブピッチバレー】と呼ばれるブレードのピッチを変化させて舵を操作する。

・マルチコプターは、固定ピッチのローターの回転数を制御して、上昇や下降を行います。このローターの回転数を制御する舵のことを【スロットル】と呼びます。

【補足説明】

上昇。下降を制御する舵を総称して【昇降舵】と呼びます。

・マルチコプターの場合は、【スロットル】と言います。ただし、一般的には、「スロットル」という言葉は、昇降舵のことではなく、ローターやエンジンの出力を制御をする舵のことを表します。

ドローンの教科書 標準テキスト – 無人航空従事者試験(ドローン検定)3級4級対応 改正航空法・完全対応版 (ドローン検定協会)

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