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完全自立航行型の観測用航空機
（Ｃ）数理設計研究所 玉置晴朗 2001/10 - 2005/05/04
完全自動制御の観測用航空機の制御テーブル
2005/05/04
航空機
- 初期仕様
- 積載重量 ５ｋｇ 積載法はプラスチック長方形パッケージによる胴体内収容
- 最低速度 50km/h 最高速度 140km/h 巡航速度 100km/h
- 最低航続距離 100km 望ましい航続距離 200km
- 目標仕様
制御装置 試作時には ５ｋｇ以内、 実用時には ２ｋｇ以内 バッテリーを含む （数理設計で作る）
- PowerPCによるマルチタスク制御
- 姿勢制御センサ 回転角速度、３D磁気ベクトル、GPS、速度検出用の差圧センサ
- メカセンサ エンジン回転数
2002/01/19 Hal.T
ある方法（ここでは述べない）により、およそ０．１秒毎に垂直自己姿勢を５度程度の精度で知ることができる。友人に明かしてみたところ、できるだろうと言う。
- センササイズ ３cmの立方体〜３×３×１０ｃｍぐらい
- データ処理部 DSPで可能な範囲、電力消費１００ｍW以下
- 出力のタイプ X,Y,Zの規格化されたベクトル要素（８ｂｉｔ×３）を毎秒１０組
- 特徴 もみくちゃにされても常に全世界で地球表面にたいして垂直を知ることができる。ただし精度はそこそこ５度ぐらい。がんばれば方位も知ることができるが、垂直だけのほうが簡単。
さて、これが可能だとして何ができるだろう？
設計目標
- 地表高度１００ｍを±１０ｍに維持
- ３D経路指定による完全な自立飛行
- 風速４０mに耐える 速度 １５０ｋｍ
- 低速飛行 毎秒１０ｍ 時速３６ｋｍ
- ±２Gの乱気流に耐える
- 小さな雹に耐える（雷雲中） 強靭な機体と推進装置
- 航続２時間 巡航速度１００ｋｍ/時で２００ｋｍの航続距離
- 積載重量 ５ｋｇ
- ２馬力のレシプロエンジンは重量１ｋｇ
- 燃料は毎時２００ｃｃぐらい ２時間で５００ｃｃ、最大１ｋｇ
- 機体 ４ｋｇ
- 制御装置類２ｋｇ
- 合計１３ｋｇ
- 基本機体価格 < ２００万円
- 高度
- 目標の最高高度 ８０００ｍ、約０．３気圧 気圧データ
- 現実的高度 ４０００ｍ、約０．５気圧
- 最適高度では300km/hぐらいの速度がでなければ無理か？
センサ
未解決リスト
利用法
設計案
- 形状
- デルタ翼（高速、耐衝撃、乱流安定）から直線翼（低速、着陸）に変形
- 前縁をアルミ合金で作成し耐衝突、耐衝撃性を確保し、雷放電にも耐える
- ケブラー、またはカーボン繊維性の機体とする
- 制御
- ３D航行はGPS
- 無理な高度変更はプログラム時に検出し、飛行中の下降気流は旋回＋折り返しで対処させる
- 姿勢制御は 加速度、回転各速度、地磁気検出による
- 地磁気ベクトルを１軸にし、別の1軸を何かの方法で作れば姿勢は確定する。今のところ重力ベクトルの利用が簡単ではあるが長時間の直線安定飛行の後でなければ重力ベクトルが確定しない。ときどき乱流がある程度では回転速度により重力ベクトルの方向を修正保持することはできるが、常に乱流中にあれば劣化が避けられない
- GPSの位相検出による姿勢把握はシステム構成が複雑になる。しかし簡素な方法を探求する意味はある
- 駆動装置はRC用のサーボモータをパルス制御
- 離着陸
- 普通の航空機と同じように完全に自動制御
- エアブレーキ、揚力制御装置が必須
- GPS誤差があるので最後は１０ｍぐらいの電波または音波高度計を利用する
- または変調された赤外発光素子をめがけて網に衝突させるミサイル型
- 推力形式
- レシプロ 内臓ファン型にしてプロペラ破損を防止する、３気圧以上に圧縮すればアフターバーナが利用可能。レシプロエンジンは発電機を併設しやすいので電力的に楽
- ジェット
- 模型用のジェットエンジン
- 効率は良くないがガスタービンの試作もむ可能ではある
制御法：
- 地球に対する位置（航路） 平面位置と高度 GPS+大気圧
- 地球に対する姿勢（重力） 水平速度（平面位置の時間微分）、上昇速度（高度の時間微分） 磁場、重力、ジャイロ
- 空気に対する姿勢（揚力） 対気速度計
？
..end