ドローンの素人「ハヤシ」は
これって何よ？って思ってることを
少しずつクリアにしていきたいと
常々思っています。
今日も「無人航空機の飛行の安全に関する教則」で
ボチボチ勉強します！
出典：国土交通省ホームページ（https://www.mlit.go.jp/common/001602108.pdf）
さあ、勉強！勉強！
無人航空機の飛行原理
無人航空機が飛行するためには、重力に対抗する上向きの力を必要とします。
飛行機は主翼に発生する揚力で重力に対抗し、
プロペラ等による推力によって空気抵抗である抗力に対抗することで飛行します。
回転翼航空機（ドローン・ヘリコプター）では、
重力に対抗する上向きの力はプロペラ（ローター）による推力によって生み出されます。
機体が運動すると、機体には飛行機と同様に抗力も作用しますが、
推力を重力以上に大きくし、機体姿勢を変化させることでこれに抗します。
機体に働く力が釣り合ったとき、
機体は速度と姿勢を一定とする定常飛行（釣り合い飛行）を行います。
飛行中の航空機に流入する空気の機体に対する角度を
「迎角（ムカエカク）」と「横滑り角」で表します。
機体に作用する揚力と抗力などの空気力・モーメントは、
流入空気の速さとともに、迎角・横滑り角で決まります。
航空機の姿勢は「ピッチ」、「ロール」、「ヨー」とよばれる角度で表します。
機体の機首を上げ下げする回転が「ピッチ」、
機体を左右に傾ける回転が「ロール」、
機体を上から見たときの機首の左右の回転が「ヨー」です。
水平状態からのそれぞれの角度を
ピッチ角、ロール角（バンク角）、ヨー角（方位角）とよび、
それらの角速度をピッチ角速度（ピッチング）、
ロール角速度（ローリング）、ヨー角速度（ヨーイング）とよびます。
一般に、飛行機はプロペラによる推力によって速さを制御し、
また、ピッチ、ロール、ヨーの姿勢を変化させることで
飛行速度の向きを制御します。
例えばドローンの場合、プロペラを回転させることで、
揚力を発生させ、空中に浮かせることができます。
機体重量とプロペラの回転によって生まれた揚力が釣り合うことで、
「ホバリング」ができます。
また、プロペラの回転数を調整することでドローンは上昇や下降ができます。
さらに4つのプロペラの速度を変えることで、
前後や左右、旋回が可能になります。
揚力発生の特徴
流れる空気の中に翼のような流線形をした物体が置かれると
物体には空気力が作用します。
流れと垂直方向に作用する力を揚力、流れの方向に働く力を抗力とよびます。
翼の前と後を結ぶ翼弦と流れのなす角を迎角といい、
空気が下から流入する時に迎角は正です。
一般に迎角が増すと揚力、抗力ともに増加します。
しかし、あまり大きな迎角にすると、流れはバランスを崩し、
揚力の減少、抗力の増大で失速を招きます。
プロペラは、２枚以上のブレードとよばれる翼が回転して推力を発生させます。
プロペラの回転にはトルクが必要であり、
プロペラを回転させる原動機には反トルクが作用します。
回転翼航空機（ドローン）はプロペラからの反トルクを相殺するために、
偶数個のプロペラを半数ずつ異なる向きに回転させるのが一般的です。
各プロペラの回転数を変化させ、推力とトルクを変化させて
ピッチ、ロール、ヨーの運動を行います。
また、回転翼航空機（ヘリコプター）は
メインローターの反トルクをテールローターで相殺します。
メインローターは1回転する間にブレードのピッチ角を
周期的に変化させる可変ピッチ機構を持ち、
これによって機体のピッチ、ロールの姿勢制御を行い、
テールローターの推力を変化させてヨーの姿勢制御を行います。
無人航空機の飛行性能
またカテゴリーIII飛行を行う場合は、
無人航空機の飛行性能（離陸性能、上昇性能、加速性能、
巡行性能、巡回性能、降下性能、着陸性能等）及び
これに影響を与える要因（機体重量、飛行速度、
空気密度や風などの大気状態等）や、
基本的な計算（機体重量、揚力、推力、空気密度、飛行速度、
高度、回転翼の回転角速度の関係等）について
理解する必要があるとのことです。
ここでは、揚力や推力に関わる難しい計算式が出てきますが、
私には理解不能でした…
前回の無人航空機のシステム、
「機体種類や飛行方法での機体の特徴」に続いて
今回は飛行原理・飛行性能について学びましたが、
難しい内容に加え、
独特な言い回しでとても難解でした。
それでも、なぜ空を飛べるのかが
何となくわかった気がします。
【今回の学び】
飛行性能の計算式など
私には到底理解できない…
あの重たい飛行機が飛べるのは
推力、抗力、揚力、重力などの
緻密な計算と設計の賜物ですね！
素人ハヤシは、このように
少しずつですが、頑張っております。
ではまた！次回の学び報告で。
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