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» 2023年10月19日 15時00分 公開

東急建設と都市大、ドローンの天井衝突を防ぐ回転翼を新発明ドローン

東急建設と東京都市大学は、屋内や構造物のドローン点検で、天井への衝突を防ぐため、圧力回復孔を搭載した回転翼を新発明した。新しい回転翼は、上壁近くでの推力上昇を抑制し、屋内環境下や構造物の近接点検で安定飛行を実現する。

[BUILT]

 東急建設 技術研究所と東京都市大学 理工学部 機械工学科 准教授 西部光一氏らは、ドローンが上壁(橋桁や天井などの構造物)近傍での飛行時に制御不能となることを予防し、安定化させる新技術を開発したと2023年09月26日に公表した。

 近年、ドローンの普及を妨げる原因の1つとして、上壁(橋桁や天井などの構造物)近くを飛行する際、急激な推力上昇が生じ、ドローンが上壁に衝突して、損傷または墜落してしまう問題がある。

 今回、この問題を解消するため、新たに圧力回復孔を設けた回転翼(プロペラ)を開発し、上壁近傍の推力上昇を従来に比べ約20%抑制した。回転翼は、比較的単純な構造で、既存ドローンへの適用が容易なことから、小型だけでなく、さまざまな大きさのドローンへの応用も期待される。

屋内環境下や屋外構造物の近接点検に有効

 国土交通省が推進する「i-Construction」の検討項目「ICTの全面的な活用」の1つとして、建設中のビルや建設後の橋梁(きょうりょう)の監視などにドローンを利用する検討がされ、一部では既に実用化が始まっている。しかし、ドローンが上壁(橋桁や天井などの構造物)近辺を飛行するとき、上壁に吸い寄せられるように機体が急に上昇する力(推力)が高まり、壁に衝突して損傷または墜落する問題が生じていた。

 研究では、ドローンの屋内建設現場での実用化で課題となっている急激な推力上昇を抑制する技術確立を目的に進めた。まず、ドローンが上壁近傍飛行時に推力が急増するメカニズムの解明を試み、回転翼−上壁間に生成される旋回流で、同間の気圧が減少すること、ドローン近傍の流れが反転することが推力を急増する一因だと実験で証明した。

 そこで、機体上部の構造物(上壁)近傍を小型マルチコプター(ドローン)が飛行する際に生じる天井効果で、機体が上昇する力(推力)の増大を抑制する新しい回転翼(プロペラ)として、回転翼の軸(ハブ)部分を貫通する「圧力回復孔付き回転翼」を発明した。

従来翼と発明翼の比較 従来翼と発明翼の比較 出典:東急建設プレスリリース

 今回、推力の上昇が回転翼−上壁間に生成される旋回流によって生じる減圧に起因することに着目し、ハブ部分に設置した貫通孔を通じて減圧量を抑えることで、上壁近傍飛行時の急激な推力上昇の抑制を試みた。

 従来翼を搭載したドローンの回転翼と上壁の距離gが回転翼直径Dの10分の1(g/D=0.1)付近で推力が急増するのに対し、発明翼の場合はその上昇度が小さくなり、その推力上昇率(上壁最接近時と上壁から十分離れた場合の推力比)は、従来翼搭載の場合に対して約20%抑制することが実験で明らかとなった。

橋桁や天井など上壁近くの飛行イメージ 橋桁や天井など上壁近くの飛行イメージ 出典:東急建設プレスリリース
上壁までの距離と推力の関係性(4000rpm一定) 橋桁や天井など上壁近くの飛行時イメージ 出典:東急建設プレスリリース

 研究で発明した回転翼は、比較的単純な構造のため、制作性も高く、既存ドローンへの適用が容易なため、速やかな実用化が可能で、屋内環境下や構造物に近接して行う点検や軽作業へのドローン活用促進に寄与する。また、幅広い回転翼の大きさや形状、運転条件にも対応可能なため、小型ドローンに限らず、さまざまな大きさのドローンへの応用も期待されている。

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