無動力沈降抗力紙ヒコーキ=沈降抗力紙ヒコーキと初めて名付け、
バイオミメティクス技術を実装した「生き物から生まれた」紙ヒコーキです。
この造語を考え付いたのは自身の研究成果と以下の研究との類似性が多い為です。
①スタンフォード大学の鳥類からの抗力研究成果(参)AXISweb記事。
②宇都宮大学流体工学研究室のタンポポの綿毛の浮遊の基礎研究。
③雪の結晶等に見られる「デンドライト」や海洋プランクトンの「スパイン」
(主に放散虫、有孔虫)の持つ浮力、抗力特性。
上空でゴムカタパルトから外的に与えられた推力(運動エネルギー)は完全に失われます。
(位置エネルギーに変換)その後機材がロールしダイブ体制になると同時に重力に逆らえず
自然沈下が始まります。機材に働く重力方向と逆向きに①浮力(押しのけた粒子分の反発)
と②抗力(沈降に伴う機材下方から上方への相対風はリップとLERXに双子渦を発生させ、
更にフィンにまとわりつく)の①②が主に沈降(落下挙動)の妨げとなり重力とつり合った
機材相応の終端速度に達し水平落下(沈降)してきます。ふわっとですが(^_^)。
水平沈降時の対地表角度は平均45〜50度(800〜900 NATOミル)程度、今後更に大きな
角度、60度(1,000〜1,100ミル)程度の沈降になるよう設計調整します。(高度とダイブ
姿勢変換点、着表地点から近似値のミル算出、角度へ換算し、最終目視確認しています)。
現在は機材の重量バランスには弓道で扱われる「矢」の重量バランスを取り入れています。
ターミナルベロシティ、Free Fall に関連するスポーツ分野ではスキージャンプの沈降時の角度や姿勢制御、レッドブルなどでも有名なパラシューティング(スカイダイビング)など
も研究実装している機材に非常に近い角度や姿勢制御なので大いに参考になります。
その他フォルムは生き物ではハヤブサの狩の急降下姿勢や、垂直上昇の物体としては最強?
のロケットやミサイルのフィンからも学びました。よって水平沈降時は姿勢制御できるよう又、垂直上昇時は上昇の妨げになりにくいよう1次、2次にはZ軸方向(θは90°)の減衰が
小さいノーキャンバーフィン(後退角45〜55°程度、1次フィン上反角+4〜5°/2次−3°)
を実装しています。
沈降時は無動力であるため「推進」や「前進」と言うより大気(流体)に「輸送される」といったところでしょうか?自重を浮力+抗力で支えられてふわっと落下して来る(沈降)様な受動的?な挙動で海洋なら放散虫、有孔虫、陸上ならタンポポの種子の綿毛のイメージです。又、バドミントンのシャトルの沈下を垣間ですが思わせます。
現在はまだかろうじて翼の形ですが、垂直上昇効率のみを重視すると更にミサイルや
ロケットのフィンその物の形状にアップデートする事になりそうです(笑)。
スタンフォード大学の研究成果やシャトルの空気力学の研究成果は以下のサイトが
素晴らしいので是非ご覧ください。
AXISweb/記事カテゴリー/サイエンス387/2020.01.10 15:14
https://www.axismag.jp/psts/2020/01/161638.html
宇都宮大学流体工学研究室/研究紹介/空力班, スポーツ流体班, 流体制御班
https://www.mech.utsunomiya-u.ac.jp/fel/reserch.html
日本流体力学会、ながれ32(2013)153-162
[原著論文]バドミントンシャトルコックの有する高い減速メカニズム
https://www.nagare.or.jp>download>noauth.html
公益財団法人 日本科学協会
バドミントンシャトルコックの飛翔特性の解明と航空工学分野への応用
https://www.jss.or.jp/ikusei/sasakawa/shourei/data/2504.pdf

















