無動力沈降抗力浮遊系紙ヒコーキ=沈降抗力浮遊系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(下方から受ける相対風がキールとLERXに双子渦を発生させフィンにまとわく)の①②が主に沈降方向の妨げになり水平落下の挙動となります、ふわっとですが(^_^)。

 

現在は機材の重量バランスに弓道で扱われる「矢」の重量バランスを取り入れています。

沈降時の挙動や姿勢は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)

の姿勢制御やスキーのジャンプ競技の姿勢制御の終末沈降、Free Fall に関連するスポーツ

分野なども参考にしています。皆様も参考になるのではないでしょうか?

 

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一次、二次にはZ軸方向の減衰が小さいノーキャンバーフィン(後退角45〜55度程度、一次フィン上反角4〜5度)を実装しています。

 

現在の水平沈降時の角度は平均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)。

 

沈降時は無動力であるため「推進」や「前進」と言うより「輸送される」といったところ

でしょうか?自重を浮力+抗力で支えながらふわっと落下して来る(沈降)様な受動的?

な浮遊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

鳩ぽっぽ/空気力学/第二部翼型理論/翼型の空力特性(応用編)/レイノルズ数の違いによる影響(厚型と薄型)より転用。

 

 

以下は筆者の解釈。

 

サイト「鳩ぽっぽ」から転用記事のレイノルズ数が違う飛行条件

42,000/ 84,000/ 168,000/ 420,000の4種類のグラフを比較すると

Flat plateの線は異なるレイノルズ数グラフであるにもにもかかわらず

ほぼ同じカーブが描かれており尚且つ揚力係数が小さく、有効迎角に対する

数値の変化も小さい事が表されています。

 

よってFlet plate翼型はクラフト系紙ヒコーキにおいては重力が機体の推進方向と

正反対の場合(高速垂直上昇時)主翼の揚力で正転し易い挙動を抑える為の

尾翼調整(減衰量)を小さくする事を期待できると言えます。

 

このデータを基に今後は翼の形状をミサイルやロケットのフィンのようにアップデート

する事になりそうです(笑)。

なんなら上昇時の減衰を小さくする為なら翼が無くてもいいんじゃない?(爆)。

 

以下は詳しいデータの記載や空気力学を学ぶのにオススメのサイトです。

 

鳩ぽっぽ/第一部空気力学, 第二部翼型理論/翼型の空力特性(応用編)/レイノルズ数の違いによる影響(厚型と薄型)

https://pigeon-poppo.com

無動力沈降抗力浮遊体紙ヒコーキ=沈降抗力浮遊体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。

 

 

 

このタイプは生き物ではハヤブサの狩の急降下姿勢や、垂直上昇のプロ、最強のお手本

としてロケットやミサイルのフィンから学びました。

よって揚力の小さいノーキャンバーフィンを姿勢制御のために実装しています。

 

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)の姿勢制御やスキーの

ジャンプ競技の姿勢制御などのスポーツ分野(終末沈降に関係ある)も参考にしています。

 

上空で完全にゴムカタパルトから与えられた推力(運動エネルギー)を失い機材がロールし

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。下方から受ける相対風から抗力を引き出すようLERXやキールを実装している為、挙動としては落下してきます。ふわっとですが(^_^)。現在のところ角度にして45〜50度(800〜900mil)で沈降してきますが、更に大きな角度を目指しています。

 

沈降時は無動力になるため「推進」や「前進」と言うより「輸送される」といったところ

でしょうか?自重を浮力+抗力で支えながらふわふわ降りて来る(沈降)様な受動的?な

浮遊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。

 

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

ロケットのフィンのような形状にアップデートする事になりそうです(笑)。

抗力(ペア渦流)の発生と応用についてはまだまだ研究時間がかかると思われます。

 

スタンフォード大学の研究成果やシャトルの空力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

宇都宮大学流体工学研究室からの転用記事です。

 

 

抗力の渦流のアニメーションは当該サイトにてご確認ください。

非常に勉強になるサイトです。

自身も抗力の活用、応用を自主研究テーマにして抗力浮遊の応用

に紙ヒコーキ機材を用いスタンフォードタイプと名付け現在実証試験

を繰り返しております。

 

大変参考になるサイトです。是非ご覧ください。

 

宇都宮大学流体工学研究室/研究紹介/空力班/タンポポ
https://www.mech.utsunomiya-u.ac.jp/fel/reserch.html

 

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

 

公園でお声かけ頂いたご家族様の希望に合わせて作製してみました。

次回お子様にお渡しする機会がありましたら幸いです。

 

Kids_02 Kids_01

 

お話しの中の射出時の指当たりの考慮は自身のオリジナル設計採用の

方式を引き継いでおり心配は少ないと思います。

割りばし、ドアクッション、カード紙、接着剤、板マグネット(重り)。

全て100円均一ショップで入手可能な素材で作りました。

 

サーマルと遊ぼう!からの転用図です。

 

 

素晴らしい!非常に解りやすい図です。参考にしてサーマルリフトを上手く活用してください。

詳しくは是非「サーマルと遊ぼう!」をご覧ください。

https://sekai.net/thermal.html

サーマルと遊ぼうからの転用図です。

 

 

 

素晴らしい!非常に解りやすい図です。参考にしてサーマルリフトを上手く活用してください。

詳しくは是非「サーマルと遊ぼう!」をご覧ください。

https://sekai.net/thermal.html

イルカのフォルムから生まれたバイオミメティクス紙ヒコーキです。

胴体と翼が馴染んだデザイン=ブレンデッドウィングボディ。

 

 

上段左側より

イルカのクチバシ部分/お腹の部分です。

下段左側より

機体のフォルム全体/尾びれ部分です。

 

バイオミメティクス(生物模倣/規範工学)詳しくはこちらをご覧ください。

シャープ/ネイチャーテクノロジー

https://jp.sharp/nature/

 

ニコン/ニコンについて/光を学ぶ,光を楽しむ/キッズアイランド/生き物から学んだ「技術」を知ろう

https://www.jp.nikon.com/company/corporate/sp/kids/biomimetics/

帆翔(ハンショウ)や滑翔(カッショウ)と呼ばれているようです。自ら羽ばたき

推進したり、飛行機であれば動力などを利用せず自然現象を利用して滞空する方法で

ソアリング、グライディングと言われているようです。

 

ソアリングは大まかではありますが、

 

静的ソアリング〜猛禽類が“狩り“をする時に利用する事で良く知られている方法。

①リッジ、②ウェーブ、③サーマル、④コンバージェンス。

 

動的ソアリング〜渡り鳥が海を“渡る”時に利用する事で良く知られている方法。

⑤ダイナミック。

 

おそらくこのように分類されると思いますが、紙ヒコーキは鳥類などのように

自在な飛行は無理でしょう。又、RCのように操舵の仕組みすら持っていないため

静的ソアリングの中の「①リッジ」と「③サーマル」が適していると考えます。

 

ソアリングからグライディングへ移行して徐々に地表に到達するという場面を

多くの方々は紙ヒコーキで経験されているかと思います。(ソアリングのまま消失の方も!)

 

①リッジソアリングや③サーマルソアリングの現象が確認できた公園の記載

あります。ブログトップのメッセージボードをご覧ください。

イルカを模範にした紙ヒコーキの胴体部分、バイオミメティクスデザインです。

 

 

カフェで見かけるマドラーで主要部分をを作製。

先端部は動物のクチバシ、全体のフォルムはイルカが模範です。

翼と一体なるような胴体デザインにしました。