無尾翼スポーツ機の設計

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ある程度のスピードで飛ぶ無尾翼スポーツ機を作ってみようと思います


FunFly 3 号(無尾翼)機の安定した飛行に気をよくし、すっかり無尾翼機のとりこになってしまいました。
FunFly 3 号機のときは、スロースピードで飛行できるようにとの思いから、かなり低翼面荷重で設計しました。
今度はある程度のスピードで飛行する無尾翼スポーツ機を設計してみようと思います。飛行時間もある程度確保したいので、パワーによるスピードでなく、小型軽量化による省エネスピードを目指します。見た目の格好よさも少し考えて後退翼にしてみます。

モーターは speed 400(7.2V) ダイレクト、受信機は Indoor 2000 、サーボはウルトラマイクロサーボ 2 個、スピコンは slim-18be 、ペラは aero-nauto 6x3 、電池は 7x600AE または 500AR 。
以上の機材を合計すると約 270g になります。機体を 120g 程度で完成させ、全備重量 390g を目標にしてみます。

翼面荷重を 30g/dm2 程度に設定すると、翼面積は約 13dm2 必要になります。しかし、無尾翼機なので実効翼面積は 70% とも 75% ともいわれているので 9-10dm 2 程度の翼面積に相当するようです。このことから、実効翼面荷重も 40g/dm2 程度になりそうです。

後退角のついたテーパー翼の機体を作るにはリブの切り出しが大変です。そこで、後退角のついた機体ですが翼弦が一定の後退翼にしてみました。これなら一種類の大きさのリブだけですみます。ということで、今回もまたまた大きく手抜きをしてしまいました。
翼型については、FunFly 3 号機の時と同様 S キャンバー翼を採用します。ただし、ある程度のスピードで飛行させたいので、キャンバーの小さい薄翼を採用します。

EH159 という、キャンバー 1.5% 、翼厚 9% の翼型を使用することにしました。エレボン部分を単板バルサで作ることにし、翼型の後縁部分に多少変更を加えます。後退角翼の翼端部は、水平尾翼の役目も果たすことになります。また、翼端失速を防ぐ意味でも 1-2 度の捻じり下げをつけます。

本当は胴体をなくしたいと思っていたのですが、今回の翼厚は 15mm 程度しかないので胴体不要というわけにいきません。しかたがないので、ぎりぎりの胴体幅と胴体高さにします。胴体の長さは一応決めてはみましたが、今回も重心位置に合わせての機材搭載位置割り出しが難しいので、電池搭載スペースを多めに確保し、各部の出来上がりに応じて電池の移動により重心位置を合わせる方法をとります。このあたりがいつも悩むところです。今回は、ちょっと変わった電池搭載方法を考えています。
エレボン用サーボは主翼の中に寝かせて半埋め込みとします。また、初めての試みとしてサーボホーンが主翼の下面にくるようにしてみます。着陸時に草などが引っかからないか多少の心配がありますが、上面の見た目のよさを優先してみました。

翼弦 160mm 、翼幅 800mm 、アスペクトレシオ 5 、後退角約 22 度という設定ですが後退角のついた翼の前縁側にモーターを取り付けると、どうしても前が重くなってしまいます。通常の機体の場合は、長い胴体と水平垂直尾翼があるので重心位置は比較的合わせやすいのですが、無尾翼の場合、胴体が短い上に後ろになにもありません。最も重い電池の搭載位置で重心調整することになります。となると、電池を積むために胴体後方を長くする必要がでてきます。
重心位置の関係で、なるべく翼前縁に近い位置にモーターを取り付けたいのですが、そうすると、折りペラを使った場合、いったん折れてしまうと、翼前縁に当たってしまい再起動できない状態になります。スポーツフライトを想定しているので本当は折りペラを使う必要がないのですが、着陸時のプロペラ保護と、機体の損傷を防ぐために使いたいと思っています。したがって、滑空風圧では折れないで着陸時には折れるようにペラ軸に細工をします。折りペラの代わりにソリッドペラが使えればいいのですが、着陸時どうなんでしょうか?パイロン機等ではソリッドペラを使用して胴体着陸してますね。ペラが折れたり、ペラのために 胴体を破損してしまうようなことはないんでしょうか?
この件について、電動パイロン機を何機も製作して飛ばされている飯島さんにお聞きしてみました。状況にもよるけれど、毎回折れてしまう場合と20回ぐらい全く折れない場合があるそうで、折れるのを覚悟で毎回数本もって飛ばしにいくそうです。

今回の設計はすべてパソコンの CAD による作図を心がけてみました。もちろん図面も CAD から出力させてみたいと思います。なんといっても手持ちのプリンターが A4 までしか対応していないので、原寸出力がうまくいくかどうか心配です。


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