第10章

より軽量なインドア・
プレーンの製作
「
夕
ま1)
乳進
Gc3じ 7麗畢
:夕
7戸
颯聖」
フィルムをシワ貼りt′ た
=
ここではパルサを使つて作る本格的なインドア・プレーン Push Eを紹介しますバレ
・
ーコート 1面の広さがあれば十分に飛行を楽しむことができ ,自立安定のとてもよい
飛ばしやすい飛行機です
オリジナルの Push‐ Eは 1999年に」ack Reid氏が設計したもので ,KP‐ 00というモ
ータに U80というプロペラを取り付け .50mAhのニカド電池 1セルを組み合わせて飛
131インドア・フリー・フライト機です主翼の面積が 2 3dm2で全備重量が約 12gほど
になります翼面荷重を計算してみると 52g/dm2になりますインドアプレーンを
ゆつたり飛行させるのに必要な翼面荷重は ,5g/dm2前後が目安になります
今回は赤外線によるリモート・コントロール装置を搭載するので ,重量の増カロに見合う
分だけ飛行機を大きくしなければなりません搭載装置の重量増カロ
分を考慮して ,オリジ
ナルサイズから 16%ほど大きくして作ることにしました
第 lo章
より軽量なインドアプレーンの製作
C'10.1
ベラと
ータと
モ
プロ
電
池の
選
択
[速図面を描いて材料を L/Jり liしました (Push
Eの設計図は後述 )オリジナルでは翼端がテーパー
になっていますが ,「作を容易にするため ,対 :形翼にしました
1翼の前i積は 3
3dm2になります
107を参照ください i:翼の後にプロペラがついたプッシャ・タイプです
ー
パ
ー
タ
KP 00モ
はヮにおいて 11し分ないのですが ,U80プロペラをモータの軸にセットして , リチ
完成した機体は写真
ューム電池 1セルで「1すと lAを超える電流が流れてしまいます
8m m,長
KP 00モータは外径 10mm,高
さ
さ 15mmのモータですが ,このサイズのモータは内部のコイルllt抗値が辻うものがたくさん
あります
同じサイズの 100Ч で 11った ,コイル抵抗値が 26Ω のジャンク
モータを使うことにしま
した (写真 101)
写真 102のように ,U80プロペラをジャンク
モータの軸にセットして,140mAhのリチューム
ポリマ電池で [1したところ ,初期でプロペラの [1転数が 7800回転 ,088Aの消費電流でした
力は 10gほどになります
モータとプロペラを合わせて約 5gの重さです
リマ 1[池が約 4gになります
140mAhの
静止lll
リチューム
ポ
飛行中は半分ぐらいのパワーですから電池にもそれほど無理はかかりま
せん
モータとプロペラと電池ですでに 9gとなりますが ,10gの静 l
せばせます
Л
lll:力
があれば 20gぐらいの飛行機が
できれば余裕をみて 15gぐらいで仕 Lげたいところです
残りの 6gで飛行機と受イ
)i機と
マグネットアクチュエータ2組を作らなければなりません
モータのスペックがわかっていない場合など,回転数など特性を測定できるようにしておくと,最適
のモータを見つけることができます
図 101にコアレス
モータの特性例を示しますが ,大雑把な ‖安として ,無負荷 1転数の 11分程 Fx
「
の回転数で使うと,消費 IL流も少なくて大きな静 lL推力を作り‖:すことができます
そのためにはギヤをltって減速します
たとえば ,11,1荷い1転数が 6万卜
1転のモータでは ,プロペラ
写真 101 KP‐ 00モータ左と 10o円のジャンクモータ
770
写真 102 U‐ 80プロベラとジャンク・モータ
U80プロベラはユニオンモデル社から発売されている直径
80mmのプロベラで約 100円で販売されているとてもしな
やかなプロベラて折れにくく o79と軽量プロベラの軸穴は
lmmのシャフトにセットできるように作られていて、ジャン
クモータの出力軸も ,mmなのでぴったり圧入することがで
きるプッシャとして使用するのでプロベラの表面をモータに
向けて取り付ける
〇〇〇〇〇〇ＯＯヽ剣〇〇〇①一
〇〇〇Ｎ一
∈９］
攘錮
一
，
０〇一
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マニ疾印
﹁１
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Ｒョ
Ｐ，０一
〇〇一
〇∞
﹃
ダ﹄柵ａ
Ｎ一
図 10 1 4mmコアレス・モータの特性例
回はある4mmコアレスモータの特性を示した
レ
",:1 31VI
13V時の特性だが、多くのモータは無負荷回転数の半分の回転数付近に最大出力点
3島美
颯彗
]幾:晋雰
習
:7可 ]ワ冒
豊
讐
翌恕ぜ
舌J」
I::Li:]會 i:':雪 :i:1:][::ililittili湧
転数で使うように、ギヤ比とプロベラのサイズを選択する
"菅
`J
を負荷にしてモータの最大回転数を 3万回転程度に設定します .ギヤの減速比を 911とすると,最大
3 300rpmほどで lるプロベラを選択すればよいことになりますこのようにモータの最大出カポイン
『
トを見極めるためには回転計が不可欠です (コラム写真 10.A)
電流計と組み合わせればかなり詳細にモータの特性を調べることができますが ,同時に供給電川:,消
費電力を表示できるメータがあるといっそう便利です .筆者が利‖lしているデイジタル・メータを写真
103に示します
プロペラの静止 Jff力は,プロペラ直径の 3乗に比例し,卜 1転数の 2来に比例します .静止推力を r
(g),プロベラの直径をつ(インチ ),プロベラのビッチをP(インチ ),プロペラの「 1転数をR(rpm),
プロペラ係数をκ とすると
,
7=(D■
10)3× (P■
10)X(R■ 1000)2× κ
で静止推力を計算することができます .
今回使月lする U_80プロベラとジャンク・モータの判lみ合わせでは ,プロペラト
1転数崚 )が 7800rpm
で ,プロペラ直径 D‐ 315インチ ,プロペラ・ピッチ P=2インチ ,プロベラ係数 κ=27から
,
7=(315■ 10)3X(2■ 10)X(7800■ 1000)2X27‐ 103(g)
と静 lL推力が計算できます .プロペラ直径とプロペラ・ピッチがわかっているプロペラを推力llll定器に
セットして ,ある￨]転数の時の静止推力を度読な取っておけば ,プロペラ係数 (κ )を導き出すことが
できるので ,その値を記録しておいて ,モータ・ユニットの推力を調べるときに,プロペラの回転数を
,7,
より軽量なインドアプレーンの製作
第 10章
写真 10 3 Astro Micro‐ Meter
アメリカのAsiro F ghtから発売されている供給電圧消費電流.消費電力積算電力を同時に表示する便利なディツタルメータ
電流は10mAから15Aまで電圧は40Vから159Vまで,電力は01Wから225Wまで積算電力は2o00mAhまで測定できる内部
にはPCが使われている供給電圧が40Vからなのでインドアプレーンに使用するリチューム電池 1セルでは定格電圧が37V
なので使えないそこで内部に50mAhのニカド電池を4本組み込んで,ディジタル・メータの動作電圧に満たないときは内部から
48Vの電圧を供給できるように改造してある
読み 11るだけで ,そのモータ
ユニットの静 lLIF力を算￨￨すること力
きます
'で
rl作のプロペラでおよそのビッチしかわからない場合でも,ビッチは静 lI:‖ :力に比例するので ,その
「力を導きHlすことができます
誤差はプロペラ係数に吸収され,正確な静止‖
プロベラ係数は以ドの式
で算 11できます
コラム回転計と静止推カ
モータとプロベラの組みイ
ヽわせを選択するの
に
い転￨卜があると大変 ll利です
い 1転数が高くなるrl向がありま
タほど無
す
月ヽさなモー
`1イのページャモータでは 37Vの
外径 4nln〕
、ポリマ
リチュー ′
万 11転以 111ります
'L池
で 11すと
l分 11に 6
1秒間で 1lX)O
ll転も,1
このような高速 11■ :のモータは
るのです
ータの中1に
rl:ス
モ
プロベラをセットして ,1すと極
端に 11転数が 774ちてしまい
ころで 11すことになるので
人変効率の思いと
ほとんど■
にな
'‖
りません
する直
今い14■
:度
のモータにな
``10mm■
rl接モータの
‖1にプロペラをセットして
とか■
にな
ります
ただし効 +は大変忠
も何
ると
'‖
'‖
く取り‖￨せるJF力の制に消 lriじ流が大きくな
ってしまいます
,72
写真 10A デイジタル回転計
2枚ブレード 3散ブレード.4枚ブレードのプロベラの回転致
を7pl定することができるプロベラが回転したときの、ブレー
トからの反射光の変イヒをフォトセンサで読み取っている体
育館などの暗い場所とかプロベラからの反射が少ない場合に
は回転数を読み取ることができないそのような場合に備えて
赤タト
線をプロペラに向けて照射し、その反射光で回転数を読み
取れるように改造した小型の回転計にしては 10rpmと優れた
分解能をもっていて最大で 99990rpmまで測定でき,7pl定し
た回転数をホールドする機能もある
測定する対象に対して非接触で測定できるので小さなモータ
でも正確に測定することができる
κ ‐7■
,■ 10)`÷
(′
(′
)■ 10)÷
(R■
10(,o)」
たとえば ,静 111「力 (7)‐ 13(g),プロベラ直径
(R)‐
3400(rpm)と
(′
,)‐ 5(インチ ),ビッチ
(P)=3(インチ ).卜 1転数
すると
κ =13■ (5■ 10)'■
,
(13■
10)■ (3400■ 1000)」
=30
となり,プロペラ係数が 30と導き出せます
ff r o.a
受信機とマグネット 0アクチュエータ
ドライバを内,歳したコンボ′
■信
受信機にはスピードコントローラとマグネットアクチュエータ
この受イ
:;機はマグネットアクチュエータのコイルをドライブするために FETを ltっ
ています FETを ltうことでマグネットアクチュエータに 100Ω 以ドのコイルが llえるようになり
コイルの巻き数を減らせることから軽くて強力なマグネットアクチュエータをllうことができます。
機をltいます
,
ここでは,0 05mn3のマグネットヮイヤを400)1巻いた60Ω のコイルをイ
吏うことにしました
グネットにはrl径 3[nm.高さ3mmのものを4tいます
マ
最初に 6011のコイルとマグネットを組み合わせたマグネットアクチュエータをltって,■ 直ナ
t興
を組み立てました (写真 104)飛行機に搭載したJJJ合にトルクが足りるかどうか確認するためです
,i機に接続して送イ
受イ
,i機のラダーをイiいっぱいに
tl」
って, ラダーに手をあててそのトルクf7F認してみま
した II:し分ないトルクがあり,1ミ行機に組み込んでも大丈人だとlllイ
行
機の
製作
C'10.3 飛
`:し
ました
Push Eは lllll体が 2本あります (写真 106参照 )組ふ立て川nIF・で悩みましたが ,3分制で作った 1翼
の中央部分に ,llll体を接杵してから L反チ
1のつく翼端部分を接清しましたこの飛行機は L翼の後半
求付
近にモータをIrtり付けるため , ■心位 1社が後になってしまいます
位 Fiを合わせるようにします
電池を111体の先端に取り付けて rT′ し、
剰[み立てには瞬問接着却lを ltっています
途中で何度も lT心の確認をしたのですが
どうしてもおりιが重くなってしまいました
仕方なく最初
に対1み立てたバルサの重rJt翼を,湘 1いバルサ体で作った枠組みの II tt lt翼に変更しました (写真
107)
2ミクロンのフィルム (人手については付録 Eを参‖
(1)をシワにして典に‖iりました
と, フィルムの張力が弱いので ,利 ‖い材 llで囃lみ
1'て
シワ貯りにする
ても典がゆがまず ,全体にねじれが出ませんな
かなかよい方法です
完成した様 rを写真 107に
/1.し
ます
接杵斉」にはいろいろありますが ,フィルムの接 41には 3ヽ 1のスプレーのり77が人 ■'‖ :もよく,イ史い
やすいでしょう (写真 108)
1じ
池は肺1体の長方形の111い部分にベルクロテープで貼り付けるようにしてあります ([池を ll後
,73
第 10章
より軽量なインドア・プレーンの製作
写真 104 マグネット・アクチュエータのテスト
写真 105 切り出した材料からの組み立ての途中
写真 106 Push‐ Eの生地完成
軽くするために胴体を大きくくり抜いた主翼中央は途中のリ
ラと同じ形状に肖りってあり胴体の水平線に対して2度の迎角
をつけてあるモータは主翼後縁の下の胴体に取り付けたが、
飛行機が完成してから水平線と並行に取り付けて接着するプ
ロベラのサイズより胴体を高くしてあるので、着陸の時にプロ
ベラが床に当たらない 2枚の垂直尾翼とエレベータは翼に
フィルムを貼ってから取り付ける
写真 10 7 Push‐ Eの完成
壼心を合わtjるために胴体のノーズを延長して、電池を前のほ
うに積めるようにしたまた.U80プロベラはプラスチック製
なので同じサイズのプロベラを軽いパルサ材で作り直して重
心を合わせたラターは片方だけが動くようにしてあるが,操
縦性にはまったく問題はないマグネットアクチュエータの
ケーブルは左右の胴体の内側を通って主■前縁から受信機
に配線した
lJlすることで Tt心位
に移」
「
1の
できます
微調整力｀
側山iから見た様 rを写真 1011に示します
Push Eの完 llk
tt htは
144gと・ 1初の予想より軒くできました翼 lirir重も44g/d m2と
llIし
分ない軽
さです
のヒンジ (iIIll喉続部分 )には 50ミクロンのフィルムを剰‖く切って使いました IT ri尾翼も水平
尾翼も lmm厚のパルサ板を使い,その中央にカミツリの刃でスリットを人れてヒンジを7Yし込み ,瞬
‖l接店剤で Pl定しましたマグネットアクチュエータはヒンジの弾力でニュートラルを保持します
rlJ典
1010,写真 10_11).
スペックを表 101に 4tします
(写真
774
表 101 Push‐ Eのスペック
型
/ij.i
n
コ
3チ
酬l社翌t
翼
iイ
iF 141●
ヤネルカ:夕際 ■11機
()1)51nmマグネットワイヤ4()()11巻きα)02個
:l72nrn,
3'nn/tx3mnr-"ti.
Ilnrnrxlonrrr
2..
絣
dnl」
“
1ヽ
i性先成 1■
イ
1'
/ l-21I{
r 2 t- t
1033g
I
03Ir
{A
蠣瑞戸￢導
1127g
全備 [1[
写真 108 スプレーのリ
写真 10 9
Push‐ Eの側面
写真 lolo 垂直尾翼に取り付けたマグネット・アクチュ
エータ
写真 1011
エータ
水平尾翼に取り付けたマグネットアクチュ
$ r o.+ 7=.( j.
モータにプロペラを ll結する方式は,モータの効率力
'と
ても悪いのですが ,構造がJ"純でプロペラが
いったときの「
「がとても1鷺かです
重心位置は L翼典弦の前縁から50%の ll Fiで素時らしい操縦IL能を発揮しています (写真 1012参 H71).
ーリ
ー
脱
の
式ド
追
カ
ロ
C'10.5 着
翼山ir.r重が 44g/dm2になると,Л ミんでいる飛行機を手で受け止めることができるほどゆっくりと飛
行しますしかし地 11から離陸できたり,着陸できたりしたら楽しいに違いありませんそこで店脱で
775
第 10章
より軽量なインドア
プレーンの製作
写真 1013 着脱式のドーリー
1012 Push―
Push Eの
Eの飛
写真
写真 1012
飛行
`テ
きるドーリーを作ってみました (写真 1013)
前輪は直径 10ml■ のバルサ製で ,後輪が /1径
の 11は 07n]nlのカーボン
ロッドで作ってあ
30mmです ll輪は「
1)ま
す
￨11に
」lJくようにしました
後輪
バルサの 11輪の中り
こには両 1‖ にれ‖強のための il
い l14を張リイ
ミばすこと
」けてあります J11体に扶み込むだけなので , ドーリーをlRり付けても外してもЛ
ができます
完成したドーリーは 05gで
ξ行重町
tは 15gになりました (写
ドーリーを装右したときの月
真 1014)
ドーリーを装着した Ptis卜 Eはますます飛ばすのが楽しくなりました床からの期F陸はもちろんのこ
と,飛行中のタッチ .アンドゴーなど「在ですラダーとエレベータがコントロールできますが ,通
常の旋 [1ではエレベータを操作しなくてもラダーだけで 1分飛行することができます
つずつ lkり付
受イ
)i機は導体 ll漁 iに画籠iテープで貼り付け ,赤外線受光素チは,ll l体を秋んで左イiに
けました (写真 1015)1[池の lLI「が 308V以下にlltドしたら発光ダイオードの点減で力らせてくれ
る,バツテリモニタもあとから迫 lJ lしました
計回
C'10.6 Push‐ Eの設
インドア
PDF形
プレーン仲 ‖
月の石川さんが I)tlsll
式のス1山 iを収めてあります
方はぜひ :イに作ってください
lう
の 1羊剤‖文1面を描いてくれました
イ
」録の ('D― ROMに
作る￨卜画のある
Ⅸ llの間覧にはアクロバットリ
ドーリーは 05gほどの i htにしかならないので
格段に飛ばすのが面￨'くなります
ーダが必要です Adobcのサイトhし tp://WWW
‖し
adobe co jp/からダウンロードして利り
てください
■ まとめ
インドア
プレーンはできるだけ中
f∴ に作ることが人です
L7」
常に典籠il
l■
を意i代して,全体の重 ht
たりの市け (g)を Fl,)しますこの翼山iイ tiを￨「算することでお
「
よその飛行スピードがわかりますインドアプレーンでは 5g dinJ■ :'■ の典的ill重がつの ‖安にな
りますこの翼 iri重以ドになると飛行スピードがゅっくりで驚くほど操縦しやすくなります
だけでなく.Ir位翼山iri(l
,76
“
d n12)あ
写真 1014
ドーリーを装着した Push‐ E
写真 1015 受信機と赤外線受光素子
表 102
CD‐ ROMリ
フォルダ名
f
igure
スト
774tt71
Push― E■ 6 PDF
PuSh― E16a PDF
puSh‐ E■ 6de PDF
lan
sh-e. ram
飛
収鉄内容
のiた ‖ 劇(ィ JI保 ‖1氏による
)
`i機の展開図 (ィ川 Hllヽによる
飛行機
保
ドーリーの設計Ⅸl(イロ保‖り
氏による
,
)
オリツナルフリーフライト:メ 1面 i(J′ lck Reid氏による
pu、
hI:のフライト(617Mハイト 1分 21秒
'
)
なるべく少なくするためには,バランスのよい飛行機作りが大切ですできるだけ申
性い材
料を1史うように心力ヽナますとくに重い金属類の使用は最小限にとどめますむやみな補 Jjiは ■ くなる
翼 11荷
Flを
ばかりで,飛行性能は決してよくなりません無風の体育館で飛ばすのですから,空中で自分「 I身を支
えられるだけの強度があればよいのです ¨
本の CD ROM収録内容を表 102に示します
'れ
(*)運送‖￨には本体にダメージをあたえないように保管箱などを川l意するように 1:夫
しましょう
'77
第 10章
より軽量なインドアプレーンの製作
インドア・プレーンの軽量化
能な興り￨モ岸なインドアプレーンを作ってみたいという思いから製作したの力',写真 10Aのインドアプレ
コラム
1∫
ーンです
典臨 122mmと Cl)サイズとほぼ 11じで
PIC12C509Aを ltって作
,́た赤外線受信機を搭載しています
078のリチュー′、ポリマlL池をll lとして全備 ■ ltは 178gと IЧ「 2枚にも満たない重さです動力用のモー
2rr ttの
少ない電池ですが ,飛行時
タには直径 l nl nlの中
1 ltなベージャモータをllっています 20m Ahと非常に
間は 8分を越えます
IIf htな
インドア
プレーンを作るのは決してやさしくありません
20mAhの
リチューム
ポリマ1じ池をltうに
青報
は容 1ヽに ,こイ
トった洒Iイヤiじ流で飛行することができるかどうか ,綿密な:「算を必要としますインターネットで↑
です
を探すと80nlAほどのlL流ならlLえそうなことがわかります短時 IJなら loOin Aまで流せそう
イいのは軟筆 I十点では ri径 4mmのページャモータ(047g)ですできるだけ
人手できるモータで番や
'Hl,電
コ
ル
イ
高い 3011のモータを選択しますそれでも無 l l rplで 20∼ 30:nAを消 llします受
えるには
lllttl11の
流を抑
ユニフト赤外線受 li
信機とマグネットアクチュエータにも電力を供給しなければなりません電池モータ
機 ,マグネットアクチュエータ,機体 ,プロペラなどの機材 F景を11算します全 lll i景を2gと想定し飛行
に必要な推力を経験から約 12gと ,1}算しますここで ,モータユニツトのギヤ比とブロベラサイズから 12g
のIIl力を80mAほどの消費電流で作り‖1すことができれば、ほぼ 1ミ行機は完成したも同然です
つつ搭載機材をllf:止化に ll意しながら作つていきます I'IC 12C509人をltつた赤外線
の
で軽くできましたプロベラも軽 ttなパルサから lllりだします
は
015gま
受 f,1機努力末
r,rl iを
い
す丈人に作れば iくなつてしまいます飛行
われ
るのは機体の適切な強
もっとも難しと思
'1で
マグ
支えられるだけの強度があればよいのですが ,このあたりの 11作は経験をつまないとなかなかつかめません
あとはできる限り
作るに越したことはありませんこのあたり
ネットアクチュエータも必要最小 ■度のトルクが確保できれば
'1く
も数多くのインドアプレーンを作らないとなかなかわかつてきません軽 itなインドアプレーンを作るには
いかにむだなところをなくすかにかかっているといって 1,過 :ではありません
ξばしてみてわかるのですが ,写真 10Aのインドアプレーンもまだまだ機体の強度がありすぎます
作って Л
ので
.:機ももっと軽量化できますマグネツトアクチユエータのトルクももっと少なくてよさそうな
赤外級受イ
1くできるでしよう
まだ中
写真 10A 筆者の最軽量インドア・プレーン LS‐ 1(全備重量 178g)
,78
,

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