家にある材料でスポーツ機を作ってみる(1日目・2日目)
ここ何年もグライダーしか飛ばしていなかったのですが、きびきび動く動力機もいいなーと思ったので小さめのスポーツ機を作ることにしました。
「できるだけ家にある材料で作る」というコンセプトです。
今回は最初の2日分の製作記録になります。
1日目
まず主翼を作ります。
ヒノキ棒をそのままスパーにしたいので、スパンは900mmにします。
テーパーさせるのも面倒なので矩形翼です。
リブの形状をコピー用紙にフリーハンドで書きます。
机の上で組みやすいように下面にフラットな区間を作っています。
2サーボエルロンでフラッペロンにして、少しフラップを上げると対称翼っぽくなります。
2mmバルサからひたすら切り出します。この時点では少し大きめにしてあります。
そのうち2枚はマスターにするため、まち針で止めて外形を整えます。
マスターの外周にテープを貼ります。
マスター2枚で他のリブを挟んでサンディングボードで削ります。テープが貼ってあるので間のリブだけが削れます。
(写真はテープを剥がしたあとです)
斜めにならないよう、下面のフラットな区間と前縁を基準に位置を合わせます。
スパーの溝を彫ったら完成です。
リブが出来たら組み立てていきます。
矩形翼なので原寸図面がなくても差金を基準に組めます。
前縁はバルサの三角材です。
ウェブ材を接着して下面プランクを貼ります。
翼胴接合部のボルトがつく予定のため、中央だけ分厚いウェブを貼ってます。
エルロン周りを作ります。
エルロンを切り落として蓋をし、上面プランクを貼りました。
1日目はここまでです。
2日目
3mmバルサから胴体の側板を切り出します。
翼の部分は主翼を当てて描いています。
補強を入れていきます。
この時点では上面はフラットなので、上下をひっくり返して組み立てていきます。
胴枠の幅はすべて50mmに統一しています。
翼と仮組みしてみます。
いい感じです。
上面に枠を立てて1mmバルサを貼っていきます。
後部胴体は曲率がきついのでバルサを濡らしてから貼っています。
濡れていると接着しにくいので、テープで仮止めして放置し、ある程度乾いてから接着しています。
はみ出た部分をトリミングして完了です。
主翼と胴体を組んだ状態でそれっぽいサイズの尾翼をつけます。
紙の舵面をつけて、サイズ感を見ます。
2日目はここまでです。
ここから先はモーターとバッテリーが揃ってから作ります。
2mクラスのグライダー 製作編
設計編しか書いていなかった2mクラスのグライダーですが、完成したので記事にします。
主翼の製作
平面形に色々書き足して寸法を決めていきます。
断面はこんな感じ。翼型はSD7037です。
リブ形状が決まったらレーザーカット用のデータを起こしていきます。
データが揃ったらレーザーカットします。
あとはひたすら組んでいきます。
フランジはCFのフラットバーです。
リンケージと配線のやりやすさを考えて上面のみフルプランクです。
エルロンとフラップを切り離して塞いだら生地完です。
胴体の製作
胴体もレーザーカットです。
材料はカットの都合上ホームセンターで売ってる4mmベニヤです。
まずはカットします(実はこの時点で数か所ミスっています
テールパイプを基準にして骨を組んでいきます。
曳航フック〜テールパイプ〜かんざし間はベニヤのみで荷重伝達される構造になっています。
あとはひたすら外皮を貼っていきます。
時々主翼と仮組みして滑らかにつながるようにやすります。
キャノピーは予め切り込みだけ入れておき、ある程度できてから切り離しています。
フィルム貼り
赤と白のEライトを貼りました。
ポッド内はこんな感じです。
拡張性を考えてやや広めです。
完成
メカ積みして完成です。
全備600gジャストでした。(バラストが重いです)
ポッド内はこんな感じです。
電源はエネループです。
主翼の分割部は丸棒かんざし+アライメントピンです。
初飛行
近所で初飛行しました。
概ねいい感じです。
かなりふわふわ飛びます。
スロープではバラストが必要かもしれないです。
やはり尾翼が少し大きいので小さくすることにします。
飛ばしてみた感じ、6chよりもRES仕様にした方が良かったかもしれません。
せっかくレーザーカットなので、もう少しデータを整理したらデータを公開したいと思います。
ムサシノ ホリディ
流行りのホリディを製作しました。
組み立てたままでも運べてよく飛ぶので、普段のメイン機になりそうです
139gしかないのでRadinaの後に投げると紙飛行機を投げてるような感覚になります。
以下、キットからいじったところだけ紹介していきます。
ペグ
補強をすべてフィルムの下に埋め込みました。
付属の航空ベニヤの補強材は翼端ブロックを彫り込んで埋め込み、上からCFクロスで補強しました。
フィルムを貼るとこんな感じです。
尾翼
ロービングで補強を入れました。
垂直尾翼は地面にする部分とラダーの上下端にも貼りました。
↓上側から
ラダーのリンケージにはバルサでスロープをつけてみました
↓下側から
ポッド内
↓使用したサーボ(左がエレベータ、右がラダー)
余っていたサーボの中から使えそうなものを選びました。TS-1006が1個しかなかったのでエレベータに使いました。
バッテリーがCR2なのでギリギリです。
サーボは2段で積んでようやく入りました。
胴枠を少し削ってシュリンクチューブの余りを接着し、アンテナ線のガイドにしてみました。
主翼マウントは取れやすいと聞いたのでマイクロバルーンを混ぜたエポキシでフィレットをつけました。
DLGの主翼概念設計・基本設計
新しくDLGを作ることにしたので、設計について書いていきます。
機体設計の方針
・スパン1500mm弱(F3Kレギュレーション)
・主翼構造はシャーレ(型を流用して矩形部を追加して2m機も作りたい)
・フラッペロン+ラダー+エレベータの4ch・4サーボ
・同じ型でモーフィング翼verが製作可能
・200g以下で成立可能
・体力がないのでランチ高度優先
これを元に設計を固めていきます。
他機体の調査
まずは相場を掴むために、実績がある機体のデータをまとめてみます。
公開されているデータで一番比較しやすい翼面積と全備重量について見ていきます。
(スパンはどれもほぼ1500mmですし、翼型もほとんど変わらないと考えるとこの翼面積と重量だけでも見てもそれほど問題ないはずです)
横軸に翼面積、縦軸に全備重量を取って、翼面荷重が一定となる線を重ねると、各機体の大まかな特徴を掴むことができます。
・新しい機体は左下に多い(ナロー翼がトレンド)
・ノーバラストでの翼面荷重の下限は翼面積に関わらず10.5g/dm^2程度
⇛最近の機体はナロー翼になっても翼面荷重はあまり変化していない
・バラスト搭載時は13g/dm^2程度あると良い?
・ふわふわ系のジャベリン機で8~9g/dm^2
といった感じでしょうか。
こう見るとColibriの極端さが目立ちます。(190g 16.7dm^2)
https://kralovensky.com/colibri/
今回は青い斜線のあたりを狙おうかなーとかなんとなく考えていきます。
翼型設計
次に翼型を設計します。
速度変化やフラップ角度など、考慮することが多いので、先に翼型を設計し、その翼型で成り立つ平面形を考えます。
SuperGee2など、3つ以上の翼型を組み合わせている機体もありますが、今回は慣れている2翼型混合で設計します。翼根用と翼端用の2つの翼型を用意し、スパン方向に徐々に混合率を変化させていく設計法です。
翼根用に作成した翼型がこちら。
翼厚比は6.1%、キャンバーは1.7%で、70%以降がフラップです。
AG系をベースに、翼厚をZone V2レベルまで落とし、キャンバーも小さくしています。
前縁は対称翼に近づけ、上昇時の抗力を低減しています。巡航時には少しアンダーキャンバーがつきます。
一応断面図を描いて問題がなさそうか確認しました。
次にフラップ角度の影響を確認します。
フラップを1degずつ動かして解析します。
発生揚力一定の条件で比較するため、Re*sqrt(CL) =52000の条件で解析します。
(ランチ時などを考えると発生揚力一定とは限らないですが、まずは傾向を見ます)
フラップを上げると低CL(=高速側)、下げると高CL側(=低速側)にピークが移動することがわかります。
全曲線の包絡線が巡航時に使用できる範囲、ということになります。
低CL側は2deg下げでほぼ頭打ちになり、高CL側は4deg下げ以上でピーキーになりすぎるので、
ランチ/スピードモードは-2deg
サーマルモードは3deg
とします。(最終的には飛ばしながら決めますが)
翼端用はAG47をそのまま使用します。
・翼根用よりも翼厚比が小さく、キャンバーが小さいこと(空力的なねじり下げ)
・翼根用翼型になめらかにつながること
を条件として選択しました。
翼面積の仮決定
翼型が決まったので、以下の条件で翼面積を決めていきます。
・スパンは1494mm(ペグを付けても1500mm以下になるように)
・翼型は翼根用のみ
・楕円循環分布と仮定
・ねじり下げなし
スパンと循環分布と翼型を固定しているので、翼面積を決めれば翼弦長分布が決まります。
ここから重量を見積もります。
SuperGee2の重量をベースに、各部の重量を仮定します。
ここから、主翼面積に合わせて重量を見積もります。(尾翼も容積が一定と仮定し、主翼面積に合わせて重量を変化させます)
(今回はシャーレ翼なので主翼重量の大部分の重量を面積比例にしていますが、
中実構造の場合は体積比例成分が入ります)
翼面積を15~25dm^2の間で変化させると以下のようになります。
これを先ほどのグラフに重ねると以下の赤い線になります。
次に空力特性について詳しく見ていきます。
・ランチ⇛機速16m/s 、CL=0.2、フラップ-2deg
・クルーズ⇛定常釣り合い飛行、CL=0.4、フラップ0deg
・サーマル⇛バンク角20deg、CL=0.7、フラップ3deg
と仮定して計算していきます。
ここでは相対比較が目的なので、各条件の仮定は適当です。
まずは機速です。
翼面積が増えると重量も増えるので、意外と速度の変化はゆるやかです。
次に各条件での滑空性能です。
翼型の抗力係数はレイノルズ数が大きいほど小さくなるので、抗力の計算には以下のグラフの関係を使用します。
各条件でのRe vs CDの関係です。
低速時ほどレイノルズ数(=翼弦長)の影響が大きいことがわかります。
翼型の性能を元に出した形状抵抗に誘導抵抗を足し、以下の項目を見ていきます。
ランチ⇛は抗力の大きさ
クルーズ⇛L/D
サーマル⇛沈下率
・ランチ時の抗力は翼面積が大きいほど不利
⇛レイノルズ数増加によるCDの減少よりも翼面積に比例した抗力増加の影響が大きい。
・クルーズ時の揚抗比とサーマル時の沈下率は翼面積が大きいほど有利
⇛翼面積を小さくすると(=ナロー翼にすると)速度が上がるため誘導抵抗が減少し(翼幅荷重は一定のため、いわゆる「高ARの効果」とはちょっと違う)、形状抵抗の翼面積成分も減少するが、レイノルズ数減少によるCDの増加の方が影響が大きい。沈下率は速度が遅いほうが有利。
まとめると
・ランチ性能⇛翼面積が小さい方が(アスペクトレシオが高い方が)有利
・滑空性能⇛翼面積が大きいほうが(アスペクトレシオが低い方が)有利
となります。
今回はランチ性能に振りたいので、ベースとしているSuperGee2よりも翼面積を小さい側に振ります。
使用した重量モデルから10g程度の軽量化の余地があると仮定すると、18.5dm^2で208g程度であれば成立しそうです。
まずは220gくらいで製作し、徐々に軽量化して200gを目指すと考えると、以下のグラフのようになります。
平面形の決定
それっぽい感じになったので平面形を決定していきます。
ヒンジラインを一直線とし、翼面積が合うように形状を決めていきます。
ランチ時の横滑り角低減を狙って少し後退角を付け、循環分布調整と翼端失速防止で1degのねじり下げを付けています。
翼型はレイノルズ数に合わせて徐々に変化させています。
三次元翼の性能や循環分布はXFLRで解析しました。
今後の拡張性を考えて翼根翼弦は165mmとし、楕円循環分布よりも少し内側に揚力を寄せています。
(構造への負荷低減だけでなく、翼端の翼弦が短いほうがランチ時の振り抜きが軽そうという期待もあります)
胴体に合わせるとこんな感じになります。
主翼空力設計は以上となります。
あとは胴体・尾翼・主翼の型などを設計していきます。
PC環境を更新した話
久しぶりにPC環境を更新しました。
CPUをi5 3550からi3 8100に、メモリを8GBから16GBに増やしました。
(グラボはGTX680を流用)
本題はここから。
画面を27インチWQHD×3にしました。
(DELL U2713HMの中古を買いました。コスパよくておススメです。)
横幅180cmくらいで、重量もかなりあるので、まずは机を製作します。
ホームセンターで木材を購入。
カットもお願いしました。
全て1x4で組んでいます。強度もありますが、天板をのせなければかなり軽量です。
パイン集成材の天板をのせて完成。
設置中。
設置完了。
フライトシムを起動するとこんな感じです。視界に入りきらないです。
これまでメインで使っていた4k液晶は応答速度が遅いのでサブモニタにしました。
自作机は自分の好きなように寸法決められるし、そこそこ安くできるのでおすすめです。
ハンドランチの主翼製作
人力飛行機のパイロットの練習用にハンドランチの主翼を製作しました。
設計
スパン1.3mくらいで、例のごとくロッキー互換の主翼にします。
電車での持ち運びが多いので、中央で二分割とします。
今後リブ組で大型機を作りたいので、それの試作を兼ねて翼型と構造を決めました。
リブ組が前提なので、翼型はドレラ先生のAG35としました。Bubble Dancerの翼型です。
http://www.charlesriverrc.org/articles/bubbledancer/markdrela-bubbledancer-3m.htm
いい感じにCADで図面を描きます。
スパーまわりはQRP風、前縁はサーマル工房風の構造です。
翼型の形状を考慮し、内翼のみ後縁上面にストリンガーをいれています。
ほとんど矩形なので、テーパー部のリブは2枚しかありません。
今回はリブとスパーをレーザーカットするので、カットレイアウトを作ります。
リブの丸孔はかんざし用です。
スパーの切り欠きは圧縮側となる上面にしました。
製作
ホームセンターのレーザーカッターをレンタルして部品を切り出しました。
正確にカットしてくれるので、キットのように嵌め込んで製作することができます。
以下製作時の写真
まずは下面プランクにスパーを接着
リブをスパーにはめ込んで接着
後縁とストリンガーを接着
かんざしの受けを接着
今回はこれを使用しました。
https://robin.jp/SHOP/CT_CBN_KANZASHI.html
上面をプランク
同様に外翼も製作
外翼を接着して中央の後縁側もプランク
かんざし部
フィルム貼り
Eライトを使用しました。
翼端は適当に延長して跳ね上げてます
最外1パネル以外のフィルムを貼った状態で左右の重量調整
以前作った胴体につけて飛ばしてみました。
操縦性、失速特性も良く沈下率も低くていい感じです。何度かサーマルにも乗せることができました。
このあとは専用の胴体を作ります。