神戸大学大学院システム情報学研究科 情報科学専攻 知能情報講座　創発計算研究室

大規模災害発生時は、被災地が広範囲な地域に点在することが想定されます。 迅速かつ詳細な情報収集や遠方への緊急物資輸送を実現するためには、現在のマルチコプタ型のドローン(UAV, Unmanned Aerial Vehicle)は 飛行速度、航続距離の点で不十分です。そこで、飛行機（固定翼機）のような効率的かつ高速な長距離移動性能と、 マルチコプタ（回転翼機）のようなホバリング性能を併せ持つ自律飛行可能なVTOL型UAVの研究開発を行っています。

2010年よりティルトロータタイプの機体開発を進め、2015年にはエアロセンス株式会社と共同開発を行い、 VTOL(Vertical Take Off and Landing)機として回転翼機モードでの離陸から、固定翼機モードに遷移しての高速飛行、 回転翼機モードに戻っての着陸までを実現しました。現在は、この機体に加えて、二重推進タイプの機体、ティルトウィングタイプに対象を広げて、飛行力学や飛行制御の研究を進めています。

UAVの自律飛行には飛行状態の推定が必要であり、航空機の慣性航法システムでは、位置や姿勢の推定にカルマンフィルタが広く用いられています。 現在では市販のオートパイロットで可能ですが、UAV開発を始めた当初は、MEMS技術による小型軽量のセンサを用いて、機体の位置、速度、姿勢を推定する拡張カルマンフィルタを 構築していました。この研究の発展として、GNSS衛星の配置に応じたカルマンフィルタの構築方法に関する研究を現在は進めています。

ティルトロータ機は、推力を発生させるメインロータの角度を変化させることで、回転翼機モードと固定翼機モードを切り替え低速ホバリングから高速飛行までが可能です。 しかし、幅広い速度域、ロータのティルト角のため、機体に加わる空気力は極めて複雑に変化します。 より飛行効率の高い機体への改良、安定した自律飛行の実現のためには、この空気力を把握することが重要です。 飛行実験データから様々な飛行状態における空気力をシステム同定手法によって推定するとともに、CFD(Computational Fluid Dynamics)解析も用いて、 開発機の空力特性の解明に取り組んでいます。

VTOL型UAVでは、回転翼機モード、飛行モード間の遷移、固定翼機モードのすべてにおいて、安定した飛行を可能とする 飛行制御系が求められます。回転翼機モードでは、マルチコプタに比べると、主翼や尾翼が風外乱を受けやすくなりますし、 モード間遷移時の空気力には未解明な部分が多いです。上述のモデル化とより高度な制御系の構築によって、 実用レベルの飛行安定性を実現するため、飛行制御系の構築を行っています。

VTOL型UAVには、各飛行モードのためのアクチュエータが搭載されており、制御入力は冗長となることが多いです。 従来の飛行では各飛行モードにおいて使用するアクチュエータが決められており、この冗長性を活用したときの 飛行性能については十分に明らかにされていません。搭載アクチュエータを最大限に活用したときの機動性を解析し、 様々なアクチュエータ配置のVTOL型UAVが持つ飛行性能の解明を進めています。