柔軟翼航空機（ PPG機）を利用した火星表面探査システムに関する研究開発

火星航空機WGPPG機検討チーム　　安部隆士，山田和彦，高橋裕介（ JAXA)，　　平木講儒（九工大），東野伸一郎（九大）

～～ 20112011年度　成果報告～年度　成果報告～

翼幅 2mの密閉型パラフォイル機の風洞試験の様子

風洞内部での PPG機の自由飛行試験の試み

1)パラフォイル傘体について火星特有の環境に適していると考えられる密閉型のパラフォイルの採用　＊密閉型パラフォイルの性能評価　＊揚抗比測定の試験方法の確立

2)推進器についてコンパクトに収納できる折り畳プロペラの低密度での性能把握　＊折りたたみ翼（Ｎ型）の試作　＊試作品の性能評価

3)航法についてGPSのない環境での航法の確立＊画像を利用した位置同定方法の確立＊試験用機体での実証試験

＜ 2011年度，研究課題＞柔軟エアロシェル大気突入機と PPG機による火星探査システムについて，昨年度行った成立性の検討を踏まえて抽出された下記の主要な技術課題について研究を進めた．

今後，これらの結果を踏まえて，システム成立性検討の精度を上げ，具体的なミッション提案にむけた準備を進める予定である．

＜パラフォイル傘体＞　密閉型パラフォイル（翼幅 2m）の試作と揚抗比測定方法の確立（担当：JAXA）１）車による曳航試験を実施

安定性に問題があり，風洞試験で詳細に調べる必要ありとの判断．

３）翼幅２ｍのパラフォイル（曳航試験と同じもの）を用いてJAXA調布の 6.5m×5.5m大型低速風洞で風洞試験を実施．

２）小型模型による風洞試験を実施

風洞試験方法の確立，ライザーのセッティングと安定性の関係を理解した．

＠ JAXA相模原惑星環境風洞

不安定

1m

＊）風洞内での自由飛行試験の試み

将来の実機開発にむけて， PPG機の動的な挙動や運動特性を調べるためには，自由飛行試験が必須となる．ホビー用のPPGラジコン機を用いて，風洞内での自由飛行試験方法の確立を目指した試験を実施した．

密閉型パラフォイル

比較用のラムエア型

風洞内で，パラフォイルを安定状態にすることができ，揚抗比の測定を精度よく行うことができた．そして，密閉型パラフォイルでは，揚抗比が 4～ 5程度を実現できることが確認できた（比較用のラムエアでは 2～ 2.5程度）．

揚抗比が倍に

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

Lif

t coe

ffic

ien

t

Drag coefficient

30Pa200Pa400Pa400Pa+inlet drag

Re数 1×105

風速 7.5m/s

動圧 34.4Pa

翼弦長 200mm

翼幅 450mm

• アスペクト比 2.25の 3次元翼• 翼はエバール製• ラインによる支持，翼端後縁部から　チューブを介しガス供給と内圧測定

• 測定抗力にはライン抗力，チューブ抗力を含む

　ガス供給式パラフォイルの翼内外差圧の影響

上図（ポーラーカーブ）から，差圧を高めるほど揚抗比が改善される傾向が見られる．インレットの存在による抗力増加は差圧変化による影響よりも大きく，ガス供給式にすることで揚抗比向上のみならず，高度変化にも問題なく対応できる．

実験条件

インレット有り予測値（ 400Paの結果にインレット抗力 0.04を加算）

火星飛行中，高度変化により，大気圧が最大 300Pa 変化する

測定結果より，地球上大気圧下における推力予測値とよい一致が見られる．火星条件下に合わせたアスペクト比の小さな特殊な形状のプロペラであってもAdkins と Liebeck の理論を用いて設計が可能である．

Re数 3~13×104

風速 6.4m/s

実験条件 プロペラ諸元（ 1/4模型）直径 250mm

75%翼弦長 43mm

　推進用プロペラ（ 1/4模型）の気流内推力測定火星用に設計したプロペラを通常の風洞内に設置し推力を測定

＜パラフォイル傘体，推進器＞風洞試験による密閉型パラフォイルと推進用プロペラの性能評価（担当：九工大）

折りたたみ時

展開時

無人機によって取得した画像データの解析による位置・速度同定

-500 -400 -300 -200 -100 0-400

-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0Track pattern

E-W distance [m]

N-S

dis

tan

ce [

m]

GPSSIFT

供試機体主要諸元スパン 約 2.8m

重量 約 8kg

動力 モータ

飛行時間 約 30 分

ウェイポイント指定による自動飛行

 時刻

フレーム 1

フレーム2

フレーム 3

比較・初期位置同定

撮影画像 データベース画像

比較

比較

・ SIFT(Scale Invariant Feature Transformation)　を基本同定法とした特徴抽出・マッチング

・初期位置同定 　データベース画像とのマッチングにより初期位置を同定．　処理時間と画像解像度の違いによる誤同定削減が課題．

・初期位置以降の位置・速度同定　直前フレームとのマッチングにより位置・高度・速度を同定．　数値微分に伴うノイズ低減のためのフィルタリング処理，　および機体の姿勢変化に伴う画像位置変動の補正が必要．

高度 対地速度

　 針路 水平位置

GPS データと画像解析による位置・速度・針路の比較例

＜航法＞　 GPSのない状況での航法の確立　（担当：九大）