「一般人が日常的に使えるドローンバイク(低価格)が作られそうにないので がんばって作る事にしました!」
まず、人が乗れるドローンを「空飛ぶクルマ」と名前をつけて、いろいろな組織が開発をしていますが、そもそもクルマって4つのタイヤが付いてて、地面を転がして移動する乗り物です。
自動車の起源は、馬車の荷車にバイクのエンジン付けたみたいなやつ
でしょ?
「空飛ぶクルマ」って、現代の自動車のイメージのまま飛ぼうとしてない?
それ、、ちょっと、どうなの? と思ってしまう。
(空気抵抗とか、風とか、乗り心地とか、わからなくもないけど、)
未来のイメージってこんなんだよね? に引きずられすぎじゃないの?
内容を抜粋した説明動画
※ツッコミどころあれば、Xにコメントお願いします。
https://x.com/spinderXXX
目次 ↓
※概要を見たい方は、↑ の 「内容を抜粋した説明動画」 を。
※どんなドローンを作ろうとしているのかを見たい方は、
★製作したいドローンはこんな感じです★ を、ご覧ください。
☆よろしければ、このまま目次の順番に沿ってご一読お願いいたします。
人間を運ぶという事は、
「人間の形をした重量の荷物を(安全に)運ぶ」という事ですよね?
※日本人の成人の平均体重は 男性:約71kg,女性:約53kg
自動車の条件はこんな感じですよね? 荷物を載せた状態で
・車輪が4つあって、エンジン等の動力が付いている。
・最初に1メートルでも物体を転がせる力(トルク)がある。
・曲がれる。スピードを出せる。安全に止まれる。
ドローンで物体を運ぶ条件はこんな感じ。荷物を載せた状態で
①最初に1メートルでも物体を浮遊させる力(トルク)がある。
→ ホバリング。
②上昇下降、前進後退、旋回などの移動ができるだけの追加の力と
その制御機能がある。
③安定した状態でスピードを出せる。安全に減速して無事に着地できる。
今の状況は
「①最初に1メートルでも物体を浮遊させる力(トルク)が必要。」の
ホバリングの段階で、何億円もかけて開発費使ってたりもしてますよね。
※eVTOL(電動垂直離着陸機)
現在、50kgのペイロード(積載量)の運搬用ドローンも買えます。
??ってことは??
50kg以下の体重の人間なら運べるよね?
(厳密には服も着てるし、固定装置とかあるからそれらと体重を含めて50kg
以下で、固定方法も色々と考察が必要だけど)
「空飛ぶクルマ」って、電動モーターのヘリコプターなの?
次の段階「②上昇下降、前進後退、旋回などの移動ができるだけの追加の力とその制御機能がある」
に進んでいるグループも、電動ヘリコプターを作ろうとしてるよね?
着地時に必要なスペースとか、
普通のヘリコプターと運用方法は同じじゃん。って話。
※ヘリよりプロペラ音が静かだし、省エネだし。
市街地近郊でも利用しやすいメリットはあるが
実用化されても、自動化されたヘリの代替タクシー。
渡し舟のような、ヘリポートからヘリポートへの移動手段。ですよね?
いやいやいや、そういうのじゃない。
バイクみたいに、自転車みたいに、気軽に一般人が日常で利用できて、
楽しくて、楽しくて、毎日乗っても楽しくて、
そんな、有人ドローンが欲しいのさ!
だ か ら
「一般人が日常的に使えるドローンバイク(低価格)が作られそうにないので がんばって作る事にしました!」
※日本人の成人の平均体重は 男性:約71kg,女性:約53kg
※ペイロード(積載量)75キロ(80キロ以上欲しい)あれば、過半数以上が
飛べる
という事です。
で、、クラウドファンディングで資金調達しよとしたんですが、、
実績とか信用度とか?、、で、掲載の審査が、、、、なので。。。まず、
どういう物をどういう風に作ればいいのか、を
理論的に説明したいと思います。
と、その前に、
現在の技術の説明のため
成功例と失敗例を解説。
☆海外では、値段も高くて、短時間しか稼働できなくて、まだまだ実用的
ではないけど、そうそうこういうの、こういうドローンバイクみたいな
コンセプトこそ正義ですよね。
というのは、成功例としてすでにあります。(後述します)
それを、さらに実用的に設計。進化させて量産化して法整備もすれば
いいよね。 です。
☆逆に、失敗例は、国内で計画が破綻してニュースになってました。
何が失敗だったのか。どう見ても無理がある設計だけど、こうすれば
よかったよね。(後述) です。
それではまず、成功例です。
ドイツの双子YouTuber「The Real Life Guys」が「空飛ぶバスタブ」バスタブドローンを作りました。
川の向こう側のコンビニ行って帰ってくるだけですが、見た目とかデザインとかは抜きにして、コンセプトと設計思想は理にかなっています。
プロペラの位置 バスタブを囲うように6つのプロペラがあり、前後左右のバランスがいい。
重心の位置 バスタブに座る事で、重量バランスがプロペラの水平位置よりも高すぎず低すぎない。
次にスウェーデンの企業 Jetsonの 「Jetson ONE」
バスタブドローンをスターウォーズのスピーダーバイクっぽくして、市販化した感じです。
カーボン素材とかモーターとか高額なので、販売価格もそれなりにしてますが、現在の技術では適正価格に近いのかも。
コンセプトとしては、保管時の面積も自動車程度の前後幅で、運用もしやすい。
バスタブドローンのように軽量で重量バランスも最良。
ホバリング以上の事ができる運動性能もある。
課題は、軽い人しか乗れない。稼働時間が短い。高額。かな。
あとは、横風にちょっと弱い。ですかね。
次にまだ、試作段階みたいだけど、
ロシアのカラシニコフ社の一人乗りマルチコプター「flying car」
上下二重反転式プロペラで8カ所。16個のローターを使用。
これは、 Jetson ONEよりも、ローター(プロペラ)の数を倍にして安定化させている。
※以下、個人的な意見です。
各プロペラの大きさは小さいため、実際にはJetson ONEと同程度の性能の可能性がある。ただ、現在の技術で、一人乗りマルチコプターの形状としては、理想に近いかもしれない。
実際に風がある状況での運用を考えると、改善の余地はある。
もう一つ、これのプロトタイプである初号機は成功に近かったかも。
Kitty Hawk社の1人乗りの超軽量飛行機「Kitty Hawk Flyer」
2代目はデザインが未来的になって、大きくなってしまった。
しかも、飛行機型の「Heaviside」に注力のため「Flyer」 は開発中止。
次に、これはどうなのかなというレーサーバイクっぽいやつ。
ロシアの Hoversurf社が開発したScorpion-3 、
ドバイ警察が採用した「S3 2019」
この形状は、体を固定して物体になったつもりにならないと、簡単に横風で逆さまになる。
二重反転ではないクアッドコプターで人間を乗せるのは現状の高トルクモーターでも厳しいはず。
しかも、プロペラよりも上に乗車するので、重心が高く不安定。
プロペラの位置があまり離れていないので、左右のバランスも不安定。
※契約金が必要で1台合計1700万円、秘密厳守など現実的ではない。
最後に、失敗例
破産した日本の A.L.I. Technologies の「XTURISMO Limited Edition」
XTURISMO は、そもそも動力がエンジンとモーターのハイブリッドで
重量級。しかも、重心がプロペラの上側で無理があった。
まず、2014年にAero-X(AeroFex社) というのがあって、
それに近いものを作ろうと思ったのではないかと考察。
重いし、形状に難あり。横風に弱く、無風状態でホバリング移動が限界だったはず。
XTURISMO は、Aero-X に、電動の4つの小型プロペラを追加しているような形。
四隅に追加されたプロペラは、方向転換が目的だろうけど横風対策も考慮したら、ダサくなるけどもっと離れた位置か、斜め外向きに配置すべきだった。重量が増えてさらに不安定になってしまった。
人間とエンジンの位置がプロペラの下だったなら、実現可能だったかも。
ただ、それだとほぼヘリコプター。飛行船みたいなデザインになるのかな。
見た目を捨てて重心を低くして軽量化すれば、結果は違ってたかも。
でも出資者からのクレームが凄いだろうな。だから、破綻するまで方針転換できずに、イメージ重視のまま、資金調達優先で頑張るしかなかった。
これもどうなのか。
SkyDrive のSD-03も発想としては悪くなかったけど重すぎるし、重心も高い。資金調達用の見た目重視のデモ用。。
8基のモーターで重量400kg。無風状態でホバリングしただけで成功?
性能的にはドイツの双子YouTuberのバスタブやJetson ONEよりも低い。
たぶん、軽い横風を一発くらっただけで墜落する。
結局、次の SD-05は、よく見る「空飛ぶクルマ」っぽいデザインになった。
ローターを内側に向けて曲面配置したら、安定性低下するしパワーロスも多い。しかも12基のモーターで1400kgを持ち上げるということは、ホバリングだけでも、1基でペイロード116kg以上の超高トルクのモーターが必要。
※安定飛行するなら、ペイロード200kg以上のモーターが必要。
電動モーター12基で、コンパクトカーよりも重い物体を飛ばそうとしてる。
ドイツのVolocopterは18基のモーターで総重量450kg。
SkyDrive SD-05の1/3の重量で、モーター数1.5倍。
SkyDriveは、中国の AutoFlight の CarryAll、EVT Aerotechnics の ET9 のような、超高トルクモーターを開発済み、もしくは調達可能ということ?
だとしたら、SD-03 に搭載して高速飛行も披露したらどうかと思うけど。
大阪万博の4つは、オスプレイタイプ2つと空飛ぶクルマ型2つ。
次世代電動小型ヘリみたいな感じ?
トヨタのJoby Aviation S4はヘリよりもセスナに近いか。
※ちなみに、アメリカ陸軍の戦術輸送ヘリ、ブラックホークの後継機も
小型オスプレイタイプ。
結局、大阪万博は、実現可能な2つは許可が下りなくて商業運航を断念。
設計的に無理そうな2つはデモ飛行さえできるのか。飛ばずに展示か。
小型のヘリを姿勢制御プログラムでリモート化して無人運用する方法
も検討したらどうかとも考えてしまう。
人を運ぶ目的なら、重量増となるパイロットが乗らなくてもいい。
中国の空飛ぶタクシーより5年くらいは遅れてる。
ここでちょっと、
重心の位置の重要性
の話も。重心の位置は、おおまかに4パターン。
1.プロペラが(ヘリみたいに)上にある → ぶら下がっているような感じ
2.プロペラがちょっと上にある → 手足を絡ませてぶら下がるような感じ
3.プロペラがちょっと下にある → 腹ばい状態みたいな感じ
4.プロペラが下にある → 綱の上に立つようなバランスが必要
☆安定性重視なら「1.プロペラが(ヘリみたいに)上にある」
☆運動性能、空気抵抗など考慮すると理想的なのは、
「2.プロペラがちょっと上にある」
※オスプレイやJoby Aviation S4は、変形するので 1.と2.のハイブリッド
みたいな感じかな
上記を踏まえて
・トラス構造の軽量アルミフレーム
・二重反転ブレード
・ブレードカバーはポリカーボネート製、
・軽量で低重心
・コンパクト
・シンプルで低コスト
・冗長性と耐久性
を考慮したデザインで、
目標はオール100
重量100kg以下 積載100kg以上 価格100万円台
最高時速100km以上 連続移動100km以上 満足度1000%
運ぶだけじゃない、楽しく移動する。
駐車スペースに置ける。現在の環境でも運用できる。屋上の有効利用。
スマホや液晶テレビが日常になったようにドローンバイクも日常の一部に。自動車やオートバイのように、ドローンバイクといえば日本という世界へ
★製作したいドローンはこんな感じです★
※このデザインの機能的理由は後述します。
このデザインについて、5つの理由と2つの機能
★デザイン 5つの理由★
1.航空機(空を飛ぶ乗り物)は、横風の対応が難しい。
→ 横長に並ぶようにプロペラを配置。
2.浮かぶには、下から上への力が必要。加速には、後ろから前へ押し出す
推進力が必要。→ 加速時は本体を前傾させればいい。
→ 横長に並ぶようにプロペラを配置。
※オスプレイが飛行モード時に、プロペラを前向きに変形させるのと
同じ理屈。
3.横長に配置したプロペラの前後を少しだけV字に角度を付ける。
→ ホバリング時にバランスが取れる。
加速時の前傾姿勢状態の効率が高い。
4.自動車の駐車場に置ける大きさ。全長全幅2.5×4.5m以下。
5.軽量かつ高剛性化のため、ロードバイク自転車のような
トラス(三角)構造を多用したフレーム(星形のスターフレーム)
→ サークル形状の軽量フレーム(クアッドタイプVer2)
※フレーム素材は、高額なカーボンや超高額なチタンではなく、
アルミ合金を採用。
★2つの機能★
1.制御は、運搬用ドローンや、空飛ぶクルマ、ドローンタクシー等で
よく使われるものではなく、
ドローンレース等で使われている反応速度の速い有人操作系のシステム。
※ArduPilot,PX4ではなく、Betaflight or Cleanflight
2.基本操作はバイクのハンドルのように、
右のアクセルで前進(逆側に回すと後退/ブレーキ)
左アクセルは上昇下降。
ハンドルを右(左)に傾けると、右(左)に旋回。
※モード2の操作の上下(前後)を左右のアクセルに割当。
ハンドルの傾けは、左右スティック同時(旋回+横移動)を割当。
※前進や加速、減速、旋回の時には、スピードに応じたGがかかる。
自転車やオートバイのように、自分の体重を使った乗り方もできる。
※現行技術での問題点。本来は記述しない。
(資金調達のためには、このような話は隠すと思いますが、現実問題の
視覚化は必要と判断)
現在、通常ルートで入手可能なモーターで、一つのモーターとプロペラで持ち上げられる重量が、最大50kgというのもありますが、かなり高額です。
たぶん、日本製では現存なし(2024年10月現在)※デンソーなら可能?
※Maxで50kgなので、実際はそれ以下と想定した方がいい。
現在、大型ドローン用のペイロード(最大積載量)25kgとかの
ブラシレスモーターでも、1基で10万円以上。
ここで、1基でペイロード 30kgのモーターを使用すると仮定します。
さらに後述するヘキサタイプ(六角形6×2プロペラ)で設計するとします。
・ペイロード 30kgのモーターとプロペラの組み合わせで、
6プロペラの、上下二重(二重反転プロペラ)ならば、6×2で12個。
単純計算でMax360kg持ち上げられます。
・二重反転プロペラにした場合、実際の出力は落ちるので、
Max300kg以下になるでしょう。
それでも、本体と人間の体重を持ち上げて浮遊(ホバリング)を
させるには充分です。
ただし、
※ホバリング以上の制動力(上昇下降、前進後退、旋回)が必要な場合、
持ち上げられる重量の1.5~2倍以上のパワーが必要。
・Max300kgの 1 / 2 は150kg。
Max300kgの 1 / 1.5 は200kg。
※人間と本体、バッテリー等を合計して、150kg以下~200kg以下
で設計が必要。
・人間を75kgとした場合、それ以外の本体等は、
150kg – 75kg = 75kg 重量75kg以下の本体を設計する必要がある。
200kg – 75kg = 125kg 重量125kg以下の本体を設計する必要がある。
※本体、バッテリー等の合計が、75kg以下~125kg以下で設計が必要。
※ちなみに、日本の航空法で、無人航空機(ドローン)の飛行許可は
・25kg以上~150kg未満:中型のドローン 厳格な許可が必要
・150kg以上:大型ドローンまたは小型航空機に分類
(航空機と同様の扱い)
重さによって厳しさが違ってきます。
※有人ドローンの場合は、
合計150kg未満でも航空機と同様の扱い になると思われます。
強力なモーターとバッテリーを使用し、カーボン等の高額素材で超軽量化をすれば、クアッドタイプ(四角形4×2プロペラ)を作れます。
※Jetson ONEを横型にしたような性能。
ただ、運動性能と安全面、実用性、コストも考慮し、現在のモーターの技術では、ヘキサタイプ(六角形6×2プロペラ)やオクトタイプ(八角形8×2プロペラ)の検討も必要。
・市販のパーツで、実用性とコストを考慮した設計だと、
六角形のヘキサタイプが現実的。
・カウル等を付けてデザイン先行、資金調達目的で性能低下より、まずは
機能美のままのネイキッドスタイルで、実用化優先が本来はベター。
・ヘキサタイプでも、自動車の駐車場(2.5m×4.5m)以内のサイズに
設計もできて、駐車場に横向きで保管可能に。
・ヘキサタイプでも、現状のパーツを使用したとしても、コストは
それなりにかかる。市販化は500万円以上になってしまう可能性も。
※ペイロード50kg以上のモーターを使用すれば、
・50kg × 4×2 = 400kg 実用的なクアッドタイプが作成可能。
本来はこれが目的だが高額。
・50kg × 6×2 = 600kg ヘキサタイプで高速飛行。タンデムで2名乗車。
まずは、
汎用パーツで量産化して、低山、河川、キャンプ場、などで運用実績を。
法的に一般利用解禁の際には、
・長距離移動時のバッテリー充電問題は登録制の充電済バッテリーの
交換スタンドの配置等で対応。
・光学式高度計とGPSで各機体の飛行状況を管理サーバー経由での
相互通信を必須にすれば、接触問題も回避。
※本当は3点測位のGPS高度計バージョンみたいなのもあればいいんだけど。
・飛行状況の通信機能に連動した飛行ルートアプリで飛行可能区域
(空の道路)も確認可能にする。
※航空機の通行ルールは右側通行、日本の道路の左側通行ルールとの
すり合わせが必要。(もちろん免許制度も必須)
※有人ドローンの交通ルールは、小型船も交えた船舶のルールを
参考にするのがいいのかもしれない。(個人的見解)
※大阪万博でどこまで進展するのか。国土交通省はどう判断するのか。
ドローン開発に投資をするならば、
強力なドローン用モーターの開発にも投資をするべき。
クルマもバイクも、まず動力となるエンジン開発が要ですよね?
イメージ先行のグループに投資金が流れすぎてる気がする。
※トヨタ出資の米企業のJoby Aviation S4は、オスプレイみたいにプロペラが 可動するタイプ。重量1,815 kg。動力源も違うけど、電気モーター 6基で飛行に成功?しているので(見た目エンジンで使い方もほぼエンジン)、特注で巨大でもいいなら、強力な電動モーターも作れなくはない?
安くて軽くて高効率でハイパワーのモーターがあれば、
いろんなデザインの有人ドローンが作れる。
ぶっちゃけ、小型軽量高効率でペイロード70kg以上とかのモーターがあれば、二重反転式なら2基で約140kg以上の浮遊が可能になるから、ドラえもんのタケコプター(バックパックタイプか手持ち式かな)も作れる。
中国とロシアが有人ドローンの技術が先行してる。軍事利用でゲームチェンジの可能性も。。マネーゲームをしている時間は少ない。。とか、他にもいろいろ話がありますが、、
あとがき。
私がなぜ、ドローンバイクを作ろうと思ったのか。
ガンで他界した父親と同じ年齢に達し、
このまま、フリーのネットワークエンジニア、プログラマーのまま、
それなりの収入、それなりの人生で終わっていいのか。
誰かが作ってくれるのを待っているだけでいいのか。
一部で、マネーゲームとなっている惨状を見ているだけでいいのか。と。
こういうドローンバイクを作りたい! 死ぬまでに乗ってみたい!
ご協力お願いします。
最後まで読んでいただき、本当にありがとうございます。
内容を抜粋した説明動画も、よろしければ見て下さい。
※ツッコミどころあれば、Xにコメントお願いします。
協力してくれる方。いっしょに作りたいという方。応援してくれる方。
興味を持った方。なんでもいいので。
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