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ペラ班に舞い降りた救世主のお話 ―後編―

2019年最後の日にお疲れ様です。
2度目の登場、20代プロペラ設計の澤田です。

前回、ペラマスの製作をレーザー加工機の導入で自動化したことについて書きました。

今回は12月24日に東京都立科学技術高等学校の設備をお借りしてペラマスを実際に作ってきた様子を紹介したいと思います。

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↑お世話になった都立科学技術高校の校舎。自分の母校と比べるととんでもなくきれいでした…

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↑これが例のレーザー加工機。1回で1メートル四方の範囲で加工することができるなかなか大型のもの。

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↑次々と生み出されるペラマスたち。手削りと比べるととんでもない速さで1枚が完成します。ちなみに写真に写っている手は、レーザー光線でガスに引火した火の熱で材料を変形させないようにするため、風を送って鎮火しています。

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↑完成したペラマスたち。去年はこの光景を見るために1か月以上を要しました。機械ってすごいですね…

今回、お世話になった東京都立科学技術高校の先生方。多忙な時期にも関わらず協力していただき、本当にありがとうございました!

今後もこの恩を忘れず、クオリティの高いプロペラを作っていこうと思います。

それではよいお年を。






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ペラ班に舞い降りた救世主のお話 ―前編―

はじめまして。
20代プロペラ設計の澤田です。

ここ最近、このブログを更新しているのは副代表だけだったので、たまにはプロペラの話で盛り上がりましょう。
本記事では「自動化」についてお話したいと思います。

鳥人間界隈ではご存知の方も多いとは思いますが、我々TBTペラ班は代々カーボンセミモノコックペラを製作しています。
製作法の詳しい説明はここでは割愛しますが、TBTペラ班で最も重要な作業のひとつに型の製作というものがあります。

型の作り方を簡単に説明すると、始めに「ペラマス」と呼ばれる治具を作り、それらを並べた上でペラマス間に充填剤を詰め、その上からパテを盛ってやすることでプロペラの片側の表面形状を出します。

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↑パテ盛りの様子

さて、ここからが本題です。(前置きが長くてすみません)
必要なペラマスは合計約120枚ほどなのですが、この約120枚全てを去年までは手削りで製作していました。ペラマスは型の精度に直接関わるので、高い精度が要求されます。よってペラマス製作は班員の手先の器用さに懸かっていました。(自慢ですが私の去年の戦果は61枚です。)

そこで今年から、ペラマスの製作をレーザー加工機にて行うことにしました!

これによって約1か月かかっていたペラマスの製作期間をわずか1日に短縮、さらにボツが少なくなったことにより材料代も節約することができました。やったね!

ということで去る12月24日(世の中ではクリスマスイブと呼ぶらしい)、都立科学技術高校の設備をお借りしてペラマスをレーザー加工機にて製作してきました。

後編ではその模様をお伝えします。








裸足のホルモンとロステク

※前回同様プロペラについて真面目に話しています※



こんにちは
Team Birdman Trial 18代プロペラ設計の堺です。
二回目の登場ですね。

前回ハルジオンがどうこう言っておきながら夏に魅惑されて今は“裸足でsummer”にはまっています。

そう言えば今日(書いているのは7/22の日曜日です)会議の議事録に代表が“消火器の用意お願い”と書くところを“消化器の用意お願い”と書いたせいで今、とてもホルモンが食べたいです。
なぜ「ホルモンメチャクチャ買ってくればいいの?」なんてボケツッコミをしたのかと後悔しています。

では本題に入りましょう。
前回も書きましたがTBTのプロペラは“低レイノルズ数プロペラの設計法”で設計されていますが・とても・悲しいことに・この間まで・ロステクしていました!!!!!!
Lost!!!!!!!Technology!!!!!!
この世で五番目くらいに聞きたくない言葉ですね。………ハァ。辛……。
辛といえば夏はカライ物がおいしいですよね。

まぁでもここに書くくらいですし、していましたって書いているので結論から言いますと、取り戻しましたよ!!!!!!“低レイノルズ数プロペラの設計法”!!!!!!

翼型をDAE51にしても今あるプログラムと同じになってしまうので、SD7037でプログラムを組みました。では見ていきましょう。

一枚目の画像はCLReごとのCDReとCLを得る為の等高線図です。

11.png

CLの初期配置はRe=0でCL=0.15、Re=1でCL=1、となるようにしました。
(論文通りにReは300000、CLは1.2で規格化しています。)

翼型のデータはRe=10000ではXFLR5、Re=60000、100000、200000、300000ではUIUCの“Summary of Low-Speed Airfoil Data Volume1”のSD7037(A)を基に作りました。

プログラム自体は完全な我流なのでチェックのために今度DAE51で動かしてみたいと思います。
計算手法に焼きなまし法(シュミレーテッドアニーリング的手法)をもちいていますが、局所最適解を得るために計算過程でCLの初期移動量をとても小さくしています。

これで得られたCDReとCLは以下のようになりました。

12.png

13.png

横軸はレイノルズ数(7/24 修正しました。)CLReなのですが、CLと同様に規格化されたままなので、もし吟味される場合はCLとReについては正規化をお願いします。(正規化し忘れていました……)

これが得られれば後は設計プログラムを動かすだけです。
で、設計されたプロペラが以下の通りです。

14.png

低レイノルズ数でのCLを低めにしたため根元付近はとても太いですね。
最大翼弦長は29~30[㎝]です。
本当の根元(自分は一番リブと呼んでいます)の長さは15㎝強あります。
これは循環強度が0.2を下回らないように制限をかけたからです。
制限をかけて一番リブを長くした理由はプロペラ桁にあります。

15.png

赤字部分が設計上のプロペラ桁外径なのですが、とても太いです。
軽くするために昨年から太くなりました。
実際は製作誤差でΦ20ほどになります。
TBTのリアスパマンドレルがΦ20なのでほぼリアスパです。というか強度の高いリアスパです!!!!!!!(リアスパではなくプロペラ桁)

そんなプロペラの解析結果が次の画像です。

16.png

問題なさそうですね。
画像にはありませんがこのプロペラも回転数を増やしたときに失速しだすのは最大翼弦長付近でした。

二度目になりますがこのプロペラも今度DAE51でチェックをしたいと思います。

こんな感じで設計法に対する理解をチームとして取り戻したのですが、このプログラムは恐らく使われません!!!!!!!
理由としては現行のLiveScriptでglobalを使い書かれているプログラムの方が早いからです。
では何故新しくプログラムを作ったのか、それはあえてScriptで書くことでトレースのしやすいプログラムにして、未来のプロペラ設計の勉強教材になればいいと思ったからです。

この復活?によって得られた一番の成果はコンセプトに合わせて翼型を変更出来るようになったことだと思います。

話は変わりますが、
現在TBTは多くの企業や個人の方、そして大学に活動資金や設備等でご支援をして頂いており、学生チームとしてはとても恵まれた環境にあります。
準備をしっかり行えば風洞実験によりオリジナル翼型の解析も行えます。
今のTBTに足りていないのはその環境を活かしきるノウハウです。
一年間設計を務めてきた自分やその他の設計者には「もっと環境を活かせたのに」と言う後悔が少なからずあります。
だからこそその後悔をバネにしてノウハウを積み、恵まれた環境を活かしきれるチームになるため、もう二度とロステクをしないチームになるために今後、19代プロペラ設計との引き継ぎを頑張っていきたいと思います。

長文失礼いたしました。
最後まで読んで頂きありがとうございました。

ハルジオンが咲く頃って名曲ですよね。byプロペラ設計

※ プロペラについてのお話です ※



はじめまして。
Team Birdman Trial 18代プロペラ設計の堺です。

ブログタイトルにも書いてありますが“ハルジオンが咲く頃”いい曲ですよね。
特に「ハルジオンが雨に打たれて」の部分メチャメチャ好きです。これだけでは白ごはん三杯は行けますね。
何なんでしょう、特に生田絵梨花さんの歌声は流石と言うべきかとても心地良いですね。
“ハルジオンが咲く頃”でセンターをつとめていた深川麻衣さん、とても綺麗な方ですね。深川さんのような姉が欲しい人生だったと思いますね。
……………………

何言ってんだこいつ!!と思ったあなた、僕も思っています。
プロペラ設計について書こうと思っていたのについ別のことを書いてしまいました。
そろそろ本題に入ろうと思います。

先ずは設計諸元からいきましょう。(ざっくりと)

要求推力:46[N]
設計推力:55[N]
進行速度:7.7[m/s]
回転数:166.8[rpm]
回転半径:1.72[m]
根元回転半径:0.12[m]
パワー:480[W]
ブレード枚数:2翅
翼型:DAE51、GEMINI(根元付近のみ)

二人乗りなのでこんなもんですね。円板荷重、進行率は他チームさんと比べてどうなんでしょうか?
設計法はJAXAの原田さんが提唱された“低レイノルズ数プロペラの設計法”で行ってます。
特筆すべきところは無いですね。
(設計時点で渦法の理解が出来ていなかったので……ごめんなさい)
ただ設計する際に先端だけは気を使いましたね。
どう気を使ったかと言うと先端部の取付角を全て同じにして解析をしたことです。
なぜそんなことをしたのか?と思われている方もいると思うので説明をすると、TBTのプロペラ先端部はスタイロフォームを削り出し、FRP積層をして製作していて、この削り出し時にねじりが無くなるだろうと予想したからです。
実際去年先端部製作を担当していた2人に話を聞いたらねじりを残しての製作は無理だと言っていたので、設計段階からねじりを無くしました。

で、そんなプロペラを解析して出力した迎角のグラフがこれです。

無題


実線はケイデンスが定常84[rpm]時の迎角で点線が115[rpm]時での迎角になります。どちらも進行速度は7.7[m/s]で解析してます。

見ての通り今年の設計では最大翼弦長付近から失速角を超え始めるので、先端の迎角にそこまでシビアになる必要は無さそうですが、実際どうなんでしょう。詳しい方が居れば話を聞いてみたいところですね。
ただ、自分は迎角の管理についてはシビアであるべきだと思うのでこのようにしました。


今年のプロペラについて書くようなことはこれといって他にはなさそうなのでこれくらいにしておきます。


あ、ちなみに僕は乃木坂では若様こと若月佑美さん推しなので鳥コンには割り箸を100膳ほど持っていこうかと思います。使い道ないですけど……………

以上です。最後まで読んで頂きありがとうございました。

鳥コンまでなんと5日だそうです!!


こんにちは!
副代表の舟山です

鳥コンまであと…

20170724191855 編集

5(五)日です!!

驚くことにもう今週に迫っていました!!


この文字を体を張って作ってくれたのは
プロペラ班2年の5人です

ダイゴ(一番上)の手がプロペラ感満載ですね笑


ちなみにプロペラ班の様子を見てみると

20170724192007 編集

髪色の様々な3人が
何かを必死に削っていました…!

うめちゃんが昨日がんばっていたスピナもありますね


その横ではアルテが
夏らしい恰好をしていました

20170724191937 編集

トレーニング後のアイシングですかね…?

涼しそうでいいですね!



4号館へ行ってみると、


パッと見同じような恰好の2人(翼接合者ですね)が
後縁あたりをいじっていたり…

20170724192034 編集

かあくんがフィレットを作っていたり…(表情が笑)

20170724192043 編集

なんども貼りなおしていたフィルムも
もう本番用に最後に貼ったものなんですね…

しみじみします((+_+))


そういえば最後に…

なぽりが頑張って作っていた
テールコーンが塗装されていました!!

20170724192016 編集

機体名がCygnus(シグナス)だけに

Cygなぁす!


鳥コンまであと5日!!
プロフィール

TeamBirdmanTrial

Author:TeamBirdmanTrial
夏に開催される鳥人間コンテストに出場するTBT(芝浦工業大学)のアカウントです。



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