模擬エンジンを搭載した可変翼小型超音速無人機の空力特性の測定

研究申込者

棚次　亘弘　( 室蘭工業大学 )

研究要旨

大陸間の高速航空輸送および地球軌道への再使用宇宙輸送を革新することを目指して、室蘭工業大学を中心として関連する基盤技術の研究を進めている。研究された基盤技術を、小規模ながらも機体システムやエンジンシステムに搭載して、高速飛行環境においてその機能・性能を実証する計画である。このためのフライングテストベッドとして、全長3 m程度の小型超音速飛行実験機（無人飛行機）の設計を進めている。昨年度まで種々の空力形状を提案し、風試によってその空力特性を把握した。その結果、超音速域までの加速性が期待できる双発・高翼のM2006形状（Fig.1）を当面のベースライン形状に選定した。本年度は、この空力形状において全可動水平尾翼の操舵によるピッチングトリム性能を把握するために、水平尾翼の取付角を0°、±5°、±10°の5通りに変え、風試によって迎角とピッチングモーメント係数の関係を計測した。風試の様子をFig. 2に示す。その結果はFig. 3およびFig. 4の通りとなり、機体重心を平均空力翼弦の30%位置に置き、水平尾翼の舵角範囲を±5°とする場合、飛行マッハ数0.3では迎角-6°～8°の範囲でピッチングトリムを採ることができ、飛行マッハ数0.7では迎角-7°～7°の範囲でピッチングトリムを採ることができるものと予測される。滑走離陸および着陸アプローチをこの迎角範囲で実施する必要があるが、全備重量を155 kg、離着陸マッハ数を0.3（飛行速度102 m/sec）とする場合は迎角5°程度（水平尾翼舵角-3°程度）で揚力が重量を上回って離着陸可能である。迎角を8°（水平尾翼舵角-5°）とするならば、飛行マッハ数0.24（飛行速度82 m/sec）程度で離着陸可能である。なお、遷音速～超音速域については、2°程度以下の小さな迎角で飛行するという事も相俟って、ピッチングトリム性能は十分であることが分かっている。以上のことから、M2006空力形状の飛行実験機は、離着陸から超音速巡航までの全速度領域におけるピッチングトリム性能、および良好な離着陸性能を有することが予測された。

Fig. 1. Overview of the baseline configuration M2006.

Fig. 2. Wind-tunnel test at JAXA/ISAS using the M2006 model.

　　　Fig. 3. Pitching moment coefficient at Mach 0.3.

　　　　Fig. 4. Pitching moment coefficient at Mach 0.7.

Key words

Supersonic, Flight Test Bed, Flight Verification, Aerodynamics, Aerodynamic Stability, Elevator, Pitching Moment, Trim

2007年度の研究成果

溝端一秀（室蘭工大），　棚次亘弘（室蘭工大），　東野和幸（室蘭工大），　湊亮二郎（室蘭工大），　 ”　室蘭工大における航空宇宙機の基盤研究（３）　機体系および飛行システム技術　”，　第５１回宇宙科学技術連合講演会，　札幌，　２００７．

丸祐介（室蘭工大），　工藤摩耶（室蘭工大），　笹山容資（室蘭工大），　桑田耕明（室蘭工大），　溝端一秀（室蘭工大），　坪井伸幸（ISAS），　 ”　機体系および飛行システム技術：小型超音速飛行実験機の空力設計と軌道最適化　”，　第５１回宇宙科学技術連合講演会，　札幌，　 2007．

溝端一秀（室蘭工大），　棚次亘弘（室蘭工大），　東野和幸（室蘭工大），　湊亮二郎（室蘭工大），　丸祐介（室蘭工大），　新井隆景（大阪府立大），　 ”　FTBとしての小型超音速飛行実験機の構想と亜音速飛行実証　”，　平成１９年度宇宙輸送シンポジウム，　相模原，　 2008．

工藤摩耶（室蘭工大），　棚次亘弘（室蘭工大），　溝端一秀（室蘭工大），　丸祐介（室蘭工大），　笹山容資（室蘭工大），　桑田耕明（室蘭工大），　新井隆景（大阪府立大），　楠亀拓也（大阪府立大），　久保良介（大阪府立大），　坪井伸幸（ISAS），　 ”　小型超音速飛行実験機の空力設計と空力性能評価　”，　平成１９年度宇宙輸送シンポジウム，　相模原，　 2008．

利用期間

平成19年7月30日～8月10日