マンチェスター大学、世界最大のクアッドコプター型ドローンを製作し飛行

フォームボードと呼ばれる厚紙のような素材で作られたこのドローンは、角から角までの長さが6.4m(21フィート)、重さは24.5kgで、民間航空局が定める重量制限を0.5kg下回っている。

ジャイアントフォームボードクワッドコプター(GFQ)と名付けられたこのドローンの革新的なデザインは、現存する他のドローンとは一線を画している。4本のアームは一連の中空ボックス構造で形成されており、持ち運びの際には簡単に取り外すことができる。現時点では、いかなる重量クラスでも、マンチェスタービークルよりも大きい専用無人クアッドコプター(4つのローター)の記録はない。

このプロジェクトは、通常のカーボンファイバーよりも環境に優しい、軽量航空宇宙構造物に適した代替低コスト素材を利用することで、学生のデザインにおける創造性を刺激する好奇心主導のベンチャーとして始まった。

カーボンファイバーとは異なり、低密度のシート材料はリサイクル可能で、堆肥化することもできる。研究者たちは、このデモンストレーションが、次世代のデザイナーたちに、まったく新しい視点から持続可能性について考えるきっかけになることを期待しているという。

マンチェスター大学の研究エンジニアで、この車の設計と製造を指揮したダン・コニング氏は、次のようにコメントしている。

コニング氏:適切な方法で使用すれば、複雑な航空宇宙構造を作ることができ、すべての部品は必要な強度を持つように設計されています。このような設計規律と広範な背景研究のおかげで、我々は世界最大のクアッドコプター・ドローンを完成させたと自信を持って言うことができます。

このドローンは、純粋に概念実証として開発されたものだが、このタイプの機体の将来の改良型は、短距離で大きなペイロードを運んだり、空対空ドッキング実験でドローンの「母船」として使用したりするように設計される可能性がある。

クアッドコプターは、発泡スチロールのコアと紙の表皮を持つ厚さ5mmの発泡ボードのシートから作られた。シートはサイズに合わせてレーザー切断され、ホットメルト接着剤のみを使用して手作業で3D構造に組み立てられた。

コニング氏:この設計規律と徹底的な背景研究のおかげで、私たちは世界最大のクアッドコプタードローンを完成させたと自信を持って言うことができます。

世界的に有名なYouTuberであり、リモコンアビエーションの革新者であるジョシュ・ビクスラー氏は、GFQに使用されているフォームボードを製造しているFlite Testの社長である。

この取り組みについてジョシュ氏は次のようにコメントしている。

ジョシュ氏:多くの場合、高度な機能を持つ航空機は高価な材料で作られていますが、私たちはその必要はないと信じています。エンジニアたちが、このように親しみやすく、それでいて贅沢な方法で限界に挑戦しているのを見るのは刺激的で、彼らが既成概念にとらわれずに真に考えていることを示すものでした。

GFQは、50ボルトのバッテリーパックで動く4つの電気モーターを動力源としている。また、オンボード飛行制御システムを搭載しており、自律飛行が可能である。

初飛行は2023年7月5日、スノードニアエアロスペースセンターのメイン格納庫内で行われた。CASCADEコラボレーションワークショップウィークでは、英国内のさまざまな大学からチームが集まり、最新の研究技術を披露したり、イノベーションのアイデアを出し合ったりする。

操縦を担当したマンチェスター大学航空宇宙システム学科講師のキーラン・ウッド氏は、次のようにコメントしている。

ウッド氏:飛行の最初の瞬間が、この種のマルチコプタードローンの勝負どころです。うまくいかなければならないことが何百とあります。すべてがうまく設計され、製造されていれば、成功が期待できますが、問題があれば、最初の離陸時に予定外の迅速な解体で明らかになるでしょう。

このプロジェクトは、2022年に同じく大型の固定翼フォームボード航空機を成功させたことに基づいている。これを受けて、同大学では、軽量で大型のフォームボード無人航空機(UAV)の開発に特化した学生団体が設立された。

昨年1年間、学部生のチームは、構造のさまざまな重要なサブコンポーネントの製造とテストを手伝った。

マンチェスター大学の航空宇宙工学教授であるビル・クラウザー氏は、次のようにコメントしている。

クラウザー氏:発泡ボードを使った作業は、学生にとって革新的な構造設計を実験するユニークな学習機会を提供します。この素材は重量の割に強度がありますが、その構造的可能性を引き出すには、かなりの工学的スキルが必要です。最終的に、この設計では、戦略的に配置された数枚の紙片で25kgの航空機を支えているのです。

チームは現在、ジャイアントフォームボード・クワッドコプターの設計をさらに最適化しようとしている。

コーニング氏:この先駆的な乗り物から学んだ教訓は、次の乗り物に数メートル追加するのに役立つはずです。しかし、50%大きくするためには、100%賢くならなければなりません。

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