ドローンが飛ぶその仕組み「揚力」

ドローンの世界にようこそ、どうもこんにちは！
ドローンBusiness研究所ヒロユキです。

こちらのnoteでは、ドローンに関わる様々な情報を発信していきます。
どうぞ宜しくお願いいたします。

今回は、ドローン飛行の重要な要素である「揚力」についてお話しします。
ドローンの飛行を可能にする揚力の原理やその重要性について、詳しく解説していきます。

揚力とは

まず、揚力とは何でしょうか？
揚力は、ドローンが空中に浮遊する力を指します。
実際にドローンを飛行させるためには、ドローンの重量を支える揚力を発生させる必要があります。
揚力を生み出す原理は、空気の流れと密接な関係があります。

ドローンの揚力を生み出す主な要素は、ドローンのプロペラです。
プロペラ（ローター）が回転することで、その回転によって気流が発生します。

この回転で上図のようにプロペラの上下に風が流れることで、翼の上側と下側で圧力に差が生まれます。
プロペラの「下側」が「上側」より圧力が高くなり、その圧力は高いほうから低いほうへ移動します。
その圧力差で上に押し上げられる力が働くのです。

これが揚力の原理でありドローンが飛行可能となる仕組みです。

揚力を高めるには

では、その揚力を最大限に活用し飛行させるためには、どのようなことを理解しておけばいいのでしょうか。

揚力の発生には、いくつかの要素が関与します。
まずは、プロペラの回転速度や形状が重要です。

高速で回転するプロペラは、より多くの気流を発生させることができます。
また、プロペラの形状によっても揚力の発生効率が異なります。
効率的な揚力を生み出すためには、プロペラの適切な設計が必要です。
メーカー純正のプロペラは、機体の求める性能に応じた設計がされています。

この回転数の差ですが、図のように前方2つか後方2つのプロペラ回転数を下げることで揚力の強弱で機体の傾きが生まれ、ドローンは前後に移動させることができます。
ドローンは、この揚力、重力、推進力のバランスで自由に飛び回ることが可能なのです。

さらに、揚力には気圧も関与します。
空気の密度は、気温や高度によって変化します。
一般的に、高温や高度が高い場所では空気が薄く(密度が低く)なるため、揚力も減少します。
このため、飛行場所の高度や気象状況などドローンの飛行条件を考慮して揚力に変化があることを理解しておく必要があります。

注意するべきこと

揚力はドローンの安定な飛行に欠かせない要素です。
適切な揚力を発生させることで、ドローンは安定した浮遊状態や操縦性を維持することができます。
揚力の不足や過剰は、ドローンの飛行性能に悪影響を与える可能性があるため、注意が必要です。

ドローンのプロペラが作り出す吹きおろしの気流、ダウンウォッシュは地面近くでは、「地面効果」と言って、この気流が揚力を向上させます。
ですから本来の揚力（機体）の状態を見るためには、地面効果の影響を受けないよう地面から5m程度上昇した位置でホバリングし確認する事を推奨します。

正確な揚力の制御によって、ドローンは上昇、下降、方向転換などの操縦操作をスムーズに行うことができます。
揚力を理解する事は、ドローンの安定性と飛行性能を向上させるために欠かせません。

近年のドローンでは揚力の制御について自動で計算し、コントロールしてくれています。
最新のテクノロジーを活用したセンサーや制御システムで、機体の状態を把握し、揚力の制御を補助する役割を果たします。

また、風の影響も揚力に影響を与えるため、風の強さや方向に応じて揚力を調整する必要があります。

進行方向が風上の場合は、プロペラの上下の圧力差、即ち揚力が高まり飛行には有利です。
逆に風下に向かって飛行する際には揚力が低くなるためコントロールに注意が必要となります。

最後に

揚力はドローンの飛行において不可欠な要素であり、操縦者は揚力の制御を通じて安定性と操縦性を確保する必要があります。

機種に応じた損傷のないプロペラ利用や機体バランス、操縦技術の向上などによって、より効率的な揚力制御が出来るわけです。

安全かつスムーズな飛行を楽しむためには、揚力の理解と適切な操作が重要です。

それでは、またお会いしましょう！