【短時間でスッキリ!】ドローンが飛ぶ・前進・ホバリングする仕組みを簡単にわかるように解説した。

2020年10月25日

この記事では

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  • ドローンが飛ぶ仕組みを短時間でわかりたい!
  • ドローンってどうやって前進してるの?
  • ドローンなんで安定してホバリングできるの?

という疑問に答えます。

 

この記事では、ドローンが飛ぶ仕組みと前進・ホバリングできる仕組みを子供に教えるかのごとくわかりやすく解説していきます。

また、ドローンにそのプロペラが複数枚付いている理由や、ドローンの機体自体が回転しない理由についても解説していきたいと思います。

なお、この記事とほぼ同じ内容を動画でもお話ししていますので、お好きなほうでご覧ください。

ドローンが飛ぶ仕組みとは

ドローンが飛ぶ仕組みはヘリコプターと同じで揚力という力を使っています。

揚力はプロペラを回すことで機体に対して上向きに働く力のことです。

これによって、ドローンやヘリコプターは飛んでいます。

今回は、プロペラをぶんぶん回すとなぜ揚力は発生するのかについては割愛して、ドローンの特徴に迫っていきます。
(知りたい人はググってみてください。)

ドローンにプロペラが複数枚ついている理由

close up photography of drone flying over body of water at daytime

では早速ドローンの仕組みについてお話していきます。

ドローンのプロペラが複数ついている理由をお話していこうと思うのですが、 一口にドローンと言っても様々な種類があります。

プロペラが1つのものや、プロペラ付いてない羽ドローンもあります。

ですので、今回は、みなさんがよく見るであろう、プロペラが複数枚ついているドローンに限ってお話していきます。

ドローンになぜプロペラが複数ついてるかと言うと

CHECK

安定してドローンを飛ばすため

なんです。

ドローンがすごいと言われている大きな理由が、空中で安定して止まることができたり、俊敏に動くことが出来るという操作の安定性です。

それができるために、綺麗な写真や映像を撮影することが可能になっています。

ドローンが前進する仕組み

そんな風に安定した操作が実現できているのは、プロペラが複数付いているということが大きな要因になっています。

では、なぜプロペラが複数付いてたら安定するのでしょうか。

ここでヘリコプターを想像してみてください。 ヘリコプターはプロペラが1個ついています。

そして、ヘリコプターが前後左右に移動するためには、そのプロペラを進みたい方向に向ける必要があります。

プロペラは向いている方向に推進力を生み出しますので、前に進むとしたら前に傾ける必要があるのです。

 

話をドローンに戻すと、このプロペラの向きを変えるというのはドローンも同じで、進みたい方向に機体を向ける必要があります。

ですが、のように進みたい方向に1個のプロペラを向けるという動作は、なかなか手間がかかるものなんです。

というのもドローンは小さいので、ヘリコプターと違って風の影響を大きく受けます。

風は吹く速度や向きが、目まぐるしく変わるものですよね。

 

そして、風がドローンに当たった場合、風に流される分だけ逆方向に機体を移動させて、元の場所をキープする必要があります。

風が吹く度に、その方向にプロペラを向けていたのでは、操作が安定せず操縦者の難易度も上がってしまうのです。

つまり、

プロペラが1つだけという設計は、小さい機体のドローンでは操作が安定しない

ということです。 そして、その対策としてプロペラを複数枚に増やしました。

複数枚に増やすことでどうなったかと言うと、

機体を移動させるのに、プロペラの向きではなくプロペラの回転数を変化させることによりコントロールできる

ようになりました。

どういうことかというと、例えば4つプロペラが付いているドローンがあるとします。

そして、そのドローンが前に進みたいとなったとすると、前側にある2つのプロペラの回転数を落とすのです。

 

そうすると、前側の機体が落ちていきますので、機体が前側に傾いていきます。

それはイコール、

推進力が前に生まれるということなので、前方に進んでいく

ということになります。

このように、進みたい方向のプロペラの回転力を落とすことで、そっち方向に機体を傾けることができ、進むことが可能になっているということです。

プロペラの向きを変えるのと違って、プロペラの回転数を変えるのは簡単です。

その結果、機体のコントロールがしやすくなったので、風の影響を受けやすいドローンでも安定した操作が実現できるようになっているのです。

どのように安定してホバリングしているのか

shallow focus photography of quadcopter

では次は、どのようにホバリングをしており、自分自身の機体が回転しないようにしているのかについてお話していきます。

まず、自分自身の機体が回転してしまう、という問題があることを知ってましたか?

物体につけたプロペラを回転させた場合、自分自身がプロペラの向きと反対方向の力を受けて、回転してしまうのです。

ヘリコプターの場合、自分自身が回転してしまうことを防ぐために、尻尾みたいなところにもう1個ちっちゃいプロペラがついてますよね。

あれで自分自身が回転しないように制御してるんですね。

では、ドローンはどうやって自分自身が回転してしまわないようにしているのでしょうか。

実は、

CHECK

プロペラの回転を一方向にしない

ということでこの問題を回避しています。

つまりどういうことかと言うと、ドローンは複数枚プロペラがあるので

CHECK

時計回りのプロペラだけにするんじゃなくて反時計回りのプロペラも同じ量だけ入れる

と、 時計回りの回転力と反時計回りの回転力が相殺しあって、その機体自体には回転力が生まれないようにしているということです。

それでは、最後までご覧いただきありがとうございました!

他にも物の仕組みについての記事をまとめていますので、気になる方はどうぞ。

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2020年10月25日

Posted by ぺりそん