2019.07.26(金)

ドローンの仕組みが知りたい!!空を自由に飛び回る原理について解説

ドローンの仕組みが知りたい!!空を自由に飛び回る原理について解説

最近ドローンを見かけることが多くなりました。お出かけ先で空撮をしてる人を見かけたり、自由に飛ばして遊んでる人を見ることもあるのではないでしょうか。また、人によってはドローンを用いたレースをおこなっていることもあります。

様々な楽しみ方があるドローンですが、そもそもドローンはどんな仕組みで飛んでいるものなのでしょうか。この記事ではドローンの仕組みについて解説していきます。

ドローンの仕組み【動力について】

ドローンの動力は基本的にはバッテリーでまかなわれています。使われているバッテリーの名称は「リポバッテリー」というものです。正式名称はリチウムポリマーバッテリーといいます。

リポバッテリーは非常に高性能なバッテリーで、高いエネルギーを小さな密度に収めているため、ドローンの軽量化につながっています。また、最近ではリポバッテリーが安価で入手できることもあって、トイドローンなどにも広く利用されるようになっています。

しかしこのような高性能なバッテリーは爆発事故の危険性が非常に高いです。ドローンが爆発してしまうと、墜落事故から火災につながることもあるかもしれません。

通常スマートフォンなどの電子機器で使われるようなバッテリーは過充電にならないように安全制御装置が働くようになっています。しかし、ほとんどのリポバッテリーには安全制御装置がついていません。

そのため、充電をする際には目視で充電状況を確認しながらおこなうようにしましょう。また、充電が満タンの状態で保管するのも危険です。気温が上昇してバッテリーが温かくなると、バッテリーが化学反応をおこして過充電になってしまうからです。

ほかにも、リボバッテリーは外部の衝撃で爆発をおこす危険性もあります。ドローンが物に衝突したり落下した場合には注意が必要です。その場では爆発しなくても、時間差で発火・爆発する場合もあるかもしれません。バッテリーが膨らんでいるといった異常をおこしていたら使用をさけるようにしましょう。

ドローンの仕組みの基本となるバッテリーについて解説してきましたが、ドローンの飛行にはプロペラの機能が欠かせません。次の章ではプロペラの仕組みついて解説していきます。

ドローンの仕組み【プロペラの数】

ドローンの仕組みの中でもっとも重要といえるのがプロペラです。ドローンはプロペラで「揚力」を生み出すことで飛行しています。飛行機の翼でもそうですが、翼に空気が流れると翼の上側と下側に圧力の差が発生します。

下側の方は空気の流れが遅く、空気の圧力が高くなるようになっています。それによって下側から上にむかって圧力で押し上げられる力が働き、「揚力」を生み出すようになっています。ドローンは仕組みとしてプロペラを高速回転させることで圧力の差をおこして「揚力」を得ています。

通常ドローンは4枚・6枚・8枚といった、偶数枚のプロペラが使われています。奇数のプロペラが採用されないのは、プロペラを回すときに反トルクという力が発生してしまうからです。この反トルクというものはプロペラの回転方向とは真逆の方向に働く力です。

この力が働くと機体が安定せず、事故の危険性が高まります。その反トルクを抑えるためには、隣り合ったプロペラを反対方向に回して力を相殺させる必要があります。そのためドローンのプロペラは偶数になっています。

ドローンのプロペラについて解説してきましたが、同じようにプロペラで飛行するヘリとはどういう違いがあるのかと思う方もいるでしょう。次の章では、ヘリとドローンの違いについて解説していきます。

ドローンの仕組みが知りたい!!空を自由に飛び回る原理について解説

ドローンの仕組み【ヘリとの違い】

ドローンと違い、ヘリはひとつのローター・プロペラで「揚力」を得ています。しかし、そうなるとひとつ問題が発生します。プロペラがひとつだと、ドローンのように反トルクを抑えることができず、機体を安定させることができません。

この問題の対策のために、ヘリの機体の後方にはテールローターというものがつけられています。プロペラの反対方向に力を発生させることで、力を打ち消しあい、機体を安定させることができます。結果、プロペラがひとつでも飛行することが可能になります。

また、操縦面でも大きな違いがあります。ドローンの操縦にはGPS機能・加速度センサー・電子コンパスなどの、操縦を補助する機能がついています。しかしヘリは基本的にはすべて自分で操縦しなくてはなりません。そのため、ドローンにくらべてより高い技術が必要になるのです。

ドローンの仕組みはヘリにくらべるとシンプルで扱いやすいようになっています。次の章では具体的にドローンの動きはどういう原理でおこなわれているか仕組みについて解説していきます。

ドローンの仕組み【移動できる理由】

ドローンは前後のプロペラの揚力の差で前後移動をおこなうことができます。例えば前方のプロペラの動きを遅くして、後方のプロペラの動きを速くします。そうすると、後方のプロペラの揚力が高まります。

そのため機体の後方が持ち上がり、機体は前方に傾き前進する仕組みになっています。この仕組みは「エレベーター」と呼ばれています。

左右移動をするときもほぼ同じ仕組みで、プロペラの回転数を制御して移動したい方向に機体を傾けます。この左右移動は「エルロン」と呼ばれています。

移動に関するドローンの仕組みはこのプロペラの回転数によるシンプルな仕組みとなっています。前後移動のエレベーター、左右移動のエルロン、そして次の章で紹介する「ラダー」はドローン操縦の基本といえるでしょう。

ドローンの仕組み【旋回できる理由】

ドローンの隣り合うプロペラは反トルクを打ち消すために、お互いの逆方向に回転しています。そして、対角線上にあるプロペラはお互いに同じ方向に回転しています。

旋回をする際は、対角線上にある同じ方向に回転しているプロペラの回転数をあげます。これによってドローン全体に高速になったプロペラの方向に回る力が働き、旋回することができるのです。この旋回操作のことを、「ラダー」といいます。

これまではドローンの仕組みについて解説してきましたが、ドローンの中にはFPVドローンという特殊な機体が存在します。とくにFPVドローンを用いたレースをする場合は、レース用のドローンに使われる特殊な電波についても知っておかなければなりません。次の章ではFPVドローンの仕組みについて解説していきます。

ドローンの仕組みが知りたい!!空を自由に飛び回る原理について解説

FPVの仕組みと周波数の種類について

FPVドローンというものについて、聞き馴染みがない方もいらっしゃることでしょう。FPVとは「First Person View」、つまり一人称視点の略称です。

FPVドローンとは、ドローンに搭載されたカメラからの一人称の映像を楽しみながら飛行を楽しめるドローンのことです。空撮カメラの視点から見える風景はまるで空を飛んでいるような感覚で、高い臨場感を味わうことができるでしょう。

FPVドローンの仕組みは、ドローン内に搭載されている送信機(VTX)から、受信機(VRX)で操縦者のもとへリアルタイムに送信されるというものです。送信された映像はタブレットなどを使って映し出したり、専用のゴーグルを使用して見ることができます。

FPVドローンからの映像は、5.8Ghz帯という周波帯によって送受信がおこなわれるのが一般的です。この電波は非常に強力で、通常の電波帯にくらべてほかの機器からの電波干渉をうけづらいものになります。

しかし、この周波帯を使うにはアマチュア無線技士(4級以上)、もしくは陸上特殊無線技士(3級以上)が必要になる点には注意しなければなりません。また、この資格を持ったうえで、ドローンが発する電波に対して無線局開局の登録申請をおこなう必要があります。

昨今では資格や申請のいらない2.4Ghz帯にデジタル変換した映像を送ることができるFPVドローンも増えていますが、このタイプは映像の遅延があるのが欠点です。5.8Ghzのままで変換をせずに映像が送受信できれば、ほぼリアルタイムで安定した映像を見ることができるため、レース用途では必須の電波となっています。

もしプロペラが破損したらどうなるのか

ドローンが飛ぶ仕組みプロペラの回転によって制御をおこなうというものです。では、この大事なプロペラが破損してしまった場合、ドローンはいったいどうなってしまうのでしょうか。

プロペラが破損してしまうと、反トルクの打ち消しあいによるバランスが崩れ、当然ながら墜落の危険性が高まります。4枚羽のドローンであれば、ひとつのプロペラが破損するだけで反トルクのバランスは完全に崩壊してしまうでしょう。

ヘリに関しても、プロペラが破損した際には墜落の危険性が大きく高まります。しかし、ヘリにはプロペラが破損したときのための機能として「オートローテーション」というものがあります。

これは、プロペラが故障したときにテールローターの傾きを小さくして、揚力を得る技術です。この技術を使うことで、プロペラが止まってしまった場合でも安全に着陸をおこなうことができます。しかしこの技術、ドローンは仕組み上応用することができません。

ドローンは飛行中に破損のトラブルが起きても、リカバリーすることができません。墜落事故を避けるためにも、ドローンについて理解を深める必要があります。しかしドローンには専門的な知識も多く、独学で学ぶのは困難です。

そんな方におすすめなのがドローンスクールで学ぶことです。次の章ではドローンスクールについて解説していきます。

ドローンを安全に飛ばす知識と技術を身につけよう

安全なドローンの操縦には相応の知識と技術が必要になります。200g以上のドローンの飛行には航空法で様々な規制がかけられています。また、航空法以外にもドローンに関して制限を設けている法律は数多くあり、基本的にはそれらすべてに違反しない状況でドローンを使用しなければなりません。

ドローンスクールでは、こうした法律の知識に関して講師から直接教わることができます。また、操縦技術に関しても各スクールにある専用の練習場でしっかりと身につけることができます。

操縦は講師の方からアドバイスをもらいながら練習できるので、上達の近道になるでしょう。また、ドローンスクールに通うメリットとして資格取得ができるメリットがあります。

先ほど述べた航空法などの規制は、国土交通省などへ申請すれば飛行可能になる場合があります。その申請の際に資格を提示することで知識と技術の証明になり、申請が通りやすくなります。また、ドローンをビジネスに活用する際にも、資格によって知識と技術を企業へアピールすることができるでしょう。

このように、ドローンを本気で取り組みたい人に必要なものをドローンスクールで手に入れることができます。ドローンの仕組みを詳しく知るためにも、ぜひドローンスクールの講習をうけてみてはいかがでしょうか。

ドローンの仕組みが知りたい!!空を自由に飛び回る原理について解説

まとめ

ドローンが飛ぶ仕組みは、軽量ながらも強力なバッテリーと、偶数枚のプロペラによる揚力によるものです。ドローンは何気なく飛んでいるように見えますが、複数のプロペラによる微妙なバランスでその姿勢を保っています。

そのため、ひとつでもプロペラが破損すれば、そのままリカバリーもできずに墜落してしまうことでしょう。それを避けるためにも、安全に飛行させる技術を持っておかなければなりません。

ドローンスクールでは講師の方から実践的な操縦の技術を学ぶことができるほか、電波法や、ドローンに関する規制などの知識を得ることもできます。ぜひ一度、受講を検討してみてはいかがでしょうか。

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