デコパネＶ－２２オスプレイ 浮上
固定ピッチのツインコプターをベースとした小さなオスプレイを作ってみました。
回転翼モードでの機体制御にはマルチコプター用６軸ジャイロユニットを使用。
「Ｈｏｂｂｙｋｉｎｇ ＫＫ２．０ Ｍｕｌｔｉ－ｒｏｔｏｒ ＬＣＤ Ｆｌｉｇｈｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｂｏａrd」
マルチコプターは初めてですが、トルクロールの師匠yasuo840さんがツインも含め多数製作されていてアドバイスを頂きました。
「回転翼モード⇔固定翼モード」の転換が構造的にも制御的にも難しく問題山積みでしたが、どうにか完成が見えてきました。
ツインコプターは主にチルト軸と重心の距離を利用してエレベーター軸モーメントを生み出しますが、オスプレイのスケール機ではこの距離を稼ぐ事が難しく、制御を邪魔する慣性モーメントや空力モーメントも大きく、サイクリックピッチコントロール無しではエレベーター軸の制御が不安定になる事が予想されました。
またモード転換についてもサイクリック無しでは転換中に効果的な操縦が効かず不安定になる事が予想されます。
ナセルチルトは操舵も含め１５０度ほどの動作角が必要ですがホバリングに使うのはその１／４程なので、ジャイロ制御に必要な分解能が得られるかどうかも不明。
まあ単純な機体だしコントロールボード以外は手持ちの機材で行けそうだったので、とにかく作ってデータを取る事に。
例によってフリーの３Ｄｃａｄで画を描きましたが、斜めパネルやチルトメカの構想、ユニット毎の重心確認など、こういう機体では３Ｄｃａｄは便利。
可動部分、強度構造部分はチルト機構周りに集中していますが、１５０度ほどの動作角を確保しつつ精度も必要で、主翼は曲げ、捻じれ剛性が求められます。
サーボは搭載スペースと重量バランスを考えナセルに搭載。
ＦｒｅｅＷｉｎｇの９ｇクラス、引込脚用１２０度動作タイプの物ですが最大１７０度ほど動作するのでリンク比は１：１。
チルト軸と軸受けはステンレス丸棒とアルミパイプ、主翼桁は５ｍｍ厚ヒノキ材、接合部はカーボン＆和紙補強。
まず最低限の部品をセロハンテープで留めてホバリングを試してみましたが、フラつきながらもあっさり浮上。
セルフレベリングモード（加速度センサーＯＮの６軸制御）ではホバリングのフラつきが１／３程になるので迷わずＯＮ。
予想通りピッチ方向の制御が不安定だったため、主翼桁を作り直しチルト軸位置を１０ｍｍほど上へ移動したところ少し改善し、ゲインを上げることが出来ました。
(フラッペロンと軸芯のズレが大きくなりリンケージが少し複雑に）
回転翼モードではフラッペロンを降ろすとペラ後流の邪魔にならず推力効率が上がりますが、これがけっこうなピッチダウンモーメントを発生し重心位置を変更しなければならないので要注意。
（舵面取り付け前はチルト軸を手で持って持ち上げたのと同じ姿勢でホバリング）
左右重心位置は多少狂っていても自動補正されますが、前後重心位置はホバリング姿勢に直結します。
フラッペロンによるピッチダウンモーメントはさらに後退推力を発生させるのでスロットルからエレベーターへ補正ミキシング。
さてここからが大変。
ＫＫ２．０コントロールボードが届いてみて分かったのですが、期待していたリモートゲイン機能は現行Ｖ１．２ファームウェアでは非対応。
固定翼モードでは制御方向もジャイロ感度も全く異なるので仕方なくＢプランへ、タミヤのマイクロスイッチを４つ並べてサーボで各ｃｈの信号線を物理的に受信機直結に切り替える事に。
プロポ内のモード切り替えとマイクロスイッチ切り替えに微妙な時間差があり、受信機直結時にプロポでミキシングしてしまうとモード切り替え時の信号位置が大きくズレてしまうので、ＧＷＳのサーボミキサーを２つ使用。
ＥＳＣからのＢＥＣ電源はそれぞれ１Ａしかないので、チルトサーボのみ別系統にして電力を独立供給。
という訳でメカ配線は少々面倒な事になってます。
重量増もスイッチ、ミキサー、サーボ等で３０ｇほど、リモートゲイン機能さえあればと思いますが仕方ありません。
サーボミキサーでは最終出力ｃｈのリミットが直接設定できず、スロットル＋操舵でＥＳＣｃｈに過大入力が入りＥＳＣのフルハイポイントが自動修正されてしまうので、９Ｘの機能を使ってスロットル＋操舵で操作量に応じてスロットルｃｈを絞るよう設定。
サーボによるマイクロスイッチ切り替えとプロポのモード切り替えの間の僅かな時間差を無くすためモード切り替えに０．４秒のディレイを掛けましたが、標準機能の０．５秒刻みでは調整しきれないのでディレイを掛けた空きｃｈに仮想スイッチを設定し０．００５秒刻みで設定。
固定翼モードから回転翼モードへの転換でジャイロ制御された出力信号に機械的に切り替えると、作動を続けていたヘッドロック制御のニュートラルがズレている事になるので、これも上記ディレイ設定同様にしてスイッチ操作に連動し自動的に０．１秒間ほど最スローにして一瞬待機モードに入れ、ヘッドロック制御を初期化。
このとき十分に減速してからジャイロ制御を開始しないと尾翼エレベーターとジャイロ制御が喧嘩すると思われるので、チルト軸を立ててジャイロ制御をＯＦＦにした転換モードを設定。
プロポ設定は、制御が全く異なる飛行機１機、ツインコプター１機、中間一機のデータを飛行中に切り替えるような状態なので、カスタム９Ｘの強力なミキシング機能が威力を発揮。
機体の制御系統は複雑に変化しますが操縦は普通のヘリ、飛行機と同様の操作で可能となりました。
（実機と違い回転翼モードでスロットルが逆になる事もありません）
あと主翼は取り外せるので格納状態も再現可能？
今のところテストは室内ホバリングまで。
安定性は現状だと出来の悪いヘリくらいですが、ジャイロのセッティングでまだまだ改善出来そう。
実機同様ダウンウォッシュが強いようで、ペラ直径は１８ｃｍですが１ｍ位まで上昇しないと地面効果の乱気流で安定しませんが、地面効果圏を抜ければピタホバ出来ます。
調整が甘いとけっこうなスピードで流されるので固定翼機モードへの転換に必要な速度まで加速するのは難しくないと思われますが、問題は減速側でしょうか。
ペラ径が小さ目なので実機と違い固定翼モードでの着陸も可能となっています。
固定翼モードでの重心は、主翼前縁長で調整出来なければチルト軸位置を修正する事になるでしょう。
高翼低重心の反転双発機なので空力安定性が良く翼端失速にも強いはずですが翼面荷重は実機同様かなり高め、胴体揚力に期待。
機体をなるべく壊さないよう、上空テストをどのように進めるかが悩み所です。
今回はモード転換を欲張って難しくなってますが、回転翼モードのみと割り切って背高＆短胴のチョロＱスタイルにディフォルメすれば製作も簡単でツインコプターとしての飛行性能も上がるのでそちらの方が楽しいかもしれません。
縦にしてＣＨ－４６、４７等の前後タンデムヘリを再現しても面白そうだし、ツインコプターはスケール機にいろいろ応用が利きそう。
動力ユニットが２つとサーボ２つで良いので、可動部さえ自作すれば費用も安く済みます。
デコパネオスプレイデータ
スケール ： １／３５
全長 ： ５００ｍｍ
全幅 ： ４４０ｍｍ
翼幅 ： ３７６ｍｍ（ナセル除く）
軸間 ： ４１２ｍｍ
主翼面積 ： ２２９．３６ｃｍ２
飛行重量 ： ４２０ｇ（現状）
翼面荷重 ： １．８３ｇ／ｃｍ２
モーター： ＴＵＲＮＩＧＹ２７３０（１５００ＫＶ） ×２発
ペラ ： ホビキン、パチＧＷＳ ７×３．５ カウンターローテーション
ＥＳＣ ： ホビキン１５Ａ ×２
リポ ： ハイペリ３セル８５０ｍａｈ２５Ｃ ×1
サーボ ： ＦｒｅｅＷｉｎｇ１２０度動作×２（ＫＫｈｏｂｂｙ）、ＨＸＴ５００×１、ホビキン４．３ｇ×１
フライトコントローラー ： 「Ｈｏｂｂｙｋｉｎｇ ＫＫ２．０ Ｍｕｌｔｉ－ｒｏｔｏｒ ＬＣＤ Ｆｌｉｇｈｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｂｏａrd」
最大静止推力左右計７５０ｇ
（各１３０００ｒｐｍ、左右計１６Ａ）
ＫＫ２．０購入時は受信機接続用の両オスケーブルもお忘れなく。
受信機は普通の５ｃｈ以上の物でＯＫですが、ＣＰＰＭ機能対応のコレ等を使うと全８ｃｈを使って全ての機能が使える上にＫＫ２．０基板との接続もケーブル１本でＯＫ、受信機自体も小型軽量。
追記：
現在はフライトコントローラーのファームウェアを改良版ＯｐｅｎＡｅｒｏ２に書き換え、４．３ｇサーボ、マイクロスイッチ、サーボミキサーは不要になっています。
