誘導損失最小のプロペラ設計プログラム作ってみた

ちょっと前になりますが、「流体機械工学」という本に出ていた設計法でのプログラムをExcelで作りました。

一般運動量理論と翼素理論によるプロペラ設計

この設計法はいわゆるAdkins &Liebeckの設計手法であり、式の導出に問題があるようです。ほとんど誤差が出ないにしても気持ちが良いものではないです。式が複雑になる上に後発の論文なのでAdkins Liebeckの手法の方が格が上に見えますが、今回作ったLarrabeeの手法の方が精度が高いようです。

そこで、今回はこのAdkins &Liebeckの手法ではなく、Larrabeeの手法の設計プログラムを作ってみました。ただし、上と異なって、任意の飛行条件での性能計算は実装していません。

Larrabeeの手法の中身をブラックボックス化しないために数式が読みやすいMatlab(系)で作っているのであって、簡単に設計するのであれば信頼性のあるXROTORを使うのがオススメです。

公開場所

プログラムソースを置く場所としてGithubというのがどうやら流行っているということでGithub上にリポジトリを作りました。

https://github.com/ina111/Larrabee

ダウンロードもすぐにできるし、ソースもブラウザから見られるので便利かと思います。自分は複数PCで開発したい人なので自分にとっても便利でした。Githubなので共同開発みたいなこともやろうと思えば簡単です。

この矢印のZIPボタンからソースを落とせます。

雑記

Simple-Larrabeeフォルダの中身は参考にしている論文読み始めて1日で作りました。参考論文の中身の機能としては揃っています。その後、1週間ぐらいかけてゆっくりXFLR5の解析データから情報を読み込む部分や解析データから必要なデータを補間する部分を作りました。主にGithubに慣れるのに時間がかかったり、CADとの連携をどうしようか思案してプロトタイプを作ったりで時間がかかりました。一通り出来たと思うので完成としました。

Excelで開発した方が多くの人に使ってもらえるだろうけど、Matlab(Octave)だと行列演算が式の見た目通り書けること、積分や補間が非常に簡単で開発にかかる時間が減らせるという理由でOctaveで作りました。

Matlabのようなスクリプト系の言語だと1つのファイルにソースをまとめる人が多いようです。しかし、機能別にサブルーチンにして最上流のファイルでコメントアウトによってサブルーチンのスイッチにする形が好きなので、このような構成にしてみました。

使い方

Githubの方に書いているのでそちらを見るのがいいです。

ソースを自分のフォルダの中に適当に入れて、Octaveを起動します。Larrabee.mのあるところまで作業ディレクトリを移動して、

Larrabee

と入れるとresultフォルダに計算結果が出てきます。

Larrabee.mの中を覗いてやるといくつかのサブルーチンが見えます。”Larrabee_input”と”Larrabee_airfoil_ini”の中身を弄って設定値を変えることで任意の状態の誘導損失最小のプロペラが設計出来ます。

“Larrabee_airfoil_ini”の代わりに”Larrabee_airfoil”を有効にするとCd(抗力係数)とα(迎え角)がCl(揚力係数)とレイノルズ数によっても求まります。ただし、エラーが出やすいことと、プロペラの翼型解析に置いてはXFLR5(XFOIL)の値を信じるのは良くないとは言われているためにデフォルトではコメントアウトしています。

参考になるもの

Larrabee.E.,”Practical Design of Minimum Induced Loss Propellers,”SAE Technical Paper 790585, 1979

作ったプログラムの参考にしたものはこれです。他にも同じような内容の論文をネット上にもありました。

Design of Propellers for Motorsoarers(PDF注意)

著者のE.E.Larrabee先生はMITの教授で”Mr Propeller”と呼ばれ、この論文の内容を生かしてGossamer Albatrossの設計にも携わったようです。

Larrabee先生が亡くなった時の記事

Togetter

http://togetter.com/li/301414

低レイノルズ数でのプロペラ設計の論文も出されている原田さんのTwitterも非常に参考になります。Togetterにまとめてみました。

その他

手前味噌ではありますが、ちょっと前からプロペラに興味を持って、既存のツールの使い方の解説を書いたりしていました。

プロペラ・風車の設計解析ソフトXROTORの使い方

XROTORがフリーソフトになってたのでUbuntu上で動かしてみた

QPROP(QMIL)の使い方

 動画

Larrabee先生も携わったGossamer albatrossとalbatrossの前に作られたGossamer condorの動画は非常に面白いです。

ブログ移転しました

今までのはてブからレンタルサーバーを借りてWordpressでのブログに変えてみました。

特に深い意味があったわけではないのですが、

  1. ブログを自由に弄りたかった
  2. 消費者としてはネット漬けだけど、使っている感じを得たいと思った。

ちょこっといじってみた感想としては既存のブログサービスってすごく優れている。使いやすく、そこそこ自由にいじれるようになっている。

WordPressは簡単な方らしいけど、それでもカスタマイズしようと思うと面倒くささのためにそこまでやる気が起きない。それでも少しづつ改良することが楽しみでお金払ってまでレンタルサーバでのブログにしたのでいじっていこうと思います。

少なくても1年はこのブログでやっていきます。アクセス少なくなるだろうけどよろしくお願いします。

 使用環境

レンタルサーバ:ロリポップ

ドメイン:ムームードメイン

CMS:WordPress

WordPressテーマ:デフォルトのものから隙間を少なくするようにstyle.cssをいじった

WordPressプラグイン:たくさんいれすぎてわかんない笑

 

2012年3月CREATE大島での打ち上げ

研究室のタスクがそこそこあって、就職活動などしていて久々の更新。

3月18日に伊豆大島の裏砂漠で所属しているロケットサークルCREATEの打ち上げを行って来ました。

CREATEという名前で活動し始めてから3機目の打ち上げでした。

1機目は2011年の6月に打ち上げ、パラシュート分離が動かず弾道飛行で大破、

2機目は2011年の8月に打ち上げ、こんな感じでした

今回の打ち上げ

今回の打ち上げの目玉は

自作のハイブリッドロケットと缶サットの1サークル内での同時開発。

缶サット

缶サットは詳しくは以下のリンクのPDFにあります。

G-Sat2制作・運用報告書(Googleドキュメント上のPDF)

簡単に言うと中に無重力を作ろうという缶サット。

  • ロケットの放出から安定させるための機構
  • 展開式の翼
  • CFRPやレーザー加工されたアクリルを使った軽量構造
  • リアクションホイールでのロール方向の制御

が目玉な缶サットでした。

手前味噌ではあるけどすごい缶サットです。

ロケット

使用エンジンはHyperTEKのJ型のもの。

ロケットの方はCFRP(カーボン繊維強化複合材料)で主な部分は厚み0.4mmでネジ止めなど応力が集中的にかかる部分は厚み1.2mmでプリプレグから自作しました。

分離機構は新規設計で開発しようとしたが、信頼性のために実績のある分離機構を制作した。

結果

エンジ色の機体をランチャーにセット。

点火とランチャー離脱。

飛翔の頂点でG-Sat2を放出し、パラシュート展開

G-Sat2もキレイに放出され、分離。

ロケット内部の計器は構造を作らずにむき出しにしていたために、着陸の際に衝撃で壊れ、データ取れなかったが、それ以外はロケットエンジン・ロケット構造・缶サットが完璧な動作の打ち上げでした。

制作した全員が打ち上げに行けたわけではないが、伊豆大島からの帰りの船と一緒にメンバーで記念撮影

ロケット用センサーボードに部品実装してみた

電子工作ネタの進捗です。

以前MTM07にこっそり展示していたセンサボードですが、回路に不備があったのでRev.Bを発注した後、部品を実装してみました。

かっこ良くできたのでお気に入りです。

加速度センサとジャイロセンサのハンダ付けが難しく時間がかかりましたがホットエアーを使用して、その他は手ハンダで実装しました。

実装の後、TinyFeatherというオートパイロットシステムの一部として使えるようにという計画の下、Fenrirさんの秘密基地にお邪魔して火入れを行いました。

デバッグ用にコネクタを作って、Arduinoに繋げて動くかどうか試験を行なっています。

ひっくり返したり振ったりしてみると、それっぽい値は出ているので一安心です。

専攻内でポスター作ったらBluetoothキーボードもらった

このブログだけだと自分が何者かわかりにくいから、たまには学校でのこともネタにしてみる。

ブログではロケットだの飛行機だのって書いてるけど、大学院の専攻は機械加工をしています。

専攻内の修士の中間発表の機会があってポスター発表を行ったら賞状を頂けました。

賞状よりもBluetoothキーボードの方がうれしいとか思ってないです。笑