ドローン

ドローン開発事例

ドローンは新たなモビリティとして、関連するサービスやソリューションが次々と生まれており、商用ドローン市場は今後急速な成長が予想されています。

現在ドローンはおもに空撮や施設点検・測量などの分野で活用されていますが、今後さまざまな用途での活躍が見込まれており、さらに市場は成長していくと予想されています。そのため、SOLIZEは、機体のコンフィグレーション(形式やサイズ)が用途に合わせて発展していくと考えています。

しかしドローン開発の現状は、海外ドローンメーカーの勢力が強く、日本固有の技術を活かした国産ドローン開発は、まだ一部のメーカーやベンチャー企業で試みられている段階です。

SOLIZEドローン

開発の狙い

今後ドローンは、さまざまな用途での活用が期待されます。用途に合わせてカメラや荷物などの積載物の形状や重量は多様になり、要求される航続距離や滞空時間もまた多様になります。そのため、これらすべての用途に一つのドローンで応えることは大変困難です。

よりさまざまな用途でドローンを活用するには、用途に合わせたドローンを以下の視点で迅速にバリエーション設計することが重要です。

  1. 航続距離や滞空時間、また、機体重量やペイロードの大小などの要求性能による、モーター、ローター、バッテリーなどの基本コンポーネント構成、およびそれらを搭載する機体構造のバリエーション設計
  2. 機体のカーゴスペースや、カメラなどを固定する各種ブラケットに対応する機体側のインターフェース部分のバリエーション設計

これにより、機体の大きさや構造の変化に対応したドローンのバリエーション設計が可能になります。

ペイロードや上昇率、航続距離や滞空時間に合わせたドローン設計技術の構築

SOLIZEのDigital-Driven Engineering®

SOLIZEはデジタルエンジニアリングのパイオニアとして、【①3D CADエンジニアリング】【②CAEエンジニアリング】【③MBDエンジニアリング】【④3Dプリンティングエンジニアリング】の各領域のデジタルものづくり技術を組み合わせ、お客さまに貢献します。

デジタルものづくり技術を組み合わせたサービスを、Digital-Driven Engineering(デジタルドリブンエンジニアリング)と呼称しています。

各領域のデジタルものづくり技術を組み合わせ、お客さまに貢献します

Digital-Driven Engineering

Digital-Driven Engineeringによるドローン開発では、以下に取り組んでいます。

  1. さまざまな用途に対応するドローンをバリエーション設計して迅速に3Dプリントし、量産可能な設計開発・生産技術を構築する。
  2. 機体の重量や剛性など複数の検討要件をデジタルシミュレーションし、最適化する。
  3. 実機検証では3Dプリンターを活用し、迅速かつハイサイクルなトライ&エラーを実施することで、開発をスパイラルアップする。

Digital-Driven Engineeringによるドローン開発のプロセス

  
STEP 1

基本設計:レイアウト定義・境界条件定義

想定される使用環境や製品に求める性能を定義します。さらに既存品のベンチマークなどを通してターゲットモデルを想定します。
これらの検討から、最適化解析で入力する複数ケースの入力条件・拘束条件・最適化における目標値を設定します。

上向き、ねじり(同軸・内向き・横倒し)の入力を想定
STEP 2

設計領域定義

最適化解析の設計領域定義では、構造部材を最適に残す設計領域と、基盤やケーブルなどのレイアウトから構造部材が存在できない設計領域を定義します。この定義された設計領域を使用し、最適化解析を進めていきます。

STEP 3

トポロジー最適化の実行

はじめにトポロジー最適化解析を実行し、目標値を満たしつつ、軽量化や剛性向上などにつながる形状を導出します。解析は複数回実行され、徐々に最適な形状へと進化していきます。これにより製品の骨格が決定されます。

STEP 4

形状最適化の実行

つづいて形状最適化解析を実行し、製造要件を満たしつつ設定した目標値から、さらなる軽量化や剛性向上などを実現し、目的とする性能を限界まで高めます。

STEP 5

流体解析(CFD)による空力性能の確認

最適化解析だけでなく、出力された形状に対して流体解析も行います。流体解析では、形状による空力特性への影響や、飛行性能への影響などを確認します。

STEP 6

製品データ化

解析結果はそのままでは3Dプリンティングできません。3D CADを用いて設計要件を反映し、3Dプリント可能なデータに仕上げていきます。

STEP 7

3Dプリンティング

完成した3D CADデータを3Dプリンターに送信し、造形を開始します。
3Dプリンター内では、まずローラーが粉末を敷き、つづいて特殊な2種類のインクを噴射します。インク部分のみがフュージングランプの熱により溶けて固まり、造形されます。
造形完了後は、粉末の中から造形品を取り出し、造形品の周りに付着した余分な粉末をエアーで吹き飛ばします。
ブラスト処理を入念に行い、スプレーでの塗装を施し、完成です。

フライトモデル

今回の開発で完成したモデルは、フライトコントロールシステムやバッテリーなどを空力的に有利なフェアリングでカバーし、積載物を搭載するカーゴスペースは別体構造としました。また、フレームは最適化解析手法を洗練させ、さらなる軽量化を実現しています。

実際の用途に耐えるスペックの機体開発を行い、実機テストも実施しています。

完成したデジタルデータ
完成したプロトタイプ
フライトテスト

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