JP2005242388A - Technical education system using flying object and flying object - Google Patents

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JP2005242388A
JP2005242388A JP2005135184A JP2005135184A JP2005242388A JP 2005242388 A JP2005242388 A JP 2005242388A JP 2005135184 A JP2005135184 A JP 2005135184A JP 2005135184 A JP2005135184 A JP 2005135184A JP 2005242388 A JP2005242388 A JP 2005242388A
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Toshiro Ito
利朗 伊藤
Katsuhisa Otsuta
勝久 大蔦
Masayuki Miyazaki
政行 宮崎
Hiroo Sakamoto
博夫 坂本
Shiro Tatsumi
四郎 辰巳
Giichi Ukai
義一 鵜飼
Seiji Sawatani
政治 澤谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a student with technical understanding at high level, by which active creation activity based on understanding of technology is made possible. <P>SOLUTION: This flying object has the following features. (1) The flying object consists of a lightweight sheet and lightweight aggregate, has face structure capable of maintaining its shape, (2) has a main plane having a positive or zero camper and a dihedral angle and a horizontal tail plane having a negative angle of elevation and (3) a tensile center of string for flying it as a kite is located in front of an aerodynamic center. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

難解とされる自然科学の技術分野において、学生に高いレベルの技術の理解を得させる技術教育システムと、それに用いる物理的機能教材に関するものである。   In the technical field of natural science, which is difficult to understand, it relates to a technical education system that allows students to gain a high level of understanding of technology and physical function materials used in the system.

教科書と教師による解説によるもの、またはそれに例題による演習を加えたものである。   Either textbooks and explanations by teachers, plus exercises by example.

学生の技術理解のレベルが、教科書の記載内容の受動的な理解に留まり、能動的な創作活動に結びつく高いレベルの技術理解を学生に与えることが困難であった。   The level of technical understanding of students was limited to passive understanding of the contents of textbooks, and it was difficult to give students a high level of technical understanding that led to active creative activities.

本発明は、従来の技術教育システムの前述の問題点を解決するためになされたものであって、技術の理解にもとづいた能動的な創作活動が可能な高いレベルの技術理解を学生に与えることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the conventional technical education system, and provides students with a high level of technical understanding that enables active creative activities based on technical understanding. With the goal.

また、本発明の飛翔体は、下記の特徴を有するものである。
(1)軽量のシートと軽量の骨材からなり、自形を維持できる面構造体であり、
(2)正または零のキャンパーを有し上反角を有する主翼と、負の迎角を有する水平尾翼とを有し、
(3)凧として飛行させるための糸の張力中心が、空力中心より前方に位置する飛翔体。
The flying object of the present invention has the following characteristics.
(1) It consists of a lightweight sheet and lightweight aggregate, and is a surface structure that can maintain its own shape,
(2) a main wing having a positive or zero camper and an upper angle, and a horizontal tail having a negative angle of attack;
(3) A flying object in which the center of tension of the yarn for flying as a kite is located in front of the aerodynamic center.

本発明の飛翔体は、飛翔体を用いた設計、製作、飛行実験の経験を通して、改良された飛翔体の創作活動を実践することができるので、流体力学の理解のレベルを、受動的な理解のレベルに留めず、創作活動という知的生産活動の可能なレベルに高めることができる。   The flying object of the present invention can practice improved flying object creation activities through experience of designing, manufacturing, and flight experiments using the flying object, so that the level of understanding of fluid dynamics can be passively understood. It can be raised to a level where the intellectual production activity of creative activity is possible.

参考例1.
1.本発明の参考例は、下記の教育過程を含んでいる。
(1) 教師による講義:
流体力学およびその基礎として必要な数学、力学を含む教育過程である。これらを既に学んだ学生に対しては、これらを省略してもよい。
(2) 計算機上でのシミュレーション学習:
流体力学特に航空機力学の基礎方程式にもとづき、飛行物体の例題を用いて飛行現象をシミュレートし、飛翔体の流体力学的機能を理解させる。
(3) 飛翔体の設計と製作:
講義およびシミュレーション学習で得た知識にもとづいて飛翔体を設計し、製作する。
(4) 飛翔体の飛行実験:
上記により製作した飛翔体を凧として飛行させる実験を行なう。凧としての飛行機能の改良を試みさせ、(3)項の設計、製作の過程を繰り返して飛行機能の最適化を学ぶ。
Reference Example 1
1. The reference example of the present invention includes the following educational process.
(1) Teacher lecture:
It is an educational process that includes fluid mechanics and the necessary mathematics and mechanics. You may omit these for students who have already learned these.
(2) Simulation learning on a computer:
Based on the basic equations of hydrodynamics, especially aircraft dynamics, the flight phenomenon is simulated using the example of the flying object, and the hydrodynamic function of the flying object is understood.
(3) Flying body design and production:
Design and produce flying objects based on the knowledge gained through lectures and simulation learning.
(4) Flight object flight experiment:
An experiment is conducted in which the flying object produced above is used as a kite. Try to improve the flight function as a kite, and learn the optimization of the flight function by repeating the design and production process in (3).

実施の形態1.
1.本発明の飛翔体の詳細
本発明の飛翔体の基本的特徴は以下の通りである。
(1) 軽量のシートと形量の骨材からなり、自形を維持できる面構造体。
(2) 主翼と水平尾翼を有する。
(3) 少なくとも主翼は上反角を有する。
(4) 水平尾翼は負の迎角を有する。
(5) 凧として飛行させる場合の糸の接続点は、空力中心より前方にある。糸目が複数の
場合は、糸目より下部の糸の延長点を空力中心より前方とする。
Embodiment 1 FIG.
1. Details of the flying object of the present invention The basic features of the flying object of the present invention are as follows.
(1) A surface structure consisting of a lightweight sheet and an aggregate of shape that can maintain its own shape.
(2) It has a main wing and a horizontal tail.
(3) At least the main wing has a dihedral angle.
(4) The horizontal tail has a negative angle of attack.
(5) The thread connection point for flying as a kite is ahead of the aerodynamic center. When there are a plurality of stitches, the extension point of the yarn below the stitch is set forward of the aerodynamic center.

従来の典型的な凧は、ピッチングの安定性を持たせるために負のキャンパー(軸に沿って下に凸な曲面)を持つ単一の面構造体であり、45°付近の迎え角を持つ。これに対して、本発明の教材に用いる飛翔体は正または零のキャンパーを持つ主翼と負の迎角を持つ水平尾翼を持ち、水平尾翼の負の迎角によってピッチングの安定性を持たせている。本飛翔体は、従来の凧に比べてはるかに小さい迎角を持ち、殆ど水平に層流条件で飛行する飛行機に近い飛翔体である。飛行機と異なる点は、飛行機が揚抗比を最小化して燃費を最小化しているのに対して、本飛翔体は糸に生じる大きな水平抗力が存在するため飛翔体自体の抗力を小さくする必要性は小さく、揚力の最大化のみを目的としている。このため飛行機に比べて面形状の自由度が大きく、凧としての機能の最適化の自由度も大きい。すなわち、飛行機を凧に流用したものより、更に凧として最適化したものが製作可能となる。   A typical conventional kite is a single surface structure with a negative camper (a curved surface that protrudes downward along the axis) to provide pitching stability, and has an angle of attack near 45 °. . On the other hand, the flying object used in the teaching material of the present invention has a main wing having a positive or zero camper and a horizontal tail with a negative angle of attack, and the pitching stability is given by the negative angle of attack of the horizontal tail. Yes. This flying object has a much smaller angle of attack than a conventional kite, and is a flying object close to an airplane that flies almost horizontally in a laminar flow condition. The difference from the airplane is that the airplane minimizes the lift-drag ratio and minimizes the fuel consumption, while the flying object has a large horizontal drag generated on the thread, so it is necessary to reduce the drag of the flying object itself Is small and intended only to maximize lift. For this reason, the degree of freedom of the surface shape is larger than that of an airplane, and the degree of freedom of optimization of the function as a bag is also great. In other words, it is possible to produce a more optimized airplane than a airplane diverted.

このように、本発明の飛翔体は、従来の凧と比べて飛躍的に飛行性能を向上させたものである。上昇限界高度等を従来の凧と比較してみれば、従来の凧を大巾に改善したものであることが確認できる。   As described above, the flying object of the present invention has dramatically improved flight performance as compared with the conventional kite. Comparing the ascent limit altitude and the like with the conventional kite, it can be confirmed that the conventional kite is greatly improved.

本発明の飛翔体は凧という応用形態に対して高度に最適化されたものであり、物理的限界に近い性能を発揮できるものである。従来の凧のように妥協の多いシステムでは様々な損失が存在するため、原理的な性能限界より低い水準で現実的な性能限界が生じる。そのため原理的な性能限界を確認する機会が得られない。自然科学の原理の学習には、特定の機能目的をもった物理的機能システムの性能限界を、経験を通じて実感することが極めて有効である。そのためには、その物理的機能システムが目的とする機能の発揮に関して高度に最適化されたものでなければならない。   The flying object of the present invention is highly optimized for the application form of a kite, and can exhibit performance close to the physical limit. In a system with many compromises such as a conventional bag, various losses exist, so that a realistic performance limit occurs at a level lower than the theoretical performance limit. Therefore, there is no opportunity to confirm the theoretical performance limit. In learning the principles of natural science, it is extremely effective to experience the performance limitations of physical functional systems with specific functional purposes through experience. To that end, the physical function system must be highly optimized with respect to the intended function.

以上説明したように、本発明の飛翔体は流体力学、特に航空機力学という難解な技術分野の理解を助けるものとして極めて有効である。   As described above, the flying object of the present invention is extremely effective as an aid to understanding the difficult technical field of fluid dynamics, particularly aircraft dynamics.

以下に本発明の飛翔体の構成と機能を詳細に説明する。
1.1 新飛翔体(NFO)と従来の飛翔体の相違
この飛翔体は、糸に拘束されて風の中を飛翔する点では、従来の凧に類似しているが、空中での浮遊の形成様式が従来の凧とは根本的に異なる。また後述する理由で航空機やグライダーとも異なるので、以後本発明の飛翔体を新飛翔体(NFO:New Flying Objectの頭文字)と略称する。さて、従来の典型的な凧は、風の方向に一定の角度(迎角)を持って斜めに前傾した一つの平面が、面に垂直な方向に風圧を浮け、これの風圧の総和を糸の張力と自重(普通の飛翔状態では風圧の総和に比べて無視できる)の和に拮抗させるという釣り合い条件で飛行している。
The configuration and function of the flying object of the present invention will be described in detail below.
1.1 Difference between new flying object (NFO) and conventional flying object This flying object is similar to a conventional kite in that it is restrained by yarn and flies in the wind. The form of formation is fundamentally different from that of conventional cocoons. In addition, since it is different from an aircraft or a glider for the reason described later, the flying object of the present invention is hereinafter abbreviated as a new flying object (NFO: an acronym for New Flying Object). Now, in the conventional typical kite, one plane inclined obliquely forward with a certain angle (attack angle) in the wind direction floats the wind pressure in the direction perpendicular to the surface, and the total wind pressure is The aircraft flies in a balanced condition that antagonizes the sum of the yarn tension and its own weight (which can be neglected compared to the total wind pressure in normal flight conditions).

これに対して、ここで採用する飛翔体は、風の中で風と垂直な方向の揚力と、この揚力より遥かに低い水平方向の抗力を浮けて飛翔する飛行機に近い飛翔体である。すなわち、いま風が水平に吹いているものとすると、糸の張力の垂直成分は揚力と自重の重力と(普通は揚力に比べて無視できる)釣り合い、糸の水平成分は抗力と釣り合いをとりながら飛翔する。糸の張力に替わる前方向の推力と重心を調整するための荷重を与えれば、無風の空中で前方に飛行して、飛行機と類似した飛行状態を形成する。また重心の調整によっては、前方へ重力を推力として落下しながら前方へ滑空する推力を形成して、グライダーと類似の飛翔体となる。ただし、NFOは、次の点で飛行機と異なる。   On the other hand, the flying object adopted here is a flying object close to an airplane that floats with a lift in a direction perpendicular to the wind in the wind and a drag in a horizontal direction much lower than the lift. In other words, if the wind is blowing horizontally, the vertical component of the yarn tension balances the lift and gravity of the weight (usually negligible compared to the lift), and the horizontal component of the yarn balances the drag. To fly. If a forward thrust instead of yarn tension and a load for adjusting the center of gravity are applied, the aircraft flies forward in a windless air to form a flight state similar to an airplane. Further, depending on the adjustment of the center of gravity, a thrust force that glides forward while falling with gravity as a thrust force is formed, and a flying object similar to a glider is formed. However, NFO differs from an airplane in the following points.

飛行機は、与えられた飛行速度に対して、燃費に比例する揚抗比(揚力と抗力の比)を最小化することが設計目標で、この目標に沿って主翼の平面形状を最適な特殊な形に設計することが設計の一つの基本となる。軽飛行機で採用されている楕円翼やボーイングB747で採用されている後退翼は最適形状の例である。   Airplanes have a design goal of minimizing the lift-drag ratio (ratio of lift to drag) proportional to the fuel consumption for a given flight speed. Designing in a shape is one of the basics of design. Elliptical wings used in light aircraft and swept wings used in Boeing B747 are examples of optimal shapes.

これに対して本飛翔体では、抗力の最少化が目標ではなく、空高く揚げることが目標である。しかも図1に示すように飛行機と違って糸に加わる風速方向の抗力が存在し、一般に、この抗力の方が、飛翔体の面の抗力より大きいので、飛翔体自体の抗力を小さくすることの意義は小さい。従って、空高く揚げるためには、面の抗力を最小化するよりは揚力を最大化するように骨組み構造を最適化することが設計の基本となる。   On the other hand, with this projectile, the goal is not to minimize drag, but to raise it high in the sky. In addition, as shown in FIG. 1, there is a drag in the wind speed direction that is applied to the yarn unlike an airplane. Generally, this drag is larger than the drag on the plane of the flying object, so that the drag of the flying object itself can be reduced. Significance is small. Therefore, in order to fly high in the sky, the basic design is to optimize the frame structure to maximize the lift rather than to minimize the drag of the surface.

さて、このようにして揚力の最大化のみを求め、抗力の最小化という目標を除外するとなると、面形状選択の自由度は増加する。つまり、NFOとして最適な形状は、飛行機とは異なったものである。事実、揚抗比は強く縦横比に依存するが、揚力は必ずしも縦横比に依存しない。例えば縦横比の小さいΔ形状の翼は、非線形渦揚力(文献:東昭、模型航空機と凧の科学、電波実験社、1992)の存在のお陰で、縦横比の大きい楕円翼に比べて揚抗比は劣るが揚力はむしろ大きくなるのである。凧としての最適形状をこのように認識することにより、飛行機の設計を流用したものより、更に凧としての飛行性能のすぐれた飛翔体の設計が可能となる。   Now, when only the maximization of the lift force is obtained in this way and the goal of the drag minimization is excluded, the degree of freedom in selecting the surface shape increases. In other words, the optimum shape for NFO is different from that of an airplane. In fact, the lift-drag ratio is strongly dependent on the aspect ratio, but the lift is not necessarily dependent on the aspect ratio. For example, a Δ-shaped wing with a small aspect ratio is lifted and resisted compared to an elliptical wing with a large aspect ratio, thanks to the presence of nonlinear vortex lift (literature: Tosho, Model Aircraft and Sakai Science, Radio Experiment Co., 1992). The ratio is inferior, but the lift is rather large. By recognizing the optimal shape as a kite in this way, it is possible to design a flying object with better flight performance as a kite than using the design of an airplane.

このようにNFOでは、飛行機と違って面形状選択は自由であるから、最初に揚げたい平面形状を創造し、この形状について、空高く揚げるという目標に向かって、骨組みの構造を最適化することが設計の基本となる。   Thus, in NFO, unlike planes, the surface shape can be selected freely, so first create a plane shape that you want to fry, and optimize the structure of the framework toward the goal of frying high in the sky. Is the basis of design.

1.2 単一の面が飛行可能な条件
一般に糸で拘束され、一定の迎角て飛行している面構造体では、糸目を中心として、次の条件が満たされている。
(1)抗力+揚力からなる風圧力と張力+重力とが釣り合っている。
(2)糸目周りの空気力によるモーメントと重力によるモーメントが釣り合っている。
そして、この条件を満たすためには、図1に示すように風圧中心は重心より、糸目は風圧中心より、それぞれ面の前縁(先端)寄りになければならないというのが凧の飛行条件である。ただし、通常の飛行条件では、前述のように重力は空気力より遥かに小さいので上記の条件は、
(1) 糸目中心(糸の延長が凧面と交わる点)は、風圧中心とほぼ一致する。(2) 張
力は風圧力と釣り合っている。
という、より簡単な条件に置きかえられる。
1.2 Conditions under which a single plane can fly In a plane structure that is generally constrained by a thread and is flying at a constant angle of attack, the following conditions are satisfied with the thread centered.
(1) The wind pressure consisting of drag + lift and tension + gravity are balanced.
(2) The moment due to aerodynamic force around the thread is balanced with the moment due to gravity.
In order to satisfy this condition, as shown in FIG. 1, the wind pressure center is that the wind pressure center should be closer to the front edge (tip) of the surface than the center of gravity, and the thread should be closer to the wind pressure center. . However, under normal flight conditions, gravity is much smaller than aerodynamic force as described above, so the above condition is
(1) The center of the thread (the point where the extension of the thread intersects the heel surface) is almost coincident with the center of the wind pressure. (2) Tension is balanced with wind pressure.
It can be replaced with simpler conditions.

以下の説明では、風圧中心は糸目中心に一致すると仮定して説明する。
ここでは、鳥や飛行機の翼のようなアスペクト比(縦横比)が大きく、かつ厚さがない面を飛翔体と考えよう。この場合、機械工学便覧1996版A5−109ページに記載されているように、迎角をαとすると無次元化された揚力係数CLと空力中心(空気力によるモーメントが迎角に無関係に一定となる点、この場合は面の先端から翼弦長÷4の距離にある点)の周りのモーメント係数Cmacは、αが小さい場合、次式で与えられる。
CL=2π(Sin[α]+2f) ------------------------(式1)

Cmac =−πf ------------------------------------------(式2)

ここに、fは面の反りを表す量(キャンパー)で、翼の最大膨らみ点の前縁と後縁を結んだ線からの高さを、翼弦長で割ったものである。飛行機の翼のように面が上に凸に反っている場合はfが正、船底のように下に凸に反っている場合は、fは負である。
In the following description, it is assumed that the wind pressure center coincides with the thread center.
Here, a plane with a large aspect ratio (aspect ratio) and no thickness, such as a bird or airplane wing, is considered a flying object. In this case, as described in Mechanical Engineering Handbook 1996, page A5-109, if the angle of attack is α, the dimensionless lift coefficient CL and the aerodynamic center (the moment by the aerodynamic force is constant regardless of the angle of attack) The moment coefficient Cmac around the point (in this case, the point at a distance of chord length ÷ 4 from the tip of the surface) is given by the following equation when α is small.
CL = 2π (Sin [α] + 2f) ------------------------ (Formula 1)

Cmac = -πf ----------------------------------------- (Formula 2)

Here, f is a quantity (camper) representing the warpage of the surface, and is obtained by dividing the height from the line connecting the leading edge and the trailing edge of the maximum swell point of the blade by the chord length. When the surface warps upwards like an airplane wing, f is positive. When the surface warps downwards like a ship bottom, f is negative.

またCL,Cmacは揚力LとモーメントMac(後縁下がりを正)と次の関係を有する無
次元の量である。
CL=L/(1/2 ρU2 S) -------------------------(式3)

Cmac =Mac /(1/2 ρU2 S) --------------------(式4)

ここに、Uは風速、Sは面の面積、ρは空気の密度である。
CL and Cmac are dimensionless quantities having the following relationship with the lift L and the moment Mac (with positive trailing edge).
CL = L / (1/2 ρU 2 S) ------------------------- (Equation 3)

Cmac = Mac / (1/2 [rho] U < 2 > S) -------------------- (Formula 4)

Here, U is the wind speed, S is the surface area, and ρ is the air density.

空力中心から風圧中心、したがって糸目中心までの距離を翼弦長で割った無次元距離をx(空力中心から後縁側が正)とすると、xは次式から求められる。
−xCL=Cmac
ただし、xは前縁から後縁に向かって正で、空力中心でx=0である。
上式のCLおよびCmacに式1、式2のCLおよびCmacを代入して整理すればxがつ
ぎのように求められる。
x=f/(2(Sinα+2f)) ------------------------(式5)
Assuming that the dimensionless distance obtained by dividing the distance from the aerodynamic center to the wind pressure center and hence the thread center by the chord length is x (the trailing edge side is positive from the aerodynamic center), x is obtained from the following equation.
-XCL = Cmac
However, x is positive from the leading edge toward the trailing edge, and x = 0 at the aerodynamic center.
By substituting CL and Cmac in Equations 1 and 2 into CL and Cmac in the above equation, x can be obtained as follows.
x = f / (2 (Sinα + 2f)) ------------------------ (Formula 5)

図2はαを横軸にxを縦軸にとってαとxの関係を描いたものである。図の実線はf=0.01すなわちfが正の場合(正キャンバーの翼といい亜音速の飛行機に使われている)、一点鎖線はf=−0.01、すなわちfが負の場合である。   FIG. 2 depicts the relationship between α and x, with α on the horizontal axis and x on the vertical axis. The solid line in the figure is f = 0.01, i.e., when f is positive (used in a subsonic airplane like a positive camber wing), and the alternate long and short dash line is when f = -0.01, i.e., f is negative. is there.

さて、正キャンバーの翼の特性を見ると、迎角αが減少すると風圧中心が後縁側に移行する。その結果、迎角をさらに減少させるようなモーメントが働き、迎角がますます減少し、遂には凧は前のめりになって墜落する。またキャンバーがゼロの面はこれを復元するモーメントが働かないから一度傾くともとに戻らない。つまり、キャンバーがゼロか正の面は、そのままでは飛翔できないのである。(参考文献:「凧の科学」伊藤利朗・小村宏次、小学館、1979)この現象を「凧のピッチングに関する静的不安定現象」という。   Now, looking at the characteristics of the positive camber blade, the center of wind pressure shifts to the trailing edge when the angle of attack α decreases. As a result, a moment that further reduces the angle of attack works, and the angle of attack decreases more and more. In addition, the camber-free plane does not return to its original position even if it tilts once because the moment to restore it does not work. In other words, if the camber is zero or positive, it cannot fly as it is. (Reference: “Science of Samurai” Toshiro Ito, Koji Komura, Shogakukan, 1979) This phenomenon is called “static instability phenomenon related to pitching of samurai”.

これに対して負キャンバーの面は、αが減少すると風圧中心は前縁側に移行しαを復元しようとするモーメントが作用する。したがって負キャンバーの面はそのままで飛行できるのである。   On the other hand, on the surface of the negative camber, when α decreases, the wind pressure center moves to the leading edge side, and a moment is applied to restore α. Therefore, the plane of the negative camber can fly as it is.

以上のことは、飛行機やグライダーにも、アスペクト比が小さい翼にも成り立ち、次の法則となる。「水平尾翼なしで飛翔可能な面は、負キャンバー翼だけである。」以上のような理由で、単一な面を用いた凧には負のキャンパーが与えられている。ただし、特殊な構造のΔ翼ないし後退翼は例外であるが、これについては説明を省略する。(参考文献:B. Etkin & L D Reid, Dynamics of flight, p23)   The above is true for airplanes, gliders, and wings with small aspect ratios. “The only plane that can fly without a horizontal tail is a negative camber wing.” For the reasons described above, a negative camper is given to a kite using a single plane. However, there are exceptions for specially structured Δ wings or swept wings, which will not be described. (Reference: B. Etkin & L D Reid, Dynamics of flight, p23)

1.3 古典的な凧の特性
古典的な凧とは、日本凧やオランダ凧のように負のキャンバーをもつ単一な面から成るものをいう。次に負キャンバーを持った古典的な凧の特性を考察しよう。まず揚力を縦軸に、迎角を横軸にとってf=0.01、f=0およびf=―0.01の場合の迎角と揚力の関係を図3に描いて見よう。図で実線はf=0.01、点線はf=0、一点鎖線はf=−0.01に対応している。さて図から次のことがわかる。
(1) すべての場合において、揚力が最大になる迎角がある。迎角がこれを超えると急速
に揚力が低下する。この揚力が低下した状態を失速状態という。
(2) 負のキャンバーでは最大揚力が小さい。
失速状態になると、翼の周りの流線が乱れて揚力が低下し、風圧は面に垂直に働くようになる。凧はfが負であるので、凧の迎角の低い層流領域では十分な揚力が得られない。したがって、前縁に比較的近い点に糸目をとって、迎角を低い状態にして(図1参照)凧を揚げると揚力が得られない。その結果、凧糸に働く抗力が勝ち、凧は流されて低空を飛行することになる。この状態の凧は天井凧といわれ、古典的な凧ではもっとも嫌われる飛行状態である。
1.3 Characteristics of a classic kite A classic kite is a single plane with a negative camber, such as a Japanese kite or a Dutch kite. Next, let's consider the characteristics of a classic kite with a negative camber. First, the relationship between the angle of attack and the lift when f = 0.01, f = 0 and f = −0.01 with the vertical axis and the angle of attack on the horizontal axis will be illustrated in FIG. In the figure, the solid line corresponds to f = 0.01, the dotted line corresponds to f = 0, and the alternate long and short dash line corresponds to f = −0.01. The following can be seen from the figure.
(1) In all cases, there is an angle of attack that maximizes lift. If the angle of attack exceeds this, the lift will drop rapidly. This state where the lift is reduced is called a stalled state.
(2) The maximum lift is small in the negative camber.
When stalled, the streamlines around the wings are disturbed, lowering the lift and causing the wind pressure to work perpendicular to the surface. Since the kite has a negative f, sufficient lift cannot be obtained in a laminar flow region where the angle of attack of the kite is low. Therefore, if a thread is taken at a point relatively close to the leading edge and the angle of attack is low (see FIG. 1), the lift cannot be obtained. As a result, the drag that acts on the kite wins and the kite is swept away and flies low. A kite in this state is called a ceiling kite, and it is the most disliked flight state of classic kites.

そこで、この天井凧を避けるため、糸目をもっと空力中心に近づけ迎角を増すとどうなるかを考察しよう。図4は迎角のより広い範囲で凧圧力係数CTを、図5は風圧力係数CTの垂直方向の成分CTVを、迎角の関数としてプロットしたものである。適当な揚力が
あり、かつ抗力も大きいのは、迎角が45度程度のところである。古典的な凧はこの程度の低い上昇角で人間と綱引きをやるものと解釈できよう。
Therefore, to avoid this ceiling ridge, let's consider what happens when the yarn angle is closer to the aerodynamic center and the angle of attack is increased. 4 plots the soot pressure coefficient CT over a wider range of angles of attack, and FIG. 5 plots the vertical component CT V of the wind pressure coefficient CT as a function of angle of attack. The reason why there is an appropriate lift and a large drag is when the angle of attack is about 45 degrees. The classic kite can be interpreted as a tug of war with humans at such a low angle of rise.

1.4 NFOの原理
NFOは、前述の糸に拘束された飛翔体の持つ面形状の自由度を最大限に利用して、任意の平面形状を持つ面の断面形状のキャンバーをゼロないし正にし、この種の面の持つ層流領域での高い揚力を利用して飛行させようとするものである。この種の面の持つピッチングに関する静的不安定性については、面の一部を主翼とし、主翼風圧中心からできるだけ下流にある面のもう一部を水平尾翼とするような骨組みとし、これを避けている。後掲する図9はかもめとペンギンの面形状の場合であるが、図の縦方向のハッチの部分は主翼部分、横方向のハッチは尾翼部分である。尾翼は飛行機やグライダーと同様に主翼のゼロ揚力ラインに対して負の迎角を持っている。
1.4 Principle of NFO NFO makes the cross-sectional camber of any plane shape zero or positive by making full use of the degree of freedom of the plane shape of the flying object constrained by the aforementioned thread. It is intended to fly using the high lift in the laminar flow region of this kind of surface. For static instability related to pitching of this type of surface, avoid the use of a framework in which a part of the surface is the main wing and the other part of the surface as far downstream as possible from the main wing wind pressure center is the horizontal tail. Yes. FIG. 9 to be described later is a case of the surface shape of a seagull and a penguin. In the figure, the hatched portion in the vertical direction is the main wing portion, and the hatched portion in the horizontal direction is the tail portion. The tail has a negative angle of attack with respect to the zero lift line of the main wing, similar to airplanes and gliders.

以下にf=0およびf=0.01の場合について尾翼効果を説明しよう。いま主翼の面積をS、尾翼の面積をSt、空力中心から尾翼の揚力中心までの無次元距離(距離/翼弦長)をxとする。尾翼部分は、主翼の無揚力線に対してiの負の迎角を持っているものとし、尾翼の揚力係数は主翼と同様とする。また、この尾翼部分で流れは主翼のゼロ揚力ラインに沿っているものとする。   In the following, the tail effect will be described for the case of f = 0 and f = 0.01. Now, suppose that the area of the main wing is S, the area of the tail is St, and the dimensionless distance (distance / chord length) from the aerodynamic center to the lift center of the tail is x. The tail portion has a negative angle of attack of i with respect to the no-lift line of the main wing, and the lift coefficient of the tail is the same as that of the main wing. It is assumed that the flow at the tail part is along the zero lift line of the main wing.

さて、この尾翼の追加によって、図7から明らかなように主翼の揚力を与える式1および空力中心のモーメントを与える式2は、次のように変わる。
CL=2π(Sin(α)−(St /S)Sin(i)+2f) ---(式6)
Cmac =−πf+2πht (St /S)Sin(i) ----------(式7)
As is apparent from FIG. 7, Expression 1 that gives the lift of the main wing and Expression 2 that gives the aerodynamic center moment are changed as follows.
CL = 2π (Sin (α) − (St / S) Sin (i) + 2f) --- (Expression 6)
Cmac =-. Pi.f + 2.pi.ht (St / S) Sin (i) ---------- (Equation 7)

一方、圧力中心の位置xは−CLx=Cmacで与えられるから、これに式6、式7を代
入して、xを与える次式を得る。
x=(2ht (St/S) Sin(i)−f)/(2 (Sin(α)−(St /S)Si
n(i)+2f)) -------------------------------------(式8)
On the other hand, since the position x of the pressure center is given by -CLx = Cmac, Equations 6 and 7 are substituted into this to obtain the following equation that gives x.
x = (2ht (St / S) Sin (i) -f) / (2 (Sin (α)-(St / S) Si
n (i) + 2f)) ------------------------------------- (Formula 8)

図7および図8は、i=2度、St/S=0.1、ht=2の場合の迎角に対する揚力
(CL:点線,一点鎖線)および風圧中心(糸目中心)の位置(x:実線)を図示したものである。f=0およびf=0.01のどちらの場合も、x<0、すなわち風圧中心が空力中心より前縁側にあること、また迎角が増加するとこの位置が空力中心側すなわち後縁の方向に移動して頭下げモーメントが働き迎角をもとに戻す復元力が働くので、ピッチングについては静的安定性があることを示している。また、揚力について言えば、尾翼のある場合の揚力(CLt:点線)が尾翼のない場合の揚力(CL0:一点鎖線)に比較して
ほとんど変化していないというすぐれた特性を示している。以上の説明のように、本発明の飛翔体は、主翼のキヤンパーをゼロまたは正として、それ自体にピッチング安定性を求めず、最大揚力のみを求め、水平尾翼の負の迎角でピッチング安定性を与え、更に抗力の最小化という設計上の負担を解除することによって、凧としての要求機能に無駄のない最適化を実現したものである。
7 and 8 show the lift (CL: dotted line, alternate long and short dash line) and the position of wind pressure center (thread center) with respect to the angle of attack when i = 2 degrees, St / S = 0.1, and ht = 2. (Solid line) is illustrated. In both cases of f = 0 and f = 0.01, x <0, that is, the wind pressure center is on the front edge side from the aerodynamic center, and when the angle of attack is increased, this position is in the direction of the aerodynamic center, that is, the rear edge. This indicates that there is static stability with respect to pitching because the head-lowering moment moves and the restoring force that restores the angle of attack works. In addition, in terms of lift, the lift (CL t : dotted line) in the presence of the tail has an excellent characteristic that it hardly changes compared to the lift (CL 0 : dashed line) in the absence of the tail. . As described above, the flying object of the present invention has the main wing caper as zero or positive, does not require pitching stability to itself, obtains only the maximum lift, and pitching stability at the negative angle of attack of the horizontal tail. In addition, by eliminating the design burden of minimizing the drag, optimization without waste is realized for the required function as a bag.

以上の現象は、面の縦横比などの面形状に関係なく成立することが、航空機力学で証明されている。なお、航空機では、重心の位置が糸目の位置に相当する。   It has been proved by aircraft mechanics that the above phenomenon is established regardless of the surface shape such as the aspect ratio of the surface. In the aircraft, the position of the center of gravity corresponds to the position of the thread.

1.5 NFOの構造
本発明の飛翔体の面形状と骨組みの例を図9および図10に示す。自然界で飛行する鳥、昆虫、こうもりなどは、飛ばしてみたいという欲求を掻き立てる面形状の好例を示唆してくれる。ただし、自然界で飛ばないペンギンや魚や動物を正面から見た姿なども、意外なものが飛ぶという意味で飛ばしたいという欲求を掻き立てる形状の好例である。けだし、飛行機としては駄目な縦横比の小さい形状も、NFOの形状としては、大きな揚力を提供するので、性能の面でも試みる価値がある。
1.5 Structure of NFO FIGS. 9 and 10 show examples of the surface shape and framework of the flying object of the present invention. Birds, insects, bats, etc. flying in nature suggest good examples of surface shapes that inspire the desire to fly. However, the appearance of penguins, fish and animals that do not fly in the natural world from the front is also a good example of a shape that stimulates the desire to fly in the sense that something unexpected will fly. However, a shape with a small aspect ratio, which is not suitable for an airplane, is also worth trying in terms of performance because it provides a large lift as an NFO shape.

飛翔体の薄板構造は、引っ張り衝撃強度が高くかつ面積当たりの重量が小さい(40g/平方m以下)不織布と軽量で剛性の高い竹や有機複合材料(カーボン繊維やガラス繊維の複合材)の棒で構成される。このような材料には、面の大きさとして、A4サイズの不織布を2枚ないし4枚継ぎたして作られる0.2平方m以下が良く、丸棒では直径は0.2〜2mmの範囲が実用的である。また天然材料の竹は曲がりを防止するために皮の部分を外側にして2枚張り合わせる構造が有効である。このような材料を有効に使った場合、0.2平方mで主翼の翼弦長が20cm以下の飛行面を、面積密度σが60g/平方m以下で形成することが可能になる。   The thin plate structure of the flying body is made of non-woven fabric with high tensile impact strength and low weight per area (40 g / square meter or less), lightweight and rigid bamboo, and organic composite material (carbon fiber or glass fiber composite material). Consists of. For such materials, the surface size is preferably 0.2 square m or less made by joining two or four A4-sized non-woven fabrics, and the diameter of a round bar is in the range of 0.2 to 2 mm. Is practical. Moreover, in order to prevent bending of the natural material bamboo, it is effective to have a structure in which two pieces are laminated with the skin part on the outside. When such a material is used effectively, it is possible to form a flight surface having a main wing chord length of 20 cm or less with an area density σ of 60 g / square m or less with 0.2 square m.

前述のように飛翔体の揚力Lは、CL×(1/2)ρU2S(式3から誘導)であるか
ら、揚力係数を1、重力加速度gを9.8、空気の密度ρを1.2と仮定すると、U>SQRT(2σg/ρ)≒1m/sとなり、この飛翔体は1m/sの風速でも揚げられることになる。さらに、後述するような骨組み構造を採用すると上記の軽量凧が10m/sの強風に耐えられるようにできる。
Since the flying force L of the flying object is CL × (1/2) ρU 2 S (derived from Equation 3) as described above, the lifting coefficient is 1, the gravitational acceleration g is 9.8, and the air density ρ is 1. Assuming .2. U> SQRT (2σg / ρ) ≈1 m / s, the flying object can be lifted even at a wind speed of 1 m / s. Furthermore, when a framework structure as will be described later is adopted, the above-mentioned lightweight kite can withstand a strong wind of 10 m / s.

以上のことは、本発明の飛翔体はとくに風のある日を選ぶことなく、また強風を避けることなく、日常的にNFOの実験の機会が得られることを意味している。   The above means that the flying object of the present invention can obtain an opportunity for NFO experiments on a daily basis without particularly selecting a day with wind and avoiding strong winds.

NFOの製作に当たっては、例えばPC上で面の形状が創作され、A4サイズの2ないし4枚の不織布にインクジェットプリンタで印刷が施され、これらが切り抜かれ貼り合わされて一つの面が形成される。図9は図形の例である。図形としては、とくに凝った場合以外は、左右対称である。図において、横方向のハッチの部分は主翼、縦方向のハッチの部分は尾翼に相当する。なお、図形としては、飛翔体であるから、風圧が大きい前縁の部分は一本ないし複数の折れ線で近似できる単純な形状が推奨される。   In manufacturing the NFO, for example, a surface shape is created on a PC, and two or four A4-sized non-woven fabrics are printed with an ink jet printer, and these are cut out and bonded to form one surface. FIG. 9 is an example of a figure. As a figure, it is left-right symmetrical unless it is particularly elaborate. In the drawing, the hatched portion in the horizontal direction corresponds to the main wing, and the hatched portion in the vertical direction corresponds to the tail wing. Since the figure is a flying object, a simple shape that can be approximated by one or a plurality of broken lines is recommended for the front edge portion where the wind pressure is high.

図9を参照しながらNFOの構造を説明しよう。NFOの骨材にカーボンファイバを使用する場合、一つの飛翔体について、太骨(A4×4のシートサイズでは1.4φ〜1.6φ)と小骨(0.8φ〜1.0φ)の2種類が使われる。まず、小骨が面の裏面で次のような順序で貼り付けられる。
(1) 左右対称図形の中心線(a−a)上
(2) 図9のように鳥のような横に伸びた図形の場合には、図形の左右約半分の位置にあ
る中心線と平行な線(c−c)上
(3) 前縁の近傍に複数本
(4) ペンギンの図形で見るように前縁を飛び出した部分は複数の小骨で補強
(5) 前縁の小骨と線(a−a)および線(c−c)とにまたがる斜交い
(6) 尾翼の外縁
このように骨材の配置は三角形を継ぎ合わせたようにすることが望ましい。四角形を継ぎ合わせた配置では、飛翔体に禁物な捩じれを防止できないからである。以上のように小骨を配置すれば、飛翔体の面構造が出来上がる。ただし、線(a−a)および線(c−c)では、まだ自由に折れ曲がることができる。
The structure of NFO will be described with reference to FIG. When carbon fiber is used for the NFO aggregate, there are two types of flying objects: thick bone (1.4φ to 1.6φ for A4 × 4 sheet size) and small bone (0.8φ to 1.0φ) Is used. First, the small bones are pasted on the back side of the surface in the following order.
(1) On the center line (aa) of a symmetrical figure
(2) In the case of a figure extending horizontally like a bird as shown in FIG. 9, it is on a line (cc) parallel to the center line at a position about half the left and right of the figure.
(3) Multiple lines near the leading edge
(4) As seen in the penguin shape, the part protruding from the leading edge is reinforced with multiple small bones
(5) Oblique crossing over the small bone of the leading edge and line (aa) and line (cc)
(6) Outer edge of tail wing It is desirable that the aggregates are arranged like triangles. This is because the twisting of the flying object cannot be prevented by the arrangement in which the squares are joined. If the small bones are arranged as described above, the plane structure of the flying object is completed. However, the line (aa) and the line (cc) can still bend freely.

次に、鳥の場合には線(c−c)との交点に相当する部分両端側に小骨を継ぎ合わせた主骨が用意され、これが面の表面で、図9に示す接合点で小骨に結合される。左右の主骨は、図10のようにバネで接合される。主骨をシートの前面に配置したのは、シートのキャンバーが負になるのを防止するためである。主骨が図11の構造Bのようにシートの背面に貼り付ければ、図のように負のキャンバーが形成される。これに対して、構造Aのようにシートに接着せずに前面に配置すれば、シートが負のキャンバーを構成しないからである。また、線(a−a)および線(c−c)が船底形に曲がり、負のキャンパーが形成されるのを防ぐために、これらの線と前縁の骨との間に斜交いを入れてこれらの骨が貼り付けられたシートの部分の剛性を高めた上で、これらの面が風とともに折れ曲がるように工夫している。   Next, in the case of a bird, a main bone is prepared by joining small bones at both ends of the portion corresponding to the intersection with the line (c-c), and this is the surface, which is the surface of the small bone at the joint shown in FIG. Combined. The left and right main bones are joined by a spring as shown in FIG. The main frame is arranged in front of the seat in order to prevent the camber of the seat from becoming negative. If the main bone is attached to the back surface of the sheet as in the structure B of FIG. 11, a negative camber is formed as shown in the figure. On the other hand, if it arrange | positions on the front surface, without adhering to a sheet | seat like the structure A, a sheet | seat will not comprise a negative camber. Also, in order to prevent the lines (a-a) and (c-c) from bending to the bottom of the ship and forming a negative camper, insert a diagonal line between these lines and the bone at the leading edge. After improving the rigidity of the portion of the sheet on which these bones are pasted, these surfaces are devised to bend with the wind.

図12は強風でこれらの面が二つに折れた様子を示している。図のように二つに折れた剛性のある面の稜線に小骨があるので、稜線の剛性は極めて高く、いかなる強風下でも船底形に曲がる心配はない。とくに、中心線(a−a)には図12および図13に示すように糸目が付けられているので、中心線の剛性はより一層高くなっている。   FIG. 12 shows a state where these surfaces are broken in two due to a strong wind. As shown in the figure, there are small bones on the ridgeline of the rigid surface folded in two, so the ridgeline has extremely high rigidity and there is no fear of bending into the bottom of the ship under any strong wind. In particular, since the center line (aa) is threaded as shown in FIGS. 12 and 13, the rigidity of the center line is further increased.

図13は尾翼の形成法の例を示している。図13に示すように、中心線を跨いで後尾に向かって開く三角形の部分を中心線で二つ折れにして貼り合わせると、前述の負の迎角iが形成できる。貼り合わせによってできた図のクロスハッチの部分によって、横揺れ運動を防ぐのに役立つ垂直尾翼を形成することができる。なお、水平尾翼に積極的に負の迎角を設けずに単に水平尾翼部の剛性を小さくするだけでも、飛行状態での風圧力によって負の迎角が形成される現象がある。実際に凧を製作するに当たっては、この現象を利用してもよい。   FIG. 13 shows an example of a method for forming the tail. As shown in FIG. 13, when the triangular portion that extends across the center line and opens toward the tail is folded at the center line and bonded together, the above-described negative angle of attack i can be formed. The cross-hatched portion of the figure made by bonding can form a vertical tail that helps prevent roll motion. In addition, there is a phenomenon in which a negative angle of attack is formed by wind pressure in a flight state even if the rigidity of the horizontal tail is simply reduced without actively providing a negative angle of attack on the horizontal tail. This phenomenon may be used when actually manufacturing a kite.

1.6 NFOの教材としての特徴
(1) 創造性と機械工学の同時習得:NFOを教材とした学習では、学生は、空に揚げたい任意の形を創造し、機械工学の広い分野(流体力学、材料力学、制御工学など)をフルに活用して、これに最高の凧としての性能を与えるように飛翔体の構造を創造する。その結果、学生は機械工学を広範囲に習得できるだけでなく、創造性を習得することができる。
(2) PC活用の習得:NFOが層流領域を使っているので、NFOの設計に必要な技術のうち最も複雑な流体力学の理論式は、解析関数で表現できる。したがって、すべての技術知識がMathematicaやMathcad等のプログラムで記述できる。その結果、学生は時間がかかり間違いの多い数式の演算から開放された形で技術知識を習得できる。
(3) すべての式が従来のように紙の上に記述されているのではなく、MathematicaやMathcad等のプログラムで記述されているので、学生は習得後、飛翔体の釣り合い条件、静的安定、動的安定の問題を定量的に検討できるだけでなく、実際の挙動をPC上でシミュレーションできる。
(4) 学習の結果を実験で確認することができる。その結果学生は実験の意義について多くを学ぶことができる。
1.6 Features of NFO as teaching materials
(1) Simultaneous acquisition of creativity and mechanical engineering: In learning using NFO as a teaching material, students create any shape that they want to fry into the sky and apply a wide range of mechanical engineering (fluid mechanics, material mechanics, control engineering, etc.) Make full use of the structure of the flying object to give it the best performance as a kite. As a result, students can not only learn mechanical engineering extensively, but also master creativity.
(2) Acquisition of PC utilization: Since NFO uses a laminar flow region, the most complex theoretical formula of hydrodynamics among the technologies required for NFO design can be expressed by analytical functions. Therefore, all technical knowledge can be described by programs such as Mathematica and Mathcad. As a result, students can acquire technical knowledge in a form that is free from computation of mathematical formulas that are time consuming and error-prone.
(3) Not all formulas are written on paper as in the past, but are written in programs such as Mathematica and Mathcad. In addition to quantitatively examining the problem of dynamic stability, the actual behavior can be simulated on a PC.
(4) The results of learning can be confirmed by experiments. As a result, students can learn much about the significance of experiments.

参考例2.
流体力学シミュレーションプログラムの構成
本発明の技術教育システムで用いる流体力学シミュレーションプログラムは、以下の機能を具備している。流体力学特に航空機力学の基礎方程式にもとづいて、運動する物体の挙動を模擬できるものであり、運動物体として飛行機を取扱うことができる。また、凧、飛行機またはグライダー等のそれぞれの拘束条件の違いを反映したモデルの構成を模擬できるものである。また、凧としての構造諸元の入力、および飛行状態の出力を効率的に行うインターフェイス機能を備えている。出力機能としては、飛翔体の飛行動作の実時間表示、飛行状態指標の時間関数表示やパラメータ関数表示、設計パラメータの作用効果表示等を備えている。また、このシミュレーションプログラムは、自然環境での多様な変化を伴う風を模擬する風のシミュレータを備えている。このシミュレータを備えていることにより、想定した凧の設計例を実際に自然環境中で飛行させる実験を、計算機上で模擬することができる。本発明の飛翔体は層流条件で飛行するものであるため、飛行のシミュレーションを解析関数として扱うことができ、小規模な計算機(PC)によって詳細な解析を短時間で行なうことができる。更に、教科書としての機能も有し、学生は教材の飛翔体をシミュレートしながら流体力学の学習を効率的に行うことができる。
Reference Example 2
Configuration of Fluid Dynamics Simulation Program The fluid dynamics simulation program used in the technical education system of the present invention has the following functions. Based on the basic equations of fluid mechanics, especially aircraft mechanics, the behavior of a moving object can be simulated, and an airplane can be handled as a moving object. In addition, it is possible to simulate the configuration of a model that reflects the difference in restraint conditions such as kites, airplanes, and gliders. It also has an interface function to efficiently input structural specifications as a kite and output flight status. The output function includes a real time display of the flying motion of the flying object, a time function display and parameter function display of the flight state index, and an effect display of the design parameter. In addition, this simulation program includes a wind simulator that simulates wind accompanied by various changes in the natural environment. By providing this simulator, it is possible to simulate an experiment in which a design example of an assumed kite actually flies in a natural environment on a computer. Since the flying object of the present invention flies under a laminar flow condition, a flight simulation can be handled as an analysis function, and a detailed analysis can be performed in a short time by a small computer (PC). Furthermore, it has a function as a textbook, and a student can efficiently learn fluid dynamics while simulating a flying object of teaching materials.

参考例3.
教材による学習の詳細
(1) 本発明の飛翔体がもつ流体力学特に航空機力学上の機能を計算機上のシミュレーションにより理解する。
飛翔体の構成を変化させ、それによる飛行特性の変化を確認する作業をくり返すことが効果的である。
(2) 飛翔体の製作
シミュレーションで学んだ知識を用いて、飛翔体を設計し、製作する。基本的な構成条件を満たす範囲内で種々の変形飛翔体を製作する。複数の学生が互いに異なる変形飛翔体を製作すると、多くの変形が得られて有益である。
(3) 飛翔体の飛行実験
製作した飛翔体を屋外で凧として飛行実験を行なう。変形飛翔体の飛行動作特性を比較し、変形と飛行特性の関係の理解を試みる。学習の手順の例として以下に述べる過程に従うと効率よく学習することができる。
Reference Example 3
Details of learning with teaching materials
(1) Understand the fluid dynamics, especially aircraft dynamics, of the flying object of the present invention by computer simulation.
It is effective to repeat the work of changing the configuration of the flying object and confirming the change in the flight characteristics.
(2) Manufacturing the flying object Design and manufacture the flying object using the knowledge learned in the simulation. Various deformed flying objects are manufactured within the range that satisfies the basic configuration conditions. It is beneficial if multiple students produce different flying objects from each other because many deformations are obtained.
(3) Flight test of flying object A flying experiment is conducted using the manufactured flying object as a kite outdoors. We will compare the flight motion characteristics of the deformed projectiles and try to understand the relationship between deformation and flight characteristics. As an example of the learning procedure, learning can be performed efficiently by following the process described below.

実験で得られた変形飛翔体の飛行特性の違いを説明できる仮説を立て、仮説に対応する特徴を誇張した変形飛翔体を製作し、飛行実験によって仮説の正当性を確認する。飛翔体の各部分毎に変形と仮説の検証を試みる。多数の仮説を総合して飛行性能を向上させる方向性を見出し、飛翔体の設計に反映する。これにより改良された飛翔体の製作と飛行実験を試みる。   Create a hypothesis that can explain the difference in flight characteristics of the deformed flying object obtained in the experiment, produce a deformed flying object with exaggerated features corresponding to the hypothesis, and confirm the validity of the hypothesis by the flight experiment. Attempt to verify the deformation and hypothesis for each part of the projectile. Finding a direction to improve flight performance by combining a number of hypotheses and reflecting it in the design of the flying object. In this way, we will try to make an improved flying object and conduct a flight experiment.

以上の実験で得られた知見をシミュレーションで再現し、認識事項を確認する。シミュレーションによれば、自然環境の不安定性に影響されずに飛行特性を確認できるので、実験と相補的に組合わせることにより、飛行性能の改良を効率的に行なうことができる。   The knowledge obtained in the above experiment is reproduced by simulation to confirm the recognition items. According to the simulation, the flight characteristics can be confirmed without being affected by the instability of the natural environment, so that the flight performance can be improved efficiently by combining with the experiment in a complementary manner.

以上のプロセスを経験することにより、流体力学の原理を深く理解することができる。また、原理の理解を、飛行性能の改良された飛翔体の創作という自主的な知的創作活動に結びつけることが可能な高いレベルに引き上げることができる。   By experiencing the above process, the principles of hydrodynamics can be deeply understood. In addition, the understanding of the principle can be raised to a high level that can be linked to voluntary intellectual creative activities such as the creation of flying objects with improved flight performance.

参考例4.
飛翔体の別の形態の実験として、糸を用いず、飛翔体の最前部に錘りを追加して重心を浮力中心より前方に形成し、グライダーとして滑空可能な条件を付与する。この飛翔体を用いて無風の空中で滑空実験を行なう。この実験により、凧としての飛行機能の、別の側面からの理解が得られる。翼の形が同じもの同志しでは、滑空性能の良いものが凧として飛行させた場合の飛行性能も良いものであることが認識できる。但し、凧としての飛行性能のよいものが必ずしもグライダーとして飛行性能が良いとは限らず、これによって本発明の飛翔体とグライダーあるいは飛行機との相異点を認識することもできる。
Reference Example 4
As an experiment of another form of the flying body, a weight is added to the foremost part of the flying body without using a thread to form a center of gravity ahead of the center of the buoyancy, and conditions for gliding as a glider are given. Glide experiments are conducted in the windless air using this projectile. This experiment provides an additional understanding of the flight function as a kite. It can be recognized that those who have the same wing shape have good flight performance when flying as a kite with good glide performance. However, a thing with good flight performance as a kite does not necessarily have good flight performance as a glider, and this makes it possible to recognize the difference between a flying object of the present invention and a glider or airplane.

凧の飛翔状態を説明する図である。It is a figure explaining the flying state of a kite. 凧の迎角と風圧力中心の位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the attack angle of a kite and a wind pressure center. キャンパーの異なる凧の迎角と揚力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the angle of attack and lift of a kite with different campers. 従来の凧に働く風圧力と迎角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the wind pressure which acts on the conventional kite, and an angle of attack. 従来の凧に働く風圧力の垂直成分と迎角の関係を示す図である。It is a figure which shows the vertical component and the angle of attack of the wind pressure which act on the conventional kite. 垂平尾翼のある飛翔体の飛行原理を説明する図である。It is a figure explaining the flight principle of the flying body with a vertical tail. 垂平尾翼のある飛翔体の飛行特性を示す図である。It is a figure which shows the flight characteristic of a flying body with a vertical tail. 垂平尾翼のある飛翔体の飛行特性を示す図である。It is a figure which shows the flight characteristic of a flying body with a vertical tail. 本発明の飛翔体の形状例を示す図である。It is a figure which shows the example of a shape of the flying body of this invention. 本発明の飛翔体の形状例を示す正面図である。It is a front view which shows the example of a shape of the flying body of this invention. 本発明の飛翔体の骨組みの原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of the framework of the flying body of this invention. 本発明の飛翔体の骨組みの作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of the framework of the flying body of this invention. 本発明の飛翔体の尾翼の形式方法を示す図である。It is a figure which shows the formal method of the tail of the flying body of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 主翼、2 尾翼、3 糸、4 空力中心。   1 Main wing, 2 tail wings, 3 threads, 4 aerodynamic centers.

Claims (1)

(1)軽量のシートと軽量の骨材からなり、自形を維持できる面構造体であり、
(2)正または零のキャンパーを有し上反角を有する主翼と、負の迎角を有する水平尾翼とを有し、
(3)凧として飛行させるための糸の張力中心が、空力中心より前方に位置する飛翔体。
(1) It consists of a lightweight sheet and lightweight aggregate, and is a surface structure that can maintain its own shape,
(2) a main wing having a positive or zero camper and an upper angle, and a horizontal tail having a negative angle of attack;
(3) A flying object in which the center of tension of the yarn for flying as a kite is located in front of the aerodynamic center.
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