流体に関する質問です。2台のドローン間の流体の影響についてです。

流体に関する質問です。
ドローンを複数台飛ばしたいのですが、ドローン同士はどこまでの距離間であれば互いのプロペラによる流体の影響を受けることなく並行して水平に飛ばすことができるのでしょうか？
それとも、
ほとんどプロペラによる流体の影響を受けることはないのでしょうか？
(具体例やどこかの論文、サイトでもなんでも構いません)
飛ばそうと思っているドローンは、クアッドコプター(4枚羽)で自重2kgに対し積載量4kgほどの馬力です。

ご回答お願いいたします。

No.2 ベストアンサー 回答者： snk21013 回答日時： 2018/06/14 18:18

文面を拝読していると確かに、

質問者さんは理論的な定性予測にご関心があるのだと分かりましたが、
対象が流体力学なだけに、やはり一筋縄じゃいかない印象です。。。笑

＞条件としては、風速、天候などの影響がない理想的な条件としているつもりです。

それでも、空気力学を考える場合、空気中を進む剛体は気流を乱しながら進むので、
空気の密度や湿度で決まる動粘度なども、少なからず影響すると思います。

＞手動でもPID制御を用いた場合においても、プロペラによる流体の影響が少なければ問題ないのですが、
＞大きいとどちらを用いても接触や墜落の可能性があるような気がします。
＞ジェット機ならそのプロペラによる流体の力が強いと思いますが、
＞構造のちがうドローンでもその力は影響があるほど大きいのでしょうか？

意図を汲み取れているか分かりませんが、機体の形状（ジェット機かドローンか）や、
進む速度（プロペラが押し出す気流速度）が、下流の後続機の運動に影響します。
試しに簡単なCFD計算ソフト（http://energy.concord.org/energy2d/reynolds.html）で挙動を見てみましたが、
プロペラを推進力とする機体がドローンに先行する場合、先行機のすぐ後ろの空間で、
カルマン渦のような乱流が生じる様子でした（添付図の赤丸付近）。
この渦はプロペラ由来というよりも先行機が掻き乱した乱流に由来する渦だと思います。
機体が進む速度が速い（遅い）ほど、あるいは空気が低湿度・低密度などで粘性が小さい（大きい）ほど、
気流のレイノルズ数が大きく（小さく）なり、渦が生じやすく（生じにくく）なります。
（レイノルズ数の定義をご参照ください）

仮にドローンだけで同じ高度の隊列飛行を行なう場合、ドローン自身のプロペラによる気流よりも、
隊列の先行機の形状や進む速度、空気の状態に依存して発生するカルマン渦が、
後続機の飛びやすさに影響すると思います。
後続機と渦の位置関係や、渦を発生する流体力学的な気流の物性条件が重要だと思います。

ご参考までにですが、ロードバイクの隊列走行をシミュレーションした動画↓を貼っておきます：



先行車と後続車の車間距離が、後続車の走りやすさに影響することを考察しています。

今回のような現象の理論的・数理的な定性予測に関心があるようでしたら、
レイノルズ数などの流体パラメータを手掛かりにカルマン渦の発生条件や個数などを導出する手法などを調べてみると、
「カルマン渦が後続機の運動に影響を及ぼす」と捉えれば間接的な疑問解消に繋がるかもしれません。
（「カルマン渦　発生　周波数」などで調べてみてください）


難しい分野だと思いますが、研鑚頑張って下さい～
長文読了感謝

No.1 回答者： snk21013 回答日時： 2018/06/13 16:34

運動状態を決定する条件が多すぎるので、回答困難だと思います。

ご記載の条件のほか、「機体数」「機体形状」「機体間距離」「天候」・・・（無数）
上記のどの条件を変えても機体の運動状態は変わり得るので、
あらかじめ「正解条件」を決めておいて飛ばすのは無理です。
「天候」なら「風向き」「風速」などは刻一刻と変化しますし、
どんな環境条件でも飛ばせる一般的な正解はありません。
（試しに機体と流体の運動方程式を書いてみても、一般解は決定できないと思います）

一般的に物体の運動を手動でなく自動で制御しようとする場合、
流体力学的なメカニズムを飛行条件決定の手掛かりとするよりも、
「目的座標からズレた機体でどのようにアクチュエータを動かすことで、
機体を目的座標に近づけることができるか」を考える方が現実的で前例も豊富です。
「制御工学」の分野だと、ドローンの姿勢制御の方法の1つとして「PID制御」が使われるようです。

・・・でもおそらく、やりたいことは「リモコンを用いた手動による姿勢制御」なんですよね。笑
ドローンを自動制御してみてプログラムが機体を動かす様子を見て真似するか、
ご自身の操作の熟練度を上げていくしかないと思います。。。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
条件としては、風速、天候などの影響がない理想的な条件としているつもりです。
手動でもPID制御を用いた場合においても、プロペラによる流体の影響が少なければ問題ないのですが、大きいとどちらを用いても接触や墜落の可能性があるような気がします。
定性的な質問で申し訳ないのですが、ジェット機ならそのプロペラによる流体の力が強いと思いますが、構造のちがうドローンでもその力は影響があるほど大きいのでしょうか？
ご回答いただけると幸いです。

お礼日時：2018/06/14 10:52