ドローンが飛ぶ仕組みを知ろう!揚力ってどんなもの?

投稿日:2017-10-16 更新日:

こんにちはドローン愛好家のえいじです。

ドローンを大空で飛ばしたい!トイドローンを買ったけど、次どの様な知識を得れば良いの?と悩みはつきものですね。そこで、ドローンの事をしっかり理解する為に、ドローンの基礎知識をシェアしたいと思います。ただドローンを飛ばすよりも「ちょっとしたウンチク」を知っていた方がカッコいいですよね!

今回は「揚力」がテーマです。

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ドローンが上昇する時は「揚力」が発生している!

ドローンが飛ぶ時は次の様な力が発生しています。

  1. 揚力(上昇する力)
  2. 重力(下降する力)
  3. 推力(進行方向への力)
  4. 抗力(推力と逆方向の力)

つまり単純に上昇のみを考える場合「重力」よりも強い「揚力」という上昇する力が発生すれば空中に浮上するという事になります。当たり前ですが、ドローン(クアッドコプター)には「プロペラ」があり、プロペラが回転する事によって揚力が得られるという仕組みです。

それでは、少し違う視点から揚力についてみていきましょう。

飛行機を想像してみて下さい。

飛行機はプロペラがありませんが機体が浮くには揚力が発生しているはずですよね。その秘密は飛行機の翼にあります!

飛行機の翼を注意深く観察すると独特な形をしており、

  • 翼の下側が直線に近い形をしている
  • 翼の上側に膨らみがある

これこそが揚力を発生させる形なんですね!

飛行機が離陸・飛んでいる時をイメージしてみると、空気は翼の前面から後ろに向かって流れますよね。

  • 翼の下側では直線に近い形なので普通に空気が流れる
  • 翼の上側では翼の独特な形により、空気の流れが速くなります。

この翼の上側と下側での気流の流れ方の差により「圧力の差」が生まれます。

  • 空気が早く流れる上側の方が空気が薄く圧力が弱くなる
  • 空気が普通に流れる下側の圧力に押され飛行機は上に持ち上げらる

この原理により飛行機は上昇して飛ぶ事ができるという仕組みなんです。

いやースッキリしましたね!

それでは話を戻してドローンの「プロペラ」の形に着目してみましょう。

このプロペラも単なる板ではなくよく見ると独特な形をしていますね。翼の断面とプロペラの断面も実は同じ様な形をしており、上側と下側の空気の圧力差が発生する形になっています。プロペラの形こそが揚力を上手に生み出せる様に作られているんですね!

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ドローンの揚力を増大させる方法とは?

さて、ドローンの揚力を大きくする為には「プロペラの回転数を早くすれば良い」というのは直感的にわかりますが、実はそれ以外でも揚力を強くする方法があるんです。それは

  • プロペラを大きくする
  • 迎角(ピッチ)を大きくする

というように、「通常のプロペラ」の他に「大きいプロペラ、迎角を大きくしたプロペラ」などプロペラを使い分ける事によってより強く上昇させる事ができる様になります。

しかし、ドローンのプロペラは実際に見てもイマイチ大きさが分からない場合があります。

わたしが保有しているDJIのPhantomシリーズやその他のドローンのプロペラには「うっすら4桁の数値」が書いてあるんです。

  • 前の2ケタはプロペラの長さ(inch)
  • 後ろの2ケタは迎角

というように、数値が大きくなるほど揚力が大きく得られる構造になっているようです。

さてもう一歩踏み込んで、どの様な時にこのプロペラを使い分けるのか考えてみましょう。

先程、飛行機が飛ぶ時に発生する揚力は翼の上側と下側の気流の流れの差によって上昇するとお話しました。これは空気の密度の大小も関係してきますよね。

ということは、空気の薄い所では圧力差が少なくなります。

そのような場所でドローンを飛行させる時は、プロペラを変えると揚力を安定して得られる事ができるんです。もうここまでお話すればお分かりになる方もいらっしゃると思いますが、空気の密度が小さいところ=高度の高いところですね。

ですので、プロペラの使い分けは主に「飛行する高度」によって使い分けます。
具体的に言うと高度が高いところ、つまり山などの高い場所では平地と比べて揚力を得にくい為、プロペラを変えて飛ばすと良い様です。これにより高度が高いところでも安定した飛行が可能になるというわけですね!

いかがでしたでしょうか?これだけでも「ドローンや飛行機うんちく」語れますよね。ドンドンしったかしてカッコよくなっちゃって下さい!

さて次のブログではここでチェックした「揚力」に加え「推力」も交えながらドローンの飛び方をチェックしてみたいと思います。

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tri-drone運営者プロフィール

ドローン操縦士 えいじ
一般社団法人
日本UAS産業振興協議会(JUIDA)
・操縦技能証明証 取得
・安全運航管理者証明証 取得国土交通省 全国包括申請 取得
(30m以内・夜間飛行・目視外飛行)一般社団法人ドローン大学校を卒業後
「ドローン操縦士」×「ブロガー」として活動
ドローンの体験を中心とした情報を執筆中

-ドローン初心者にオススメ!基礎知識入門

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