BLADE mQX 飛行原理

BLADE mQXやA.R Droneといったクアッドコプターの飛行原理を考えてみます。

クアッドコプターはもちろん４枚のプロペラの回転数を制御して飛行します。
プロペラは時計回り（CW）と反時計回り（CCW）が対角に２枚ずつ配置されます。
BLADE mQXは右前と左後がCWで、左前と右後がCCWです。
AR.Droneはその逆で右前と左後がCCW、左前と右後がCWになっています。

ここではBLADE mQXを例に送信機の操作の面からプロペラの回転の関係を説明させて頂こうと思います。

■スロットル（垂直上昇／下降）

図は機体左側から見ています。
機体を真っ直ぐ浮上させるには４枚のプロペラを同じ回転数で回せば垂直に上昇します。


プロペラの回転数を落すか停止させれば機体は自重で降下します。


■エレベータ（前進／後進）＝ピッチ軸

図は機体左側から見ています。
機体を前進させるためには機体前側２枚のプロペラの回転数を下げます。
同時に後側の２枚のプロペラの回転数を上げれば機体が前方向へ傾き前進します。


後進する場合には逆に機体後側２枚のプロペラの回転数を下げ、前側２枚の回転数を上げます。


■エルロン（右移動／左移動）＝ロール軸

図は機体後側から見ています。
機体を右移動させるためには機体右側２枚のプロペラの回転数を下げます。
同時に左側の２枚のプロペラの回転数を上げれば機体が右方向へ傾き右移動します。


左移動する場合には逆に機体左側２枚のプロペラの回転数を下げ、右側２枚の回転数を上げます。


■ラダー（右回転／左回転）＝ヨー軸

図は機体上側から見ています。
最も理解しにくかったのがクアッドコプターのラダーです。
ラダー制御はCWとCCWのプロペラ回転数の制御で実現します。
まず、通常ホバリングしている時には全てのプロペラが同じ回転数になります。


右回転するにはCWのプロペラの回転数を下げ、CCWの回転数を上げます。
プロペラの回転方向に対して必ず、プロペラ軸を中心に反対方向へ回すチカラ（反トルク）が生じます。
回転数が高いほど反トルクは大きくなります。
プロペラ軸に発生した反トルクはプロペラ軸に対して働きますが、ベクトルを見ると機体中心に対して回転させる方向にも発生します。
このため、回転数が低いCWのプロペラ軸の反トルクよりも、回転数が高いCCWの反トルクが大きくなり機体を右へ回転させます。


左回転は右回転と逆の理屈となります。
左回転するにはCCWのプロペラの回転数を下げ、CWの回転数を上げます。

BLADE mQXはこれら３つのピッチ軸、ロール軸、ヨー軸を３軸ジャイロで制御しています。
角度センサや処理ＣＰＵの能力向上で安価に実現できるようになってきたのでしょうね。