ガスタービン発電機ハイブリッド電動飛行機の構想

ガスタービン発電機の電力とバッテリー電源のハイブリッド電動飛行機を構想してみました。

１人乗り電動飛行機として構想を行い、機体後部にあるガスタービン発電機と主翼内にあるバッテリーのハイブリッド型電動飛行機としてみました。

推進機は電動ダクテッドプロペラとなっていて、以前に設計していたターボファンエンジンのファン部を流用した設計です。

このハイブリッド飛行機構想で弊社が設計出来る範囲は、ガスタービン発電システム部と電動推進ダクテッドファン部となります。

ガスタービン発電システム部は、これまでの水力発電、蒸気発電、ガスタービン発電の設計・製作・運転の経験が活かせる部分です。

また電動ダクテッドファン部も最近３年間の高性能ターボファンエンジン設計による高性能ダクテッドファン部設計経験がそのまま適用出来ます。

結局このような構想で弊社にて設計出来る範囲は、飛行機械の動力発生部と推進部となります。

飛行機の機体については、流体損失の少ない形状を設計したり、揚力と抵抗の最適化などをを求めることは可能ですが、機体構造については設計が難しい範囲です。

＜今日の流れ＞

タービン系の基本設計作業を進める一日となります。

基本設計計算は終わっているので、３次元ＣＡＤを使って具体的な構造設計構想も含めた流体部形状を造ることとなります。

ガスタービン発電ハイブリッド型の空飛ぶバイク構想

ガスタービンで発電してバッテリー電源とハイブリッドとなる方式の空飛ぶバイクの構想図です。

浮上するための推進機は、2重反転型電動プロペラを4基使っています。

電動プロペラを回転させる電源としてガスタービン発電機とバッテリーを機体に積んでいます。

ガスタービン発電機用の灯油燃料は機体中央部にあります。

２重反転電動プロペラ型推進機1機の浮上力は１００Ｋｇほど有り、４台の推進機で４００Ｋｇの全備重量を上げることが可能です。

プロペラは高速回転タイプとなり複合材による耐遠心力設計が施され、比較的高速のインナーローターブラシレスモーターにより駆動されて、直径が小さいですが大推力を発生出来ます。

推力(F=mV)に対して運動エネルギー計算(E=1/2mV^2)の関係から、同じ推力を得るために直径が小さいプロペラで高速回転させると電力消費量は増えることとなりますが、ガスタービン発電機が電力を補うのでバッテリー電源だけに比べて長時間飛行可能です。概算では２時間以上飛行出来ます。

ガスタービン発電機は定格30KW出力となります。

＜今日の流れ＞

午後から活動開始で、うろうろしてみます。

バイク用サイレンサーの試作品

バイク用サイレンサーの試作品です。

４００cc の中型バイク用に2本出しサイレンサーとして設計して試作したものです。

ステンレス薄物パイプがサイレンサーケーシングとなっていて、ケーシング入口のフタと出口のフタはアルミからの削り出しという贅沢な構造となっています。

ただその構造により頑丈ですがいささか重たいサイレンサーとなってしまいました。

サイレンサー設計の特徴としては内部の排気ガス膨張部構造を独特なものとしたことです。

排気ガス膨張部を幾重にも簡単に増やすことが出来る構造により、静音化がやり易くなっています。

更にサイレンサー出口には可変ノズルを設けることで、使用状況に応じたサイレンサーの特性変更が可能です。

バイクへの組み付けは、取り付けバンドを巻いて固定する方法となります。

４００ｃｃの4気筒に使ってみた感触は低騒音となっていました。

今後のサイレンサー開発設計ではサイレンサーの軽量化を狙った材料変更と構造部の薄型化が必須です。

＜今日の流れ＞

今日は一日、計画設計を行うこととなります。

空飛ぶバイク ターボエレクトリック方式構想

空飛ぶバイクでターボエレクトリック方式の構想図です。

次図は、垂直離陸時の状態を示しています。

次図は水平巡行時の空とぶバイクです。

推進機は2重反転電動プロペラであり、電動プロペラの電源がバッテリーとそれに充電するガスタービン発電機となっています。

＜今日の流れ＞

今日は来週の用事に備えて休養日としています。

以前に構想計画していた事務所内ロボットを他の用途に転用する構想を考え中です

以前に構想計画していた事務所内ロボットを他の用途に転用する構想案を考え中です。

２年半ほど前に次のような事務所内掃除・軽量物運搬ロボットの構想設計を行っていました。

ロボットが移動するベースはロボット掃除機そのままとなっています。

ロボット掃除機の上部に水圧ロボットアームが載っていて軽いものを運搬する支えとなります。

ロボットアームの更に上部にセンサー類を持つロボットの頭脳部分を付けていて、これが廻りの状況を捉えてロボットの進路を決める部分であり、ROS機能を持つUbuntuPCの利用を想定していました。

この概念ロボット構想もここまで３次元構想設計を行い一旦中止となったことから、これ以上の進展はなかったのですが、これの水圧ロボットアーム構想と進路判断部構想を利用することで今回の新たな構想として、移動ベースがロボット掃除機ではなく電動バイクとすることで、屋外での作業利用が出来るロボット的なものを模索出来ると考えています。

電動バイク＋ロボットアーム＋判断頭脳部＝屋外での移動点検作業、屋外での軽量物運搬などが考えられます。

現在ちょうど電動バイクの流体解析用モデルを造っていますので、それに上記構想部を組み合わせることで構想検討を進めることが出来そうです。

＜今日の流れ＞

今日は一日書類作成と計画設計を中心に過ごすこととなりそうです。

軽トラ積載用の７５ＫＷ小型軽量ガスタービン発電機の設計

軽トラ積載用の７５ＫＷ小型軽量ガスタービン発電機の設計です。

このガスタービン発電機を軽トラックに載せて、狭くて悪路の場所でも入り込み、その現場で発電が出来るように設計しているガスタービン発電機の本体部の設計状態です。

用途は洪水被災地での緊急排水ポンプ用電源として設計を進めています。

＜今日の流れ＞

午前中は我社の優秀な女性エンジニア皆と、それぞれが受け持つ設計と解析の進捗状況打合せを中心に進めています。

午後からは自分の設計作業に集中します。

空飛ぶバイク設計をもっと進めてみようと思う

空飛ぶバイク設計をもっと進めてみようと思っています。

次は去年に計画設計してみた空飛ぶバイクです。

ターボエレクトリック方式の飛行機械です。

小型のガスタービン発電機で発電を行い、電動モーター駆動の２重反転ダクテッドファンにより浮上して、水平巡航に移行できる空飛ぶバイクです。

水平巡航時には機体上部の主翼揚力で重量を支えられることで長距離を飛ぶことが出来ます。

次は垂直に浮上する様子です。

次は水平に巡航するようすです。

次は垂直に着陸するようすです。

この計画は機体にまたがる点だけがバイクに近いので空飛ぶバイクと呼べないこともないですが、ほぼ垂直離着陸飛行機です。

よって今後の計画では普通の二輪車の形態をベースに、電動バイクにタービン発電機が付いたような形態で、主翼は折り畳みからの展開方式にて通常短距離離陸で空を飛べるような計画設計を行ってみます。

＜今日の流れ＞

今日は来客も無く、見積もりと設計作業を行います。

 

ロケットエンジンターボポンプを横置きの姿

ロケットエンジンターボポンプを横置きの姿です。

＜今日の流れ＞

自宅での作業を中心とした1日です。

液体ロケットエンジン用ギアードターボポンプの3次元カット図

詳細部設計を進めている液体ロケットエンジン用ギアードターボポンプの3次元カット図です。

次は液体酸素ポンプ・ケロシンポンプ・タービン・動力伝達ギアがカット図で分かりやすく見えているものです。

次図は、タービン部のカットでの内部羽根が詳しく見えています。

次図はケロシンターボポンプ側からインデューサーとインペラが見えています。

次は液体酸素ポンプ側からのインデューサーとインペラが見えています。

次は全体の軸断面図です。

＜今日の流れ＞

設計作業を中心として進めます。

ロケットエンジン液体酸素ターボポンプの流体解析シミュレーションを開始

ロケットエンジン液体酸素ターボポンプの流体解析シミュレーションを開始しました。

次が液体酸素ターボポンプの性能流体解析モデルとなり、ポンプから燃焼室上部キャップ部までの流れを解析します。

液体酸素ターボポンプの内部には、次のようなインデューサー羽根付きの遠心ポンプ羽根が入っていて、キャビテーションを抑制しながら液体酸素を吸い込みインペラが高圧として出口配管に送り込みます。

次は解析計算実行時のモニタリング画面です。

ソルバー異常警告が出て、計算が止まっている状態です。

解析条件の微妙な設定により解析ソルバ異常が出たりします。

ソルバ異常が出ても細かく修正を行って再計算を開始することで、現在解析計算進行中のものは安定した計算を続けていますから、近々結果をお見せ出来るでしょう。

＜今日の流れ＞

今日は午前中からの来客での打合せが午後までかかり、現在午後３時ですがやっとほっとしているところです。

３時間以上の打合せになるとずっと集中力と緊張を強いられるので、やっぱり疲れます。

今はもう今日の仕事は終了としたいところです。