40代男性ドローンはブームだし、うんちくのひとつも知っておかないと時代に乗り遅れそう。子供から聞かれても答えられないと恥ずかしいし…。
ドローンはTV-CMや報道番組、ドラマ、映画などあらゆるところに使われており、空撮映像を見ない日がないほどです。
点検、測量、旅行から災害、救助、農薬散布などすでに活躍している分野があり人に代わって繊細に動くことから人員削減や安全性の確保に大きく貢献しています。
その反面、意外と知られていない飛行の原理について、ここで楽しく学んでおきましょう。
家族や職場で、雑学として、将来を見据えた子供たちが、自由研究の題材に用いてるほどです。
- ドローンはどうしてフワッと浮いて360°自由に動けるのか？
- どうやってドローンに動く指示を与えている？
- 様々なセンサーを必要とするのはなぜ？
- ドローンは大きく分けて2種類ある
- 空の安全を守るための航空法
- 小さい機体に凝縮された素晴らしい機能
これだけわかっているとお子さんが驚くほどの知識を身につけることができるのでぜひ頭に入れておきましょう。
ドローンの4Kって？ fpsって何？ そんな疑問はここで解消しましょう。
ドローンを選ぶならカメラ解像度を知れ！わかりにくい用語を解説！
ドローンが自由に飛行できる仕組みは対角線のプロペラ回転！
ドローンは空気とプロペラの形を利用した航空力学に基づいて飛行します。
原理は飛行機が飛ぶこととよく似ているのでドローンが想像できない方は飛行機を思い浮かべるといいでしょう。
ドローンが自由に飛ぶ仕組みはプロペラの形状に理由があった！
羽を断面から見て風の流れを表した図です。
翼に強い空気が衝突すると羽の下と上に圧力の違いができて浮き上がる力(揚力)が生まれます。
飛行機はエンジンを使って前方へ高速移動することで強い空気の流れを作りますが、ドローンはプロペラを高速回転させて図と同じように浮き上がる力(揚力)を生み出し、宙に浮いています。
ドローンは飛行機のように助走がいらない
大きな飛行機が空を飛ぶためには加速が必要なため長い滑走路が必要ですがドローンはその場で離陸できます。
プロペラを高速回転させることで「揚力」を生み出しているので長い滑走路も広い土地もコストのかかるインフラ整備も必要なくその場で離陸でき、自由に飛び回れるドローンは多岐にわたって活躍できる大きな可能性を持っています。
ドローンの仕組み【プロペラは対角線が同じ向きに回転！】
ドローンはプロペラの枚数がいろいろありますが、わかりやすいようにここでは4枚のプロペラで説明します。
4枚のプロペラは2枚が右回り、2枚が逆の左回りに回転しています。
つまり右回り2枚と左回り2枚のプロペラが同じ速度で回転することによって力のバランスが保たれて(反トルクを相殺)その場で静止することができるわけです。
インストラクターまいなるほど、全部が同じ方向を向いてるとぐるぐる回ってしまうんですね。
右回りと左回りで同じ力が回っているからバランスが保てるんです。
ドローンの仕組み【安定してホバリングできる仕組みは揚力と重力】
ホバリングとは空中で静止した状態を言います。
- 4枚のプロペラが同じ速度で回転していれば上に上がることも下に下がることもない
- ドローンの真下にはドローンの機体と同じ力が働いている。
- ドローンの機体の重量と4枚のプロペラのバランスが取れた時に静止す
- プロペラの速度をうまくコントロールできると安定したホバリングができます。
プロペラの形状と風の力を利用して「揚力」を生み出します。
機体の重さ+プロペラが回転数によって生み出す揚力の量＝0
この状態の時にドローンはホバリングさせることができます。
ドローンの上昇、下降は簡単！重力とプロペラの回転数のバランス！
プロペラの回転数を上げると上昇し、回転数を下げると下降します。
- 上昇：機体の重さよりもプロペラの回転数が早いとき
- 下降：機体の重さよりもプロペラの回転数が遅いとき
ドローンは回転数を上げると揚力によって上昇し、回転数を下げると重力にしたがって下降します。
それは4つのプロペラの回転数が同じであることが条件になります。
ドローンが前後、左右に動く仕組み！プロペラの強弱で自由自在！
4つのプロペラの回転数に強弱をつけることで自由に飛行させることができます。
ドローンを前後に動かすためには
前方2つか後方2つのプロペラ回転数を下げることで機体の傾きが生まれ、ドローンは前後に移動させることができます。
図は手前のプロペラの回転数を上げることで後方に移動させます。
ドローンを左右に動く仕組みは機体を傾けることで可能になる！
右方2つか左方2つのプロペラ回転数を下げることで機体の傾きが生まれ、ドローンを回転数の大きな方向から押し出されて回転数の小さな方向に移動させることができます。
ドローンが回転する仕組みは対角線にある2つのプロペラの強い回転にあり！
思い出してみてください。
ドローンのプロペラは対角線の2枚ずつが反対方向に回転していましたね。
同じ方向に回転する2つのプロペラの速度に強弱をつけることでドローンは回転します。
逆に右回りのプロペラ2つの回転数を上げるとドローンは右に回転します。
インストラクターまい4枚のプロペラのバランスはドローンの飛行に大切なものなんですね。
では4枚のプロペラのうち1枚が破損したらどうなるでしょうか。
ドローンのプロペラが破損したらどうなる？【1枚の破損も飛行には致命傷】
プロペラが1枚でも破損すると制御不能になります。
破損の度合いにもよりますが、最悪の場合は墜落もまぬがれません。
ドローンを飛行させる前には安全のために必ずプロペラのチェックを怠らないようにしましょう。
色々わかりにくいドローンの専門用語を一挙解決！
【ドローン用語完全版】知っておきたい基本用語辞典！
ドローンを自由に動かすためにはどんな仕組みで指示を与えているのか！
ドローンは操縦者から離れても指示通りに動いてくれます。
- バッテリー
- プロポ(操縦機)
- アプリ
- Wifi電波(2.4GHZ)
①バッテリー
ドローンはバッテリーをエネルギー源として飛行します。
できるだけ長時間飛行させるために、ドローンに負担をかけないための軽量化が求められ、技術革新が行われています。
使用されるリポバッテリージェル状で高温多湿が苦手なので風通しがよく乾燥した場所で保管しましょう。
特に熱には弱いので直射日光の当たる場所や夏場の車内などを嫌います。
発火や爆発のような重大な事故が発生することがあるので管理には十分注意が必要です。
②プロポ
ドローンに動きの指示を与える大切な役割をしているのがプロポ(操縦機)です。
前後、左右の動き、動画や静止画を撮影するとのボタン、バランスを取るためのチルト調整などを行う機能が備わっています。
プロポの操作には「モード1」「モード2」があります。
どちらが使いやすいかには好みがあるのでこちらで参照してみてください。
モード1、モード2ってなに？ 現役インストラクターが教えるドローン操縦を自宅で完全習得するコツ！
③アプリ
スマホアプリを使って「プロポ」と同じように操作ができるアプリがあります。
代表的なものにはDJI社のドローンを操縦するために「DJI GO 4」アプリを使用します。
Phantom、Mavic、SPARKなど最近の機体はこのアプリが対応しています。
- ドローンからの映像をスマホに表示
- 高度や距離などを把握してスマホ画面に表示
- モード1、モード2の変更
- Return to home機能(離陸地点まで自動で戻る)
- バッテリーの管理
- ※フライトモードの変更
- Pモード：GPS(自動操縦)
- Aモード：ATTI(手動操縦)
- Sモード：スポーツモード(最大速度)
インストラクターまいDJIは安定したドローンを作るメーカーとして世界的シェアがありますね。
手軽にマイクロドローンから始める場合はこちらの機種、世界から支持されるDJI社のドローンと東京オリンピックの開幕で2200機ものドローンを同時にプログラミング飛行させたIntel。
2つの会社のノウハウを詰め込んだマイクロドローン。
お子さんのプログラミングにも使えるスクラッチ学習もできるのでおすすめです。
人気のドローンなので品切れになっていることもしばしば。
インストラクターまいそれほど価値があるということですね。100g未満で、航空法対象外なので人気の機種です。
④Wifi電波(2.4Ghz)
実はほとんどのドローンは携帯電話と同じ周波数2.4GhzのWifi電波でプロポと本体の制御を行なっています。
・ドローンとスマホをペアリングする
・スマホからWifi電波を発しドローンが受信する
一般的には2.4Ghzの電波を使用しますが、産業向けの大型ドローンや本格的なレースなどには5Ghz帯(5.7Ghz〜5.8Ghz)の電波が使われています。
5Ghz帯の電波を使用して飛行させるには「アマチュア無線技士4級以上」の資格が必要です。
知らずに飛ばして発覚すると電波法違反により罰せられるので注意しましょう。
安定したハイレベル飛行を支える高性能センサーがぎっしり！
ドローンが安定した飛行ができるのは高性能センサーが搭載されているからです。
多くのドローンに搭載されているものには
- GPS
- 加速度センサー
- 角速度(ジャイロ)センサー
- 磁気センサー
- 気圧センサー
世界最高品質！名高いDJIのドローンは信頼の証。
スカイファイト神戸はDJI MINI2を講習機として使用しています。
①GPS
よく耳にするGPSは位置情報を検出するセンサーです。
GPSは全地球測位衛生システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)のひとつでアメリカの衛生システムを言います。
最近はアメリカの衛生「GPS」、ロシアの衛生「GLONASS」、ヨーロッパのGALILEO(ガリレオ)、日本の衛星「みちびき」など、受信情報を併用することで精度の高い位置情報を得ることができます。
②角速度(ジャイロ)センサー
ジャイロセンサーはドローンの機体の角度の変化量を検出しています。
機体が傾いた時に安定させるような働きがあります。
インストラクターまいなるほど、私たちの身近なところで言えばスマホを傾けたら画面が回転する機能ですね。
③加速度センサー
ドローンの速度の変化量を検出して「速度」を表示してくれます。
加速度をゼロ(停止)とジャイロセンサーで傾きを修正するセンサーが組み合わさると安定したホバリングが可能になります。
④磁気方位センサー
ドローンが東西南北どの方向を向いているか検出する「コンパス」です。
コンパスは飛行させる場所によって磁気の影響を受けるので、飛行の前には「キャリブレーション」と呼ばれるコンパスの調整を行う作業が必要です。
⑤気圧センサー
高度が高くなるほど気圧は下がります。
この変化を検出してドローンの高度を測定したり高度を維持してくれるセンサーです。
高所では気圧の変化が多いので能力を発揮しますが、地上に近づくと気圧の変化が少なくうまく機能しないため、超音波の跳ね返りを利用した「超音波センサー」でドローンの高度制御を行います。
インストラクターまいドローンのいろんなセンサーが安定した飛行を生み出してくれるんですね。
ドローンは危険度に合わせて2種類に区分けされ別々の法律で管理されている！
ドローンは重量によって2種類に区別されています。
無人航空機とは
- 航空できる
- 飛行機、回転翼航空機、滑空機、飛行船、その他政令で定める機器
- 構造上、人が乗れない
- 遠隔操作または自動操縦で飛ばせる
- 重量が100グラム以上(バッテリー含む)
2022年6月20日から航空法の改正により100g以上が無人航空機として扱われることになりました。
小型無人機とは
- 飛行機、回転翼航空機、滑空機、飛行船その他航空できる機器
- 構造上、人が乗れない
- 遠隔操作または自動操縦で飛ばせる
- 重量が100g未満(バッテリー含む)
空の安全を守るための航空法
航空法とは「航空機の安全を確保すること」「航空機による事故や障害を防ぐこと」の2点を目的とした法律です。
200g以上のドローンは航空法によって規制がありますが、200g未満のドローンは規制の少ない「小型無人機等飛行禁止法」で管理されています。
| 無人航空機 | 小型無人機 | |
| 重量 | 100g以上 | 100g未満 |
| 法律 | 航空法 | 小型無人機等飛行禁止法 |
| 空港周辺 | × | × |
| 緊急用務空域 | × | × |
| 150m以上の上空 | × | × |
| DID地区 | × | × |
| ※国の重要な施設等 | × | × |
| 30m以上距離の確保 | × | ○ |
| 催し場所での飛行 | × | ○ |
| 飛行禁止区域 | ||
| 罰則 | 1年以下の懲役または50万円以下の罰金 | 1年以下の懲役または50万円以下の罰金 |
重量の軽いドローンは危険性が少ないと判断され、航空法ほどの厳しい規制ではないですが、罰則は同様です。
無人航空機も小型無人機もドローンは資格が義務付けられていませんが、飛行するためには正しい飛行知識と安全に飛行させる技術が必要です。
万一罰則を受けたとき、スクールに行っておけばよかったと思っても手遅れです。
※国の重要な施設等とは、対象外国公館等、対象防衛関係施設（令和元年改正で追加)、対象空港（令和２年改正で追加）、対象原子力事業所、大会会場等（令和元年改正で追加）、空港（令和元年改正で追加） などを指します。
まとめ 知らないと恥ずかしい？今日から周囲に自慢できるドローン飛行の仕組み！
いかがでしたか？
今回はドローンの仕組みについてお話してきました。
- ドローンはどうしてふわっと浮いて自由に動けるのか？
- どうやってドローンに動く指示を与えている？
- 様々なセンサーを必要とするのはなぜ？
- ドローンは大きく分けて2種類ある
- 空の安全を守るための航空法
ドローンファンを魅了した「Mavic mini(199g)」は、今回ご紹介した5つのセンサーとカメラの全ての機能が199gの機体に搭載されているから驚きです。
今後さらにドローンに注目が集まることで技術開発が進み、ドローンの活用領域が拡大することでしょう。
ドローンが個人宅へ荷物を宅配するのはもちろん、人を運ぶ無人飛行機の時代がもうそこまできているかもしれませんね。
