RGBlimp: Robotic Gliding Blimp — Design, Modeling, Development, and Aerodynamics Analysis

要約

小型ロボット飛行船は、空気より軽い航空機の一種であり、その長い飛行時間と安全な空中移動のため、科学および工学分野でますます注目を集めています。
過去 10 年間にさまざまな小型ロボット飛行船が開発されてきましたが、そのほとんどは浮力揚力を利用し、設計において空力揚力を無視しているため、空力性能は平凡です。
この書簡は、ロボット飛行船と固定翼グライダーの両方の望ましい特徴を組み合わせた小型ロボット飛行船の新しい設計を提案しており、これはロボット滑空飛行船（RGBlimp）と名付けられています。
このロボットは、ヘリウムで満たされたエンベロープと一対の翼を備えており、内部の移動質量と一対のプロペラを移動制御に使用します。
このレターでは、RGBlimp の設計、動的モデリング、プロトタイピング、およびシステムの識別について説明します。
著者の知る限り、これは、ハイブリッドリフトと移動質量制御を備えたこのような小型ロボット飛行船を体系的に設計および開発する最初の取り組みです。
RGBlimp の設計と動的モデルを検証するための実験結果が示されています。
RGBlimp の空力解析が行われ、提案された RGBlimp の空力効率と飛行安定性の性能向上が確認されました。

要約(オリジナル)

A miniature robotic blimp, as one type of lighter-than-air aerial vehicle, has attracted increasing attention in the science and engineering field for its long flight duration and safe aerial locomotion. While a variety of miniature robotic blimps have been developed over the past decade, most of them utilize the buoyant lift and neglect the aerodynamic lift in their design, thus leading to a mediocre aerodynamic performance. This letter proposes a new design of miniature robotic blimp that combines desirable features of both a robotic blimp and a fixed-wing glider, named the Robotic Gliding Blimp, or RGBlimp. This robot, equipped with an envelope filled with helium and a pair of wings, uses an internal moving mass and a pair of propellers for its locomotion control. This letter presents the design, dynamic modeling, prototyping, and system identification of the RGBlimp. To the best of the authors’ knowledge, this is the first effort to systematically design and develop such a miniature robotic blimp with hybrid lifts and moving mass control. Experimental results are presented to validate the design and the dynamic model of the RGBlimp. Analysis of the RGBlimp aerodynamics is conducted which confirms the performance improvement of the proposed RGBlimp in aerodynamic efficiency and flight stability.

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