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HNに表示: 3DプリントのVTOLドローンを作りました

2025年6月11日原文(tsungxu.com)

概要

  • 130マイル の航続距離を持つ VTOLドローン90日間 で開発
  • 3時間 の連続飛行が可能な 3DプリントVTOL として世界トップクラス
  • 開発者は CADや3Dプリント、空力設計の初心者 からスタート
  • 設計・製作過程や課題 については動画では詳細未公開
  • 主要スペック使用部品 も公開

130マイル航続VTOLドローン開発ストーリー

  • 90日間 で開発した130マイル対応の VTOLドローン
  • 1回の充電 で最大 3時間 の連続飛行が可能
  • 世界最長クラスの 3DプリントVTOL としての自負
  • 開発者自身 が最も誇りに思う成果物
  • プロジェクト開始時点での スキルレベル
    • CAD、3Dプリント、空力設計 は全て初心者
    • 過去に作成・飛行したVTOLはわずか1台
    • CADスキル は基本的なスケッチの押し出しのみ
    • Bambu A1 3Dプリンター の使用歴は1ヶ月
    • 発泡PLA の3Dプリント未経験
    • 空力シミュレーションツール (揚抗比、安定曲線等)未使用
  • 動画制作 も初挑戦
    • YouTube動画 の編集に多大な労力を要した
    • 音声解説や映像編集 により、当初予定より動画が短縮
  • 未公開の課題や工夫
    • 設計パラメータ選定エアフレームCAD設計学習
    • 部品調達発泡PLAプリント品質向上
    • 電力損失のトラブルシュート
    • その他多数の開発上の課題
  • 詳細な設計・製作プロセス の情報提供も検討中

開発機体の主要スペック

  • 全幅 :3.9フィート(1200mm)
  • 全長 :2.5フィート(770mm)
  • 重量 :5.6ポンド(2.55kg)
  • 機体構造
    • 発泡PLA(Bambu PLA-Aero)PETG構造部品 をA1プリンターでプリント
    • CFRP(カーボンファイバー強化プラスチック) 製ブーム・スパー
  • バッテリー
    • Li-ionシリコンアノード Amprius SA08セル
    • 6s2pパック (Upgrade Energy製)
  • モーター
    • 2807 AOS (リフト用・巡航用、最適化前)
  • ESC(スピードコントローラー)
    • リフト用: Holybro Tekko32 F4 45A 4in1
    • 巡航用: Flycolor Raptor 5 45A
  • プロペラ
    • 7042 Gemfan (リフト・巡航共用、最適化前)
  • フライトコントローラー
    • Speedybee F405 Wing
  • GPS
    • M10
  • ファームウェア
    • Ardupilot 4.6.0

プロジェクトの反響と感想

  • Reid Hoffman がX(旧Twitter)で動画を引用ツイート
    • 「100年前は兄弟と自転車工房が必要だったが、今は 適切なツールチェーン があれば個人でも飛行のパイオニアになれる」
  • 開発者自身の謙虚な感想
    • 歴史的な発明家たちと比較され、 非常に光栄 であるとのコメント

今後について

  • 設計・製作プロセスの詳細技術的課題 の解説希望があればコメントを歓迎
  • より 詳細な解説動画記事化 も検討

Hackerたちの意見

アマチュアにしてはすごい成果だね。縦と横の飛行用に別々のモーターを使ってるから、設計は簡単になるけど、横飛行のときに縦のモーターが結構な抵抗を生むんだよね。大したことじゃないかもしれないけど、どうかな。モーターを回転させると確実に重くなるから、航続距離が減っちゃうよね。

この場合、ティルトローター機構を追加するのは、複雑さと重さを考えるとあまり得策じゃないね。別々のモーターとプロペラによる重さと抵抗の増加については、君の言う通りだね。

実際にはそんなにひどい非効率じゃないよ。この構成だと、巡航用のモーターとプロペラが巡航に最適なサイズになってるから、推進モーターの効率とプロペラの効率の両方に大きなメリットがあるんだ。ティルトローターや翼、ボディの構成だと、巡航モーターが揚力モーターとしても働かなきゃいけないからね。ホバリングには巡航の4〜7倍のパワーが必要だから、モーターが最適なスロットル/RPM帯にないのがわかるよ。このことについて、アーチャーのCTOであるムニョスも公に言ってた。

それに、重量(と抵抗)のペナルティは約5%だよ。ティルト用のアクチュエーターやサブアセンブリもタダじゃないからね。電動モーターの特定出力が今世紀に入ってから急速に増加しているから、これがペナルティの最大値になるだろうね。

Wingがすでに使ってるデザインにすごく似てるね。今使ってるものに決める前に、コストや航続距離、複雑さ、安全性などのトレードオフをかなり分析したんだろうな。

ちょっと宣伝させてね: https://aliptera.com/ すべてのモーターにティルトローターがあって、さらに一工夫。翼の形が垂直モードでの揚力を増やすから、より小さいモーターでも使えるし、水平モードでも効率的なんだ。

すごいね!ドローンの自重に加えて、どれくらいのペイロードを持てるか試してみた?

ありがとう、まだ試してないよ!でも、このビルドのバッテリー質量比が53%だから、ペイロードを含めたいならVTOLの重量の約30%がバッテリーっていうのが目安だね。だから、もっと小さい6Sバッテリーを使うこともできるし、もう少し0.5ポンドくらい追加しても問題ないと思う。揚力モーターはだいたい45%のスロットルでホバリングしてるから、バッテリー質量比を減らさずにペイロードを増やす余裕はあるよ。

フォームフレームのデザインと比べてどうなのか気になるな。カスタマイズできるのは明らかに大きな利点だし、3Dプリントされたパーツの非固体充填もそうだね。剛性に関しては、3Dプリントのフレームはカーボンファイバーと比べてクワッドコプターにはあまり向いてないと思うけど、固定翼にはフォームの良い代替品になりそうだね。剛性の問題は、主に高性能なマニューバを行うときにクワッドで出てくるけど、このデバイスの離着陸モードではあまり関係ないと思う。(例えば、レーシングスタイルのドローンの高加速やマニューバ)もし誰か試したいなら、彼が使ってるパーツは全部アマゾンとかで買える標準の中国製のCOTSだよ。彼が使ってるArduPilotのファームウェアは非常に柔軟で頑丈だけど、設定が本当に最悪なUXだった。商業用UASはほとんどPX4を使ってるね。

俺はシングルウォールの発泡PLAを使ったけど、これはどんなフォームよりも衝撃に弱くて脆いんだ。安いフォームコアや特にEPPやEPOと比べてもね。クラッシュして再構築するのが大変だったよ。でも、俺の最初で唯一のVTOLビルドはフォームコアのレディボードで、アスファルトに12フィート落ちても胴体が少し圧縮しただけで、全然壊れなかった。交換したことないよ。もし次に印刷したビルドをするなら、印刷した部分にダブテールやクリップを追加するかな。はい、アビオニクスや推進部品はスピードのためにCOTSだし、Ampriusのパックはアメリカ製だけど、他は全部中国製だよ。最近、商業用でArdupilotが使われるのも見かけるようになったけど、UXはちょっと使いにくいね。

飛行機に関しては、PLAはフォームに比べてかなり悪いよ。重いし脆いから、ちょっとした着陸でも部品が壊れちゃうし、重い飛行機は飛びにくい。大きな利点は、部品を再印刷できることだから、ほぼPLAの価値があるって感じかな。ABSの方が多分いいと思う。耐久性があって軽いしね。でも、それでもフォームより重いし、ABSの印刷はあまり良くないよ。

ずっと作ってみたいと思ってたけど、まだ手を出してない者として、詳しいプランと初心者向けのチュートリアルが欲しいな。何かのために寄付やPatreonも喜んでするよ。

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