フクロウの翼を模したドローン用プロペラが騒音を最大3dB減デザインの力

千葉大学と三井化学は、フクロウの翼を模倣して開発したドローンのプロペラで騒音低減効果を実証した。プロペラのモデルは、都市部での航空物流や交通分野での応用が期待できる。

» 2025年06月06日 09時00分 公開
[MONOist]

 千葉大学は2025年5月28日、三井化学と共同で、フクロウの翼を模倣したドローン用プロペラを開発したと発表した。計算機シミュレーションにより騒音低減効果を実証しており、都市部での航空物流や交通分野への応用が期待される。

 騒音の低減と空力性能はトレードオフの関係にあり、騒音を抑える設計変更は一般に空力性能を損なう傾向がある。例えば、プロペラの形状を変更して騒音を抑えた場合、推力や効率の低下を招くことがある。一方で、進行方向に最初に空気と接触する回転翼の前縁部は、形状や設計によって空力特性が大きく左右されるため、最適な形状を施すことで騒音低減効果を得ることが可能である。

 今回の研究では、三井化学が提供したマルチローター無人航空機向けプロペラのモデル形状に、静音飛行が可能なフクロウの翼を模した鋸歯(きょし)形状を適用し、計算機シミュレーションを実施した。鋸歯形状を前縁部に組み込んだ複数パターンのプロペラにおける空力音響特性を解析した結果、「SER6」モデルにおいて最大3dBの騒音低減効果を確認。同時に、空力性能の指標であるFM値では4〜8%の軽微な低下にとどまった。

 前縁部の鋸歯形状の最適化は、振幅や幅(波長)といった幾何学的パラメーターに大きく依存する。今回の解析では、幅および振幅を各6mm、間隔を8mmとした鋸歯(SER6)において、騒音低減と空力効率のバランスが最も良好であることが判明した。これにより、騒音低減と空力性能という相反する要件の最適化には、鋸歯寸法の設計が重要な役割を果たすことが示された。

フクロウの翼の構造理解からプロペラ設計の流れ フクロウの翼の構造理解からプロペラ設計の流れ。(a)フクロウの翼の形態、(b)フクロウの第10主羽根、(c)クリーンなベースラインのプロペラ(CLE)と、鋸歯の大きさが異なる3つの鋸歯状のプロペラ(SER3、SER6、SER9)、(d)CLEモデルの正面図、(e)鋸歯形状の特徴[クリックで拡大] 出所:千葉大学

 今回のシミュレーションで使用したプロペラモデルは、直径72cm以上の大型サイズであり、大型ドローンや空飛ぶクルマ(空モビリティ)への実装も視野に入る。重量の大きな機体に搭載することで、都市部における航空物流や次世代交通への応用が期待される。

フクロウ規範プロペラのデザイン フクロウ規範プロペラのデザイン[クリックで拡大] 出所:千葉大学

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