ドローン空撮［技術解説］　－　固定ピッチのメリットとデメリット

ドローン(マルチコプター)と従来型ラジコンヘリコプターの最大の違いが、「固定ピッチか？可変ピッチか？」
この特徴について考えて見ます。

マルチコプター固定ピッチ	従来型ラジコンヘリコプター可変ピッチ
固定	可変マイナスピッチ＝逆向き　も可能	プロペラピッチ ※翼の角度
問題無し ※上昇気流が発生してないとして	問題無し	ゆるやかな下降 ※3m/s程度
機体によってはハンチングが発生し墜落	問題無し	急下降 ※5m/s程度
低い	高い	製造技術・販売価格

固定ピッチのデメリット

固定ピッチは、下降動作と上昇気流に極めて弱い。
これが、マルチコプター(固定ピッチ)の最大のデメリットです。
この事は、マルチコプターが根底に抱えている問題。どんなに機材が進化しても永遠に解決しません。
実機でも、「セットリング・ウィズ・パワー」、「ボルテックス・リング・ステート」などの現象が発生します。
これを理解していないパイロットによる事故も無視出来ない件数発生しています。
パイロットは機体特性を十分理解し、危険な操作(直下への下降)や危険な場所(上昇気流)に入らないなどの配慮が必要です。

マルチコプターを運用されている方は思い出して下さい。
・トラブル(墜落)の多くは、下降中では無いですか？　(原因＝パーシャル域突入)
・ホバリングから突然のハンチング墜落＝よく晴れていませんか？　(原因＝上昇気流発生)
・上昇の最中にトラブルになったことはありますか？無いですね？　(原因＝動力系起因)
・あれ？この頃落ちないな・・・　(原因＝重量増・低重心は発生頻度が下がる)

思い出して下さい。
ノーコンに入る前の映像には、機体が暴れている挙動が残っていますね？
思い出したら、このページの解説ムービーを納得出来るまでご覧下さい。
墜落原因の多くは固定ピッチ起因であると読み取れると思います。

このデメリットは、ハードウェアとソフトウェアの両面。そして運用技術で、ある程度の対策が可能です。
ハードウェア対策は、マルチコプターのメリットを薄める方向に働きます。（必ず重量が増となりメンテ性が落ちる）
ソフトウェア対策は、どのような方法をとっても物理の壁を越えることは出来ません。
運用方法は、この特性を理解したフライトパターンの実践となります。
この固定ピッチ起因のマルチコプターのデメリットは、永遠に消すことは出来ない絶対的な特性です。
マルチコプターを使いこなすには、このデメリットを理解した上で、上手に従来型ラジコンヘリコプターや可変ピッチのマルチコプターと使い分ける事が必要です。

固定ピッチのメリット

・製造コストが安い
・メンテナンスが容易
・軽い

マルチコプターが普及したのは、「安く・簡単」だから。
10年前の従来型ラジコンヘリコプターなら、飛ばすまでに「エンジン調整とピッチ回りの技術的理解は必須」でした。
例えると、スクーターのエンジン程度なら自分で分解整備が出来る程度のメンテナンス能力が要求されたのです。
製造メーカーにも同様な事が言えて、従来型ラジコンヘリコプターの設計・製造には高い技術が必要でした。
これが、電動化と固定ピッチにより、ハードルが一気に下がったのです。

結論としては、メーカー・ショップ・ユーザーの全てにて従来よりも低い技術で取り扱うことが可能になりました。
一応は・・・メリットとして記しておきます。

空撮上級者への読み物として以下を記します。
マルチコプターは、ピッチコントロール機構を持たないので軽く耐久性が高い。
これは、従来型ラジコンヘリでは実現出来ないメリットです。
このメリットを最大限に活かせるのが、重登山を含む高地フライト。
この方面に着目し、マルチコプターを持ち込んでいる方もいますが・・・
2014年現在では、使いこなしていないというのが実情です。
ピッチ固定故に、現場に応じたピッチを選択出来る技術も要求されるのです。
つまり、標高に応じたピッチ(ダイヤ)を現場で取り替えるなどという事です。
2014年現在で高地撮影をしている動画を拝見する限りは・・・
この様なピッチに着目した固定ピッチマルチコプターの運用をしている方は少ないと思われます。
低地でセッティングされたプロペラで高地の撮影。
想定よりも過回転となるモーターは、画像への振動という形で現れています。
ゲイン修正なども現場では行っていないのでしょう。
仮に、0 [Zero]が同様の仕事を受けたなら・・・
低圧力下で、用いるペラとモーターのデーター取りからスタート。
荷物を減らすという観点から、折りペラの採用。
この折りペラは、2本とし必要高度と上昇気流の有無毎に複数を容易。
もしかすると、2本・3本・4本と使い分ける事により、同じ仕様のプロペラで高度対応なども可能かもしれません。
※重登山仕様なら、これがもっとも合理的
必要ならば、専用のプロペラ制作などという領域まで踏み込みます。
業務機材開発のご参考まで。

固定ピッチ起因の墜落への対策方法

下降時と上昇気流発生時の墜落防止には幾つかの対策が考えられます。

◆2014年現在の対策方法
・真下に下ろさない(螺旋を描きながら降下させる)
・機体の重心は下気味にセッティング(弊害有り)
・マルチコプターは容易に落ちる(上昇気流発生がわからない)という事実を受け止める

突然のハンチング後に墜落というパターンは、比較的軽量な機体で発生します。
具体的にはファントム(加筆:主に最初期の軽量な機体)が該当します。
一部には、「マルチコプターは、簡単には落ちない」と言う方がいるかと思います。
その方は・・・恐らく、小型・軽量機をとことん飛ばしているタイプの方ではありません。
S800などの重量級のマルチコプターを飛ばすのが日常の方です。
※3.0kg程度のクアッドなども同様　(加筆:このページ作成後に発売されているインスパイア1が該当)
重量級を扱う方が危険なのが上昇気流発生時の想定外の墜落です。
例えば・・・
所有している機体は、6m/s程度の垂直降下でバランスは完璧に保てますか？
答えは、Noかと思います。
3m/sなら・・・問題無しですね？
恐らく、この程度の速度で日常の業務では下降させていると思います。
ならば・・・
現場で、6m/sの上昇気流が吹いている中で、3m/sの下降を実施したらどうなりますか？
そうです。
その時は、ハンチングに入りバランスを崩し墜落するのです。
パイロットの位置から、上空100mに発生してる上昇気流がわかるのか？　と言う事です。
ラジコンヘリの経験が長い方ほど、頷くかと思いますが、「ラジコンは重い方が安定」します。
当然ですが、マルチコプターにも当てはまります。
このページで取り上げている固定ピッチ起因のパーシャル域問題は、プロペラ接触危険率の高い機体ほど、陥りにくい問題です。
ならば、重くして、モーター数・プロペラ数を減らすと解決するかと言うと・・・
実は、その通りです。
ただし・・・その様な危険な機体なら、従来型ラジコンヘリを用いても総合的な危険性はかわらないはずです。
もう意味がわかりましたね？

◆将来的な対策方法
・ソフトウェアで対策
・ハードウェアで対策
・運用技術で対策

固定ピッチ起因のパーシャル域対策には、ハードウェアとソフトウェアの両面。そして運用技術である程度の対策が可能です。
特にソフト面は、機体重量を増やさずに効果も高いところ。
メーカーには早急に対策して欲しいところです。
ここで、具体的に書けると良いのですが・・・
特許性の高い部分であることから、明示する事が出来ません。
ならば、特許を取ればイイじゃないかと指摘するかも知れません。
実は、それも非現実的なのです。
ソフトによる解決方法は、複数(軽く10以上)の方法が考えられます。
その一つ一つに特許性はあるのですが、別の手法を用いれば特許を回避することが可能なのです。
ならば、全てを押さえれば良いと言うのも・・・少し違います。
具体例を示さずに、お茶を濁すのは0 [Zero]らしくないので、ひとつだけソフト面の対策方法を紹介します。

「モーター最低回転数を設定する」
これは、特許性が無く有効な対策のひとつ。
この対策がされた機体は、強烈な上昇気流が出ている条件では、ホバリングの指示を無視して機体は上昇します。

ハードウェアで対策するアプローチもあります。
ここも、特許性のある内容が多く・・・すいません。声は低くなります。
ハードによる解決方法は、重量増とメンテナンス性の悪化という問題が付きまといます。
どんなに練られた対策方法でも、必ず重量は増えます。
実は・・・
ピッチ機構を入れたマルチコプター。
つまり、従来型ラジコンのメインローターを4個用いたクアッドは、ひとつの答えです。
モーター回転は一定。
ピッチのみで浮力とバランスはコントロール。
これなら、物理的にパーシャル域には入りません。
欠点は、ヘッド分の重量増とメンテナンス性の悪化。
実は、この機体は実体化研究が進んでいました。
マンション眺望撮影専用機体の開発に着手した2013年の春には基本設計が完成。
その後に、マルチコプタージャマーの危険性を公開すると同時にマンション眺望撮影にマルチコプターを用いないというポリシーを採用しました。
この時にも、従来型にて機体を制作するという方向も練られました。
その結果、プロペラ接触危険率に有利なマルチコプターにまとまったという経緯があります。
搭載するカメラは、100g程度。
ピッチコントロールを備えたクアッドでも1.5kg以下に収める事が出来ます。
1.5kgでも、従来型（シングルローター）なら、人との接触で惨事となります。
この件に関して、特許性が無い事から公開となりました。
制作途中の機体は、形状にノウハウがあることから非公開となります。

◆運用技術で対策　即効性アリ：プロの方は実践をお願いします。
パーシャル域に入る理屈さえわかれば運用面からの対策も可能になります。
早い話が、「直下に急降下させない。上昇気流に注意する」
この二点になります。
イメージ的には実機の、「セットリング・ウィズ・パワー」に近いと言えます。
事故の発生タイミングは、上空からの回収時。
真上から下ろす際に、バランスを取る分の浮力まで消えてしまう事が原因です。
この浮力(有効なモーターの回転)を確保する為に、下降成分に水平移動成分を混ぜます。
つまり、螺旋を描きながら下降をさせると、パーシャル域に入りにくくなります。
そして、上昇気流に関しては・・・
「可能性があるところで飛ばさないこと」です。
高度20m以下では、上昇気流の心配は、ほぼありません。
怖いのが、どのような場所でも高度50m程度から上の空。
郊外と都市部で高さは異なるのですが、上空には風が切り替わる層が明確に存在しています。
この層の近辺では上昇気流が発生していることが多く、マルチコプターにとっては魔のゾーンになります。
都内では、60～80m。
郊外では、40m付近に存在します。
思い出して下さい。地上の風と雲の流れが逆の時は良くありますね？
この様な事は、普通の事ですね？
上空の風は、上昇・下降の成分が複雑に絡み合って構成されています。
高度200m,(60階クラスの高層ビル)までの間に、風の方向が切り替わるのは当然(30%以上の確率)
50～100mのゾーンに、上昇気流と下降気流が複雑に入れ替わるのも当然(50%以上の確率)
普通の方が、この事に関して語ることは不可能です。
0 [Zero]は、バルーン空撮のトップブランドを自負しています。　※都内の高層マンションの眺望撮影のシュアNo1(2014年：自社調べ)
日々のバルーン空撮業務の中で、上空が複雑な空気の層で組み立てられていることを体感しています。
経験から、ビルの形状などを見て、地上から上昇気流の発生ポイントを言い当てられるまでになっています。

コラム：ラジコンヘリと一眼レフの共通点

Ｑ：2014年現在で、ニコンとキヤノンからフルサイズミラーレス一眼レフが発売されてない理由は？

突然、マルチコプターとは関係ない問いかけからスタートします。
マルチコプターの以下の特徴を確認します。
・マルチコプターは、構造的に単純である
・マルチコプターは、結果として安価に制作出来る
・マルチコプターの基本特許は無い

さて、ここで上記の箇条書きのマルチコプターをミラーレスフルサイズデジタル一眼レフに置き換えて下さい。
はい。見事に一致します。
どちらの業界も、ニコン・キヤノンやJR・ヒロボーなどの歴史のあるメーカーが単純且つ利幅が狭い新ジャンルに参入出来ていません。
例として取り上げたメーカーは、マルチコプターもミラーレスフルサイズデジタル一眼レフもいつでも販売可能。
でも、発売はしない。
彼らも自社ブランドの位置を良くわかっているのです。
安易な新ジャンルへの参入には未来が無い。
安価である事が優先される新ジャンルは、どこまで行っても価格が勝負。
この世界では、既存メーカーは勝負になりません。

ここで、旧タイプの商品である、「ミラー付きデジタル一眼レフ」と、「従来型ラジコンヘリコプター」を考えて見ます。
このどちらも、無くなる事はありません。
新ジャンルではカバー出来ない事がどちらにも存在します。
ラジコンの世界なら、絶対的な水平移動速度。
カメラの世界なら、趣味の分野。

この似通った新ジャンルは、その特性を理解した上で使い分ける必要があります。
ミラーレスフルサイズ＝短フランジバック起因の四隅の画質
マルチコプター＝固定ピッチ起因の軽量性
ひところ、NEX5(APS-C)をマルチコプターに動画撮影用として搭載することが流行った次期があります。
0 [Zero]の眼からは・・・
どちらも、間違った使い方として写りました。
絞り込む動画なら、APS-Cは不要(小さい受光部で十分)
マルチコプターは軽いことが正義(重いなら信頼性の観点から従来型が優れる)
0 [Zero]も、いづれは参入しますが、人物を撮らないCM撮影なら従来型ラジコンがベスト。
人物を撮り、レンズを開ける必要が無いならGoPro。
レンズを開けて人物を撮るなら、そのワークに対応出来る専用設計のマルチコプター。
目的があってから形が決まる。
これが、当たり前の事と考えています。

公開日：2014/07/16
最終更新日：2015/12/09

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