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人力飛行機の設計と製作
東京工業大学Meister 人力飛行機部門
代表其田 聖史
設計 稲川 貴大
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１ はじめに～Meisterとは～
Meister (マイスター)は, "Challenge & Creation"をモットーに日夜『ものつくり』に励んでいるサークルです。現在は, 人力飛行機部門とエコノムーブ部門の二つの部門に分かれ, 人力飛行機とエコノムーバー(電気自動車)を製作しています。
主に東京工業大学の生徒で構成されており、各学年20～30人が集まって活動しています。人力飛行機部門は３年生の夏で引退となります。
２ Meisterの歴史～滑空機時代～
1992年 マイスター設立。鳥人間コンテストへの出場を目標とする
1993年 滑空機「Trystar」を設計するが書類審査で落選
1994年 滑空機「SUPER POSITION」を製作し、第18回鳥人間コンテスト 滑空機部門に初出場 記録28ｍ
1995年 滑空機「KARDINAL」を制作し, 第19回鳥人間コンテスト 滑空機部門に出場。サークル発足わずか3年で堂々の準優勝に輝く。 当時の滑空機部門歴代3位の記録である292.05mの飛行をする。
２ Meisterの歴史～人力飛行機時代～
1996年 「Corneille」を製作するも 書類審査で落選
1997年 「Cygnus」製作するも台風の直撃を受け, 大会自体が全面中止となる。
1998年 「Cathartes」で第22回鳥人間コンテストに出場を果たす 記録: 20m
1999年 「KARURA」で第23回鳥人間コンテストに出場パイロットとして荻原次晴氏が乗り込む 記録: 44.08m
2000年 「Whirl Wind」で第24回鳥人間コンテストに出場
初の定常飛行に持ち込む 記録: 380.54m(第4位)
２ Meisterの歴史～人力飛行機時代～
2001年 「Holsety」を製作。 第25回鳥人間コンテストに出場し, 悲願の初優勝を遂げる。 記録: 3823.70m
2002年 「なまら」を製作。 第26回鳥人間コンテストにて昨年に引き続き連続優勝。 記録: 3201.74m
2003年 「Promontoire」を製作し3連覇を目指す。 気候に恵まれ, 史上稀に見る好記録続出となった第27回鳥人間コンテストでは, 34kmを飛び飛行可能距離限界の琵琶湖大橋まで到達した日本大学に引き続き, 32177.99mを飛び準優勝を果たす。現在の歴代チーム記録である。
２ Meisterの歴史～人力飛行機時代～
2004年 「Halcyon」で第28回鳥人間コンテストに出場するも, 台風により中止。参考記録：218ｍ
2005年 「てぃだ」で第29回鳥人間コンテストに出場。
第3位入賞を果たす。 記録： 12444.64m
2006年 「Werk」で第30回鳥人間コンテストに出場。 飛行禁止区域を飛行したため失格になる。
2007年 「翼 飛造」で第31回鳥人間コンテストに出場。強風の中、優勝を収める。 記録：3998.51ｍ
2008年 「Horizon」で第32回鳥人間コンテストに出場予定。
３ 第31回鳥人間コンテストの舞台裏～出発～
28、29日に行われる大会へ向けて、
27日の夜に大岡山を出発します。機体
はトラックに入るように分割してあり、
運搬で傷つかないように慎重に運びます。
パイロット・代表は説明会のために一足先
に琵琶湖に向かいます。その他のメン
バーは夜行バスで琵琶湖へ。年に一度の
大会に向けて全国から鳥人間が続々と集
まってきます。
３ 第31回鳥人間コンテストの舞台裏～28日in琵琶湖～
28日はプラットホーム上では滑空機と人力プロペラ機
のタイムトライアル部門が行われており、琵琶湖の湖岸
ではディスタンス部門に出場するチームの機体審査が
行われます。
機体審査とは製作した機体が安全性に問題なく、パイ
ロットはもちろん救出隊のダイバー達にも危害が及ば
ないように点検する作業です。
３ 第31回鳥人間コンテストの舞台裏～29日フライト前～
そしていよいよ当日…朝5時に琵琶湖湖岸に集合。機
体を組み立てフライトの順番を待ちます。
プラットホームへ機体の運搬も無事に終わりいざ琵琶
湖上空へ!!無事に定常飛行してくれるのでしょうか？？
３ 第31回鳥人間コンテストの舞台裏～フライト後～
また着水後の機体は、運営側が湖岸まで運んだあと
引き取り解体します。着水時にどこが壊れたかや、フラ
イトのログなどデータはたくさんあります。来年度の戦
いは既に始まっているのです。
４ 人力飛行機の設計 人力飛行機の形
翼の長さ ３１ｍ全長 １０ｍ
４ 人力飛行機の設計 人力飛行機の形
高翼式プロペラ単発、トラクター式駆動系：シャフトドライブ
４ 人力飛行機の設計 人力飛行機の形
ダイダロス‘８８
１９８８年
ＭＩＴ・ＮＡＳＡ共同プロジェクト
今でも破られていない飛行距離
１１６ｋｍの世界記録
今でも使われる技術ＣＦＲＰパイプ・スタイロフォームの翼リブポリプロピレンフィルム・オールフライング尾翼シャフトドライブ・ＤＡＥ翼型etc...
４ 人力飛行機の設計 人力飛行機の形
その中での独自性
・フライバイワイヤ
・翼の片持ち構造
・プロペラのカーボンモノコック構造
４ 人力飛行機の設計 翼の設計法
無駄な抗力が発生しないように翼の長さを長くする
翼の長さをできるだけ長く
４ 人力飛行機の設計 桁の設計法
翼桁の強度を計算して積層構成を最適にする
極力軽くしたい
安全率：２
４ 人力飛行機の設計 機体の設計法
プロペラ自作のプログラムで十分の推力を得つつ最適の形に設計
フェアリング・パイロットが乗れる大きさ・抗力を少なく
↓
流体解析等を駆使して設計
４ 人力飛行機の設計 製作のために
大変なところ
５ 人力飛行機の製作
Meisterは機体の製作を効率的に行うため5つの班＋
α に分けて活動しています。
コックピット班
電装・操縦班
翼班
Team FRP三役
（代表・設計・パイロット)
プロペラ班
５ 人力飛行機の製作 コックピット班
人力飛行機の心臓部を製作するコックピット班は班内
でさらにフレーム系・駆動系・フェアリング系の３つに分
かれます。
コックピット周りの製作はモックアップから始
まります。木材で仮のコックピットを組み立て、新パイ
ロットの体型に合わせて設計していきます。漕ぎやすさ、
作りやすさ、干渉などに注意しながらCADソフトを用い
て設計します。
５ 人力飛行機の製作 コックピット班
フレームの設計とともに、駆動系・フェアリングもすこし
ずつ設計が始まります。ギアボックスの形・フェアリング
の外形などです。
また、カーボンパイプ(以降「桁」)の
破壊試験も行ったりします。万が一
の衝突時に桁が折れた場合でもパ
イロットに危険が及ばないように、
安全な機体を設計するというのも
とても重要な要素です。
５ 人力飛行機の製作 コックピット班
設計が一通りあがるといよいよ製作開始となります。
フレームの製作は
という工程の繰
り返しです。
桁を巻く
相関を行う
リブを立てる
パテを盛る・やする
オーバーレイ
５ 人力飛行機の製作 コックピット班
５ 人力飛行機の製作 コックピット班
マイスターの駆動系は設計の時にも説明した通り、ド
ライブシャフト方式を取っています。とても精度が必要
な駆動系の部品も出来る限り自作します。
ものつくりセンターや知能工場で
旋盤やフライス盤を使い、上下のギ
アボックス・軸・前
ハウジングなどを
作っています。
５ 人力飛行機の製作 コックピット班
今年のフェアリングはパイロットの快適性を第一に考
えて設計されています。 人力飛行機の顔とも言える
フェアリングは
という順に作業が進みます。
設計マスター作
り
発泡スチロール切り出し
発泡スチロール加工
取り付け表面仕上げ
５ 人力飛行機の製作 コックピット班
５ 人力飛行機の製作 プロペラ班
人力飛行機の推力を生み出すプロペラ。マイスターの
プロペラではカーボンモノコック構造を取っています。
プロペラの製作過程は
という順に進んでいきます。
雄型作り
表面塗装 製品作り
雌型作り
５ 人力飛行機の製作 プロペラ班
①アルミを切ります ②アルミを立てその間にスタイロをはさんでいきます
③パテを盛り形を整えていきます
５ 人力飛行機の製作 プロペラ班
④表面に離型処理を施し
ゲルコートを塗ります
⑤その上からカーボンクロスやガラスクロスを積層
５ 人力飛行機の製作 プロペラ班
⑥硬化後脱型し雌型完成
⑦プリプレグを雌型に積層し、焼成。脱型することでやっと製品の完成
５ 人力飛行機の製作 翼班
全長30ｍにもなる翼。それを手掛ける翼班の作業は
とても大変ですが、全て繋がった時の大きさは圧巻で
す。作業の流れとしては
という感じで進んでいきます。
マスター作り
前縁材取付ストリンガー後縁取付
リブ立てリブ切り
フィルム貼りアイロン
５ 人力飛行機の製作 翼班
５ 人力飛行機の製作 Team FRP
Team FRPとは、その名の通りカーボン関係を専門的
に扱う班です。人力飛行機の骨組となる桁の製作時に
主に活動する班で、その他は迎角調整器回りの部品を
製作したりします。
５ 人力飛行機の製作 Team FRP
FRP作業のメインとなる桁巻きについて説明します。
①プリプレグと呼ばれるCFRPのシートを切ります
②マンドレルに離型処理を施します
③設計通りにマンドレルにシートを圧着していきます
④テンションテープを巻き独自の炉で焼成します
５ 人力飛行機の製作 Team FRP
⑤焼き上がったらテ
ンションテープを外し
脱型
一つの桁を作るのに比較的薄いものでは
12～18時間。中央桁など厚いものでは作
業時間が24時間を超えることもあります。
５ 人力飛行機の製作 電装・操縦班
電装・操縦班（以下電操班）はマイスター内で最も多
彩な作業を行う班です。主に電気回路を扱い、機速計・
回転計・高度計などの計器類や、コントローラーを作製
します。基本的に１人１つの計器を担当し、製作は個人
作業ですが尾翼回りの部品を作るときは班で協力して
作業をします。
５ 人力飛行機の製作 電装・操縦班
機速計
高度計
回転計１分あたりの回転数を測る。今年は磁石を用いて測定している。
機体と大気との相対速度を測る。
機体の高度を測る。周波数40kHzの音波を出し、それがはね返って来るまでの時間を計測して高度を出す。
５ 人力飛行機の製作 電装・操縦班
コントローラ
データロガー重要なデータである各計器の情報を記録するもの。パイロットは本番で着水時にこれを回収する
操縦桿からの信号をサーボモーターを動かすための信号に変換し、サーボに出力する。
５ 人力飛行機の製作 三役（設計）
機体の設計はもちろん、テストフライトでのセッティン
グやデータの解析などを行います。鳥人間コンテスト本
番でボートに乗って並走しパイロットに指示を出すのも
設計の仕事です。
また、人が足りない時には
製作活動も行います。
５ 人力飛行機の製作 三役（パイロット）
人力飛行機のエンジンである
パイロットは、トレーニングの日
々を送っています。
毎年３～４月に次のパイロットが
決定すると、翌年の鳥人間コン
テストに向けてエアロバイクなど
でトレーニングを行います。
テストフライトが始まると実際に機体に乗り、操縦の
練習も行っていきます。
５ 人力飛行機の製作 三役（代表）
代表の仕事はチームの対外的な交渉や、作業日程
の管理、テフトフライトでの指揮など全体のまとめ役と
いった感じです。また消費物や倉庫の管理も行ってい
ます。
１つの班だけでなく、チーム全体を見通し方向性を決め
ていかなければならないのでなかなか大変な役です。
ではテストフライトの映像をご紹介いたします。
６ マイスターのその他の活動
エコノムーブ部門
翼台作り
一定量の鉛蓄電池を積んでどれだけ走れるかを競う競技。先日開かれたタイ大会では４位だった。車体自体はカーボンモノコック構造を取っている。
最初の新入生企画。テストフライトや作業時に翼を支える台を作ってもらいます。「ものづくり」を手軽に体験できる企画です。
６ マイスターのその他の活動
Design Move Contest
模型飛行機大会
新入生企画の第二弾。1kgのおもりをどれだけ遠くに運ぶかを競います。約1か月間4~5人チームで作業を行い皆で協力して１つの車体を作り上げます。
最後の新入生企画。全長1ｍを超える模型飛行機を作ってもらい、飛行機の原理や製作の難しさを体験してもらいます。
長時間ご静聴ありがとうございました
