Vol.2 ドローン物流に求められる機体性能と各国のハードウェア

ローターに工夫を凝らしたラストマイル向けドローン

　ラストマイルは、食料品をはじめとする生活消耗品等を店舗などから民家へ配送します。それに用いられる機体は頻繁な飛行に耐える性能と、配送能率の高さが求められます。実際に運用されているものでは、日本で実証を行っているマルチコプターのほかに、米国のウォルマートではエネルギー消費の少ないVTOL機を使った大規模配送事業が始まっています。この機体には、貨物を吊り下げることにより、一回の飛行で複数の地点に無着陸で配送できる機能が具備されており、配送能率を高める工夫が凝らされています。

　ドイツのWingcopterやアメリカのグーグル関連会社であるWingは代表的なVTOL機であり、前者はローターを垂直離着陸時（上方向）と水平飛行時（前方）に90度可動させて切替え、同じモーターで両方を補うベクタースラスト方式を採用した機体です。一方、後者の機体はモーターが固定されており、垂直離着陸時と水平飛行時で役割を分担するリフトクルーズ方式を採用しています。VTOL機の制御はマルチコプターとは異なり、垂直飛行から水平飛行に安定して遷移できるように制御することが求められますが、すでにこのようなVTOL機に適した飛行制御装置も量産されています。

ドイツのWingcopterが手掛けるWingcopter198。日本国内でも代理店を通じて販売されており、実証実験による飛行も実施している。（出典：Wingcopter）

一度に多量の貨物を運ぶミッドマイル向けドローン

　ミッドマイルは、離島間や物流倉庫間など決められたルートで大量の荷物を輸送します。代表的な機体として、2017年から開発をスタートし、間もなく量産化が予定されているアメリカのErloy Airが開発する Chaparral eVTOLが挙げられます。ペイロード約230kg、航続距離は約480kmを実現する機体です。垂直離着陸用に8枚のプロペラを備え、さらには水平飛行用に4枚を備えたリフトクルーズ型のVTOL機で、動力にはハイブリッドエンジンを採用し、小型ヘリ用のタービンエンジンによって発電機を駆動します。2023年11月時点で1000機以上を受注したと発表しています。

最大総重量は4016kgと類を見ないサイズの貨物運搬用VTOL機。全長は14.6m。（出典：Sabrewing Aircraft Company）

　アメリカのSabrewing Aircraft Companyは、2454kgの荷物を搭載した状態で1850kmを飛行する4枚プロペラのチルトローター型VTOL機であるRhaegal RG-1を製造しており、アラブの企業（アラビアン・デベロップメント・アンド・マーケティング・コーポレーション）から52機の受注があったと発表しました。動力にはフランス製の小型ジェット機用エンジンを用いたハイブリッドエンジンを搭載しています。

　イギリスではARC Aerosystemsがペイロード150kg、飛行距離644kmのリフトクルーズ型VTOL機（ARC C-600）を開発しており、2024年に完成予定と発表しています。最大離陸重量はEASAが定めるドローンの上限600kgとしています。同社では9人乗りエアタクシーの開発計画もあり、すでに設計モデルを公開しています。

（出典：CargoTron）

　また、同じくイギリスではイタリアとの合弁ベンチャーCargoTronが、ペイロード250kg、飛行距離600kmのリフトクルーズ型VTOL機の開発を開始しています。

（出典：Moya Aero）

　ブラジルのベンチャー企業であるMoya Aeroは、2つの固定翼にそれぞれ2枚のプロペラを固定し、胴体全体を傾けて垂直離着陸と水平飛行を行うというこれまでにない特異なVTOL機を開発しました。ペイロード200kg、飛行距離110kmを実現しています。動力はリチウム電池です。すでに約100機の予約があると発表しました。

　ミッドマイル用の大型ドローンは、イギリスの老舗航空機メーカーのBAEをはじめ、各国のベンチャー企業が相次いでコンセプトモデルを発表しており、今後の開発が盛んになろうとしています。

　早ければ空飛ぶクルマは2025年から市場に出荷されていく見込みですが、約500kgの貨物を搭載しながらも100kｍ以上の航続距離を実現した機体が開発されており、ミッドマイルに適した機体だといえます。

　さらに、欧米で航空機の遠隔操縦制度が確立すると予測されている2030年頃まではパイロットの搭乗が義務付けられています。また専用の離着陸場となるVertiportが必要であるため、BVLOS運用が可能なドローンは経費節減効果が大きく優位性が高いと考えられます。今後は空飛ぶクルマの貨物機および大型ドローンは、コスト効果に応じた方法で活用されていくことになると思われます。

　各国の研究機関などでは、これまで実用化に向けて開発されてきた機体以上に効率性の良いドローンの活用の検討が進んでおり、その一例には胴体と翼が一体となり、尾翼のない平たい形状を採用した全翼機と呼ばれる、BWB（Blended Wing Body）機があります。この機体は、搭載量の増大や燃費向上などを図るために極めて空気抵抗が低くなるように設計されています。アメリカのNatilusは、VTOL機能はないもののペイロード約3.9トン、航続距離約1700kmのBWBドローンを開発しており、同じ重量の機体に比べて約60％の効率向上を実現したと発表しています。すでにカナダの企業から発注があり、2025年から出荷する予定です。また、ボーイングの子会社でドローン開発企業であるAurora Flight SciencesはVTOL型BWB機の開発をスタートしました。

▼Natilus

　表層に発生した気流をエンジン内部に吸い込み、循環させて利用する境界層吸い込み技術であるBLI（Boundary Layer Ingestion）技術を採用し、BWB機のさらなる効率向上を図った研究が日本をはじめ各国で進められています。エネルギー効率の良い大型ドローンは、エンジン技術の向上と相まって今後さらに発展するものと思われます。