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2012年7月31日 (火)

ヘリコプターの飛行の原理 その4

ジャイロ効果は、ヘリの操縦の基本でありこれを正しく理解できなければ操縦の仕組みが理解できない


ジャイロ効果

Image009
ジャイロ効果はヘリが効率よくローター軸を傾けられる原理であり、ジャイロプリセッションなどともいわれ力を加えた向きと90度ずれた方向に軸が傾くことである。
この説明は色々されているが
EMANの物理学 というHPに慣性力を用いたわかり易い珠玉の説明が載っている。
http://eman-physics.net/dynamics/gyro.html
詳しくは上のURLを見てもらいたいが簡単に説明する。
回転するものは、半径方向の動きは束縛されているが、慣性自体は直線運動と同じように持っている。
回っているコマをたとえば左から右へ押すと、コマが反時計回りならばコマの手前の部分は下がろうとし、向こう側は上がる。右と左は、軌道の高さは変わるが、その部分の進行方向は変わらず水平である。慣性は元の向きを維持しようとするから手前は上がろうとし向こうは下がろうとするので結局コマは向こうに傾く。
この効果は回転数が高いほど、遠心力が強いほど大きい。

サイクリックコントロール
Img_2150
ヘリのメインローター軸には右の写真のようなスワッシュプレートというものが付いている。この下半分と上半分は互いに回転できる。ローター軸とは上側のボールジョイントで上下動や傾きが自由にできるように接続されている。スワッシュプレートの下側は操縦装置に写真では取り外してある3本または4本のロッドでつながっていてスワッシュプレート全体を上下させたり傾けたりさせられる。

Img_2183
上側は、ロッドでローターの羽根=ブレードにつながっている。ブレードは、ローターヘッドと回転できるように止められていてピッチを変更できる。ブレードの根元から腕が伸びていて、この腕にスワッシュプレートの上側から延びてきたロッドにつながってスワッシュプレートの傾きに応じて、ピッチを周期的に変えることができる。このように周期的にローターのピッチを変えることをサイクリックコントロールと呼ぶ。
サイクリックコントロールでは1回転の中でピッチが変わるので揚力に安定した不均衡が生じさせることができこれが先に述べたジャイロ効果の元になる。
ジャイロ効果は遠心力が強いほど大きいので、ラジコンの高機動性を狙う機種ではローターには重りを入れてクイックな舵の利きを狙う場合が多い。

コレクティブピッチコントロール
スワッシュプレートを上下させればピッチを平均的に上げ下げでき、これをコレクティブピッチコントロールと呼ぶ。
多分サイクリックのピッチを集めて揚力の調整を行うのでコレクティブと呼ぶのだろう。
これで回転数が一定でもピッチを変えることで揚力を簡単に敏感に調整できる。
トイヘリなどでは下から延びるロッドが2本しかなくスワッシュプレートを上下動出来ない機種が多い。この場合は回転数で揚力を調整するしかない。ローターには慣性があるので回転数の機敏な調整は難しい。逆向きに揚力を発生させるには回転を逆にするしかないので宙返りなども非常に困難である。
模型では固定ピッチ機と可変ピッチと機と呼び分ける。(本物では固定ピッチ機は聞いたことが無い)

姿勢制御
ヘリはローターの傾きが即、水平方向の動きになるため、ホバリングを安定させるのは難しい。
それで、外からの影響に対し、機体を安定させる仕組みを持つものが多い。特に模型では大きさが小さいため何らかの安定化装置を持つのが普通である。

履歴

2017/01/22 EMANの物理学 のHPが閉鎖になって新しいアドレスに移動になったのに気がついたので新しいアドレスに変更。物理に興味があればぜひ見る価値があると思います

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