エンジン機を実機のようにゆったりと着陸させたい

質問

小生、ムサシノ　モスキートモスをのコンセプトを更に進めたような機体を構想しています。　以前にモスを製作したことはあるのですが、それ以上にゆっくり、のんびり飛ぶ大きな翼（翼スパン2m超）の機体です。それにギミックとして、可変フラップをつけるかエアブレーキをつけるか迷っています。　どちらが効果的でしょうか。
意図としては、エレベータ操作ではなく実機のようにエンコン操作でゆったりと着陸してくるような機体にしたいのです。
当然フラップ下げで降りてこれれば最高に格好良いのですが、以前に製作したモスでは、固定フラップをつけたら際限無く上昇して、結局取り外してしまった経緯があります。　そうするとグライダーのように素直にエアブレーキをつけた方が良いのかと。
因みに翼幅は15～20cm程度、クラークY（フラットボトム）断面で考えていますが、実機のように、と考えた場合、より翼形状若しくは面積で揚力を稼いで、本体はある程度重く作った方が飛行にメリハリが出るのでしょうか。　とにかくゆっくりと飛ぶというのは絶対条件なのですが…
その辺も含めて、機体設計経験のある方、アドバイスいただければ幸いです。　よろしくお願いします。

回答No.5

watercolors · ベストアンサー

09クラスのエンジンで中スロー以下（しかもサブマフラーを装着して馬力が落ちるのを考慮している）を使用して飛行させる飛行機に、（スラスト軸の変更もなく？）排気量がその1.5倍もあるエンジンを積んで全開？で飛行させれば、そうなるでしょう。

ギヤダウンにしても仮に使用できるものがあっても、それで重量増加になっては意味がないのでは？
ピッチを下げて、負荷が下がる分、ダイヤを上げて負荷を掛け、トータルで同じ負荷がかかるようにする。
また、ダイヤを上げることでフライホイール効果も期待します。ということで先の回答に提案させていただきました。
ピッチに関しては、プロペラが一回転して進む距離(正確には仰角の問題もありますが）ですから、飛行速度、エンジン回転数に見合ったサイズを計算されたらいかがでしょうか？

脚の大型や翼端の車輪は重量や有害抵抗が増えますね・・・・

設計者の意に反する改造をして、設計どおりの飛行ができないと批評されるのでは、モスの設計者が可哀想に思えてしまいます。

やはり、ご自分で設計なされる前に、モスキートモスの図面が残っているのなら、それを基に作ってみたらいかがですか？
今後の自作のために、材料の切り出しや最適な材料の選定や組み立て（接着剤の使い方も重量に影響します）の練習にもなりますし、本来の性能も判ると思います。
また、設計思想を考えながら組み立てることで、どのような点に工夫されているかなども理解できると思います。 それから、ご自分の好きなように手を加えるなりあなたのオリジナルを製作しても遅くはないと思いますが・・・・

翼型の件ですが、同じ重量、同じ翼面積であれば、揚力係数が大きなほうがゆっくり飛べると思います。
そして、抗力が少なければ、少ない馬力で飛べます。

ただ、仰角については、その飛行速度で必要な揚力を得るためにどれくらいの仰角が必要になるか（仰角を増やせば、揚力、抗力が増え、ある角度で気流の剥離が発生し揚力が減り抗力が増えます）ということなので、揚力係数が高いほうが、仰角は少なくてすむと思います。

翼厚は、抗力に効き、キャンバーは揚力に効き、そのカーブは失速特性、抗力にも効いてくると思います。
また翼厚が厚ければ強度を得やすいということでもあります。薄翼でも強度を保つために張り線をつかってしまっては、抵抗が増えて元も子もないですから。

一般に揚力を大きくしようとすれば、抗力が増えるのですが、できるだけ抗力を抑える（高揚抗比）ように翼型が研究されているわけです。

クラークY型と薄翼に大きなキャンバーをつけた翼ですが、一概には申せませんが、模型飛行機のサイズであれば、後者のほうが揚抗比は大きくなると思います。

シミュレーションを行いたいのなら、XFOILというソフトで、翼型データーベースのデータを使用すればできます。

XFOIL
http://web.mit.edu/drela/Public/web/xfoil/

UIUC Airfoil Coordinates Database
http://www.ae.uiuc.edu/m-selig/ads/coord_database.html

xfoilの使い方
http://homepage2.nifty.com/forcedx/jinriki/xfoil.htm

P.S.
ゆっくりと飛行させたいのなら、人力飛行機のサイトを探して研究してみるのもいいと思います。

お礼

そうですね、モスという大まかな模範モデルがあって、それにギミックを付加するという前提から機体の大型化というアプローチ自体に無理があったようです。　素直に認めます。c")
とりあえずモスを模範として、ギミックを省いた原型モデルをまず設計して製作してみることにします。　勿論補強は最小限で極力軽く。
その上で、実際に飛ばしてみて翼型などを煮詰めて、最後に足りない部分にギミック、という流れで。
どうにもアメリカ的発想というか、頑丈に、大きく、重く、と考えが流れて行ってまいます。　殆ど一対一になってしまいましたが、大変勉強させていただきました。　ありがとうございました。
またよろしくお願い致します。

回答No.4

watercolors

P.S.
グライダーでは強風時はバラストを積む（重心位置近くに積みます）事はありますが、あくまで機体は軽く作って、強風時にバラストを積みます。これは、滑空速度を上げる為です。

そして、軽い機体は、バラストを積む事で重く出来ますが、重い機体は軽く出来ないです。

回答No.3

watercolors

一般にRC機の場合、実機に比較してオーバーパワーですね。
エンジンの慣らし運転を丁寧にやって、中低速でも安定して回るようにされるといいです。
また、プロペラも直径を大きくピッチを小さめにすると低速での引きも安定して強くなると思います。
（プロペラの幅（翼弦）も広めのものを選んでください）

エンジンのダウンスラストも調整して、パワー変化での姿勢変化を抑え目になるようにしたほうがいいかもしれません。

滑空の伸びは、誘導抵抗を減らせる高アスペクトレシオの方が良いですが、浮きすぎるということであれば、低アスペクトレシオで厚翼の機体のほうが速度調整が楽かもしれないですね。
翼弦は200mm程度を境にして性能が変わるようです。できれば200mm以上の方が良いと思います。
（失速も、し辛いと思います）

翼型も仰角によって風力中心の移動が少ないように、前縁半径が大きく、最大翼厚も25％程度に前気味に持ってきた方が良いかもしれないです。

しかし、機体は大型にしても、翼面荷重は維持しないとだめですね。
重くしてしまってはもともこもないです。

あまりギミックには凝らないほうが良いと思います。
フラップを降ろす事で、キャンバーと取り付け角が変わりますので、当然エレベーターのダウンミキシングが必要になるでしょうし、その量を適切に決めるのは、なかなか手間です。

＞重量面では、モスで950g（設計重量+250g）でした。　どうしても色々ギミックを詰め込みたくなるのと、クラッシュを想定して胴体部分にベニヤを結構使うので、軽量化は難しいと思います。

墜落して壊れない飛行機は、過剰強度です(^^;)
いくらなんでも、重量３割増しでは、本来の性能は出ないと思います。

新しい機体を設計する前に、モスを設計どおりのスペックで作られて、それを基にされたほうがよろしいかと思います。操縦にもなれると思いますし。

お礼

↑上のPSと併せて。
確かにモス系の機体だと、エンジンパワーが勝ってどうにもなりませんでした。　私はエンヤの15を積んだのですが、最初手投げしたときは、投げるというより殆ど勝手に飛び立って行きましたから。　しかもエレベーターアップ無しでほぼ45度上昇してましたね。　大径ペラの件は言われたことがありますが、幅も広目のものが良いのですね。　要は浅く、大きくしてペラの効力を逃がすようなイメージでしょうか。　エンジンだとどうしても低速のコントロールが難しいので、ギアダウンして大径・深いピッチのペラをゆっくり回すというのはどうでしょうか？　エンジン用のギアは高そうですが…　いっそ電動というのも考えたのですが、やはりエンジンの回転音が欲しいですね。
翼型の件はなるほどという感じです。　重心から後ろに向かって翼を伸ばすようなイメージですね。　しかし疑問なのですが、同じ翼上面に形状でありながら、クラークYとブレリオのような翼底面の無い形状と、どちらがよりスローに飛ばせるのでしょうか？　ブレリオ型の翼断面は、より高い仰角で飛ぶということでしょうか？
おっつしゃる通り、墜落して壊れないというのはちょっと大袈裟ですが、脚も結構大型のものをつけていたので、どうしても胴体底面から補強し始めて全体に及んでしまうのです。　しかも以前のモスは雪上着陸用ソリにコンバートしたり、グライダーのように胴着も想定して胴内に大型のバルーンタイヤを入れたりと改造していましたので…
因みに今度の機体は定石通りテールドラガーの翼支持二輪にしようかと思っていますが、翼が大きいので胴内一輪、翼端小二輪のB52スタイルなどと邪念も持っております。

回答No.2

watercolors

＞モスのように翼幅と厚みのある翼断面だと、エンコンアップでどんどん上に引っ張られて行ってしまうのですね。

厚みのある翼というのは、高アスペクトレシオの翼では、強度を保つ為に厚翼にしなければならないということだと思います。
（一部のスタント機等では、抵抗を増やす為に厚翼とする場合もありますが）

特にフラップのような可動翼を付けるとなると、実質の強度を保つ翼弦は短くなり、厚さを増さないと強度が保てなくなるという事だと思います。

模型飛行機の大きさでは、高揚力は、厚翼ではなく、高キャンバーと考えた方が良いと思います。

スロットルハイで上昇してしまうというのは、単に、推力軸と推力の大きさの問題だと思います。
モスキートモスは、もともと、中スロー以下で飛行させるように設計されたいたと思います。

ちなみにモスキートモスは、750g 33.6dm^2 翼幅 1470mm アスペクトレシオ 6.4 翼面荷重 22.3g/dm^2

翼幅 2000mm 平均翼弦 180mm アスペクトレシオ11.1 主翼面積 36dm^2 ですと、20g/dm^2以下 の780g以下には仕上げないと翼を大きくしたメリットがありません。
できるなら16g/dm^2にしたいところでしょうが、これだと、560gです。

エンジンが10クラス サイレンサー、プロペラ、燃料タンク 込みで200g位でしょうか。
(049～06クラスのRC用エンジンが入手できればいいのですが・・・）

それにメカが4chで、100g（超小型電動ライトプレーン用）
合計300g

2mの機体を260g 以下で仕上げないとだめでしょうね・・・・・
エンジンの振動などを考えると、ちょっと不安です。また高アスペクトレシオですと強度を持たせる為にはどうしても重くなります。

翼幅 2000mm 平均翼弦 220mm アスペクトレシオ 9 で、44dm^2 を 700gで仕上げるならば、16g/dm^2にはなりそうですね。
これなら、機体のみで、350gで仕上げればよさそうです。

エンジン機ですから、くれぐれも強度に注意して、あまり無理をせず、空中分解などしないように気をつけてくださいね。

P.S.
ムサシノ　モスキートモスは充分に低翼面加重でグライダ並で、エンジン機としてはかなりの低速飛行が出来るものです。
以前作られたものは、どのくらいの全備重量だったのでしょうか？
もし、メーカー設計値よりもオーバーしていたのなら、軽量化するだけで随分違うと思いますよ。

お礼

詳細アドバイスいただき、ありがとうございます。
＞模型飛行機の大きさでは、高揚力は、厚翼ではなく、高キャンバーと考えた方が良いと思います。
すみません。　翼厚とキャンバーを同義語のように使っていました。　私は製造が容易なこともあり、クラークYフラットボトムの翼断面のものしか作ったことがありません。　私の言っている翼厚というのは、キャンバーと置き換えて良いと思います。
実は私は以前にアメリカで小型陸上単発機のライセンスを取得しており、その際に習った着陸の方法と、ラジコン機の着陸の仕方が全然違うことに不満を持っているのです。　不満というと変ですが…
小型機では飛行機の上昇/下降はエレベーターを使わす、エンコンでやれ、とさんざん教わりました。　勿論離陸は引きますが。　特に着陸は速度を一定に保って、仰角とエンコンで沈降率をコントロールしろと。　そのイメージをラジコンでやろうとしたら、ちっとも降りてきてくれないのです。　かと言ってエンジンを切ると結構機首下げで、あれこれ考える間も無く着陸してしまうし…
スケール機のように重い機体であればそれも可能なのかもしれませんが、如何せん作るの専門であまり飛ばさない人なので、基本的にゆっくり飛ぶモスのような機体でないと腕がついてゆかない。
そこで考えたのが、基本設計としてゆっくり飛んで、着陸時はフラップで更に速度が落ちて、かつエンコンで引っ張って機首上げで降りてくるという機体です。　基本コンセプトに無理がありますか？
要は浮きすぎるのが問題なのだと思うのですが、失速速度が低ければ自分の腕でも飛ばせるわけで、モス並みの失速速度を保ちつつモスほど浮き過ぎない機体、というのがポイントになるのだと思います。　そうなると、浮きを小キャンバーで抑えて、高アスペクト比で翼面積を稼ぐのが良いのか、逆にファンフライのように翼の前後方向の幅を持たせて、高仰角でエンジンで吊るような方法が良いのかという疑問を持っています。
重量面では、モスで950g（設計重量+250g）でした。　どうしても色々ギミックを詰め込みたくなるのと、クラッシュを想定して胴体部分にベニヤを結構使うので、軽量化は難しいと思います。　またあまり軽いと風に煽られてしまうので、できればそれなりの重さを保ちつつ低速飛行は維持→大型化という発想です。

回答No.1

watercolors

ゆっくり飛行させるということであれば、大きな主翼に軽量な機体。つまり低翼面荷重にすることです。
究極は、室内機（インドアプレーン）や人力飛行機でしょうか。
http://doraku.asahi.com/lifestyle/simple/071207.html

飛行機は、前進することで、主翼に当たる空気で揚力を発生させ、空中を飛行します。
この揚力は、速度の二乗に比例しますので、ゆっくりと飛行させるには、より多くの揚力を発生させる翼が必要です。もしくは、少ない揚力でも浮いていられるように軽い機体が必要です。

更に、一時的に大きな揚力を発生させる装置としては、フラップ（高揚力装置）がありますが、実機に一般的に装備されているものは、ファウラーフラップで、キャンバーの増加・主翼面積の増大・剥離の抑制の効果があります。

＞固定フラップをつけたら際限無く上昇して、

フラップを下げるということは、単純フラップであれば、翼のキャンバーを増やすことと、主翼の取り付け角を大きくする効果ですから、普通に飛行できる機体に単に付けただけではエレベータをアップにしたのと大差ないですから、きちんとした調整が必要ですね。
ただ、上昇していったので、少なくとも、揚力は増えていたようですね。
この場合、もっとスロットルを絞ってゆっくりと飛行させれば水平に飛行できたわけです。

スポイラーは、フラップとは逆に揚力を減少させる装置です。
翼の上面（あるいは両面）に衝立板を出し、無理やり失速させます。
失速すると揚力が減るので降下することになります。
上手に調整すればパラシュートのように、（頭上げで）かなり急角度で落ちてきます。
飛行機では、自動車と違ってブレーキをかければゆっくり前進するというわけではなく、高度も落ちてしまうわけです。どちらかというと、高度処理に使います。

＞本体はある程度重く作った方が飛行にメリハリが出るのでしょうか。　

速度を上げるためには、重く作るのではなく、空気抵抗を減らします。
重い機体（高翼面荷重）では、最低飛行速度が上がってしまいますので（速度を出さないと浮いていられない）あなたの目的では逆効果ですね。
高アスペクトレシオで薄い主翼、最小限度の胴体と尾翼で抵抗を小さくし、それに大出力のエンジンでしょうか。

フラップを効率よく使っている（空戦フラップのような使い方ですが）ものには、ファンフライ用の機体がありますね。
大出力の動力に、軽量な機体です。

実機のような飛行ということなので、下記HPが参考になるかと思います。
http://fly-high.kir.jp/civil/data/index2.htm

参考URL：

http://fly-high.kir.jp/civil/index.html

お礼

失礼しました。　補足のところにお礼を書いてしまいました。　改めて御礼申し上げます。

補足

詳細なご回答ありがとうございます。
やはりモスのように翼幅と厚みのある翼断面だと、エンコンアップでどんどん上に引っ張られて行ってしまうのですね。
アスペクト比を大きく薄い翼というと、やはりグライダーに近くなってゆきますね。　大戦中のドイツの強襲グライダーのようなかたちをイメージしました。　バルサオンリーで作るとなると翼強度を確保するのが難しそうですが、チャレンジしてみます。