ヘリコプターのブレードの固定について

質問

牛乳パックを細く輪切りにしてたたみ、中心に穴をあけて軸に固定し、羽根をひねっておくと、よく飛ぶ「タケトンボ」ができますが、ポイントは羽根がしっかり軸に固定されていることにあるように思いました。輪切りにした紙だと上下二か所で軸に固定されることと二枚のブレードが一体化していることもしっかりとした固定に役立っていると思います。実際のヘリコプターでも二か所で軸に固定すると強度的にずいぶん楽になるのではないかと思いますが、実際の機体で使われている例はあるのでしょうか。

回答No.3

funflier · ベストアンサー

No.2です。補足で理解したところによれば、見かけ上現在の「同軸二重反転」
ヘリコプターのブレード両端が接触し固定された、横から見ると上下ローター
で「輪っか」を形成するようなものということでしょうか。

それだと、当初のご質問である、
「＞実際の機体で使われている例はあるのでしょうか。」については無いと
思います。少なくとも例を知りません。理由は複数ですが、そのような構造
では「フラッピング」が困難ですし、不可能とも言えませんが「フェザリング」
（ピッチ変更）の為には結合されている翼端に複雑な機構が要ります。

ここで「強度的に」と仰っている部分について、有人実機あるいはラジコンヘリ
と竹トンボでは大分事情が違う気がします。「軸（マスト）」と「ローター」の
結合強度で、回転に起因するものを考えたとき、竹トンボは始めに人間の手で
急激な回転を与えられます。しかし飛んでしまえば軸と結合している必要自体
無い筈です。ローターだけ、「頭」だけが飛び、軸は残る竹トンボも有りますね。

一方、実機では回転を伝えているのはマストに切られた溝（スプライン）であり、
ラジコンヘリでは数馬力のエンジン搭載機でも実質3ｍｍ程度のボルト1本のせん断
力が全ての回転力を受け持っています。竹トンボと違うのは「急激に」回さない
ということです。ローター停止状態から回転起動する場合、実機であればピストン
エンジン機なら遠心クラッチ（ベル47等）またはベルトのスリップ（ヒューズ/
シュワイザー300）で徐々に回転を伝えますし、ガスタービン機ならエンジンと
ローター間には機械的結合が存在せず、「風車」に風を吹きつけるようにして
います。ラジコンヘリでもエンジン機は遠心クラッチで、電動モーターであれば
「スロー（ソフト）スタート」設定で回り出しに時間を掛けます。

ラジコンヘリではトラブルや誤操作で意図せず急激にトルクを伝えてしまう事も
あります。しかし、この場合壊れるのは回転伝達をしているワンウェイクラッチや
ギアであり、マストとローターヘッド結合が壊れることはまずありません。
この意味では実機もラジコンヘリも、現在マストとローターヘッド間の強度不足
が問題視される状況にはありません。従って回転伝達の強度を上げるために
複数個所でこれを結合する、という発想にも至っていないのです。

竹トンボでは別な解決方法もあるのではありませんか？　ローターだけ飛んでいく
タイプだと軸先端がフォーク状に広がっているものを見ますし、これと同じで
接着のみでなく羽との結合部分が機械的に回転を伝える、例えば「竹串」で
無く元々「竹箸」で四角い部分があるものを加工するとか、あるいは竹串に直角に
穴を開け、ここに1ｍｍφ程度のカーボンロッドを通し瞬間で固めてこのロッドが
実質羽根への回転伝達をする、という方法は適用出来ないでしょうか。

お礼

ご丁寧に対応していただき、ありがとうございます。私の質問の仕方のせいでご迷惑をおかけしました。竹トンボのほうはいろいろ工夫しています。竹ではなく紙で作るほうがおもしろいので何か新しいことができないかと模索中です。今後ともよろしくお願い申し上げます。

回答No.2

funflier

ご質問の意味がいま一つ解りかねています。「強度的に楽に」するために「二箇所」
固定するというのは、「今まで何処が」一箇所である、と想定したお考えかが解らず
にいます。

これはラジコンの例なのですが、ヘリコプターのブレードの動きについて
整理しました。基本は実機も同じです。
http://okwave.jp/qa/q7052494.html
まずローターブレードは1本又は複数のボルトでローターグリップに固定されます。
先のご回答のベル系のシーソー（半関節型）形式ではローターブレードはグリップで
上下からはさみ込まれ、ここで1本のボルトで結合されています。ラジコンヘリの
多くはこれだけで、ドラッギング方向には自由に動きます。実機はこれだと機体や
互いのローターに当たってしまうので、シーソー型では「ドラッグブレス」で
固定しています。この「ドラッグブレス（drag brace)」はこのドラッギング制限
のためだけに存在し、飛行の為の強度は受け持っていません。この意味では、1本
のボルト固定の場合、固定箇所はただ一箇所、ブレードの根元に突き通るボルト
1本だということになります。これで不都合は起きていません。このボルトは
「セーフライフ（safe life）」設計であり、言ってみれば「一生もの」という
考えで十二分な強度に余裕を持たせたものです。

＞実際のヘリコプターでも二か所で軸に固定すると強度的にずいぶん楽になるのでは
＞ないかと思いますが、実際の機体で使われている例はあるのでしょうか。
この「二箇所」の意味が解りませんが、結果的に「グリップ」で挟まれているので
強いて言えば上下２箇所で固定されてはいます。ただし、ローターとグリップ間
が固定されているのであって、片側ローター自体はある程度自由に上下に羽ばたく
ような動き（「フラッピング」）を許容されています。これはローターヘッドに
独自のヒンジを持つか、（中にはシーソー型の様に左右一体化して互いに反対に
上下動するか）、ローターブレード自体がしなってこの役をするように
なっています。揚力で「バンザイ」の様に上に反ってしまわないのは、揚力の
何倍もの遠心力で強固に回転面方向に張られているからです。

ヘリコプターのブレード及びヘッドの強度は一義的にこの強大な遠心力に耐える
事にあります。この強度を持つのはローターブレード、グリップ、その間のボルト、
グリップを支持するベアリング、ヨーク、ヨークとベアリング間の固定ナットで
あり、これらが同時に揚力によるマストを引き上げる力にも耐えています。

お礼

竹トンボを紙で作っている素人なので、ヘリ実機に関する専門的な理解はむずかしいのですが、反復して読ませていただきます。補足のほうに少し書かせていただきました。

補足

一枚のボール紙からブレードを作り、中心に穴をあけ、この穴に竹串の軸を差し込んで接着剤で固定して紙トンボを作ると、どうしても軸とブレードの強度が弱くなります。二枚のブレードを間隔をあけて軸に固定し、二枚のブレードの両端を接着してみると、一枚のときよりはるかにしっかり固定できます。牛乳パックを輪切りにして作ったブレードも同じ理由でしっかり固定できるという意味でした。

回答No.1

noname#215107

こちらをご覧ください。

http://oh1ninja.la.coocan.jp/details/H-1/H-1.html
実際のヘリコプターは、羽根に穴を空けて軸に差し込んでいるのでありません。

ヘリコプターは羽根（ローター）の角度を変えたりする必要がありますので、
一枚ずつローターヘッドのヒンジへ関節のように接続されています。

全間接型のローターヘッドの場合、羽根１つ１つを別々に動かせます。