ヘリコプター

質問

戦闘機などは空気抵抗が少ない高度が高いと燃料消費
は少ないといわれています、ヘリコプタというのは目で
見える比較的高度が低い上空を飛んでいるのは、何か
事情でもあるのでしょうか
宜しくお願いします。

回答No.1

twin-dog

ヘリコプターはローターを回転させることにより揚力を発生させて浮上するのですが、この揚力はローターの回転によって発生された下降気流が大地に向かって流れることによる空気の圧縮気流により浮上できるのです。ただし、ローターの回転速度の限界があって、いくらでも回転数を上げられるのではありません。
理由はローター先端の速度が音速近くになると衝撃波により気流が剥離してしまうので揚力を発生しなくなってしまいます。気流の剥離＝失速ですから、即墜落となります。
で、ローターによって発生された気流の対地速度が0の場合、機体が前後左右どちらにも移動しません。この状態がホバリングです。ホバリング時の揚力はすべてローターによって発生させた下降気流のみで得てますから、下降気流が地面に当たる事による対地効果が非常に重要です。通常飛行時はローターで発生した揚力だけでなく、機体で発生させた揚力も浮上に有利に働くので飛行効率にも有利に働きますが、それでも飛行機の翼ほどの揚力は得られません。
そのため機体が移動している場合はローターによる下降気流の対地効果が低くても飛行が可能ですが、ホバリングはあくまでもローターによって発生した下降気流が地面に当たって跳ね返る気流により機体を浮上させているので、あまり高度が高いと空気が薄いため揚力を発生できなくなるのです。
そのためホバリング状態での限界高度は現在の機種では3000～4000m前後くらい。飛行時の限界高度はもっと高いのですが、ジェット機ほどの高高度までは上昇できません。
そのため巡航高度も飛行機よりかなり低く、その理由は低高度の方が気圧も高く、ローターによる空気の圧縮効率が良いからです。
飛行機でもジェットエンジン機は飛行高度が高いほうが気圧が低く空気抵抗が少なくて」効率的な飛行が出来ますが（ジェットエンジンはエンジン自体が空気の圧縮効果があるので高高度でもエンジン出力はあまり落ちない）、レシプロエンジン機はプロペラを回転させて機体を前進させて翼で揚力を発生させる関係上、あまり高度が高いとエンジンの出力が落ちるし、プロペラの圧縮効率も落ちるので、あまり高高度だと返って性能が落ちるのと同じです。
（第二次世界大戦中に日本はターボ加給器を実用化できなかったので、ターボ加給器を搭載した B29に巡航高度と速度で太刀打ちできず、結果日本中が焼け野原になったのと同じ。）

お礼

ありがとうございます。