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September 12, 2006

折りペラを作る

E068ジェデルスキー翼も一段落したので、新たに折りペラを作ってみた。

写真の一番左は、今まで使っていた直径 21 センチの折りペラである。
真ん中は、新たに作った直径 24 センチの折りペラで、右端は直径 27 センチの折りペラ(ブレードのみ)である。
写真を見れば判ると思うが、これら新たに作った折りペラは、市販の空転ペラから作った。

試しに、実際にゴムを巻いて回してみると、直径 27 センチの折りペラは如何にも大きすぎる。ゴムの力が足りずにヨタヨタと回るのだ。その上、重すぎて重心位置が前になり過ぎ、調整が不可能だった。
それに対し、直径 24 センチの折りペラは、ちゃんと回転しているようだし、重心位置の移動も調整の範囲であった。
21 センチのプロペラより、直径が増えている分だけ、回転している時間が長い。モーターランしている時間が長ければ、滞空時間も延びるだろう。それが、今回、新たに折りペラを作った目的である。

そこで、先の週末(日曜日)に、まずは直径 24 センチの折りペラで、テスト飛行を行った。

とっても良く飛んだ・・と言いたいところだが、それでは捏造になる。

実際は、あまり飛ばなかったのだ。
プロペラは、それなりに回っているようだが、勢いが無い。
やっとこ・さっとこ上昇しているだけだ。モーターランの時間が延びても、上昇率が悪くなっているので、高度が無い。従って、滑空時間が極端に減り、全体として滞空時間は短くなっている。

わずか 3 センチ直径を増しただけでもプロペラの影響は大きいんだなあ。
結局、プロペラの大きさを増しただけでは駄目で、ゴムの量を増やさないといけないんだなあ、当たり前だが。

ゴムの量を増やすとして、恐いことが一つある。
ビーグルⅡ世号の胴体は、1 ミリ厚のスチレンペーパーを 2 枚貼り合わせただけのチューブ構造である。
一体、ゴムを増やして、その張力に、どこまで耐えられるだろうか?

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Comments

プロペラ回転数
ゴム動力機のプロペラの時間当たり回転数は、理屈としては次式で計算されます。

回転数=定数×(トルク/(ピッチ×ブレード巾×直径^3))^0.5

単位は、通常次のように測ります。
    回転数:回/秒(r.p.s.)
    トルク:g-cm
    ピッチ、ブレード巾、直径:mm

ブレード巾は中心から半径の75%のところの長さを使います。
トルクは、動力ゴムのトルクテストを行って計測するのが正式ですが(小生のブログ「趣味際的模型航空」参照)、通常は下記の略式推定を用います。
1)動力ゴムの単位重量あたり蓄積エネルギーE
E=50000~100000g-cm/g
2)平均トルクQ(g-cm)
    Q=(E×動力ゴム搭載重量g)/(最大巻き数×2π)

ゴムを巻き込むとトルクは平均の4~5倍まで増えます。回転数はトルクの平方根に比例しますから、出発直後の最大トルクのときのプロペラ回転数は、平均回転数の2倍以上になります。

市販のプラスティックプロペラは、ほぼ相似形ですから、21cmのプロペラを24cmに変えると、直径・ピッチ・ブレード巾がすべて24/21≒1.14倍になり、回転数算出式の分母(ピッチ×ブレード巾×直径^3)は1.14^5≒1.95倍になります。
トルクが同じ(ゴムの条数が同じ)の場合、回転数はその平方根に反比例し、(1/1.95)^0.5=0.72倍に落ちます。

以上は、教科書的な理屈の筋道ですが、現実に飛ばすと必ずしもそのようになりません。
まず、ゴムの品質によって、出力トルクの大きさにかなり差があります。
つぎに、プロペラの中心~先端のピッチは一定でない場合があり、さまざまなピッチを採りますから、半径75%位置で代表した場合は誤差が生じます。更にブレード巾も同様な問題を持ちます。
同じメーカーのプロペラ、あるいは自分が一定の設計方針で作ったプロペラの場合は、ピッチ分布やブレード巾分布がほぼ一定ですから、回転数の誤差は少なくなり、言い換えれば「ある定数」を使って推定が可能です。

ところが、メーカーや設計者・設計方針が変わると、一定の定数では推定が困難になります。前述の推定式は、A社の定数、B社の定数、X選手の定数、Y選手の定数・・・など入れ替えて使い分けないと、役に立たない場合もあるのです。
さらに、プロペラ回転数は機体の釣り合い姿勢によっても違います。
釣り合い姿勢は、推力の大きさや向きによって変わりますから、順・逆両方のフィードバックが起こります。例えば、直径を減らして回転数が上がり、推力が増えたことによって、機首が上がり上昇姿勢が急になったので、飛行速度は低下して、プロペラの(ピッチ×回転数)/飛行速度が過大になり、回転抵抗が増大した結果、理屈ほどは回転数が増えない・・・ようなケースも生じます。
また、首・尾翼の角度やスラストラインの変更によって、飛行速度が変わったときも、それが原因で回転数が変わります。例えば、上昇姿勢が寝た場合は、飛行速度が増え、プロペラ回転数も増え、モーターランは減ります。
上記の式を使いこなすためには、沢山の事例を集め、それぞれの定数を逆算して比較・吟味することが必要なようです。

Posted by: 趣味際人 | September 14, 2006 at 04:26 PM

趣味際人さん、何時も御指摘有難うございます。レスが遅れて申しわけありません。

実際にテスト飛行をしてから、御報告と思っていましたら、延び延びになってしまいました。

既にゴムを大量に買い、元のゴムの量の 4/3 倍、5/3 倍、2 倍の束を作り、準備万端でテスト飛行の機会を待っています。
ところが、このところ週末は台風などで天候が不順で飛ばすことができません。

天気の良い週末にテスト飛行をしましたら、また御報告します。
(実は、先週の土曜日の朝だけは絶好の模型飛行機日和でした・・・ でも、その前の晩に飲み過ぎて、二日酔いで寝てしまって居たのです・・・)

Posted by: 野田篤司 | October 04, 2006 at 09:24 PM

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