エンジニアリングの世界では、最も困難な状況でも機能する機械を作ることがすべてです。
オートローテーションは、ヘリコプターにとって生死を分ける非常に重要な操作です。
このブログ投稿では、オートローテーションとは何か、そのしくみ、およびヘリコプターのパイロットやエンジニアにとってなぜオートローテーションが重要なのかを説明します。
ですから、ヘリコプターを飛ばす上で最も重要な部分の 1 つについて学ぶ準備をしてください。
工学におけるオートローテーションの紹介
正式な定義:
1. 対称で、均一な気流にさらされ、空力モーメントによってのみ維持される物体の任意の軸を中心とした回転。2. 風の方向に平行な失速対称翼の回転。
オートローテーションは、ヘリコプターやその他の回転翼航空機のメイン ローター システムがエンジンの動力を受けずに回転するタイプの飛行です。
これは、オートジャイロの仕組みに似ています。
エンジンやテールローターが動かなくなったとき、ヘリコプターを素早く着陸させるためにこの方法がよく使われます。しかし、渦輪から抜け出すために、またパイロットが飛行方法を学ぶときのトレーニング ツールとしても使用できます。
自動回転のしくみ
オートローテーション中、パイロットはエンジンをメイン ローター システムから切り離します。これにより、上向きの空気の流れがローターブレードのみを駆動します。
オートローテーション RPM を制御するために、パイロットは被駆動エリアとストール エリアに関連してオートローテーション エリアのサイズを変更します。
詳細については、次のページをご覧ください。
オートローテーションの空気力学
オートローテーションは、ヘリコプターの飛行において非常に重要な緊急手順です。ヘリコプターのメイン ローターは、エンジンではなく空気圧によってのみ動くようになっています。
自動回転に影響する変数
自動回転がうまく機能するかどうかに影響を与える主な事項は次のとおりです。
- 密度の高度: 空気の密度が低い高密度の高度では、降下速度が速くなります。
- 総重量: 重量の重いヘリコプターはより速く落下します。
- 対気速度: パイロットは、対気速度によるオートローテーション中の降下率を最も制御できます。
通常の飛行と同じように、サイクリック ピッチ コントロールにより、飛行機が速くなったり遅くなったりします。
非常に低速または非常に高速な対気速度での自動回転降下は、最小対気速度での自動回転降下よりも危険です。
- ローターの回転速度: ローターの回転速度が上がると、降下率が下がります。
オートローテーションの駆動領域
自動回転中、駆動領域または自動回転領域は通常、ブレードの半径の 25 ～ 70% です。これは、ブレードを回転させる力が発生する場所です。
この領域では、総空気力に対して角度があります。
フレア着陸とエネルギー吸収
オートローテーションからの着陸時には、回転ブレードに蓄えられた運動エネルギーと飛行機の前進運動を使用して、降下速度を遅くし、ソフト ランディングを行います。
降下率が高いということは、ヘリコプターを停止させるために、低い速度よりも多くのローター エネルギーが必要であることを意味します。
オートローテーションでの操作
飛行機が電源を失った場合、パイロットは次の 3 つの重要なことを行う必要があります。
- オートローテーション: この操作は、通常の動力飛行から安定したオートローテーションへの変更をカバーします。
- 定常オートローテーション: 定常オートローテーション中は、エンジンの空力だけで正味トルクがゼロになる必要があります。
飛行機は下降しているので、メインローターを通って空気が上に流れます。ブレードの形状もこれを容易にします。
メインローターはテールローターとギアでつながっており、通常の飛行ではメインローターがテールローターを駆動します。
しかし、定常状態の自動回転降下中に、エンジンの出力が失われ、トルクがゼロになると、テール ローターは、トランスミッション システムを介してメイン ローター システムからトルクを受け取るため、アンチトルク デバイスとしての機能を停止します。
- フレア ランディング: この操作では、回転するブレードと飛行機の前方への動きを使用して、降下速度を遅くし、ソフト ランディングを行います。
- タッチダウン - ローター ヘッドに残っているエネルギーを使用して、機体を静かに着陸させます。
自動回転のための飛行手動対気速度制限
オートローテーションでは、ローターの後ろで引きずられるローター ブレードの部分がブレード スパンに沿って伸びすぎて、ローターが大幅に減速し始める速度があります。
この対気速度は、通常、飛行マニュアルでオートローテーションに許可されている最大対気速度として書かれています。
ヘリコプターのオートローテーション操作
基本的なオートローテーションとその 4 つのセクション
基本的なオートローテーションには 4 つの部分があります。
- 滑空: この部分では、ヘリコプターは安定した自動回転降下を行い、パイロットはヘリコプターを回転させるか、対気速度を変更して飛行経路を変更します。
- フレア: このセクションでは、回転するブレードに蓄えられた運動エネルギーと飛行機の前進運動を使用して、降下速度を遅くします。
- 着陸または動力回復: 最後の部分では、ヘリコプターが静かに着陸するか、パイロットが動力を与えて元に戻ります。
実用的なアプリケーションと高度な自動回転
オートローテーション トレーニングの実世界での使用は、パイロットが電源なしで強制着陸を練習するときに行うことと似ています。
飛行機と同じように、ヘリコプターのパイロットがゴーアラウンドを開始するためにしなければならないことは、電源を入れることだけです。しかし、正確であることと、オートローテーション中のヘリコプターの動かし方を知っていることは非常に重要です。
ローター回転数制御用コレクティブ
ヘリコプターのパイロットは、コレクティブを使用してターン中の電源オフ オートローテーション中にローターの速度を制御する方法を知る必要があります。
コレクティブを上げるとローターの回転数が上がり、下げると回転数が下がります。
安全限界とリスク
トレーニング中にオートローテーションを行うことにはリスクがあります。
オートローテーションの最後の部分で、ヘリコプターの運動エネルギーが使い果たされ、緩衝効果がほとんど、またはまったくなくなります。
これは、ヘリコプターに損傷を与えるハード ランディングにつながる可能性があります。
航空機の高さ対速度の図は、この操縦を行う最も安全な方法を教えてくれます。
自動回転のモデリングとシミュレーション
コンピューターでのシミュレーションとモデルは、ヘリコプターのオートローテーションの性能を研究および改善するための一般的な方法になっています。
コンピューター シミュレーションを使用して、さまざまなヘリコプターの設計やローター ブレードの形状が、ヘリコプターの単独飛行能力にどのように影響するかを把握できます。
研究者はまた、ヘリコプターが自力で回転しているときにパイロットがヘリコプターを制御しやすくするための多くのパイロット キューを作成し、シミュレーターでテストしました。
オートローテーション中、パイロットが何が起こっているのか、何をすべきかを知るのに役立つ一連の離散的および連続的な合図が定義されます。
コンピューター シミュレーション モデリングの利点
コンピューター シミュレーション モデリングは、実際のシステムに変更を加えるのが難しい場合、費用がかかる場合、または単に良いアイデアではない場合に役立ちます。
コンピューター ソフトウェアを使用して実際のシステムまたは提案されたシステムをモデル化し、設計者、プログラム マネージャー、アナリスト、およびエンジニアはそれを使用して、"what-if" ケース シナリオを理解し、評価します。
たとえば、自動車会社は、数十台の新車を実際に衝突させる代わりに、コンピューター シミュレーションを使用して新しい車両ラインをテストしています。
コンピューター シミュレーション モデリングの限界
一般に、コンピューター モデルの問題の 1 つは、システムの動作に影響を与える可能性のあるすべての要因を正確に考慮できないことです。
これは、ヘリコプターが自力で回転する仕組みなど、複雑な空力現象を理解しようとする場合に特に当てはまります。
もう 1 つ注目すべき点は、コンピュータ シミュレーションが一般大衆に与える影響です。したがって、モデリングとシミュレーションを注意せずに使用すると、間違った結論につながる可能性があります。
シミュレートされたシステムの有効性を判断する際には、防御システムが正しく機能していない場所を特定するなど、いくつかのルールを考慮する必要があります。
最終的に、コンピューター シミュレーションには多くの利点がありますが、結論を出す前に慎重に検討する必要がある問題もあります。
オートローテーションの実例
オートローテーションの実例は、ヘリコプターのパイロットが緊急時にこの操作を行う方法を知ることがいかに重要であるかを示しています。
ロビンソン ヘリ ダウン オートローテーション
ロビンソン ヘリ ダウン オートローテーションは、エンジンが停止した場合にヘリコプターを安全に着陸させる方法です。
ロビンソン ヘリコプターのパイロットは、トレーニングの一環としてよく使用します。手順は次のとおりです。
- パイロットは、まずエンジンが停止したことを認識し、すぐにコレクティブを下げてオートローテーション降下に入ることで、オートローテーション操作を開始する必要があります。
- 安全な着陸ゾーンに到達するために、パイロットは安定した降下率を設定し、旋回中にローターの速度を一定に保つ必要があります。
- 降下中、パイロットは対気速度とローターの回転数を監視し、サイクリック ピッチ コントロールを使用して、飛行機の制御を維持しながら必要に応じて変更を加える必要があります。
- ヘリコプターが地面に近づくと、パイロットはヘリコプターを横向きにして着陸を和らげ、降下速度を遅くする必要があります。
ドローンの自動回転
オートローテーションは、実物大のヘリコプターだけでなく、遠隔操作のヘリコプターやドローンにも役立ちます。
オートローテーションの背後にある考え方は変わっていません。メイン ローターが回転するのは、エンジンが回転するからではなく、空気が上に移動するからです。
遠隔操作のヘリコプターとドローンの自動回転
ほとんどのコレクティブ ピッチ リモート コントロール (RC) ヘリコプターは、エンジンが炎上したり、何らかの理由でモーターが停止したりした場合にも自動で作動します。
ヘリコプターがオートローテーションを行うには、メイン ローター シャフトを残りのドライブまたはギア アセンブリから取り外せる必要があります。
小型のドローンの中には、小型の電気モーターを使用して自動回転中にローターを同じ速度で回転させ続けるものもあれば、空気の力だけに頼ってローターを同じ速度で回転させ続けるものもあります。
遠隔操作のヘリコプターやドローンの場合、オートローテーションによる着陸を成功させる鍵は、ローターの速度を一定に保ち、ピッチ、サイクリック、コレクティブ コントロールを使用して航空機の降下と前進速度を制御することです。
遠隔操作のヘリコプターやドローンの場合、オートローテーション着陸を行う最善の方法は、人、建物、その他の障害物から離れた安全で開けた場所で練習し、スキルが向上するにつれて操縦を徐々に難しくすることです。
また、機体を良好な状態に保ち、定期的な保守点検を行って、機体が正常に機能することを確認することも重要です。パイロットは、遠隔操作の航空機の操作方法に関するすべての法律と規則に従う必要があります。
UAV Navigation によって作成された VECTOR オートパイロットは、それ自体で完全に回転できる数少ないオートパイロットの 1 つです。
オートローテーションを上手に行うには、安全な場所で頻繁に練習することが重要です。
オートローテーション着陸を成功させるための鍵は、タイミングと、後方サイクリック コマンドでフレアし、正のコレクティブ ピッチを適用して、降下と前進速度を遅くするタイミングを知ることです。次に、着陸直前に前方サイクリック コマンドで機体を水平にし、穏やかに着陸します。
着陸するのに適した場所を選択し、適切な角度と速度でそれに近づくことも重要です。
ビデオとリファレンス
ヒント: 必要に応じてキャプション ボタンをオンにします。英語に慣れていない場合は、設定ボタンで「自動翻訳」を選択してください。お気に入りの言語が翻訳可能になる前に、まずビデオの言語をクリックする必要がある場合があります。
https://en.wikipedia.org/wiki/Autorotation
ユースケース
| で使われる： | 説明： |
|---|---|
| 緊急着陸 | オートローテーションが使用される最も重要な方法の 1 つは、ヘリコプターのエンジンが緊急時に停止した場合です。これが発生すると、パイロットはオートローテーションを開始できます。これにより、ヘリコプターが安全に地面に滑空できるようになります。この動きは、パイロットと乗船者の両方の命を救うことができます. |
| 軍隊 | オートローテーションは、軍事作戦を担当する軍用ヘリコプターのパイロットにとって有用なスキルです。戦闘中、ヘリコプターは敵の攻撃を避けるために素早く地面に降りる必要がある場合があります。オートローテーションを使用することで、パイロットはヘリコプターを迅速かつ安全に着陸させることができます。 |
| 捜索と救助 | ヘリコプターは、特に到達が困難な地域や遠隔地で、捜索や救助によく使用されます。このような状況では、オートローテーションは、起伏の多い地形であっても、ヘリコプターを安全に制御して着陸させるのに役立ちます。 |
| 農業 | オートローテーションは農業でも使用でき、特に作物の散布時に使用できます。 |
| 撮影と写真撮影 | 映画や写真業界では、上空からの撮影にヘリコプターがよく使用されます。 |
| 電力線のメンテナンス | 壊れた電線の修理や交換など、送電線のメンテナンスにヘリコプターが使用されることもあります。オートローテーションは、他の方法では到達するのが難しい場所にヘリコプターを安全かつ正確に着陸させるのに役立ちます。 |
結論
結論として、オートローテーションのアイデアは、エンジニアリングがいかに強力であり、人々がいかに創造的であるかを示しています。
エンジンが停止しても安全に地上に戻ることができるので、ヘリコプターや他の飛行機で自信を持って飛ぶことができます。
オートローテーションは、可能なことの限界を押し上げると、驚くべきことができることも示しています。
エンジニアとパイロットは、人々が最初に空を飛んだときから現代の航空で使用される最先端の技術に至るまで、常に新しいより良い飛行方法を見つけるように駆り立てられてきました。
オートローテーションは、思い立ったときにできる素晴らしいことの 1 つにすぎません。
次回ヘリコプターが飛んでいるのを見たら、オートローテーションについて考えてみてください。
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