ヘリコプター

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ヘリコプター: helicopter)は、エンジンの力で機体上部にあるメインローターと呼ばれる回転翼で揚力を発生し飛行する航空機の一種であり、回転翼機に分類される。

空中で留まる状態のホバリングや、ホバリング状態から垂直水平方向にも飛行が可能であり、比較的狭い場所でも離着陸できるため、各種の広い用途で利用されている。

日本語では「ヘリ」などと呼ばれる。「ヘリコプター」の名前はギリシャ語螺旋 (helico-,ヘリックス) と (pteron,プテロン) に由来している。

英語では口語的に「chopper」「helo」「whirlybird」とも呼ばれる。中国語では「直升機(簡体:直升机)」と表記される。

一般的なシングルロータ形態のヘリコプタ、ベル 407

概説[編集]

ヘリコプターはローターの迎え角(ピッチ角)と回転面の傾きを調整することによって、非常に複雑な運動が可能である。例えば、垂直上昇や垂直降下、空中停止(ホバリング)のほか、機体の向きを保ちながら真横や後ろにも進める。また後述のローターヘッドの形式により、宙返りなどの曲技飛行ができる機体もある[1]

このようなヘリコプターの特徴は狭い場所や複雑な地形での活動に向いており、人員や貨物のさまざまな輸送に利用されている。ラジコン玩具も、電子ジャイロの小型化、高性能化により複雑な姿勢制御が容易となり、狭い空間でも飛ばせる事から、趣味としての人気も高い。また自動制御のロボットヘリも観測や農薬散布用などに実用化されている。

しかし、翼の固定された航空機固定翼機飛行機)に比べると、一般に速度が遅く、燃費も悪く航続距離も短い。また、北米や尼崎市ではヘリコプターの騒音が社会問題になっている。この点を改善しようという試みが、ティルトローター機やティルトウィング機である。

耐空性審査要領第1部「定義」によれば、ヘリコプターは「重要な揚力を1個以上の回転翼から得る回転翼航空機の1つである」と定義されている。

歴史[編集]

ダ・ヴィンチのヘリコプター図案
Focke-Wulf Fw61

ヘリコプターの研究は、15世紀レオナルド・ダ・ヴィンチスケッチ、さらには18世紀 - 19世紀ジョージ・ケイリーヤーコプ・デーゲンらの模型を経て、何人かの実験家による蒸気機関を積んだ試作機製作と進められたが、実際にパイロットを乗せローターを使って地上を離れたのは20世紀になってからの事である。トーマス・エジソン燃焼反動を利用したヘリコプターを研究したが、爆発事故が発生し、幸い負傷者は出なかったが研究を打ち切っている。

固定翼機が登場し、ヘリコプターが実用化されるまでの間に、オートジャイロが現れ、回転翼の挙動に関する空気力学機械工学的な知見が得られた。

1907年フランスモーリス・レジェルイ・ブレゲーポール・コルニュらが相次いで多少のホバリングに成功した。オーストリア=ハンガリー帝国にて、1917年PKZ-1という4つのローターを持ったヘリコプターが、1918年にはPKZ-2という二重反転ローターのヘリコプターが開発され、それぞれがホバリングに成功した。

実際に、きちんと飛行できるヘリコプターが最初に飛行したのは、ハインリッヒ・フォッケにより1937年ドイツベルリンで開発されたFocke-Wulf Fw61である。アントン・フレットナーもヘリコプターの開発に貢献する。

ロシアから米国へ亡命したイゴーリ・シコルスキーもヘリコプターのパイオニアの一人で単ローター、尾部ローター付という、今日の反トルク・テール・ローター形式の基礎となった、VS-300を1939年に初飛行させた。これの発展型R-4第二次世界大戦末期に米軍で用いられたといわれる。

実際に回転翼機で垂直上昇/垂直着陸/空中静止(ホバリング)を得るには重量あたりの出力が小さいレシプロエンジンでは限界があり、十分な実用性能を得るためには軽量で高出力なガスタービンエンジンの採用を待たねばならない。飛行機の発明者オーヴィル・ライトも、1936年の書簡中でヘリコプターは実用的でないとしている。

1951年12月11日チャールズ・カマンカマン K-225ボーイング502ターボシャフトエンジンを搭載した。従来のレシプロエンジンに比べて大幅に向上した。1951年、カマンのK-225は世界初のガスタービンエンジン式ヘリコプターになった。この機体は現在、スミソニアン博物館に保存されている。2年後、1954年3月26日、改良型の海軍のHTK-1は飛行した初の双発タービンヘリコプターになった。1955年にフランスのシュド・エスト SE.3130 (Alouette II) が世界最初に量産されたガスタービンエンジンを搭載した量産ヘリとして登場し[2]、いくつかの世界記録を塗り替えた。これ以降、ジェット・ヘリというヘリコプターの一分野が作られてゆく。

軍事目的では、第二次世界大戦末期に実戦投入され、英領マレー(現マレーシア)での対ゲリラ戦や朝鮮戦争でも利用されているが、その用途は連絡や哨戒、航空救難など補助任務にとどまり、本格的な運用としてはジェット・ヘリが実用化されて以降のベトナム戦争が初めてである。以後、ヘリは航空戦力として必要不可欠な存在となった。

日本では、1945年には在日の米進駐軍が使用し日本人を驚かせた記録が残っているが[3]全日本空輸の前身である日本ヘリコプター輸送が1952年12月27日に宣伝活動を目的に設立されている。1988年6月20日 - 1991年10月18日まで、シティエアリンク羽田成田を結ぶ路線を運航していたが、廃止となった。

定期路線[編集]

東邦航空により八丈島 - 御蔵島 - 三宅島 - 伊豆大島 - 利島の往復と、八丈島 - 青ヶ島の往復で東京愛らんどシャトルと名付けられた定期航路が運航されている。これが日本で唯一の定期乗合ヘリコプター航路である。

香港マカオではこの2点間を結ぶヘリコプターの定期航路(香港エクスプレス航空)があり、かつてこれは世界で唯一のヘリコプターによる国際線の定期航路であったが、どちらも中国に返還されたため、現在では(出入境にパスポートが必要ではあるものの)国内便として運航されている。その他、利用客の多い定期路線としてはモナコ - ニースフランス)間やバンクーバー - ビクトリア間などがある。

ヘリコプター用語[編集]

構造[編集]

メインローター
機体上部で回転する翼のことで、これが回転翼の名称由来になっている。回転する事により飛行に必要な揚力を得る。また、回転面を傾ける事により、前後左右の飛行が可能となる。エンジンで生み出された回転力は、メインロータを300~400rpmで回転させて飛行する。また型式や配列により、いろいろな種類に分類される。
テールローター
機体尾部にある小さな回転翼。メインローターが回転することで、機体が反作用によって逆回転方向の反作用「反トルク」(逆トルク、アンチ・トルク)を受ける。このままでは、機体が回転して操縦不能となるため、機体尾部に長く伸びた先のテールローターによって横方向に押す力を生み出し、メインローターの回転とは反対方向に回転力を与え、機首方向の安定を図る。また、テールローターの回転翼の角度を調整し、それが作る推力を加減することによって機首方向を変化させるのにも使用される。テールローターはエンジンで駆動され1,300rpm程度の回転数で常に回っている。型式や配列によっていくつかの種類がある(後述)。
前進または後退側ブレード
ヘリコプターが前進飛行状態にあるとき、ブレードを識別するために用いられる。前進ブレードとはローターの回転によりヘリコプターの進行方向に前進するブレードをいい、後退ブレードとはローターの回転によりヘリコプターの進行方向と反対の方向に動くブレードをいう。
翼型
ヘリコプターでは通常はメインローターの回転翼断面形状を指すが、テールローターにも翼型はある。主に空気力学的に効率良く揚力を得るための形状となる。
フリーホイーリングユニット
エンジンの駆動パワーを自転車のペダルのように一方向へしか伝えない機構。ヘリコプターは飛行中エンジンが停止しても、正しい手順に従えばローターを回転させ続け穏やかに地面に降りることができる。しかしこの時エンジンとローターが三輪車のペダル如く固定されていると、停止したエンジンが逆に抵抗になってしまう。これを防ぐためフリーホイーリングユニットが搭載されている(ただし、それが仇となりエンジンが停止することがある)。
クラッチ
ヘリコプターのメインローターは非常に重いため、飛行機のようにスターターでプロペラごとエンジンを回転させ始動させることは出来ない。そこでエンジン始動時はローターとエンジンシャフトを切り離しておき、エンジンがかかってから滑車のすべりを利用するなどして徐々にエンジンの回転を伝えていくという方式がとられている。

操縦法[編集]

コレクティブピッチ
略称でCPとも表す。すべてのメインローター(後述)の迎え角を同時に変化させることにより、上下方向の揚力を同時変化させる事を言う。これにより、上下方向の操縦を行う事ができる。コレクティブピッチ・レバーでこの制御をおこなう。
サイクリック・コントロール
周期的にメインローターの迎え角を変化させる事をいう。コレクティブピッチが同時に迎え角を変化させるのに対し、回転のある一点で迎え角を変化させる。この事で、回転面を任意の方向に傾ける事ができる。また、速度が増すに従い、揚力の左右不均衡が生じるのでこれを打ち消すために、回転のある一点で周期的に迎え角を変化させる事をいう(→#飛行速度の限界)。
迎え角
翼型の翼弦線(コードライン)と相対風によって形成される鋭角をいう。前進や後退といった水平飛行中には、メインローターブレードは回転に伴って迎え角が逐次変えられる。
取付け角
翼型の翼弦と機体の縦軸によって形成される鋭角をいう。ほとんどのヘリコプターにおいてこの角度は機体が水平飛行の場合連続して変化する。それぞれのブレードは回転サイクルを行いながら、ある範囲のその角度に変化する。
ホバリング
厳密には相対風がゼロとなるよう維持する状態であるが、一般には地上から見てヘリコプターが空中の一点に留まっている状態とその能力を指す。この状態は前後、上下、機首方向の全てにおいての対地速度がゼロの状態である。風がある場合にはそれに対応した操作が求められ、対気速度が生じる。この飛行方法により、救難活動や物資の吊上げなど多彩な運用が可能である。
IGE、OGE
メインローターに吹き降ろされた空気がメインローターと地面の間で圧縮され、少ない揚力でホバリングできる。IGE[4]は地面効果内の意味、OGE[5]は地面効果外の意味である。IGEは気流が乱れるため、機体が安定しにくく、メインローターの直径の半分以上の高さでOGEとなる。
トランスレーショナルリフト(転移揚力)
ホバリングの最中に前進操作を行い、ローター面に空気流入量が増え揚力が増す。前方からある程度風が吹いている場合はホバリングを行っている間でも揚力を受けているため、サイクリックを前方操作してノーズが上がらないように抑えて対気速度を増して加速・上昇する。
トランスバースフローエフェクト(貫流速効果)
セットリングウィズパワー(ボルテックスリングステート)
対気速度が少ない、または背風の時に垂直に降下するローターで作り出した空気の中にローターが入って揚力が下がり急降下する。コレクティブを下げたり、サイクリックの前方または後方への操作で回避する。
オートローテーション(自由回転飛行)
エンジンが停止しても降下を続けることでメインローターを回転させ、安全に降下飛行を続ける状態をいう。旋回や降下率をある程度制御できるので、安全に着陸できる。これにより、エンジン停止などの緊急事態の際、地上の一点に着陸させることが可能。

基本的な操縦法[編集]

ベル204の操縦席
AH1sの操縦席
UH-1Jの操縦席

ヘリコプタの操縦席は、ほとんどが機体前部に左右2座席備えられており、それらは左右で同じレイアウトのレバーやステックが、機械的に連動されている[出典 1]。 ただし、機長席側だけに装備している場合も少なくない。(副操縦士側の装備は、比較的簡単に取り外しできる場合が多い)

尚、多くのヘリコプターでは、固定翼航空機と異なり、右側が主操縦席(機長席)で左側が副操縦席となる。 これは、左側席では計器類が座席の右側になるため、これらを操作するたびに繊細な操作が要求されるサイクリックコントロールスティック(略称:サイクリック = 操縦桿)から手を離さなければならず、その都度左手で操縦桿を持ち直す必要があるためである。

前後左右への進行方向の操縦は右手で操作して、メインローターの回転面の傾きを調整して行う。上昇下降方向の操縦は左手でコレクティブピッチレバー (CP) を操作してメインローターブレードの迎え角を増減して行う。

またローターの回転軸を中心にした機首方向の調整は、両足を用いて左右のアンチトルクペダル(飛行機のラダーペダルの位置にある)を操作し、テールローターブレードの迎え角を増減させて行う。エンジンの出力制御は、CPレバーのグリップや多発機などでは天井にあるレバーで行う。

一例として、単発エンジン搭載のシングルメインローター(ローター回転方向は機体を上から見て反時計方向)という条件であれば、上昇のためCPを引き上げるとメインローターのトルクが増大して機体が右に回り始めようとするので、機首方位を保つために左ペダルを踏み込み、テールローターの推力を増大させてこれを打ち消す必要がある。

同時にテールローターの推力が増大すると機体が右側進を始めるので(ドリフト)、サイクリックを左に操作して右側進を止めなければならない。これら一連の特性をカップリングという。

ピッチ増減によるエンジン回転数の制御はタービンエンジン機の場合、燃料量の制御が自動的に行われ補正されるので、スロットルグリップによる回転数の制御は不要である[6][出典 2]レシプロエンジン機も、エンジンガバナー(回転数補正機構;飛行機のそれとは構成が異なる)が装着されていれば、ある程度までのピッチ増減は自動補正が可能である。

しかし、操作量が大きい場合やエンジンガバナーがない機種の場合などはCPレバーのスロットルグリップも操作して常に適正回転数に保つ必要がある。パイロットはこれら全ての飛行状態において、両手両足で3つの舵を調和させて操縦しなければならない(スロットルを開け、かつCPを引き、同時に左ペダルを適度に踏み込み、更にサイクリックも左に適度に押し続ける)。

メインローター[編集]

メインローターの翼の1枚1枚をブレードと呼ぶ。このブレードは固定翼機での主翼とエレベーターやエルロンの機能を兼ね備えており、進行方向と対気速度、上昇や下降運動中や加減速運動、ブレード自身の回転に対する加減速によって複雑な動きをする。

ブレードはローターヘッド、又はハブと呼ばれる回転軸の取り付け部に取り付けられている。ヘリコプターには全関節型、半関節型、無関節型、ベアリングレス型のローターヘッド形式がある(後述)。

メインローターブレードの3つの運動[編集]

ヘリコプターのメイン・ローター・ブレードの3つの運動
フラッピング
上下動。ヘリコプターが飛行中は、多くの場合にブレードは揚力によって上方向にフラッピングしており、回転するメインローター全体の軌跡が逆円錐形になっている。この事を「コーニング」(コーン状態)と呼ぶ。上に反ったブレードの翼端と逆円錐の底面との角度をコーニング角と呼ぶ。全関節型のローターヘッドではコーニング角に応じて上下方向にフラッピングするため、ブレードには曲げモーメントは生じない。
ドラッギング
回転方向の動き。回転方向に個々のブレードが運動するのをドラッギング、またはリード・ラグ運動と呼び、その角度をドラッグ角と言う。エンジン始動時の起動トルクがメインローターにかかるときには最大で25°ほども、ブレードが遅れて角度が付く。通常飛行時には遅れ方向で10°~15°程度、地上でエンジン停止時には進み方向で3°ほど、オートローテーション時には±0°となる。
フェザリング
迎え角の変化。フェザリングはブレードの迎え角の変化である。フラッピングとフェザリングは関係が深い。フラッピングによってブレードが上に上がると(フラップアップ)、フェザリング角が小さくなるようにブレードが曲がるようになっている。このため、前進飛行中に左右のブレードに当る空気の速度が異なっても、揚力が大きくなる前進側のブレードはフェザリング角が小さくなり、揚力が小さくなる後進側のブレードはフェザリング角が大きくなり、自動的に左右の揚力が調整されるように出来ている。

ブレードが前後左右のいずれかの位置で常にフェザリング角が大きくなるようにすれば、そちらの側だけ揚力が増すため、メインローターの回転面が傾いてゆく。反対に前後左右のいずれかの位置で常にフェザリング角が小さくなるようにすれば、そちらの側だけ揚力が減るため、やはりメインローターの回転面が傾いてゆく。こういったことを行なうのが、サイクリック(操縦桿)に接続された、スワッシュプレートである。スワッシュプレートはローターヘッドの下部にあって、メインローター軸と一緒に回転しながらサイクリック(操縦桿)の動きにあわせて、ブレードのフェザリング角を常に調整している。メインローター回転面の傾きによって飛行方向が決定されるが、実際の回転面の傾きは「ジャイロプリセッション」よって回転方向に対して90°遅れた方向に現れる[出典 1]

ローターヘッドによる分類[編集]

SH-60Jのローターヘッド
全関節型(: fully articulated rotor
フラッピングヒンジ、ドラッグヒンジ、フェザリングヒンジによって3軸全ての方向への動きを可能にしたローターヘッド。
半関節型ローター(: semi-articulated rotor
フラッピングヒンジ、フェザリングヒンジによって2軸方向への動きを可能にしたもの。ドラッグヒンジはないため、回転面方向での進みや遅れの運動はローターヘッド側ではなく、ブレードのたわみで対応する。全関節型に比べ、単純な構造であるため、初期のヘリコプターや現在の2枚ブレードのヘリコプターに採用されている。しかし、これには降下時の運動制限がある。急激な降下時など、下向きに強い加速の伴う運動では、ローターヘッドが浮き上がりマストが破壊される現象(マストバンピング)が発生するため。
無関節型ローター(: hingeless rotor
フェザリングヒンジによって1軸方向だけの動きを可能にしたもの。全関節型に比べて構造が簡単であり、非常に運動性能に優れており、固定翼機と変わらない曲技的な飛行も可能である。ブレードの根元に大きな曲げモーメントがかかるため、複合材料による強靭なブレードの製造技術の完成によって初めて実現出来た。2008年現在では、無関節型だけに限らず、全関節型や半関節型でも複合材ブレードは一般的になっている。
ベアリングレスローター(: bearingless rotor
ヒンジ類を全く持たず、真の意味での「無関節」である。通常、ヒンジ部には円滑な動作のためのベアリングが内蔵されるが、機能維持のため潤滑などの定期的なメンテナンスが必要であり、故障のリスクも伴う。これまでのヒンジに相当する部品は、ハブとブレード翼面の間の「カフ」部分に「ヨーク」と呼ばれる複合材で出来た板バネ機能を持つ部品が柔軟に弾性変形することでヒンジの機能を果たす。ヨークによって、軽量化と長寿命化、安全性の向上と抗力減少、構造の単純化が実現出来る[出典 1]

メインローターによる分類[編集]

シングルローター式 ベル407

シングルローター式[編集]

最も一般的な形式。トルク相殺用のテールローターが不可欠で、それにも馬力を振り分ける必要がある(前進飛行時に約3~4%;ホバリング時に約10%)。

ツインローター式[編集]

同軸反転式Ka-50
サイドバイサイドローター式Mi-12

2個のローターを持ち、それぞれが逆に回ることにより、ローターのトルクの影響をお互いに打ち消す方式。配置により次のようなものがある。

同軸反転ローター式
ローターが同軸上に2つあり、互いに反転して回るもの。ロシア(旧ソ連)のカモフ社が得意とするレイアウトである。
タンデムローター
ローターが前後に2つ配置されているヘリコプター。各国・各社で研究・開発されたが、最も成功したのはアメリカのパイアセッキ社で、バートル、ボーイング・ヘリコプターを経て、現在も同形式の代表格かつ、(ライセンス生産を除けば)ほぼ唯一のメーカーとなっている。
サイドバイサイドローター式
ローターが胴体を挟んで並列に配置されているもの。前述のFw 61や、 旧ソ連のMi-12などが代表格である。
交差双ローター式
機体直上の近接した位置に2つのローターを持つが、互いに衝突しないよう同調しており、わずかに外側に傾けて取りつけられている。同調機構から「シンクロプター」とも呼ばれる。アメリカカマン社が得意とするレイアウト。
チップジェット式
翼端に推進装置を取り付けてローターを回転させることで、反トルクを生じさせないようにするものであるが、ガスタービンエンジンの一般化によって姿を消した。
ホットサイクル式ローター
各種のガスタービンエンジン等からの抽気そのものや、外気と混合してある程度温度を下げた抽気または排気を、耐熱・耐圧チューブなどでローター先端に導き、そこから噴射してローターを回転させる。

マルチローター式[編集]

ローターが3つ以上あるものである。詳しくはマルチコプターを参照。

ラジコンヘリ等には、固定ピッチブレードのローター4つで、それぞれに電動機があり、回転数を独立に制御するような機構が単純な物がある。

動力集中式の搭乗機では、部品数が多くなり、動力を伝達する機構が複雑になる事などから実用性には乏しく、実用機には採用されていない[出典 3]。研究開発は続けられており、2011年にはドイツの企業が16の回転翼を持つ有人機を試作している[7]

テールローター[編集]

テールローターの型式[編集]

ヘリコプターはローターが回転し、揚力を生み出すことで浮遊する。このとき、機体側がローターを回転させることの反作用として、ローターが機体を逆方向に回転させようとするモーメントが生じる。これは「反トルク」、カウンタートルク、トルク効果などと呼ばれる。この反トルクを打ち消すために、以下のような方法が使われている。

SH-60Jのテールローターの中心部分
実機の例-MD500N
ノーターの原理。青色が空気の流れ。1.空気取入口 2.可変ピッチファン 3.コアンダ・スロット付きのテイルブーム 4.垂直安定板 5.直噴ジェットスラスター 6.下降流 7.コアンダ効果による横推力の発生を示したテイルブームの断面図 8.反トルク力
ダクテッドファン実機例-ユーロコプタEC120B
テールローター
尾部に備えたローター(テールローター)により横向きの推力を生み出し、その推力によるモーメントで打ち消す。機体の回転方向と推力の向きの関係により、プッシャータイプ(テールローターの推進力で尾部を押す)とトラクタータイプ(テールローターの推進力で尾部を引っ張る)がある。
ノーター
ノーター[8]ではテールブーム基部のファンにより低圧縮高ボリュームの空気をテールブーム内に送り込む。この空気の一部を(メインローターが反時計回りの場合)テールブーム右側からテールブームに沿って下方向に噴出させ、テールブームの周りにコアンダ効果を利用した気流の循環を作り、メインローターから吹き下ろされるテールブーム左右の空気流に速度差が生じ、擬似翼型を成型することにより空力的揚力(エアロダイナミクスリフト)を発生させ、反トルクを得る。
またテールブーム後端にはヨーコントロールペダルによりコントロールされるダイレクトジェット噴出口があり、横方向のコントロールに使用される。
ホバリング中のエアロダイナミクスリフトと、ダイレクトジェットによる反トルク効果は50%程度であるが、前進飛行速度が40-95km/mぐらいでは、吹き降ろす風が斜めになるためにブーム側面のサーキュレーション・ジェットは効果を失い、後端からのダイレクト・ジェットだけが有効となる。ただ、このくらいの速度からは後端の垂直安定版が風を受けることでトルクを打ち消す効果が生じるため、エンジン駆動のファンを弱くして燃費向上に寄与することが出来る[出典 1]
ダクテッドファン
垂直尾翼に相当する部分に、複数のファンを埋め込んだダクテッドファンと呼ばれるタイプも存在する。これは、テールローター周りをダクトで囲むことによりテールローターブレードの翼端損失を減少させ、テールロ-ターの効率を上げると同時に、回転部分に対する接触の危険を低減させたものである。
かつては仏アエロスパシアル特許でフェネストロン(商標)と呼ばれていたが、現在は特許期限の20年が過ぎている。
また、ダクテッドファンの中には、テールローターブレードを意識的に不等間隔に配列する事で、各ブレードが発生する固有の可聴音を意図的に変更し、各ファンが互いの可聴周波数を相殺するようにして騒音を低減させたタイプもある。


テールローターの危険、その他[編集]

テールブームが上方にある例。BK117-B2

テールローターはメインローターと異なり、比較的低い位置にある場合、乗降時に人がテールローターに接触する危険がある。このためテールブーム(胴体からテールローターへつながる構造部分)の取付け位置を高くし、テールローターが低い位置にならないよう設計された機体もある。これらの機体は、テールローターに人が接触する危険性が低いので、機体後部に安全に近寄る事ができる。また、胴体後部に観音開きのドアを取り付ける事で人員や貨物の収容性が良くなり、ストレッチャー(担架)なども収容し易くなるため、ドクターヘリなどへの利用例がある。

ヘリの飛行特性[編集]

旋回飛行[編集]

前進飛行中に旋回を行う場合、右旋回ならサイクリック(操縦桿)を右へ倒し、機体を「右バンク」させると同時に、右ペダルを踏み込んで機首方向を変えるという操作を行なう。この時、バンク角に見合った適切なペダル操作を行い、機体が横滑りしないように旋回操作を行う。これらは、固定翼機と同様である。

オートローテーション[編集]

各モードの空気の流れ
上: 通常飛行
下: オートローテーション

エンジン故障などによって動力を失ったヘリコプターでもすぐには墜落しないように、オートローテーション(自動回転)と呼ばれる飛行方法によって緩やかに降下できるよう工夫されている。

オートローテーションは、エンジンとローターとを切り離して、機体の降下によって生まれる空気の流れからメインローターの回転力を得る飛行方法であり、推力を生むメインローターだけでなくテールローターや補機類も駆動される。基本的に、ヘリコプターはオートローテーションによって、全てのエンジンが停止しても安全に着陸することができる。ただし全ての飛行状態においてオートローテーションが行えるのではなく、前進速度や高度が不足している場合は、オートローテーションに移行する前に墜落してしまう可能性がある。パイロットは常にこれを念頭に置いて機体を操縦する必要がある。オートローテーションはヘリコプターの操縦に必須の技術とされており、ヘリコプターパイロットは必ずその訓練を受ける。技能試験では、規定高度から地上の規定の広さの中へ安全に模擬着陸できることが要求される。 オートローテーション自体は水平速度がゼロ(つまり垂直降下)であっても可能だが、軟着陸をするためには前進速度が必要である(前進するエネルギーをメインローターの回転エネルギーに変換し、降下率を下げて軟着陸する)。

なお、機体の重量が軽すぎると、オートローテーション時にコレクティブピッチ (CP) を最大(CP レバーを最も下)にしてもローターの回転数が上がらないので、ヘリコプターには最小飛行重量が定められている。

操縦操作[編集]

全エンジンが停止した場合にはローターの駆動力が失われるので、メインローターのブレードの迎え角を通常飛行時のままにしているとメインローターの回転数が急速に減少してブレードが揚力を失ってしまう。回転数の低下を防ぐため直ちにCP(コレクティブピッチ)レバーを下げてブレードをフルダウンにすると共に、右ペダル(メインローターの回転方向が上方からみて反時計回りの場合)を踏み込んで機首方向を維持し、次いでサイクリックレバー(操縦桿)を操作し、希望する前進速度を得る。なお、ローターの回転数はオートローテーション時の常用最大値と最小値の間になるように、CPレバーを操作(アップ: 回転数減、ダウン: 回転数増)し、限界値を超えないようにする。着地時はサイクリックレバーをわずかに引いて下降速度を低下させ(このときローター回転数が上昇するので、これもCPレバーで抑える)、接地直前にCPレバーを大きく引き上げて軟着陸する。

飛行回避領域/高度-速度包囲線図[編集]

高度-速度包囲線図(height-velocity-envelope、H-V線図)は、通常飛行からオートローテーションに安全に移行できる高度と速度との関係を表した図である。ヘリコプターが通常飛行からオートローテーションに移行するにはある程度時間がかかり、その間に高度が低下する。したがって、速度が低い場合は高度の制限が、高度が低い場合は速度の制限が設けられる。この制限内ではオートローテーションに移行しようとしても、適度の沈下率と前進速度を保つことができず、地面に安全に着陸することができない。多発エンジンの機体では、片発故障時に対してだけH-V線図が規定されていて、制限範囲は小さくなる。また、機種によっては機体重量が軽いときには制限範囲がなくなる場合もある。デッドマンズカーブ (dead man's curve) という別名もあるが、デッドが死を意味するので避けられ、現在はH-V線図と表記されることが多くなっている[出典 3]

飛行速度の限界[編集]

前進飛行時
ブレードの対気速度は回転方位によって異なり、特に前進方位と後退方位(端的には機体の右に位置するか左に位置するか)ではその差が大きい。ブレードの迎え角が同じであれば、揚力は速度の2乗に比例するので、左右のアンバランスが生じる。従って、前進方位にきた時には迎え角を小さくし、後退方位にきた時には迎え角を大きくしてバランスをとる必要がある。これはブレードに周期的なピッチ変化(縦のサイクリックピッチ)を与えることによって行う。
限界速度付近
さらに速度が増加すると、後退側ではますます対気速度が減少し、かつ逆流領域も増加するので迎え角をより大きくする必要があるが、迎え角が失速角に達するとそれ以上は揚力を増加させることはできなくなる。一方前進側では前進速度と共に対気速度が増加し、ブレード上では音速を超える領域(端的には周速が速い先端部)が生じて衝撃波が発生し抵抗が急増する。従って、ローターを回転させるために必要なパワー(形状抗力パワー)は、後退側での失速による抵抗増大と相まって急増する。
限界速度
後退側ブレードでは、ほぼ全面が失速と逆流領域になって、揚力を発生させる事はほとんどできなくなる。そのため、前進側でもバランス上揚力を発生できないので、揚力を発生しているのは回転円面の前方と後方のみとなる。しかし、なおも速度が増加すると、それらの回転方位も失速が始まり、ローターはもはやヘリコプターを飛行させるだけの推力を発生できなくなる。これがヘリコプターの飛行速度限界であり、対気速度400km/h付近と見られている[9]

降下と着陸進入[編集]

水平飛行から降下への移行[編集]

水平飛行から降下へ移るのは、単に巡航高度を低高度に変更する場合と、引続き進入着陸を意図する場合がある。巡航高度を変更するだけの目的で降下する場合は、巡航速度を維持したまま降下するが、降下に引き続いて着陸を意図する場合は、着陸進入に適した降下速度にあらかじめ減速しながら降下に移る。

操作手順としては、まずCPレバーを下げて、機体に所望の降下率を与える。この時右ペダルを踏んで(メインローターが上方からみて反時計方向回転の場合)、機体を横滑りさせないように操作しながら、サイクリック・スティックで所望の降下速度に調整をする。

一般にシングルロータのヘリコプタでは、CPを下げると機首が下がり、上げると機首が上がる傾向がある。従って、降下飛行に移行する場合は、機首下げによって速度が増えやすいので速度保持に注意しなければならない。

最終進入から着陸[編集]

着陸進入の形態には大別して次の3種類があり、着陸場所の地形や、離着陸機の混雑度を考慮してパイロットの判断で使い分けられる。

通常進入、高速進入、低速急角度進入[編集]

最終進入とは、着陸に対して最終的に着陸点に正対して直線進入降下飛行をいう。着陸スポットに確実に到達するために、自ら設定した経路、進入角を外れないように特に正確な操縦操作が要求される。

通常着陸進入[編集]

通常進入は、速度VY(最良上昇速度)、進入角6~7度で開始する。正確な進入角に乗って降下した場合、対地高度150フィート(約50メートル)から着陸に備えて減速操作を始める。

減速降下中の速度と高度の関係は、そのヘリコプタの飛行規程に示されているH-V線図(高度-速度包囲線図 Height-Velocity Envelope)を考慮した諸元に従って操縦しなければならない。

VY以下に減速すると、減速につれて沈下が大きくなるので、CPを操作して進入角を保つ。着陸スポット上にホバリングするため一定の減速率で減速を続けるが、一般的に速度計は極低速(約20ノット以下)では信頼性に欠けるため、地面の流れなど、目視感覚で速度処理をしながらスポット上に、対地高度1 - 3メートルでホバリングし着陸進入を終了する。

高速進入着陸[編集]

飛行場のような障害物のない広い場所で、後続の進入機に早く進入コースを開放するなど、必要に応じて使用される進入方法である。速度約100ノットで、通常進入よりやや浅い4 - 5度の進入角で最終進入経路に入る。

対地高度150フィート(約50m)まで速度約100ノットを維持し、そこから急減速動作に入り着陸スポット上にホバリングする進入方法で、急減速過程では、減速のための機首上げ操作により、機体が上昇しないようにCPレバーを大きく下げなければならない。そして、次にホバリングに移るためCPレバーを大きく上げる操作が必要になる。

このため、アンチトルクペダルの操作もCPレバーの操作に合わせて、減速過程では大きく右ペダルを踏み、ホバリングに移行する時には、大きく左ペダルを踏んで機首方位を保たなければならない。

このように高速進入から急減速停止するために、機体姿勢が大きく変化する事になり、サイクリック・スティック操作による機体の動き(上昇または沈下)を見て、進入角と機首方位を維持するため、CPとペダルの操作の切り替えのタイミングと操舵量を瞬間的に判断して、素早い操作が求められる。

機動飛行[編集]

20世紀末から曲技飛行が可能ないくつかのヘリコプターが登場している。従来のヘリコプターは、ローターブレードが全関節型や半関節型という方式でローターヘッドに接続されているが、ドイツ製のBo105、川崎重工とMBB(メッサーシュミット・ベルコウ・ブローム)共同開発のBK117、フランスとドイツの共同開発したユーロコプター製「PAH-2 タイガー」戦闘ヘリ、米国製「AH-64 アパッチ」攻撃ヘリ、日本製「OH-1」観測ヘリは、このヒンジ機構と呼ばれるブレードとローターヘッドの固定に無関節型を採用しており、強度が高い。この強度によって機動飛行と呼ばれる「宙返り」、「横転」、「インバーテッド」、「インメルマンターン」などの曲技飛行が可能となっている。これらの背面状態での飛行中には、ロータ迎え角 (Angle of Attack) を逆位置にして逆方向での揚力を得なければならないため、ローターの設計と共にCPも適切にデザインされている[出典 4]

用途[編集]

人員輸送[編集]

貨物輸送[編集]

  • 郵便物輸送
  • 建設資材運搬
  • 救急資材輸送
  • 海上リグ物資輸送/離島物資輸送

農林水産産業[編集]

報道[編集]

  • テレビ中継
  • 電波中継

監視等[編集]

軍事[編集]

その他[編集]

メインローターの回転方向[編集]

メインローターの回転方向は、上から見て米国製のヘリコプターでは反時計回り、欧州製では時計回りであることが多い(ドイツ製は反時計回り)。

また、メインローターの回転方向が逆になることで、テールローターの推力方向(風の吹出し方向)も逆になる。

東京消防庁では、操縦席とホイストの位置関係から、救助活動には時計回りのローターが有利との判断から、フランス製の機材を導入している。これは前出のカップリング効果により、ホバリング時にホイストがある右側へ機体が傾くことで、機長席からホイスト降下地点である直下が目視しやすいからである。

日本での耐空類別[編集]

「耐空性審査要領」には「耐空類別」として以下に分類されている。

  • 回転翼航空機普通N類 - 最大離陸重量3,175kg以下の回転翼航空機
  • 回転翼航空機輸送TA級 - 航空運送事業の用に適する多発の回転翼航空機であって、臨界発動機が停止しても安全に航行できるもの
  • 回転翼航空機輸送TB級 - 最大離陸重量9,080kg以下の回転翼航空機であって、航空運送事業の用に適するもの

[出典 1] 軍用機は除く。

脚注[編集]

  1. ^ MD500BK117Bo 105などの全関節、無関節型では可能。シーソーローターなどは不可能。
  2. ^ Connor, R.D. and R.E. Lee. "Kaman K-225". Smithsonian National Air and Space Museum. 2001年6月27日。(2007年12月9日確認)
  3. ^ 日本ニュース 第258号 1945年10月7日公開。
  4. ^ : in-ground effect
  5. ^ : out-ground effect
  6. ^ 21世紀現在、ヘリコプター用のエンジンはターボシャフトエンジンが主力である。固定翼ジェット機のエンジン出力の制御がエンジンの燃料供給量の増減を主とするエンジン回転数制御によって行われているのに対して、新しいジェット・ヘリコプターのエンジン回転数制御は、基本的にパイロットは平常時においてはあまり関与せずにエンジン側の自動制御機構によって出力負荷の変動に対しても一定の回転数を維持するよう制御が行われている。
  7. ^ 独企業が開発の「電動マルチコプター」、有人飛行に成功
  8. ^ : notarno tail rotor
  9. ^ ギネス・ワールド・レコーズでは、1986年アグスタウェストランド リンクスが出した対気速度400.87km/hをヘリコプターの最高速度として認定している。

出典[編集]

  1. ^ a b c d e 鈴木英夫著 「図解ヘリコプター」 ブルーバックス 講談社 2001年10月20日発行第1刷 ISBN 4-06-257346-6
  2. ^ 防衛技術ジャーナル編集部 『航空機技術のすべて』 財団法人 防衛技術協会、2005年10月1日第1版第1刷発行、ISBN 4990029801
  3. ^ a b 「ヘリコプタ」 社団法人 日本航空技術協会 ISBN 4-930858-45-3
  4. ^ 軍事研究2007年10月号「ヘリコプター技術(その2)」

関連項目[編集]

外部リンク[編集]