二重反転ヘリコプタについて

Question

私は現在大学でヘリコプタの研究をしており、二重反転ヘリコプタの力学モデル(モーメント、機体にかかる力や推力など)の式が知りたいのですが教えていただけないでしょうか？また、そのことが載っているサイトや本があれば教えていただけるとありがたいです。
　続いて質問なのですが、二重反転ヘリコプタのヨー軸方向に回転する力が加わった場合、その回転はどのようにして止めるのですか？テールロータがなく、メインロータの上下の回転数が全く同じなら機体は回転し続けるような気がするのですが…

oleander · Accepted Answer

＞ヨー軸方向(地面と水平方向)の力を加えるとクルクルと回転してしまいます。

　空中に浮いた状態では摩擦損失がゼロであるから回転は減衰しませんし方向も定まりません。ヨー制御が必要です。
以前あったキーエンスの屋内ラジコン電動ヘリには、とても小さなジャイロが搭載されて自律制御されていました。
　日本製の一人乗りヘリでは、ヘリ好きの金持ちの趣味が嵩じて商品まで作った会社が有名です。
http://www.gen-corp.jp/GEN%20H-4presen.pdf
http://www.gen-corp.jp/
Specificationのページに差動ギアのヨー制御が見られます。>>1のマニアさんもゴムベルトで差動回転です。
　二重反転型ローターには必ず反転メカが使用されるので、そこに回転数差を付ける方式がとられます。それは車のディファレンシャルギアと同じ構造です。このように差動ギアが選択されるのはなぜか。
　車のドライブシャフトを固定して片方のホイールを回すと反対側のホイールは逆回転します。そこでドライブシャフトを固定せずモーターによって回転を与えると、反対側ホイールの回転の増速や減速ができます。
　二重反転ローターの片方の回転数だけが変化すれば、角運動量保存の法則によって機体の方も回転します。回転椅子に座って体をよじる動きのように、この動きは軽快です。攻撃ヘリの姿勢安定に適するでしょう。自動制御理論であらわせば比例制御です。いっぽう回転数の差による抗力トルクの不釣り合いによる変化は積分制御としてゆっくり現れます。

　これは流体力学の常識ですが抗力は迎え角によって変化しない領域があるから>>3のピッチでの制御は万能ではないのです。そして攻撃ヘリのように接近した二重反転ローターの下側は上のプロペラ後流での迎え角によってL/Dは同一ではないこともあるので更に複雑です。
だが、様々な迎え角に於いても揚抗力が確実に比例するパラメータは動圧すなわち気流速度すなわち回転速度です。したがって差動ギヤによる回転数差方式が最適と結論されます。ヘリは専門ではないので参考までに。

　今実験している模型がモーター２個で上下のローターを回している構造なら、モーターの配線を別々に引き出して可変抵抗によって回転数差を与えるとヨーの操縦が可能です。

quantum2000 · Answer

全く参考にならないかもしれませんが、
おもちゃの量販店（トイザラス）で、テールロータのない「二重反転ヘリコプタ」？
のおもちゃが売っていました。
子供に買ってやったのですが、３千円くらいの安いやつで、
空中で上下方向の移動しかしませんが、一応、空中で静止状態を保てます。

LCR707 · Answer

一方の回転翼の翼ピッチを増加し、他方のそれを減少させると、トータルの揚力は変化しなくても、回転に対する抗力に差が生じるので、ヨー・コントロールができるのではないでしょうか。

Scull · Answer

素人なのでお答えはできませんが「コントラヘリ」であれば実物がありますので実機を研究されてはいかがでしょうか？

参考URL：http://www.f5.dion.ne.jp/~mirage/hypams06/ka_50.html

N64 · Answer

上下のローターの回転数を調節するしかないのでは？

参考URL：http://www.to-so.com/chiiki.htm

二重反転ヘリコプタについて

＞ヨー軸方向(地面と水平方向)の力を加えるとクルクルと回転してしまいます。

全く参考にならないかもしれませんが、

一方の回転翼の翼ピッチを増加し、他方のそれを減少させると、トータルの揚力は変化しなくても、回転に対する抗力に差が生じるので、ヨー・コントロールができるのではないでしょうか。

素人なのでお答えはできませんが「コントラヘリ」であれば実物がありますので実機を研究されてはいかがでしょうか？

上下のローターの回転数を調節するしかないのでは？

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　一方の回転翼の翼ピッチを増加し、他方のそれを減少させると、トータルの揚力は変化しなくても、回転に対する抗力に差が生じるので、ヨー・コントロールができるのではないでしょうか。