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どこかで「ジェット機は速度が増すと推進力もますが、プロペラ機は推進力が低下する。」と聞いたことがありますが、どうしてかその理由を知っている方は教えてください。
色々と考えたのですが、なぜだか理解できません!

A 回答 (4件)

 その話は多少間違っているというか、ずいぶん省略されて


いると思うのですが、とりあえずそこは無視してお答えします。

 プロペラ機にはどうしても、速度に限界があります。その
理由は、「 基本的に飛行機のどの部分も、音速を超えることは
できない 」という物理法則にあります。超音速を出すには
ものすごい構造強化が必要で、それ専用に作らないと音速を
突破することはできません。

 なぜなら音速を超えると強烈な衝撃波が発生するためであり、
そのため世界初の超音速機『 ベル X-1 』が出現するまで、
航空技術者の間でも超音速機は実現不可能という意見が珍しく
なかったほどなんです。

 話をプロペラ機に戻すと、プロペラ機の推力は当然、プロペ
ラの回転から生まれますよね。そして、速度が上がれば上がる
ほど、プロペラの回転スピードも速くなり、プロペラ先端が移
動する速度はどんどん音速に近くなってきます。

 そして時速 600 kmあたりから、先端の移動速度がほぼ音速
に近づき、それ以上速くプロペラを回すことができなくなります。
無理やりエンジンの出力を上げると、プロペラ程度の剛性では
間違いなく壊れてしまいますし、それ以前に異常な振動などで
正常な回転を維持できなくなります。

 そのため、プロペラ機のエンジン出力と速度の関係をグラフ
にすると、“へ”の字を左右逆にしたようなカーブを描きます。
ある程度までは速度が上がり続けますが、途中で速度アップの
限界が来て、それ以上出力を上げると逆に異常振動などで速度
が下がってしまうというわけです。

 いっぽう、ジェット機も機体そのものは音速を突破できませ
んが、推力を生み出すジェット噴流自体は爆発の一種ですから
問題なく音速を突破できます。そのため、機体速度の限界=音
速ギリギリまで速度を上げ続けることができるというわけです。

 余談ですが、プロペラの理屈はヘリコプターの速度にも関係
しています。ヘリコプターはローターの回転で揚力を得ながら、
ローターを傾けることで前進します。このとき、ローター先端
に着目すると、ローター自体の回転速度にプラスして、ヘリコ
プターの飛行速度が加わります。

 そのためローター速度の限界は、飛行速度が加わるぶんだけ
通常のプロペラよりも早く到来してしまいます。これが理由で
ヘリコプターはせいぜい時速 300km 程度しか出せないのです。
たとえジェットエンジンを推進力に使っても同じことなんです。
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この回答へのお礼

非常にわかりやすい説明で理解できました。ありがとうございました!

お礼日時:2006/07/08 16:43

「ジェット機は、推進力を増すと速度が増すが、プロペラ機は一定以上の速度に達すると、推進力を得られない(低下する)」


が正解であろうと、私は考えます。

なぜ、推進力が得られないかを説明するためには、No1さん、No3さんの”空気を後ろに掻き出す”という概念では説明できないように思います。

飛行機(固定翼機)が飛ぶ原理から書きますが、前に進む力はエンジンなどによる推進力、浮く力(重力に逆らう力)は主翼に発生する揚力です。
揚力が発生する原理は以下のサイトが分かりやすく解説しています。
http://www.fides.dti.ne.jp/~kaikou/@kaikou/nsofl …

主翼に揚力を発生させるためには、前方から風を受ける=自分が前に進む 必要がありますが、自分が動かずに前方から風を受ける方法として、翼を回転させることが考えられます。これがヘリコプター(回転翼機)です。ヘリコプターは軸を上に向けて回転させますが、これを前方に90°倒したものがプロペラと考えると分かりやすいと思います。プロペラを回転させることによって、前に向かって揚力を発生させる、すなわち推力を得るのです。

ところで、プロペラを高速で回転させ、飛行速度が速くなると、プロペラの表面を流れる風の速度が音速に近づきます。No2さんが書かれていらっしゃるように、プロペラの先端から音速に達します。こうなるとプロペラ面の空気の流れが乱れ、著しく効率が低下し揚力が得られなくなります。なぜ、効率が低下するかは、流体力学を学ばれることをお勧めします。

よって、プロペラの先端が音速に達する寸前の飛行速度が限界速度であると言えます。おおよそ時速750km~800kmと言われています。先端が音速に達するのをできるだけ遅くするプロペラ形状の研究が行われています。
http://www.jal.co.jp/jiten/dict/g_page/g225_1.html

ちなみに、現在国内エアラインのプロペラ機は、ターボプロップエンジンと呼ばれるエンジンを搭載しており、ピストンエンジンのものはありません。
一般的にジェットエンジンと呼ばれるものは、正確にはターボファンエンジンといい、エンジン内部の機構は、ターボファンエンジンも、ターボプロップエンジンも同じです。高圧ガスを後方に噴出することにより推進するか、高圧ガスでタービンを回して得た回転エネルギーでプロペラを回すかの違いだけです。
http://www.jal.co.jp/jiten/dict/g_page/g221.html
セスナ、パイパーなどの小型プロペラ機の多くは、レシプロエンジン(自動車と同じ)を使用しています。

なぜ、わざわざプロペラを回すかというと、エネルギー効率がいい=燃費がいいからです。

こちらは、かなり専門的ですが、参考になれば幸いです。ターボファン・エンジン、ターボプロップ・エンジンをご覧ください。
http://www.jal.co.jp/jiten/dict/p217.html#01

参考URL:http://www.jal.co.jp/jiten/index/
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ジェットエンジン(ジェット推進)とプロペラ推進の違いを説明しなければなりませんが、



どちらもエンジン自体のシステムとしては空気を取り入れ燃料と混ぜ火をつけ爆発させた事により容量の増えたガスの力をりようします。

違いは、ジェットエンジンは前から空気を取り入れ圧縮・高温にして燃料と混ぜ爆発させて膨張したガスを後ろから噴出させる事により推力を得ます。
最初は電動でフィンを回し空気を取り入れますがエンジンがかかれば排出されるガス圧を使いフィンを回し空気を入れますし動き出せば自然と前から空気が入ります。

速度が増せば入る空気の量も自然と増えますので圧力も増え爆発力が増えるので速力も増します。

プロペラ機は燃料を爆発させたガス圧でピストンを動かし、その力をクランクシャフトを伝ってプロペラの回転に使います。
プロペラが回ることによってそこに有る空気を後ろに押し出す事により推力を得ますが、空気を後ろに押し出す力はプロペラの回転によってしか得られずプロペラの裏側で掻き出す空気の力が推力です。
速力が増し回転(掻き出す)以上の空気の流れがプロペラの前側に当ってもプロペラの回転数は増えるかもしれませんが後ろに掻き出す力が増えるわけでもなく、かえって風圧で回転数が落ちるだけです。
また、推力(風圧)が増えてもエンジンの回転が増える訳でもありません。
風圧をエアークリーナーに取りこみターボの代りにしてエンジンの回転数を上げても限界がありますしプロペラが一定以上に早く回ることは不可能だし前からの風圧の抵抗もあるからです。

したがってご質問の通りの結果になります。
説明しにくいですがお分りいただけますか?

参考URL:http://www.mnc.toho-u.ac.jp/v-lab/combustion/com …
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基本的な話しかしりませんが



ジェットエンジンは、飛ぶスピ-ドで、空気を吸い込むことで圧縮、燃料と一緒に爆発(燃焼)させて、爆発力を後ろに向けて推進力にする。
離陸時は、空気取り入れ口の、羽を回して、空気を圧縮しています。
スピ-ドが上がれば、空気が多く通過して、圧縮力も強く(車のエンジンで言えば排気量が多くなったようなもの)、推進力が強くなると言うこと。

プロペラエンジンは、決まった回転数、馬力でプロペラを回し、羽に角度を付けて、周りの空気を後方に押し出すことで、推進力を得ます。(エンジンの回転は可変でしょうが最高回転数は決まっています)
回転数と羽の角度で、空気を押し出すスピ-ドは決まります。そのスピ-ド以上にスピ-ドを上げる(加速)ことは出来ません。
推進力は、更に加速する力ですから、空気を押し出すスピ-ドの限界に近いスピ-ドになれば加速しにくい(推進力が弱い)となります。
ボ-トをこぐとして、こぎ始めは、加速(スピ-ドが上がる)出来る、スピ-ドが上がると、ろをかなり速く、強くこがないと加速(更にスピ-ドを上げる)出来ないことと同じです。
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Q船はスクリュー、飛行機はプロペラの謎

飛行機はジェットエンジンのような推進力のないエンジンはプロペラを使っていますが、

どうして飛行機はプロペラで、船はスクリューなのでしょうか?空でもスクリューというわけにはいかないのでしょうか?

レオナルド・ダヴィンチのデザインしたヘリコプターのようなものの上部にはスクリューの形をした物が描かれてありました。(一番上のデッサンです)http://www.ops.dti.ne.jp/~manva/da_vinci/as_scientist/for_flight.htm 

Aベストアンサー

 スクリューとプロペーラーの違い.....やはりそこには回転することによって後ろに掻き出す物質、つまり水と空気の違いがあると思います。
 さらに、航空機の重量の問題と推進装置の取り付け場所、そしてバランスといったこともあると思います。

 船舶の場合のスクリューはプロペラーよりも比較的低回転で回るように作られていますし、その直径も小さいものですが、その分だけ面積を広げてあります。
 これは空気よりも重く粘性の高い水を後ろに掻き出す際に、あまり高回転で回すと抵抗が回転数の二乗に比例して急速に高まることで振動を生じたり、さらに、キャビテーションといいますが、スクリューの回転に水がついていけなくなるとスクリューと水が接触する部分に真空状態が出来てしまい、強い振動を生じるし効率も一気に下がってしまうといったことがあるからです。

 また、ほとんどの船舶でスクリューが後ろについているのは、前部に荷物や人を乗せるといった漁船やモーターボートなど小型の船舶からの習慣から出たもののようですが、スクリューが後部にあることで、そのすぐ後ろに設置された舵の効きが良いことなどもその理由のようです。これは機体を傾けて進路を変えることのできる航空機と大きく違うところです。

 一方、航空機の場合のプロペラーは、掻き回すものが水よりも軽く、粘性も低く、しかも圧縮性のある物質である空気であることから、なによりも効率よく空気を後ろに押し出すには、回転数を高め、その代わり、面積を減らし、その分回転直径を大きくするのが一番都合がいいと長い経験と計算と実験から得た結論といえます。もちろんそうすることで重量も減ります。

 さらに、重力に逆らって機体を宙に浮かせ離陸しなくてはならない航空機の特性からも、まずエンジンが強力で軽くなくてはならないということも大切な条件ですが、しかもエンジンが機体の重心位置を狂わせないことも大切ですから、こうしたことから、エンジンもプロペラーも元々は機体の先端部か重心に近い主翼の部分に取り付ける方が理にかなっていたということでしょう。

 プロペラーもまたあまり高回転で回すと空気が付いていけなくなって、やはり一番周速度の高い先端部分から気流が剥離しはじめ、そのために振動が生じたり、かえって効率が悪くなってしまうということがあります。
 プロペラー機がジェット機ほどスピードが出せない理由がここにありますが、それでも、プロペラーの場合にはそのピッチを自由に変えて空気を後ろに流す効率を変えることも出来るものが多く見られます。

 それでは舵との関係はというと、航空機の場合には単に左右に動く舵だけでなく、主翼の両端に取り付けられたエルロンという上下方向に動く舵をも動かして、機体を傾けることでも進路を変えることが出来ます。この点が船舶の場合と違い、空中を三次元的に移動出来る航空機ならではの特性といえるでしょう。

 スクリューとプロペーラーの違い.....やはりそこには回転することによって後ろに掻き出す物質、つまり水と空気の違いがあると思います。
 さらに、航空機の重量の問題と推進装置の取り付け場所、そしてバランスといったこともあると思います。

 船舶の場合のスクリューはプロペラーよりも比較的低回転で回るように作られていますし、その直径も小さいものですが、その分だけ面積を広げてあります。
 これは空気よりも重く粘性の高い水を後ろに掻き出す際に、あまり高回転で回すと抵抗が回転数の二乗に比...続きを読む

Qプロペラ機はエンジンが全部止まっても飛べる?

 エンジンが止まった場合、ジェット機は水平飛行はできなくなるが、プロペラ機はある程度の水平飛行ができると何かで昔読んだことがあるのですが、実際のところどうなんでしょう。もしそうならなるべくプロペラ機に乗ろうと思います。(無理か^^;)テレビを見てて、ふと疑問におもったもので。お暇なときで結構です、ご存じの方いらっしゃいましたらよろしく。

Aベストアンサー

高度を維持した水平飛行というのはおそらくプロペラ機でも無理でしょう。
翼の滑空比にもよりますが、余程強力な向かい風でも吹いてなければ
機体を同高度に維持する水平飛行はできません。

蛇足ですが、

プロペラ機でエンジンが停止すると、
今度は回転しない(或いは風力で回転する)プロペラが有害な抗力となり、
それだけでも滑空の大きな障害となります。

今現在のプロペラ機は、
エンジンが停止した場合や着陸時にプロペラの抗力または推進力を
軽減するためにフルフェザー状態(プロペラ面を風に対して自由にする)
ことができます。

私はヘリコプターのライセンスを持っているのですが・・・
一番怖かったのはエンジンをアイドリング状態にして滑空して降りる
「オートローテーション」と呼ばれる訓練でした。
つまりエンジン停止状態をシミュレートするのですが・・

エンジンを最小出力にすると、ぶうん、
という音とともに機体が急速に沈み、降下速度は1500~2000フィート(500~700メートル前後)になります。
滑空速度は機体によって違いましたが、速すぎても遅すぎてもよろしくなく、またローターの回転計が常に通常範囲内にとどめておかなければいけませんでした。

しかも地上ギリギリでパワーを入れて機種上げにして速度を落とし
揚力を確保し、エンジンを元に戻すのですが、
概ねこのときの高度は地上から1メートルくらい。
そうしないと、実際にエンジンが切れたときに滑走できないからです。

オートローテーション訓練はエンジンは動いているとはいえ、
一歩間違えればメインローターは断裂して吹っ飛び、降下速度、降下率を
ミスすれば訓練といえども即死に直結するので、
それはもう真剣そのもので、やるときはいつも脂汗ダラダラでしたね。

前に訓練してて、パワー入れようとしたら教官がレバーを抑えたまま離さない!
「やめてえ!ギャー!」とかなんとか思いつつもざざざざーっと滑走着陸したのですが、
「なんで・・?」って聞いたら
「いやあんまりうまく滑空してたもんだから本当に滑走着陸してみたくなっちゃった。てへ。」
なんていわれて。てへ じゃねえよオイ!
そんなら最初からそうしろって言って下さいよ~!と心でツッコミを入れてました(^^;)

しかし私もまがりなりにもパイロットの端くれ、これだけは言えます。
「飛行機を安全に運行するのはハイテク技術ではなく人の知恵と技である」
どんなハイテク機だろうと、ローテク機だろうと、
それを操縦するのは人であって、危急存亡の事態を打開するのはやはり人の力です。

私はヘリですが、ハイテク機はあまり好きではありません。
コンピュータ制御の計器は好きじゃないんです。壊れると見えなくなるから。
やっぱり昔ながらの空気力や機械式の計器のほうが安心できます(^^)

そうそう、No.3の方のおっしゃってる離陸できない状態というのは実際ありますよ。
私も真夏の暑い日に教官と一緒に訓練に行こうとしたら、ヘリが30センチくらいしか浮かないときありましたから。
そういうときは教官が地面を見ながら私がそろりそろりと滑走路に行って、
滑走しながら離陸してました。帰りは燃料が少ないから余裕で浮いてられます。

長々と失礼いたしました。

高度を維持した水平飛行というのはおそらくプロペラ機でも無理でしょう。
翼の滑空比にもよりますが、余程強力な向かい風でも吹いてなければ
機体を同高度に維持する水平飛行はできません。

蛇足ですが、

プロペラ機でエンジンが停止すると、
今度は回転しない(或いは風力で回転する)プロペラが有害な抗力となり、
それだけでも滑空の大きな障害となります。

今現在のプロペラ機は、
エンジンが停止した場合や着陸時にプロペラの抗力または推進力を
軽減するためにフルフェザー状態(プロペラ面を風...続きを読む

Qプロペラモータのスペックの見方,推力計算について

プロペラモータのスペックの見方,推力計算について


この度はよろしくお願いいたします.
http://www.rcdepot-jp.com/top_select/top_top_3.html
のサイトで販売されているPower 46 Brushless Outrunner Motor,670 kVのスペックの見方について説明をして頂けないでしょうか?
そしてPower 60 Brushless Outrunner Motor,400 kVのモータの性能の見方と比較についてお聞きしたいのですが,回転数を見るとPower 46 Brushless Outrunner Motor,670 kVの方が一分間に270回転も多く回転するので同じプロペラという条件ならこちらの方が推力は上の様な気がするのですが,何故推力はPower 60 Brushless Outrunner Motor,400 kVの方が上なのでしょうか?

最後になりますが,プロペラを付けた状態での推力の計算方法について教えてください.

Aベストアンサー

モーターの「KV値」は「電圧1Vあたりの無負荷回転数(rpm)」なので、目安の数値であって、
実際にプロペラを回した際に得られる回転数ではありません。一般にこの値が低い方が低回転
高トルクモーターだということを示しています。詳しくは「KV値」で検索されるといいでしょう。

スペックで見ると「Power 46」は40~46グローエンジン相当、「Power 60」は60相当なので
当然 Power 60 の方が大きく重く、パワーの出るモーターです。「Recommended Prop Range」
を見ても大きいプロペラを回せる仕様になっていることからも解ると思います。

推力計算式はラジコン技術誌2008年10月号の記事からそのまま引用します。
静止推力(g)  Th=(D÷10)^3 x (P÷10) x (N÷1000)^2 x 22
D:ダイヤ(インチ)、P:ピッチ(インチ)、N:回転数(rpm)、「22」:APCプロペラ用の換算数値
となるそうです。回転数は実際のところプロペラとバッテリーの選択で変わりますが、例えば
DxP=12x8ペラ 、N=7600rpm ならばこの式で 約1757g と出ます。
垂直上昇を快適に行うためには、この推力が機体重量の1.25倍以上要る、とのことです。

モーターの「KV値」は「電圧1Vあたりの無負荷回転数(rpm)」なので、目安の数値であって、
実際にプロペラを回した際に得られる回転数ではありません。一般にこの値が低い方が低回転
高トルクモーターだということを示しています。詳しくは「KV値」で検索されるといいでしょう。

スペックで見ると「Power 46」は40~46グローエンジン相当、「Power 60」は60相当なので
当然 Power 60 の方が大きく重く、パワーの出るモーターです。「Recommended Prop Range」
を見ても大きいプロペラを回せる...続きを読む


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