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はじめまして、私は今卒業研究で人力飛行機のプロペラについて研究しています
今は模型を作るとこまでいきました

そこで質問なのですが
現在私たちが作成した模型のプロペラ(特に羽の部分)の形状は
竹とんぼのような長方形をねじった形になっています
しかし、模型飛行機なども見ていると
プロペラの形状は楕円のような感じの板をねじったものばかりです

楕円のような形をねじることでどのような利点があるのでしょうか?
竹とんぼをみていると長方形でも推力は十分得られると思うのですが。

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A 回答 (4件)

ねじりは、プロペラは回転しますから、どこでも同じ角度では、根元と先では一回転で進む距離が変わってしまいます。


根元の角度は強く先端にいくに従って角度は緩くなります。

形状は、どれくらいの回転数にするか、直径はどの程度かなど色々なファクターで変わってきますね。
高回転型では、根元の幅が広く先端が細いもの。
高トルクで低速で回すなら、先端の幅が広い扇型のもの。

長さが無限大なら翼端は無視出来て矩形でもいいでしょうが、有限の長さでは誘導抵抗を無視出来ず、そうもいきません。
楕円は、主翼でもそうですが、理論的には効率の良い形と言われています。

人力飛行機なら関係ないでしょうが、レシプロ機では、プロペラの先端は音速を超えるような物もあり、その場合は、音速域を考慮した形状が求められます。
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翼端に生じる抵抗が 違ってきます


楕円の翼端の方が 抵抗が少ないので 効率が良くなります
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ヘリコプターのローター、細長く、長方形に近い形のものが多いですね。

竹とんぼと似ている、ともいえます。模型ではプロペラに近いものもありますが・・・。
ところで、ローターとプロペラ、似てはいますが別のものです。ローター、回転はしていますが、飛行機の主翼に相当するものです。推力ではなく、揚力を得ます。
専門家ではないので長方形と楕円の違いについては説明できませんが、竹とんぼとプロペラの比較、これは別のものを比較しているわけです。プロペラ、模型用も実機用も楕円形なので、やはり理由はあるのでしょうね。
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> 楕円のような形をねじることでどのような利点があるのでしょうか?



ある程度の速度で回転する場合、プロペラの形状によっては空気の乱流を生じ、推進の【効率】が落ちます。

> 竹とんぼをみていると長方形でも推力は十分得られると思うのですが。

竹とんぼはとりあえず飛び上がることが目的ですから、こういう無駄は普通気にしません。
あるとすると、竹とんぼの飛行時間とかを競うようなケースとか。
飛び上がるには十分な推力だが、記録を出すには不十分です。


プロペラの効率という意味ですと、競艇で使うプロペラについて調べると面白いかも。
競艇では、プロペラの近傍で水流にムラが生じ、圧力が下がって気泡(キャピテーション)が発生すると、プロペラが水をかけずに空回りし、効率が極端に落ちる現象が発生します。
こちらの対策として競艇選手ごとに支給品を独自のプロペラの形状に変形させるって事が認められており、技術面での競争とか、派閥とかがレース結果に表れます。

キャピテーションは水中だと分かりやすいですが、空気中でも同じ事で、圧力が下がって真空に近い状態が生じれば、真空中では推進力を得る事は困難です。
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この回答へのお礼

空気の流れより効率が落ちてしまうのですか。
そしてそれにより推力の効率が落ちてしますのでね

お早い回答ありがとうございます
これを参考にもう一度検討してみようと思います

お礼日時:2007/07/28 05:19

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ホームセンターで入手できるバルサやスチロールを削って自作ができます。

軽量機の簡単なものなら、
http://mono.fit.ac.jp/
右中ほどの「ライトプレーン組み立て図公開中!」から先を参照してみてください。

ラジコン機のようなハード用途はそれこそ竹とんぼの延長です。
エンジン機ともなると更にFRPコーティングして強度を高めたり…は「家庭工作程度」から外れますかね?^^;
「自作ペラ」、「削り出しペラ」などをキーワードに検索してみて下さい。

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、

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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。
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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
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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」
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Q竹トンボの羽根を4枚にしても性能向上は見られない?

竹トンボを紙で作っているのですがハネを四枚にしてもあまり飛びかたに違いが見られません。飛行機のプロペラからの想像だと四枚のほうがよく飛ぶというようなことがあるように期待したのですが、何かご助言などを頂けると幸いです。

Aベストアンサー

No.2&5です。No.5投稿後にNo.2に対する補足を受けましたので。

>2枚羽根の一枚を巻いて中心のほうへ持ってきてみました。(中略)
>重心がくるってしまうのでアルミ箔を足してバランスをとりました、
>うまく飛ぶのですが、結局全体の重量が増加したためか、
>あまり飛行能力の向上に寄与しないように見えました。
「プロペラは少ないほど、いっそ1枚が理想」ということから試されたと
思いますが、竹トンボの性質とその方法では性能向上はしないと思います。
1枚プロペラが良いというのは模型レーシングエンジンで取られていた方法で、
出来る紹介例を探しましたが現在見当たりませんでした。しかし、wikiには
この記述があります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A8%A1%E5%9E%8B%E8%88%AA%E7%A9%BA%E6%A9%9F%E3%81%AE%E3%83%97%E3%83%AD%E3%83%9A%E3%83%A9

ラジコン飛行機やヘリのご相談も複数回答してますが、現物を見ないので全て
想像しかありません。正しく理解して回答しているかは保証できないのですが、
今回の件も推測で性能向上しないと思われる原因を2つ挙げます。

一つは、前回答にしたことを元に考えて頂きたいのですが、単純に片側を無く
してしまうと、翼として見れば、面積は半分になります。これを元の揚力を
得るためには、「残った側の面積を倍にする」か「回転速度を√2倍にする」
か「揚力係数を2倍にする迎え角にする」のいずれかをしないと等価になりません。
確かに抗力も半分になりますが、重量が増えては結局マイナス要因ですし、
前に記したように半径の小さいところに質量を持ってきたのですから、慣性力
も激減させています。これに関連すれば、4枚ブレードも、面積やねじりを
2枚とは変化させないと比較にはならないと思います。

もう一つは「質量の中心」を合わせたとしても、「空力中心」が全く違って
しまっていることです。2枚ならそれぞれ反対方向に抗力が働き、相殺する
ので芯はぶれません。揚力も2枚に均等にかかっています。今、ご自身で
両腕を左右に突き出して何かを反対に押したとします。すると自分はその場で
回る筈です。しかし、片腕のみで押すと押した反対に体も動く筈です。
これと同じように、低速回転では解りにくいのかもしれませんが、竹トンボ
は軸を中心に回っていないと思います。極端に、一枚の羽根の半分の所を軸と
して回ってしまえば、回転半径は半分に(これはブレード速度が半分)、
そして軸に近い側は「逆ピッチ」で回っていることになります。これでは
性能向上は望めません。

1枚プロペラを採用しているのは模型飛行機ですが、この空力的アンバランス
を十分に吸収するプロペラより大きな質量と空力的な力を受ける「機体」に
取り付けられているのです。竹トンボではこれが無いので、採用は困難だと
思います。

No.2&5です。No.5投稿後にNo.2に対する補足を受けましたので。

>2枚羽根の一枚を巻いて中心のほうへ持ってきてみました。(中略)
>重心がくるってしまうのでアルミ箔を足してバランスをとりました、
>うまく飛ぶのですが、結局全体の重量が増加したためか、
>あまり飛行能力の向上に寄与しないように見えました。
「プロペラは少ないほど、いっそ1枚が理想」ということから試されたと
思いますが、竹トンボの性質とその方法では性能向上はしないと思います。
1枚プロペラが良いというのは模型レーシン...続きを読む

Q単発プロペラ機の回転トルク

今迄何の疑問も持たなかったのですが、フッと疑問が湧いてきました。

単発プロペラ機の場合、機体に対してプロペラの回転と逆方向に力が働く(反作用)はずですよね?
慣性モーメントが桁違いですから、最初は機体はほとんど動かないでしょうが、時間が経つに従って(たとえ弱い力でも)機体はプロペラと逆方向に徐々に回転し始めるはずではないですか?

ヘリコプタの場合も同じことが考えられるのですが、ヘリでは機尾にメインロータと直角方向に回転するペラがあるので、この遠心力により機体の回転は止められています。

単発プロペラ機はどういう力で(機体の)回転が抑えられているのでしょう?

わかりやすく説明していただけると有難いです。

Aベストアンサー

この種の反作用は遅い飛行速度、つまり主翼の作用が弱い状態で表れます。ご質問にあるような「時間が経つに従って・・・」の最も具体的な例は、アクロ飛行で難易度の非常に高い「トルクロール」という演技で見る事ができます。

トルクロールというのは、機首を真上に向けてヘリコプターのように空中で静止した状態を保っていると、プロペラの反動トルクによって機体がゆっくりとロールをしはじめるもので、上手く行くとまるで機体が糸でぶら下がっているような不思議な気持ちにさせる演技です。

空中で静止しているので、主翼のエルロンは通常の飛行中のような効き目はほとんどゼロですが、それでもプロペラの後流を受ける(機体によります)ので、これで若干のロール速度を加減できることもあるようです。

またアクロ飛行では、他にもプロペラの反動トルクを積極的に使って「きりもみ」や「でんぐり返し」のような信じられない演技をしますが、この場合も飛行速度はかなり低め、つまり主翼の通常作用から外れた領域で行っていますし、逆にいえば速度が速すぎて失敗するケースもしばしばあるようです。

余計な話が多かったかも知れませんが、通常飛行で反動トルクを実感しやすいのは、離陸および上昇中の速度が低い状態で、その修正は主にラダーを踏み込みながら、必要に応じて若干のエルロンを操作する程度です。

しかしながら主翼スパンの短い複葉機(ピッツとか)ですと、この傾向はもっと強く表れますから、私なりにいえば、プロペラの反動トルクで方向が「ねじられる」のを「舵で押さえつけながら」離陸する、というフィーリングで、離陸開始から滑走路を真っ直ぐ進むだけでも、かなりスリリングなものがありますよ。

この種の反作用は遅い飛行速度、つまり主翼の作用が弱い状態で表れます。ご質問にあるような「時間が経つに従って・・・」の最も具体的な例は、アクロ飛行で難易度の非常に高い「トルクロール」という演技で見る事ができます。

トルクロールというのは、機首を真上に向けてヘリコプターのように空中で静止した状態を保っていると、プロペラの反動トルクによって機体がゆっくりとロールをしはじめるもので、上手く行くとまるで機体が糸でぶら下がっているような不思議な気持ちにさせる演技です。

空中で静止...続きを読む

Qプロペラのねじれ

プロペラには大抵根元から先端にかけて一様な角度では作られていませんよね?それはどうしてなんでしょうか?推力を増すためということはしっていますが、なぜ推力が増すのでしょうか。回答おねがいします。

Aベストアンサー

 根元と外側では、回転時の移動距離が同一ではないからです。
 プロペラは円運動をするものですので、根元のある1点と、先端の1点とでは移動距離が違います。
 よって、角度がもし一定であれば、同じ1回転でも外側よりも内側の方が推力が減ってしまい、結果としてプロペラ全体の合計推力が落ちてしまうのです。
 そこで、プロペラの内側の迎え角を大きくすることで、外と内とで均一に推力が発生するようにしてあるのです。

 あと、外と内とで推力に違いがあると、プロペラ表面に過負荷がかかるからという構造的な問題も一部あります。

Q模型飛行機の為のオリジナルのプロペラを作りたいのですが3D-CADのソ

模型飛行機の為のオリジナルのプロペラを作りたいのですが3D-CADのソフトを使ってデータを作ってくれる人またはデザイン事務所を探しています。こちらは素人なので自分ではプロペラづくりに関しては何も出来ません。直径が5インチぐらいの大きさです。既存のプロペラでは実現できない新しい発想の飛行機作りのために是非このプロペラが必要です。徹底的に探しまくったのですが見つかりません。誰か教えてください。

Aベストアンサー

最近の設計作業は普通3Dで行います。
ですから電話帳で設計事務所探して頼めばやってくれるでしょう。
ただし、頼む方が全ての形状を指示する必要があります。
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費用?ざっと10万円ぐらいじゃないかな。
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Qストローに輪ゴムを通してプロペラで飛ぶ模型飛行機

ストローを適当な長さに切って、その中に輪ゴムを通し適当なプロペラで実際に空中を飛ぶ飛行機はありますか。

Aベストアンサー

いろいろありますよ
http://www.osaka-c.ed.jp/sog/kankoubutu21/kankoubutu2105/PT2009/102.pdf
http://zamcopter.web.fc2.com/rubber_band_helicopter.htm
http://www.asahi-net.or.jp/~ue6s-kzk/sub26.htm#sutorohikouki


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