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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、エンジンの動力でローターを駆動するのではなく、オートジャイロのようにローターを通って上昇する空気の作用によって回転する飛行状態です。 [1] [2] [3]オートローテーションという用語は、1915年から1920年までの初期のヘリコプター開発の時期にまで遡り、エンジンなしでローターが回転することを指しています。[4]これは、固定翼航空機の滑空飛行に類似しています。一部の木（たとえばカエデの木）には、種子が翼のような構造を持ち、オートローテーションで地面に回転できるようにすることで、種子がより広い範囲に散布されるのに役立ちます。
ヘリコプターにおけるオートローテーションの最も一般的な用途は、エンジン故障またはテールローター故障の際に航空機を安全に着陸させることです。これは、ヘリコプターのパイロットに訓練の一環として教えられる一般的な緊急手順です。
通常の動力付きヘリコプターの飛行では、空気は上からメインローターシステムに引き込まれ、下方に押し出されますが、オートローテーション中は、ヘリコプターが下降するにつれて空気が下からローターシステムに移動します。オートローテーションは、エンジンが作動していなくてもメインローターが回転し続けることを可能にするフリーホイールユニットと、ローター速度を維持する相対風の空気力の両方により機械的に可能になります。これは、エンジンが完全に故障した場合にヘリコプターが安全に着陸できる手段です。したがって、すべての単発ヘリコプターは、型式証明を取得するためにこの機能を実証する必要があります。[5]
史上最長のヘリコプターのオートローテーションは、1972年にジャン・ブレがアエロスパシアルSA 315Bラマで高度12,440メートル（40,814フィート）の記録を達成した際に達成された。その高度の気温は−63℃（−81.4℉）だったため、出力を下げるとすぐにエンジンが停止し、再始動できなくなった。オートローテーションを使用することで、彼は安全に航空機を着陸させることができた。[6]オートローテーションはオートジャイロ の通常の動作モードであり、距離記録は1653kmである。[要出典]
降下と着陸
ヘリコプターの場合、「オートローテーション」とは、エンジンがメインローターシステムから切り離され、ローターブレードがローターを通る上昇気流によってのみ駆動される降下操作を指します。フリーホイールユニットは、エンジン回転速度がローター回転速度よりも遅い場合はいつでも切断される特殊なクラッチ機構です。エンジンが故障した場合、フリーホイールユニットは自動的にエンジンをメインローターから切り離し、メインローターが自由に回転できるようにします。
オートローテーションの最も一般的な理由はエンジンの故障または不調ですが、テールローターが完全に故障した場合や、テールローターの効果が失われた場合にもオートローテーションが実行されることがあります。[7]これはオートローテーションでは実質的にトルクが生成されないためです。高度が許せば、オートローテーションは渦輪状態（パワーによる整定とも呼ばれます）から回復するためにも使用できます。[2]いずれの場合も、着陸が成功するかどうかは、オートローテーション開始時のヘリコプターの高度と速度によって決まります（高度速度図を参照）。
エンジン故障の瞬間、メインローターブレードは迎え角と速度から揚力と推力を生み出しています。パイロットは、エンジン故障の際に必ず行う集合ピッチを直ちに下げることで揚力と抗力を減らし、ヘリコプターは直ちに降下を開始し、ローターシステムを通る上昇気流を生み出します。ローターを通るこの上昇気流は、降下中ずっとローターの回転速度を維持するのに十分な推力を提供します。オートローテーション中、テールローターはメインロータートランスミッションによって駆動されるため、通常の飛行と同様に機首方位制御が維持されます。
オートローテーションの降下率に影響する要因は、密度高度、総重量、ローター回転速度、前進対気速度などいくつかあります。パイロットが降下率を制御する主な方法は対気速度です。通常飛行時と同様に、サイクリックピッチコントロールを使用して、より高い対気速度またはより低い対気速度が得られます。降下率は対気速度がゼロのときに高く、特定のヘリコプターと前述の要因に応じて、約50～90ノットで最小に低下します。対気速度が最小降下率を与える速度を超えて増加すると、降下率は再び増加します。対気速度がゼロの場合でも、ローターはブレードで構成されているにもかかわらず、パラシュートとほぼ同じ抗力係数を持つため、非常に効果的です[8] [9]。
オートローテーションから着陸する場合、回転ブレードに蓄えられた運動エネルギーと機体の前進運動を利用して降下率を下げ、軟着陸を行います。降下率の高いヘリコプターを停止させるには、よりゆっくりと降下しているヘリコプターを停止させるよりも多くのローターエネルギーが必要です。したがって、非常に低いまたは非常に高い対気速度でのオートローテーション降下は、最小降下率対気速度で実行されるオートローテーション降下よりも重要です。最適な着陸操作は、機体内の垂直方向の動き、水平方向の動き、回転方向の動きをすべて完全に停止させます。実際には、完璧な着陸はほとんど達成できません。[要出典]
ヘリコプターの種類ごとに、パワーオフ滑空が最も効率的になる特定の対気速度があります。最適な対気速度とは、滑空距離が最大で降下率が最も遅い速度です。特定の対気速度はヘリコプターの種類ごとに異なりますが、特定の要因 (密度高度、風) はすべての構成に同じように影響します。オートローテーションの特定の対気速度は、平均的な天候と風の状態、および通常の荷重に基づいて、ヘリコプターの種類ごとに設定されます。[引用が必要]
高密度高度または突風の状態で重い荷物を積んで操縦されるヘリコプターは、降下時にわずかに速度を上げることで最高の性能を得ることができます。低密度高度で軽い荷物の場合は、通常の対気速度をわずかに下げることで最高の性能が得られます。対気速度を現在の状況に合わせるこの一般的な手順に従うと、パイロットはどのような状況でもほぼ同じ滑空角を達成し、着陸地点を推定することができます。この最適な滑空角は通常17〜20度です。[10]
自動回転領域
垂直自動回転中、ローター ディスクは、駆動領域、駆動領域、失速領域の 3 つの領域に分割されます。これらの領域のサイズは、ブレード ピッチ、降下率、ローター回転速度によって異なります。自動回転速度、ブレード ピッチ、または降下率を変更すると、領域のサイズが相互に変化します。
駆動領域はプロペラ領域とも呼ばれ、ブレードの端にある領域です。通常、半径の約 30 パーセントを占めます。駆動領域は最も大きな抗力を生み出します。全体的な結果として、ブレードの回転が減速します。
駆動領域、または自動回転領域は、通常、ブレード半径の 25 ～ 70 パーセントの範囲にあり、自動回転中にブレードを回転させるために必要な力を生み出します。駆動領域の全空気力は回転軸よりわずかに前方に傾いており、継続的な加速力を生み出します。この傾斜により推力が生まれ、ブレードの回転が加速される傾向があります。駆動領域のサイズは、ブレードのピッチ設定、降下率、ローターの回転速度によって異なります。
ローター ブレードの内側 25 パーセントは失速領域と呼ばれ、最大迎え角 (失速角) を超えて動作して抗力を引き起こし、ブレードの回転を遅くします。一定のローター回転速度は、駆動領域からのブレード加速力と、駆動領域および失速領域からの減速力とのバランスをとるように集合ピッチを調整することによって実現されます。
駆動領域のサイズを制御することで、パイロットはオートローテーションの回転速度を調整できます。たとえば、コレクティブピッチを上げると、すべての領域でピッチ角が増加します。これにより、平衡点がブレードの幅に沿って内側に移動し、駆動領域のサイズが増加します。失速領域も大きくなり、駆動領域は小さくなります。駆動領域のサイズを小さくすると、駆動領域の加速力と回転速度が低下します。[オリジナル研究? ]
ブロークン・ウィング賞
ブロークン・ウィング賞は、緊急事態下でオートローテーションを成功させたことに対してアメリカ陸軍が授与する賞である。陸軍規則672-74に定められているこの賞の要件は、「航空乗務員は、卓越した航空技術により、緊急事態の際に航空機の損傷や人員の負傷を最小限に抑えるか防止しなければならない。航空乗務員は、飛行中の緊急事態から航空機を回復させる際に並外れた技能を発揮しなければならない」である。[11]
参照
参考文献
- ^ 回転翼航空機飛行ハンドブック(PDF)。米国政府印刷局、ワシントン DC: 米国連邦航空局。2001 年。pp . 16–1。ISBN 1-56027-404-2. FAA-8083-21。2013年4月20日にオリジナルからアーカイブ（PDF）されました。
ジャイロプレーンのローターシステムはオートローテーションで動作します
- ^ ab Bensen, Igor . 「How they fly – Bensen explain all Archived 2014-06-26 at the Wayback Machine」Gyrocopters UK . アクセス日: 2014年4月10日。引用: 「空気は下向きに偏向する」
- ^ Charnov, Bruce H. Cierva、「ピトケアン島と回転翼飛行の遺産」、Wayback Machineで 2016 年 3 月 3 日にアーカイブ 、ホフストラ大学。アクセス日: 2011 年 11 月 22 日。
- ^ 「オートローテーション」、Dictionary.com Unabridged (v 1.1)。Random House, Inc. 2007年4月17日。Wayback Machineで2012年3月17日にアーカイブ。
- ^ 米国連邦航空規則、§27.71 オートローテーション性能 2016-12-08 にWayback Machineでアーカイブ
- ^ R. ランドール・パドフィールド; R. パドフィールド (1992)。ヘリコプターの操縦を学ぶ。McGraw Hill Professional。p. 151。ISBN 978-0-07-157724-3。
- ^ ロータークラフト飛行ハンドブック セクション 11-12、連邦航空局、Skyhorse Publishing (2007 年 7 月) ISBN 978-1-60239-060-7
- ^ ジョンソン、ウェイン。ヘリコプター理論 p109、クーリエ・ドーバー出版、1980年。アクセス日：2012年2月25日。ISBN 0-486-68230-7
- ^ ジョン・M・セドン、サイモン・ニューマン（2011年）。ヘリコプターの空気力学の基礎。ジョン・ワイリー・アンド・サンズ。52ページ。ISBN 978-1-119-99410-7。
- ^ ポール・カントレル。「オートローテーションの空気力学 - 定常降下」Wayback Machineに 2007-04-06 にアーカイブされた「コプター」 2013 年 11 月 11 日にアクセス。
- ^ “Broken Wing Awards”. www.ursrucker.com . 2018年4月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年4月25日閲覧。
外部リンク
- Paul Cantrell によるオートローテーションの一般的な説明。
- パイロットの「並外れた飛行」によりヘリコプターの費用が54万ドル節約される-ニュージーランド・ヘラルド、2008年2月18日月曜日