ブレードピッチ

ブレードピッチまたは単にピッチとは、流体中のブレードの角度を指します。^[1]この用語は、航空学、船舶運航、その他の分野で応用されています。

航空学では、ブレード ピッチは、航空機のプロペラまたはヘリコプターのローターのブレードの角度を指します。ブレード ピッチは、航空機の機体に対して測定されます。通常、ブレード角度が垂直に近い場合は「細かい」または「低い」と表現され、水平に近い場合は「粗い」または「高い」と表現されます。

ブレードピッチは通常、スリップがないと仮定した場合の回転あたりの前進距離の比率として表されます。

ブレード ピッチは、自動車のファイナル ドライブのギアリングとほぼ同じように機能します。ピッチが低いと、低速での加速 (および航空機の上昇率) が向上し、ピッチが高いと、高速でのパフォーマンスと燃費が最適化されます。

航空機は、広い速度範囲で最大の推力を得るために、可変ピッチプロペラを使用して設計されるのが一般的です。離着陸時には細かいピッチが使用され、高速巡航飛行時には粗いピッチが使用されます。これは、対気速度が増加するとプロペラブレードの有効迎え角が減少するためです。最適な有効迎え角を維持するには、ピッチを大きくする必要があります。ブレードのピッチ角は、ブレードの迎え角と同じではありません。速度が増加すると、ブレードのピッチは増加して、ブレードの迎え角を一定に保ちます。

プロペラ ブレードの「揚力」、つまり推力は、迎え角と速度の組み合わせによって決まります。プロペラ ブレードの速度はハブから先端まで変化するため、ブレードの長さに沿って推力がほぼ一定になるように、ブレードはねじれた形状になっています。これを「ブレード ツイスト」と呼びます。これは、最も単純なプロペラを除き、すべてのプロペラに共通する特徴です。

ヘリコプターでは、ピッチ制御によってローター ブレードの入射角が変わり、それがブレードの迎え角に影響します。メイン ローターのピッチはコレクティブとサイクリックの両方で制御されますが、テール ローターのピッチはペダルを使用して変更されます。

プロペラのブレードをフェザリングするということは、ブレードを空気の流れと平行になるように回転させてピッチ角を増やすことを意味します。これにより、飛行中にエンジンが故障して停止したプロペラからの抗力が最小限に抑えられます。

プロペラ駆動の航空機の中には、ピッチを微調整位置よりも下げてプロペラが逆方向の推力を発生させることができるものがある。これを推力反転と呼び、プロペラの位置をベータ位置と呼ぶ。^[2]

ブレードピッチ制御は、ほぼすべての大型の最新水平軸風力タービンの機能です。回転速度と発電量を調整するために使用されます。運転中、風力タービンの制御システムは、風速の変化に応じてブレードピッチを調整し、ローター速度を運転制限内に維持します。ブレードをフェザリングすると、緊急停止時や風速が最大定格速度を超えたときにローターが停止します。風力タービンの建設中およびメンテナンス中は、突風が発生した場合に不要な回転トルクを減らすために、通常、ブレードがフェザリングされます。

ブレードピッチ制御はローターブレーキよりも好まれます。なぜなら、ブレーキはタービンにかかる風力によって故障したり過負荷になったりするからです。これによりタービンが暴走する可能性があります。対照的に、ピッチ制御ではブレードをフェザーリングできるため、風速が制御機構にかかるストレスに影響を与えません。^[3]

ピッチ制御は油圧または電気機構を介して実装できます。油圧機構は寿命が長く、駆動力が高いため応答時間が速く、バックアップスプリングのメンテナンスが少なくて済みます。しかし、油圧はシステムを高圧に保つために多くの電力を必要とする傾向があり、漏れが生じる可能性があります。電気システムは消費電力が少なく、無駄な電力も少なく、漏れもありません。ただし、停電時には高価なフェイルセーフバッテリーとコンデンサが必要になります。^[3]

ピッチ制御はアクティブである必要はありません（アクチュエータに依存）。パッシブ（失速制御）風力タービンは、迎え角が風速とともに増加するという事実に依存しています。ブレードは、特定の速度を超えると機能を停止するように設計できます。これはねじれブレードのもう1つの用途です。ねじれにより、ブレードの各部分が異なる迎え角を持ち、異なる時間に停止するため、徐々に失速することができます。^[4]

ブレードピッチ制御は通常、風力タービンの費用の3％未満を占めますが、ブレードピッチの故障は風力タービンの全生産停止時間の23％を占め、全部品故障の21％を占めています。^[5]

船舶では、ブレードピッチはプロペラが1回転する間に水中を前進するインチ数で測定されます。たとえば、12インチピッチのプロペラは、1回転すると船を12インチ前進させます。これは理論上の最大距離であることに注意してください。実際には、プロペラと水の間の「滑り」により、実際の推進距離は必ずこれより短くなります。^[6]

複合材プロペラの中には交換可能なブレードを備えたものもあり、プロペラが停止しているときにブレードのピッチを変えることができる。^[7]低速で重い荷物を輸送する場合は低いピッチを使用し、高速で移動する場合は高いピッチを使用する。

ボート漕ぎにおいて、ブレードピッチとは、漕ぐストロークの駆動段階におけるボートの船尾方向へのブレードの傾きのことです。ブレードピッチが正しくないと、ブレードが深く潜りすぎたり、水から飛び出したり、ストロークの回復段階でバランスをとるのが難しくなったりする傾向があります。