ジャイロダイン

ジャイロダインは、ヘリコプターのローターのようなシステムを備えたVTOL機の一種で、離着陸時のみエンジンで駆動され、巡航飛行中に推力を供給するための1つ以上の従来型プロペラまたはジェットエンジンが含まれています。前進飛行中、ローターはオートジャイロのように無動力で自由回転し（複合ヘリコプターとは異なります）、揚力はローターと従来の翼の組み合わせによって提供されます。ジャイロダインは、ヘリコプターのような低速性能と、ティルトローターやティルトウィングなどの従来の固定翼の高速性能を組み合わせようとする、数多くの類似概念の1つです。

英国海軍のヘリコプターの要請に応えて、ジェームズ・アラン・ジェイミソン・ベネット博士は、シエルバ・オートジャイロ社の主任技師を務めていたときにジャイロダインを設計しました。ジャイロダインは、回転翼航空機の中間的なタイプとして構想され、そのローターは飛行経路と平行に作動して軸流を最小限に抑え、1つまたは複数のプロペラで推進力を得ます。ベネットの特許はさまざまな設計をカバーしていたため、用語の混乱が生じました。その他の問題としては、商標登録された ジャイロダイン・カンパニー・オブ・アメリカや、連邦航空局(FAA) による回転翼航空機の分類などがあります。

近年、関連する概念がヘリプレーンという名前で推進されています。この用語はもともと 2 つの異なる会社によって製造されたジャイロプレーンを販売するために使用されていましたが、速度と積載量の両方におけるヘリコプターの現在の制限を克服することを目標として回転翼航空機技術の進歩を開発する国防 高等研究計画局(DARPA) プログラムを説明するために採用されました。

従来のヘリコプターは揚力と前進推力の両方を提供する動力ローターを備え、真のVTOL性能を発揮しますが、ジャイロプレーンまたはオートジャイロは自由回転ローターを備え、独立した動力推力によって前進速度を提供し、回転を維持します。ジャイロダインはそれぞれの特徴を組み合わせたものです。オートジャイロのような独立した推力システムを備えていますが、ローターを駆動して垂直離着陸を行うこともできます。巡航飛行中はオートジャイロのように自由回転に切り替わります。^{[1] [2]}

ヘリコプターでは、回転するローターブレードがローターディスクを通して空気を下方に引き込みます。前方への推力を得るために、ローターディスクは前方に傾き、空気が後方にも吹き出されるようにします。一方、オートジャイロでは、ローターディスクは後方に傾いています。主推力によって機体が前進すると、空気が下からローターディスクを通って流れ、ローターディスクが回転して揚力を生み出します。ジャイロダインは、これら 2 つの飛行モードを切り替えることができます。

通常、ジャイロダインには固定翼も付いており、前進飛行中に一部の揚力を提供し、ローターの負荷を軽減します。コンピューターシミュレーションでは、ローターの揚力の最適配分は9%、翼の揚力の最適配分は91%であると示されています。^[3]ただし、ローターの負荷が軽すぎると、制御不能なバタつきが発生しやすくなります。^[4]

英国 では、シエルバ・オートジャイロ社の主任技師、ジェームズ・アラン・ジェイミソン・ベネット博士が1936年に中間型の回転翼航空機を考案し、これを「ジャイロダイン」と名付け、航空省の 仕様書に応えて英国政府に提出した。1939年、ベネットは英国特許庁から特許を取得し、シエルバ・オートジャイロ社に譲渡された。1940年8月23日、シエルバ・オートジャイロ社のライセンシーであるオートジャイロ・カンパニー・オブ・アメリカが米国で対応する特許を申請した。1943年4月27日、米国特許番号2,317,340がオートジャイロ・カンパニー・オブ・アメリカに交付された。特許ではジャイロダインを次のように説明している。

回転翼航空機の中間型で、以下「ジャイロダイン」と称する。回転翼航空機（ローターは自転自由で、ローターディスクを通る全軸方向の流れは上向き）と純粋なヘリコプター（ローターは駆動され、ローターディスクを通る全軸方向の流れは下向き）の中間型であり、高速前進時にローターディスクを通る平均軸方向の流れが実質的にゼロになる。^[5]

ベネットのコンセプトは、シャフト駆動ローターと、スタブ翼に取り付けられた 1 つ以上のプロペラによって提供される反トルクと並進飛行の推進力について述べたものである。巡航速度ではプロペラによって推力が提供されるため、ローターのプロファイル抵抗を克服するためだけにローターに電力が供給され、オートローテーション中のオートジャイロのフリーホイール ローターよりも効率的に動作する。ベネットは、ジャイロダインのこの飛行状態を「中間状態」と表現し、ローターと推進システムの両方に電力を供給する必要があると述べた。

Cierva Autogiro Company, Ltd. の C.41 ジャイロダインの第二次大戦前の設計研究は、フェアリー・アビエーションによってFB-1 ジャイロダインとして1945 年から更新および製造されました。フェアリーの開発作業は当初ベネットが主導し、その後任のジョージ S. ヒスロップ博士が続きました。第二次大戦前の Cierva Autogiro Company, Ltd. のエンジニアであるジョージ BL エリスとフレデリック L. ホッジスは、フェアリー・アビエーションでベネットに加わりました。フェアリーのジャイロダインの試作機第 1 号はテスト飛行中に墜落し、乗員が死亡しました。2 番目のジャイロダインの試作機はジェット ジャイロダインとして作り直され、後にロトダイン輸送複合ジャイロプレーン用の圧力ジェット ローター駆動システムの開発に使用されました。ジェットジャイロダインは 1954 年に飛行し、1955 年 3 月に垂直飛行から水平飛行への真の移行を実現しました。

これがフェアリー・ロートダインの試作機につながった。これは、市街地から空港までの短距離定期航空サービスを提供するために、巡航時の固定翼航空機の効率とヘリコプターのVTOL能力とを組み合わせるように開発された。短い主翼を持ち、前進推進用に2基のネイピア・エランド・ターボプロップエンジンを搭載し、前進飛行時には機体重量の最大40% ^{[要出典]を担った。ローターは、離着陸および最高時速80マイルの並進飛行のために}チップジェットで駆動された。航空輸送用の試作型Yロートダインは世界中で商業および軍事的に大きな関心を集めたが、英国からの注文は集まらず、英国政府の財政支援は1962年に打ち切られた。部門の新しい親会社であるウェストランド・ヘリコプターズは、さらなる投資を行う正当な理由がないと判断し、プロジェクトは中止された。フェアリー・アビエーションのプログラムの終了とともにジャイロダインの開発は停止したが、いくつかの類似のコンセプトの開発は継続された。

1954 年、マクドネル XV-1 は垂直離陸能力を提供する先端ジェットを備えた回転翼航空機として開発されました。この航空機にはまた、胴体後部のツイン テール ブームの間に翼とプロペラが取り付けられ、その端にはヨー制御用の 2 つの小型ローターが取り付けられていました。XV-1 の 2 番目のプロトタイプは、1956 年 10 月 10 日に水平飛行で時速 200 マイルを超えた世界初の回転翼航空機となりました。これ以上の製造はなく、XV-1 プロジェクトは 1957 年に終了しました。

1998 年、カーター アビエーション テクノロジーズは、技術実証機の飛行に成功しました。この航空機は、高速飛行に最適化された高慣性ローターと翼を備えた複合オートジャイロです。2005 年に、この航空機は振動や制御の問題が発生することなく、ローターの先端の対気速度が航空機の前進対気速度と等しくなる状態で、ミュー 1 での飛行を実証しました。高慣性ローターにより、ローターに電力が供給されていない場合でも、着陸時に航空機は短時間ホバリングすることができ、また、事前回転ギアボックスにより、オートジャイロ スタイルのジャンプ離陸のためにローターを加速できます。

1954年、KYBはヘリプレーンという名の航空機を製造しました。ヘリプレーンはセスナ170Bの翼を短くし、ローターに先端のラムジェットエンジンを搭載したものでした。

DARPA は、2007 年頃、ジャイロダイン コンセプトを開発するために「ヘリプレーン」という名前でプロジェクトに資金を提供していました。 ^{[6] [7]}このプロジェクト用に開発された航空機は、垂直離着陸とホバリングにローターを使用し、巡航時に必要な揚力のほとんどを提供する強力な翼と組み合わせることで、固定翼航空機の大きな貨物容量、燃料効率、高速巡航速度とヘリコプターのホバリング機能を組み合わせたものです。このプロジェクトは、「…複数年にわたる 4,000 万ドルの 4 段階のプログラムです。Groen Brothers Aviation は、そのプログラムのフェーズ 1 に取り組んでおり、15 か月の取り組みです… (これは)「ジャイロプレーン」と固定翼ビジネス ジェットを組み合わせたものです。チームは、超軽量ジェット クラスのAdam A700 を使用していました…」^[8]先端ジェットの騒音の問題があり、このプログラムは 2008 年にキャンセルされました。^[9]

業界誌は、従来のヘリコプターの漸進的な進化を「遅い」と評し、革命的なステップが欠けており、非伝統的な複合機はまだ普及していないとしている。^[10]

「ジャイロダイン」は1950年にアメリカのジャイロダイン社に商標として付与された。^[11]同社はジャイロダインの開発には関与していなかったが、代わりにアメリカ海軍向けに同軸ローターを備えたタービンエンジンの遠隔操縦無人ヘリコプターを製造し、 QH-50 DASHと名付けられた。

• フェアリー FB-1 ジャイロダイン
• フェアリージェットジャイロダイン
• フェアリー・ロトダイン（1957）
• フレットナー Fl 185
• カモフ Ka-22 (1959)
• カヤバヘリプレーン（日本）
• マクドネル XV-1

ウィキメディア・コモンズには、ジャイロダインに関連するメディアがあります。

• VSTOL.org 不運の輪
• チャーノフ、ブルース H. フェアリー・ロトダイン: 再び時代が到来したアイデア?
• ジャイロダインとヘリプレーンのコンセプト (2005)
• ヘリプレーンのコンセプト
• ジェットジャイロダイン（1954）
• Hirschberg, Mike (Robb, Raymond L. と共著) 「ハイブリッド ヘリコプター: 速度の追求の複合化」、Vertiflite。2006 年夏。アメリカ ヘリコプター協会。
• ニューマン、サイモン。複合ヘリコプターの構成とヘリコプターのスピードトラップ航空機工学と航空宇宙技術。69(5): pp 407–413