ヘリコプターのローター

ヘリコプターの メインローターまたはローターシステムは、複数の回転翼（ローターブレード）と制御システムの組み合わせであり、ヘリコプターの重量を支える揚力と、前進飛行中の空気抵抗に対抗する推力を生成します。各メインローターは、テールブームに沿ったドライブシャフトとギアボックスの組み合わせを介して接続されるヘリコプターのテールローターとは対照的に、ヘリコプターの上部の垂直マストに取り付けられています。ブレードのピッチは通常、パイロットがヘリコプターの飛行制御装置を使用して制御します。ヘリコプターは回転翼航空機（回転翼航空機）の一例です。名前は、螺旋を意味するギリシャ語のhelix、helik-と、翼を意味するpteronに由来しています。

ヘリコプターのローターは、エンジンからトランスミッションを経て回転マストへと動力が供給される。マストは円筒形の金属シャフトで、トランスミッションから上方に伸び、トランスミッションによって駆動される。マストの上部には、ハブと呼ばれるローターブレードの取り付け点（俗にジーザスナットと呼ばれる）がある。ローターブレードはハブに取り付けられ、ハブの抗力はブレードの10～20倍になることがある。^[1]メインローターシステムは、メインローターブレードがメインローターハブに対してどのように取り付けられ、どのように動くかによって分類される。基本的な分類は、リジッド、セミリジッド、フルアーティキュレートの3つだが、最近のローターシステムでは、これらの分類を組み合わせて使用​​しているところもある。ローターは細かく調整された回転質量であり、微妙な調整によって異なる対気速度での振動が軽減される。^[2]ローターは固定RPM ^{[3] [4] [5]}（数パーセントの狭い範囲内）で動作するように設計されているが、^{[6] [7]}いくつかの実験機では可変速度ローターが使用されていた。^[8]

ターボファンジェットエンジンで使用される小径ファンとは異なり、ヘリコプターのメインローターは大径で、大量の空気を加速できます。これにより、一定の推力に対するダウンウォッシュ速度が低くなります。低速では、少量の空気を大きく加速するよりも、大量の空気を少し加速する方が効率的であるため、^{[9] [10]}ディスク負荷（ディスク面積あたりの推力）が低いと、航空機のエネルギー効率が大幅に向上し、燃料消費量が減り、妥当な航続距離が可能になります。^{[11] [12]}一般的なヘリコプターのホバリング効率（「性能指数」）^[13]は約 60% です。^[14]ローターブレードの内側の 3 分の 1 の長さは、対気速度が低いため、揚力にほとんど寄与しません。^[10]

ヘリコプターのブレードは、アスペクト比の高い細長い翼型で、先端渦による抗力を最小化する形状になっています (比較のためにグライダーの翼を参照してください)。ブレードには通常、ある程度のウォッシュアウトがあり、先端で発生する揚力を減らします。先端では気流が最も速く、渦の発生が大きな問題となります。ローターブレードは、アルミニウム、複合構造、鋼鉄、チタンなど、さまざまな材料で作られており、前縁に沿って摩耗シールドが付いています。

回転翼航空機のブレードは伝統的に受動的であるが、一部のヘリコプターのブレードには能動的な部品が組み込まれている。カマンK-MAXはブレードのピッチ制御に後縁フラップを使用し、ヒラーYH-32ホーネットはブレードの端に取り付けられたラムジェットで駆動していた。2010年現在^{[アップデート]}、後縁フラップによる能動的なブレード制御の研究が進行中である。^[15]一部のヘリコプターのブレードの先端は、乱気流や騒音を減らし、より効率的な飛行を提供するように特別に設計されている。そのような先端の例としては、英国実験的ローター計画中に作成されたBERPローターの先端がある。

シンプルなローターの説明:

• 以下はスワッシュプレートの回転部分からのリンクロッドによって駆動されます。
  • ピッチヒンジにより、ブレードの根元から先端まで伸びる軸を中心にブレードを回転させることができます。
• ティーター ヒンジ。片方のブレードが垂直に上昇し、もう片方のブレードが垂直に下降します。この動きは、並進相対風が存在する場合、または周期的な制御入力に応答して発生します。
• シザーリンクとカウンターウェイトは、メインシャフトの回転を上部のスワッシュプレートに伝えます。
• ゴムカバーが可動シャフトと固定シャフトを保護します
• スワッシュプレートは、サイクリックピッチとコレクティブピッチをブレードに伝達します（上部が回転します）
• 3本の非回転制御ロッドがピッチ情報を下部スワッシュプレートに伝達する。
• メインギアボックスにつながるメインマスト

フアン・デ・ラ・シエルバは、オートジャイロ用の完全関節型ローターを開発した。彼の設計の基礎となったのは、ヘリコプターの開発を成功に導いた。完全関節型ローターシステムでは、各ローターブレードは、他のブレードとは独立して動くことができる一連のヒンジを介してローターハブに取り付けられている。これらのローターシステムは通常、3枚以上のブレードを有する。ブレードは、互いに独立してフラップ、フェザリング、リードまたはラグを行うことができる。フラッピングヒンジと呼ばれる水平ヒンジにより、ブレードは上下に動くことができる。この動きはフラッピングと呼ばれ、揚力の非対称性を補正するように設計されています。フラッピングヒンジは、ローターハブからさまざまな距離に配置されることがあり、ヒンジが複数ある場合もあります。リードラグヒンジまたはドラッグヒンジと呼ばれる垂直ヒンジにより、ブレードは前後に動くことができます。この動きは、リードラグ、ドラッグ、またはハンチングと呼ばれます。ドラッグヒンジの周りの過剰な前後運動を防止するために、通常ダンパーが使用されます。ドラッグ ヒンジとダンパーの目的は、前進するブレードと後退するブレードが受けるドラッグの差によって生じる加速と減速を補正することです。後期モデルでは、従来のベアリングからエラストマーベアリングに切り替えました。エラストマー ベアリングは、本来フェイルセーフであり、摩耗は徐々に進行し、目に見える形で現れます。この設計では、古いベアリングの金属同士の接触と潤滑の必要性がなくなりました。完全関節式システムの 3 番目のヒンジは、フェザリング軸を中心とするフェザリング ヒンジと呼ばれます。このヒンジは、パイロットのコレクティブまたはサイクリックへの入力によって励起されたローター ブレードのピッチの変化を担います。

完全関節型システムのバリエーションとして、ソフトインプレーンローター システムがあります。このタイプのローターは、OH-58D Kiowa Warriorなど、ベル ヘリコプターが製造したいくつかの航空機に搭載されています。このシステムは、各ブレードが他のブレードとは独立してリード/ラグおよびハンティングできるという点で、完全関節型に似ています。完全関節型システムとソフトインプレーン システムの違いは、ソフトインプレーン システムでは複合ヨークが使用されることです。このヨークはマストに取り付けられ、ブレード グリップを通ってブレードとグリップ内のせん断ベアリングの間にあります。このヨークは、1 つのブレードの動きを別のブレード (通常は反対側のブレード) に伝えます。これは完全に関節型ではありませんが、飛行特性は非常に似ており、メンテナンスの時間とコストが削減されます。

リジッドローターという用語は、通常、 ブレードがハブに柔軟に取り付けられたヒンジレスローターシステム^{[16] [17]を指します。ロッキード社の}アーヴ・カルバーは、最初のリジッドローターの 1 つを開発し、1960 年代から 1970 年代にかけて一連のヘリコプターでテストおよび開発されました。リジッドローターシステムでは、各ブレードが根元の柔軟な部分の周りをバタバタと動きます。リジッドローターシステムは、完全に連結されたローターシステムよりも機械的に単純です。バタバタとリード/ラグ力による空気力学的および機械的負荷は、ヒンジではなく、ローターブレードの屈曲によって調整されます。屈曲により、ブレード自体が、以前は頑丈なヒンジを必要としていた力を補います。その結果、通常生成されるハブモーメントが大きいため、制御応答の遅れが少ないローターシステムになります。^[18]リジッドローターシステムにより、半リジッドローターに固有のマストバンピングの危険性が排除されます。^[19]

半剛性ローターは、ティータリング ローターまたはシーソー ローターとも呼ばれます。このシステムは通常、ローター シャフトの共通のフラッピング ヒンジまたはティータリング ヒンジのすぐ下で接合する 2 枚のブレードで構成されます。これにより、ブレードはシーソーのように反対方向にバタバタと動きます。ティータリング ヒンジの下でブレードを下に吊り下げ、ブレードに適切な上反り角または円錐角を設定することで、ローターの回転時に各ブレードの質量中心の回転軸からの半径の変化を最小限に抑え、コリオリ効果によって生じるリード力とラグ力によるブレードへのストレスを軽減します。二次フラッピング ヒンジを使用して、十分な柔軟性を実現し、バウンドを最小限に抑えることもできます。フェザリングはブレードの根元にあるフェザリング ヒンジによって実現され、これによりブレードのピッチ角を変更できます。

現代のローターシステムでは、上記のローターシステムの原理を組み合わせて使用​​している場合があります。一部のローターハブにはフレキシブルハブが組み込まれており、ベアリングやヒンジを必要とせずにブレードを曲げる（屈曲させる）ことができます。フレクシャと呼ばれるこれらのシステム^[20]は、通常、複合材料で作られています。従来のローラーベアリングの代わりにエラストマーベアリングを使用することもできます。エラストマーベアリングはゴムタイプの材料で作られており、ヘリコプターの用途に最適な制限された動きを提供します。フレクシャとエラストマーベアリングは潤滑油を必要としないため、メンテナンスの必要性が少なくなります。また、振動を吸収するため、ヘリコプターの部品の疲労が少なくなり、耐用年数が長くなります。

制御装置は、回転中、メインローターブレードのピッチを周期的に変化させます。パイロットはこれを使用して、最大推力が発生するローターディスクの部分を定義するローター推力ベクトルの方向を制御します。コレクティブピッチは、ローターディスク全体の推力を増加または減少させることにより、ローター推力の大きさを変更します。これらのブレードピッチの変化は、フライトコントロールを使用してスワッシュプレートを傾けたり、上げたり、下げたりすることで制御されます。ほとんどのヘリコプターは、飛行中に一定のローター速度 (RPM) を維持し、ブレードの迎え角をローターからの推力を調整する唯一の手段としています。

スワッシュ プレートは、2 つの同心円状のディスクまたはプレートです。1 つのプレートはアイドル リンクで接続され、マストとともに回転しますが、もう 1 つのプレートは回転しません。回転プレートは、ピッチ リンクとピッチ ホーンを介して個々のブレードにも接続されています。非回転プレートは、パイロット コントロール (具体的には、コレクティブ コントロールとサイクリック コントロール) によって操作されるリンクに接続されています。スワッシュ プレートは垂直方向にシフトしたり、傾けたりできます。シフトと傾斜により、非回転プレートは回転プレートを制御し、回転プレートは個々のブレードのピッチを制御します。

米国のアーサー・M・ヤングやドイツの無線操縦模型飛行機製作者ディーター・シュルーターなど、多くのエンジニアが、スタビライザー バー (フライバー) でヘリコプターの飛行安定性を実現できることを発見しました。フライバーの両端には、一定の回転面を保つための重りまたはパドル (小型ヘリコプターの場合は安定性を高めるために両方) が付いています。機械的な連結により、バーの安定した回転がスワッシュプレートの動きと混ざり合い、ローターにかかる内部 (ステアリング) および外部 (風) の力を弱めます。これにより、パイロットは航空機の制御を維持しやすくなります。スタンレー・ヒラーは、両端に短くずんぐりとした翼型 (パドル) を追加することで安定性を向上させる同様の方法にたどり着きました。ただし、ヒラーの「ローターマティック」システムは、一種の制御ローターとしてメイン ローターに周期的な制御入力も提供し、パドルはローターにかかる外部の力の影響を弱めることで安定性を高めました。

ロッキードのローター システムは、ベルのスタビライザー バーと原理的に類似した制御ジャイロを使用しましたが、ヒンジレス ローター システムのハンズオフ安定性と迅速な制御応答の両方を実現するように設計されました。

フライバイワイヤヘリコプターやリモート コントロール (RC) モデルでは、ジャイロセンサーとベンチュリ センサーを備えたマイクロコントローラーをスタビライザーの代わりに使用できます。このフライバーのない設計には、再構成が容易で機械部品が少ないという利点があります。

ほとんどのヘリコプターのローターは一定の速度で回転します。ただし、状況によってはローターの回転速度を遅くするとメリットがあります。

前進速度が増加すると、前進するローターの先端速度はすぐに音速に近づきます。この問題を軽減するには、回転速度を遅くしてヘリコプターの飛行速度を上げることができます。

低速時にローターの揚力を調整するには、従来の設計では、コレクティブピッチコントロールによってローターブレードの迎え角を減らします。代わりにローターを遅くすると、飛行のこの段階での抗力を減らし、燃費を向上させることができます。

ほとんどのヘリコプターはメインローターが1つですが、トルクを克服するために別のローターが必要です。これは可変ピッチアンチトルクローターまたはテールローターによって実現されます。これはイゴール・シコルスキーがVS-300ヘリコプターに採用した設計であり、ヘリコプターの設計の慣例となっていますが、設計はさまざまです。上から見ると、ほとんどのアメリカのヘリコプターのローターは反時計回りに回転し、フランスとロシアのヘリコプターは時計回りに回転します。^[21]

もう一つのタイプの回転翼航空機はティルトローターであり、動力揚力モードのときにはヘリコプターのメインローターと多くの類似点があります。

シングル メイン ローター ヘリコプターの場合、エンジンがローターを回転させるときに発生するトルクによって、ヘリコプターの本体がローターと反対方向に回転するトルク効果が発生します。この効果を排除するには、ヘリコプターが方向を維持し、ヨー制御を提供できるように十分なパワー マージンを備えた、何らかの反トルク制御を使用する必要があります。現在使用されている最も一般的な 3 つの制御は、テール ローター、ユーロコプターのフェネストロン(ファンテールとも呼ばれます)、およびMD ヘリコプターのNOTARです。

ローターの数も重要で、多くのヘリコプターは1列に2つのローターを備えており、別の構成では4つのローターを備えています。^[22] 2ブレードローターの例はベル212で、このヘリコプターの4ブレードバージョンはベル412です。^[23]ローターブレード数の影響の例はUH-72（EC145バリアント）です。Aモデルは4ブレードでしたが、UH-72Bは振動を減らすために5ブレードに変更されました。^[24]他のブレード数も可能です。たとえば、大型軍用輸送ヘリコプターCH-53Kは7ブレードのメインローターを備えています。^[25]

テールローターは、従来のシングルローターヘリコプターの尾部の端に垂直またはほぼ垂直に回転するように取り付けられた小型のローターです。テールローターの位置と重心からの距離により、メインローターの回転と反対方向に推力を発生させ、メインローターによって生成されるトルク効果を打ち消します。テールローターは、推力を変えるためにピッチを全体的に変更するだけでよいため、メインローターよりも簡単です。テールローターブレードのピッチは、パイロットがアンチトルクペダルを使用して調整できます。また、パイロットがヘリコプターを垂直軸を中心に回転させて機体の向きを変えることで方向制御も行います。

フェネストロンとファンテール^{[26]は、ヘリコプターのテールブームの端に取り付けられ、テールローターの代わりに使用される}ダクテッドファンの商標です。ダクテッドファンには、8〜18枚のブレードが不規則な間隔で配置されており、ノイズが異なる周波数に分散されます。ハウジングは機体外板と一体化しており、高速回転が可能であるため、ダクテッドファンは従来のテールローターよりも小型化できます。

フェネストロンは、1960年代末にシュッド・アビエーションのSA 340の2番目の実験モデルで初めて使用され、その後のモデルであるアエロスパシアル SA 341 ガゼルで生産されました。ユーロコプターとその前身機の他に、ダクテッドファンテールローターは、中止された軍用ヘリコプタープロジェクトであるアメリカ陸軍のRAH-66コマンチでもファンテールとして使用されました。

NOTARは、 no tail r otorの頭文字をとったもので、ヘリコプターのテールローターを使わない反トルクシステムである。この概念の改良には時間がかかったが、NOTARシステムは理論的には単純で、コアンダ効果を利用して翼が揚力を発生させるのと同じ方法で反トルクを生み出す。^[27]可変ピッチファンはテールブームのすぐ前方の機体後部に組み込まれており、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。メインローターが反時計回りに回転することで生じる時計回りのトルクを打ち消す横方向の力を生み出すため（メインローターの上方から見て）、可変ピッチファンは低圧の空気をテールブームの右側にある2つのスロットに押し込むことで、メインローターからのダウンウォッシュがテールブームに沿って流れるようにし、揚力を生み出すとともに、ローターウォッシュからの気流量に比例した反トルクを生み出す。これに、方向ヨー制御も提供する直接ジェットスラスタが追加され、尾翼の端近くには垂直安定板を組み込んだ固定面尾翼が配置されています。

NOTARシステムの開発は、ヒューズ・ヘリコプターズのエンジニアがコンセプト開発作業を開始した1975年に遡ります。 ^[27] 1981年12月、ヒューズはNOTARを搭載したOH-6Aを初めて飛行させました。^[28]大幅に改造されたプロトタイプのデモンストレーターは1986年3月に初飛行し、高度な飛行試験プログラムを無事完了し、将来のヘリコプター設計への適用を検証しました。^[29]現在、NOTAR設計を組み込んだ量産ヘリコプターが3機あり、すべてMDヘリコプターズ社によって製造されています。この反トルク設計は、乗員がテールローターにぶつかる可能性を排除することで安全性も向上させます。

このシステムの前身となるものは、1940年代後半にイギリスのCierva W.9ヘリコプターという形で存在した。この航空機はピストンエンジンの冷却ファンを使用して、テールブームに内蔵されたノズルから空気を押し出し、ロータートルクを打ち消すものであった。^[30]

メインローターはチップジェットで駆動される。このようなシステムは、コンプレッサーから供給される高圧空気で駆動される。空気は燃料と混合されても混合されなくてもよく、ラムジェット、パルスジェット、またはロケットで燃焼される。この方法は単純でトルク反応がなくなるが、製作された試作品は従来のヘリコプターよりも燃料効率が悪い。燃焼していない圧縮空気で駆動されるチップジェットを除き、チップジェット駆動のローターが広く受け入れられていない最大の理由は、騒音レベルが非常に高いことである。しかし、騒音抑制の研究は進行中であり、このシステムを実現可能にするのに役立つかもしれない。

チップジェットで駆動する回転翼航空機の例はいくつかある。パーシバル P.74は出力不足で飛行できなかった。ヒラー YH-32 ホーネットは揚力能力は良かったが、その他の性能は低かった。他の航空機は並進飛行に補助推力を使用し、ローターが自動回転している間にチップジェットを停止できるようにした。実験的なフェアリー ジェット ジャイロダイン、48席のフェアリー ロトダインの旅客プロトタイプ、およびマクドネル XV-1 複合ジャイロプレーンは、この方法を使用して良好に飛行した。おそらくこのタイプの最も珍しい設計は、ロケット先端ローターを使用して離陸することを当初想定していたロータリー ロケット ロトン ATVである。フランスのシュドウエスト ジンは、燃焼していない圧縮空気を使用してローターを駆動したため、騒音が最小限に抑えられ、量産に入る唯一のチップジェット駆動回転翼ヘリコプターとなった。ヒューズ XH-17 はチップジェット駆動ローターを備えていたが、これはヘリコプターに装備された最大のローターである。

ツインローターは、反トルクテールローターに頼ることなく、反対方向に回転して航空機へのトルク効果を打ち消します。これにより、航空機はテールローターを駆動する力をメインローターに適用し、揚力容量を増やすことができます。主に、3 つの一般的な構成で回転翼航空機に対する逆回転効果を使用します。 タンデムローターは 2 つのローターで、一方がもう一方の後ろに取り付けられています。 同軸ローターは、2 つのローターが同じ軸上に上下に取り付けられています。 インターメッシュローターは、2 つのローターが十分な角度で互いに近接して取り付けられており、ローターが航空機の上部でインターメッシュできるようになっています。ティルトローターや一部の初期のヘリコプターに見られる別の構成は、横置きローターと呼ばれ、一対のローターが翼型構造またはアウトリガーの両端に取り付けられています。

タンデム ローターは、2 つの水平メイン ローター アセンブリが前後に並んで取り付けられています。タンデム ローターは、サイクリック ピッチと呼ばれるプロセスによってピッチ姿勢を変更し、ヘリコプターを加速および減速します。前方にピッチして加速するには、両方のローターが後部のピッチを増やし、前部のピッチを減らします (サイクリック)。両方のローターのトルクは同じままです。横向きに飛行するには、一方のピッチを増やし、もう一方のピッチを減らします。ヨー制御は、各ローターの反対のサイクリック ピッチによって行われます。右に旋回するには、前部ローターが右に傾き、後部ローターが左に傾きます。左に旋回するには、前部ローターが左に傾き、後部ローターが右に傾きます。すべてのローターのパワーが揚力に寄与し、前後の重心の変化を処理するのが簡単になります。ただし、より一般的な 1 つの大きなメイン ローターとはるかに小さいテール ローターではなく、2 つの大きなローターが必要になります。ボーイング CH-47 チヌークは、最も一般的なタンデム ローター ヘリコプターです。

同軸ローターは、同じシャフトに上下に取り付けられ、反対方向に回転する一対のローターです。同軸ローターの利点は、前進飛行中に、各ローターの前進半分によって提供される揚力が、もう一方のローターの後退半分を補い、揚力の非対称性の主な影響の 1 つである後退ブレード失速を排除することです。ただし、他の設計上の考慮事項が同軸ローターを悩ませています。2 つのローター システムにリンクとスワッシュプレートが必要になるため、ローター システムの機械的複雑さが増します。また、ローターは反対方向に回転する必要があるため、マストがより複雑になり、上部ローター システムのピッチ変更用の制御リンクは、下部ローター システムを経由する必要があります。

複合ヘリコプターにおける同軸設計の例として、後部にプッシャープロペラを備えた シコルスキー・スカイレイダーXが挙げられる。 ^[31]

ヘリコプターのインターメッシュローターは、2つのローターが互いに反対方向に回転し、各ローターマストがヘリコプターにわずかに角度をつけて取り付けられているため、ブレードが衝突することなく噛み合う。この構成は、シンクロプターと呼ばれることもある。インターメッシュローターは、安定性が高く、揚力も強力である。この配置は、1939年にナチスドイツでアントン・フレットナーの成功したフレットナーFl 265設計で開拓され、後に成功したフレットナーFl 282 コリブリとして限定生産され、ドイツ海軍で実験的な軽量対潜水艦戦闘ヘリコプターとして少数（24機製造）使用さ れた。冷戦中には、アメリカの会社であるカマン・エアクラフト社が、米空軍の消防救助任務向けにHH-43 ハスキーを製造した。

横方向ローターは、機体に対して垂直に翼またはアウトリガーの端に取り付けられています。タンデムローターやインターメッシュローターと同様に、横方向ローターも差動コレクティブピッチを使用します。しかし、インターメッシュローターと同様に、横方向ローターは回転翼機のロール姿勢の変更の概念を使用します。この構成は、最初の実用的なヘリコプターの2機であるフォッケウルフFw 61とフォッケアハゲリス Fa 223、およびこれまでに製造された世界最大のヘリコプターであるミルMi-12に見られます。また、ベルボーイング V-22 オスプレイやアグスタウェストランド AW609などのティルトローターにも見られる構成です。

クワッドローターまたはクワッドローターは、 X 字型に配置された 4 つのローターで構成されています。左右のローターは横方向に配置され、前方と後方のローターは縦方向に配置されています。

ドローンなどの小型航空機におけるクワッドローターの利点は、機械的な単純化が可能なことである。電動モーターと固定ピッチローターを使用するクワッドコプターには、可動部品が4つしかない。ピッチ、ヨー、ロールは、総揚力を変えずに、異なるローターペアの相対揚力を変えることで制御できる。^[32]

2つの翼型ファミリーは

• 対称翼
• 非対称翼

対称ブレードは非常に安定しており、ブレードのねじれと飛行制御負荷を最小限に抑えるのに役立ちます。この安定性は、迎え角が変化しても圧力中心を実質的に変化させないことによって実現されます。圧力中心は、すべての空気力学的力が集中すると考えられる弦線上の仮想点です。今日、設計者はより薄い翼型を使用し、複合材料を使用して必要な剛性を実現しています。

一部の翼型は非対称設計で、上面と下面のキャンバーが同じではありません。通常、これらの翼型はそれほど安定しませんが、後縁を曲げて対称翼型と同じ特性を実現することでこれを修正できます。これは「反射」と呼ばれます。このタイプのローターブレードを使用すると、ローターシステムはより高速で動作できます。非対称ローターブレードがそれほど安定しない理由の1つは、迎え角の変化に応じて圧力中心が変化するためです。圧力中心の揚力はローターブレードのピボットポイントの後ろにある場合、ローターディスクがピッチアップする傾向があります。迎え角が増加すると、圧力中心は前方に移動します。ピボットポイントより前に移動すると、ローターディスクのピッチは減少します。ローターブレードの迎え角は回転の各サイクルで常に変化するため、ブレードはより大きな程度でフラップ、フェザー、リード、ラグする傾向があります。^[33]

ヘキサコプターは無人ドローンヘリコプターの一般的な構成であり、マルチロータードローンの制御を管理および改善する方法が研究されてきました。^{[34]オクトコプター構成は、}土星の衛星タイタンの大気圏を飛行するように設計されたNASAの計画中のドラゴンフライ探査機で特に使用されています。^[35]

2010年代に飛行していた有人マルチローターヘリコプターには18個の電動ローターが搭載されていたが、単座機はバッテリーで駆動していた。^[36]

このタイプの電動マルチローターヘリコプターとして知られる最初のアクロバット有人ドローンは、12個のローターを持ち、1〜2人を乗せることができた。^[37]

有人ドローン、またはeVTOLと呼ばれる、典型的にはバッテリーで駆動するマルチローター設計は、2020年代に人気が高まり、設計も増えました。^[38]

いくつかのデザインの名称はまだ完全には決まっておらず、eVTOLが一般的な名前で、有人ドローン、空飛ぶ車、場合によってはエアタクシーと呼ばれることもあります。^{[39] [37]}

航空機に関しては、FAAは従来のヘリコプターや飛行機を対象としたeVTOL設計を取り巻く規制の見直しに取り組んできたが、2024年に米国でこれらのタイプの航空機をどのように分類し認証するかを決定し、耐空性基準を最終決定した。^[40]

外部ビデオ
マストバンピング - 原因と予防、米陸軍

ヘリコプターが直面する危険の例には、鳥との衝突など航空機に共通するものが含まれますが、ヘリコプターの設計や状況によって異なるその他の危険も数多くあります。これには、ダイナミック ロールオーバー、地面共振、テール ローターの有効性の喪失、後退ブレードの失速、ダイナミック ストール、渦輪状態、サーボの透明性、マストの衝突、テール ストライクなどが含まれますが、これらに限定されません。

メインローターはヘリコプターを空中に浮かせるために不可欠なため、損傷すると悲惨な結果を招く可能性があります。先端は通常最も遠い端であるため、編隊飛行するヘリコプターは、先端やテールローター、または周囲との距離を保ち、接触しないように注意する必要があります。

1960年代後半、米軍は、特定の空力条件下ではメインローターがヘリコプターの尾翼に衝突する危険性があることを発見した。特に、低重力状態でヘリコプターの重量がメインローターから解放されている場合に危険である。その場合、制御装置への入力によって危険な状況が発生する場合もあれば、解決できる場合もある。^[41]

特に、ベルやロビンソンなどの2枚羽根のティタリングローターを備えたヘリコプターは、そのようなローターシステムでは機体の姿勢を制御しないため、低g状態にさらしてはならない。その結果、機体は運動量とテールローターの推力によって姿勢が制御され、テールブームがメインローターの先端経路面と交差したり、ブレードの根元がメインローターの駆動軸に接触してブレードがハブから分離（マストバンピング）したりする可能性がある。^[42] 2020年代にロビンソンは、この種の事故の可能性を減らすためにR66用の新しい尾部尾翼を開発した。^[41]ジョージア工科大学とメリーランド大学の2つの大学によるロビンソンメインローターの研究では、ローターの設計が他のティタリング設計よりも低G状態の影響を受けやすいとは判明せず、これはロビンソンが現在行っている設計研究と一致している。それにもかかわらず、ロビンソンは2020年代に高速ロール安定性を高めるための新しい尾翼を考案し、これは2023年にFAAによって承認されました。ロビンソンは、低G操縦は禁止されたままですが、この再設計を他のモデルにも導入したいと考えています。^[41]ロビンソンの設計では、デモンストレーションであっても低G操縦は禁止されています。^[41]

テールローターとテールブームの衝突は危険であり、あるケースでは、ベル206でのバードストライク後の急激な入力制御により、ローターとブームの衝突によりヘリコプターが飛行中に破壊されたと考えられています。^[43]メインローターとテールの衝突の別の例としては、オートローテーションの練習によるハードランディング中にEC120が自らのテールを切り落としたケースがあります。 ^[44]

ヘリコプターは、特に不慣れな着陸地点で地面に近い場合、尾翼が周囲に衝突する危険性があります。^[45]

砂地で運転する場合、動いているローターブレードに砂が当たると表面が侵食されます。これによりローターが損傷し、深刻でコストのかかるメンテナンスの問題が発生する可能性があります。^[46]

ヘリコプターのローターブレードの摩耗ストリップは、チタンやニッケルなどの金属でできており、非常に硬いが砂ほど硬くはない。ヘリコプターが砂漠地帯を低空飛行する場合、ローターブレードに砂が当たると侵食が起こる可能性がある。夜間に金属の摩耗ストリップに砂が当たると、ローターブレードの周囲に目に見えるコロナまたはハローが発生する。この現象は、侵食された粒子の自然発火酸化と、砂粒子との衝突により光輝が生じる摩擦発光^[要出典]によって引き起こされる。^{[47] [48] [49]}

戦場カメラマンでジャーナリストのマイケル・ヨンは、アフガニスタンで米兵に同行中にこの現象を観察した。ヨンはこの現象に名前が付いていないことに気づき、戦争で亡くなったアメリカ人とイギリス人の兵士にちなんでコップ＝エッチェルズ効果と名付けた。 ^[50]

垂直飛行 のためのローターの使用は、古代中国の玩具である竹コプターの形で紀元前400年から存在していた。 ^{[51] [52]}竹コプターは、ローターに取り付けられた棒を転がすことで回転する。回転することで揚力が生じ、放すと玩具は飛ぶ。^[51]哲学者葛洪の著書『保朴子』は、紀元前317年頃に書かれたもので、航空機におけるローターの可能性のある使用について、真偽のほどは不明であるが次のように記述されている。「ナツメの木の内側の部分から取った木材で空飛ぶ車 [feiche 飛車] を作り、機械を動かすために、戻るブレードに牛革 (ストラップ) を固定した。」^[53] レオナルド・ダ・ヴィンチは、水スクリューをベースにしたローターを備えた「エアリアル・スクリュー」と呼ばれる機械を設計した。ロシアの博学者ミハイル・ロモノーソフは、中国の玩具をベースにしたローターを開発した。フランスの博物学者クリスチャン・ド・ローノワは、七面鳥の羽で回転翼を作った。^{[51]ジョージ} ・ケイリー卿は、子供の頃に中国のおもちゃに触発され、ブリキの板で作った回転翼を持つ複数の垂直飛行機械を作った。^[51] アルフォンス・ペノーは、後に輪ゴムで動く共軸回転翼モデルのヘリコプターのおもちゃを1870年に開発した。父親から贈られたこれらのおもちゃの一つが、ライト兄弟に飛行の夢を追うきっかけを与えた。^[54]

20世紀半ばに実用的な動力付きヘリコプターが開発される前に、オートジャイロの先駆者であるフアン・デ・ラ・シエルバはローター翼の基礎の多くを研究し、開発しました。デ・ラ・シエルバは、多翼の完全関節式ローターシステムの開発に成功したとされています。これらのシステムは、さまざまな改良型で、現代の多翼ヘリコプターローターシステムのほとんどの基礎となっています。オートジャイロの研究は、ヘリコプターの分析の基礎となっています。^[55]

シングルリフトローターヘリコプターの設計で最初に成功した試みは、1930年代初頭にモスクワ近郊のツェントラルニイ・アエロギドロディナミチェスキー研究所（TsAGI、中央航空流体力学研究所）で働いていたソビエトの航空技術者、ボリス・N・ユリエフとアレクセイ・M・チェレムキンによって設計された4枚羽根のメインローターを使用したものだった。彼らのTsAGI 1-EAヘリコプターは1931年から1932年にかけて低高度テストで飛行することができ、チェレムキンは1932年8月中旬までに605メートル（1,985フィート）まで飛行した。^{[56] [57]}

1930 年代、アーサー・ヤングはスタビライザー バーを導入して 2 枚羽根のローター システムの安定性を改善しました。このシステムは、ベルとヒラーのヘリコプターのいくつかのモデルで使用されました。フライバーの端に翼型パドルを使用するヒラー システムの派生型は、1970 年代の誕生から 21 世紀初頭まで、 リモート コントロール モデル ヘリコプターの最も初期の設計の多くで使用されました。

1940 年代後半、ヘリコプターのローター ブレードの製造は、ジョン T. パーソンズが数値制御(NC)の先駆者となるきっかけとなった仕事でした。NC と CNC (コンピュータ数値制御) は、後にすべての機械加工業界に影響を与える重要な新技術となりました。

• ローター解析 - ブレード要素運動量理論
• ヘリコプター ローターヘッド クローズアップ画像ギャラリー
• 「ヘリコプター航空機」。米国特許 2,368,698、フライバーの発明、アーサー・ヤング