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プロペラブレードの迎え角（左）と、航空機のピッチの変化に伴うプロペラブレードの迎え角の変化、非対称荷重の実証（右）
P係数は、非対称ブレード効果や非対称ディスク効果としても知られ、動いているプロペラが経験する空力現象であり、[1]航空機の迎え角が大きいときにプロペラの推力中心が中心から外れます。この推力中心の位置の変化により、航空機にヨーイングモーメントが発生し、航空機がわずかに片側にヨーイングします。ヨーイング傾向を打ち消すには、ラダー入力が必要です。
原因
プロペラ機が水平飛行で巡航速度で飛行しているとき、プロペラ ディスクはプロペラを通る相対的な気流に対して垂直になります。各プロペラ ブレードは同じ角度と速度で空気と接触するため、生成される推力はプロペラ全体に均等に分散されます。
しかし、低速では、航空機は通常、機首を高くした姿勢になり、プロペラ ディスクは水平方向にわずかに回転します。これには 2 つの効果があります。まず、プロペラ ブレードは、下の位置ではより前方になり、上の位置ではより後方になります。プロペラ ブレードが下方および前方に移動する (時計回りの回転の場合、コックピットから見て 1 時から 6 時までの位置) と、前進速度が速くなります。これによりブレードの対気速度が上昇するため、下方ブレードはより多くの推力を生み出します。プロペラ ブレードが上方および後方に移動する (7 時から 12 時までの位置) と、前進速度が遅くなるため、下方ブレードよりも対気速度が低くなり、推力が低下します。この非対称性により、プロペラ ディスクの推力の中心が、推力が増大したブレードの方にずれます。[2]
第二に、プロペラディスクの傾きにより、下降ブレードの迎え角は増加し、上昇ブレードの迎え角は減少します。下降ブレードの迎え角が大きいほど、より大きな推力が生成されます。[3]
下降ブレードの前進速度が増加すると、実際には迎え角が減少するが、これはプロペラディスクの傾きによって引き起こされる迎え角の増加によって克服されることに注意してください。全体的に、下降ブレードはより高い対気速度とより大きな迎え角を持っています。[4]
P係数は、離陸時や低速飛行時など、迎え角が大きく出力が高いときに最大になります。[1] [5]
効果
単発プロペラ機
時計回りに回転するプロペラ（パイロットから見て）を使用すると、航空機は上昇時に左に、下降時に右にヨーイングする傾向があります。これは、反対の方向舵で対抗する必要があります。時計回りに回転するプロペラが、圧倒的に最も一般的なものです。ヨーイングは、出力を追加するときに顕著になりますが、スパイラル スリップストリーム効果など、その他の原因もあります。固定翼航空機では、通常、プロペラの個々のブレードの迎え角を調整する方法がないため、パイロットは P 係数に対処し、方向舵を使用して推力の変化に対抗する必要があります。飛行機が下降しているときは、これらの力が逆転します。下降するプロペラの右側は、迎え角が小さくなってわずかに後方に移動し、上昇するプロペラの左側は、迎え角が大きくなってわずかに前方に移動します。この非対称の推力により、飛行機は右に引っ張られ、パイロットは左方向舵を使用して補正します。降下時に左右の引っ張り傾向が逆転するという事実は、プロペラの左右の迎え角の違いが、スパイラル スリップストリームなどの他の効果を圧倒していることを示しています。言い換えると、スパイラル スリップストリームが支配的な要因である場合、飛行機は降下時に常に左に引っ張られ、右に引っ張られることはありません。
パイロットは、エンジン出力やピッチ角（迎え角）を変更するときに舵が必要になることを予測し、必要に応じて左または右の舵を適用して補正します。
尾輪式の航空機は、プロペラ ディスクの垂直に対する角度が大きいため、三輪式の着陸装置を備えた航空機よりも地上滑走中に P 係数が大きくなります。P 係数は地上滑走の初期段階では重要ではありませんが、特に推力軸が飛行経路ベクトルに対して傾斜したままになっている場合 (例: 尾輪が滑走路に接触している)、前進速度が増加するにつれて地上滑走の後半段階で顕著な機首左傾傾向を示します。比較的低い出力設定 (プロペラ RPM) を考えると、着陸、フレア、およびロールアウト中は、その影響はそれほど顕著ではありません。ただし、尾輪が滑走路に接触している状態でスロットルを突然進める場合は、この機首左傾傾向を予測することが賢明です。
多発プロペラ機
逆回転プロペラを備えた多発機の場合、両方のエンジンの P 係数は相殺されます。ただし、両方のエンジンが同じ方向に回転する場合、または 1 つのエンジンが故障すると、P 係数によってヨーが発生します。単発機と同様に、この影響は、航空機が高出力で迎え角が大きい状況 (上昇中など) で最大になります。翼端に向かって下向きに動くブレードを持つエンジンは、もう一方のエンジンよりも大きなヨーとロールを生成します。これは、そのエンジンの推力中心の航空機の重心周りのモーメント (アーム) が大きいためです。したがって、胴体に近い下向きに動くブレードを持つエンジンが「クリティカル エンジン」になります。これは、そのエンジンが故障し、それに関連してもう一方のエンジンに依存すると、もう一方のエンジンが故障した場合よりも、直進飛行を維持するためにパイロットがかなり大きな方向舵を振る必要があるためです。したがって、P 係数によって、どのエンジンがクリティカル エンジンであるかが決まります。[6]ほとんどの航空機（時計回りに回転するプロペラを持つ）では、左エンジンが重要なエンジンです。反対方向に回転するプロペラを持つ航空機（つまり、同じ方向に回転しない）では、P係数モーメントは等しく、両方のエンジンが同様に重要であると見なされます。
エンジンが同じ方向に回転する場合、P 係数は非対称動力飛行中の航空機の最小制御速度( V MC ) に影響します。公表されている速度は、重要なエンジンの故障に基づいて決定されます。他のエンジンが故障した後の実際の最小制御速度は、より低くなります (より安全になります)。
ヘリコプター
P 係数は前進飛行中のヘリコプターにとって極めて重要です。なぜならプロペラ ディスクがほぼ水平になっているからです。前進ブレードは後進ブレードよりも空気速度が高いため、揚力が大きくなります。これは揚力の非対称性として知られています。ヘリコプターは、ローター ディスクの揚力をバランスよく保つために、各ブレードの迎え角を独立して制御できます (前進ブレードの迎え角を小さくし、後退ブレードの迎え角を大きくする)。ローターのブレードが独立して迎え角を変更できない場合、反時計回りに回転するローター ブレードを持つヘリコプターは、前進ブレードのあるローター ディスク側の揚力が大きくなるため、前進飛行中に左にロールします。[7] ジャイロ プレセッションは、これを「フラップ バック」と呼ばれる後方ピッチに変換します。 [8]
ヘリコプターの絶対最高速度 ( V NE ) は、後方に移動するブレードが失速しないようにするために部分的に選択されます。
参照
- ブローム＆フォス BV 141
- プロペラウォーク
- 揚力の非対称性（ヘリコプター）
参考文献
- ^ ab Willits, Pat, ed. (2004) [1997].ガイド付きフライトディスカバリー：プライベートパイロット。アボット、マイク・カイリー、リズ。ジェッペセン・サンダーソン社。p. 3-49。ISBN 0-88487-333-1。）
- ^ 「8 ヨー方向のトルク予算」。
- ^ ストウェル、リッチ (1996)。緊急操作訓練。リッチ・ストウェル・コンサルティング。pp. 26–28。ISBN 1-879425-92-0。
- ^ 「P係数？」
- ^ Ramskill, Clay (2003 年 6 月). 「Prop Effects」(PDF) . 4 ページ. SMRCC . 2009 年 4 月 27 日閲覧。
- ^ 飛行機飛行ハンドブック FAA-H-8083-3。連邦航空局。2016 年。第 12 章補遺。
- ^ 回転翼航空機飛行ハンドブック。連邦航空局。2019年、p.2～20。
- ^ ワトキンソン、ジョン：「ヘリコプターの芸術」（2011年）、90ページ。