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チップジェットは、一部のヘリコプターのローターブレードの先端にあるジェットノズルで、キャサリンホイール花火のようにローターを回転させるために使用されます。チップジェットは通常のシャフトドライブに代わるもので、機体にトルクをかけないという利点があるため、テールローターを必要としません。単純なモノコプターの中には、チップロケットを備えた単一のブレードのみで構成されているものもあります。[1] [2]
チップジェットは、別のエンジンから供給される圧縮空気を使用してジェット推力を生み出すことができる。他のタイプは、従来のジェットエンジンのアフターバーナー（再加熱）と同様に機能するシステムを使用するが、ガスジェットを再加熱する代わりに、一次ヒーターとして機能し、事前圧縮された空気の流れのみよりも大きな推力を生み出す。これを最もよく表すのは推力増強である。他の設計には、ラムジェットや完全なターボジェットエンジンが含まれる。ロケットオンローターシステムと呼ばれるものもあり、タンクから燃料を供給されるローターブレードの先端にロケットを配置する。[3]
ヘリコプターのエンジンが故障した場合、ローターの先端ジェットが慣性モーメントを増加させ、エネルギーを蓄えることができるため、オートローテーション着陸を成功させるのがいくらか容易になります。ただし、先端ジェットは通常、かなりの余分な空気抵抗も生成するため、より高い降下率が必要となり、生き残るためにはエラーの余地がほとんどなく、 着陸フレアへの非常に急激な移行を行わなければなりません。
歴史
起源
1900年代、オーストリアのルートヴィヒ・ヴィトゲンシュタインは、イギリスのマンチェスター大学で航空工学を学びながら、先端ジェットを使用して航空機のプロペラを駆動する研究を行った。ヴィトゲンシュタインのコンセプトでは、空気とガスをプロペラのアームに沿って各ブレードの端にある燃焼室に送り込み、そこで回転するアームの遠心力によってこれらのガスが圧縮され、点火するのに十分な熱が発生するという。[4] 1911年、ヴィトゲンシュタインは先端ジェットに関する研究に関連する特許を取得することができた。 [5]
このコンセプトの起源は比較的初期であったが、実用化の次のステップに到達することは非常に困難であることが判明した。その主な理由は、当時のプロペラ設計が比較的原始的で、ウィトゲンシュタインの先端ジェットを実装するために必要な設計変更と互換性がなかったためである。この革新を支えるブレード設計が開発されるまでには何年もかかった。当時のプロペラは木製が一般的であったが、最近のプロペラブレードは複合材料またはプレス鋼板で作られているのが一般的である。後者は別々の半分として製造され、溶接されるためブレードの内部は空洞になり、先端ジェット用の空気とガスを導くのに理想的な経路となる。[4]ジェット駆動プロペラの進歩は、ウィトゲンシュタインの機械に関する実務経験の欠如によってさらに妨げられた。[6]彼は最終的に航空への興味を失い、エンジニアリングの仕事をやめた。ウィトゲンシュタインは、後に哲学者としての仕事でよりよく知られるようになる。[7]
1920年代、イタリアの航空技術者ヴィットリオ・イサッコは、ヘリコジャイアとして知られるようになるいくつかの型破りな回転翼航空機を設計・製造した。1929年、ヘリコジャイアK1171はイギリスの航空機メーカーSEサンダース社によって製造され、陸路でファーンバラの王立航空機研究所（RAE）に運ばれ、プログラムが終了する前に限定的なテストを受けた。[8] [9]ヘリコジャイアはティップジェットを使用しておらず、代わりに回転翼の両端に配置されたピストンエンジンで駆動されていたが、イサッコはこれがジェットに置き換えられるかもしれないと予見していた。[10]
チップジェットの分野におけるもう一人の先駆者は、グルハレフ圧力ジェットの発明者であるロシア系アメリカ人エンジニアのユージン・マイケル・グルハレフでした。[11]
飛行へ
第二次世界大戦中、ドイツの技術者フリードリヒ・フォン・ドブルホフは、ローターの先端にラムジェットエンジンを設置してヘリコプターの動力を得ることを提案した。彼のアイデアは進められ、1943年にWNF 342 V1が初の先端ジェットエンジン搭載ヘリコプターとなった。このヘリコプターは、従来のピストンエンジンを使用して小型プロペラとエアコンプレッサーを駆動し、ローターヘッドと中空ローターブレードのチャネルを介して空気（その後燃料と混合）をローターの先端にある燃焼室に供給した。[12] WNF 342はドイツで試験的に使用されたほか、戦争終結時に米国が2機の試作機を入手した。 [13]
その後、ドブルホフはアメリカの航空機メーカー、マクドネル・エアクラフト社に入社し、1950年代初頭に実験的な複合ジャイロプレーンであるマクドネル XV-1 を開発、飛行させた。この回転翼機は転換式飛行機に分類され、推進システムはコンチネンタル社製のR-975星型エンジン1基で駆動され、一対のエアコンプレッサーでローターブレード内の配管を通して高圧空気を3つのローター先端部の燃焼室に送り込み、バーナーで燃料に点火して推力を増大させ、ローターを回転させて従来のヘリコプターに似た飛行を可能にした。[14]ただし、水平飛行中はコンプレッサーはエンジンから切り離され、代わりに2枚羽根のプッシャープロペラが駆動した。前進飛行では、揚力の80パーセントは翼によって供給され、残りは直接動力が供給されると約50パーセントの回転数で自動回転するメインローターによって生成されました。 [15] [16] XV-1は、その不利な複雑さと従来のヘリコプターの急速な進歩のためにキャンセルされました。[17]
技術者のアウグスト・ステパンは、英国の航空機製造会社フェアリー・アビエーションが使用したチップジェットエンジンを製造したとされている。[要出典]第二次世界大戦後、フェアリー・アビエーションは回転翼航空機の研究に熱心になり、仕様E.16/47に従ってフェアリーFB-1ジャイロダインを開発した。[18] 2機目のFB-1は、スタブ翼に取り付けられた一対のプロペラと結合したチップジェット駆動ローターを研究するために改造され、後にジェットジャイロダインと改名された。[19]同社が開発した別の回転翼航空機であるフェアリー超軽量ヘリコプターは、単一のターボメカ・パルースト・ターボジェットエンジンで駆動されるチップジェットを使用したコンパクトなサイドバイサイドの2人乗りの乗り物であった。 [20]このタイプは、補給省から飛行試験可能な航空機4機の契約を獲得[20]しかし、イギリス軍はライバルであるサンダース・ロー・スキーターに重点を置くようになったが、これはドイツ政府がスキーターに興味を持っていたためだと言われている。[21]
フェアリーは、英国欧州航空（BEA）がBEAバスと呼ばれる旅客輸送用回転翼航空機向けに作成した仕様に惹かれ、[22]フェアリー・ロトダインの開発に着手した。1957年11月6日、ロトダインの試作機は、ヘリコプターテストパイロットのチーフであるW・ロン・ジェラトリー中隊長と、副操縦士としてヘリコプターテストパイロットのアシスタントチーフであるジョン・GP・モートン少佐の操縦により、初飛行を行った。 [23] [24] 1958年4月10日、ロトダインは垂直から水平への遷移、そして再び垂直飛行への移行に初めて成功した。[24] [25] 1959年1月5日、ロトダインは60マイル（100km）のクローズドサーキットで時速190.9マイル（307.2km/h）の世界速度記録を樹立した。[26] [27]
BEAとRAFはともにロトダインに興味を持っていることを公に発表しており、後者は同型機の初期発注を行った。[28]伝えられるところによると、より大型のロトダインZ型は最大75人の乗客を収容できるよう開発され、ロールスロイス・タインエンジンを搭載すれば、200ノット（時速370キロメートル）の巡航速度が見込まれていた。この機は8トン（7トン）近くの貨物を運ぶことができ、機体にはイギリス陸軍の車両数台と戦闘機の無傷の胴体も含まれていた可能性がある。[29]開発作業の大半が完了していたにもかかわらず、イギリス政府は経済的な理由からロトダインへの支援をこれ以上行わないと宣言した。これを受けて、1962年2月26日、ロトダインへの公式資金援助は打ち切られた。[30] [31]
生産開始
フランスの航空機メーカーであるシュドウエスト社は、チップジェット推進を利用した回転翼航空機の量産を達成した最初の企業となった。 [32]当初、チップジェットを装備したシュドウエスト アリエルを純粋に実験目的で開発したことで、同社は量産標準の回転翼航空機であるシュドウエスト ジンの開発を進めるのに十分な自信を持っていた。[33]回転翼航空機の推進コンセプトの空中試験台として機能するように、SO1220と命名された単座プロトタイプが製造された。 [34] [35]フランス陸軍は、評価目的で22機の大規模な試作ヘリコプターの製造を奨励した。これらの最初の機は1954年9月23日に飛行した。量産前の回転翼航空機3機がアメリカ陸軍に取得され、独自の試験に使用された。航空作家のスタンレー・S・マクゴーウェンによると、アメリカ陸軍はこの機種にほとんど関心を持っていなかった。[36]作家ウェイン・ムツァによれば、米軍はYHO-1が優れた兵器プラットフォームであることに気付いていたが、外国製の回転翼機の調達に対する政治的反対によりその関心を断念せざるを得なかったという。[37]
フランス軍に加えて、さらに10カ国がこの機種を発注した。例えばドイツ軍は6機の回転翼機を調達した。[36]ジンの生産は1960年代半ばに終了し、その時点で合計178機のジンが製造された。この機種は、より従来型で非常に成功したアエロスパシアル・アルエットIIに実質的に置き換えられた。[33] [38]一部のジンは民間事業者に販売され、この用途では、化学薬品タンクやスプレーバーを装備して農業用途に使用できることが多かった。 [36] 1950年代後半には、暫定的にジンIIIまたはスーパージンと名付けられたジンの改良型がシュッド・アビエーションによって研究されていた。構想どおり、計画されていたスーパージンは、元の量産モデルよりも出力と耐久性を高めるために、他の変更とともに、より新しいテュルボメカ パルーストIVエンジンを採用する予定であった。 [32] [39]
先端ジェットを使用する回転翼航空機
コールドチップジェット
コールドチップジェットの圧縮空気は、圧縮加熱効果により、一般にかなり高温で排出されるが、燃料を燃やして空気を加熱し、より大きな推力を得るジェットと区別するために、 「コールド」ジェット[要出典]と呼ばれている。これは、ペガサスエンジンの低圧コンプレッサー内で圧縮されて数百度に加熱された「冷たい」空気を使用するハリアー「ジャンプジェット」の「冷たい」排気口と「熱い」排気口の違いに似ている。
- Avimech Dragonfly DF-1 - アメリカの過酸化水素動力ヘリコプター
- ドルニエ Do 32 - ドイツの超軽量チップジェットヘリコプター。1962年6月29日に初飛行。4機製造。
- ドルニエ Do 132 - ドイツのティップジェットヘリコプタープロジェクト。1969年に中止された。
- フィアット 7002 - イタリアのチップジェット ヘリコプター。1961 年に初飛行。製造されたのは 1 機のみ。
- パーシバル P.74 - タービン排気ガスを翼端からの排出用にさらに空気と混合するために第 2 圧縮機を使用。エンジンは十分な出力を生み出せず、飛行することはありませんでした。より強力なエンジンを使用する設計のさらなる進展は中止されました。
- シュドウエスト アリエル- フランスのチップジェット推進ヘリコプター。1947 年に初飛行。試作機 3 機が製造された。
- シュド・ウエスト・ジン- フランスのチップジェットエンジン搭載ヘリコプター。1953 年に初飛行。178 機製造。
- VFW-フォッカーH3 - ドイツのチップジェット複合ヘリコプター。2機が製造され、飛行した。[40]
ホットチップジェット
ここでのホット チップ ジェットは、燃料と酸化剤の両方が供給され、混合され、点火される単純な圧力供給ロケット エンジンの一種です。通常、ここで使用される酸化剤は、航空機内の他の場所で圧縮され、燃料とともにローターを通ってチップ スラスタに送られた空気です。
- Doblhoff WNF 342 - チップジェットローター推進装置を備えたドイツの第二次世界大戦ヘリコプター。
- フェアリー超軽量ヘリコプター- 1955 年に初飛行。軍用に 4 機製造されましたが、関心が低かったため、フェアリーはより大規模なロトダイン プロジェクトに集中しました。
- フェアリー ジェット ジャイロダイン- イギリスの実験的なチップジェット駆動ローター複合ジャイロプレーン。フェアリー ロートダインにデータを提供する。1954 年に初飛行。
- フェアリー ロトダイン- VTOL 用のチップ ジェット (圧縮空気と燃料をチップ燃焼室で燃焼) で駆動するローターを備えた英国の複合ジャイロプレーン。48 人乗りの短距離旅客機設計。1957 年に初飛行。運用中のチップ ジェットの騒音が懸念されたためキャンセルされました。
- ヒューズ XH-17 - 米国のチップジェットバーナー駆動の飛行クレーン（ヘリコプターのあらゆるタイプのローターの中で最大）、非効率的な設計のためキャンセル（航続距離約 40 マイル (64 km)）
- マクドネル XV-1 - 米国の実験用複合ジャイロプレーン。ベル XV-3 ティルト ローター機と競合。1954 年に飛行したが、当時のヘリコプターに比べて十分な優位性がなかったためキャンセルされた。
ラムジェット
- ヒラー YH-32 ホーネット- 米国のラムジェット ヘリコプター。1950 年に初飛行。「ジェット ジープ」は揚力能力は優れていたが、それ以外は貧弱だった。
- Mil V-7 - ソビエトのラムジェット ヘリコプター
- フォッケウルフ Fw トリーブフリューゲルドイツの第二次世界大戦の迎撃機設計、ラムジェットを使用 - 未製造
- H-3 コリブリエNederlandse Helicopter Industrieによる 1950 年代のオランダのデザイン。 11台が建造されました。
パルスジェット
ターボジェット
- ヒラーエアタグ
ロケット
（注：燃料と酸化剤はローターの先端の燃焼室に供給されます。）
- ロータリーロケット ロトン ATV - もともとロケット先端ジェットで駆動するローターで設計された、米国の再利用可能なロケットのコンセプト。
未知
- シコルスキーXV-2は、安定性を確保するためにカウンターウェイトを備えた停止可能な単ブレードローターを使用した転換式機であり、 [41]チップジェット配置でローターに動力を供給する。停止時にはローターは胴体上部に格納され、XV-2はデルタ翼の従来の航空機のように飛行する。[42]キャンセルされ、製造されなかった。
参照
参考文献
引用
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文献
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外部リンク
- スイスコプターのトンボ型ジェットヘリコプター
- [1] 2007年2月1日にアクセス
- ウィトゲンシュタインのジェット BBCラジオ4番組 2015年1月2日金曜日放送
- GB 特許 GB191027087A: 航空機械に適用可能なプロペラの改良、ルートヴィヒ・ヴィトゲンシュタイン 1910 Espacenet