jeyseni's diary

「ジェイセニ」と呼んでください。批判ではなく提案をするのが生き甲斐です。

2軸プロペラのオスプレイへの疑問--ドローンの垂直4軸+水平2軸を重量級飛行体に応用する提案

筆者は,自宅のベランダからはるか遠方を移動するオスプレイを見たことがある。プロペラの軸をやや前方に傾け,低速飛行している状態と思われる。

 オスプレイは2軸のプロペラを機体の両側に配置し,垂直離陸時は回転軸を垂直にし,高速飛行時は軸を水平にしてプロペラ機のように飛行することができる。垂直離着陸性能と高速飛行性能を併せ持つ設計になっている。

 しかし回転軸を垂直から水平に動かしたりする機構や,左右のバランスを取りながらの姿勢制御など,機械的にも電気的にも難しい設計になっていたのかもしれない。度重なる墜落事故や,離陸時の傾きによる破損事故などが起こり,たびたび使用トメ状態に陥っている。

 ヘリコプターは1軸のプロペラを回転させる。回転の反動で機体が反対向きに回ろうとするのを,尾翼プロペラを水平方向に回して防ぎ,安定させる。尾翼プロペラが破損した場合,機体が回転して不安定になってしまう。

 大型ヘリコプターでは,前後に2軸のプロペラがあり,双方を逆回転させることで安定飛行させている。こちらも一方のプロペラが壊れた場合には安定性を失うのではないかと思われる。

 オスプレイも,左右の2軸のプロペラがバランスよく回らなければ,安定性を失ってしまう。この制御や運転は相当熟練を要するのではないかと思うのである。

 これに対して,一般的なドローンは垂直4軸のプロペラを持つ。おそらく1軸のプロペラが回転不能になっても,残り3軸のプロペラで安定飛行はできる。垂直離陸時は垂直4軸のプロペラで,水平飛行時はこれに水平2軸のプロペラを加えれば,より高速なモデルができるような気がする。

 ヘリコプターは1軸だが,長いブレードを回転させることで大きな揚力を得られる。一方,2軸のオスプレイや4軸のドローンでは,ブレードの大きさに限界がある。これにより,積載荷重は少なくなる可能性がある。空飛ぶクルマや災害援護用には適当だが,軍事用,荷物運搬用,災害救助用としては積載荷重が足りなくなるかもしれない。

 ただ,安定性は十分に確保できると思われるのである。

 プロペラの回転には,現在はモーターが主流で,エネルギー源はバッテリーが主流である。これにエンジン式発電機を搭載したハイブリッド式にすれば,長時間,長距離の運用も可能になる。レシプロエンジンだけでなく,ガスタービンエンジンなども発電用に使える。このタイプの空飛ぶクルマも開発されている。

 オスプレイレシプロエンジンでプロペラを直接回転させているため,ヘリコプター同様,騒音も大きい。ドローンも飛び立つ際のプロペラ音は嫌いなのだが,上空からのモーター音は小さい。オスプレイ級の重い機体が求められる用途にも,ドローン系の駆動システムを取り入れた飛行体が現れてもいいのではないかと考える。オスプレイの異様な形状よりは,親しみやすいのではないかと思えるからである。

 ちなみに,クルマ用では筆者はハイブリッド車の否定派で,EVが理想と思ってきたのだが,リチウムイオン電池のリサイクル問題を考えると,「eパワー」方式のハイブリッド(モーターで駆動,エンジンで発電)が良さそうに思えてきている。中でも,部品点数が少なくて小型化できるガスタービンエンジン搭載が1つの理想形かもしれないと考えるようになってきている。ただし,ガスタービンエンジンは排気ガス温度が高いという欠点があるようなので,一般家庭向けかどうかはもう少し時間をかけて研究する必要がある。