ピッチスピードの不思議

 

地上でプロペラが回っている時の後流を見ていると、「プロペラは空気を後方に押しやって推力を発生し、当然、高速飛行中でもプロペラ後流を吹き出しながら飛んでいる」と思ってしまうものです。

でも、ロケットエンジンなら噴射の反作用で推力を得るのでしょうが、プロペラの場合は状況が異なっていて、プロペラも翼として働いていると考える必要があるのです。

つまり、プロペラ・ブレードは、揚力を発生してそれが推力となっているのであって、空気を押し出すのが目的では無いという事です。

 

これに関連する事で、ピッチスピードの話があります。

ここで言うピッチスピードとは、プロペラがネジの様にピッチ分だけ進むと仮定した時のスピードの事で、ピッチと回転数を掛け合わせた数値です。

これが不思議な事に、実際のスピードと比べると、実測値の方が3割ほど速くなっていたのです。

 

 

この辺の事は、昔、尾島で電動機の集いを開催していた頃の、「50プロダクト掲示板」に記してあるので、下記にも転載しておきます。

(ただ、今となっても、プロペラ・ブレードを翼として考えるにしても、何故こんなに両者のスピードに違いがあるのかについては、疑問が残っているのですが…)

 

それで、この結果から何が言いたいのかと言うと、

ピッチスピードより実際のスピードの方が速いという事は、最初にある「高速飛行中でもプロペラ後流を吹き出しながら飛んでいる」という事はちょっと有り得ないのでは無いか、と言う事です。

 

飛行状態は様々であるし、またパワーソースも、GP、EPと、色々なので、状況はそれぞれ異なるかもしれませんが、

時代と共に使用ペラも変化しているので、ここでもう一度ピッチスピードという点からプロペラの働きを考えてみるのも面白いかもしれません。

 

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ここからは、2004年の「50プロダクト掲示板」からの引用

 

●飛行スピード

 

今回の集いのチャレンジコーナーでは、パターン機のスピードも測ってみました。

 

熊谷さんのSCAT(24NiMH3300):フライト初期170km/h

水谷さんのエボリューション(24NiMH3300):フライト後半で144km/h

私のマーチ540(6NiMH3300):初期で100km/h

この他にスピードガンで測った参考記録で

才川さんのアビオニックF5D(8N1300):180km/h

という結果でした。

 

3kg台のパターン機ともなると結構なスピードで飛んでいるのですね。 風が無ければ、ゆっくり飛ぶ方が優雅で良いのですが、風のある時はそうも言ってられませんし、パターン機がどれくらいのスピードで飛んだら良いかは、いろんな要素が絡んで来るので、難しいものがあります。

 

 

ピッチスピードの不思議

 

私のマーチの水平飛行スピードは、大体90km/h台は出ている様です。

ところが、プロペラピッチ×回転数から計算したスピードを比べてみるとちょっと変な事になっているのです。

マーチの使用ペラは12*6E、初期回転数は7800rpmなので、仮にピッチと同じにペラが進んだとすると、

6(in)×0.0254(m)×7800(rpm)×60÷1000=71.3(km/h) でしかないのです。

 

プロペラはネジと違ってピッチと同じに進む訳ではありませんし、回転数も上空で変わるのは当然なのですが、それにしても、かなり違っています。 実際の方がスピードが出ているのです。

私は細かい調査や分析など出来ませんが、もし、飛行中のプロペラ回りの空気の流れを調べたり、ペラ回転数やバッテリーの電圧電流などを測る事が出来たら、何か面白い事が分かりそうです。

 

 

ピッチスピードの不思議 その2

 

私の機体の例だけでは不十分かもしれないので、熊谷さんのSCATについても計算してみました。

使用ペラは14.4*10.5、初期回転数は8200rpmあたりとして、仮にピッチと同じにペラが進んだとすると、

10.5(in)×0.0254(m)×8200(rpm)×60÷1000=131(km/h)

やはり、実測値170km/hには及びません。

 

実測値÷ピッチスピード を計算してみると、

マーチ 100÷71.3=1.4

SCAT 170÷131=1.3

と、3~4割も違っています。

 

 

ピッチスピードの不思議 その3

 

算出速度と実測速度の違いについて寺田さんに伺ってみたところ、「それは普通の事で、プロペラに当たる空気の角度やペラ回転数増加分で説明がつくはず」との事でした。

 

プロペラについて考える時のポイントとしては・・・

・プロペラは翼である。

・飛行機が主翼の揚力を利用して飛ぶのと同じ様に、プロペラで発生した揚力が推力となっている。

・「空気を後方に押しやった反動で飛ぶ」と考えない方が良い。

・揚力は下面の正圧と上面の負圧を足したものだが、負圧による力の方が正圧の分より断然大きいので、特に上面側が大事。

 

・・・等の事があるそうです。

 

私としては、「プロペラ断面は上面が彎曲している翼型なので、多少のマイナス迎え角でも揚力は発生するとしても、ちょっとマイナス過ぎるのでは」と思っていたのですが、、、。

寺田さん、アドバイスありがとうございました。

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