以前「殺人装置プロペラ」というお題で投稿しましたが、今回は、「枚数」をお題に書いてみます。
「プロペラ機」でイラストACの無料画像を検索したら、こんなのが出てきました。
ふつー、プロペラ機そしてプロペラというとこんなイメージなのですよねー
しかし、こうした2枚羽のプロペラというのは、実はそれほどふつーではなかったりします。
*(これから、気分次第で羽、羽根、翅、という言葉が出てきます。ご了承ください)
ではどんなのがあるというと、プロペラ旅客機の代表というべきATRは、6枚だったりします。
https://trafficnews.jp/post/122302
US2飛行艇も6枚
https://www.chugoku-np.co.jp/articles/-/206908
セスナキャラバンみたいな単発機では５枚
http://www.mt-propellerusa.com/en/mtusa/news.htm
じゃあ、きょうび５，6枚がスタンダードなのかというとそうでもなく。
ぼくの乗っている小さな軽飛行機は3枚だったりします。
ふむふむ、エンジン出力とプロペラの枚数は関係してそうだぞ。。。
でも、そっちのまえに、そもそもプロペラがどうやって飛行機を前進させる推力を生むのかを説明します。
プロペラというのは、要すれば翼である。プロペラをすぱっと真ん中でぶった切ると、その断面は飛行機の主翼そのままだったりします。
https://www.hikouki-pilot.com/prop-twist-reason/
主翼は、前縁を飛行機の進行方向に向けて、上への揚力を得るのに対し、プロペラは飛行機の進行方向と直角にして、揚力が飛行機を前へ引っ張る推力としてはたらくようにしたものである。
翼が揚力を生む原理 https://www.jsme-fed.org/experiment/2010_2/002.html
ただ問題があり。
プロペラは回転体であり、先端と根本では1回転当たりの周回距離が全く違っている。
皆さんが体育でトラックを周回させられた時、みんなトラックの内側に寄って行くのは、内側のほうが走る距離が少なくて済むからなのでした。あたりまえだけど。
イメージ図 https://www.nikkei.com/article/DGXZZO57951280R30C13A7000000/
周回距離が全く違うが、一回転にかかる時間は根本だろうが先端だろうがおなじなため、結果根本が回転するスピードと先端が回転するスピードも全く別になってしまい。
下記の図では、根本は129ノットなのに、先端は389ノットと倍以上になっています。
https://www.hikouki-pilot.com/prop-twist-reason/
ということで、プロペラは根本と先端で迎え角を変化させて（ねじって）均一な揚力を生むようにしてあるのでした。
もいちどプロペラの図。ねじりに注目 https://www.hikouki-pilot.com/prop-twist-reason/
翼そのものもすごい発明だけど、プロペラって世紀の発明ですよねーどうやったらこんなことが思いつくんだろうか？
この原理を世界で初めて思いついたのはダヴィンチらしい。プロペラというよりスクリューかもしれんが。
ダヴィンチのヘリコプター。天才はちがいますねえ https://urabe-fas.com/pct_3Dcl_heli.html
さて、プロペラの発明で飛行機に推力を与えることに成功した人間。最初は左右のバランスから必然的に2枚羽になり。
エトリッヒ・タウべとかブレリオとか、みな2枚ブレードでした。
まだ翼のからくりがよくわからず、鳥の真似をしたデザインでごまかしていたエトリッヒ・タウべ。https://www.keibunsha-books.com/shopdetail/000000024832/
しかし、ここでも課題が明らかに。
写真は97戦のプロペラですが、ごらんのとおり、片方のプロペラの180度前には別のプロペラがあり。あたりまえだけど。
https://www.webmodelers.com/202403Photo97sen.html
でも、それは片方のプロペラが作った乱気流の中をもう一方が必然的に通過するということであり、乱気流に乱されてせっかくの推力が。。。となることを意味していた。
じゃあ一枚羽にすればいいじゃん？
ちゃんと一枚羽のプロペラもあったりします。
https://www.quora.com/Why-do-propellers-have-two-three-or-four-blades
羽根の反対側はバランスをとるために重しをいれているらしい。ははは
https://www.aopa.org/news-and-media/all-news/2018/november/pilot/singular-sensation
ちゃんと飛ぶから大したものである。ただ、飛行当日の湿気（湿度）とかの状況によっては、カウンターウエイトの調整をしなければならないなどで、めんどいらしい。
ところが、ウケ狙いではなく、実用上1枚翅のプロペラとしているのがあります。
それが「モータグライダー」
モーターグライダーでも、機首にエンジンとプロペラのある軽飛行機みたいなやつと、胴体内に引っ込み式のプロペラとエンジンを格納する形式のやつがあり。
軽飛行機みたいなやつhttps://flyteam.jp/photo/2385820
引っ込み式プロペラのグライダー https://www.jetphotos.com/photo/8318664
上の写真は二枚翅ですが、胴体に格納するスペースの観点から、一枚翅の奴もあるらしい。
https://x.com/shinabamorotomo/status/1373426656983937029
モーターグライダーみたいな特殊なのはともかく、飛行機の黎明期では、結局は乱流だのなんだのはそれほど影響なく、ふつーに2枚翅がスタンダードになった。
そのうち、エンジンのパワーが向上し、飛行機のスピードが速くなっていくにつれ、推力の主体であるプロペラも長くでかくなっていった。
ここで新たな問題が。
でかいプロペラというのは、すなわち直径の長いプロペラです。
でも、直径が長ければ長いほど、根本はともかく先端の速度はすさまじいものとなり。
プロペラによっては、なんと先端の速度が音速を超えてしまうという現象が起きてしまうことに。
音速を超えると、衝撃波とかが発生して、たちまちかんじんの推力がガタ落ちになってしまうのです。
こまった、どうしよう。。。。
そこで、プロペラの枚数を増やすことに。一枚一枚は短くして、先端でも十分効率的な速度に抑え。
でも、枚数が増えれば、増えた分だけ前のプロペラが作る乱気流で各ブレード（羽根）の効率は落ちてしまい。
要すれば、二枚から3枚翅にしたとしても、単純に1枚分推力が増えるというわけではないということである。
それでも、エンジンが強力になり、というか飛行機自体が単発機でも大きく重くなるにつれ、2枚翅では必要な性能が得られなくなり。次第に翅の枚数は増えていきました。効率が落ちる分はエンジンパワーでぶん回して補うという力技でしのいだ。
同じ飛行機でも、改良されるに従い、プロペラ枚数が増えっていったのもあり。
例えば隼。I型では2枚だったものが、II型以降は3枚になった。
写真上がI型、下がII型
https://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/1343/583/html/001.jpg.html
これがスピットファイアになると、なんと当初の2枚から
英国の戦いでは3枚に
https://imodeler.com/2020/12/airfix-supermarine-spitfire-battle-of-britain-addons-1-72/
その後4枚になった。まあこのくらいならよくある
https://indestructible.co.uk/military-aerospace-coatings/
それでも、まだ気が済まないぞ！5枚翅だ！
https://modelingmadness.com/review/allies/cleaver/gb/tmc14.htm
最後には、2重反転プロペラという狂った行いに及びました
https://www.airliners.net/photo/Untitled/Supermarine-389-Spitfire-PR19/776890
戦時中に2重反転プロペラの技術を実用化した米英恐るべし。
というか、ここまでくると、プロペラ回転のトルクがものすごく。2重反転にしてそれぞれのトルクを相殺しないと、機首を振ってまともに飛べない飛行機になってしまったらしい。
2重反転プロペラはなかなか妙味のある装置なので、別の機会に書かせていただきます。
日本機の場合は、残念ながらエンジン馬力がそれほどなかったので、最新鋭の誉エンジン搭載でも4枚翅にとどまった。
https://hephaestus.kan-suke.com/hayate02.htm
＊試作機では「震電」みたいな6枚のやつもある
https://natalie.mu/eiga/gallery/news/548974/2188980
ちなみに零戦は初期の生産から3枚ですが、これは試作当時2枚で飛行したら変な振動があり。3枚にしたらなくなったというのが理由らしい（吉村昭の「零式戦闘機」に書いてあった）。
こうして、エンジンのパワーアップと機体重量の増加に対応して、プロペラの枚数は順次増えていき。現在では8枚翅なんてのも飛んでいます。
枚数が増えるほど、一枚あたりの効率は落ちたとしても全体としてのトルクは上がるらしい、ということで、エアバスの輸送機では、後退翼に8枚プロペラ、といういかにもいまどきな技術のミックスになっています。
https://mail.gisli.mx/?o=solutions-found-for-a400m-engine-problems-aviation-international-news-cc-a9Zx9hA
https://www.aviationwire.jp/archives/61069
トルクは軽飛行機にとってとても重要で、田舎の小さな滑走路で、とにかく短い距離で離発着しなきゃ！というかわいそうな貧乏人の飛行機では3枚翅のが多く。
一方、長距離を短時間で飛んで、やれ今日は浜辺でロブスターだ、明日は内陸でバーベキューだ、というハイソサエティーの乗るハイソな軽飛行機は、2枚翅で高速巡航に適したのが多い。
空のフェラーリ、RV9 https://aeropedia.com.au/content/vans-rv-9/
きょうび、ジェット機が我が物顔で飛んでいますが、やっぱり飛行機はプロペラじゃなきゃ。。。。
3000字を超えました。この辺でおしまい。
ではでは
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