軽量RC飛行機の構造について、技術的な質問

質問

現在、重量40g～50g程度で秒速2m以下で飛行できる軽量のラジコン飛行機を作ろうと思っています。
室内用のラジコン飛行機がマイナーで人気が無いので、あまり経験者様がいらっしゃらないかもですが、ちょっと知識をいただけないでしょうか。

翼面積0.15m^2程度の全翼機を考えているのですが、翼の桁の構造に悩んでいます。
以前は5mm角のバルサの棒を丸々使って、前縁と後縁に一本ずつ前後の桁を付けました。
しかしこれが意外と重い！電子機器の影響もあって、結局100g程度になってしまいました。
検討中なのが、0.5mm厚のバルサ板をウェブにして、両端に細いカーボンをスティフナーとして貼り付ける構造を考えたのですが、横方向の力と捻りに弱いのです。
ボックス構造にしても悪くはなさそうですが、どうやって作ればいいのやら……。

文章では難しいところもありますが、知恵をください！
よろしくお願いします。

回答No.7

nora99 · ベストアンサー

まだ、閉じていないようなので、飛行機というよりもハンググライダーに近いかもしれませんが、参考になりそうなので、無尾翼、片面被覆の モデルがありましたので、サイトのURLを載せておきます。
カーボンロッドを使用しているようですが、工夫次第でもっと軽量化ができそうに思えます。

http://www.acesim.com/rc/p2/p2.html
http://www.bekkoame.ne.jp/~sakazaki/fwind/cf/index.html

P.S.
軽量メカの仕様の公開を期待しております。

お礼

遅くなってしまい申し訳ありません！
その桁、採用です！もうすでに半分作っているところです。
その性能は、まだ分かりませんが……。
いろいろなサイトやアドバイスなど、非常に参考になりました、ありがとうございました！

回答No.6

nora99

＞すみません、良く分からなかったのですが。。
＞発泡スチロールがコアで、バルサが外板と言う事でしょうか？

木目を縦にするというのは、翼の曲げ力が、翼の厚み方向に圧縮する力になりますから、それに耐えるということで、木口には貼る強度を受け持つメインのスパーを薄く出来るということです。

------ ＜ここで圧縮強度を保つ。
｜
｜　　　＜上下につぶれないように縦目の材料
｜
------＜ここで引っ張り強度を保つ。

いわゆる Iビーム構造でしょうか。
で、芯を薄くしすぎた場合に変形を吸収するために発泡スチロールを貼るといった感じです。
おっしゃるようにボックス構造でも構いませんが、そうすると真ん中のバルサ板が２枚要りますよね。

実機などでは、真ん中の材料が圧縮に強くて軽いハニカムコアなどになっていますよね？ それの簡易版です。

ただ、片面翼のようですから、上下方向に量のあるスパーは、スポイラーになってしまいそうですね。(^^;)

やはり張り線が一番よさそうな気がしますね。
そして、スパーレス。(^^)/
被覆材も軽量なものを探すのが効果がありそうです。
なにせ面積があるようなので、思いのほか重いですよ。
ライトプレーン用の薄い翼紙でも0.15～0.2g/dm2ですから。
オラカバライトで0.5g/dm2位だったと思います。
（両面被覆だと倍ですから片面は正解かもしれないですね）

回答No.5

nora99

あともうひとつ。

飛行機は墜落した時にバラバラになるようでなければ過剰強度であるというのもありますね。
エアロバッティクスをするのでなければ、過剰な強度を削るというのは軽量化の定石ではないでしょうか？（エアロバティックスに必要な強度を最低限確保ということで過剰な強度は必要ないということでもありますか・・・）

旅客機の窓から主翼を見ると飛んでいる最中にユラリユラユラと上下に揺れていて、これで大丈夫なのか？と心配してしまうのですが・・・・
これは余計な心配なのでしょうね。

お礼

回答が遅れてしまい、本当に申し訳ありませんm(__)m

電子機器のスペックが書かれた書類が行方不明中でして、見つかり次第ここに載せます！

＞超軽量機とうことで、ライトプレーンのような片面被覆の平板ですか？それとも両面被覆でしょうか？

片面です。作りやすくて、軽いですから。
翼型ですが、「へ」の形をしたものがいいかと思っています。
メインスパーが翼方の凸の部分で、そこから直線の棒を前後に伸ばして、曲線のないリブにしようと思っています。
こうするとリブの本数を減らせそうなので。

＞バルサも薄いものを木目の方向を翼平面と平行ではなく直角方向（上下方向の木目）にして発泡スチロールでサンドイッチという方法でもいいかもしれません。

すみません、良く分からなかったのですが。。
発泡スチロールがコアで、バルサが外板と言う事でしょうか？
バルサの繊維方向……つまりこう言う事ですよね？
←翼方向IIIIIIIIIIIIIII
　　　　　　　↓
　　　　　繊維方向

縦にするのとどんな違いがあるのか教えてもらえないでしょうか？イメージが不十分なのもありますが……、すみません。

＞軽くて丈夫は、模型飛行機を作る上での永遠の？目標でしょうか？
そりゃあそうでしょうね♪あとは安くて作りやすければ何よりです^^

＞旅客機の窓から主翼を見ると飛んでいる最中にユラリユラユラと上下に揺れていて、これで大丈夫なのか？と心配してしまうのですが・・・・

やわらかいとエネルギーをよく吸収しますからね。衝撃につよくなります。
なんか、質問者なのに偉そうに答えてしまって申し訳ないですf^^

回答No.4

nora99

P.S.
一つ一つの材料が軽い事も重要ですが、トータルとしていかに軽量にできるか。
一つ一つの材料の強度が低くても構造体として強度を確保出来るか。
がポイントでしょうか？
言葉で言うのは易しいのですが・・・
軽くて丈夫は、模型飛行機を作る上での永遠の？目標でしょうか？

回答No.3

nora99

>3mm角のカーボンパイプよりも5mm角バルサの方が軽いくらい。
>逆に細くすると剛性が足らなくなります……。
>カーボンの方が強い荷重になっても折れないのは確かなんですが、断面二次が稼げないた>め、単品だとどうしてもバルサよりもフニャフニャです。

強度があっても、細い材料はダメですね。（薄板も厚さが薄い方向の強度はまったく出ません）
むしろ、薄い面方向にたわまないようにサンドイッチ補強（発泡スチロールで充分）した0.5mm厚程度のリブキャプ用のカーボンの薄板をスパーとして使うというのも手でしょう。（幅５mmなら90センチで3g）
バルサも薄いものを木目の方向を翼平面と平行ではなく直角方向（上下方向の木目）にして発泡スチロールでサンドイッチという方法でもいいかもしれません。
要は 比重が軽くても、断面積が大きい材料が必要だと思います。
外皮だけで強度を持たせる応力外皮（モノコック）も一考ですね。
インドアプレーン（ゴム動力のフェザープレーン）では、バルサをスライスしたものでパイプ状に加工したものを胴体として使用したりしますね。

バルサだとSSグレードで比重0.1位。
発泡スチロールで、その十分の一の0.01
スタイロフォームで、0.02位です。
芯材として発泡スチロールを用い、外皮にマイクログラス（比重0.2)に樹脂を染み込ませるというのも一つの方法かもしれませんね。

先に紹介したYokota Slow Flyer Clubのブログの記事でペーパーハニカムというのがありましたが、面白そうですね。
http://ysfc.weblogs.jp/main/2008/12/post-2db4.html

ところで、翼型はどのようなものを想定しているのでしょう？
超軽量機とうことで、ライトプレーンのような片面被覆の平板ですか？
それとも両面被覆でしょうか？
前者なら、構造体は最小限のものにし、張り線で強度を持たせる。
後者なら、応力外皮構造でしょうか。
後者は、リブの枚数を増やし（ギリギリの肉抜きを行ないます）翼厚（断面積）が充分に確保出来るのなら、強度の確保は、スパーレスでもいけそうな気がしますが如何でしょうか？
（被覆に張り線の効果を持たせる）

P.S.
25gの軽量メカ興味あるので、詳細を教えていただけませんか？(^^;)

回答No.2

nora99

バルサの組み立て方式は、接着剤の重さが意外とバカにならないようです。

入手できればEPP（とりあえず発泡スチロールでテストでもいいかも）から切り出し、グラステープや梱包テープなどで補強するのが 大型インドアプレーン（ファンフライタイプ）の主流じゃないでしょうか？
http://rcp.web.infoseek.co.jp/

強度を必要とする場合は、ブルーフォームとかスタイロフォームと呼ばれるものが硬いようです。
（ホームセンターなどで入手できます）

どうしてもバルサなら、４mmφ位のカーボンパイプ（ 90センチで5g位）をスパーにつかい人力飛行機のような構造にするのはどうでしょうか？

ネジレ対策は、低速なので古典機のように張線を使用するとかもひとつの方法かもしれませんね。

ライトプレーンのような構造では、下記のページで作られています。
http://www.oyajin.jp/~toko/eplane/mini-plane3/

15dm2だと結構大きいですよね。
一般的なマイクロサーボと小型モーター＋リポの組み合わせなら充分軽いとは思いますが・・・・
メカだけで、５０ｇ近く行きませんか？
もっと小型のインドアプレーンだと、赤外線リモコンやミュームプレーンのメカを使うことが多いようです。

赤外線リモコンだと、下記で取り扱っています。
http://indoor-airplane-world.com/

超小型インドアプレーンを飛ばしている方のBlog
http://ysfc.weblogs.jp/main/
http://trhk.exblog.jp/
http://blog.goo.ne.jp/kobara3211

参考URL：

http://indoor-airplane-world.com/

お礼

今気が付いたのですが、質問にある
＞両端に細いカーボンをスティフナーとして
は間違いでした！正確にはキャップフランジとしてでした。断面の形はIの形です。すみませんでした……

＞バルサの組み立て方式は、接着剤の重さが意外とバカにならないようです。

そうなんですか！？言われてみればそうですね。今までほとんど気にしていなかったので、ちょっと気をつけてみます！

＞カーボンパイプ（ 90センチで5g位）をスパーにつかい人力飛行機のような構造にするのはどうでしょうか？

また台無しにしてしまいかねないのですが…、実は使ったことがあります。正確には3mm角のカーボンパイプです。
しかしカーボンパイプだとバルサよりも重かったりします。
3mm角のカーボンパイプよりも5mm角バルサの方が軽いくらい。
逆に細くすると剛性が足らなくなります……。
カーボンの方が強い荷重になっても折れないのは確かなんですが、断面二次が稼げないため、単品だとどうしてもバルサよりもフニャフニャです。
バルサにこだわる必要は無いのですが、バルサ以外に最適な材料がなかなか見つからないんですよね……。
糸は使う予定でした！

＞メカだけで、５０ｇ近く行きませんか？
結構軽いものがネットに出回ってて、電子機器全て合わせて25g程度になりそうです。
しかし赤外線は使ったことがありませんでした。電子機器の扱いは苦手で……。
でもちょっと使ってみようかと思いました。

ありがとうございました。

回答No.1

noname#136918

私も冬場は外で飛ばせないので、体育館を借りて飛ばしていますが、自作でなくても、色々と軽量な飛行機はありますよ、まずバルサを使うことを考えないで、EPPで考えられたらどうでしょう、主翼、尾翼等をEPPで作成したら、カーボンで補強しメカを乗せる所は、発泡スチロールで作るように、そうすれば大きさにもよりますが軽量な飛行機ができると思いますよ、わたしは材料を参考URLで購入しています。

参考URL：

http://www.rchobby.jp/online/

お礼

ありがとうございます。
せっかくのご意見を台無しにしてしまうんですが、EPPは使ったことがありました。
18dm2の主翼を作る際に使ったのですが、18dm2のEPPが約12gそれにカーボンなどの補強を付けると20g程度、更にリブや胴体につける構造を付けると25g程になりました。
一方バルサと和紙で作ると同じ面積の翼なら17g……

いかんせん主翼の面積が大きくしかも機体重量軽い(その時は130g)ために、非常識なほど翼面加重が低くなっています。
ですのでスパー以外の場所にはほとんど強度は必要ありません。
EPPだとこういうタイプの機体にはちょっと向いていないみたいです。

でもURLはしっかりお気に入りに入れさせていただきました。
本当にありがとうございます。