すべてヘリコプターですが、なぜ飛行構成がこんなにもたくさんあるのでしょうか?特徴は何ですか？

固定翼航空機と比較すると、ヘリコプターは垂直に離着陸でき、「木の高さ」の低高度や超低高度を飛行できる。ヘリコプターは工業生産、災害救助、軍事作戦などで優れた役割を果たすことができます。世界各国はヘリコプターの開発を非常に重視していますが、自主的にヘリコプターを開発・生産できる国は多くありません。ヘリコプターの研究開発は、デモンストレーション、スキーム設計、エンジニアリング開発、完成、生産など、複数の段階を経る必要があります。設計段階では、ヘリコプターの構成を決定することが非常に重要な作業です。現在、さまざまなヘリコプターに多くの成熟したヘリコプター構成が適用されています。どちらがより完璧でしょうか?

1. テールローター構成のシングルローター

テールローターを備えたシングルローターは、ヘリコプターの最も伝統的な構成です。機首上部に水平に設置されたメインローターで揚力を発生させ、尾部にほぼ垂直に設置されたテールローターが搭載されています。テールローターは揚力を発生せず、主にメインローターが回転する際に胴体に発生する反トルクモーメントを相殺するために使用されます。テールローターの直径はメインローターに比べてかなり小さいですが、不可欠です。空中飛行中にテールローターが故障すると、ヘリコプターは位置を維持できなくなり、機体が螺旋状に回転し、高度が急激に低下します。

図1 中国のZ-20ヘリコプター（写真提供：テンセント）

シングルローターとテールローターの構成は比較的単純で、技術も比較的成熟しているため、この構成は最も一般的なタイプのヘリコプターです。新しい航空電子機器と新しい材料技術の継続的な進歩、ローター構成の継続的な最適化、エンジン出力の増加により、テールローターを備えたシングルローターヘリコプターは常に新たな活力を獲得しています。

2. ツインローター構成

テールローターを備えたシングルローターヘリコプターのテールローターは揚力を生成せず、エンジン出力の約10％〜15％を消費します。そのため、2 つのローターが反対方向に回転し、互いの反トルクを相殺できるため、テールローターを必要としないツインローターヘリコプターが登場しました。

1. タンデムツインローター

現在、世界で運用されているタンデムローターヘリコプターは、米国のCH-47チヌークヘリコプター1機のみです。 CH-47 は見た目が非常に目を引く、認識しやすい機体です。胴体上部に直列に接続された2つのローターがあり、テールローターはありません。 2つのエンジンは胴体の後部にあります。 2 つのローター ブレードの衝突を避けるために、後部ローターは前部ローターよりも高く取り付けられています。

図2 米軍CH-47チヌークヘリコプター（出典：テンセント）

シングルローターと比較して、前後ダブルローターレイアウトにより飛行安定性が向上します。ヘリコプターの重心の変化による飛行への影響が少なくなります。特にホバリングはより安定しており、特殊な戦闘シナリオのニーズを満たすことができます。キャビンが長くなったことでスペースが広くなり、より多くの人が乗ったり、物資を運んだりできるようになりました。しかし、タンデム双発ローターヘリコプターの研究開発のハードルは高く、技術も複雑で、投資額も大きい。さらに、ヘリコプターの制御システムは比較的複雑であり、機器のサポート要件とコストが高くなります。

(II) 同軸ツインローター

同軸ツインローターとは、2 つのローターが同じ回転軸上に上下に反対回転方向で取り付けられ、反トルク力が互いに相殺される構造です。ロシアのKa-28ヘリコプターとKa-52ヘリコプターはどちらもこのレイアウトを使用しています。

図3 中国が輸入したK-28ヘリコプター（写真提供：NetEase）

テールローターがないため、タンデムツインローターヘリコプターの機体全長を大幅に短縮でき、構造がよりコンパクトになります。 2 つのローターによりヘリコプターの飛行安定性が向上し、船舶搭載型ヘリコプターとしての使用に非常に適しています。しかし、2つのローターが上下に配置されているため、ヘリコプターの高さが高くなる必要があります。ロシアのKa-52は高さ5.4メートルで、普通のヘリコプターより1～2メートル近く高い。 2つのローターが回転すると、空気の流れが互いに干渉します。飛行中の突然の風の変化など、特定の特殊な状況では、ブレードのバタつき、変形、衝突の可能性が大幅に増加し、このタイプのヘリコプターの飛行過負荷が直接制限されます。

（III）クロス型ツインローター

クロス型ツインローターヘリコプターには、水平に配置され、一定の角度で外側に傾いた2つのローターシャフトがあります。 2つのローターは胴体上部に十字型に配置されており、ローター同士はギアが噛み合う形で同期して回転するように制御されているため、通常の状況では衝突の心配はありません。現在この構成を使用しているヘリコプターは、アメリカのK-MAXヘリコプターです。

図4 米国のK-MAXヘリコプター（出典：テンセント）

この奇妙なヘリコプターは、双発ローターヘリコプターの飛行上の利点をいくつか備えていますが、軍隊では広く使用されていません。主に民間の建設、測量、採鉱、伐採などの分野での吊り上げや巻き上げ作業に使用されます。このタイプの航空機は、ツインローターが横向きに配置されているため、空気抵抗が大きくなり、飛行制御が複雑になります。

3. ハイブリッド構成

ハイブリッド構成はより特殊な構成であり、今後の開発トレンドでもあります。

1. 平行ツインローター＋チルト

平行双発ローター機の2つのローターはヘリコプターに並んで設置され、左右に配置され、反対方向に回転し、中央の伝動軸で接続されています。現在米国で運用されているV-22オスプレイはこの構成を採用しています。ローターはエンジンとともに傾き、水平状態から垂直状態に変更することができ、ヘリコプターの飛行モードはプロペラ飛行モードに変更されます。

図5 米V-22オスプレイの飛行状況

この構成のヘリコプターはティルト・ローター機とも呼ばれますが、実際には完全な意味ではヘリコプターではありません。プロペラ飛行モードでは飛行速度を大幅に上げることができます。オスプレイヘリコプターの最高速度は時速500キロメートルを超えることができます。しかし、このヘリコプターの事故率は10万時間あたり6件を超えています。最新の事故は2023年8月27日に発生し、オーストラリアでの演習中に米国のMV-22Bオスプレイティルトローター機が墜落した。さらに、この航空機の研究開発費、生産費、運用費はいずれも非常に高く、1機あたりのコストは6,000万ドルにもなります。

2019年、米国のベル社は、米陸軍の将来の長距離攻撃機プロジェクト向けに、V-22をベースにしたV280ティルトローター機を改良した。

図6 米V-280検証機の飛行** (写真提供: Sohu.com)**

V-280 ヘリコプターは、従来のヘリコプターの 2 倍の速度と航続距離で飛行できます。 V-22 と比較すると、V-280 にはチルト ギアボックスが装備されており、ローターが傾いてもエンジンが変化しないようにローター駆動シャフトの角度を変えることができます。

(II) タンデムツインローター＋テールスラスター

米陸軍の将来の長距離攻撃機プロジェクトにおいて、V-280と競合するもう1つのヘリコプターはS-97ヘリコプターである。この航空機はシコルスキー社が製造し、タンデム双発ローターヘリコプターを使用しているが、ロシアのタンデム双発ローターヘリコプターとは異なり、S-97には尾部スラスターが装備されている。

図7 米S-97検証機の飛行（写真提供：テンセント）

S-97はフライ・バイ・ワイヤ制御、飛行制御、システム統合、先進材料などの最新技術を統合し、機体サイズを縮小し、ノイズ信号を低減し、時速400キロメートル以上の速度に達し、高原や高温環境でも飛行することができます。

全体的に、各ヘリコプターの構成にはそれぞれ長所と短所があります。ヘリコプターを設計する際には、技術、コスト、寿命、安全性など、さまざまな側面を十分に考慮した上で選択を行う必要があります。どのヘリコプターの構成がお気に入りですか?

制作：中国軍事技術普及科学

制作者：光明オンライン科学部

著者：陸英（軍事専門家）

レビュー専門家：梁春輝（軍事専門家、軍事科学ライター）

企画：金和