モデルロケット工学

モデルロケット機体設計、黄金比率

モデルロケットを自分で設計、自作するには安定飛行する機体の黄金比率を採用すれば、コンピユータの設計ソフトもいらない

ボディチューブのサイズを決めます

自作する人はまず入手したボディーチューブのサイズから計算をします

市販のキットのボディーチューブを利用するか、アルミホイルの巻き芯を利用するか障子紙の巻き芯を利用するので、そのボディーチューブのサイズに合わせて尾翼のサイズ、ノーズコーンを合わせて加工する

歩でぅチューブの直経をＤとする

ボディーチューブの最短の長さはＤの１０倍以上必要　１０倍以下なら後退翼フィン、

これより長いとフィンの面積が小さくなり、短いと後退翼で面積がより広くなる

尾翼のサイズは３枚フィンで図の割合ですこれ以上大きめが良い

新品のエンジンを取り付けて、ワディング、パラシュートを収納して、リフトオフ状態で、機体を糸でしばり左右が水平になる位置が重心です,これがフィンの前でＤの１．５倍になるように先端のノーズコーンにラップで包んだ油ねんどを重りとして付け足して調整してください

来れを２mから３mのタコ糸を重心位置で結び、ずれないようにマスキングテープで糸を止めて頭上で振り回して

飛行状態を観察します、常にノーズコーンが進路方向をむいていれば合格、もし前後逆になるようなら重りを付け足すか、フィンを面積がより大きなフィンの取替えます

ノーズコーンが水平からおよそ１０度くらい頭を下げる様に糸を結びます

そして頭上で振り回した時ノーズコーンの、頭が水平位置まで戻れば合格です

棒切れを拾い強く投げると、棒切れは空中で重心を回転しながら飛行する

モデルロケットも強く投げると空中で重心を中心に回転します

尾翼に安定飛行に必要な速い気流が発生させるまで90cmの長いランチロットで加速させれば、そのあとは尾翼に当たる風で真っ直ぐに飛行ができます

ニワトリの形をした風見鳥とよばれる風が吹いてくる方向を示す風向計があります

風が一番強く吹いてくる方向に頭の部分をむいて、しっぽを後ろに向くのです、これを風見効果（ウィンドコック現象）といいます

モデルロケットにはしっぽについた小さな尾翼で風邪の流れを感知してその風味効果を利用して風が強く吹いてくる方向、すなわち飛行する進路方向に常にノーズコーン先端部が向いて尾翼のしっぽが後ろにして飛行します

しかしこれでは、横から風が吹くと横風の方向に向かぅて斜めに飛行したり、動力飛行が終わり,慣性飛行で速度が落ちて気流が十分にフィン尾翼に当たらないと向きが変わり墜落する恐れがあります

それを防ぐには、てこの原理と同じで支点である重心位置から遠い距離に力点である尾翼があると、それが強く出手先端のノーズコーンが作用点で大きナ角度で向きがかわります

風を受けるフィン面積が広すぎると大きな風の力で安定飛行をするが横風の影響も大きくうけるのでなるべく小さな面積のフィンにしないと風見効果が出てこれがフラッター現象を起こす原因です

フラッター現象とは、旗が「パタパタ」と音を立てて左右にたなびく現象のことで、尾翼が左右に振動して破壊されることです

モデルロケットでは尾翼が大きすぎるとフラッター現象で左右にノーズコーンを振りながら上昇しますので到達高度が低い

そこで右の図の様にテコの原理で重心位置からフラッター現象が起きないように、風見効果が強く出ないように適切な面積のフィン尾翼と重心からの距離が重要なポイントです

圧力中心　機体全体に空気の力が加わる面積のうち前の部分と後方の部分が同じになリ釣りあう部分が圧力中心です、

安定飛行するには重心位置が圧力中心の前にありそのj距離はボディーチューブの直径Ｄの1.5倍から２倍以内で圧力中心がある尾翼のリーディングエッジ前縁から１．５倍から２倍まえに重心がくるように、スイングテストをしてノーズコーンの油ねんどを付け足して重心位置を調整します

圧力中心の位置調整はフィンの面積を増減するか、フィンの枚数を増減する、ボディーチューブを長く延長する事で出来きます

重心を中心に前後の上下運動をピッチ運動という　青色軸を中心に起きる回転運動

重心を中心に左右に回転運動をヨー運動という　赤色軸

重心を中心に時計の回転方向または反時計回りの宝庫の回転運動をロール運動という、緑色軸

ネバダ州ブラックロックから打ち上げられたCSｘTチームのモデルロケット「ＧＯーＦＡST号」が搭載したビデオカメラの映像，マッハ5で飛行する時の激しい振動が記録されているhttp://videotopics.yahoo.co.jp/videolist/official/others/pba7e0d2e0e85ada4c9bba12a70a53a0c

動力飛行で分流噴射ガスによる上下に激しく揺れるのはピッチと呼ばれる上下の回転運動を安定尾翼で抑えているからです

画面が安定して地上がきれいに見えるの個体燃料を使い切り慣性飛行だからです

グルグル回転するのは空気抵抗、重力で飛行速度が0になり、尾翼にロール回転運動を止める気流が当たらないのでロール回転するので目が回る

打ち上げ準備のビデオ