地上共振:Ground Resonance

Pocket

ここでは、FAA自家用操縦士学科試験問題の中から、質問の多い問題を解説しています。

今回は、ヘリコプター工学の問題です。

 

例題
91.PLT259 PVT
Ground resonance is most likely to develop when

A) on the ground and harmonic vibrations develop between the main and tail rotors. B) a series of shocks causes the rotor system to become unbalanced.
C) there is a combination of a decrease in the angle of attack on the advancing blade and an increase in the angle of attack on the  retreating blade.

グランドレゾナンス(地上共振)はどのようなときに最も起こりやすいかという質問です。

 

予備知識

全関節型ローターヘッドシステム(Fully Articulated Rotor System):ローターヘッドに対して、ローターが上下(フラッピング)前後(リードラグ)に動くことが出来る関節(ヒンジ)を設けているもので、3ブレード以上のメインローターを持つヘリコプターに採用されているものがある。(ヒューズ269シリーズなど)

 

Advancing (Retreating) Blade :ヘリコプターが前進飛行中、相対風(Relative Wind)を受ける側(風上側)のローターブレードを、前進側のブレード(Advancing Blade)といい、風下側のローターブレードを後退側のブレード(Retreating Blade)という。ヘリコプターを上から見て左回転のローターシステムでは、進行方向右側に位置するローターブレードがAdvancing Bladeとなる。

 

地上共振(Ground Resonance)とは?

地上共振は離着陸時にヘリコプターの降着装置が地面に何回か続けて接触した際に、その衝撃がローターシステムに伝わり、ローターヘッドに対するローターの位置が不均衡になるために振動が発生し、胴体の固有振動数とローターの振動が一致して共振を起こします。

ground resonance
ground resonance

全関節型ローターシステムを装備したヘリコプターは、リード・ラグ・ヒンジ(ローターヘッドに対してローターが前後方向に動くことを許容する関節)が装備されており、外部の力が加わった場合にそれぞれのローターの位置が幾何学的な不均衡となり振動が発生します。
ティータリング式やリジッド式ローターシステムを採用しているヘリコプターでは、リード・ラグ・ヒンジがないので地上共振は起こりません。
また、降着装置に車輪式を採用しているヘリコプターの方が、スキッド式よりも地上共振が発生しやすいとされています。

地上共振が起こると、ヘリコプターは短い時間(数十秒程度)で自己破壊を起こしてしまいます。

パイロットは、地上共振の発生を感じた場合、ローター回転数が高く(通常の運用範囲内・100パーセント前後)離陸が可能な場合は、すぐに浮上して空中にとどまることでリカバリーすることが出来ます。
ローター回転数が低く離陸できない場合は、スロットルを閉じ、コレクティブ・レバーを完全に下げてヘリコプターを完全に接地することにより振動を減衰させることが出来ます。

 

問題の解説

選択肢Aは、”メインローターとテールローター間に共振が発生して”とあるので間違いです。地上共振は、メインローターで発生した振動が胴体と共振して起こります。

選択肢Cの、”前進側のローターブレードの迎角が減少し、後退側のローターブレードの迎角が増加する”は、ヘリコプターが前進飛行中は普通に起こっている現象です。後退翼失速の説明にも使われます。

解答はBの、”連続したショックが原因となって、ローターシステムにアンバランスが生じる”です。