〈第53回静岡県学生科学賞３

県教育長賞〉

ゴム動力飛行機は自力で空に舞い上がることができるか－Ⅳ－
浜松市立天竜中学校
３年

鈴木宏

直

１、動機
今までの３年間の実験により、ついにゴム動力飛行機を空に舞い上がらせることができた。しかし、去年の成功は、ゴム発射台があったおかげであり、また発射台自体もできるだけ自動にして人の力を頼らないようにしたかったのだが失敗してしまい、結局手で支えて実験を行った。そのため、本来の目標であるはずの「自力で舞い上がる」ということからずれてしまい成功とは言えないと感じた。そこで今年は「自力で飛ぶ」ということを可能にし、また一歩本物の飛行機に近づきたいと思い実験をすることにした。
２、実験の進め方①新しく発見した事や考えた事をもとに飛行機を作る⇩②その飛行機で飛行実験をする。
⇩③成功ならばさらに良く出来ることを、失敗であればその原因を考える。
以上の事を何回も続ける。これにより、より良い結果が得られると思う。
３、研究＜遠心力とプロペラの関係について＞
プロペラが長く回ることが出来れば、それにより滑走距離が長く出来、離陸しやすくなると考えた。
そこでハンマ－投げの選手なように何か手に持って回れば、何も持たない時より長く回れるというイメージがあった。なので、プロペラにおもりを付け、そのあるなしの回転時間や生み出せる力について調べてみることにした。
←実験台は去年のものを使った。離陸前の機体は傾いていたため、10度の角度をつけた。また実験台は《目的》①どちらがより長く回れるか②どちらがより大きな力を生むことが出来るか。の両方を調べられるようにした。
実験途中プロペラの反動により揺れることがあったので、安定板をつけた。
《結果》ゴムは100回巻き、おもりのけしごむは1個2.5ｇだった。

−9−

回転時間

移動距離

感想

①普通

０４．
５３秒

４．
２５㎝

②おもり両方（４㎝離す）

１０．
６６秒

１．
８㎝

回転遅い

③おもり片方（４㎝離す）

２１．
２６秒

５．
７８㎝

振動が激しい④おもり片方（８㎝離す）

２１．
６４秒

なし

振動さらに激しい⑤おもり両方（０㎝付ける） ０５．
７９秒

４．
５５㎝

安定した

⑥おもり片方（０㎝付ける） １２．
４９秒

７㎝以上

振動が激しい⑦おもり両方（１mm離す） ０９．
０３秒

２．
３８㎝

おもり外れやすい②の実験中、おもりが外れてしまった。それをそのまま測ったところ15秒以上回った。そこでおもりを片方にして実験をしたが、振動が激しく実験台が壊れることもあった（③、④）。そのため今度はおもりを直接プロペラにつけてみた（⑤、⑥）。しかし結果はそこまで良くならず準備も手間取った。
そこで、おもりを直にプロペラに付けたことがプロペラの力を生み出す障害になっていると考えプロ
ペラとおもりの間を１㎜にしたが良くならなかった。
（⑦）
。この実験によりY＝1.25X＋５（Yは回転時間、Xはおもりとの距離）という性質を見つけた。これを使えば１分間回転させるためには40㎝離せばよいということも分かった。しかし、全ての実験において、プロペラが止まったときにゴムがねじれていたり、逆回転をすることが無かった。つまりゴムを巻いた回数とプロペラが回った回数が同じだということに気が付いた。この実験により遠心力でプロペラの力を大きくすることが出来ないと分かったためプロペラにおもりは付けないことにした。
＜揚力について＞
次に飛行機が飛ぶ際に一番重要な揚力について研究した。今まで揚力をあまり重要視していなかったため去年、二年前と翼に全く変化が無かった。そのため今年は根本的に見直してみた。すると現

在の飛行機と自分の飛行機の翼のつくりの違いに気づいた。一番の違いは翼の下面に空洞があるかないかということである。そこでどちらの翼がより飛行に適しているかを調べた。
＜今までの翼･翼A＞＜飛んでる飛行機の翼・翼B＞（実験の方法）作った翼の模型を風に当てどちらがより上昇するかを調べた。また、風が均一に当たるようにドライヤーを使って実験をした。
《結果》（翼Ａの場合）
弱風：動かない（翼Ｂの場合）強風：後ろが浮かぶ

弱風：動かない

強風：動かない↓風が入りづらいと思い支柱を削った。
弱風：動かない

強風：後ろが浮かぶ

離陸の時、機体は傾いているため実験台も10 ～ 15度傾かせた。
（翼Ａの場合）弱風：動かない

強風：動かない（翼Ｂの場合）弱風：少し揺れる−10−

強風：2㎜上昇

結果ほとんど上昇しなかった。なぜかと思い原因を探した。そこで飛ぶ仕組みについて調べた。すると離陸には、①斜めの機体を水平にする翼（尾翼）、 ②水平になると上昇する翼（主翼） の二種類の翼が必要だと分かった。①の翼は翼Ａがそうなので、②の翼が必要になった。また揚力は上に向かってはたらくが、同時に抗力もはたらくため、発生する力は斜め後ろ向きであることも分かった。
さらに離陸時のスピードが遅いときは翼の角度を大きくすること（高迎角）も重要だと分かった。
そこで、実験台を改造し、翼が斜め後ろに動くようにした。また迎角は何度が適しているか調べるた
め、実験台ごと角度を動かし研究した。
《結果》翼と支柱が接する所は「ろう」を塗り摩擦を少なくした。
（翼Ａの場合）（翼Ｂの場合）10 ～ 16度：動かない

10 ～ 19度：動かない

17度～20度：後ろが上がる：３cm浮かんだ

翼Ｂのほうが、②の翼としては優れていたため主翼には翼Ｂを採用した。そこでさっそく今までの飛行機の翼に角度をつけようとしたのだが、翼に張ってある紙が劣化していたため、取り替えることにした。その時、もっと軽いものに変えたらどうだろうと思い、紙とラップのどちらが優れているか検証した。その結果ラップのほうが角度17℃のときに弱風でも浮かんだ。いくら離陸速度を上げても、強風ほどにはならないと思うので、迎角17度の主翼にラップを張った飛行機を作ることにした。
←ラップは破れやすいため、翼の支柱の数を増やしたり、糸を張ったりした。

滑走中の振動をやわらげるため→タイヤにゴムを巻いた。
また翼の振動を減らすための糸も張った。
＜完成した７号機＞《結果》（微風、追い風（途中から向かい風）の場所で実験した。
）
ゴムタイヤのおかげですべて４ｍ以上進んだ。ただ４ｍを過ぎると突然右にひっくり返ったりした。風の影響と考え場所を移したが、結果は変わらなかった。そのため重心が傾いていると思い、左タイヤ付近に小石（約３ｇ）を付けた。しかしそれでも結果は変わらなかったので、根本的にどこかがおかしいと思い、じっくりと調べた。すると、右翼の支柱が作ったときのミスで曲がっていることに気づいた。そのため支柱を新しく付けて地面と水平にした。また糸も多く張った。

右に傾いて止まった５号機。プロペラの反動とも考えられたが向きが逆だった。→−11−

＜改善した７号機＞《結果》（強風、向かい風、緩やかな坂の場所で実験した）。
５ｍほど滑走したあと1.6ｍ急上昇した。しかし５回に１回ほどしか成功せず、空中でバランスを崩すのも多かった。今回も右に傾いたのが多かったため、まだ完全に主翼が水平になっていないと思い糸を増やし、しっかりと張った。また車輪の振動を抑えるための糸も張っ＜飛行する５号機＞

た。その結果６回に３回離陸に成功した。しかし離陸の様子は突然の急上昇であり、着地が尾翼からのときもあった。
４、まとめ
ゴム動力飛行機は自力で空を飛べるということが分かった。また高迎角の翼は離陸には適しているが、水平飛行に移れず飛行距離は結果的に短くなってしまうということも分かった。

５、感想
今年は様々に工夫して、ついに離陸に成功した。この実験を通して僕は、困ったらまず根本的に見直すこと、そして初心に戻ることの重要さが分かった。きっと多くの発明家や研究者がこれを繰り返し成功にたどり着いているのだろうと思った。しかし、まだ離陸の成功率は低いままだし、傾き倒れやすい問題点も完全に解決しておらず、改善点はまだまだたくさんあるので、ここで終わらず、さらに安定性や飛行距離、飛行時間時間の向上したよりよい飛行機を作り、舞い上がらせたいと思う。

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