模型飛行機用動力ゴム

模型飛行機用動力ゴムでは、模型航空機一般、並びに船・自動車などの模型、各種玩具などにも使用されるゴムの弾性を利用した動力源について記述する。

1. 概要
-----

ゴムは、弾力性が大きいことを利用して、古くから簡易な動力源に使われている。 1871年にフランスでアルフォンス・ペノーが、ゴム動力模型飛行機の飛行に成功している。ホビー/スポーツとしての最初の模型飛行機ブームは、ゴム動力機によるものである。 ゴム動力模型航空機は、現在のFAI国際競技種目にも多種目が含まれ、F1B級は最も伝統の古い競技規格である。

現在のFAIの競技規定では、ゴム動力は「伸縮性動力」と定義・区分され、論理的にはぜんまいばね、鯨ひげ、弓、特殊な織物など、弾力のあるすべてのものを含むが、ゴム以外は重量当たりの出力がはるかに少ないので使われない。

模型飛行機の動力源のゴムは、約1mm角の糸状、ならびに厚さ約1mm×幅約3～6mmの扁平な断面のもので、数条～数十条を束にして使用し、巻き戻るときのトルクを利用して、プロペラなどを駆動する。破断寸前まで巻き込み、弾性を極限まで利用すると、良質な競技用の動力ゴムは、重量1gで1kg-mのエネルギーを蓄積する。

ゴムは、巻くだけで利用できる簡易な動力源であるが、そのトルクは巻き込むほど大きくなり、平均値の数倍に達する。エンジンのように一定の出力が得られないので、プロペラの回転数が終始変動して、高い効率を維持することは難しい。そのため、競技会の参加者は、事前に使用ゴムの出力測定を行い、選別する場合がある。

化学的・物理的性質は、 ゴム項に詳しい。また、模型航空機については、模型航空機、模型航空、模型航空競技項を参照。

2. ゴム動力模型飛行機の歴史
---------------

ゴム動力模型飛行機は1871年のアルフォンス・ペノー機に始まり、最初の模型飛行機ブームのA字型ゴム動力機で一般化した。ウエークフィールド杯競技で国際競技に取り入れられバルサ革命による技術革新を経て世界選手権大会の管理がFAIに移管されFAIのF1B級競技として、現在に至っている。模型航空競技としては、もっとも長い歴史を持つ。

室内機は1930年ころのバルサ革命よりアメリカ合衆国で発展し、世界に拡散して現在に至っている。

3. 取り扱い
-------

3.1. 保存
-------

缶などに入れ、ほこり、光線、熱、寒さを避けるのが良い。

以前は、模型飛行機の動力ゴムは貴重品であり、保存・保守に対してきめ細かい配慮がされた。現在は、動力用ゴムを潤沢に入手できるが、ロットによって出力にバラツキがあり、良質のものは重要な競技用として長期間の保存をされる。

3.2. 潤滑液
--------

動力ゴム束のそれぞれのゴム条が、絡み合ったりくっついたりせず円滑に巻き戻るために潤滑液を塗ると、巻き数・トルク共に向上する。競技規定上の動力ゴムの重量は潤滑液を含んだ重量なので、付けすぎるとゴムの純量が減る。 現在はゴムを侵さないシリコーン・オイル系が多い。1910年頃から使われ、カストル・オイルや、グリセリンとカリ石鹸の3：1の混合液なども使われた。単純な石鹸液や整髪油などのありあわせの潤滑剤でも有効である。

3.3. 巻き方
--------

動力ゴムは、競技飛行など本番に使用する前に、ある程度引き伸ばされ、あるいは巻き込まれると、構成している長い分子の鎖が解けて引っ張られた方向に整列する。この結果、ゴムは10%ほど長さが伸び、柔軟になる。

この効果があるため、本番の前に「慣熟巻き」が為される。

やり方は以下の様々があり、選手ごとに異なる。

限界近くまで、何回か引き伸ばす。
最大巻き数の80%くらいまで、巻き数を段階的に増やしながら巻き込む
重しなどをかけてぶら下げ、長時間放置する
リューブリカントで30分間、80～100度で温浴させ自然冷却

3.4. ストレッチ・ワインディング
------------------

動力ゴムを巻くとき、限界近くまで引き伸ばして巻くと、巻き数・蓄積エネルギー共に増大する。1930年の世界選手権大会で、アメリカのジョー・イヤハート選手たちが始めたといわれ、以来ゴム巻き法の定番となった。上記以前は、引き伸ばさず自由長のまま巻いていた。

ゴムを伸ばす長さは、銘柄や種類ごとに違うが、自由長の5～10倍である。伸ばした位置で最大巻き数の1/2を巻き、残りの1/2はゴムを縮めながら巻きこむのが一般的な巻き込み方である。

3.5. 熱による変化
-----------

ゴムは高温ほど活性化し、出力が大きくなる。この性質を利用する目的で、ゴム巻きから飛行開始までの間、ゴムを保温する手法が使われた時期がある。胴体などを、電熱や携帯懐炉などを使用して保温し、寒冷地に置ける競技ではゴムの出力の低下を防止する効果があった。現在は、競技規定で使用が禁じられている。

3.6. ホールド
---------

動力ゴムを巻き込んだまま巻き戻さずに保持することを「ホールド」と言う。長時間放置されるとゴムが伸びて出力が低下する。

4. 動力ゴム利用のための用具
---------------

4.1. ワインダー
----------

ゴム動力は、ゴム束を巻き込み、それが戻るときの回転力を出力として利用する。巻き込む回数は、野外で飛行させる模型飛行機で数100回、室内機では2000回以上に及ぶ。巻き込み時に入力されるエネルギーは数10kg-mに達し、手回し式ジャッキによる大型車のタイヤ交換に匹敵する。

ゴム巻き作業を能率化するために、4～5倍に増速する手回し式の歯車装置が使われる。また、太いゴム束を巻くときには、手回しハンドルを延長する改造も行われる。

また、ゴム巻き専用に特製されたワインダーも少数が販売されており、巻き数カウンターやトルク計が組み込まれたものもある。これらのものは、軸方向の軸受けが引っ張り力に対応しているので、巻くときの抵抗が少なく、楽に巻ける。

ライトプレーンなど、小型機に対応する小型で簡易なワインダーは市販されている。また、手回し式のほか、単3電池2～4本による電動式のワインダーも商品化されている。

室内機の場合は細いゴム束を用いるので、トルクが小さい代わりに巻き数が通常の数倍に増える。

4.2. ワインディング・スツージ
-----------------

1960年代以前は、ゴムまきを行うときには助手が機体を持ち、支えていた。大型機の場合は、強い引っ張りに耐えるために2人かかりで保持することが必要な場合もあった。現在でも、ワインディング・スツージが使えない場合には、人手による保持が行われる。

1960年代に、他人に頼らないと飛行が出来ない不便を解消するために、ワインディング・スツージが開発された。基本的な構造は、溝型の胴体保持部を木製または金属製の杭の上部に取り付け、地面に打ち込んだものである。上記の大きさの引っ張り力に耐えなければならないので、通常は2～3本の支索を後方に張り、杭を固定している。

大型機は動力ゴムの前端を巻くので、胴体後部のゴム取り付け部を、ワインディング・スツージの溝型保持部にピンで串刺し固定する。 ライトプレーンのように、後端を巻く形式の場合は、溝型保持部の代わりにプロペラを固定するフックなどが使われる。

これらの動力ゴム固定具は、一般的には杭の上端に固定されるが、応用例としては自動車のトランクや後部扉の開口部に取り付けることもある。

5. 動力ゴムの特性の計測と管理
----------------

5.1. 最大巻き数と切断係数
---------------

動力ゴムの蓄積力の大きさは、切断する寸前が最大になる。競技は限界までの出力が要求されるから、事前に切断する巻き数を知り、その直前まで巻き込むことが重要である。

動力ゴムは、生産ロットや保存状態の違いによる品質のバラツキ、1条の断面積の寸法のバラツキ、束を作ったときの重量のバラツキなど、各種の変動要因があるが、同じ仕様のゴム束を切れるまで巻けば、当該仕様のゴム束の切断巻き数の推定値になる。 この方式は最も正確であるが、束の製作・リューブリカントの塗布・慣熟巻きがすべて必要である。更に、この大きさの束を巻き切ることは肉体的にも過重な仕事で、切断時の危険も伴う。

そのため、数gの小さなサンプル束を複数本切断して、下記の公式によって束の長さ・太さと巻き数の比例定数を求める。その切断係数と、実際に使う大きな動力ゴム束の長さ・太さを使って、当該ゴム束の切断巻き数を推定する。この手順を「動力ゴムの切断テスト」と呼ぶ。

切断係数＝切断巻き数×/
切断巻き数＝切断係数×/ゴム束の仕様を上の式に代入するとき、長さはmm、太さは平方mmを使う。 断面積を求めるとき、を使うと、公称断面積の製造誤差の影響が出る。ゴムの密度は1.0に極めて近いから、ゴム束の体積をゴム束の長さで割った値を断面積　誠文堂新光社 1980

東昭 模型航空機と凧の科学 電波実験社 1992　
R.G.モル1ン 模型用エンジンマニュアル　　竃波実験社　1970
野中繁吉　ライトブレーンを飛ばそう　　日本放送出版協会　1976
模型飛行機工作ハンドブック　技術出版社　1967
Hoffman,R.J Model Aeroplane Made Painless,Model Aerpnautic Pablications,Calif,1955
Williams,Guy R.The World of Modei Aircraft,G.P.Putnum’s Sons New York,1973
Warring,R.H.,Basic Aeromodelling,Model&Allied Publications,1976
Smeed,Vic, The Encyclopedia of Modelaircraft,Octopus Books Limited,1979
Simons,Martin, Model Flight,Argus Books,1988
Simons,Martin, Model Aircraft Aerodynamics, Model&Allied Publications, 1978

6. 関連項目
-------

模型航空
模型航空機
模型航空機のプロペラ