模型飛行機用動力ゴム
現在の国際級ゴム動力機(F1B級)は、30gの動力ゴムを搭載する。機体の仕様は全重量230g、主翼面積16~17平方dmである。30gの動力ゴムは、前節の測定に依れば30kg-mのエネルギーを蓄積し、それを40秒間の上昇時間で出力するので、平均出力は、
30kg-m/40秒=0.75kg-m/秒=1/100馬力
但しバースト期(前出)の初期に限れば、その10倍の出力になるから、1/10馬力に相当する。この出力は、同じ大きさの模型飛行機に装備される通常のエンジンに匹敵する。但し、ゴム動力のプロペラはエンジン機に比べると直径が4~5倍あり、低回転で使用されるので効率は著しく高く、出発直後の推力はエンジン機よりも大きい。国際級ゴム動力機の馬力荷重(全重量/出力)は2kg/HP程度で、第2次世界大戦終期のプロペラ戦闘機と同等である。
1950年当時の国際級ゴム動力機は、現在と同じ機体仕様であったが、現在と同じ5分程度の滞空を行うために、現在の5倍(150g)の動力ゴムを必要とした。当時のゴムは現在よりエネルギー蓄積力が小さく、現在のように限界まで巻き込まなかったため、出力は半分以下であったと推定される。他方、機体の空気力学的な効率は、技術の進歩とプラスティック系の新素材による強度の向上で、2倍くらい向上している。
出力と効率がそれぞれ2倍程度向上しているから、合わせて5倍くらいの性能向上が得られることになる。それぞれの進歩は現在も続いており、同級の出力(ゴム重量)の切り下げは今後も行われると予測されている。従って、模型飛行機の分野においては、ゴム動力は「強力な動力源」といえる。
例えば、腕木の長さが10cmで、バネ秤の読みが100gならば、そのときのトルクは
100g×10cm=1000g-cm=1kg-cm
になる。模型飛行機のゴム束のトルク測定に当っては、g-cm単位を用いるのが習慣である。
動力ゴムを実用最大巻き数まで巻き込んで、上記の測定を行えば、そのときのトルクは当該ゴム束の最大巻き数(Nmax)に対応する最大トルクである。それから一定巻き数(⊿N)巻き戻し、再び腕木のバネ秤を読み、トルクを測定すれば、そのトルクは巻き数(Nmax-⊿N)に相当する値になる。同様に、一定数だけ巻き戻して(Nmax-2×⊿N)、(Nmax-3×⊿N)などの巻き数に対応するトルクを読み取れば、巻き数がゼロから最大巻き数に至るそれぞれの巻き数に対応するトルクが測定できる。巻き戻す巻き数(⊿N)の大きさは、ある程度は細かいほうが望ましいが、細かすぎると測定に時間がかかり、ゴムが伸びてトルクが過小に測定される。
このようにして測定された巻き数とトルクの関係を、横軸に巻き数、縦軸がトルクのグラフに表すと、当該ゴム束のトルク曲線になる。
トルク曲線の形は一般的に以下のようになり、ゴムの銘柄などによってあまり変わらない。 戻り始めのトルク値は平均トルクの4~5倍の高さで、戻し巻き数が20%(残り巻き数80%)までの間にほぼ平均トルクまで急速に低下する。この区間を「バースト(爆発)」と呼び、プロペラの回転数は平均の2倍くらい、推力は10倍近い高出力を発揮する。
動力ゴムの蓄積力(概ね出力になる)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(断面積)と巻き数の比例定数(切断係数)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×(ゴム束の断面積の平方根)/(ゴム束の長さ)
切断巻き数=切断係数×(ゴム束の長さ)/(ゴム束の断面積の平方根)
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。