人類初のヘリコプターのデザインのインスピレーションは竹トンボから生まれた？

科学技術史における今日 | 1907年11月13日 「竹とんぼ」から人類史上初のヘリコプターまで

ヘリコプターは、人々が青空に飛び立ち、空を飛ぶという夢を実現するための重要なツールです。古代、私たちの祖先は飛ぶ方法を研究し始め、最も初期のヘリコプターの設計コンセプトは古代我が国に生まれました。

1907年8月、フランスの発明家ポール・コルニーは実物大の有人ヘリコプターを開発し、同年11月13日に試験飛行に成功しました。このヘリコプターは「人類史上初のヘリコプター」と呼ばれています。 「空飛ぶ自転車」と名付けられたこのヘリコプターは、自力で垂直離陸を果たしただけでなく、20秒間連続飛行し、自由飛行も実現した。

◆人類史上初のヘリコプター

1907年11月13日、世界初の有人ヘリコプターが試験飛行に成功しました。飛行機が離陸すると、その飛行機の設計者ポール・カーニーの名前が後世に記憶された。カーニーが偉大な航空の先駆者という称号を授かったのは、後の世代の人たちです。 1907年に飛行を試みた時、彼はまだ自転車の整備工であり、ライト兄弟の同僚でもあった。ライト兄弟はまだ飛行をしていなかった。 11月13日、カーニーはヘリコプターで数回の試験飛行を実施した。最高の飛行は、ヘリコプターが高度1メートル以上の空中に20秒間留まったときでした。これは注目すべき成果であり、ヘリコプター技術開発の歴史における輝かしいマイルストーンとしてみなされています。

カーニーのヘリコプターの主要構造はV字型の鋼管です。胴体はV字型の鋼管と6本の鋼管からなる星型部分で構成され、前後にそれぞれローターが取り付けられています。エンジン（24馬力8気筒ピストンエンジン）とパイロットは胴体の中央に配置されていました。エンジンの動力は2本のベルトを介して前後のローターに伝達され、それらを反対方向に回転させます。これにより、お互いに発生する逆トルクを相殺し、機体の安定性を保つことができます。

カーニーはコントロールの問題について深く考えました。彼は、鋼鉄のケーブルを介して2つのローターのピッチ（つまり、水平面に対するブレードの傾斜角度）を制御して全体の揚力を制御しましたが、これは後に登場した現代のヘリコプターとまったく同じです。ヘリコプターには、偏向を制御できる操縦面が前後に付いています。カーニーは、これらによってローターの下降気流を誘導し、ヘリコプターの旋回を実現できると期待している。

カーニーは実験を通じて、自分が設計した制御システムが効果的ではなく、効果的な制御飛行を実現できないことを発見しました。当時、彼はもっと良い解決策を見つけられなかったので、すぐにこの設計を断念しました。それでも、カーニーの試みは記憶に残る価値がある。 2007年、フランス航空宇宙博物館はカーニーヘリコプターのレプリカを特別に製作し、一般公開のために博物館内に展示しました。

◆中国の竹トンボがヘリコプターの発明のきっかけとなった

中国の竹トンボとイタリアのレオナルド・ダ・ヴィンチのヘリコプターのスケッチは、現代のヘリコプターの発明にインスピレーションを与え、思考の正しい方向を示しました。これらはヘリコプター開発の歴史の出発点として認識されています。

竹トンボは、飛螺や「中国の独楽」とも呼ばれています。それは私たちの先祖のユニークな発明です。竹トンボは紀元前 400 年頃には中国に存在していたと考える人もいますが、より保守的な推定では明王朝時代 (西暦 1400 年頃) に存在していたとされています。竹とんぼと呼ばれるこの民俗玩具は、今日まで受け継がれています。

現代のヘリコプターは竹トンボよりも何百万倍も複雑ですが、飛行原理は竹トンボと似ています。現代のヘリコプターのローターは竹製ヘリコプターのブレードのようなもので、ローターシャフトは竹製ヘリコプターの細い竹の棒のようなもので、ローターを駆動するエンジンは竹の棒を強くこする手のようなものです。竹とんぼの葉は前が丸く、後ろが尖っています。上面は比較的アーチ状になっており、下面は比較的平らです。空気流がアーチの上面を通過するとき、流速は速く、圧力は低くなります。空気の流れが直線下面を通過するとき、その流速は遅く、圧力は高くなります。その結果、上面と下面の間に圧力差が形成され、上向きの揚力が発生します。揚力が自身の重さよりも大きくなると、竹トンボは空中に飛び立ちます。ヘリコプターのローターが揚力を生み出す原理は、竹トンボの原理と同じです。

イタリアのレオナルド・ダ・ヴィンチはヘリコプターのアイデアを提案し、1483年にスケッチを描きました。

19世紀末、イタリアのミラノ図書館で、レオナルド・ダ・ヴィンチが1475年に描いたヘリコプターの空想上の絵が発見されました。それは糊付けされた麻布で作られた巨大な螺旋で、巨大なネジのように見えます。バネの力で回転し、一定の速度に達すると体を空中に持ち上げます。パイロットはシャーシの上に立ち、ワイヤーロープを引いて飛行方向を変えます。西洋人はこれが最も古いヘリコプターの設計図だと信じています。

◆世界初の通常操縦性を備えたヘリコプター

1936年、ドイツのフォッカー社は初期のヘリコプターに多くの改良を加えた後、独自のFW-61ヘリコプターを公開しました。 1年後、この航空機はいくつかの世界記録を樹立した。このヘリコプターは、ヘリコプター業界から、試験飛行を成功させた世界初のヘリコプターであると考えられています。

FW-61 ヘリコプターは、固定翼航空機に似た胴体を持つが固定翼のない大型の双ローター水平飛行ヘリコプターです。 2 つのローターは、それぞれ右上と左上の 2 組の厚い金属フレームによって支えられており、2 つのローターはブラケットの上部に水平に取り付けられています。ブレードは尖った平面形状をしており、フラップヒンジとスイングヒンジでハブに接続されています。自動傾斜装置は、ローター回転面を傾斜させて縦方向の制御を行うために使用され、ヨー制御は2つのローターを異なる方向に傾斜させることによって実現されます。

FW-61 は 140 馬力のピストン エンジンを搭載しています。これは世界初の通常操縦可能なヘリコプターでした。この航空機の最高速度は時速100～120キロメートル、航続距離は200キロメートル、離陸重量は953キログラムである。

中国科学院物理研究所「全球低高度」より総合的