バルサ電動機



ジービーレーサー

(飛行編)

進空
初飛行は風の穏やかな大安吉日となった。いつものように何度も舵の方向を確かめて・・・、念のためにエレベータのトリム合わせをお願いすることもあるので、仲間に横についてもらった。
スロットルを上げるとすぐに離陸、色々と覚悟はできていたが普通・・むしろそれ以上に安定。エレベータを数コマアップ側に修正してトリム合わせ終了。
中スロットルで真っすぐに飛び、旋回はアドバンスヨーも出ず綺麗に曲がる。失速する気配なし。ロールレートも適度、宙返りは大径、エレベータの舵角を増やす必要がありそう。
暫くローパスを楽しんで問題の着陸へ。ほぼ無風なので伸びる可能性があるので遠くから侵入。着陸寸前までエレベータが利いて適度に吊りながら接地、完璧な着陸ができた。
非常に素直な機体、この短い胴体で不思議と安定している。キワモノのマルタカのハーフピッツよりは明らかに性能が良い。
2回目はナイフエッジも交えて飛ばしてみた。この機体、ナイフエッジが似合います。
飛行中の写真も撮ってもらい嬉しい初飛行となりました。これでスパッツ、機体番号などの艤装に突入できる。(2017年5月21日)
艤装
キャノピー周りの仕上げと機体番号等の記入。キャノピーの枠をポリカの白で塗装。コックピット内も手を入れてそれらしくなった。
機体番号は塗装も考えたが、インクジェット対応の薄いラベルシールで薄手のものが市販されているのでこれを使用。ベースが透明のものと白のものがある。いずれも発色が良く、さらに薄いので機体の曲面に良く馴染む。
随分、雰囲気が出てきた。主脚のスパッツは未完成、飛行場に持ち込んで撮影。トレードマークのサイコロが良く目立つ。
本日2回飛行。風が少し強かったが、風に負けることなく軽快に飛んでくれる。機体に慣れてきたので、低空でのロールもこなせるようになった。今回も着陸も上手くいって無傷で帰還。ストレス発散になる機体。
スパッツなしでも良いかな・・・と思っている。(2017年6月4日) 
スパッツ
無しでとも思ったが、折角なので簡易的なスパッツを製作。材料はEPPシート、4mmシートを3層に接着。表面には透明梱包テープを貼り付けて保護及び塗装を可能にした。接着剤はスコッチのプラスチック用、これを使うと梱包テープをしっかりと貼り付けることができる。
重量は片側4グラム、空力的な影響は多少あるかもしれないが、重量的には問題なし。取り外しも容易、着陸時にピアノ線が曲がっても機体に対する影響は皆無のはず。
写真で見ると先端が少し尖っているような気がする、カットが必要かな。
これでジービーの完成とします。(2017年6月11日)
ユニオンモデルのGee Bee R-1
オークションで発見、現物が残っていたとは驚き。
(仕様)
1/7スケール半完成キット
全長:710mm、全幅:1,088mm、主翼面積:19du、全備重量:1,800g、翼型:準対称
適合エンジン:OS FS-26Sの4チャンネル仕様。
胴体、カウリングはグラス(塗装済FRP)、主翼はバルサ組み
とのこと。
翼面荷重は驚きの100g(本機は50g弱)。おそらくフルスロットルで飛ばすことになる。特に着陸がデンジャラスな機体であったことは確か。(2017年6月15日)
スパッツの効果 
実際に飛ばしてみた。何事もなく離陸、トリムを2コマだけアップ側に入れて調整終了。水平飛行の感覚はスパッツの有無で変わらない。ロールは以前よりも軸が通るようになった。スパッツを取り付けることで空力バランスが良くなったようだ。
一番の変化は直進性が高くなったこと。主翼下部に垂直尾翼を取り付けたようなものでこれが影響している様子。極端に言えばエルロンを切っても機体はロールするだけで思ったように旋回せずラダー操作を追加することで狙い通りの旋回が可能になる。
また、ナイフエッジはアップ癖はあるがラダーを少し操作するだけで浮く。この胴体が揚力を発生しているのは確か。
こんな感じで、ナイフエッジに近い角度で真っすぐ飛ぶので違和感がある。しかし、実機の動画を見ると同じよう傾向があるので、この胴体及びスパッツに起因する挙動なのかもしれない。この癖さえ分かれば自在に飛ばすことができ、面白い機体。
これまでの飛行回数は10回で無傷。無理をしなければ寿命の長い機体になりそう。(2017年6月18日)



(製作編)

はじまり
最近製作した機体は普通に飛ぶものばかり。飛ばす機体には事欠かないので、久しぶりにハードルの高い機体を・・・。机の上に飾ってあるジービーレーサーに目が留まった。
ラジコン技術のデータベースに図面が収録されており、製作記事を読むと実際に飛んだようで意外に縦安定性が良くて驚いたとの記述があった。全幅1080mmで全長620mm、胴体の最大径は160mmといった異様な形状。
製作方法はこの記事に準ずるとして、まずは図面を拡大。胴体の太さがさらに顕著になる。10インチのペラを置いてみるとペラ先端が結構露出する。9インチのペラでも問題なさそう。
手持ちのバルサをチェック、製作できる量は確保できているがこれを機会に1.5mm、2mm、3mmバルサを発注しておくことにした。
胴枠はベニヤで工作が大変、せめて電動糸鋸があれば良いのだが・・・今回はバルサ+カーボン補強で対応することとした。(2017年3月14日)

胴体
まずは胴枠から。ベニヤ板から切り出すことは当初から断念。3mmバルサから切り出してみたが、完全剛性不足。おまけにバルサ目の方向で折れやすく使い物にならない。
次に空野式モノコック方式を検討。この場合、多くの胴枠が必要。ジービーの胴体は単純な円形ではなく側面が後方にいくに従って急激に絞られている。胴枠の再設計が面倒。
そこで考えたのが以下の方法。
1)胴枠を3mmバルサから切り出し(中抜きせず)、各胴枠に基準穴を設け、ここに5mmカーボンロッドを貫通させて基準とする。この5mmカーボンロッドは最終的には抜き出す。
2)胴体の捻じれは、胴枠上端に1mmカーボンロッドを貫通させ、目視で5mmカーボンロッドとの平行を確認しながら各胴枠捻じれないようにして対応する。
3)各胴枠の間の水平は同じ長さの4本のバルサロッドを各対角線上に設けて管理する。
この方法の基準となるのが防火壁、これは4mmべニアから製作。5mmカーボンロッドの先端にはこのロッドに対する垂直面を設定して防火壁に差し込んで直角となるように固定(もちろん後で外せる程度に)。
ラジ技の図面の胴枠は、左右対称になっていない場合がある。そこで胴枠を左右に2分割して半分側を基準にしてもう一方の輪郭やストリンガー受け部を修正した。
以上の工法で実際に製作。
この方式は単純でありながら正確な胴体を作ることができる。 
この構造が成り立つ前提はリンケージを事前に組み込めること。1mmのチューブ+0.8mmのピアノ線でリンケージをするのであれば、胴枠を中抜きする必要がない。
防火壁のベニヤが15g、残りの5枚のバルサ胴枠が合わせて15g、従って、バルサ胴枠を中抜きするメリットはほとんどない。
5mmカーボンロッドを垂直尾翼の端部まで延在させて尾翼の位置を管理。これで胴体全体を真っすぐにすることができた。
垂直尾翼まで完了。コックピットから尾翼周りの構造が不明なのでネットや1/32のモデルで確認。今回使用した図面と随分構造が異なっている。尾翼周りは大きくなっている(ラジコン機では常套手段)。
少しでも実機に近くなる構造を思案中。(2017年3月19日)
作業手順変更
胴体の製作を進めているが、主翼やカウリングの取り付け方法を考えると現物合わせでないと上手くいかないように思える。また胴体はエンジン用に設計されているので電動化する場合は構造を変える必要がある。特に機首部の下側。倒立エンジン用に大きな切り欠きがある。
そこで、胴体をプランクする前に全体構造が成立するか確認するために、尾翼、カウリング、主翼を製作することにした。
水平尾翼
設計図では3mmバルサのトラス組みだが、水平尾翼の剛性が綺麗な旋回を可能にするので構造変更。3mmバルサで組み上げた骨組みの両側を1mmバルサでサンドイッチ。動翼も同じ構造。尾翼+動翼で33g
カウリング
製作記事では、15mmバルサで木型を組んで成形。その後、グラスを貼り付けて最後に中のバルサをノミ等を使って取り去るようになっている。
大変そうなの、バルサでできないか検討。胴体は10mm幅の短冊状の1.5mmをプランクするいわゆる甲板張り。カウリングはこの練習も兼ねて甲板張りに挑戦。
経験上、1.5mmのプランクは剛性不足。今回は2mmバルサを使ってみた。まずはバルサ材を10mm幅にカットする工具を作成。これが意外と具合が良く、カット面が垂直になるのでその後の接着作業が良好。
骨組みは3mmバルサ3枚、胴体と同様の工法。これに10mm幅のバルサを現物合わせで張っていく。機首に向かってRがきつくなる。バルサを予め湿らせておくと綺麗に曲がる。
多少の凹凸は気にしないとして、数時間かけて完成。2mmバルサなので剛性が高い。パテ埋め+サンディングで綺麗になるはず。
甲板張りは意外に簡単。胴体の目処が立った。 (2017年3月25日)
主翼
矩形翼で上反角なし、翼型は準対称なので製作は簡単、拡大コピーしたリブ型を2mmバルサシートに張り付けてカット。最後に成形してリブ完成。片翼8枚で6g程度。
スパーは5mmのバルサ角材のみ。今回はフルプランクとするので、補強は最小限。前縁は5mmバルサから切り出したものを使用(5×10mm)。
骨組み完成。 プランク材は、最初に上面側に貼り付ける。この状態で主脚の受け部、エルロンの切り出し、サーボの固定部の加工等を行って最後に下面側を閉じることになる。
翼端はついていないが、これまで完成している部材を組み合わせてみると異様な造形になる。水平尾翼は実機よりも2割弱拡大されている・・・というか実機の水平尾翼が小さすぎ。
ラジコン機の動画を見ると離陸後に瞬殺というパターンと、着陸時にドスンと落ちて破損するパターンに分かれる。特に着陸時にドスンと落ちるのは低速時のエレベータの利きが悪く最後までコントロールできないことに起因しているようだ。この意味で、水平尾翼の拡大は意味があるように思える。スケールに拘らずに実をとるのが正解かな。この状態で約200g、軽いのか?(2017年3月28日)
主翼完成
サーボ固定部、配線、主脚のベースを組み込んで上面と同様に1.5mmバルサでプランク。翼端も適当に成形して上側をプランク。エルロン材を成形して仮止め、実機と同じような造形なった。流石にフルプランクなので剛性が高い。
この段階で主翼は150g。
重量バランス
胴体はプランク前だが、さて重心は?ラダー動翼の重量追加分と、モータ、アンプ、リポ電池、サーボを適宜配置して重心をチェック。
ほぼ重心位置が合っていることが判明。 今後の作業は重心を気にすることなくできる。この状態で全備重量は620g。元のラジ技の機体は15エンジンで1200g。かなり軽量に仕上げることができそう。
主翼の取り付け角は0度に設定する予定だが、丸胴の場合、水平が分かりずらく不安。そこで再度、胴枠の中心に基準のカーボンロッドを挿入して、主翼の前縁及び後縁に対する距離を実測。結果、0度になっていた。
これで現物合わせで胴体側の工作ができる。この機体のように手順が定まっていない機体の製作は面白いので進捗が早い。(2017年4月2日)
胴体再開 
胴体と主翼の境界部の構造の見通しが立ったので胴体の製作再開。まずはリンケージの埋め込みから。いつもの1mmフレキチューブ+0.8mmピアノ線を採用。サーボの取り付け位置から後部まで胴枠を通しながら貫通。フレキチューブはスーパーXで固定、スムーズなリンケージとなった。
主翼の取り付けは、M3のボルトで行う。胴体側の受け部には爪付きナットを埋め込み済み。
プランク開始
この胴体を良く観察すると、敢えて甲板張りを行わなくてもプランクできそう。無理のない面積で何枚かに分けてプランクすることにした。空野式のモノコック工法のノウハウが役に立つ。側板の下側と、裏側のプランク完了。ねじり強度が劇的にアップ。
プランクほぼ終了
本機の胴体は3次元で湾曲しているので事前にバルサに癖をつけるのが難しい。今回は、バルサをプランク領域よりも少し大きくカットして表面を霧吹きで大胆に濡らす。そうすると表面側が膨張してうまい具合に3次元に湾曲。柔らかい状態のバルサをプランク領域において現物合わせでトリミング。
その後、タイトボンドを塗布して待ち針等で固定。胴枠は3mm、バルサを接続する箇所では接着面積が少なくなるので事前に3mmのスクラップバルサの接着面を追加しておく。これで完成後にバルサが剥離することはない。 
尾翼周りは断面変化が大きく、複数に分割して貼り付ける。特に大きく湾曲する個所では裏面にガセットを貼り付けて曲面をコントロール。
実機の形状とは少し違うが、なんとなく曲面がつながった。パテ埋めして上手く誤魔化せそう。 
カウリング
ラフにサンディングしてみると意外に滑らかになったのでこれを使うことにした。最終的にはグラスを貼ることになりそう。
ラダーの動翼と胴体下面の構造物を残しているが、一応、完全にフルプランクの機体が出現。良い感じ。(2017年4月9日)
機首まわり
モータマウントを防火壁に固定。防火壁は後方の部材と強固に連結してあるので強度不足にはならないはず。アンプは防火壁の前面に固定する予定。冷却の心配なし。
防火壁の裏側の燃料タンクの部分に電池用のマウントを固定。電池の装着は主翼を外して行うことになる。面倒とも思うが構造的に仕方がない。これで機首周りの必要な工作が終了、防火壁の後方の開口はバルサで閉じることになる。
主翼ダウエル 
ダウエルは3mmのカーボンロッド。主翼と水平尾翼の平行を確認しながらダウエルの位置を決定して接着。翼中央をアーチ形にプランクして基本的な作業は終了。
サーボマウントを装着。大きなスペースがあるが、受信機を取り付けてもスカスカ。(2017年4月18日)
サンディング
主翼下面中央のプランク終了。少し段差ができたが裏面なので拘らないことにする。
飛行場でサンディング。造形が単純なので比較的短時間で終了。400番でサンディングすると結構つるつるになる。サンディング終了時の手で触った感触はいつもながら良いです。
ラダーは実機との差が大きかったので作り直し。バランスが良くなった。ナイフエッジで良く浮きそう。
カウリング
サンディングすると結構バルサが薄くなったので、グラスを貼った。フィニッシュレジン(エポキシ)を使用。1プライで完全に硬化させて1度サンディング。その後、レジンのみを塗布。最終的にはプライマーを塗布して仕上げる予定。
自立
主脚は3mmピアノ線から製作。強度は?様子をみて3.2mmに交換予定。
これで自立、雰囲気が出てきた。フィレットの製作が残っていた・・・。
この段階でモータ、電池などのすべてのメカを取り付けて重心をチェック。ほぼ指定位置。良かった〜。重量は770g。被覆はオラライトなのでさほど重くならないはず。最悪でも900gかな。飛燕10が800g、ピッツが900gなので、飛びは期待できる。(2017年4月23日)
フイルム貼り
手元にあるオラライトのクリアを使用。このフイルムは良く伸びるので曲率の大きな本機にはうってつけ。フイルム貼りは経験がものをいうが工具も大切。OK模型のセレーションはさみはオラライトの細かい部分のカットに威力を発揮する。
クリアフイルムなので貼った感じがしないが塗装後が楽しみ。尾輪を取り付けて完全に自立。
全ての部材を所定位置に固定して重心位置をチェックするとほぼ指定通り。
全備重量は800g、塗装での増分は知れているので、最大850gかな?翼面荷重は47g・・・素晴らしい。
主脚
3mmのピアノ線はワイヤベンダで曲げるのが容易なので複雑な形状でもOK。タイヤ位置を前縁付近までオフセットさせるのも簡単。
主脚のスパッツをどうするか悩ましい。バルサ材で作ることもできるが、経験的にスパッツは機体を壊す元凶。主翼を突き破るのを経験した人多いはず。
今回は、EPP、スタイロフォームなど駆使して軽量かつ可撓性のあるスパッツに挑戦。EPPの機体製作のノウハウが生きるかな?(2017年4月30日)
塗装完了
カウリングは、ホルツのパテスプレーを1本分塗布して再度サンディング。悪くない出来。
胴体の把持性を良くするためにエンジンマウントに仮の取っ手をつけた。作業性良好。
ベースの白色は、表面荒らし→ミッチャクロン塗布→塩ビ塗料(東邦化研)で行った。この処理で塗料の食いつきが強力になり、その後のマスキングテープを剥がす際に問題が起きなかった。
赤色はクリエイティブのファインレッドを使用。これはアクリル性だが下地の白色を侵すことはない。主翼デザインはテンプレートを作って左右表裏4枚のデザインを同じにした。 
キャノピー
どうやって作るか思案中にたまたま見かけたペプシの1.5Lが具合良さそうなので中身の飲んでからカット。一応それらしくなっが、気に入らない部分もあるのでもう一本飲み干して修正版を作成予定。木型を起こして作成することを考えると非常に簡易かつ安価。
製作の山場は済んだので、今月中の進空の可能性がでてきた。(2017年5月4日) 
メカ積み
アンプは防火壁の前面に固定。冷却の心配なし。サーボはコロナのDS929MG(エレベータ、ラダー)、ハイテックHS55(エルロン)を使用、小型の機体に最適で信頼性が高い。
リンケージはいつもの方式。胴体内はスカスカ。 
各動翼へのリンケージ を済ませて一応完成。脚のスパッツが未完成だが、まずは飛ぶことを確認する必要があるので初飛行へ(2017年5月20日)


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