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2011/08/11(Thu)

別冊 ペラハブ論。

ペラハブとはプロペラ2枚を固定して、ドライブシャフトに接続するパーツのことです。
チームによって呼び方は様々かもしれないですが。

今回のペラハブは、どぼん会のなかでも恐らく一番長い時間をかけて議論されたパーツではないかと思います。
他チームのも大いに参考にしてw
特に東北大さんやFさん(-゜3゜)ノ
たかがペラハブ。されどペラハブ。
奥が深いです。

で、紆余曲折してたどり着いた完成形がこれ↓

ペラハブ
h1.jpg
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ペラスリーブ
h4.jpg
h5.jpg


ドライブシャフト先端
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シンプルです。個人的にシンプルな構造が好きなので。

目標は「シンプルな物だけど、よく見ると工夫が凝らされている。」

個人的見解ですが、複雑な物はいくらでも考えられると思います。しかし、実際は部品点数が増えると信頼性の低下や製造に支障をきたします。
すなわち、設計者が頭を使うべきところは
「如何に簡単かつシンプルな構造で目的を達成するか」
と考えています。もちろん加工工程も考えて。
ペラハブで考えられる拘束条件はいろいろありますがざっくり挙げると

1、ペラが回転せずに固定できること(ピッチは勿論変更できるような構造)
2、ペラが抜けない安全性
3、ドライブシャフトからのトルクを確実に伝える
4、ペラやドライブシャフトへの取り付けの簡便さ&緩まない&取り付け精度の確保の共存
5、重量

こんなもんでしょうか。
で、それが上のペラハブに詰め込まれています。
1はクランプ方式で接触面積を増やし回らないようになっています。ペラ側のスリーブと同じ材料なので尚更です。もちろん精度は必須ですが。片側で締め付けているのは軽量化+簡便化+強度確保的な感じです。それだけではないですが。後からのピッチ調整も簡単に出来ます。
2はペラスリーブのスリットを入れることで脱落防止を実現しています。
3はいろいろな方法があると思いますが・・・加工のしやすさ(すなわち加工精度の向上→耐久性の向上につながります)とかもろもろを鑑みた結果ペラハブのアウターをドライブシャフトのスリットにはめ合わせるようにしています。
4、ペラはネジ1本の締め付けで固定しています。
ペラハブとドライブシャフトはナットで固定しています。ドライブシャフトからスタッドボルトを生やしています。各チームいろいろな方法で固定しているかと思いますが、ネジで締め付けるチームが多いように感じます。でも、軸精度がいるペラハブにそれは微妙な選択ではと。確かにはめ合いで取り付け精度を出しているチームが多いと思いますが、取り付けの際に一人での取り付けは難しいですし、取り付け位置での固定も面倒です。加工も大変です。ネジの場合、ドライブシャフト側にタップを切らないといけません。ほとんどの場合ジュラルミンだと思いますが、繰り返し取り外す場所にはナンセンスです。なおかつ緩むと位置決めのなにかしの摩耗を招きます。スプリングワッシャを使用しても脈動するパーツだと簡単に緩みます。
実際、車のホイール然り、船外機のスクリュー然り、ほとんどナット止めです。
スタッドボルトにすると、位置決めも簡単ですし、取り付けも簡単で1人でできます。ナット止めなのでいろいろなナットを選べます。すなわち、ロックナットやナイロンナットで緩まないように止められます。スタッドは高強度ボルトなので繰り返しの締め付けもある程度OKです。その辺に売っている規格外ボルトとは質が違います。
5は上記の必要条件を満たした上で強度と加工の許す限り肉抜いてます。

個人的見解なので賛否両論あるかと思いますが、参考になればと思います。
そもそも、今回のペラハブが一番シンプルかつスマートであるとは思っていません。もっと良い方法があるような気がします。
自分もまだまだ勉強中です・・・。
設計は実に奥が深い。

by KORO
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2011/08/11(Thu)

翼の作り方。

第3弾は「翼」です。

翼の作り方はほとんどセオリー通りな感じです。見た目は特に。
各パーツの材料と特徴?を以下に列挙します。

リブ:スタイロフォームB2 トラス肉抜き。7~8mm厚。
外皮:スタイロフォームB2 3次元カット。フルプランク。
後縁材:ハードバルサ1mm厚(木村バルサ)

な感じです。
各パーツの作り方や使用材料の説明に行く前に、恐らく忘れられがちで最も重要なことを。

0、水平台について
これはとっても大事です。言うまでもないかもしれませんが、水平台が水平でないと、どれだけ丁寧に時間をかけて作っても、飛行機は真っ直ぐ飛びません。もちろん、各チーム翼の作り方は様々だと思いますが、水平台にジグを置いて作るなら水平台に力を入れた方が良いです。今回ドボン会が第1回テストフライトから翼のバランス調整無しに大利根を飛びきることが出来たのも、水平台が水平であったからだと確信しています。
とりあえず、水平台は下の写真です。
w1.jpg
まあ、大きな特徴は無いですが、4.2mのパイン集成材*2から構成されてます。木材でないほうがいいですが、お金、時間、設置場所等々によりこうなりました。
あと、下側。
w2.jpg
ネジ付きの足で高さの微調整しています。結局作業平面が平らであれば良いと思います。
肝心の調整ですが、ドボン会は「水もり管」を用いて水平台の水平出しを行っています。木桁を使用しているチームの方は馴染みがあるかもしれません。個人的見解ですが、今回の最大の功労者はこの水もり管であると思います。
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ペットボトルとシリコンチューブ、使い古したボールペンの筒から構成されてます。見た目はチープですがw
性能はピカイチです。電子水もり管なるものも試しましたが、全然だめです。自作の方が良いです。
一般的な水平出し方法?かは分かりませんが、下のような水準器を使っているところも多いかと思います。
w3.jpg

しかし、よほど大きな水準器や高精度のものでない限り性能は微妙です。角度精度が0.1°とかいろいろあると思います、が、1mでどれだけ位置の誤差が出て4mで・・・と計算すると悩ましいです。まして、上面の板に木材を使っていると考えると・・・。
それに対して水もり管は距離が離れてもほとんど誤差が出ません。使う人に依存はしますが0.1mm以内の誤差で調整も出来ます。これはオススメです。
水平出しの作業は翼一つを作る度に行いました。といってもそんなにずれる物ではないので確認程度ですが。
水平台についてはこれくらいにしておきます。水平出しの方法など詳しく知りたい方がいましたらコメント欄にでも。

1、リブの作り方。
リブを作る前に、リブ厚のスタイロシートをスタイロのブロックからスライスします。今回使用したスタイロフォームはダウ化工株式会社様よりご支援頂きました。
・スタイロフォームB21820*910*100をリブ、外皮に用いています。
・7~8mm厚(目標値7.5mm)にスライス

スライスはCNCを用いています。実は今回使用しているCNCは3軸フライスと4軸ワイヤカットに変形できるのです。
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他の作業をしているう間にスライスは終わっていますw
このスライスしたシートを材料としてリブを切り出して行きます。
まず、リブの3Dデータを作って、ツールパスを作って切り出します。
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そのあと、1mm厚バルサより切り出した補強パーツを貼付けてリブを作って行きます。
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次にリブを桁に通します。そのあとリアスパを通します。基本的にMDF製のジグをベースに位置合わせしています。注意点はいろいろありますが、ジグは所定の場所にきっちり置いて、桁は上下方向があるのできっちり置くことくらいでしょうか。ちなみにジグもCNC切り出していますが、桁を置く部分は桁外形に合わせて微妙に楕円になっています。
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リアスパの固定を。
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リブの接着には以下の発泡スチロール用瞬間接着剤を用いています。というか、翼はこの接着剤だけで作ってます。外皮もこれで付けています。位置合わせした後触らずに接着できるので便利です。右のは促進剤です。発砲瞬着は普通の物より時間がかかるので。使いすぎると熱を持って台無しになるので注意。
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あと、バルサの補強パーツやリブキャップ、後縁材は下のスプレーのりで付けてます。
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2、ワイヤとか
次に、ブレーシングワイヤを取り付けます。ブレーシングワイヤは下のベクトランを用いています。テンションは6~7kgほどです。ワイヤの固定には瞬間接着剤を用いています。これでしっかり止まります。
かなり丈夫なワイヤなのですが、今回の着水時にブッツリ切れてました・・・。・・・言いたいことはたくさんありますが、放送が終わるまでは我慢します。
w11.jpg
w12.jpg

3、外皮
次に外皮を切り出します。
これもCNCで切り出しています。3次元カットをしているほとんどのチームはこの作業がとても大変だと聞いています。(ヤマハさんはNCで切り出していると聞いたことがありますが・・・ご存知の方いらっしゃいますか?)が、ドボン会は、自分1人ですべての外皮を切り出しました。といっても、勝手にCNCが切り出してくれるだけですが。非常に便利ですw
テーパカットも問題ありません。
まず、3Dのデータを作ってワイヤパスを作ります。
w15.jpg

外皮がの写真が無かったので尾翼外皮端材の写真を。
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で、リブにはめます。
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基本的に木材ストリンガは使用していません。理由は
1、湿気でたわむ。
2、材質が外皮と違うので風圧による曲率変化が表面にでる。
というところでしょうか?CNCなので、ストリンガの代わりに端を上の写真のようにしています。パコッとはまっていい感じです。

後縁側を切り出します。フルプランクですので。
w16.jpg
w21.jpg
w22.jpg

写真のように凝った感じになってます。
リブのしっぽ。
w23.jpg
外皮断面。
w24.jpg
はまります。
w25.jpg

貼ります。
w27.jpg
w28.jpg

前後に分かれているのはスタイロの厚さ制限と、組み立て時における誤差吸収のためです。
ちなみに切り出し幅はスタイロ幅そのままです(910mmくらい)
切り出した後若干縮むのでそれも考慮しています。

外皮は場所によって厚さを変えています。
フルプランクなのはいろいろ理由はありますが主に
1、翼型的に
2、三角形の補強パーツ入れるならフルプランクの方が丈夫で軽い。
3、フイルムを浮かさないようにするため。
な感じでしょうか。フイルムに関しては後ほど議論を。

切り出した後のスタイロ塊。
w26.jpg

4、後縁材とか
後縁材は1mm厚のハードバルサを用いています。大量に木村バルサより購入し、質のいい物だけを厳選して使用しています。最近は購入内半分も使えないです・・・。
翼の長さ分を繋ぎ合わせて、スプレーのりで接着します。
その後、エポキシレジン(Z2)をアルコールで希釈して浸透させています。尾翼の希釈率は低かったので湿気に勝ってかなり丈夫で真っ直ぐなのですが、主翼は軽量化と思い若干高めにしたら湿気に少し負けました・・・。
で硬化まで下敷きに。
w29.jpg
このあと、薄く研ぎだします。

で、リブキャップを付けて完成。
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翼を納めると・・・狭いですw
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5、フイルムとか。
フイルムにはいろいろな考え方があると思います。
ドボン会の今回の機体では「全面接着タイプの収縮フィルム」を用いました。厚さもそこそこあります。
重さは他のチームで最も多く使われていると思われるミレファンより少し重いですが、両面テープ分を考えるとさほど差はありません。
個人的な考えですが、タイムトライアル部門の場合フイルムは多少重くても丈夫で全面接着タイプを使うべきであると考えます。
理由は
1、フイルムの軽量化なんて微々たる物。最外層にあたるフィルムがやわだと翼面加重の大きな高速機では翼の変形を招きます。言うまでもないですが、せっかく奇麗に作ってもフィルムがたわむと意味がありません。軽量化と変形による抗力増加のトレードオフでしょうか。
2、上反角が付いた場合、両面テープ部分止めのフィルムだと上面のフィルムがかまぼこ状にたわみます。良くないです。全面接着およびフルプランクだとその心配がほとんど無くなります。参考までに日大さんは本番ではのり付けしているそうです。
3、段差がほとんどない。見た目が奇麗w
といったところでしょうか。
丈夫なフイルムを使う分、収縮力も多少強くなるのでそれに見合った構造にしておく必要があります。
また、フイルムを本番前に張り替えるチームが多々見受けられますがそれもあまり好きではありません。せっかくテストフライトで調整しているのに貼り直すとバランスが崩れる可能性も考えられますので。
なので、ドボン会では初めに貼って以来フィルムは貼り直してません。持ち手すらありません(完全密封です)
接合も工夫していて、各翼はリアスパのみM3ネジ1本で固定されています。ですので、フィルムには穴がありません。こうしておくことで、組み立て解体は30分ほどで出来ます。空力的にも毎回同じ条件です。(持ち手を塞ぐ必要がありません)
まま、いろいろな考え方があると思いますが、自分の見解です。

で、使用したフィルムがこれ。
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機体をご覧になられた方は、フィルムの奇麗さを実感していただけたかと思います。自分で言うのも少し傲慢かもしれないですが、それくらい自信はありますw
唯一の難点は、貼るのにそれなりの技術が必要であるということでしょうか。特性としてオラライトに近いです。貼り方も同じでアイロンを使います。ドボン会でこのフィルムを使えるのは自分一人です。特に主翼の場合、温度を間違うとプランクを変形させてしまいますので、集中力を使います。
話は変わりますが、フェアリングにも使用しています。

一応同商品がRC用に小分けで販売されていたりもします。(商品名は違いますが)
値段は1本2万円くらいで2本セットでの購入になります。幅はいろいろあります。メーカサイトにPDFがありますので参照してみてください。

で、主翼に貼って完成!
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6、おまけ
尾翼稼働軸の話。リングが入ってます。
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w38.jpg
真鍮製です。砲金の方が良いですが。
真鍮になったのは時間的制約です。理想は金属スリーブの上に樹脂ベアリング(オイレスとか)を使うのが良いです。樹脂だけで支えると、尾翼パイプが柔らかい場合、断面が変形し動きが渋くなります。フッ素樹脂は柔らかいので注意が要ります。金属薄肉ベアリングを使うのも手ですが、重さとのトレードオフで。

以上。長々とすいません。

by KORO






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