CFRP オーブン ULPの主桁構造検討 (2) [自作飛行機資材・機材(検討、調達)]
時間と予算に限りがあるプロジェクトの場合、その目的にあらかじめ優先順位をつけてから、システム設計にはいるのが良いと言われている。
なぜなら、プロジェクトの進行過程で都度迫られる、二律背反の判断は、個々にそれぞれ良かれと決定したものであっても、プロジェクト全体としてみた場合、それぞれが効果相殺の関係にあって、プロジェクト全体としての目的を達成できないことがままあるからです。
自作飛行機の設計は、その最たるものでしょう。
資材の強度とコスト、見てくれと工作時間、軽量化と強度 などなど あちらを立てるとこちらが立たずのことばかりです。
自作ULP製作の最優先課題は、10㎡の主翼(主桁)を、安全強度を確保しつつ出来るだけ軽く仕上げることです。
解1.長尺スプルース材を使用する・・・輸入コスト大 軽量化○ 強度○
解2.国内長尺材をFRPで補強する・・・木材コスト小 FRPコスト 中 軽量化○ 強度○
解3.国内長尺材をCFRPで補強する・・ 木材コスト小 CFRPコスト大 軽量化◎ 強度◎
コストパフォーマンスから、解2、解3
単純コストを優先すれば 解2
強度・軽量化を優先すれば 解3
CFRPは強度と軽量化の難問を解くキーポイントす。
CFRPの問題点はコスト高に加えて、工作の難しさにあり、これをクリヤーできれば、問題解決に一歩近づけます。
CFRPはカーボンがレジンとの親和性に乏しく、ハンドレイアップが難しい。
この難点を改良したのが、工場でレジンをあらかじめ浸透させたプリプレグシートです。
ハンドレイアップが容易になる反面、硬化させるために125度前後で4時間程度加熱する必要があります。
この加熱用の窯(オーブン)を格安で自作できないか可能性を検討してみます。
温風加熱炉の基本構造です。
自作オーブンの熱源は、工事用レンタルのジェット・ヒーターを必要なときだけ借用することにしたい。
たしか、ダクト付き送風機もあったはず。
主桁の長さは3~4mになるので、窯を作るというより、CFRPのレイアップが済んだ桁の上にカバーをかぶせて加熱する方式のかまぼこ筒状の簡易シェルターを考えてみた。
シェルターは3×6トタン板2枚、リターンパイプはVU管の残り材。保温材はグラスウール・ロールの残り材、排気ダンパーは、ストーブから借用すれば何とかなりそう。
後はリモート温度計、ポリカの真空整形は170~200度Cというから、
A&D・AD-5624デジタル温度計、-50~+260度C、ステンレスプローグコード1m付き
MonotaRO 3,060円 このあたりを購入しておけば後々良さそうです。
この程度の投資で、済むのであれば、一度昇温テストしてみて可能性を確かめてみてから、最終結論を出そうと思います。
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自作ULP製作の最優先課題は、10㎡の主翼(主桁)を、安全強度を確保しつつ出来るだけ軽く仕上げることです。
解1.長尺スプルース材を使用する・・・輸入コスト大 軽量化○ 強度○
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解3.国内長尺材をCFRPで補強する・・ 木材コスト小 CFRPコスト大 軽量化◎ 強度◎
コストパフォーマンスから、解2、解3
単純コストを優先すれば 解2
強度・軽量化を優先すれば 解3
CFRPは強度と軽量化の難問を解くキーポイントす。
CFRPの問題点はコスト高に加えて、工作の難しさにあり、これをクリヤーできれば、問題解決に一歩近づけます。
CFRPはカーボンがレジンとの親和性に乏しく、ハンドレイアップが難しい。
この難点を改良したのが、工場でレジンをあらかじめ浸透させたプリプレグシートです。
ハンドレイアップが容易になる反面、硬化させるために125度前後で4時間程度加熱する必要があります。
この加熱用の窯(オーブン)を格安で自作できないか可能性を検討してみます。
温風加熱炉の基本構造です。
自作オーブンの熱源は、工事用レンタルのジェット・ヒーターを必要なときだけ借用することにしたい。
たしか、ダクト付き送風機もあったはず。
主桁の長さは3~4mになるので、窯を作るというより、CFRPのレイアップが済んだ桁の上にカバーをかぶせて加熱する方式のかまぼこ筒状の簡易シェルターを考えてみた。
シェルターは3×6トタン板2枚、リターンパイプはVU管の残り材。保温材はグラスウール・ロールの残り材、排気ダンパーは、ストーブから借用すれば何とかなりそう。
後はリモート温度計、ポリカの真空整形は170~200度Cというから、
A&D・AD-5624デジタル温度計、-50~+260度C、ステンレスプローグコード1m付き
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燃料タンクの安価な作製方法を検討 [自作飛行機資材・機材(検討、調達)]
超軽量化を実現したMC30の燃料タンクはアルミ溶接で作製されている。
MC12(CRICRI)では、FRPタンクを使用していたのに。
MC30よりは、多少重いものの、先に超軽量を実現したPIK26のタンクもアルミ製なので、
超軽量化にはアルミが重量的に有利なのかもしれない。
しかし、出来るだけ安価に自作ULPを実現したい私にとって、高価なウェルダーが必要なアルミ製タンクは検討の対象外だ。
自作ULPの計画段階で、私は、燃料タンクの作製はTONY BINGELIS の「SPORTPLANE CONSTRUCTION TECHNIQUES」にあるコンポジット・タンクを参考にしようと考えていた。
しかし、安価なポリエステル・レジンを使用するために高価なPVCフォームかクラーク・フォームで枠を作製する必要があるので、自作が可能であっても、コスト的には今一不満でした。
ところが、PIK26のネット・リサーチでよい作製方法を見つけ出した。
安価なスタイロフォームで雄型を作り、ガムテープ(ダクトテープ?)で保護する。
その上からFRP(ポリエステル)を積層して、上下のタンクシェルを整形して、合体する方法です。
この方法なら、型に安価なスタイロフォームを使用できるし、スタイロフォーム溶かさないためにわざわざ高価なエポキシ系レジンを使用する必要もなくなる。
(燃料タンクなら、多少寸法精度が劣っても実用に問題は無いのでポリエステル・レジンで充分)
しかし最近、ポリエステル系レジンはガソリンに弱いと言われてるので、替わりに、耐油性があるビニエステル・レジンを使えば、安価に目的を果たすことが出来そうです。
製作方法が見えてきたので、ヤフーオークションで中古 ガソリンタンク AF61 を落札しました。
ほぼ必要部品が付いていて、落札額は480円!
給油口ネック、キャップ、燃料コック、センダー取りつけハッチ部分を切り取って、自作のFRPタンクに組み込むつもりです。
FRPタンクはこんな感じに作りたいです。
キャップに加えて、給油口のハッチ(フラッシュ)を取り付けたらどうだろう。
ついでに、リサーチしてみました。
確かにカッコイイ! しかし重量増加にシビアーなULPにこれを使うのは、やりすぎかなー?
でも、欲しい!
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サンバイザー付きジェット型ヘルメット ZJ-2 ZaCK [自作飛行機資材・機材(検討、調達)]
眼鏡使用可能なサンバイザー付きのヘルメットを探していたらバイクのヘルメットで手頃なものが見つかりました。
ジェット型ヘルメット ZJ-2 ZaCK
●特長:
【UVカットシールド】シールドは硬質ポリカーボネイトを使用。お肌の大敵、紫外線を97%までカット!
【洗内装】インナーPAD、イヤーPADが取り外せて洗える脱着式。洗濯機などで洗うことが可能。
【エアーインテーク機能】エアーをライナー内に取り込む機能。通気性を高め長時間のライディングをサポート。
【ダブルシールド構造!】スモークシールドを内側に内蔵。ヘルメットサイドのレバーで収納できます。強い陽射し時など必要に応じて使用できるスグレもの!
●サイズ: フリー(58~59cm) ●規格: SG規格適合(全排気量対応SGALL)
5,320円 MonotarO
エンクローズドコクピットのULPには、ヘルメット着用が義務付けられていないようですが、少なくとも、地上走行テストやジャンプ訓練ではクラッシュに備えてヘルメットは着用しようと思っていた。
非常事態からの脱出を想定すると、飛行テスト時は機体からキャノピーも外しておいたほうが良さそうだ。
そうなると、ヘルメットに、防風バイザーはあったほうがよい。
その点、 ZJ-2 ZaCK は防風バイザーのほか、シェル内臓の サンバイザーを備えているので度付きサングラスを別途用意する必要がなくなる。
機体の製作も進んでいないのに、ヘルメットもないのだけど、調べているうちに無性に欲しくなってきた。
値段が手ごろなのも、かえって我慢しづらいところ
機体を完成出来るか自信が有るわけで無いが、精神衛生上、ストレスは良くないので、工房の装飾用に購入することにしました。
実際購入したのは、 ZJ-3 ZaCK BLACK ¥5,373 MONOTARO
ZJ-2は着用したとききつく感じるとの口コミで、それより大き目のZJ-3にした。
インナーバイザーを備えているため、アウターシェルは大きいらしいので、色は大きさが目立たない黒にした。
数日後、到着したヘルメットをこっそり試着してみた。
値段の割には作りも丁寧で、結構プロフェッショナルな雰囲気もあってとても気に入りました。
でも、私がかぶると、頭でっかちな宇宙人っぽく見えてしまうのは、小柄な私のせいでヘルメットのせいではありません。
機体のキャノピーの大きさは、ヘルメットの大きさを考慮する必要が出てきました。
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【エアーインテーク機能】エアーをライナー内に取り込む機能。通気性を高め長時間のライディングをサポート。
【ダブルシールド構造!】スモークシールドを内側に内蔵。ヘルメットサイドのレバーで収納できます。強い陽射し時など必要に応じて使用できるスグレもの!
●サイズ: フリー(58~59cm) ●規格: SG規格適合(全排気量対応SGALL)
5,320円 MonotarO
エンクローズドコクピットのULPには、ヘルメット着用が義務付けられていないようですが、少なくとも、地上走行テストやジャンプ訓練ではクラッシュに備えてヘルメットは着用しようと思っていた。
非常事態からの脱出を想定すると、飛行テスト時は機体からキャノピーも外しておいたほうが良さそうだ。
そうなると、ヘルメットに、防風バイザーはあったほうがよい。
その点、 ZJ-2 ZaCK は防風バイザーのほか、シェル内臓の サンバイザーを備えているので度付きサングラスを別途用意する必要がなくなる。
機体の製作も進んでいないのに、ヘルメットもないのだけど、調べているうちに無性に欲しくなってきた。
値段が手ごろなのも、かえって我慢しづらいところ
機体を完成出来るか自信が有るわけで無いが、精神衛生上、ストレスは良くないので、工房の装飾用に購入することにしました。
実際購入したのは、 ZJ-3 ZaCK BLACK ¥5,373 MONOTARO
ZJ-2は着用したとききつく感じるとの口コミで、それより大き目のZJ-3にした。
インナーバイザーを備えているため、アウターシェルは大きいらしいので、色は大きさが目立たない黒にした。
数日後、到着したヘルメットをこっそり試着してみた。
値段の割には作りも丁寧で、結構プロフェッショナルな雰囲気もあってとても気に入りました。
でも、私がかぶると、頭でっかちな宇宙人っぽく見えてしまうのは、小柄な私のせいでヘルメットのせいではありません。
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主翼桁の樹種 (ホワイトウッド) [自作飛行機資材・機材(検討、調達)]
母屋の物置に吊り棚を増設するするために1×4材が必要になり、近くのホームセンターまで買出しに出かけた。
2×4材売り場に、補充用の2×4×12f 材がまだ台車に乗ったままの状態で置いてあったので、ふと眼をやると、なんと、その中にほとんど節の無い良材が混在しているではないか。
建築用の2×4材は、比較的素性の良い長尺材が安価で入手できる一方、強度的に問題なければ生き節OKの建築用構造材だから、資材売り場で無節の良材に出会える機会はそうそうあるものではありません。
スパーに使えるような無節長尺材を得ようとしたら、かなりの大口径材から切り出された製材(2×10とか)のなかから吟味して木拾いし、場合によっては集成しなければ目的を達することが出来ないと感じる。
それで、今までも、事あるごとに気をつけてずいぶん探していたのだけれど、なかなか適材にはめぐり合えないので、諦めて、折衷案として強度に若干不安はあるが、最近デッキ材として出回り始めたウエスタンレッドシダーの角材(節が少ない)を引き割りして桁材を作り、FRPで補強して使用しようかとも思い始めていたところでした。
FRPの補強策を併用するにしろ、併用しないにしろ、無節の長尺材を安価で入手できれば、桁の制作方法の選択肢と自由度は格段に増えます。
はやる気持ちを抑えて、木目の通ったのを厳選して、使えそうな5本を入手した。
ほぼ無節12fホワイトウッド2×4材を、一本640円の建材価格で5本ゲット!
表1 樹種別の木の強度
注:農林省林業試験場木材部編(昭和51年)より。
ホワイトウッドは、別名欧州トウヒ、あるいはヨーロッパ・スプルースと呼ばれる大木から製材される素性の良い良材です。
ところが、日本の住宅業界での評価は最悪!
高温多湿の日本では、腐朽菌に犯されやすいので、耐朽度極小と蝦夷松並みの最悪にランクされてしまうのだ。
しかし、日本で住宅用構造材としては散々なホワイトウッドですが航空機の翼桁材としてのホワイトウッドは、比重、圧縮強度、引っ張り強度、せん断強度、ヤング係数の全てにおいて、自作航空機の翼桁材として有名なシトカ・スプルースに匹敵する強度と適性を備え持つ優秀な樹種なのです。
機体製作過程で耐水処理、通風換気の防湿対策を講ずれば、最適の桁材であることは確かです。
(同様の観点から道産材の蝦夷松は、桁材としての適性を持ちながら、乾燥長尺材の流通が無いのが残念です。)
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2×4材売り場に、補充用の2×4×12f 材がまだ台車に乗ったままの状態で置いてあったので、ふと眼をやると、なんと、その中にほとんど節の無い良材が混在しているではないか。
建築用の2×4材は、比較的素性の良い長尺材が安価で入手できる一方、強度的に問題なければ生き節OKの建築用構造材だから、資材売り場で無節の良材に出会える機会はそうそうあるものではありません。
スパーに使えるような無節長尺材を得ようとしたら、かなりの大口径材から切り出された製材(2×10とか)のなかから吟味して木拾いし、場合によっては集成しなければ目的を達することが出来ないと感じる。
それで、今までも、事あるごとに気をつけてずいぶん探していたのだけれど、なかなか適材にはめぐり合えないので、諦めて、折衷案として強度に若干不安はあるが、最近デッキ材として出回り始めたウエスタンレッドシダーの角材(節が少ない)を引き割りして桁材を作り、FRPで補強して使用しようかとも思い始めていたところでした。
FRPの補強策を併用するにしろ、併用しないにしろ、無節の長尺材を安価で入手できれば、桁の制作方法の選択肢と自由度は格段に増えます。
はやる気持ちを抑えて、木目の通ったのを厳選して、使えそうな5本を入手した。
ほぼ無節12fホワイトウッド2×4材を、一本640円の建材価格で5本ゲット!
表1 樹種別の木の強度
注:農林省林業試験場木材部編(昭和51年)より。
ホワイトウッドは、別名欧州トウヒ、あるいはヨーロッパ・スプルースと呼ばれる大木から製材される素性の良い良材です。
ところが、日本の住宅業界での評価は最悪!
高温多湿の日本では、腐朽菌に犯されやすいので、耐朽度極小と蝦夷松並みの最悪にランクされてしまうのだ。
しかし、日本で住宅用構造材としては散々なホワイトウッドですが航空機の翼桁材としてのホワイトウッドは、比重、圧縮強度、引っ張り強度、せん断強度、ヤング係数の全てにおいて、自作航空機の翼桁材として有名なシトカ・スプルースに匹敵する強度と適性を備え持つ優秀な樹種なのです。
機体製作過程で耐水処理、通風換気の防湿対策を講ずれば、最適の桁材であることは確かです。
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SPARCAP-TAPER SAWING FIXTURE (主桁切り出し治具) [自作飛行機資材・機材(検討、調達)]
自作飛行機KR2 plansのコンストラクション・マニュアルの中には主翼テーパー桁の切り出し方法(治具)についての簡単なイラストが掲載されています。
先日偶然に、桁材として使えそうな、12fホワイトウッドを購入したので、改めてこのイラストをもとに自分なりに治具を考え直して見た。
テーパーの精度を上げるためには、角度調整用のブロックを相当密に入れて、切断中の材のしなりを押さえ、スライドバーと桁材を確りと上手に仮止めする必要がありそうです。
しかも、仮止めは大事な鋸の歯を痛めないように、また桁材を損なわないようにする必要があるので、まず両面テープとステープルで仮止めして試してみようかと思う
テーパー桁切り出し用に「テーブルソーを自作」してあるので
それに、延長テーブルと送りローラーを追加してテーパー加工に対応したいと思う。
まず、長いスライドバーを正確に製作することから始めなければならない。
それにはアルミアングル側面には敷居スベール・テープを張ろう
桁断面の直角精度確保には、下手にカンナは使用しない方が良いかも。
もっぱらテーブルソーの鋸歯の傾き調整に賭けることにしようと思う。
そのために、大事にしていて、普段めったに使わない仕上げ用電動丸鋸歯の出番です。
回転する鋸歯に側圧がかからないよう、桁材をゆっくりとスライドさせていけば、鋸の歯が自然に走って、多分巧くいってくれるだろうと楽観的に期待している。
頼りにしてまっせ!
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しかも、仮止めは大事な鋸の歯を痛めないように、また桁材を損なわないようにする必要があるので、まず両面テープとステープルで仮止めして試してみようかと思う
テーパー桁切り出し用に「テーブルソーを自作」してあるので
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まず、長いスライドバーを正確に製作することから始めなければならない。
それにはアルミアングル側面には敷居スベール・テープを張ろう
桁断面の直角精度確保には、下手にカンナは使用しない方が良いかも。
もっぱらテーブルソーの鋸歯の傾き調整に賭けることにしようと思う。
そのために、大事にしていて、普段めったに使わない仕上げ用電動丸鋸歯の出番です。
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