FMS(R/C用フライトシミュレータ)のヘリコプタParファイル解析
FMSは、フリーソフトとして海外で開発されているラジコン用のフライトシミュレータです。Windows95/98/Meパソコン上で動作し、自分の使っているプロポをコントローラーとして使用できること、機体や風景のデータを作成／流用しやすいこと、リアルな操作感が得られることなどから、日本でも利用者が増加中です。
ここでは、ヘリコプタ用parファイルの内容について、少しずつ解明していきたいと思います。
ヘリコプタのパラメータは、飛行機よりも多くなっていますが、比較的シンプルな構成になっているようです。
ヘリコプタには詳しくないので、すごくあやしいですが、パラメータの推定を行いました。
（行番号は、空白行を除いてカウントしています）
名称や記号は、もう少しヘリコプターの勉強をしてから付け直したいと思います。
推定したパラメータの検証のため、モデルを変更してフライトを行い、定常飛行状態（直線飛行とホバリング）の飛行特性について、シミュレーション結果と予想値の比較を実施中です。FMS画面に表示される速度と高度の桁数が少ないため、検証精度はあまり高くありません。
FL=1/2*1.2/9.8*S*CL*(π*2*R*N/60)^2
CL=CLa*kp*Pmax
になるように計算されているようです（失速しない場合）。ここで、kpはブレードピッチ制御の操舵率で、フルパワーでkp=1、フルダウンでkp=-1です。普通に計算すると、この値の1/3になるはずですが、なぜか、これで計算されているようです。
フルパワーのとき、
FL=1/2*1.2/9.8*S*CLa*Pmax*(π*2*R*N/60)^2
Cobraでは、FL=1/2*1.2/9.8*0.04*6.2*0.1*(π*2*0.65*1800/60)^2=22.79 (kg重)
なので、機体質量は、これ以下の必要があります。
静止していない場合は、ローターへの流入風速により実行的なブレードピッチが減少し、推力が低下します。
Tm=4/3*FD*R
FD=1/2*1.2/9.8*S*CD*(π*2*R*N/60)^2
CD=Cd0+kCdi*kp*Pmax
になるように計算されているようです（失速しない場合）。普通に計算すると、Tm=1/4*FD*Rになるはずですが、なぜか、これで計算されているようです。CDも、普通はCD=Cd0+kCdi*Sqr(CL)になりそうですが。。。
CL=CLa*kp*Pmaxが大きい（推力が大きい）と、CDが大きくなり、トルクも大きくなります。
Tt=Lt*FLt
FLt=1/2*1.2/9.8*St*CLt*(π*2*Rt*Nt/60)^2
CLt=CLa*(at0+kr*Rmax)
になるように計算されているようです（失速しない場合）。ここで、krはラダーの操舵率で、-1から1の範囲です。
at0をうまく設定して、ラダーがニュートラルの状態(Kr=0)で、メインローターのトルクをちょうど打ち消すようにすることができます。Tt=Tmより、
at0=4/3*R/Lt*S/St*(Cd0+kCdi*kp*Pmax)/CLa*(R/Rt*N/Nt)^2
なので、フルピッチ（フルスロットル）状態で打ち消されるには、
at0=4/3*R/Lt*S/St*(Cd0+kCdi*Pmax)/CLa*(R/Rt*N/Nt)^2
Cobraでは、at0=4/3*0.65/0.9*0.04/0.02*(0.02+0.02*0.1)/6.2*(0.65/0.18*1800/4800)^2=0.01253(rad)
ホバリング状態で打ち消されるには、FL=mより、CL=m/(1/2*1.2*9.8*S*(π*2*R)^2) なので、
at0=4/3*R/Lt*S/St*(Cd0+kCdi*m/(1/2*1.2/9.8*S*(π*2*R*N/60)^2)/CLa)/CLa*(R/Rt*N/Nt)^2
Cobraでは、at0=4/3*0.65/0.9*0.04/0.02*(0.02+0.02*7.5/(1/2*1.2/9.8*0.04*(π*2*0.65*1800/60)^2)/6.2)/6.2*(0.65/0.18*1800/4800)^2=0.01177m
Cobraのat0は0.009なので、ラダー中立ではトルクが0にならないようです。
CD=CDb
になっているようです。ローターの空気抵抗は飛行特性には考慮されていません。
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