これは映画『アベンジャーズ』だけでなく、コミックにも出てくる話です。
こんなものが本当に空を飛ぶのでしょうか？ 人力ヘリコプターからの近似値を使って、これを飛ばすのに必要な電力量を推定してみます。
- 最近の映画「アベンジャーズ」から、上に示したヘリキャリアを使用することにします。
- 前の投稿で書いた力とパワーの表現はほぼ有効です。
- 映画のヘリキャリアは、実際の空母と同じくらいの大きさと質量があります。 空気より軽い航空機のように浮くことはない。 映画では通常の空母と同じように水に浮いている様子が描かれているので、この仮定は合っていると思います。
ちなみに、ホバリングする場合、空気を押し下げる力（つまり揚力）は次のように見積もられました：
注意として、Aは押し下げられた空気の面積、これはローターのサイズとなる、vはローターで空気を押すスピードとなる。
ヘリキャリアの質量と長さ
このヘリキャリアは明らかにニミッツ級空母ではなく、別のものです。 しかし、同じ大きさであることは間違いなさそうです。 ニミッツ級空母との比較です。
滑走路の幅はほぼ同じに見えますので、長さとヘリキャリアーの質量はほぼ同じと言うことになりますね。 ウィキペディアによると、長さは333メートル、質量は約108キロです。
ヘリキャリアの長さを使うと、ローターの大きさを推定することができます。
推力速度と出力
ヘリキャリアがホバリングしているとき、推力は重量と同じ大きさになるはずです。 このことから、ローターが空気を下に動かす速度の見積もりができます。
簡単にするために、低空ホバリングについて見ていきましょう。 つまり、空気の密度は1.2kg/m3でいいのです。 もちろん、高度が高ければ、密度は低くなります。 上記の質量とローター面積から、推力空気速度は642m/s（1400mph）となります。 これは、音速よりも速いということです。 私が実際のヘリコプターやジェットエンジンのことをよく知らないことは明らかでしょうが、これだけの推力があれば、他の計算も複雑になるのではないでしょうか。
対気速度がわかったので、ホバリングに必要なパワーを計算することができるようになりました。 繰り返しますが、ホバリングに必要なこのパワーの (おそらくインチキな) 導出方法については、私のヒュマ コプターの投稿にありました。 馬力に換算すると、これは 4.26 x 108 馬力になります。 すごい馬力だ。 ちなみに、ニミッツ級空母の推進力は1.94×108ワットとされている。 これは最大出力だと思うので、ヘリキャリアを持ち上げるには不十分でしょう。 明らかに、シールドのヘリキャリアはもっと優れた動力源を持っています。 少なくとも2×109ワット程度はないと動作しないのではないでしょうか。 じっとしているだけで最大出力は使いたくないですからね。
本当に、部分的にでも本物の空母の出力に近いとは、私の大雑把な計算でも驚きです。
Real Helicopters
なぜ今まで本物のヘリを見ようと思わなかったんでしょう。 ヘリコプターの種類で調べられるのは、ローターの大きさと質量の2つです。 もちろん、推力風速は分かりませんが、それは調べられます。 質量とローターサイズの関数として、ホバリングに必要なパワーを求めてみよう。 ホバリングに必要な力から出発して、推力風速の式がわかった。 これを動力の式に代入すると、
では、いくつかのデータを紹介しましょう。 Wikipediaで見つけた値です。
これらの航空機の実際のパワーと、私の「ホバリングするための最小パワー」を比較してみるとどうでしょうか。 私の（インチキかもしれない）計算は、ローターの質量と面積に依存するだけなので、私を止めるものは何もありません。
正直、これがこんなにきれいに線形になるとは思ってもいませんでした。 この直線回帰線の傾きは0.41で、切片は14.4kWです。 では、これは何を意味するのでしょうか。 傾きについては、私が計算した出力（ローター面積に基づく）は、これらの航空機で実際に利用可能な最大出力の41%であることを意味します。 さて、これはホバリングするヘリコプターがエンジンを41%で動かしていることを正確に意味しているわけではありません。
14.4kWのインターセプトについてはどうでしょうか。 まず、これはこれらのエンジン出力と比較すると、実質的にゼロです。 一番小さいエンジンは310キロワットです。 第二に、エンジンパワーは他のもの（架空電力）を動かすために必要なだけだと言おうと思ったのですが、プロットすると切片がマイナスにならざるを得ないのです。 9579>
他のプロットはどうでしょうか。 面白いものがあります。 これは推力空気速度対ヘリコプターの質量のプロットです。
クールな部分は、実際のパターンがないように見えるということです。 大きなヘリコプターは、（私のモデルでは）空気を押し下げ、空気は約28m/sの速度で出ていきます。 これは、ヘリキャリアの計算上の空気速度642m/sよりはるかに遅いです。 次に何が起こるかわかりますか？ 今度は、ヘリキャリアが28m/sの推力でホバリングするために必要なローターの大きさを計算します。 これを推力速度50m/sに上げてみましょう。シールドですから。
面積を求めるための動力は必要ないので、空気の速度を求めるのに使った式を使って、代わりにローターの面積を解けばいいんです。
あとはヘリキャリアの質量、推力空気速度、空気密度（海面での値を使っています）の値を突っ込むだけです。 この結果、ローターの面積は6.5×105m2となります。 これは、私が画像から測定した値よりかなり大きいです。
そうですね、これはおかしいですね。 でも、予想以上に高い推力速度を使ったことまで覚えておいてください。 もし30m/sを使ったら、もっとクレイジーな大きさになるだろう。 Crazy.
宿題
すべての割り当てられた宿題の問題のルールを忘れないでください：あなたがこれを理解するのを長く待つなら、私は代わりにそれを行うかもしれません
1. この問題はヘリキャリアの大きさについてです。 仮にニミッツ級空母と同じ大きさでないとします。 推力対気速度50m/sに対して、ローター面積が適切なサイズになるように小型化したとします。 この場合、ヘリキャリアはどのくらいの大きさになるのでしょうか？ (ヒント：約半分が水面上に浮いているので、空母の密度は約500kg/m3とする）
2. ネタバレ注意）アイアンマンがローターの1つを再起動しようとすると、それを押して起動させることになりました。 ローターが空気を押して642m/sの速度になったとする–これはローターの真ん中の直線速度である。 アイアンマンはどれくらいの速さで円を描いて飛んでいたのでしょうか？ このときのローターは、半分の速度しか出ていなかったと考えた方がいいかもしれません。 アイアンマンがこれだけの速度で円を描くと、どれくらいのGフォースが発生するでしょうか？ 9579>
3. ローターの動作速度では、ローターブレードの先端の加速度はどうでしょうか。 ローターブレードの張力を推定してください（張力が最大になるのはどこでしょうか）？ 既知の材料ではこの張力は高すぎますか。
Images courtesy Walt Disney Pictures