カマン K-1200 "K-MAX"
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2004年11月13日、静岡ヘリポートでヘリポート祭りが行われていた日、たまたまリフュエルに立ち寄ったカマンK-MAX。 米国カマン社が開発したヘリコプターK-MAXは、物資吊り下げ輸送専用の機種です。 この機体はアカギヘリコプター社所有、普段は奈良県の同社吉野基地をベースに木材運搬をやっています。K-MAXではないですが、仕事ぶりは例えばこちら「ヘリコプターが木材をはこぶ」などをどうぞ。 K-1200はカマン社で開発した機種にふられているナンバー。"K-MAX"という名前がポピュラーでK-1200はあまり使われませんが、型式証明はK-1200という名前で取得しています。 |
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普段は山の中で黙々と働いていて、人目につくことはなく、航空ショーにも出てこない。ず～っと前からぜひ一度、じっくり見てみたいと思っていたので、これが飛んできたときは実に感動しました。 もぉこおいうトンガッた機種大好き！！！ 設計したエンジニアは、スリング輸送だけのことを考える。速度は捨てる。いかに重い荷物を吊り上げるか。いかに安くするか。いかに整備性を良くするか。パイロットがいかに効率よく、仕事をできるようにするか。 エンジニアの思いがストレートに伝わってきます。だからトンガッた機種が大好きです。（アグスタA109K2を好きなのも、OH-1を好きなのも、同じ理由） |
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面白い形をしてます。この形の全てに理由があります。物資吊り上げ輸送専用ヘリとして追求した結果、生まれた形態です。 パイロットだけの１人乗り。物資吊り上げに必要なもの以外は全てを削ぎ落とし、余計なものは一切ついていない。これによって機体重量が小さくなり、空虚重量5000lb（2268kg）のK-MAXが、自分よりも重い6000lb（2721kg）の荷物を吊り上げることがでできる。 主要スペック 使用するNRは２種類あるのが変わってます。100%NR(260rpm)は空虚重量に近い状態で使い、104%NR(270rpm)は外部ロード吊り上げ時と密度高度10,000ft以上で使います。 NR270rpm、チップスピード207.8m/sは現代のヘリとしては非常に遅い部類です。高速性能を捨て、大きなブレードをゆっくり回してホバリング必要馬力を減らし、大きな吊り上げ能力を狙っているのが明らかです。 同じエンジンを搭載したベル205B（UH-1J）は最大離陸重量11,200lb、最大外部荷重（フック制限）は4500lb（2041kg）。K-MAXはこれより重い6000lbを吊ることが可能な、Nomal Category（N類）の機体であることがキモです。 |
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本当に面白いカタチです。いやもうホント、かっこいい！(笑) ローターは２枚ブレードのローターが２組、左右に分かれて外側に傾いており、ローター間の角度は25deg。これが互いに逆方向に回転し、お互いのトルクを打ち消しているので、テールローターは付いていません。この方式のローターを「交差反転式ローター」、英語ではintermeshing rotorまたはsyncrocopterといいます。 世界初の量産ヘリコプター、第２次大戦中のドイツFlettner FL282 Kolibriもこの方式であったので、実はとってもトラディッショナルな方式ではありますが、今やカマン社しか造れなくなっています。 ２つのローターは、トランスミッションの中でギアによって直結されているので、ブレードどうしが当たるようなことはありません。 |
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荷役用ヘリとして考えた場合、交差反転式はテールローターが要らないので、エンジンのパワーを有効に荷物吊り上げに使うことができるという利点があります。 また、荷物のピックアップ、リリースに伴ってパワーが増減するとき、普通のシングルローターのヘリコプターでは増減するトルクに対応してペダルを踏み換えないといけないのですが、交差反転式ではペダルを調節する必要もありません。 一日に何十回も荷物のピックアップ、リリースを繰り返す荷役ヘリにとってこれは大きいです。（ちなみに、この利点はタンデムローター機も同じです。） |
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コクピットの左右両側には、大きなバブルウインドウが取り付けられています。身長の異なるパイロットでも適応できるように円筒形です。下向きに細くなっている胴体と相まって、パイロットは吊っている荷物を直接目で見ることができます。 従来の荷役作業では、パイロットではないクルーがキャビンに搭乗し、荷物を監視し、高度と位置をパイロットにボイスで指示を出しています。「ちょい前、ちょい前、ハイちょい左、ハイそこーーー！」ってな感じです。 これでは息が合わないと仕事はうまくいかないし、どうしても慎重にやるので時間がかかってしまう。 機体にミラーを取り付けてパイロットが荷物を見ることができるようにすることもありますが、この場合でも鏡像ですからどうしても苦労が伴います。 K-MAXでは、パイロットが直接、荷物だけでなく、地上の作業員や障害物などの環境まで全て見ることができ、これによって作業のスピードと安全性が劇的に向上するわけです。 これ以外にも、K-MAXのコクピットには荷役作業スペシャルな工夫が満載です。 |
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左のバブルウインドウの下に弁当箱のようなものが付いています。 これは荷役作業中にみるための外部計器パネル。パイロットがバブルウインドウに顔を突き出して下を見ると、目の前に数個の計器が付いたパネルがあるわけです。 ここにフック荷重、エンジントルク、ローター回転数またはエンジンの排気温度が表示されます。NRとEGTはお客さんの希望で変更可能とのこと。機体の右側にもつけられるそうです。火災警報のリピーターライトとマスターコーションライトもついています。 荷役作業中、パイロットはこのコクピットで体を乗り出して、無理な姿勢で長時間操縦することになります。このため、アジャスタブルな脇腹サポートがシートに取り付けられており、これで上半身を安定させ、機外を長時間見ている間の疲労を軽減しています。 Simula社製クラッシュワージィ・シートは垂直20G、水平16G、横向き8Gのエネルギー吸収能力があり、５点固定式ハーネスが装備されています。コンベンショナルな操縦装置には、荷役作業とエマージェンシー時の全ての操作が可能なスイッチが取り付けられ、操縦装置から手を離すことなく操作が可能になっています。 この機体では、クルーが自分でつけたんでしょう、ダッシュボードにハンディGPSがついてます。ヘリコプターにはとっても有効な装備です。 エンジン、トランスミッション、フック荷重のピーク値と制限超過値をモニターし、記録する装置も装備しています。フック荷重については吊り上げた全ての荷物について自動的に記録され、ラップトップコンピュータにダウンロードできます。記録された過去の値は航空機の運用記録としてまとめられ、運ぶ荷物の重量やパイロットの飛行時間の割り振り管理、機体の制限超過トレンドモニターなどに利用できるそうです。 ↓このサイトで検索すると鮮明なコクピットの写真があります。 |
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胴体後部には、エンドプレート付きの水平安定板（ホリゾンタル・スタビライザー）がついています。前進飛行時の縦の安定性向上を狙っています。 また、このスタビライザーはコントール・チューブとクランクでコレクティブ・スティックと機械的に結合されており、コレクティブ入力量に比例して動きます。最後の方に置いてある飛行中の写真で、角度が変わっているのがわかるでしょうか。 また、垂直尾翼後縁には空力ラダーがあり、これもコクピットのペダルとコントロール･チューブとケーブルで結合されていて、操舵量に比例して動きます。これも飛行中の写真を注意深く見ると動いているのがわかります。 交差反転式ローターには（同軸反転ローターも）、オートローテーション時にはペダル入力方向と発生するヨーレートの関係が逆転するという欠点があります。このため、カマン社の機体はコレクティブがオートローテーション位置まで下げになると機械的に方向コントロールを逆転させるようになっています。なんと！ |
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３輪のランディングギアはそれなりに長く、大きな地上クリアランスを確保しています。メインギアは非常にワイドトレッド。メインギアのホイールにはディスク方式の油圧ブレーキが装着されています。 積層ゴムのダンパーがユニーク。カマンの古い交差反転ローターを持つヘリコプター、HH-43ハスキーにも同じものがついています（写真は例えばこちら）。これは地上共振対策のダンパーと思われます。 今回、K-MAXが飛ぶところを見ましたが、アイドル中のローター回転数が遅い間は、機体がず～っと左右に細かく揺れ続けており、地上共振の前触れのようでした。 柔らかい地面や積雪面への着陸のため、各ホイールにはスキッドプレート（ベアポウ：熊の足と呼ばれる）がついています。これらは一切の飛行制限に関係なく、１個または全てを取り外すこともできます。 ↓この写真、前脚の上、ノーズコーン下にピトー総圧管がついてます。 |
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カーゴフックとその取付部、周辺の胴体構造。フックからローターまで荷重が流れている道がわかるでしょうか？ 胴体外面に露出したウェブとストリンガーが本気を表現してます。(笑) たぶん、この中が燃料タンク。燃料が減っても重心は移動しません。その上の平板部分が巨大なカーゴルームのドア。カーゴルームの後方には大きなステップが畳んであります。 ローターシャフトパイロン支持部は、持ち上げている荷重の約80%をローターシャフトのトップまで伝えており、20%はトランスミッションマウントとローターシャフトが担っています。構造は6,000 Lb. (2722 Kg) の荷物の搭載卸下を20,000飛行時間連続した繰り返し回数と等価な条件で試験されているとのこと。 胴体は2024-T3およびT42アルミ合金のセミモノコック、ハードポイント構造は鋼製。胴体の外板は.050 - .060 inch(.127-.152 cm)材で、コクピットまわりは薄い板材。 |
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フックはローター付近の航空機の重心位置にあり、荷物をピックアップしたとき、リリースしたときに機体のピッチングを発生しないようになっています。 また、取付部には円弧状のＩビームが渡してあり、左右にスイングできるアセンブリーを介してフックがついています。これによって、荷物が左右に揺れたときに胴体にかかるモーメントをゼロにして、姿勢変化をなくし、操縦を楽にしています。 カーゴフックはK-MAX用に特別に設計されたもので、6,000 Lb. (2,721 Kg)まで保証されています。フックには荷重の計測装置が組み込まれ、コクピットに表示されます。 緊急時の荷物切り離しや、ウォーターバケットの放水操作、農薬の散布操作などにおいて使用する、電気的な接続も装備されています。カーゴフック・ジャンクション・ボックスがフックのすぐ前方にあり、機体フック、ロードリンク（フック荷重計測）、リモートフック用ロングライン、オプション装備用スペアの４つのコネクタが取り付けられています。 フックの後方にはスピーカーが付いています。グランドクルーへの指示用と思います。 |
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交差反転ローターと並ぶ、カマン社の得意技。サーボフラップによるメインローターコントロール。これもスゴイ！！！ Helicopter History SiteのKaman Timelineページを見ると、カマン社が1945年に初めて試作したヘリコプターから、もうすでにサーボフラップを使っています。 カマン社のヘリは全てこれによって操縦が行われます。カマンSH-2シースプライトは通常のテールローター形式機ですが、これもサーボフラップ操縦です。 サーボフラップを動かすことによってブレードをねじり、これによってブレードの迎角を変化させます。ブレードはねじりに対して柔らかくつくってあります。だから、ブレードの付根にはフェザリング･ベアリングはありません。 サーボフラップ方式の第一の利点は、小さなサーボフラップを動かすための操舵力が小さくてすむので、操縦系統に複雑・高価で整備に手間のかかる油圧ブーストが不用で、軽量にできるということ。 普通のヘリコプターは、ブレードの付根にピッチリンクという棒が付いていて、機体側からこの棒を上げ下げしてブレードの取付角を変化させます。大きなブレードの角度を根元から動かすには大きな力が必要で、ベル47のような初期の小型ヘリコプターでさえ油圧ブーストが後から追加されていました。 資料7)の著者、テストパイロットのShawn Coyleさんは7)の中でサーボフラップ方式を大絶賛しており、他のメーカーが真似しないのが不思議でならぬと言っています。(笑) ブレードの翼型はNACA23012、サーボフラップの翼型はNACA63-018、ローター半径75%位置に取り付けられています。このサーボフラップがブレードに対して最大13deg動き、ブレードピッチを最大23degまでねじります。 ↓K-MAXのローターハブの写真に、各部の名称を入れてみました。カマンの過去の機種の資料から作成したので、K-MAXとしては必ずしも正確な名称ではないかも。 |
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サーボフラップを動かすロッドが、Uクランクを介してブレードの中へと消えています。 ハブはシーソー方式で、真ん中にティータリング・ピンがあります。このピンはローターに対して直角ではなく、30degオフセットしています。なぜ？(笑) δ3？ ピッチホーン角度は？？？ ブレードとハブは１本のリードラグピンで結合され、このピン回りに動きます。ブレードは左右２本のダンパーで結合され、バラバラにリードラグ運動するのを防ぎます。主に地上共振対策です。 ブレードは複合材製で10,000時間点検不要。とはいえ交換しなければならないこともあるので、そのときにはこのダンパーを外さなければいけない。そのときにはブレードストップ・ロックピンを抜きます。これには無くさないようにチェーンがぶら下がっています。なんでわざわざチェーンなんてつけるんだろ・・・？ ドループ･ストップは、ローター回転中は遠心力で広がってますが、回転数が落ちてくることで遠心力が弱まると、写真のように降りてきて、付け根部でシャフトをはさみ込み、ローター面の傾きを拘束します。 電動のインフライト・トラッキング・アクチュエータ！があり、機体振動を小さくするように片側のサーボフラップの角度を微調整するこができます。サーボフラップだから簡単です。 |
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↑は資料5)より、カマンの初期のヘリコプターHTK-1（写真はAll the World's RotorcraftのKamanのページを参照）の操縦系統図。右はK-MAXのハブ。 K-MAXの操縦系統図があるとよかったんですが、ついに見つかりませんでした。本頁末に挙げた参考資料を読み、なんとか９０％は理解できたつもりですが、まだ１０％はわからない(笑)。 で、資料1)よりK-MAXの操縦系統に関する記述の訳をそのまま置いときます。理解したい人はどうぞ！ 頭の体操です。 「コクピットの操縦装置はコンベンショナルである。これは床下にあるミキシング･モジュールと機械的に結合されている。ミキシング･モジュールはコントロール入力をコントロール・チューブを介してアジマス・アセンブリに伝達する。アジマス・アセンブリはトランスミッションの下部に取り付けられており、ノン・ローテーティング操縦系統をローテーティング・ローターコントロールに接続する。アジマス・アセンブリは、各ローターに１つづつ、計２つのジンバル・マウントされたサイクリック・コントロール・リングと、操縦系統によって直接的に傾きが変わるピボットから構成される。各アジマスから２本のロッドが中空のローターシャフトの中を通り、コントロール入力を各ローターハブに取り付けられたクランクへ伝える。入力はクランクからブレードのサーボフラップへ伝えられる。この機械的・直接的なサーボフラップ操縦によって、ハイドロシステムが不用になっている。」 資料5)の系統図には、コレクティブがオートローテーション位置まで下がったときに、ラダー入力を機械的に逆転させるリバーサー・モジュールも描いてあります。よくわかんないけど！(笑) 「わからない１０％」は、ジンバルリングに回転駆動力がどうやって与えられているのかということ。普通のヘリのスワッシュプレートにはそのためのシザースがあるが、ここにはシザースに相当するものが見当たらない。 ローターの回転中、ローター内のロッドやＵクランクには大きな遠心力が発生しているはず。２本分の遠心力はローターシャフト内のプッシュプルロッドを通って”アジマス”で出会い、拮抗する。 Uクランクの外側についているのは、遠心力低減のためと思われるバランスウェイト。”アジマス”に過大なテンションがかからないようにしている。 ここでの適切なテンションが、ハブからシャフト内のロッドを介して”アジマス”のローテーシング・ローターコントロールを回転させているのか？ そんなにうまくいくのか？ 操舵したときどうなる？ 本当か？(笑) |
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交差反転式のローターの操縦を説明しましょう。 といっても、ピッチ、ロール、コレクティブの操縦は普通のヘリと変わりません。２つのローターが一緒に動くだけです。 普通と違うのは、ヨーのコントロール。ペダルを踏むとディファレンシャル･コレクティブになります。 たとえば右ペダルを踏むと、時計方向に回転している右ローターのコレクティブ・ピッチ角が小さくなり、同時に反時計方向に回転している左ローターのコレクティブ・ピッチ角が大きくなる。これにより、時計方向のトルクが増大し、機体は右へと機首を振ってくれます。また左右で推力差がでるので、右ロールも発生します。 さらには、カマンでは右ローターを後方へ傾け、左ローターを前方へ傾ける、という芸の細かいことまでやっており、これによってもヨーイングモーメントが発生します。 この結果、ペダル操作だけで機体は旋回する方向へバンクしていくことになります。 |
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ローターが外側に傾いているので、翼端はかなり低い位置を通ります。このため胴体には「注意 横から近づくな！！接近するときは前方から！」と大書きされています。 テールローターが無いのでドライブトレーンはシンプルで、通常のテールローター形式のヘリコプターに比べ、部品点数が劇的に少なくなっています。テールローター・ドライブシステムが無いことで、その分の低サイクル疲労応力のかかる部品がなく、整備コスト、部品コストと、これらのアイテムの使用時間を記録する手間がかかりません。 T5317A1ターボシャフトエンジンの最大出力は排気温度制限ありで1800shp、これを1500shpで減格使用することで外気温に関わらず常にフラットな出力を利用でき、エンジンとしては楽なので故障が減ります。最大連続出力（MCP）は1350shp。 K-MAXのトランスミッションは定格1350shp。過渡限界は1500shp。FAAの型式証明データシートにあった、トランスミッション・リミットは下の表の通り。
トルクをpsi（pounds per square inch）というプレッシャーの単位で表示するのは、エンジンの減速機内のスパイラルベベルギア（曲がり歯かさ歯車）の軸端に油室を設け、トルクが増大したときにギアに発生するスラストによって増大する圧力を検出しているためです。 TQ制限が低く設定されているところはハンドリングクオリティからの設定で、駆動系の制限によるものではないとのこと。 ICAO標準日条件（外気温15℃）、海面高度で、最大重量12,000 Lb. (5443 Kg)でホバリングするのに約1200shp。1350shpをTQ100%とすると、1200shpは89%。この機体では減格してるから夏場や高地でもエンジン出力は低下しないけど、空気密度が下がることによるローターの性能低下はあるから、やっぱり結構厳しいですね。あと150shpくらいトランスミッションに余裕を持たせたら本当に何も心配しなくていい機体になったのでは、と。 エンジンのインテイクが黒く見えるのは、FOD（異物吸入損傷）防止のためのロール式スクリーンが装着されていて、不整地での運用に備えています。トランスミッションとエンジンとの接続部はKaflexドライブシャフトと呼ばれ、整備不要でフェイルセーフ。１つのインプット・ギア・アセンブリ、ローターシャフトを駆動する２つのアウトプット・ギア・アセンブリがあり、フリーホイール・ユニットとローターブレーキが装備されています。 トランスミッション・オイルは自動車トランスミッション用のDexron II、またはDexron IIIでOK。 |
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エンジンをかけ、ローターをエンゲージし、しばらくIDLEでローターラン。FLYとなりNR100%。 ふわりと上がり、ノーズアップでバックワード。スポットへ移動、くるりとホバターンして離陸方位を向く。 離陸を開始、転移揚力を得たと思ったら、なんとも形容し難い、軽い静かな音とともに、凄いレートで上昇していった。 さすが！ 空荷のトラックは身軽だ！(笑) K-MAXのファンサイト、"The Kaman K-MAX ALL ABOUT THIS EXCITING AERIAL TRUCK"によると、1991年から始まったK-MAXの生産機数は38機（2004年現在）。年産たったの３機！ でもOH-1よりいいか・・・ このサイトにはK-MAXの全機写真集があります。アカギヘリコプターの２機の塗装は世界的に見ても３指に入るスゴイ(笑)塗装です。 K-MAXの３号機は静強度試験、低サイクル疲労試験、ドロップ試験に供され（１機でこれらを全部やってしまうとは！）、すでに短い一生を終えています。 38機のうち８機は事故により登録抹消されています。原因は、、、
・・・、やや多い、ですね。
アクティブは世界７カ国で29機。そのうちの２機が日本にいます。こんなステキな機種、もっと売れて欲しいなぁと思いますが、スキマ商品だけに、難しいんでしょう。 頑張れ K-MAX！
参考資料： 3-5: from FLIGHT MANUALS ON
CD 2004.11.19 アップ |