c型エンジン モデルロケット選び方と製作の基礎知識

c型エンジンとモデルロケットの基礎

c型エンジンの性能と分類

マーレ (Mahle) エアコンフィルター 外気用 エンジンルーム側 標準タイプ メルセデスベンツ Cクラス Eクラス車他用 縦246mm 横190mm 高さ30mm LA 877

モデルロケットエンジンは出力によってA型、B型、C型と分類され、C型エンジンはトータルインパルスが5.01～10.00ニュートン秒の範囲に該当します。代表的なC型エンジンには、C6-3やC11-3などの種類があり、エンジン名の最初の文字がクラス、数字が平均推力と延時時間を表しています。C型エンジンは火薬量が20g以下であるため、火薬類取締法ではがん具煙火扱いとなり、都道府県への許可申請なしで購入・使用できる点が大きな特徴です。
参考）https://www.jstage.jst.go.jp/article/jsee/67/3/67_3_56/_pdf
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モデルロケット愛好家にとってC型エンジンは、小型のA型やB型エンジンで経験を積んだ後のステップアップに最適な選択肢となっています。標準サイズの18mm径エンジンであるC6-3と、より高推力のC11-3（24mm径）が一般的に使用され、それぞれ機体の重量や目標到達高度に応じて選択されます。C11-3は火薬量20g以下で最大推力を持つロケットエンジンとして知られ、缶サット搭載型などの重量のある機体にも対応可能です。
参考）https://ameblo.jp/kirimomikikai/entry-12840888907.html
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c型エンジンモデルロケットの設計原則

C型エンジンを搭載するモデルロケットの設計では、機体重量と安定性のバランスが重要になります。OpenRocketなどの設計ソフトを使用することで、重心位置（C.G.）と圧力中心（C.P.）の関係を計算し、安定余裕を確保した機体を設計できます。安定余裕Csmは「（ロケット先端からのC.P.位置－C.G.）÷（ロケット最大直径）」で算出され、0.77以上あれば安定して飛行すると予測されます。
参考）https://school.gifu-net.ed.jp/ena-hs/ssh/H23ssh/sc3/31124.pdf
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機体構造は大きく分けて、ノーズコーン、ボディチューブ、エンジンマウント、フィンの4つの主要部品で構成されます。C型エンジン搭載機では、エンジンの推力に耐えられる強度が必要ですが、実際には厚口ケント紙3層の交互螺旋巻（厚さ約0.4mm）程度でも十分な耐久性があることが実験で確認されています。センターリングは通常2～3枚使用し、エンジンマウント部分の構造を支えます。
参考）http://www.space-device.com/rocket.html
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中型機の特徴として、機体を2区画に分割する構造があり、上部区画にペイロード（缶サットやカメラなど）を搭載できる設計が一般的です。この構造により、エジェクション時にペイロード部分ごと分離し、パラシュートで降下する仕組みとなります。全長は60～80cm程度、ボディチューブの直径は6～7cm程度が標準的な寸法です。​

c型エンジンモデルロケットの製作手順

モデルロケットの製作は市販キットの組み立て、または自作設計から始まります。材料としては厚口ケント紙（260g/m²程度）、中繊維密度板（MDF、厚さ2.5mm）、プラスチックパイプ、エンジンフック、強化ポリ袋（パラシュート用）などが必要です。これらは比較的入手しやすく安価な材料で構成できるため、学校での教材としても適しています。​
まずノーズコーンを製作し、次にボディチューブを螺旋巻きで成形します。エンジンマウント部分では、センターリングとエンジンフックを組み合わせ、エンジンを固定できる構造を作ります。接着には木工用接着剤とアロンアルフアの併用が実用的で、特に軋みなどの問題も報告されていません。フィンは台形型や自由形など4種類から選択でき、ボディチューブ下部に3～4枚取り付けて飛行安定性を確保します。
参考）https://ameblo.jp/kirimomikikai/entry-12822730320.html
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ピストン（バルクヘッド）は熱からペイロードを守る重要な部品で、天板部分に厚紙、側面部分にコピー用紙一層とマスキングテープを使用する方法が有効です。ショックコードはゴム紐を使用すると衝撃吸収性能が高まります。標準的なC型エンジン搭載機の機体重量は115～130g程度で、より薄いケント紙を使用すれば100g台前半まで軽量化が可能です。​

c型エンジン選択と高度計算の実際

C型エンジンには延時時間が異なる複数のバリエーションがあり、C6-3は3秒、C11-3も3秒の延時時間を持ちます。この延時時間は推進薬が燃焼してから放出薬が点火されるまでの時間を表し、機体が最高高度に到達してからパラシュートを展開するタイミングを決定します。機体の特性に応じて適切な延時時間のエンジンを選択することが、回収の成功率を高めます。
参考）宇宙実験室 17 - モデルロケット大会に挑戦！　ライセンス…
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OpenRocketでのシミュレーションによれば、C型エンジン単発で総重量260g程度の機体は最高高度約40～50mに達すると予測されます。実際の打ち上げ実験でも、標準型機体で35～50m程度の到達高度が確認されており、シミュレーション結果とほぼ一致しています。ただし、実際の飛行では風や打ち上げ角度の影響により、シミュレーション値より低い高度になることが多いため、設計時には高めの設定が推奨されます。​
機体を軽量化することで到達高度を上げることができ、最軽量型（233g）では50m以上の高度も可能です。C型エンジンを使った機体で高度250mを目指す場合は、機体重量を150g程度まで抑える必要があるとの設計例もあります。競技会などで特定の高度を狙う場合は、バラスト（重り）を調整することで微調整を行いますが、バラストを最大まで抜いても安定飛行できる設計が重要です。​

c型エンジンモデルロケット打ち上げの安全対策

C型エンジンを使用する場合、火薬類の消費場所外物件に対して確保すべき距離は30m以上となります。打ち上げ場所は高い木や建物、電線、乾いた潅木、枯れ草などのない開けた屋外を選び、回収エリアとして予定打ち上げ高度の1/8以上を半径とした距離を確保する必要があります。風速は毎秒8.3m以下の日を選び、雲の中や飛行体の近く、人や家、車が混み合う場所での打ち上げは避けなければなりません。​
電気点火器は安全なリモコン方式を使用し、A型エンジン使用時は発射台から5m以上、B型以上の大型エンジン使用時はさらに離れた位置から打ち上げを行います。点火操作を行う者は、周囲の人が確実に分かるように大声でカウントダウンして発射し、保安区域内立ち入り者の有無、低空の飛行物の有無を指呼確認します。エンジンが点火されなかった場合は、30秒以上経過してから点火装置のセフティキーを外し、その後にエンジンとイグナイターの点検を行うという手順を厳守します。
参考）http://www.aurora-net.or.jp/~dns00520/roketto/92kisoku.html
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発射台は安全な飛行経路を確保するため、モデルロケットが安定に必要な速度に達するまで姿勢を保ち、方向を導く機構を備えている必要があります。ガイド棒の先端には安全キャップを取り付け、噴射ガスが直接地面を打たないよう反射板を設置します。虫以外の生きた動物や燃焼物、爆発性の物、危険物を積載してはならず、落雷の危険があるときはイグナイターをエンジンから外して作業を中止するなど、細心の注意を払います。​

c型エンジンと車愛好家の意外な共通点

モデルロケットのエンジン選択は、自動車のエンジン選びと多くの共通点があります。車のエンジンも排気量やターボの有無で性能が分類されるように、モデルロケットエンジンもA型からZ型まで推力で細かく分類され、用途に応じた選択が求められます。C型エンジンは普通自動車の2.0～2.5Lエンジンに相当する「ちょうど良い」パワーバンドを持ち、扱いやすさと性能のバランスが取れています。​
車のカスタマイズと同様、モデルロケットも重量配分、空気抵抗、構造強度を考慮した設計が必要です。自動車のサスペンション調整に相当するのがモデルロケットの重心と圧力中心の調整で、安定余裕を適切に設定することで直進性が向上します。ドライブレコーダーを搭載する感覚で、モデルロケットにカメラや各種センサーを搭載して飛行データを記録することも可能で、車の走行ログ解析に似た楽しみ方ができます。​
車検に相当する打ち上げ前の点検も重要で、機体の各部分を確認し、回収装置やエンジンの取り付け状態をチェックします。車のメンテナンスと同じく、モデルロケットも何度も繰り返して打ち上げられる再使用性があり、打ち上げ後の点検と修理を行えば長期間使用できます。燃費に相当する「推力対重量比」を最適化することで、より効率的な飛行が実現し、車のチューニングと同じような達成感を味わえます。​
モデルロケット製作におけるOpenRocketなどの設計ソフトは、車のECUチューニングソフトに近い存在です。パラメータを調整してシミュレーションを繰り返し、最適な設計を見つけ出すプロセスは、車のセッティング出しと本質的に同じアプローチです。ドライビングテクニックが重要なように、モデルロケットでも打ち上げ角度や風の読みなど、経験に基づく技術が結果を左右します。​
参考：日本モデルロケット協会による安全基準と打ち上げガイドラインは、モデルロケット活動の基本となる重要な情報源です。

特定非営利活動法人　日本モデルロケット協会 href="https://jar.or.jp">https://jar.or.jpamp;#8211; …
参考：OpenRocketの公式サイトでは、無料で使える設計シミュレーションソフトをダウンロードできます。

http://openrocket.info/
参考：JAXA（宇宙航空研究開発機構）の教育コンテンツでは、モデルロケットの原理と製作方法が詳しく解説されています。

https://fanfun.jaxa.jp/feature/detail/8185.html

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