昨年（2005年）12月に、山形県のＪＲ羽越線で、死傷者を出す痛ましい脱線･転覆事故が起こった。最上川の橋梁（きょうりょう）を渡り終えた直後の、突風が原因だったそうだ。国交省は、地元でしか知られていない突風の起きやすい「風の道」を全国で調べ、今後、鉄道の風対策に取り組むことを検討するという。
　「風の道」という言葉に、昨年、風力発電の実験中に感じたことを思い出した。それは、送風機でブレード（羽根）を回した際、障害物によって風の流れが変化することを体験したことだった。また、樹木の間を通り抜ける風の流れによって「蝶道」という蝶の舞う空間があることも、蝶採集の時に経験している。
このことから、昨年から取り組んでいる風力発電について実験し、「風の道」を見つけられないか調べてみたいと思い、実験装置を工夫･製作し、研究を始めた。

　風力発電装置を用い、障害物がない状態と障害物が出現した状態において、風向･電圧･電流を測定する。風向･電圧･電流がどのように変化するかによって、風の流れと風の強さを調べ、「風の道」に対する理解を深める。また、風力発電装置の設置場所などへの考察を行う。

《工夫と製作》

どのような装置や仕組みにしたら、実験や作業がうまく運ぶのかを、伯父や父と話し合うのに多くの時間を費やした。

《風力発電装置》

３基製作した。いずれもブレードの付け替えは可能。今回の実験では風向･電圧･電流の測定を行うため、前回のようなブレードのピッチ角制御やヨー制御の操作は省いた。

《スリップリング》

回転体から電力を取り出す際に電線がねじれないように、回転するリング部分にブラシを回転接触（スリップ）させるための装置。前回の反省をふまえ、円形状スリップリングと円筒状スリップリングを製作。高効率ブレード（Ｙ－0409）には円筒状スリップリング、他のブレードと風力発電装置には円形状スリップリングを用いた。

《方位（ヨー）制御固定装置》

風力発電装置下部に取り付けられている。ブレードが自在に回り、尾翼によって方位（ヨー）制御がなされた後、ロータを固定するための装置。風向測定の際、固定されていた方が角度測定が容易なために設置した。電磁石を用い、ロータを支えるタワーをはさみ、固定する仕組み。固定･解除もすばやくできるようにしてある。

《方位（ヨー）制御固定操作ＢＯＸ》

風力発電装置に設置した方位（ヨー）制御固定操作を迅速に行うことができる。風の向きを変化させても、ロータの動きを妨げることなく、自在に動かすことも固定も手元で簡単に行え、風向の角度測定がすぐにできる。

《方位（ヨー）制御角度確認板》

タワーの中ほどに設置してある。円形アクリル板に10°ごとに印を刻み、ロータが風の方向に向いた時の角度を確認できるようにしたもの。障害物のない状態、ある状態での風向の角度変化を知るために考えた。

《風洞装置》

今回は送風機ではなく、換気扇によって空気を引くことにより風を起こす仕組みにした。ジオラマに３基の風力発電装置を設置するために風洞装置が大型化し、前回のような送風機ではブレードの回転がうまく得られないことから、この方法にした。業務用の有圧換気扇３基を使用することで、風洞内に一定の風を起こすことが可能になった。また、風洞内のジオラマに当てる風の方向も変化させて測定したいので、この風洞装置全体を回転させられるように工夫した。吸気口は、開閉により空気量を変えられるようにした。

《ジオラマ》

ターンテーブルのような直径170cmの円盤に“山”を２つ配置し（「伊元山」と「石井山」）、風力発電装置を３基立てた。２つの“山”は、戸車とモーターを組み合わせて上下に可動させることができ、その出現によって風向･電圧･電流がどのように変化するのかを連続して測定できる。さらに、ビルに見立てた直方体（障壁）を３カ所に配置した。「ビル風」についての実験用で、これも高さを変えられる。また円盤の外周には10°ごとに目盛をつけた。これは、風洞装置を回転させた角度がわかるようにしたもので、風が“山”や“ビル”の障害物の影響でどのような流れになるのか、風向測定ができる。

《ブレード》

アルミ板を用い10種類作製した。尾翼にはバルサ材を使った。うち３種類には、ロータの周りに円錐状の囲いをつけた。これにより風を集め、効率よく回転するのではと考えた。もう１種類（Ｙ－0409）には、４つのブレードをタワーに取り付け、各々の回転による出力を測定できるようにした。

《仮説》

障害物の出現によって風の流れが変わり、ブレードに当たる風の量にも変化が現れて、風向･電圧･電流に違いが出てくるのではないか。

《方法》

風洞装置内のジオラマを30°ずつ回転させ、風の方向を０°～330°まで12回変化させる。Ａ、Ｂ、Ｃの３地点にブレードを置き、１つの“山”が出現した場合、他の“山”が出現した場合、２つの“山”が出現した場合について風向･電圧･電流を測定する。これを１ステージとして計３ステージ、３種類ずつ計９種類のブレードを使って実験し、残り１種のブレード（Ｙ－0409）については単独の第４ステージとして行う。

《結果》

《考察》

障害物があれば当然、風の流れはさえぎられ、風に沿って障害物があれば風の流れは強くなる。第１ステージ60°、Ａ地点での結果を見ると、山なしの状態での風向は０°、ブレードは風の吹いてくる方向に向いている。ところが「伊元山」の出現によって風がさえぎられ、ブレードの回転は止まった。「伊元山」を下げ「石井山」を出現させたところ、山なしの時よりわずかに電圧が上がった。これは「石井山」に沿って流れた風の影響ではないか。山を２つ出現させるとブレードは回転しなかった。明らかにこのＡ地点は「伊元山」の影響を受けていることになる。同ステージ90°、Ｂ地点も60°Ａ地点とほぼ同じような変化である。同ステージＣ地点については60°、90°とも山の影響は受けていないようだ。

「山の影響は受けないのでは」と思われる地点でも出力が下がったり、ブレードが止まることもあった。その時は、前方の地点に別のブレードがあり、その回転で風の流れが乱れ、後方のブレードを回す強さがなかったためだと考えられる。ブレードとブレードの距離も考慮しなければならない。第４ステージで用いたブレード（Ｙ－0409）では、４つのブレードすべてが回ることがあったが、前から３番目のブレードが止まったり、１、２番目が止まるなどの現象があった。

《仮説》

風の流れがさえぎられるような位置に障壁がくるとブレードは回転しない、あるいは出力が落ちる。また、風の流れを集約するような位置になれば出力は上がる。

《結果》

《考察》

障壁の風のさえぎりによる出力の減少、障壁の風の集約による出力の増加が見られた。また、風の流れに対し、前方のブレードが後方のブレードの障壁となっている現象を確認できた。このことにより、市街地での「ビル風」を利用した風力発電機の設置、場所選定が行えるのではないかと考えた。また、障壁の間を抜ける風の流れを知り、それを利用することによりヒートアイランド現象による地表面の温度上昇を抑えることができないだろうか。例えば、家のエアコンの室外機の設置場所においても、風の流れを考慮することにより周辺温度の上昇を抑えることができるのではないか。さらに、この高温の風の通り道に植物を植栽して成長を促し、なおかつその植物が蒸散能力の高い植物であれば、一石二鳥でヒートアイランド現象を抑えられるかも。未来のエネルギーについて考える一つのきっかけにもなった。

ジオラマを320°に設定し、“山”を出現させない状態で、Ｂ地点における５種類のブレードの出力の違いを比較する。

《仮説》

最も出力が大きいのはＹ－0409で、次はＵ－1004、Ｔ－1105、Ｓ－1101、Ｋ－0223となるのではないか。

《結果》

《考察》

予想通りの結果だった。Ｙ－0409は、４つのブレードを１つのタワーに取り付けたもので、各々の出力の総和となるため他の種類のブレードより高出力が得られる。風量により４つのブレードすべてが回転するとはいえない場合もあったが、やはり高効率のブレードだった。

高効率改良型ブレード「テトラード」（Ｙ－0409）は、４つのブレードすべてが回る時、後方のブレードが回る時などがあった。各々が回る時に得られる出力を測定する。

《仮説》

ブレードは大きい方が出力も大きくなる。４つのブレードは前から後ろに少しずつ大きくしてあるので、出力も前のブレードから順に大きくなっていくだろう。

《方法》

実験３と同じ。３つのブレードを輪ゴム、または棒で止め、回転しているブレードの出力（電流は安定しないため、電圧のみ）を測定する。

《結果》

《考察》

出力は予想に反して２番目、３番目のブレードは低かった。ブレード間の距離によるものではないか。１番目と２番目の間が短く、前のブレードを回した風の流れは、次のブレードに回転力を与えるほどではなく、ブレードの外に抜けていったものと考えられる。また２番目のブレードに回転力がないため、３番目もあまり回らなかったのではないか。しかし4番目のブレードはその大きさにより、わずかな風量でも回転力を得て回転したと思われる。ブレードの大きさとブレード間の距離を考慮に入れ、１つの軸に複数のブレードを取り付ければ、高効率のブレードは可能ではないか。