固定翼航空機

ボーイング737旅客機は固定翼航空機の一例である。
デルタ型凧の固定翼は剛性ではない

固定翼航空機とは、飛行機のように空気より重い航空機で、揚力を利用して飛行することができます。固定翼航空機は、回転翼航空機（回転軸に取り付けられたローターが揚力を発生させる）や羽ばたき飛行機（翼が振動して揚力を発生させる）とは異なります。固定翼航空機の翼は必ずしも剛体である必要はなく、凧、ハンググライダー、可変後退翼航空機、そして翼のモーフィングを利用する飛行機はすべて固定翼航空機に分類されます。

自由飛行グライダーや係留凧などの滑空固定翼航空機は、空気の流れを利用して高度を上げることができます。エンジンから推進力を得る動力固定翼航空機（飛行機）には、動力パラグライダー、動力ハンググライダー、地面効果機などがあります。ほとんどの固定翼航空機はパイロットによって操縦されますが、無人機や遠隔操縦機、あるいは遠隔操縦のない完全自律飛行機もあります。

歴史

凧

凧は約2,800年前、凧を作るための材料が手に入る中国で使用されていました。近くのムナ島の洞窟壁画の解釈に基づくと、現在のスラウェシ島では葉凧がより古くから飛ばされていた可能性があります。[ 1 ]少なくとも西暦549年には紙凧が飛ばされており、その年の記録によると、紙凧は救助活動のメッセージとして使われていました。[ 2 ]古代および中世中国の文献には、凧が距離の測定、風の観測、人員の揚力、合図、軍事作戦の通信に使用されていたことが記録されています。[ 2 ]

1828年バイエルンで凧揚げをする子供たち、ヨハン・ミヒャエル・フォルツ作

凧の物語は13世紀末にマルコ・ポーロによってヨーロッパにもたらされ、16世紀と17世紀には日本とマレーシアの船乗りによって凧が持ち帰られました。[ 3 ]当初は珍品とみなされていましたが、18世紀と19世紀には凧は科学的研究に利用されるようになりました。[ 3 ]

グライダーと動力装置

紀元前400年頃、ギリシャでアルキタスが世界初の自走式飛行装置を設計・製作したと伝えられている。鳥のような形をしており、おそらく蒸気の噴流で推進され、約200メートル（660フィート）飛行したと言われている。[ 4 ] [ 5 ]この機械は飛行中に宙に浮いていた可能性がある。[ 6 ] [ 7 ]

グライダーを使った最も初期の試みの一つは、11世紀の修道士エイルマー・オブ・マームズベリーによるものでしたが、失敗に終わりました。17世紀の記録には、9世紀の詩人アッバース・イブン・フィルナスが同様の試みをしたと記されていますが、それ以前の資料にはこの出来事は記録されていません。[ 8 ]

ル・ブリと彼のグライダー「アルバトロス II」、ナダール撮影、1868年

1799年、ジョージ・ケイリー卿は、揚力、推進力、操縦システムを備えた固定翼機として現代の飛行機の概念を提示した。[ 9 ] [ 10 ]ケイリーは1803年にはすでに固定翼機の模型を製作し飛行させており、 1853年には旅客機グライダーの製作に成功した。 [ 11 ] 1856年、フランス人ジャン＝マリー・ル・ブリが、グライダー「ラルバトロス・アーティフィシャル」を馬に引かせて海岸沿いを飛行させ、初の動力飛行を行なった。[ 12 ] 1884年、アメリカ人のジョン・J・モンゴメリーは、 1883年から1886年の間に製作した一連のグライダーの一部として、グライダーで制御飛行を行った。[ 13 ]当時同様の飛行を行った他の飛行士には、オットー・リリエンタール、パーシー・ピルチャー、オクターブ・シャヌートの弟子たちがいた。

1890年代、ローレンス・ハーグレイヴは翼構造の研究を行い、人間の体重を持ち上げられる箱凧を開発しました。彼の設計は広く採用されました。彼はまた、回転翼航空機エンジンの一種も開発しましたが、動力付き固定翼航空機は開発しませんでした。[ 14 ]

動力飛行

ハイラム・マキシム卿は、重量3.5トン、翼幅110フィート（34メートル）の航空機を製作しました。この航空機は、2基の360馬力（270kW）の蒸気機関によって2つのプロペラが駆動されていました。1894年、この航空機は上昇を防ぐため、頭上のレールを取り付けた状態で試験されました。その結果、離陸するのに十分な揚力があることが示されました。しかし、この航空機は制御不能となり、マキシムは開発を断念しました。[ 15 ]

オービル・ライトが操縦するライトフライヤーIII号がハフマン・プレーリー上空を飛行、1905年10月4日

ライト兄弟が1903年にフライヤーIで行った飛行は、航空学の基準設定と記録保管機関である国際航空連盟（FAI）によって「最初の持続的かつ制御された空気より重い動力飛行」として認定されました。 [ 16 ] 1905年までに、ライトフライヤーIIIは、かなり長い時間、完全に制御可能で安定した飛行が可能になりました。

古い絵葉書に描かれたサントス・デュモンの14-bis自走砲

1906年、ブラジルの発明家アルベルト・サントス・デュモンは、14～ 220メートル（720フィート）を22秒未満で飛行し、フランス航空クラブが認定した最初の世界記録を樹立した航空機を設計、製造、操縦した。 [ 17 ]この飛行はFAIによって認定された。[ 18 ]

1908年に設計されたブレリオVIIIは、現代の単葉トラクター型航空機の初期の形態であった。可動尾翼を備え、ヨーとピッチの両方を制御する。これは、パイロットがジョイスティックとラダーバーで操作する一種のロール制御であり、主翼のワープまたはエルロンによって制御された。これは、後に1909年夏に完成したブレリオXI海峡横断機の重要な先駆けとなった。[ 19 ]

1919年に大西洋を初めて横断したカーチスNC-4飛行艇。固定翼の重航空機の隣に立っている。

第一次世界大戦

第一次世界大戦は、航空機を兵器や観測プラットフォームとして利用する契機となりました。同期機関銃を装備した戦闘機による最古の空中勝利は、1915年にドイツ空軍中尉クルト・ヴィントゲンスが操縦したものです。戦闘機のエースが登場し、中でも最も優れた（空中勝利数で）のはマンフレート・フォン・リヒトホーフェンでした。[ 20 ]

アルコックとブラウンは1919年に初めて大西洋を無着陸で横断しました。米国とカナダの間で最初の商業飛行が行われたのも1919年のことでした。

戦間期の航空、「黄金時代」

いわゆる航空の黄金時代は、2つの世界大戦の間に起こり、その間に、以前のブレークスルーの解釈が更新されました。イノベーションには、1915年のヒューゴ・ユンカースの全金属製機体、1930年代初頭までに翼幅が最大60メートルを超える多発機の実現、V-12液冷航空エンジンと並んで実用的な航空機動力源として主に空冷式の星型エンジンの採用、そしてますます長距離の飛行（1919年のビッカース・ヴィミーによる飛行、その数か月後のアメリカ海軍によるNC-4による大西洋横断飛行など）があり、1927年5月にはチャールズ・リンドバーグがスピリット・オブ・セントルイスで単独で大西洋を横断し、さらに長距離飛行の試みに拍車をかけました。

第二次世界大戦

第二次世界大戦の主要な戦闘には航空機が投入されました。ドイツの電撃戦やアメリカと日本の太平洋における 空母作戦など、航空機は軍事戦略において不可欠な要素でした。

軍用グライダーは開発され、いくつかの作戦で使用されたが、高い死傷率のためにその効果は限定的であった。1942年に開発されたフォッケ・アハゲリスFa 330バッハシュテルツェ（セキレイ）ローター凧は、ドイツのUボートで使用されたことで有名である。

戦前と戦中、イギリスとドイツの設計者はジェットエンジンの開発に取り組んでいた。 1939年に初めて飛行したジェット機は、ドイツのハインケルHe178だった。1943年には、初の実用ジェット戦闘機であるメッサーシュミットMe262がドイツ空軍に配備された。戦争後期にはイギリスのグロスターミーティアが就役したが、実戦には投入されなかった。当時の最高速度は時速1,130キロメートル（時速700マイル）に達し、1944年7月初旬にはドイツのMe163B V18ロケット戦闘機の試作機が非公式の飛行記録を樹立した。[ 21 ]

戦後

1947年10月、ベルX-1はチャック・イェーガーの操縦により音速を超えた最初の航空機となった。[ 22 ]

1948年から49年にかけて、ベルリン封鎖の間、航空機は物資を輸送した。冷戦中には、 B-52などの新型航空機が製造された。

最初のジェット旅客機であるデ・ハビランド コメットは1952年に導入され、続いてソ連のツポレフ Tu-104が1956年に導入されました。ボーイング 707 は、初めて広く普及した民間ジェット機で、1958年から2010年まで50年以上商業的に運航されていました。ボーイング 747 は、1970年から2005年にエアバス A380に追い抜かれるまで、世界最大の旅客機でした。最も成功した航空機はダグラス DC-3とその軍用バージョンであるC-47で、[ 23 ]中型の双発旅客機または輸送機は1936年から運用されており、現在でも世界中で使用されています。数百のバージョンのいくつかは他の用途に使用され、ベトナム戦争時代のガンシップであるAC-47は現在もコロンビア空軍で使用されています。[ 24 ]

種類

飛行機

アフガニスタンの地上に駐機している航空機

飛行機（イギリス英語ではaeroplaneと綴り、短縮形でplaneとも表記される）は、ジェットエンジンまたはプロペラの推力によって推進される固定翼の動力航空機です。飛行機には様々なサイズ、形状、翼構成があります。用途は、レクリエーション、貨物や人の輸送、軍事、研究など多岐にわたります。

水上飛行機

水上飛行機（ハイドロプレーン）は水上で離着陸（着水）が可能です。陸上からも運航可能な水上飛行機は、水陸両用機と呼ばれるサブクラスに分類されます。[ 25 ]水上飛行機と水陸両用機は、フロート機と飛行艇の2つのカテゴリに分けられます。

  • フロート機は陸上航空機に似ています。胴体は特殊化されていません。車輪はフロートに置き換えられ、または覆われているため、機体は着水時に浮いた状態を維持できます。
  • 飛行艇は、胴体の下部（腹側）に水密船体を備えた水上飛行機です。胴体は着水後、船体に支えられて水面に直接着水します。浮力を得るための追加のフロートは必要ありませんが、翼下の小型フロートや胴体に取り付けられたスポンソンによって安定性を確保する場合もあります。大型水上飛行機は通常、飛行艇であり、古典的な水陸両用航空機の設計のほとんどを体現しています。

動力グライダー

多くのグライダーには小型の動力装置が搭載されています。例えば、以下のようなものがあります。

地面効果車両

地面効果機（GEV）は、翼と地表の相互作用である地面効果を利用して、地形に接近して飛行します。一部のGEVは、必要に応じて地面効果（OGE）からより高く飛行することができ、これらは動力付き固定翼航空機に分類されます。[ 29 ]

グライダー

ウインチで打ち上げられるグライダー（セールプレーン）

グライダーは、エンジンを必要とせず自由飛行する、空気より重い航空機です。グライダーは、上昇気流を利用して高度を上げ、長時間飛行するために設計された固定翼グライダーです。

グライダーは主にレクリエーションに使用されますが、航空力学研究、戦争、宇宙船の回収などの目的にも使用されています。

モーターグライダーには、離陸のため、または飛行時間を延ばすために、 限定された推進システムが装備されています。

飛行機と同様に、グライダーにはさまざまな形状があり、翼、空気力学的効率、操縦者の位置、および制御が異なります。

大型グライダーは、牽引機やウインチによって運ばれることが最も一般的です。軍用グライダーは戦闘で兵士や装備を輸送するために使用され、特殊なグライダーは大気圏や航空力学の研究に使用されてきました。ロケット推進航空機や宇宙往還機は、グライダーと同様の無動力着陸を実現しています。

グライダーやグライダー競技に用いられるグライダープレーンは、高い空力効率を誇ります。揚抗比は最高で70:1ですが、一般的には50:1です。離陸後、上昇気流を巧みに利用することで、さらに高度を上げることができます。平均速度200km/h以上で数千キロメートルを飛行した例もあります。

グライダーの小型例として、紙飛行機が挙げられます。普通の紙は比較的簡単に空気力学的な形状に折り畳むことができます。表面積に比べて 質量が小さいため、飛行に必要な揚力が少なくなり、ある程度の距離を滑空することができます。

グライダーとグライダーは、動力航空機と多くの設計要素や空力原理を共有しています。例えば、ホルテンH.IVは無尾翼の全翼グライダーであり、デルタ翼のスペースシャトル・オービターは降下中に滑空飛行を行いました。多くのグライダーは、飛行機と同様の操縦翼面と計器を採用しています。

種類

群馬県上空を飛行するグライダーのビデオクリップ

現代のグライダー航空機の主な用途はスポーツとレクリエーションです。

グライダー

グライダーは1920年代にレクリエーション目的で開発されました。パイロットが上昇気流の利用方法を理解し始めると、高い揚力抗力比を持つグライダーが開発されました。これにより、機体は次の揚力源まで滑空できるようになり、航続距離が伸びました。これが、グライダーという人気のスポーツの誕生につながりました。

初期のグライダーは主に木材と金属で作られていましたが、後にガラス、炭素繊維、アラミド繊維などの複合材料に置き換えられました。これらのタイプのグライダーは、抗力を最小限に抑えるため、流線型の胴体と、高アスペクト比の細長い主翼を備えています。単座型と複座型のグライダーがあります。

当初、訓練はコックピットがなく、最小限の計器しか備えていない初級グライダーで短い「ホップ」によって行われていました。 [ 30 ]第二次世界大戦直後から、訓練は2人乗りの複座グライダーで行われていますが、高性能の2人乗りグライダーは長距離飛行が可能です。当初は着陸のためにスキッドが使用されていましたが、後に車輪に置き換えられ、多くの場合格納式になりました。モーターグライダーとして知られるグライダーは無動力飛行用に設計されていますが、ピストン、回転、ジェット、または電気エンジンを展開することができます。[ 31 ]グライダーは、主に翼幅とフラップに基づいて、 FAIによって競技用のグライダークラスに分類されています。

超軽量「エアチェア」Goat 1グライダー

超軽量グライダーのクラスは、マイクロリフトグライダーやエアチェアと呼ばれるものなど、重量に基づいてFAIによって定義されています。これらのグライダーは容易に輸送できるほど軽量で、一部の国では免許なしで飛行できます。超軽量グライダーはハンググライダーと同等の性能を持ちますが、パイロットが変形可能な構造内の直立した座席にシートベルトで固定できるため、ある程度の衝突安全性を備えています。着陸は通常、1輪または2輪で行われるため、ハンググライダーとは異なります。ほとんどのグライダーは、個人の設計者や愛好家によって製作されています。

軍用グライダー
1943年製USAAFウェイコ CG-4 A

軍用グライダーは第二次世界大戦中、兵士（グライダー歩兵）と重装備を戦闘地域に輸送するために使用されました。グライダーはC-47ダコタなどの輸送機、またはショート スターリングなどの二次的な任務に追いやられた一時爆撃機によって上空に牽引され、目標までのほとんどの距離を移動しました。空挺部隊に対する利点は、重装備を着陸させることと、兵士をパラシュート降下地帯に分散させるのではなく素早く集結できることでした。グライダーは使い捨てとして扱われ、木材などの安価な材料で作られましたが、いくつかは再利用されました。朝鮮戦争の頃までには、輸送機はより大型で効率が高まり、軽戦車でもパラシュートで降下できるようになり、グライダーは時代遅れになりました。

研究用グライダー

動力航空機の開発後も、グライダーは航空研究に使用され続けました。NASAのパレセフ・ロガロフレキシブルウィングは、宇宙船の回収方法の代替を研究するために開発されました。この用途は断念されましたが、広く知られるようになったことで、愛好家たちはフレキシブルウィングの翼型をハンググライダーに応用するようになりました。

全翼機や揚力体を含む多くの種類の固定翼機に関する初期研究も、無動力の試作機を使用して実施されました。

ハンググライダー
ハンググライダー

ハンググライダーは、パイロットが機体から吊り下げられたハーネスにぶら下がり、操縦桿に逆らって体重を移動させることで機体を操縦するグライダーです。ハンググライダーは通常、アルミニウム合金または複合材製のフレームと布製の翼で作られています。パイロットは何時間も滑空し、上昇気流に乗って数千メートルの高度を稼ぎ、曲技飛行を行い、数百キロメートルに及ぶクロスカントリー滑空を行うことができます。

パラグライダー

パラグライダーは、軽量で自由飛行する、足で離陸する剛体を持たないグライダーです。[ 32 ]操縦者はハーネスに吊り下げられ、中空の布製の翼の下に固定されます。翼の形状は、サスペンションラインによって形成されます。翼前部の通気口から空気が入り、翼の外側を流れる空気の力によって機体が推進されます。パラグライダーは、ほとんどの場合、レクリエーションとして利用されます。

無人グライダー

紙飛行機は、紙または板紙で作られたおもちゃの飛行機（通常はグライダー）です。

模型グライダーは、ポリスチレンやバルサ材などの軽量素材を使用した航空機の模型です。デザインは、シンプルなグライダーから精密なスケールモデルまで幅広く、中には非常に大型のものもあります。

滑空爆弾は、弾道飛行ではなく滑空飛行を可能にする空力表面を備えた爆弾です。これにより、スタンドオフ航空機が遠距離から標的を攻撃することが可能になります。

凧

飛んでいる凧

凧は、翼の上を吹き抜ける風によって空中に浮かぶ係留航空機です。[ 33 ]翼下方の高気圧により、気流は下向きに偏向します。この偏向によって、風の方向に水平抗力が生じます。揚力と抗力の成分から生じる合力ベクトルは、係留索の張力によって抑制されます。

凧は主にレクリエーション目的で飛ばされますが、他にも様々な用途があります。ライト兄弟やJ・W・ダンといった初期の先駆者たちは、エンジンや操縦装置を取り付ける前に、飛行機の飛行特性を確認するために凧の状態で飛ばすこともありました。

アプリケーション

2000年にカリフォルニア州バークレーで開催された凧揚げ大会で揚げられた、長さ100フィートを超える中国の龍凧
軍隊

凧は、信号や軍需品の運搬、また、戦場の上空に観測員を上げて観測したり、凧を使った航空写真撮影に使われてきました。

科学と気象学

凧は科学的な目的にも使用されてきました。例えば、ベンジャミン・フランクリンが雷が電気であることを証明した有名な実験などが挙げられます。凧は伝統的な航空機の先駆けであり、初期の飛行船の開発に大きく貢献しました。アレクサンダー・グラハム・ベルは、ライト兄弟やローレンス・ハーグレイブと同様に、人を乗せる大型凧の実験を行いました。凧は歴史的に、気象予報のために大気の状態を測定する科学機器を飛ばすという役割を果たしてきました。

無線アンテナと光ビーコン

凧は無線アンテナを運ぶのに使用できます。この方法は、マルコーニによる最初の大西洋横断通信の受信局で使用されました。凧で運ぶアンテナは強い風を必要としますが、重い機材と接地導体があれば必ずしも強い風が得られるとは限りません。そのため、このような実験には係留気球の方が適しているかもしれません。

凧は、ライトスティックや電池式ライトなどの光源を運ぶのに使用できます。

カイトトラクション
カイトサーフィンの動力源としてよく使われる4本ラインのトラクションカイト

凧は人や車を風下に引っ張るために使用できます。パワーカイトなどの効率的なフォイルタイプの凧は、他の帆船と同じ原理で風上に帆走するためにも使用できます。ただし、地上または水中の横方向の力を、従来の帆船のキール、センターボード、ホイール、アイスブレードと同様に方向転換する必要があります。過去20年間で、カイトバギー、カイトランドボーディング、カイトボート、カイトサーフィンなどのカイトセーリングスポーツが人気を博しました。スノーカイトも人気です。

カイトセーリングは、従来のセーリングでは不可能だったいくつかの可能性をもたらします。

  • 高度が高いほど風速は速くなる
  • 凧は動的に操縦することができ、これにより利用可能な力が劇的に増加する。
  • 曲げ力に耐えるための機械構造は必要ありません。車両/船体は軽量化するか、省略できます。
発電

研究開発プロジェクトでは、高高度の風の流れを利用して発電するための凧の研究を行っています。[ 34 ]

文化的な用途

凧揚げ祭りは世界中で人気のエンターテイメントです。地元のイベント、伝統的な祭り、そして大規模な国際フェスティバルなど、様々なイベントが開催されます。

デザイン

連結された凧の列

種類

特徴

IAIヘロンはツインブーム構​​成の無人航空機（UAV）である。

エアフレーム

固定翼航空機の構造要素は機体です。機体は航空機の種類、用途、技術によって異なります。初期の機体は木製で、翼面は布製でした。エンジンによる動力飛行が可能になると、その取り付け部は金属製になりました。速度が上昇するにつれて金属製の機体が一般的になり、第二次世界大戦の終結時には全金属製（およびガラス製）の航空機が一般的になりました。近代では、複合材料がより一般的になりました。

一般的な構造要素は次のとおりです。

  • 1枚または複数枚のほぼ水平な翼で、多くの場合、翼型断面を有します。この翼は、航空機が前進する際に空気を下方に偏向させ、飛行中の機体を支える揚力を生み出します。また、定常飛行において機体を水平に停止させるための横方向の安定性も提供します。その他の役割として、燃料を保持したり、エンジンを搭載したりすることが挙げられます。
  • 胴体は、典型的には細長く、空気力学的に滑りやすい形状にするために、通常、両端が先細りまたは丸みを帯びた形状をしています。胴体は機体構造の他の部分と結合し、ペイロードと飛行システムを搭載します。
  • 垂直安定板（フィン）は、航空機の後部に取り付けられた剛体面であり、通常は機体後部より上方に突出しています。フィンは航空機のヨー（左右旋回）を安定させ、その軸に沿った回転を制御する方向舵を取り付けます。
  • 水平安定板は、通常、垂直安定板の近くの尾翼に取り付けられます。水平安定板は、飛行機のピッチ（上下の傾き）を安定させるために使用され、ピッチ制御を行う昇降舵が取り付けられています。
  • 着陸装置とは、飛行していないときに飛行機を支える車輪、スキッド、またはフロートのセットです。水上飛行機では、胴体底部またはフロート（ポンツーン）が水上で飛行機を支えます。一部の飛行機では、飛行中に着陸装置が引き込まれ、抗力を低減します。
世界最大の飛行機であった An-225 ムリヤは、250 トンの積載量を持ち、2 枚の垂直安定板を備えていた。

翼

固定翼航空機の翼は、機体の両側に伸びる静止面です。航空機が前進すると、揚力を生み出すように形作られた翼の上を空気が流れます。

構造

凧や一部の軽量グライダー、飛行機は、フレームに張られた柔軟な翼面を持ち、その上を流れる気流によって生じる揚力によって剛性が高められています。大型の航空機は、剛性の翼面を持っています。

フレキシブル翼であれリジッド翼であれ、ほとんどの翼は、翼面から航空機全体に揚力を伝達し、形状を形成するための強固なフレームを備えています。主な構造要素は、翼の根元から翼端まで伸びる1本または複数の桁と、前縁から後縁まで伸びるリブです。

硬翼の主要コンポーネント。

初期の航空機エンジンは出力が低く、軽量化が不可欠でした。また、初期の翼断面は薄く、強固なフレームを支えることができませんでした。1930年代までは、ほとんどの翼は非常に脆弱だったため、外部に支柱やワイヤーが追加されていました。エンジン出力が向上するにつれて、翼は十分に重く強固になり、支柱は不要になりました。このように支柱のない翼は、片持ち翼と呼ばれます。

構成

鹵獲されたモラン・ソルニエ Lワイヤーブレースパラソル単葉機

翼の数と形状は多岐にわたります。胴体と一体化した翼を持つデザインもありますが、胴体によって左右の翼が分離されているものが一般的です。

第一次世界大戦の三翼三葉機のように、より多くの翼が使用されることも時々ある。四翼四葉機やその他の多葉機の設計はあまり成功していない。

ほとんどの飛行機は単葉機で、片翼または両翼が平行に並んでいます。複葉機と三葉機は、片方の翼をもう片方の翼の上に重ねて配置します。 タンデム翼は、片方の翼がもう片方の翼の後ろに配置され、翼端で接合される場合もあります。1920年代から1930年代にかけて利用可能なエンジン出力が向上し、支柱が不要になると、支柱なし、または片持ち式の単葉機が最も一般的な形態となりました。

平面形とは、上空または下空から見た形状です。空気力学的に効率の良い翼は、直線で翼幅は長く、弦長は短く（アスペクト比が高い）、構造的に効率良く軽量化するには、翼幅を可能な限り小さくしつつ、揚力を生み出すのに十分な面積を確保する必要があります。

遷音速で飛行するために、可変翼は翼の向きを変え、超音速衝撃波による抗力を低減するために後方に傾けます。可変後退翼は、離着陸時の効率的な直線翼型から、高速飛行時の低抗力の後退翼型へと変形します。他の可変翼型も飛行実験が行われていますが、いずれも研究段階を越えるものではありません。後退翼は、後方または前方に後退した直線翼です。

ダッソー ミラージュ G の試作機2 機。1 機は翼を後退させた状態 (上)

デルタ翼は三角形の形状をしており、様々な用途に用いられます。柔軟なロガロ翼として、空気力下で安定した形状を保つことができ、凧などの超軽量航空機によく用いられます。超音速飛行が可能で、高い強度と低い抗力を兼ね備えています。

翼は通常中空で、燃料タンクとしても機能します。翼にはフラップが装備されており、離着陸時には抗力と揚力を増減させ、反対方向には方向転換を促します。

機体

胴体は典型的には細長く、空気力学的に滑らかな形状にするために、両端は先細りまたは丸みを帯びているのが一般的です。固定翼航空機のほとんどは単胴体ですが、複数の胴体を持つものや、胴体後端を活用できるように尾翼の両側にブームが取り付けられているものもあります。

胴体は通常、飛行乗務員、乗客、貨物を搭載し、場合によっては燃料とエンジンも搭載されます。グライダーは通常、燃料とエンジンを搭載しませんが、モーターグライダーやロケットグライダーなど、一部の機種では一時的またはオプションとして搭載されています。

有人商業固定翼航空機のパイロットは、胴体内のコックピットから航空機を操縦します。コックピットは通常、機体前方または上方に位置し、操縦装置、窓、計器類が備え付けられており、乗客とは安全なドアで隔離されています。小型航空機では、乗客は通常、客室内でパイロットの後ろ（複数可）に座ります。場合によっては、パイロットの横または前に座ることもあります。大型旅客機には独立した客室が備え付けられている場合があり、コックピットとは物理的に分離された客室が複数ある場合もあります。

航空機には通常2名以上のパイロットが搭乗しており、1名が全体の指揮を執る「機長」、もう1名が「副操縦士」です。大型機では、航法士もコックピットに搭乗するのが一般的です。軍用機や特殊航空機の中には、他の飛行乗務員もコックピットに搭乗するものがあります。

翼 vs. 体

飛行翼

アメリカ製のB-2スピリットは大陸間任務が可能な戦略爆撃機で、全翼機構成となっている。

全翼機は明確な胴体を持たず、内部に乗組員、積荷、機器を収容する無尾翼航空機である。 [ 35 ] : 224

全翼機の構成は1930年代から1940年代にかけて広く研究され、特にアメリカのジャック・ノースロップとチェストン・L・エシェルマン、ドイツのアレクサンダー・リピッシュとホルテン兄弟によって研究されました。戦後、全翼機のコンセプトに基づいた数多くの実験設計が行われました。1950年代まで一般の関心は続きましたが、航続距離の面で大きな利点はなく、技術的な問題も抱えていました。全翼機は低速から中速域での設計に最も実用的であり、戦術輸送機の設計として継続的な関心を集めました。

全翼機への関心は、レーダー断面積が小さい可能性から、1980年代に再び高まりました。ステルス技術は、レーダー波を特定の方向にのみ反射する形状を採用することで、探知を困難にします。このアプローチは、最終的にノースロップB-2スピリット・ステルス爆撃機（写真）へとつながりました。全翼機の空力特性は、主要な懸念事項ではありません。コンピューター制御のフライ・バイ・ワイヤ・システムによって、多くの空力特性上の欠点が補われ、効率的で安定した長距離飛行が実現しました。

ブレンデッドウィングボディ

ボーイングX-48のコンピューター生成モデル

ブレンデッド ウィング ボディの航空機は、平らな翼型のボディを持ち、これによって揚力の大部分が生み出されて飛行状態が維持されます。また、翼はボディと一体化していますが、翼は別個に独立して配置されています。

ブレンデッド・ウィング・ボディ航空機は、胴体と全翼機の両方の設計特徴を取り入れています。ブレンデッド・ウィング・ボディ方式の利点は、効率の高い高揚力の主翼と、幅広の翼型ボディにあります。これにより、機体全体が揚力生成に貢献し、燃費向上の可能性が高まります。

揚力体

マーティン・エアクラフト社のX-24は、1963年から1975年にかけて行われた米国の実験的な軍事プログラムの一環として製造された。

揚力体とは、物体が揚力を生み出す構成です。全翼機が従来の胴体を持たない、あるいは最小限の翼であるのに対し、揚力体は従来の翼をほとんどあるいは全く持たない胴体と考えることができます。全翼機は揚力のない面を排除することで亜音速での巡航効率を最大化しようとしますが、揚力体は一般に亜音速、超音速、極超音速飛行、あるいは宇宙船の再突入において、抗力と翼構造を最小限に抑えます。これらの飛行形態はすべて、飛行安定性にとって課題となります。

1960年代から1970年代にかけて、小型軽量の有人宇宙船を建造する手段として、揚力体は主要な研究分野でした。アメリカは、この概念を試験するために揚力体搭載ロケット機を建造し、また複数のロケット打ち上げ式再突入機も建造しました。しかし、アメリカ空軍が有人ミッションへの関心を失うにつれて関心は薄れ、スペースシャトルの設計過程で、機体の形状が複雑すぎるため燃料タンクの搭載が困難であることが明らかになったため 、主要な開発は中止されました。

尾翼と前翼

典型的な翼断面を持つ主翼は飛行中に不安定です。フレキシブルウィング機は、正しい姿勢を維持するために、アンカーラインやパイロットの体重に頼ることがよくあります。自由飛行型の機体の中には、安定性のある翼型や、電子式人工安定装置などの他の機構を採用しているものもあります。

トリム、安定性、そして操縦性を確保するため、ほとんどの固定翼機は、水平方向に作動するフィンとラダー、そして垂直方向に作動する尾翼とエレベーターで構成される尾翼を備えています。これは非常に一般的なレイアウトであるため、「従来型レイアウト」と呼ばれています。尾翼に沿って2枚以上のフィンが間隔をあけて配置されている場合もあります。

サーブ・ヴィゲンのカナード

いくつかのタイプでは、主翼の後ろではなく、主翼の前に水平の「カナード」前翼があります。 [ 35 ] : 86 [ 36 ] [ 37 ]この前翼は、航空機のトリム、安定性、または制御、またはこれらのいくつかに貢献する場合があります。

航空機の制御

カイトコントロール

凧は 1 つ以上のテザーによって制御されます。

自由飛行する航空機の制御

グライダーや飛行機は、特に有人操縦の場合、高度な制御システムを備えています。

典型的な軽飛行機（セスナ150M）の操縦席と操縦桿

操縦装置は、パイロットが空中および地上で航空機を操縦するためのものです。一般的に、操縦装置は以下のとおりです。

  • 操縦桿またはジョイスティックは、ピッチ軸とロール軸を中心とした機体の回転を制御します。操縦桿はハンドルに似ています。操縦士は操縦桿またはジョイスティックを押すことで機体をピッチダウンさせ、引くことで機体をピッチアップさせることができます。機体をロールさせるには、操縦桿を希望するロール方向に回すか、ジョイスティックをその方向に傾けることで行います。
  • ラダーペダルは、ヨー軸を中心とした飛行機の回転を制御します。2つのペダルは回転し、一方を前に押すともう一方は後ろに動き、その逆も同様です。パイロットは右のラダーペダルを踏むと飛行機は右にヨーし、左のラダーペダルを踏むと左にヨーします。ラダーは主に旋回時に飛行機のバランスを取ったり、風などによって飛行機がヨー軸を中心に回転するのを補正するために使用されます。
  • 動力付きタイプでは、エンジン停止制御（たとえば、「燃料カットオフ」）があり、通常はスロットルまたはスラスト レバーと、燃料混合制御（高度の変化による空気密度の変化を補正するため）などのその他の制御があります。

その他の一般的なコントロールは次のとおりです。

  • 翼のフラップの偏向位置を制御するために使用されるフラップレバー。
  • スポイラーレバーは、主翼のスポイラーの位置を制御し、着陸時にスポイラーが展開するように設計された航空機において、スポイラーの自動展開を作動させるために使用されます。スポイラーは着陸時の揚力を低減します。
  • トリムコントロールは、通常ノブまたはホイールの形をしており、ピッチ、ロール、またはヨーのトリムを調整するために用いられます。これらは多くの場合、操縦翼面の後縁にある小さな翼型に接続されており、「トリムタブ」と呼ばれます。トリムは、定常航路を維持するために必要な操縦力への圧力を軽減するために使用されます。
  • 車輪付きのタイプでは、ブレーキは地上で飛行機を減速および停止させるために使用され、場合によっては地上での旋回にも使用されます。

航空機には、二重制御を備えた操縦席が 2 つあり、2 人が交代で操縦できる場合があります。

制御システムは、自動操縦装置、ウィングレベラー、飛行管理システムなど、完全または部分的な自動化を可能にする場合があります。無人航空機にはパイロットが存在せず、遠隔操作、ジャイロスコープ、コンピューター／センサー、その他の自律制御手段によって制御されます。

コックピット計器

有人固定翼航空機では、飛行、エンジン、ナビゲーション、通信、および搭載されているその他の航空機システムなどの計器がパイロットに情報を提供します。

6つの基本飛行計器。上段（左から右）：対気速度計、姿勢指示器、高度計。下段（左から右）：旋回計、方位指示器、昇降計。

6つの基本的な楽器は、6パックとも呼ばれ、以下の通りです。[ 38 ]

その他のコックピット計器には以下のものがあります:

これらの機器の一部またはすべてがコンピューターのディスプレイに表示され、電話のようにタッチで操作できます。

参照

参考文献

注記

引用

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参考文献

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