チャールズ・M・オルムステッド

チャールズ・モーガン・オルムステッド
チャールズ・モーガン・オルムステッド
生まれる	（1881年1月19日）1881年1月19日
死亡	1948年（1948年00月00日）（66～67歳）
職業	航空エンジニア
配偶者	エリザベス・A・マクニール（1881年6月18日）
子供たち	5人の子供
両親）	クララ・アマンダ・モーガン・ジョン・バートウ・オルムステッド

チャールズ・モーガン・オルムステッド（1881年1月19日 - 1948年）はアメリカの航空技術者であった。

航空学

チャールズ・M・オルムステッドは天体物理学の博士号を取得し、20世紀初頭に航空技術者となった。14歳の時、彼はグライダーを設計・製作した。これはアメリカ合衆国で初めて試験されたモデルの一つである。1909年秋、オルムステッドはピッツ社が当時生産していた蒸気トラクターに代わる航空機の生産を開始しようと試みるのを指揮した。1909年には、最小誘導損失プロペラの設計・製作から始め、1910年には当時の超軽量構造とは対照的な、堅牢な構造の試作機を製作した。この試作機は、固有の安定性と効率的な流線型のプロファイルを備えていた。オルムステッドの最小誘導損失プロペラは、1914年のカーチス社製飛行艇エディスとアメリカの飛行、および1917年と1918年のさまざまな軍用機の飛行において、上昇率、速度、および運搬重量の多くの記録を樹立しました。標準設計より20%効率が向上したため、オルムステッドの最小誘導損失プロペラは、1919年のノースカロライナ航空機による歴史的な大西洋横断飛行の最初の区間にも使用されました。チャールズ・オルムステッドは、現代の意味で科学的に訓練されたアメリカ初の航空技術者として数えることができます。つまり、数学的手法を空気の流れ、プロペラ設計の科学的研究、および航空機の設計と製造のための材料の強度と重量の分析に適用する技術者です。

オルムステッドは、1894年、13歳にしてグライダーを設計・製作・飛行させたアメリカ初の人物ではありませんでしたが、おそらく子供として初めてグライダーを製作した人物でしょう。1894年、チャールズ・オルムステッドはグライダーを設計・製作し、翌年にはアメリカで当時最長のグライダー飛行を達成しました。最も注目すべきは、1910年以降、オルムステッドが初めて流線型のモノコック航空機を設計・製作し、最小誘導損失プロペラを開発した人物であることは間違いありません。

チャールズ・オルムステッドは1894年から1895年にかけてハーバード大学に通いました。ハーバード大学卒業後、オルムステッドは1902年から1906年にかけてゲッティンゲン大学とボン・ヴィルヘルム研究所に学び、ボンで博士号を取得しました。1908年、オルムステッドは最小誘導損失プロペラの実験と理論的研究を開始しました。ライト兄弟による初の動力飛行成功からわずか5年後、チャールズ・オルムステッドは、航空機用プロペラの最大効率を達成するためのブレード形状とピッチを記述する最初の方程式を開発しました。1909年には、史上初の実物大プロペラの風洞実験を行い、オルムステッドはプロペラの設計と理論を完成させました。

こうした効率の向上は、アメリカ号（1914年）やカーティスNC4機（1919年）といった初期の大西洋横断飛行艇の成功に不可欠でした。これらの飛行艇はすべてオルムステッド製プロペラを採用していました。1914年7月12日、計画されていた大西洋横断飛行に備えて最終試験が行われた後、グレン・カーティスはオルムステッド製プロペラを「これまで見た中で最も精巧で効率的なもの」と公表しました。 1908年にプロペラの方程式を開発してから2年後、オルムステッドはバッファロー・ピッツ社と共同でシンジケートを結成し、試作機の量産開発に着手しました。

1851年に設立されたバッファロー・ピッツ社は、脱穀機および蒸気牽引エンジンの世界最大の製造業者に成長した。「湖の女王都市」バッファローの港湾地域のエリー運河沿いに位置する同社は、世界各地に農業機械を出荷していた（図3）。1909年の秋、チャールズ・オルムステッドはバッファロー・ピッツ社のビルの3階に空気力学の実験室を設立し、「最小誘導損失」プロペラを製造するためにすでに開発していた数学的手法をテストした。オルムステッドにとっての最大の魅力は、ピッツ社に電力を供給しているナイアガラの滝の巨大な発電機であり、これにより、制御可能な大馬力の電動モーターを使用して高速度の風を発生させ、風洞でプロペラや飛行機の模型を正確にテストすることができた。 1910年春、オルムステッドはピッツ社を率いて、当時生産していた蒸気トラクターに代わる航空機の生産開始を試み、その試みを主導しました。彼はまず、当時の超軽量構造とは対照的に、堅牢な構造を持つ試作機の設計・製作を行いました。この試作機は、ピッツ社の蒸気機関が重くて扱いにくいのと同じくらい、軽快で優美なものでした。しかし残念ながら、バッファロー・ピッツ社は事業多角化の試みに遅れを取り、1912年から1914年にかけての不況の犠牲となりました。

1912 年までにほぼ完成したオルムステッドモノコックバードは、科学的に設計された構造を持つ、真に堅牢な「飛行機」として史上初の機体の一つとなりました。主翼は、薄板のクロームバナジウム鋼、アルミニウム、バスウッドの積層板で作られ、すべてしっかりとリベット留めされていました。胴体は、名前はスプルースグースですが、スプルースグースと同様、モノコック構造の積層樺で成形されていました。製造に使用された材料と部品の重量と強度を慎重にテストすることが、設計において極めて重要な役割を果たしました。また、抗力を最小限に抑え、揚力を最大化するための風洞実験も行われました。オルムステッド、バッファロー、ピッツの飛行機と同時代の飛行機は、木製の骨組みと、多くの場合は竹製の骨組みに漆塗りの布を張った、基本的に超軽量の設計で作られていました。カーチス飛行艇でさえ、薄い木製の船体を揚力させるためにゴム引きの布製の翼を使用していました。オルムステッド機の操縦士は、衝突時の衝撃をほぼ吸収する積層木材構造に囲まれていた。飛行中の「固有の安定性」に加え、「失速回避」と機首から着陸するための「特殊な着陸装置」を組み込むことで、オルムステッドは「航空機の飛行を自動車と同じくらい安全かつ実現可能なものにする」ことを望んだ。

チャールズ・オルムステッドが1910年にバッファロー・ピッツ・オルムステッド・シンジケート向けに設計した試作機は、1935年のDC-3と同じ形状の、後方傾斜の無限可変キャンバー高アスペクト比翼を持つ。また、機首が先に引き込まれた着陸装置、上昇した高アスペクト比のT字型尾部、および進行方向に回転するジャイロ的に安定した空冷式ノームエンジンも備えている。2つの逆回転する最大効率のプッシャープロペラは、スワールを抑えるため、翼の頂点と車輪マウントの覆われた表面に近接して取り付けられている。プロペラの上部と後ろには特別な支柱があり、残りのスワールをさらに揚力と推力に直接変換する。プロペラのスワールは上昇ストロークでは妨げられるが、下降ストロークでは自由に発生し、離陸時の揚力を増加させる。

この飛行機における大きな先駆的イノベーションは、すべての部品が標準的な強度冗長性と最小重量になるように注意深く応力解析されたことである。すべての木製部品は中空外板応力構造であった。すべての部品の設計図とパターンが作成されたため、バッファロー・ピッツ社は 1912 年末のある時点で成功したプロトタイプの組立ライン生産にすぐに着手することができた。バッファロー・ピッツ・オルムステッド飛行機の特徴の多くは、2007 年と 2008 年に NASA 賞を受賞したカーボンファイバー製の 2008 ピピストレルウイルスに組み込まれている。ウイルスはまた、翼の下に吊り下げられた流線型の胴体と、隆起した T 字型の尾部を使用している。ウイルスのプロペラもオルムステッドの特許タイプである。ほぼ 100 年の時を隔てた 2 つの飛行機の全体的な類似性は非常に驚くべきものである (図 18 ～ 19)。現在、この飛行機はスミソニアン博物館のウドバー・ヘイジー・センターで誰でも見ることができますが、バッファロー・ピッツ社の痕跡は残っていません。4番街の両側、バージニア通りとカロライナ通りの間のブロックを占めていた複合施設全体は取り壊され、学校の運動場に変わりました。オルムステッド・バードが飛ぶ機会があれば、着地時の前輪の衝撃を吸収してくれたであろうスポールディング社のフットボールを偲んでか、バードが翼を失った場所には、現在フットボール場のゴールポストが立てられています。

オルムステッド・バッファロー・ピッツ社が1912年に開発したモノコック・バードは、薄板クロムバナジウム鋼板、アルミニウム板、バスウッド積層板で作られた翼と、モノコック積層板の樺材とクロムバナジウム鋼板で成形された胴体を備え、科学的に工学的に設計された設計と構造を持つ、史上初の真の「飛行機」の一つでした。この飛行機の開発は、1912年夏にバッファロー・ピッツ社が倒産したため、90%完成した時点で中止されました。その後、チャールズ・オルムステッドはCMO物理研究所を設立し、その後7年間、超高効率プロペラの製造と販売を独自に続けました。

実際、オルムステッドのプロペラを搭載した飛行艇は1914年に2度も世界重量運搬記録を更新し、オルムステッドのプロペラを搭載したマクドネル水上機は1917年に海軍上昇記録を樹立し、ル・ペール戦闘機は1918年にオルムステッドのプロペラで史上最速飛行を記録しました。また、オルムステッドのプロペラにより、ノースカロライナの飛行艇は1500ポンド多い重量を積載して飛行できるようになり、離陸距離も半分に短縮されました。チャールズ・オルムステッドは、1942年春に初めて超大型輸送機WIGE（翼地面効果）機を設計しました。この努力から最終的にハワード・ヒューズの巨大飛行艇、スプルース・グースが開発され、ジョン・タワーズとの会議の記録がそれを示しています（（オルムステッド2020：226〜230）。

オルムステッドは生涯で動力飛行をしたのはたった 4 回だけだった。

参照

カーチス NC-4
ホルテンHVは、基本的にオルムステッドパターンの推進プロペラを使用したドイツの全翼機設計である。
ジョン・シリル・ポート

参考文献

オルムステッド、ギャレット.オルムステッド・プッシャー.第一次世界大戦航空誌第87号、1981年11月、30～52ページ。

オルムステッド、ギャレット. 切られた翼：飛行の歴史におけるチャールズ・オルムステッドの役割. 2020年. Academia.edu.

外部リンク