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凧の種類、係留方法、そして用途によって、凧の制御システムは多種多様になります。現代のメーカー、凧揚げ選手、凧揚げパイロット、科学者、そしてエンジニアたちは、その可能性を広げ続けています。
凧制御システムは、様々な用途において凧を操縦し、安定させるために用いられる幅広い方法と技術を包含しています。これらのシステムは、単純な手動制御から、複雑な自動化・電動化へと進化を遂げ、レクリエーション活動から科学研究、そしてエネルギー生成に至るまで、凧の幅広い用途を反映しています。これらの制御システムの開発と改良により、凧の能力と用途は飛躍的に拡大し、伝統的なレジャー用品から現代的な用途のツールへと変化を遂げてきました。
特に記録的な飛行において顕著な高高度カイト制御システムには、搭載型の迎角調整装置などの高度な機構が組み込まれています。これらのシステムはカイトのライン張力を管理するように設計されており、多くの場合、破損や制御不能を防ぐために安全な閾値に制限されます。これらの高高度カイトには、長距離からの検知を可能にする無線ビーコンや視認性を高めるストロボライトなどの安全・追跡機構が搭載されています。これらのシステムの複雑さは、厳しい条件下でカイトの性能と安全性を最大限に高めることを目指した、多大なエンジニアリングと設計の努力を物語っています。
凧揚げやレクリエーション用途では、単線制御システムが主流であり、凧を操作する人間は特定の動作を習得します。これらの動作には、凧を引っ張る、急に引く、投げる、方向転換などがあり、凧を望ましいパターンに操縦したり、空中戦を繰り広げたりするために不可欠です。この分野における制御システムの進化は、凧揚げにおける技術、伝統、そして技術革新の融合を浮き彫りにしています。ライト兄弟やジョージ・A・スプラットによって開発されたものなど、歴史的な制御システムは、航空分野全体において重要な役割を果たし、凧の技術と飛行の発展の相互関係を物語っています。
現代の凧制御システムは、中型ロープ式動力凧や高高度発電用風力凧システムなど、様々な専門分野に広がっています。複数のロープで制御される動力凧は、ブレーキの調整や凧の形状を特定の機能に合わせて変形させるために使用されます。これらの凧は、スポーツ、再生可能エネルギー、科学研究などの分野で利用されています。制御システムは複雑であることが多く、作用する力を制御するための特許技術が組み込まれています。凧を使った航空写真撮影や、操縦可能な滑空パラシュートは、凧制御システムの汎用性を示しており、伝統的な凧揚げ技術を写真撮影、ペイロード輸送、スポーツパラシュートなどの用途に応用しています。凧制御技術は、宇宙用途向けのソーラーセイルやプラズマ凧の研究など、現在も革新が続いています。
2000年の高度記録飛行では、機体に搭載された迎え角調整装置が使用された。操縦士が設計した調整装置により、凧の翼本体の迎え角を変更することで、凧糸の張力が100ポンド以下に制限された。凧糸には制御装置が付いており、これは糸繰り出し計であったが、記録飛行では機能しなかった。しかし、特殊な係留索の下端には、長い係留索への突風の影響を軽減するために、バンジーと滑車が使用されていた。凧の制御には、他の航空機が凧システムをどのように見ているかが含まれる。チームは凧に無線ビーコン(50マイル先まで検知可能な2メートル周波数を使用)を設置した。視認性を確保するため、凧の先端からストロボライトを吊るした。リールと滑車を使用した制御は、張力が高いときに重要になるため、チームは飛行中に部品の修理と交換をしなければならなかった。[ 1 ]
単線凧を制御するための補助装置が発明され、使用されています。凧の翼に取り付けられた装置は、凧糸の張力、または凧が飛んでいる周囲の気流に対する凧の迎え角に反応します。特殊なリール装置により、凧糸の長さと張力を制御することができます。凧糸の下端を左右、風上、反風上に動かすことは、単線凧の制御システムの一部です。凧のブライドルに取り付けられた装置は、副ブライドルの相対的な長さを変化させ、凧の姿勢を設定することで、凧が可能な位置のうち特定の位置で飛行するようにすることができます。これは、凧が飛行準備段階にある間、一度だけ設定することができます。しかし、ケネス・C・ハワードは、飛行中に単線凧を操作して様々な設定にできる装置を提案しました。
これは、紐 19 を素早く繰り返し緩めることによって行うことができます。本発明の第一の形態では、制御アーム 14 の結果として生じる傾斜運動と、歯 II 上の爪 22 の作用により、アームがプレート 10 の周りを徐々に回転します。したがって、凧 29 を上昇、急降下、または右または左に飛ばすために、アーム 14 の任意の所望の回転位置を実現できます。
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単線制御による伝統的な戦闘機による凧揚げは凧揚げの主流であり、多線制御の凧揚げはまだマイナーな競技である。単線を操作する人間は、不安定な凧を一時的に一方向に動かすための動き(引っ張る、引っ張る、放す、方向を変える)を習得することを目指す。制御の目的は攻撃と防御、つまり攻撃からの逃避や攻撃態勢からの離脱である。凧を操縦する人間やパイロットの動きによって一時的に限られた安定性が得られるように凧を設計するには、特別な注意が必要である。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]

ピアノ線をベースにした凧の制御システム。
パワーカイトは2本から5本のラインで制御されます。最もシンプルなシステムは、カイトのどちらかの端を引くことで操縦を行います。ラインの数を増やすことで、様々な機能を実現できます。具体的には以下のとおりです。
行はさまざまなコントローラーに接続されます。
高高度風力発電システムの人間による制御は、テザーの張力が直接手動で操作するには大きすぎるため、通常はサーボ機構を介して行われます。 [ 15 ] [ 16 ]
この分野には数多くの特許があります。
その他の概念は次のとおりです。
カイトリグは、ボート、バギー、雪氷用の滑走路を備えた車両などの車両を推進するためのシステムです。専用のスケートボードに乗って凧を揚げるシンプルなものから、車両に固定され、電動・自動制御される複雑なシステムまであります。従来の帆とは異なり、マストではなくロープで揚げられます。
船を牽引する凧は数百平方メートルの面積に広がり、特別な取り付けポイント、発射および回収システム、フライ・バイ・ワイヤ制御が必要です。
SkySails船の推進システムは、大型 のフォイル凧、凧の電子制御システム、凧を収納する自動システムで構成されています。
この凧は、カイトサーフィンで使用されるアークカイトと10倍以上の大きさですが、類似点があります。ただし、ラムエアカイトではなくインフレータブルカイトです。さらに、複数のカイト制御ラインに直接張力をかけるのではなく、制御ポッドを使用します。カイトから船までの全距離を1本のラインで結び、カイトから制御ポッドまでブライドルラインが伸びています。ポッドへの電力はラインに埋め込まれたケーブルによって供給され、同じラインが船から制御ポッドへのコマンドも伝えます。[ 19 ]
凧は、凧の先端を掴む動くマストまたはアームによって飛ばされ、回収されます。マストは凧の膨らませたり縮めたりもします。使用しない時は、マストと縮んだ凧は折りたたむことができます。[ 19 ]
ターゲットカイトとは、一般的に戦時中に艦上で対空砲火の訓練に使用された凧を指します。これは、スミソニアン博物館(航空宇宙コレクションの収集に尽力していた)を休職中に戦争関連の仕事をしていた ポール・E・ガーバーによって発明されました。
凧は高さ約5フィートの、一般的な2連エディ凧でした。帆はスカイブルーで、日本軍の零戦またはドイツ軍の戦闘機の輪郭が黒く塗られていました。垂直の連桁の下端には、船の舵のような小さな舵が取り付けられていました。舵は2本の凧糸で制御され、凧揚げにも使用されます。2本の糸は地上に降りてきて、フライングバー(両端に糸巻きが付いた棒)または糸の長さを均一にするラチェット機構を組み込んだ特殊な2連糸リールに終端します。糸巻きは木製の棒の中央にあり、糸を一定の間隔で保持していました。
室内で凧を飛ばすときに、先端に紐が付いた棒や棒がよく使われます。
エクストリームカイトスポーツで使用されるロングラインのパワーカイトとは異なり、このセクションではショートラインのフレーム付き大型カイトに焦点を当てます。[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]ハンググライダーカイトの飛行を最適に制御するためのカイトライン、または「ハングライン」は、慎重に長くする必要があります。その後、ラインは2つ、3つ、または4つのメインテザーに分岐し、ハングカイトの操縦者またはパイロットのハーネスに接続されます。カイトグライダーの著者であるマイク・マイヤーは、「適切なハング高さを得る方法」を執筆しました。[ 24 ] NASAは、パレセフのハングパイロット航空機でマスシフト方式を採用し、剛性フレームカイトを使用しました。ハングテザーもまた、異なる方法で剛性化されました。ショートハングラインを使用するスポーツハンググライダーカイトシステムでは、ハングループ、つまり吊り下げカイトラインの最初の部分は柔軟なウェビングで、ハーネスへのメインラインはコード、場合によっては柔軟なウェビングです。凧の翼の姿勢の制御は、多くの場合、操縦士が凧の強化された機体部分であるコントロールフレームを掴み、凧の機体を左右または前後にさまざまな組み合わせで押したり引いたりすることで実現されます。この制御システムは、一般的に「重量移動」と呼ばれますが、機械的には、質量の位置を変更して、空気力学的圧力の中心に対するシステム全体の重心を変更し、てこ作用モーメントを発生させて飛行を制御します。
凧の機体上でテザーを結ぶ位置は、他の凧と同様に非常に重要です。テザーの接続、つまり束縛は、空気力学的圧力中心とシステムの重心を考慮して行われます。マイク・マイヤーによる重要な論文「ピッチ安定性と質量中心の位置」[ 25 ]は、この制御上の懸念に焦点を当てています。
カイトハンググライダーを飛行させる際、インストラクターが飛行指導中に生徒に三角操縦桿の保持から完全に手を離し、ぶら下がるように指示することがあります。ぶら下がる(重力によって生徒の体が下方に引っ張られ、凧の翼が張力で引っ張られる)ことで、生徒は適切に操縦桿を握りトリムされた翼が安定して飛行することを体験します。[ 26 ]生徒は操縦桿を放すことで適切にトリムされた安定飛行が可能になることを体験します。しかし、突風が発生するため、生徒は手を離して飛行することが通常の状態ではなく、むしろカイトパイロットがほぼ常に操縦桿を操作していることを学びます。[ 27 ] [ 28 ]
ここでは、動力のない凧がパイロットに繋がれ、パイロットはハーネスを装着し、そのハーネスに推進用の主動力エンジンまたはモーターを取り付けます。凧自体は動力を受けませんが(エンジンが翼に取り付けられている場合とは全く異なります)、システム全体は動力飛行機となります。操縦システムには、パイロットがハーネスに接続された主動力エンジンまたはモーターによって推進されない同様のシステムの操縦システムが含まれます。ただし、飛行を制御する際には、重心の調整が尊重されます。さらに、パイロットが推進力を得ている間、パイロットは凧の凧糸が角度をなすように位置を調整します。これにより、凧糸は風上から始まり、風下に向かって上向きに角度をなす、おなじみの凧揚げの方法で翼を引っ張ることができます(ここで注目すべきは相対風です)。[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]
ここでは、タグカイトのロープはカイト操作中、一定の長さを保ちます。地上車両の操縦者は特別な操縦義務を負います。カイト付きハンググライダー操縦者は、他の牽引方法とは異なる方法でカイトを操縦します。専門的な指導では、これらの違いを慎重に学びます。予期せぬ事態が発生した際に状況を適切に制御することも、指導の大きな部分を占めます。

複雑な制御システムには、ウインチの操作も含まれます。タグラインの長さは最初は長く、ウインチがタグラインを巻き取るにつれて短くなります。これにより、カイトを使ったハンググライダーの操縦者の操縦判断が変わります。操作方法は、ウインチ操作の初心者や、この方法でカイトを使ったハンググライダー操縦者向けに用意されています。この方法は、タグラインの長さが曳航中一定のままであるスタティックライン法と区別してください。タグラインを短くするカイト法の制御システムは異なります。
カイトハンググライダーのバンジーランチコントロールシステムには、独自の特別な詳細があります。タグカイトラインは非常に弾力性があり、張るとラインが長くなり、発射に使用する際はカイトラインが短くなります。カイトの翼の姿勢を制御するのは、短いカイトラインでぶら下がりながら三角形のコントロールフレームやその他の機体部品、さらには空力面コントロールを操作するパイロットの責任です。専門家の指導を強くお勧めします。バンジーアセンブリの非弾性部分は、バンジーが破断してパイロットの方に跳ね返ってきた場合に備えた保護に使用されます。タグラインパラシュートを使用すると、解放されたバンジーの落下速度を低下させることができます。バンジーランチは、フリーフットランチが容易でない斜面からのランチ(サイトの構造や足が不自由なパイロットなど)や平地での短距離飛行のデモンストレーションに最もよく使用されます。
補強されていないフランシス・ロガロ式パラウィング、ドミナ・ジャルバート式パラフォイルウィング、またはその他の改良型フレキシブルウィング(バリッシュ・セイルウィング、カイトシップウィング、パラセイル、改良型円錐パラシュート)は、主動力エンジンやモーターを搭載できません。動力のないウィングへのカイトラインは、ウィング下部の静的または可動式のアンカーで終端します。アンカー自体は、専用の推進エンジンまたはモーターで固定されている場合もあれば、アンカー(ペイロード、パイロット、またはペイロードとパイロットの両方)が重力によって落下する場合もあります。この場合、重力によってウィングがカイトラインを引っ張られます。ペイロードまたはパイロットが主動力エンジンやモーターを搭載せずに単に落下する場合、カイト付きのフレキシブルウィングはパラグライダーウィングです。ペイロードまたはパイロットに推進エンジンまたはモーターが追加で搭載されている場合、そのような推力ペイロードまたはパイロットを備えたカイト付きの非動力フレキシブルウィングは、動力航空機システムまたは動力パラグライダーシステムです。制御システムは、特定の用途(軍事ペイロードの降下、自律型動力パラグライダーまたはドローン、スポーツパラグライダー、スポーツ動力パラグライダー、スケールモデルパラグライダー、スケールモデル動力パラグライダー)に応じて多様化されている。[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]ペイロードやパイロットが動力を受けているかどうかに関係なく、すべてのバリエーションに共通するのは動力のない凧である 。

これらの自由飛行凧は、制御可能なパラシュートであり、ペイロード配送システム、スポーツグライディングパラシュートまたはスカイダイビング、ベースジャンプ、スケールモデルパラシュートとして使用されます。繊細なペイロードの配送や人間の輸送に使用する場合、収納状態からの急速な開放はスライダーの使用によって抑制されます。翼は無動力のままで、プラットフォームまたはハーネスに取り付けられた手綱によって凧揚げされます。凧揚げされた翼のサイズと設計は、梱包、開放、および沈下率が重要な特性となる最終的な用途に合わせてカスタマイズされます。制御システムは特定の用途に特化されています。制御システムには、遠隔地からの無線制御が含まれる場合があります。
カイト航空写真撮影(KAP)で使用されるカイトは、通常、KAPを使用しないカイトフライヤーと同じリールとスプールを使用して制御されます。KAPの最高の撮影は、予想よりも低い高度(100~200フィート)で行われるため、特別な機材は必要ありません。KAP飛行で最も問題となるのは、最高のカメラショットを得るためにカイトを背の高い木々や建物の間を飛ばさなければならない場合です。そのため、素早い巻き上げはプラスになります。
カメラリグ自体は凧の少し下方にある凧糸に固定されます。凧の回転に関わらずカメラが水平に浮遊できるような滑車方式が望ましいです。ピカベシステムはそのような方式の一つです。
カイトフォトグラフィーをさらに洗練させるには、ライブビデオと無線操縦機能を利用し、カメラの向きを制御できます。これは、数分ごとにカメラをシャッターボタンで切り替えるだけの小型リグよりも優れています。小型リグでは、カメラの向きを変えるために地上まで引きずり降ろす必要があります。無線操縦リグの欠点は重量が重いため、撮影には強い風が必要になります。そのため、晴天に加えて強風も必要となり、撮影の機会が限られてしまいます。
あるタイプのソーラー凧について、科学者たちは、宇宙空間や地球、月、彗星、その他の太陽系の天体の周りを回るソーラー凧の動きを制御する可動部品が最小限で済むことを誇りに思っています。[ 40 ]多くの科学者とエンジニアが凧の定義を広げています。C. ジャックと C. ウェルチの両著者が説明したソーラー凧では、凧の質量の慣性が光子の流れに対する抵抗となります。また、凧を制御して凧の加速度を変えることで、凧揚げのシナリオが構築されます。つまり、凧を重力の引力から遠ざけて意図した経路で飛行させることは、ソーラーセイルを光子の流れにおける凧として含めることをサポートします。凧にはスタートデータが与えられます。凧は星を追跡し、3 つの要素を操作して姿勢を制御して偏向を引き起こし、地上を操作する凧の操作者が希望する飛行経路を実現します。ペイロードの位置を変更して、凧の圧力中心と質量中心の相対位置を変更します。これは圧電アクチュエータによって部分的に行われる。また、中心のペイロードを支える支柱は、異なる温度に加熱される。これにより、支柱の1つが温度の低い支柱よりも長くなり、凧の圧力中心に対する質量中心が変化する。さらに、姿勢変化を引き起こすために、小さな光スラスタ(加熱されたワイヤー)が凧の姿勢を微調整する。このようなスラスタは凧を推進するのではなく、凧の帆の姿勢を変えるためにのみ使用される。これらのメカニズムは、凧に方向を与えるための最小限の電力消費で、確実な制御を提供することを目的としている。ソーラー凧の作業グループは、ソーラー凧/ソーラーセイルの制御手段として、少なくとも17の手段を検討している。[ 41 ]
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