ニュース

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

前回のおさらい：ポピュラーサイエンス：飛行機の翼には何種類の翼があるのか​​（１）

可変後退翼、デルタ翼、台形翼は離陸・着陸速度や操縦性が直線翼に劣りますが、高速飛行抵抗が大きすぎるため、機械的手段を使用して翼の後部翼を作成できます。 かすめ角は飛行中に必要に応じて変更できます。これは両方の長所を生むものではないでしょうか。これが可変後退翼の起源です。

可変後退翼の概念は単純に見えますが、その実装には多くの問題があります。まず飛行安定性の問題です。翼の後退角が大きくなると揚力中心は徐々に後方に移動し、やがて揚力中心が重心から遠くなるという問題が発生します。たとえ超巨大な水平尾翼で抑えられたとしても、それは巨大な抗力をもたらすことになります。 、そして利益は損失の価値がありません。可変後退翼はリフトセンターの動きを小さくするために内側の固定部の外側にヒンジを2つに分割するしかなく、外側の可動部が減り、可変後退翼の効果が犠牲になってしまいます。エンジニアリング設計を簡素化します。

飛行安定性の問題を最小限に抑えるために、su-17 の可動部分は翼幅の半分のみを占め、f-14 の可動部分の方が大きな割合を占めていますが、依然として大きな固定部分があります。可変後退翼には特有の問題が数多くあります。翼下着陸装置を設置する場所を見つけるのが容易ではないこと、翼内燃料タンクを可動部分に設計できないため、翼内総重量が大幅に減少することです。燃料タンクのスペース、翼下の兵器パイロンは着陸装置を維持するために可動セクションと同期して回転する必要があり、搭載される兵器は前方を向いており、可変スイープ翼の固有の機械的問題と結びついています。翼は最終的に非常に重くなり、可変スイープ翼の空力学的利点が大幅に相殺されます。

1960 年代と 1970 年代に短期間登場した後、現在ではほとんど使用されていません。1981 年に初飛行した tu-160 は、新しく製造された最後の可変掃引翼航空機でした。

前方後退翼、大型後退翼、デルタ翼の場合、後退角によって抗力は減少しますが、空気は実際には斜めの後退角のみに関心があり、翼が後方に後退するか前方に後退するかは気にしません。それでは、前方後退翼にはどのような利点があるのでしょうか?前方に傾斜した翼の翼幅方向の流れは内側にあり、最終的には胴体が自然に翼幅方向の流れを阻止し、揚力を生成する翼の効率を向上させます。

さらに重要なことは、前方後退翼は翼端失速の問題を大幅に遅らせることです。空気は粘性があり、この粘性によって翼の表面に境界層（境界層とも言います）が形成され、この境界層では空気の流れが鈍くなり、揚力を発生させる効果が失われます。高い迎え角で飛行すると、後退翼の翼幅に沿って気流が流れ、境界層が翼端に向かって蓄積し、翼端が先に失速し、揚力中心が翼の付け根方向に移動します。これにより、航空機の機首がさらに上昇し、最終的には航空機全体が翼失速してしまいます。

前方後退翼は異なり、翼端は「きれいな」気流の中にあり、翼の付け根に境界層の蓄積が発生し、揚力損失が小さく、エルロンが効果的なロール制御を維持します。前方後退翼では、ほぼ翼全体が失速するまで翼端失速の問題が発生しませんが、これは後退翼よりもずっと遅いため、操縦性を高めるのに有利です。

空気は翼の「スイープ」にのみ関心があるため、翼が前方にスイープされるか後方にスイープされるかは問題ではありません。下の写真は別のアメリカの x-29 です。前方後退翼の研究航空機。

しかし、前方後退翼には、空力弾性発散という重大な欠陥もあります。翼は堅くはありませんが、ある程度の柔軟性を持っています。

翼表面の空気の流れによって揚力が発生し、その揚力が翼に作用するため、翼端は翼の付け根を支点として上方にねじれようとします。前方後退翼の支点は翼端の後ろにあるため、前方後退翼の翼端は自然に後方および上方にねじれる傾向があり、上向きの動きにより局所的な翼の迎え角が増加し、さらに大きな揚力が発生します。後方と上方へのねじれを悪化させます。

チェックせずに放置すると、過度のねじれにより構造がすぐに損傷する可能性があります。後退翼の支点は翼端の前にあり、翼端は揚力の作用により前方および上方にねじれる自然な傾向がありますが、局所迎え角が小さくなると、この問題は発生しません。初期の頃は、材料の制限のため、前方後退翼では空力弾性発散の問題を解決できず、後退翼が唯一の選択肢となりました。複合材料の出現後は、いわゆる「空力弾性テーラリング」が使用できるようになりました。つまり、繊維方向を巧みに配置することにより、構造剛性がスパン方向よりも法線方向で高くなり、これによって引き起こされる問題が解決されます。空力弾性発散は賢く克服できます。

斜め翼について

後退翼と前方後退翼はどちらも対称で、両側が一緒に後退するか、両側が一緒に前方に後退します。しかし、抗力低減の観点からは、一方の側を前方にスイープさせ、もう一方の側を後方にスイープさせて非対称の斜めの翼を形成できない理由はありません。

前進でも後退でも構わないので、前進でも後退でも大丈夫です。 これはアメリカの ad-1 研究機です。

（離着陸時は通常の直翼機と同様に平らですが、離陸後、高速飛行時には片端が前方に、もう一方の端が後方に傾いた斜め翼になります。）

後退翼や前方後退翼と比較して、斜め翼の胴体軸に沿った総断面積分布は比較的均一であり、遷音速面積の法則を満たし、遷音速抗力を低減するのに有利です。

固定斜翼には利点もありますが、可変後退斜翼が真価を発揮します。

従来の可変後退翼はヒンジの位置に悩まされますが、可変後退斜め翼のヒンジには理想的な位置が 1 つだけあり、中央にあり、他の位置は不要です。両側の重量がバランスするため、後退斜翼の機械設計は少し単純になります。これは、手を外側に伸ばして直接バケツを運ぶか、肩に荷物を運ぶかの違いに似ています。空気力学的にも、傾斜角度の変化によりリフトセンターの動きがほぼ変化せず、飛行安定性の設計が簡素化されます。

斜め翼は後退翼変更の問題を意外に解決してくれるが、斜め翼の優位性がより発揮できるのは飛翼である。

従来の航空機は翼と胴体が分かれており、翼が揚力を生み出し、胴体が人や荷物を運びます。しかし、胴体は揚力を発生させず、「自重」となるため、翼の付け根に大きな応力が発生し、構造的に非効率的です。最良の方法は、構造強度の要件が最小限に抑えられる翼の内側にすべての荷重を配置することです。理論的には、翼上のすべての点で揚力と重力が正確に相殺されていれば、飛行機を紙で作ることができ、構造重量を最小限に抑えることができます。もちろん、現実には不可能です。空に到達する前に、すでに重みが紙の皮を押し通しています。しかし、これは、胴体がなく翼だけがある全翼の一般的な方向が正しいことを示しています。

飛行翼は荷重を支える翼構造を使用しており、構造の空力効率を最大化し、翼根元応力の問題を排除します。これはアメリカン b-2 です。

x47b

楕円形の翼

推力が発生しない場合、航空機によって空気中に伝達されるすべてのエネルギーは抗力を形成し、翼端渦は飛行抵抗の非常に重要な部分となります。翼端付近で発生する揚力が少なくなるように揚力分布を適切に設計すると、翼端付近の流れによって生じる抵抗が自然に軽減されます。これがイギリスのスピットファイア戦闘機の有名な楕円翼の考え方です。第二次世界大戦中のジェット機 このようにして成形された翼が誕生しました。

上の写真に示すように、英国のスピットファイア戦闘機の有名な楕円翼は、翼端の流れを減らし、揚力の分布を最適化するように設計されています。

楕円形の翼を自然に延長したものが円形の翼です。円形の翼は、揚力を発生する部分を翼の付け根に集中させるだけでなく、特に胴体のない円形の飛行翼の場合、面積則によりよく適合します。この種のフライングディスクは、理論的にはホバリングから超音速までのあらゆる速度域に適しているだけでなく、sf の人々のお気に入りでもあり、航空機設計においては手放すのが難しい理想的な設計でもあります。飛行制御の問題は解決がさらに困難であり、制御アームが非常に難しいだけでなく、エンジン、ノズル、操縦翼面の設計も再検討する必要があります。

より極端なものはもちろん空飛ぶ円盤です。これはカナダのアブロカーです。上の写真に示すように、アメリカ空軍用に設計されたものです。

ウィングレット

翼端の流れの問題を解決するもう 1 つの方法は、翼端に立って翼端の流れを直接防ぐ垂直翼であるウイングレットを使用することです。空気力学的に、ウィングレットは有効翼長を延長し、揚力を増加させます。適切に設計されていれば、ウイングレットは実際の「翼幅」を超える有効翼長を実現できますが、ウイングレットは抗力と重量も増加させ、翼表面移行部で空気力学的干渉抵抗ももたらします。

楕円翼や空飛ぶ円盤がなくても、ウィングレットは翼端周囲の流れの影響を効果的に軽減できます。

ウィングレットは上下に同時に伸ばすことも、上方にのみ伸ばすこともできます。この 2 つの選択は、必然的に揚力の増加と重量と抗力の軽減の間のトレードオフになります。ウィングレットは、古い設計の可能性を活用する場合、または空港の状況によって翼幅が制限されている場合に、非常に効果的なアプローチです。しかし、翼をゼロから設計する場合、多くの場合、スパンを増やす方が簡単で効果的です。

ウイングレット開発の簡単な歴史

ウィングレットは上に跳ね上がるだけでなく、下に垂れることもできます。これがa320のウィングレットです。