航空機の飛行制御システム

一般的に、主要な操縦席の操縦装置は次のように配置されています。^{[ 3 ]}

• 操縦桿（操縦コラムとも呼ばれる）、センタースティック、またはサイドスティック（後者2つは、一般的にコントロールスティックまたはジョイスティックとも呼ばれる）は、左右に旋回または偏向すると補助翼を動かし（または初期の航空機設計では翼のねじりを作動させる） 、前後に動かすと昇降舵を動かすことで、航空機のロールとピッチを制御します。
• ラダーペダル、あるいは1919年以前の「ラダーバー」は、ラダーを動かすことでヨーイングを制御します。例えば、左足を前に出すとラダーが左に動きます。
• 推力レバーまたはスロットルは、動力付き航空機のエンジン回転数または推力を制御する装置である。

操縦桿も航空機によって大きく異なります。ロールは操縦桿を時計回り/反時計回りに回転させて制御し（車のステアリングのように）、ピッチは操縦桿を操縦者に向かってまたは操縦者から遠ざけるように動かすことで制御するものもあれば、ピッチは操縦桿を計器盤に出し入れすることで制御するもの（セスナ152や172などほとんどのセスナ機のように）、ロールは操縦桿全体を左右にスライドさせることで制御するもの（セスナ162のように）もあります。センタースティックも航空機によって異なります。ケーブルを使用して操縦翼面に直接接続されているものもあれば、^{[ 4 ]}フライバイワイヤ機のようにコンピューターが間にあって電気アクチュエータを制御するものもあります。

航空機がV 尾翼ラダーベーター、フラッペロン、エレボンなどの異なる飛行制御面を使用する場合でも、これらのさまざまな複合目的制御面は空間内の同じ 3 軸を中心とした回転を制御するため、航空機の飛行制御システムは、スティックまたはヨークが従来どおりピッチとロールを制御し、ラダー ペダルがヨーを制御するように設計されます。^{[ 3 ]} 現代の飛行制御の基本パターンは、フランスの航空界の人物であるロベール エスノー ペルテリーによって開拓され、同じくフランスの飛行家であるルイ ブレリオが、1908 年 4 月にルイのブレリオ VIII単葉機でエスノー ペルテリーの制御形式を最初に普及させ、1909 年 7 月にドーバー海峡を横断したブレリオ XIでその形式を標準化しました。飛行制御は、1944 年の著書「スティックとラダー」などの初歩的な教本で普及したように、何十 年にもわたってこのような方法で教えられてきました。

航空機によっては、操縦翼面をリンク機構で操作しないものもあります。例えば、超軽量航空機や動力付きハンググライダーには、そのような機構は一切ありません。代わりに、パイロットは（翼下面から吊り下げられた頑丈なフレームを使って）揚力面を手で掴み、動かします。

ロール、ピッチ、ヨーの主要な飛行制御に加えて、パイロットが飛行をより細かく制御したり、作業負荷を軽減したりするための補助制御が用意されていることがよくあります。最も一般的な制御は、エレベーター トリムを制御するホイールまたはその他の装置で、パイロットが特定のピッチ姿勢を維持するために一定の前後圧力を維持する必要がないようにします^{[ 5 ]} (ラダーやエルロンなどの他のタイプのトリムは、大型航空機で一般的ですが、小型航空機にも見られる場合があります)。多くの航空機には、スイッチまたは機械式レバーで制御される、または場合によってはコンピューター制御で完全に自動で行われる翼フラップがあり、離着陸に使用される低速でのコントロールを向上させるために翼の形状を変更します。その他の補助飛行制御システムには、スラット、スポイラー、エアブレーキ、可変後退翼などがあります。

機械式または手動式の飛行制御システムは、航空機を制御する最も基本的な方法です。これらは初期の航空機で使用され、現在でも空力力が過大でない小型航空機で使用されています。ライトフライヤーI、ブレリオXI、フォッカーアインデッカーなどの非常に初期の航空機では、翼に従来のヒンジ付き制御面を使用しない翼のねじりシステムが使用されており、ライトフライヤーIや1909年のエトリッヒタウベの初期バージョンでは、ねじり操作によるピッチとロール制御に加えてヒンジ/旋回式ラダーのみを備えていたため、ピッチ制御にも使用されない場合がありました。^{[ 6 ]}手動飛行制御システムは、プッシュロッド、テンションケーブル、プーリー、カウンターウェイト、場合によってはチェーンなどの機械部品の集合体を使用して、コックピットのコントロールに加えられた力を直接コントロール面に伝達します。ターンバックルは、コントロールケーブルの張力を調整するためによく使用されます。セスナスカイホークは、このタイプのシステムを使用する航空機の典型的な例です。ガストロックは、機械式システムを備えた駐機中の航空機で、操縦翼面やリンケージを風による損傷から保護するためによく使用されます。一部の航空機では、ガストロックが制御システムの一部として取り付けられています。^{[ 7 ]}

操縦翼面の面積の増加と、より高速な航空機に必要な高速化により、飛行制御システムにかかる空力負荷が増加しました。その結果、操縦翼面を動かすのに必要な力も大幅に大きくなりました。そのため、パイロットに必要な力を軽減するために、最大の機械的利点を引き出す複雑な機械式ギア機構が開発されました。 ^{[ 8 ]}この機構は、フォッカー50のような大型または高性能のプロペラ機に見られます。

機械式飛行制御システムの中には、空力補助を提供するサーボタブを使用するものがあります。サーボタブは、操縦翼面にヒンジで取り付けられた小さな面です。飛行制御機構がこれらのタブを動かすと、空力力が操縦翼面を動かしたり、操縦翼面の動きを補助したりして、必要な機械力の量を減らします。この構成は、初期のピストンエンジン搭載輸送機や初期のジェット輸送機で使用されていました。^{[ 9 ]}ボーイング737には、油圧システムが完全に故障するというあり得ない事態が発生した場合に、自動的かつシームレスにサーボタブによる制御に戻るシステムが組み込まれています。

機械式飛行制御システムの複雑さと重量は、航空機のサイズと性能に伴って著しく増加します。油圧駆動の操縦翼面は、これらの制限を克服するのに役立ちます。油圧式飛行制御システムでは、航空機のサイズと性能は、パイロットの筋力ではなく経済性によって制限されます。当初は、パイロットが操縦翼面にかかる空力負荷の一部を感じることができる（フィードバック）部分的なブーストシステムのみが使用されていました。^{[ 8 ]}

油圧機械式飛行制御システムは2つの部分から構成されています。

• 操縦席の操作系と油圧回路を連結する機械回路。機械式飛行制御システムと同様に、ロッド、ケーブル、滑車、そして場合によってはチェーンで構成されている。
• 油圧回路は、油圧ポンプ、リザーバー、フィルター、配管、バルブ、アクチュエータで構成されています。アクチュエータは、油圧回路内のポンプによって発生する油圧によって駆動されます。アクチュエータは油圧を制御面の動きに変換します。電気油圧サーボバルブがアクチュエータの動きを制御します。

操縦士が操縦桿を操作すると、機械回路が作動し、油圧回路内の対応するサーボバルブが開きます。油圧回路はアクチュエータに動力を供給し、アクチュエータが操縦翼面を動かします。アクチュエータが動くと、サーボバルブは機械的なフィードバック機構によって閉じられ、操縦翼面は所定の位置で停止します。

この配置は、旧型のジェット輸送機や一部の高性能航空機に見られる。例としては、アントノフ An-225やロッキード SR-71などが挙げられる。

フライ・バイ・ワイヤ（FBW）システムは、航空機の操縦を電子インターフェースに置き換えるシステムです。操縦桿の動きは電子信号に変換され、ワイヤを介して送信されます（そのため「フライ・バイ・ワイヤ」と呼ばれます）。そして、飛行制御コンピュータが各操縦翼面のアクチュエータをどのように動かせば、期待される応答が得られるかを決定します。コンピュータからのコマンドは、パイロットの知らないうちに入力され、航空機の安定化やその他のタスクを実行します。航空機の飛行制御システムに使用される電子機器は、アビオニクスと呼ばれる分野の一部です。

フライ・バイ・オプティクス（フライ・バイ・ライトとも呼ばれる）は、光ファイバーケーブルを使用したさらなる発展形である。

柔軟な翼、別名「変形翼」では、翼面の大部分または全部が飛行中に形状を変えて、オーニソプターのように気流を偏向させることができます。適応型コンプライアント翼は、軍事および商業の取り組みです。^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} X -53アクティブエアロエラスティックウィングは、米国空軍、NASA、ボーイングの取り組みでした。FlexSysも注目すべき取り組みを行っており、ガルフストリームIII航空機に柔軟な翼を後付けして飛行試験を実施しました。^{[ 20 ]}

アクティブフロー制御システムでは、車両内の力は循環制御によって発生し、より大きく複雑な機械部品がより小さく単純な流体システム（空気の流れを放出するスロット）に置き換えられ、流体内の大きな力が断続的に小さなジェットまたは流体の流れによって方向転換され、車両の方向が変わります。^{[ 21 ] [ 22 ]}この用途では、アクティブフロー制御は、シンプルさと質量の低減、コスト（最大で半分以下）、慣性、応答時間の短縮を約束します。これは、2010年9月に英国で初めて飛行したDemon UAVで実証されました。 ^{[ 23 ]}

• USAF & NATO レポート RTO-TR-015 AC/323/(HFM-015)/TP-1 (2001)。