バランス舵は船舶[ 1 ]と航空機の両方で使用されています。どちらも、舵を回すのに必要な制御荷重を軽減するために、ヒンジより前方の舵面の一部が配置されていることを示している場合があります。航空機の場合、この方法は昇降舵と補助翼にも適用できます。航空機の3つの制御面すべてに質量バランスが取られている場合もあり、これは主に空力フラッターを回避するためです。
バランス舵とは、舵の回転軸が前縁の後ろにある舵のことです。つまり、舵を回すと、船が水中を移動することによって生じる水圧が前部に作用し、偏向角を大きくする力を生み出し、後部に作用する圧力(偏向角を小さくする力)に対抗します。舵の不安定性を避けるために、ある程度のセミバランスが一般的です。つまり、支点の前方の面積が後方の面積よりも小さくなっています。これにより、アンバランス舵よりも少ない力で舵を動かすことができます。ただし、トルクが大型船には不十分なため、小型船でより一般的です。[ 1 ]
バランス舵は恐らく15世紀初頭、明朝の宝船で初めて使用され、[ 2 ] 1843年に進水したSSグレートブリテン号でイザムバード・キングダム・ブルネルによって近代船で初めて再発明され使用された。[ 3 ]





航空機の操縦は、ヨー、ピッチ、ロールの3次元運動によって複雑化しますが、船の場合と同様に、船体表面の一部をヒンジより前方に伸ばすことで負荷を軽減する必要があり、これは空力バランスと呼ばれます。さらに、航空機の操縦翼面は翼のような柔軟な構造に取り付けられているため、振動(「フラッター」)を起こしやすく、これは操縦翼面の重心(cg)をヒンジラインに合わせることで解消できる危険な現象です。これは質量バランスと呼ばれます。[ 4 ]
この原理は方向舵、昇降舵、補助翼に用いられ、その方法は長年にわたって改良されてきた。 1920年にフライトマガジンに掲載された航空機の方向舵の2つの図[ 5 ]は、いずれも湾曲した前縁と後縁を持つ初期の形状を示している。どちらも、ヒンジより前方のバランス面の面積が後方の方向舵の面積よりも小さくなるように取り付けられている。長年にわたってさまざまなレイアウトが試されてきたが、一般的にバランス/方向舵の面積は小さくなっている。ほとんどは2つのカテゴリのいずれかに分類される。1つは、先端のヒンジ線より前方に小さな制御面の延長部があるホーンバランス、もう1つは、支持固定面の切り欠きに制御面の延長部がある インセットバランスである。フリーズ補助翼は後者のバランスの変形を使用しており、上昇面のノーズが翼の下に突き出ているが、その逆ではないため、バランスと非対称抗力の両方が得られる。 アービング式バランスエルロンには突起はありませんが、ヒンジギャップを介して感知される翼の上下の圧力変化をエルロンの偏向によって誘発し、その動きを補助します。[ 4 ]
フラッターは、操縦翼面が意図した偏向からずれたときに発生します。エルロンは、荷重がかかるとねじれる可能性のある長くて細い翼に取り付けられているため、最も振動しやすい翼面です。重心がヒンジの後ろにある場合、翼面は振り子のように動き、振幅が増大する強制単振動を起こす可能性があります。重心とヒンジ線が一致するようにバランスウェイトを追加することで、この問題は解決します。これらのウェイトは翼面の先端にある場合もあれば、ヒンジより前方の外部に取り付けられたより軽い質量である場合もあります。[ 4 ]
オスカー・パークス著 『イギリス戦艦』ISBN 0-85052-604-3