デルタ翼

デルタ翼の長い翼根弦と最小限の外側面積により、構造的に効率的です。同等のアスペクト比と揚力を持つ後退翼よりも、より強く、より剛性が高く、同時に軽量に製造できます。このため、製造が容易で比較的安価であり、MiG-21やミラージュ航空機シリーズの成功の大きな要因となっています。^{[ 3 ]}

翼根弦が長いため、同じ翼型断面でも翼構造を厚くすることが可能です。これにより、軽量化効果が高まるだけでなく、抗力を大幅に増加させることなく、燃料やその他の装備のための内部容積を大きくすることができます。しかし、超音速機の設計においては、抗力を低減するために、より薄い翼型を採用することがよくあります。

他の尾翼のない航空機と同様に、尾翼のないデルタ翼は高い翼面荷重には適しておらず、所定の機体重量に対して大きな翼面積を必要とします。最も効率的な翼型はピッチ方向で不安定であり、尾翼のないタイプは効率の低い設計を採用する必要があるため、より大きな翼が必要となります。使用される技術には以下が含まれます。

• 本質的に安定しているものの効率の低い翼型、例えばキャンバーがゼロの対称形状、あるいは後縁付近にリフレックスキャンバーを持つ形状などを使用する。
• 翼の後部を、軽荷重または負荷重の水平安定板として使用する。
  • 主揚力中心の後方に位置する翼端の迎角を低減するため、外側前縁を下方にねじる。これにより失速特性も改善され、超音速巡航にも様々なメリットがもたらされる。
  • 重心を前方に移動させ、エレベーターをトリムすることで、バランスを取るためのダウンフォースを発生させる。極端な場合、これは離着陸時に機首を上げる能力を低下させる。

尾翼のないデルタ翼の主な利点は、構造の単純さと軽量性、そして低い空気抵抗である。これらの特性により、ダッソー・ミラージュIIIは史上最も多く生産された超音速戦闘機の1つとなった。

従来の尾部安定板により、主翼を揚力に最適化できるため、より小型で高荷重の主翼を使用できる。この構成を備えた航空機の開発は、1940年代後半にまで遡ることができる。^{[ 9 ]}

グロスター・ジャベリンのようにT字尾翼と併用した場合、他の翼と同様にデルタ翼も「ディープストール」を引き起こす可能性があります。これは、失速時の迎角が大きいため、失速した翼の乱流後流が尾翼を包み込む状態です。これにより昇降舵が効かなくなり、飛行機は失速から回復できなくなります。^{[ 10 ]}ジャベリンの場合、このような状況で航空機が早期に失われたことを受けて、失速警報装置が開発され、ジャベリンに搭載されました。^{[ 11 ]}グロスターの設計チームは、当時の比較的高速での効果的な操縦性を実現すると同時に、望ましい低速着陸速度での適切な操縦性も必要としたため、必要に迫られて尾翼付きデルタ翼構成を採用したと伝えられています。^{[ 12 ]}

リフティングカナードデルタ翼は、従来の尾翼構成と比較して、マッハ数の増加に伴う揚力中心のずれを小さくすることができる。

無負荷または自由に浮遊するカナードは、高迎角からの安全な回復を可能にする。カナード面の設計によっては、航空機の縦方向の安定性が増減する可能性がある。^{[ 13 ] [ 14 ]}

カナードデルタ翼前翼は、独自の後流渦を生成します。この渦が主翼デルタ翼の渦と干渉すると、翼上の気流に悪影響を及ぼし、望ましくない、場合によっては危険な挙動を引き起こす可能性があります。近接配置構成では、カナード渦が主翼渦と結合してその利点を高め、幅広い速度と迎角において制御された気流を維持します。これにより、操縦性の向上と失速速度の低下が実現しますが、前翼の存在は超音速域での抗力を増加させ、結果として航空機の最高速度を低下させる可能性があります。

ロケット用の三角形の安定翼は、1529～1556年にオーストリアの軍事技術者コンラート・ハースによって、また17世紀にはポーランド・リトアニアの軍事技術者カジミエシュ・シェミエノヴィチによって記述された。^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}しかし、デルタ型の真の揚力翼は、1867年にJWバトラーとE.エドワーズが低アスペクト比のダーツ型ロケット推進飛行機の設計で特許を取得するまで現れなかった。これに続いて、バトラーとエドワーズによる複葉機バージョンや、ロシアのニコラス・デ・テレシェフによるジェット推進バージョンなど、同様にダーツ型のさまざまな提案があった。^{[ 18 ]} 1909年には、スペインの彫刻家リカルド・カウサラスがカナード前翼を備えたバリエーションを実験した。^{[ 19 ] [ 20 ]}

また、1909年には、イギリスの航空パイオニアであるJWダンが、円錐翼の開発による尾翼のない安定した航空機の特許を取得しました。この特許には、現代のロガロ翼の特徴であるように、両側が後方に向かって上方に膨らんだ幅広の双円錐デルタ翼が含まれていました。^{[ 21 ]}翌年、アメリカではUGリーとWAダラーが、明確に剛性翼を備えた同様の双円錐デルタ翼の飛行機の特許を取得しました。この特許には、飛行制御システムの提案も含まれており、滑空と動力飛行の両方を対象としていました。^{[ 22 ] [ 23 ]}これらの初期の設計はいずれも飛行に成功したとは知られていませんが、1904年には、独立した左右の三角形の翼を備えたラヴェッツァーニのハンググライダーが離陸し、同じ原理に基づくダンの他の尾翼のない後退翼設計は飛行しました。^{[ 22 ]}

実用的なデルタ翼は、1930年代にドイツの航空機設計者アレクサンダー・リッピッシュによって先駆的に開発され、尾翼のない厚い片持ち翼が用いられた。彼が最初に考案したデルタ翼は、非常に緩やかな角度で翼がほぼ直線に見え、翼端を鋭く切り落とす必要があった（下記参照）。彼の最初のデルタ翼は1931年に初飛行し、その後4機が改良されて飛行した。^{[ 24 ] [ 25 ]}これらの試作機は低速での操縦が容易ではなく、広く普及することはなかった。^{[ 26 ] [ 27 ]}

第二次世界大戦末期、アレクサンダー・リッピッシュは高速デルタ翼に関する自身のアイデアを改良し、翼の前縁の後退角を大幅に増加させた。提案されたP.13a高速迎撃機の空力特性をテストするために、実験用グライダーDM-1が製造された。^{[ 28 ]}戦争終結後、DM-1は米国のために完成し、 NACA（米国航空諮問委員会、現在のNASAの前身）による検査のため、バージニア州のラングレー・フィールドに送られた。米国では、主に抗力を低減するために大幅な変更が加えられ、その結果、大型の垂直尾翼がより小型で従来型のものに交換され、ロッキードP-80シューティングスターから流用した通常のコックピットキャノピーが取り付けられた。^{[ 29 ]}

フランス人デザイナー、ニコラ・ローランド・パヤンの作品は、リッピッシュの作品とある程度類似していた。1930年代、彼はカウサラスに似た、直線の前翼と急勾配のデルタ後翼を持つタンデムデルタ構成を開発した。第二次世界大戦の勃発により、Pa-22の飛行試験は中断されたが、プロジェクトがドイツの注目を集めた後、しばらくの間は作業が続けられた。^{[ 30 ]}戦後、パヤンは1954年に実験的な尾翼のないデルタジェット機Pa.49を、また1965年からは尾翼のない推進式構成のアルバレテシリーズを飛行させた。パヤンの作品に基づくさらなる派生型が提案されたが、最終的には開発されなかった。^{[ 31 ] [ 32 ]}

戦後、イギリスはリッピッシュの研究から得られたデータを活用し、亜音速ジェット機を数多く開発した。そのような航空機の1つであるアブロ707研究機は1949年に初飛行を行った。^{[ 33 ]}アブロ・バルカン（戦略爆撃機）やグロスター・ジャベリン（全天候型戦闘機）などのイギリス軍用機は、デルタ翼を装備した最初の生産機の1つであった。バルカンは古典的な尾翼のない設計であったが、ジャベリンは低速時の操縦性と高速時の機動性を向上させ、重心範囲を広げるために尾翼を組み込んだ。^{[ 34 ]}グロスターは、マッハ1.6までの超音速を達成するために翼厚を減らすなど、他の変更に加えてジャベリンの改良を提案した。^{[ 35 ]}

第二次世界大戦中にNACAで働いていたアメリカの航空力学者ロバート・T・ジョーンズは、超音速飛行のための薄型デルタ翼の理論を開発した。1945年1月に初めて発表された彼のアプローチは、厚いデルタ翼に関するリッピッシュのアプローチとは対照的だった。薄型デルタ翼は1948年にコンベアXF-92で初めて飛行し、デルタ翼ジェット機として初めて飛行した。^{[ 36 ]}これはすべての実用的な超音速デルタ翼の成功した基礎となり、その構成は広く採用された。^{[ 37 ] [ 38 ]}

1940年代後半、イギリスの航空機メーカーであるフェアリー・アビエーションはデルタ翼に興味を持ち、^{[ 39 ]}その提案により、航空省仕様E.10/47に基づいて実験機フェアリー・デルタ1が製造された。^{[ 40 ]}その後の実験機フェアリー・デルタ2は、 1956年3月10日に時速1,132マイル（時速1,811km）、マッハ1.73を達成し、世界速度新記録を樹立した。 ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]}これにより、記録は初めて時速1,000マイルを超え、以前の記録を時速310マイル、つまり37パーセントも上回った。これほど大きな差で記録が更新されたことはかつてなかった。^{[ 42 ] [ 45 ]}    

元々は尾翼のない形状だった薄型デルタ翼は、アメリカの航空会社コンベアとフランスの航空機メーカーであるダッソー・アビエーションによって広く使用されました。超音速のコンベアF-102デルタダガーと遷音速のダグラスF4Dスカイレイは、 1956年に就役した際に尾翼のないデルタ翼を特徴とする最初の運用ジェット戦闘機の2つでした。^{[ 46 ]}ダッソーのデルタ翼への関心は、ダッソー・ミラージュ戦闘機ファミリー、特に大成功を収めたミラージュIIIを生み出しました。ミラージュIIIは、他の特徴の中でも、水平飛行でマッハ2を超えた最初の西ヨーロッパの戦闘機でした。^{[ 47 ]}

尾部付きデルタ翼型は、純粋なデルタ翼型に比べて高迎角での操縦性、機動性、重心範囲を改善するために、 TsAGI（中央航空流体力学研究所、モスクワ）によって採用されました。その結果生まれたTsAGI S-12翼型は、1970年代に最も広く製造された戦闘機となったミコヤン・グレビッチMiG-21（「フィッシュベッド」）に使用されました。^{[ 48 ]}

1960年代を通じて、スウェーデンの航空機メーカーであるサーブABは、デルタ翼の主翼のすぐ前上方にデルタ翼の前翼を配置した、密着結合カナードデルタ構成を開発した。^{[ 49 ]} 1963年に特許を取得したこの構成は、1967年に同社のビゲン戦闘機で初めて飛行した。密着結合により、特に高迎角で飛行する際に、翼上の気流が変化する。従来の尾部に取り付けられた昇降舵とは対照的に、カナードは主翼上の気流を安定させるだけでなく、全体の揚力も増加させる。これにより、より極端な操縦が可能になり、低速での操縦性が向上し、離陸滑走距離と着陸速度が短縮される。 1960年代には、この構成は斬新だと考えられていたが、サーブの設計チームは、良好なSTOL性能、超音速、低高度飛行時の乱気流に対する感度の低さ、亜音速飛行時の効率的な揚力など、ビゲンに対する相反する性能要求を満たすために利用できる最適なアプローチであると判断した。^{[ 50 ] [ 51 ]}

近接配置カナードはその後、超音速戦闘機で一般的になった。注目すべき例としては、多国籍企業のユーロファイター・タイフーン、フランスのダッソー・ラファール、サーブのグリペン（ビゲンの後継機）、イスラエルのIAIクフィルなどがある。その人気の理由の一つは、機動性の高さにある。^{[ 52 ] [ 53 ]}

超音速輸送機 (SST) が開発されたとき、尾翼のないオジーバルデルタ翼が英仏共同開発のコンコルドとソ連のツポレフ Tu-144 の両方に採用され、コンコルドは 1965 年に試験飛行を開始し、ツポレフは 1968 年に初飛行した。コンコルドと Tu-144 の試作機はどちらもオジーバルデルタ翼を採用していたが、Tu-144 の量産型はダブルデルタ翼に変更された点で異なっていた。^{[ 54 ]}デルタ翼のため、これらの旅客機は低速時に従来の航空機よりも高い迎角を取る必要があった。コンコルドの場合、翼上面全体に大きな低圧渦を形成させることで揚力を維持した。^{[ 55 ]}標準的な着陸速度は時速 170 マイル (274 km/h)で、亜音速旅客機よりもかなり速かった。^{[ 56 ]}ゼロエミッション極超音速輸送機（ZEHST）など、複数の後継機が提案されているが、いずれもコンコルドの基本設計と同様の構成を採用していると報じられており、デルタ翼は将来の超音速民間航空機の有力候補であり続けている。^{[ 57 ]} 

第二次世界大戦中および戦後、フランシスとガートルード・ロガロ夫妻は、収納のために折りたたむことができる柔軟な翼のアイデアを開発した。フランシスは宇宙船の回収に応用できると考え、NASAも関心を示した。1961年、ライアンは実験的な「空飛ぶジープ」または「フリープ」と呼ばれるXV-8を操縦した。この機体に採用された柔軟な翼はデルタ翼で、使用時には二重円錐形に膨らみ、空力的な安定性をもたらした。宇宙船の回収には試験的に使用されたものの、最終的に実用化されることはなかったこの設計は、ハンググライダーや超軽量航空機で人気を博し、ロガロ翼として知られるようになった。