Loading article…
上反角とは、固定翼機の翼または尾翼が水平面から上向きに傾いている角度のことです。下反角とは、負の上反角、つまり固定翼機の翼または尾翼が水平面から下向きに傾いている角度のことです。
二面角は、その名にちなんで名付けられた二面角効果に大きな影響を与えます。二面角効果とは、横滑り量に比例して発生するロールモーメントの量です。二面角効果は、航空機のロール軸周りの安定性（スパイラルモード）において重要な要素です。また、航空機のダッチロール振動の性質や、ロール軸周りの操縦性にも関係しています。
縦方向二面角は、航空機のピッチ軸に関連する比較的知られていない用語です。これは、翼の揚力ゼロ軸と水平尾翼の揚力ゼロ軸との間の角度です。縦方向二面角は、ピッチ軸周りの操縦性や航空機のフゴイドモード振動の性質に影響を与える可能性があります。
（航空機の）「二面角」という用語が単独で使用される場合、通常は「二面角」を意味します。しかし、文脈によっては「二面角効果」を意味している場合もあります。
二面角とは、固定翼航空機の翼、またはあらゆる航空機のほぼ水平な一対の面の水平面からの上向きの角度のことです。この用語は鳥の翼にも適用できます。二面角は、箱型凧などの一部の凧にも使用されます。翼幅全体にわたって角度が変化する箇所が複数ある翼は、多面体翼と呼ばれます。
二面角は、二面角効果に強い影響を与えるため、飛行体の安定化に重要な効果を発揮する。
航空機の二面角効果[ 1 ]は、機体がゼロでない横滑り角を持つことから生じるローリングモーメントです。航空機の二面角を大きくすると、その航空機にかかる二面角効果も大きくなります。しかし、他の多くの航空機パラメータも二面角効果に大きな影響を与えます。これらの重要な要素には、翼の後退角、垂直重心、横滑り角の変化に伴って横方向の力が変化する航空機上のあらゆるものの高さとサイズなどがあります。
航空機の二面角は、ほぼ常に機体の両側にある一対の面間の角度を意味します。さらに言えば、それはほぼ常に左右の翼間の角度です。しかし、数学的には、二面角とは任意の2つの平面間の角度を意味します。したがって、航空学においては、あるケースでは、「二面角」という用語は、前後方向の2つの面間の角度の差を意味するために用いられます。
縦方向の二面角とは、翼根弦の迎角と水平尾翼根弦の迎角の差のことである。
縦方向の二面角は、翼の揚力ゼロ軸と水平尾翼の揚力ゼロ軸の間の角度を指す場合もあり、両翼の翼根弦間の角度を指すわけではありません。揚力ゼロ軸の方向はトリムと安定性に関係するのに対し、翼根弦の方向は関係しないため、この用法の方がより意味があります。
この測定値はデカラージュとも呼ばれることが多い。
幾何学において、二面角とは2つの平面間の角度のことです。航空分野での用法は、幾何学における用法とは若干異なります。航空分野では、「二面角」という用法は、左右の翼間の正の上向きの角度を意味するようになり、「an-」という接頭辞（「 an hedral」など）を用いた用法は、左右の翼間の負の下向きの角度を意味するようになりました。
二面角の空力安定化特性は、1810年にジョージ・ケイリー卿によって発表された影響力のある論文で説明されている。[ 2 ]
航空機の安定性解析において、上反角効果は安定性導関数C lとも呼ばれる。[注1 ]横滑り角の変化度（またはラジアン）あたりの転がりモーメント係数（「C l」）の変化を意味する[注2 ]「」）。
二面角効果の目的は、ロール軸の安定性に寄与することです。これは、「ロール安定性」とも呼ばれるスパイラルモードの安定性における重要な要素です。 [注3 ]二面角効果は、「翼水平」の回復に直接寄与するわけではありませんが、後述するスパイラルモードの運動への影響を通じて、「翼水平」の回復を間接的に助けます。
航空機の設計者は、翼端と滑走路とのクリアランスを大きくするために、上反角を大きくすることがあります。これは、特に後退翼機において重要であり、翼端が離着陸時に滑走路に接触する可能性があるためです。（例としては、初期のデ・ハビランドDH-4複葉機から現代のエアバスA380ジェット旅客機までが挙げられます。）軍用機では、特に低翼機の場合、翼のハードポイントに装備品や増槽を取り付けるために上反角のスペースが利用されることがあります。この設計選択によって生じる上反角の増加効果は、水平尾翼の上反角を小さくするなどして補償する必要があるかもしれません。
固定翼機（または水平面を持つあらゆる航空機）の設計において、上反角を変更することは、通常、全体の上反角効果を調整する比較的簡単な方法です。これは、上反角効果に影響を与える他の設計要素の影響を補正するためです。これらの他の要素（翼の後退角、翼の垂直取り付け点など）は、上反角よりも変更が難しい場合があります。そのため、固定翼機の種類によって上反角の値が異なります。例えば、通常、上反角は、それ以外は類似した高翼機よりも低翼機の方が大きくなります。これは、翼の「高さ」（または翼に対する垂直重心の「低さ」）が、それ自体でより大きな上反角効果を生み出すためです。そのため、必要な上反角効果を得るために必要な上反角は小さくなります。
二面角効果とは、横滑りによって生じる回転モーメントのみを指す。横滑りに関連する可能性のある他の要因によって生じる回転モーメントは、それぞれ異なる名称で呼ばれる。
上反角効果は、ヨーレートや横滑り角の変化率によって生じるものではありません。パイロットは「ラダー操作」時に上反角効果を感知するため、多くのパイロットや準専門家は、ローリングモーメントは片方の翼が空気中をより速く、もう片方の翼がより遅く動くことによって生じると説明しています。確かにこれらは実際の効果ですが、横滑り角を持つことによって生じる上反角効果とは異なります。上反角効果は、横滑り角に達することによって生じるのではなく、横滑り角を持つことによって生じるのです。これらの他の効果は、それぞれ「ヨーレートによるローリングモーメント」および「横滑り率によるローリングモーメント」と呼ばれます。
二面角効果は、それ自体がロール安定性の源泉ではありません。ロール安定性は、より明確に「スパイラルモード安定性」と呼ばれ、二面角効果はその安定性に寄与する要因の一つです。
上反角は航空機の全体的な上反角効果に寄与する。そして、上反角効果はスパイラルモードの安定性に寄与する。安定したスパイラルモードでは、翼の角度が乱れて水平から外れた場合でも、航空機は最終的に名目上「水平」のバンク角に戻る。[注4 ]
図 1 のように、乱れによって航空機が通常の水平翼位置からロールアウトすると、航空機は下翼に向かってやや横方向に動き始めます。[ 3 ] 図 2 では、航空機の飛行経路は左方向に動き始めていますが、機首はまだ元の方向を向いています。これは、接近する空気が機首の左側からやや近づいていることを意味します。航空機は、バンク角に加えて横滑り角も持っています。図 2 は、接近する空気に対して航空機がどのような姿勢をとっているかを示しています。
図2では、横滑り状態により、前方にヨーイングした翼の迎角が大きくなり、後方にヨーイングした翼の迎角が小さくなります。横滑りによる迎角の変化は図2で確認できます。迎角が大きいほど揚力も大きくなるため（通常、翼が失速状態にない場合）、前方の翼の揚力は大きくなり、後方の翼の揚力は小さくなります。この翼間の揚力の差はローリングモーメントであり、横滑りによって生じます。これは、航空機の全体的な上反角効果に寄与します。
横滑りによって生じるローリングモーメント（「P」と表記）は、機体を水平に戻そうとする傾向があります。上反角が大きいほど、水平方向へのローリングは強くなり、上反角が小さいほど、水平方向へのローリングは弱くなります。上反角は、発生する横滑りの量に比例して翼を水平方向にローリングする傾向があるため、スパイラルモードの安定化に役立ちます。しかし、これは全体像ではありません。横滑り角が増加するのと同時に、垂直尾翼は風見鶏のように機首を風上に向けようとし、発生する横滑りの量を最小限に抑えます。横滑りがなければ、復元ローリングモーメントは発生しません。横滑りが少なければ、復元ローリングモーメントも少なくなります。垂直尾翼によって生じるヨー安定性は、横滑りを制限することで、上反角が翼を水平に戻そうとする傾向に抵抗します。
スパイラルモードとは、翼が水平状態からゆっくりと逸脱する傾向、またはゆっくりと水平状態に戻る傾向のことです。スパイラルモードが安定している場合、航空機はゆっくりと水平状態に戻りますが、不安定な場合は、水平状態からゆっくりと逸脱します。上反角効果とヨー安定性は、スパイラルモードの安定性に影響を与える2つの主要な要因ですが、他にも影響を与える要因があります。
上反角以外の設計要素も上反角効果に影響を与える。それぞれの要素は、航空機全体の上反角効果を多かれ少なかれ増減させる。
翼の後退角は上反角の効果も高め、後退角10°ごとに約1°の有効上反角が得られる。[ 4 ]これは、後退角の大きい航空機や、ツポレフTu-134やTu-154のような低翼機を含む一部の旅客機において、下反角が採用されている理由の一つである。
いずれにせよ、翼の後退角は上反角の構成でも発生する可能性があります。例えば、1930年代から1945年にかけてドイツのビュッカー航空機製造会社が製造した2機の小型複葉機、ビュッカー・ユングマン複座練習機とビュッカー・ユングマイスター曲技飛行競技用複葉機は、約11度の後退角で設計されており、これにより大きな上反角効果が得られました。さらに、小さな上反角でも同様の、しかしより小さな効果が得られました。
質量中心（通常は重心または「CG」と呼ばれる）は、航空機のバランスポイントです。この点で吊り下げて回転させると、機体（航空機）はバランスが取れます。重心の前後方向の位置は航空機の全体的な安定性にとって最も重要ですが、垂直方向の位置も重要な影響を与えます。
重心の垂直位置によって、上反角の影響量が変わります。「垂直重心」が低くなると、上反角の影響が大きくなります。これは、揚力と抗力の中心が重心よりも高い位置にあり、モーメントアームが長くなるためです。そのため、横滑り角の変化に伴って変化する力（主に横力ですが、揚力と抗力も）によって、航空機の重心周りのモーメントが大きくなります。これは、振り子効果と呼ばれることもあります。[注5 ]
垂直重心が上反角効果に及ぼす影響の極端な例として、パラグライダーが挙げられます。非常に低い垂直重心によって生じる上反角効果は、必然的に大きく下向きに湾曲する翼の強い下反角[注6 ]によって生じる負の上反角効果を十分に補償します。
固定翼機の翼の位置も、その上反角効果に影響を与える。高翼構成では、低翼構成に比べて約 5° の有効上反角が得られる。[ 4 ]
過剰な上反角などが原因で生じる、上反角効果過多の副作用として、ヨーロールカップリング（航空機がダッチロールする傾向）が発生することがあります。これは不快な経験となる場合があり、極端な状況では操縦不能に陥ったり、航空機に過度のストレスがかかったりする可能性があります。
軍用戦闘機は、上反角がほぼゼロ、あるいは下反角が小さい場合が多く、これにより上反角効果が低減され、結果としてスパイラルモードの安定性が低下します。これは戦闘機にとって望ましい機動性の向上につながります。
下反角は、アントノフ An-124やロッキード C-5 ギャラクシーといった大型貨物機のように、翼を高く搭載した航空機にも見られます。このような設計では、翼が機体の重心よりも高い位置にあるため、振り子効果（キール効果とも呼ばれる）によって上反角が大きくなり、追加の上反角は不要となる場合が多いのです。しかし、このような設計では上反角が大きくなりすぎて、スパイラルモードで過度に安定してしまうことがあるため、上反角の一部を打ち消すために翼に下反角が加えられ、操縦性が向上します。
ほとんどの航空機は、単純な上反角（または下反角）を持つ平面翼で設計されています。ベリエフ Be-12のような古い航空機は、翼根付近で曲がったガル翼で設計されていました。ヴォート F4U コルセアのような他の航空機は、逆ガル翼設計を採用しており、着陸支柱を短くし、大型プロペラや外部燃料タンク、爆弾などの外部ペイロードのための地上クリアランスを確保していました。現代の多面体翼設計は、一般的に翼端付近で上向きに曲がっており（翼端上反角とも呼ばれます）、翼根で翼が接する角度を大きくすることなく上反角効果を高めています。翼根での接合角度は、他の設計基準を満たすために制限される場合があります。
多面体はグライダーやその他いくつかの航空機に見られる。マクドネル・ダグラスF-4ファントムIIはその一例で、ジェット戦闘機の中では珍しく翼端に上反角が付いている。これは、平翼の試作機の飛行試験で予期せぬスパイラルモード不安定性を修正する必要があることが判明した後に追加されたもので、空母運用用に折り畳めるように設計されていた翼端に角度をつけることは、翼全体を再設計するよりも現実的な解決策だった。[ 5 ]
