ダッチロール

ダッチロールは、飛行機の機体運動の一種で、機尾の振れ (ヨー) と左右への揺れ (ロール) が位相をずらして組み合わさったものである。このヨーロールの連動は、基本的な飛行力学モードの 1 つである (他に、フゴイド、短期、スパイラルダイバージェンスなどがある)。この運動は通常、ほとんどの軽飛行機で十分に減衰されるが、十分に減衰されたダッチロール モードを持つ飛行機でも、対気速度の低下や高度の上昇に伴って減衰が低下することがある。ヨーダンパーを取り付けることで、ダッチロールの安定性を人工的に高めることができる。重心よりかなり上に配置された翼、後退翼、上反り翼は、ロール復元力を増大させる傾向があり、したがってダッチロールの傾向も増大する。このため、高翼飛行機はわずかに下反りになっていることが多く、輸送機カテゴリの後退翼飛行機にはヨー ダンパーが装備されている。同様の現象が、自動車に牽引されるトレーラーでも発生することがある。

航空機の設計において、ダッチロールは、正の横方向安定性とは対照的に、比較的弱い正の方向安定性から生じます。航空機が縦軸の周りをロールすると、ロール運動の方向に相対風に横滑りが生じます (翼が水平でない場合に揚力の横方向成分が発生するため)。強い横方向安定性 (滑りによって前方に回転した下向きの翼を通過する気流がより直接的になるため) により、航空機は水平飛行に戻り始めます。同時に、やや弱い方向安定性 (揚力が大きくなった翼からの抗力が大きいことと、ヨーによる垂直尾翼への空気力の両方による) により、航空機を知覚された相対風に合わせることで横滑りを修正しようとします。特定の航空機では方向安定性が横方向安定性よりも弱いため、ヨー運動の回復はロール運動の回復より大幅に遅れます。ヨー運動が元のロールの方向に継続している間、航空機は水平飛行を通過します。その時点で、反対方向に横滑りが発生し、プロセスが逆転します。

方向安定性と横方向安定性の間にはトレードオフがあります。横方向安定性が高ければ、螺旋安定性は高まりますが、振動安定性は低くなります。方向安定性が高ければ、螺旋不安定性は高まりますが、振動安定性は高まります。^[1]

ダッチロールが発生する最も一般的なメカニズムは、さまざまな要因によって引き起こされるヨーイング運動です。後退翼航空機がヨーイングすると (たとえば右に)、相対的な風に関して左翼の後退角は右翼よりも小さくなります。このため、左翼は右翼よりも多くの揚力を発生させ、航空機は右にロールします。この動きは、航空機のヨー角が垂直安定板が事実上風向計となりヨーイング運動を逆転させる点に達するまで続きます。航空機が左にヨーイングすると、右翼の後退角は左翼よりも小さくなり、その結果、右翼は左翼よりも多くの揚力を発生させます。次に、ヨー角が航空機の風向計が反対方向に戻る点に再び達すると、航空機は左にロールし、このプロセス全体が繰り返されます。ダッチロールの半サイクルの平均継続時間は 2 ～ 3 秒です。

ダッチロールモードは、エルロンやラダーの使用によって励起される可能性があるが、飛行試験の目的では、通常、ラダーシングル（ラダーを特定の角度まで短く鋭く動かし、その後中央の位置に戻す）またはダブレット（反対方向への同様の動きを2回）によって励起される。一部の大型航空機は、エルロン入力によって励起される方がよい。周期は、軽飛行機では数秒から、旅客機では1分以上までの範囲である。^[要出典]

テックス・ジョンストンは、ダッチロールを次のように説明しています。「後退翼航空機の固有の特性です。これはヨーから始まります。35 度の後退翼航空機では、ヨーと同時にヨーの方向へのロールも発生します。ロールは、翼上の気流経路が変化すると揚力係数が変化することによって発生します。たとえば、左ヨーでは、左翼が後方に傾き、気流が翼断面上の通常の前後方向の経路から翼幅方向に移動されます。これにより揚力が減少します。同時に、前進する右翼は翼弦方向の流れが大きくなり、揚力が増大します。この 2 つの条件が組み合わさって左ロールが発生します。同様に、右へのヨーは右へのロールを引き起こします。振動が発生します。」^[2]

ダッチロールは、操縦桿と舵の技術を向上させるために訓練生パイロットに一般的に教えられる調整操縦にも付けられた名前です (専門家は誤った名称であると考えています) 。ラダーを使用して機首を一定の位置に維持しながら、航空機を左右に交互に 60 度ロールします。より正確には、これはラダー調整の練習演習であり、ロール入力中に逆エルロン ヨーと呼ばれる効果を修正する方法を訓練生パイロットに教えます。

この調整技術は「機首方向のロール」と呼ぶ方が適切で、機首が左右に動くことなく (またはヨーイング)、正確な機首方向を維持するように機体をロールします。ヨー運動は、エルロン抵抗によりエルロンのみの使用によって誘発されます。エルロン抵抗では、揚力翼 (エルロン下) が降下翼 (エルロン上) よりも多くの仕事をしているため、より多くの抵抗が発生し、揚力翼が押し戻され、機体が揚力翼に向かってヨーイングします。ロール運動によって生じるこのヨーイング効果は、逆ヨーと呼ばれます。これは、エルロン制御と同じ方向にラダーを適用することで正確に打ち消す必要があります(左スティック、左ラダー – 右スティック、右ラダー)。これは、適切に行われると同期制御と呼ばれ、習得してうまく適用するのは困難です。エルロンで適用する正しいラダー量は、航空機ごとに異なります。

ダッチロールの語源は定かではない。しかし、飛行機の左右非対称な動きを表すこの用語は、アイススケートの似た動きへの言及から借用された可能性が高い。1916年、航空技術者のジェローム・C・ハンサカーは「ダッチロールは、飛行機の[横方向の]動きの3番目の要素は、左右へのヨーイングとローリングの組み合わせである。この動きは7秒から12秒の周期で振動し、減衰する場合としない場合がある。アイススケートの「ダッチロール」または「アウターエッジ」との類似性は明らかである」と発表した。^[3] 1916年、ダッチロールは、スケートの外側のエッジで（飛行機で説明した動きに類似して）繰り返し左右に滑ることを指す用語であった。 1916年までに、この用語はスケートから航空工学に導入されましたが、おそらくハンセイカー自身によるものでしょう。1916年は、GHブライアンが1911年に航空機の横方向の動きについて初めて数学的分析を行ってからわずか5年後のことでした。^[4]

• 1959年10月19日、ボーイング707型機の顧客受入れ飛行中、新人パイロットに飛行技術を習熟させるためにヨーダンパーがオフになっていたところ、訓練中のパイロットの行動によってダッチロール運動が激しく悪化し、機体の4基のエンジンのうち3基が翼から外れた。この飛行機は、ブラニフ行きの真新しい707-227型機（ N7071）で、シアトル北部のワシントン州アーリントンの川床に不時着し、乗員8名のうち4名が死亡した。^{[5] [6]}
• 1985年8月12日、日本航空123便（ボーイング747SR）は、不適切な修理を受けた後部圧力隔壁が金属疲労で破裂し、垂直安定装置が失われ、その後油圧装置がすべて失われた後、ダッチロールとフゴイドサイクルの組み合わせを起こした。最終的に、この事故は史上最悪の単独航空機事故となった。
• 2005年3月6日、エアトランザット961便（エアバスA310 ）は、キューバのバラデロにあるフアン・グアルベルト・ゴメス空港を離陸後、巡航高度で方向舵の構造的破損によるダッチロール事故に巻き込まれた。機体は重大な構造的損傷を負い、客室乗務員1名が軽傷を負った状態で空港に戻った。
• 2013年5月3日、ワシントン州フェアチャイルド空軍基地の乗務員が操縦するカンザス州マッコーネル空軍基地（米空軍）のKC-135R、63-8877が、キルギスタンのマナス空軍基地を離陸してから約11分後に空中分解し、乗員3名全員が死亡した。^{[7] [8]}ラダーパワーコントロールユニットの故障がダッチロールの振動不安定性を引き起こしたと判明した。乗務員はダッチロールを認識せず、進路を保つためにラダーを使用したため、不安定性が悪化し、回復不可能な飛行状態に陥った。過度の応力を受けた尾部が外れ、その後まもなく機体の残りの部分も分解した。飛行機はビシュケクの西約200kmの巡航高度にあったが、キルギスタンとカザフスタンの国境に近いチョルゴル村近くの山岳地帯に墜落した。^{[9] [10] [11] [12]}
• 2015年10月30日、レオナルド・フィンメカニカ・ヘリコプターズ（旧アグスタウェストランド）のAW609試作機がイタリアで墜落し、操縦士2名が死亡した。イタリアANSVは、高速テスト中のダッチロールが原因である可能性が高いと断定した。^{[13] [14]}
• 2024年5月25日、サウスウエスト航空746便（ボーイング737 MAX 8 、登録番号N8825Q）は、フェニックス・スカイハーバー国際空港からオークランド国際空港への飛行中にダッチロールを経験した。飛行後の点検で、スタンバイ電源制御装置（PCU）に損傷が見つかった。175人の乗客と6人の乗務員に負傷者はいなかった。^{[15] [16] [17] [18]}

• 航空機の動的モード § ロール沈下モード
• 航空機の飛行力学 § 横方向モード
• ダッチアングル、被写体を斜めにフレーム内に配置したカメラテクニック

• Wayback Machineの FltPlan から Dutch Roll を停止する方法(2015-07-22 アーカイブ)
• ダッチロールとは何か？そしてそれを防ぐにはどうすればよいか？

• 飛行機はこんなふうに飛ぶのではない（ Wayback Machineより）（2020-05-07 アーカイブ）ツポレフ旅客機のテスト飛行中に発生したダッチロール。逸話的な情報によると、原因はヨーダンパーの故障だという。航空機は安全に着陸した。
• ダッチロールアニメーション
• オートフライト #12 ヨーダンパー^{[永久リンク切れ‍ ]}