ダイナミックソアリング

ダイナミックソアリングは、異なる速度の気団の境界を繰り返し越えることでエネルギーを得るために使用される飛行技術です。このような風の勾配のゾーンは、通常、障害物の近くや地表近くに見られるため、この技術は主に鳥や無線操縦グライダーの操縦者に使用されますが、グライダーのパイロットは、高高度での 気象学的風のせん断の中でダイナミックソアリングを行うことができます。

ダイナミックソアリングは、高度を達成するための技術である スロープソアリングと混同されることがあります。

ダイナミックソアリングではさまざまな飛行パターンが採用されますが、最も単純なのは、谷間の静止した空気と谷の上空の風の層など、相対的に移動する 2 つの気団間のせん断層を横切る閉ループです。速度の増加は、対気速度と対地速度の観点から説明できます。

• グライダーがループを開始すると、たとえば静止した気団の中では、対地速度と対気速度は同じになります。
• グライダーは移動する気団にほぼ正面から突入し、これによりグライダーの対気速度が増加します。
• その後、グライダーは 180° 回転し、勢いによって対気速度のほとんどを維持できます。この操作はすぐに実行する必要があります。そうしないと、対地速度が失われます。グライダーが回転すると、追い風によってグライダーが加速されるため、グライダーの対地速度 (最初は横風、次に下風) は高くなります。
• ループはグライダーが静止気団に再突入して方向転換し、より高い対気速度と対地速度を維持して継続します。
• 各サイクルで速度が上がり、最終的には抗力によってそれ以上の増加が阻止されるポイントまで上がります。

エネルギーは、2 つの気団間の速度差を利用して、気団間の移動後に飛行物体をより高い高度に持ち上げる (またはそれぞれ降下を逆転させる) ことによって抽出されます。

実際には、移動する気団と静止する気団の間には乱流混合層があります。さらに、抗力によって飛行機は継続的に減速します。速度が速いほど抗力も大きくなるため、達成可能な最高速度があります。効率的なグライダー設計の場合、通常は風速の約 10 倍です。

海鳥がダイナミックソアリングを行う際、風の勾配はそれほど顕著ではないため、エネルギー抽出は比較的少なくなります。グライダーのパイロットのように円を描いて飛ぶ代わりに、鳥は一般的にジグザグパターンで反対方向に一連の半円を実行します。風に向かって向きを変えながら勾配を最初に上昇することで、対気速度が得られます。次に、180°ターンして、同じ勾配を風下方向に再び急降下し、再び対気速度が得られます。次に、低高度で反対方向に180°ターンして、再び風上を向きます...このサイクルが繰り返されます。この操作を何度も繰り返すことで、対気速度を維持しながら風に対して横方向に進むことができ、これにより、風に逆らう方向に無限に移動することができます。

抗力によって鳥の速度が遅くなるため、ダイナミック ソアリングでは抗力によって失われる速度と、風の勾配を通過することで得られる速度との間でトレードオフが発生します。高度が上がるにつれて風の勾配が小さくなるため、ある時点では、より高く上昇しても追加の利点はなくなります。

アホウドリは特にこれらの技術を巧みに利用しており、非常に少ないエネルギーで何千マイルも移動することができます。カモメやアジサシも飛行中にこの行動を示します。ダイナミックに舞い上がる鳥は、舞い上がるときに翼を固定して筋肉の緊張と労力を軽減できる骨格構造を持っています。

レイリー卿は1883年にイギ​​リスの雑誌ネイチャーでダイナミックソアリングを初めて記述しました。^[1]

...翼を動かさない鳥は、静止した空気中でも、均一な水平風の中でも、いつまでも水平を保つことはできない。初期の相対速度を犠牲にして、短時間は水平を保つことは可能だが、すぐに使い果たされてしまう。したがって、鳥が翼を動かさずにしばらく進路を進むときは、

1. コースが水平ではないこと、
2. 風が水平ではない、または
3. 風は均一ではないということ。

真実は通常は（１）または（２）によって表される可能性が高いが、私が提起したい疑問は、（３）によって示唆される原因が時々作用するのではないかということである。

レイリーが上で述べた最初のケ​​ースは単純な滑空飛行であり、2番目は静的ソアリング（サーマル、風下波、またはスロープソアリングを使用）、最後は動的ソアリングです。^[2]

ヘルムート・ライヒマンは1975年の著書『Streckensegelflug』（英語版は1978年にアメリカソアリング協会からCross-Country Soaringとして出版）の中で、 1974年10月24日にオーストラリアのトクムワル上空でインゴ・レンナーがグラスフリューゲルH-301リベレグライダーで行った飛行について述べている。その日、地表には風がなかったが、高度300メートルの逆転層の上には時速70キロメートル（40ノット）ほどの強風が吹いていた。レンナーは350メートルほどまで曳航され、そこから風下に向かって急降下して静止空気中に出た。そして180度旋回（高重力加速度）し、再び上昇した。逆転層を通過すると、今度は向かい風として時速70キロメートルの風に再び遭遇した。これにより得られた追加の対気速度により、元の高さに戻ることができた。この操作を繰り返すことで、彼は風下に向かって急速に流されながらも、上昇気流が存在しない状態で約 20 分間高度を維持することに成功しました。その後のPik 20グライダーでの飛行では、この技術を改良し、風下への流されをなくし、風に向かって前進することさえできるようになりました。

ダイナミックソアリング技術は、無人航空機に採用され、推力オフ状態での性能を向上させます。これにより、厳しい条件下での航空機の耐久性と航続距離が向上します。^{[説明が必要]}

ダイナミックソアリングは、太陽、地球、および/またはヘリオポーズ付近での太陽風の速度の差を利用して、太陽風の速度を超える手段として使用できます。^{[3] [4]}

1990 年代後半、ラジコングライダーはダイナミックソアリングというアイデアに目覚めました (この「発見」は主に RC ソアリングの巨匠ジョー・ワーツの功績です)。^[5]ラジコングライダーのパイロットは、尾根、鞍部、さらには木々の列などの風下側を利用してダイナミックソアリングを行います。尾根が風に面していて、後ろ (風下) 側が急峻な場合、丘の頂上で流れの剥離が発生し、丘の後ろのよどんだ空気または逆流の空気の塊の上を高速の空気の層が移動します。速度勾配、つまり風のせん断は、鳥や実物大のグライダーが使用するものよりもはるかに大きくなります。勾配が大きいほど、それに応じてエネルギー抽出量も大きくなり、航空機の速度が大幅に上がります。模型は、円軌道を描いて飛行し、背面を飛行した後に高速で移動する向かい風を突き抜け、風に乗って飛行するために方向転換し、せん断層を抜けてよどんだ空気に急降下し、再び方向転換して丘の背面を再び飛行することで、せん断層を繰り返し横切ります。高速での急旋回によって生じる負荷 (最速のモデルは 100 Gを超えることがあります) により、胴体と翼に大幅な構造補強が必要になります。このため、ダイナミックソアリングモデルは、一般的に複合材料を使用して構築されます。

2023年2月21日現在、ラジコンダイナミックソアリングで報告された最高対地速度は時速908kmまたは時速564マイル（490ノット）である。 ^[6]速度を認定する公式の認可機関はないため、記録はレーダーガンの読み取り値に基づいて非公式に記載されているが、ビデオ映像やその他の情報源からの分析も使用されている。最近では、加速度や対気速度などを記録するために、機内にテレメトリーやその他の機器を搭載するモデルも登場している。

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