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飛行特性は、性能とシステムも含まれる飛行試験の科学における3つの主要な領域の1つです。 [1]飛行特性には、航空機の安定性と制御特性の研究と評価が含まれます。飛行特性は、飛行の安全性と、安定飛行および操縦中の航空機の制御のしやすさに重要な影響を及ぼします。
安定性との関係
飛行特性の規律を理解するには、安定性の概念を理解する必要があります。安定性は、機体がトリム状態にあるとき、つまり、機体に作用して定常飛行から逸脱するような不均衡な力やモーメントがないときにのみ定義できます。この状態が存在し、機体が乱れた場合、安定性とは、機体がトリム状態に戻ろうとする傾向を指します。機体が最初にトリム状態に戻ろうとする場合、静的に安定していると言われます。トリム状態にオーバーシュートせずに近づき続ける場合、その動きは沈下と呼ばれます。動きによって機体がトリム状態をオーバーシュートする場合、機体は前後に振動することがあります。この振動が減衰する場合、その動きは減衰振動と呼ばれ、機体は動的に安定していると言われます。一方、動きの振幅が増加する場合、機体は動的に不安定であると言われます。
飛行機の安定性の理論は、1904 年にイギリスの GH ブライアンによって考案されました。この理論は、本質的には今日の航空学生に教えられている理論に相当し、ブライアンがこの理論を考案した当時はライト兄弟の初飛行について聞いたこともなかったことを考えると、注目すべき知的成果でした。理論が複雑で、使用には面倒な計算が必要だったため、飛行機の設計者がこの理論を適用することはほとんどありませんでした。言うまでもなく、無人飛行機がうまく飛行するには、動的に安定していなければなりませんでした。ライト兄弟が操縦した飛行機、およびそれ以降に飛行したほとんどの飛行機は安定していませんでしたが、設計者は試行錯誤を重ね、満足のいく飛行特性を持つ飛行機をいくつか開発しました。しかし、他の多くの飛行機は飛行特性が悪く、墜落することもありました。
操縦性は、パイロットが飛行タスクを遂行する際の容易さと正確さを左右する航空機の特性です。[2]これにはヒューマンマシンインターフェースが含まれます。航空機では、特定の航空機要因が飛行特性にどのように影響するかが何十年にもわたって研究され、[3]固定翼航空機[4]と回転翼航空機[5]の両方の飛行特性に関する参照標準が開発され、現在では一般的に使用されています。これらの標準は、特定の車両タイプと飛行タスクに対して優れた操縦性を提供するダイナミクスと制御設計空間のサブセットを定義します。
歴史的発展
ブライアンは、飛行機の安定性特性を縦方向と横方向のグループに分けることができ、それぞれの運動を運動モードと呼べることを示した。これらの運動モードは非周期的、つまり飛行機が着実にトリム状態に近づくかそこから逸脱するか、振動的、つまり飛行機がトリム状態の周りで振動するかのいずれかである。外乱後の静的に安定した飛行機の縦方向モードは、通常、マイル/時で表した対気速度の約 4 分の 1 の秒単位の周期を持つフゴイド振動と呼ばれる長周期振動と、わずか数秒の周期を持つ短周期振動で構成されることが示された。横方向の運動には、発散または沈下となる可能性のあるスパイラル モードと呼ばれる非周期モード、ロール沈下と呼ばれる強く減衰する非周期モード、およびダッチ ロール モードと呼ばれる通常減衰が不十分な短周期振動の 3 つの運動モードがあった。
初期の飛行機設計者の中には、動的に安定した飛行機を作ろうとした人もいましたが、安定性の要件と満足できる飛行特性の要件が矛盾していることが判明しました。一方で、満足できる飛行特性を実現するためにどのような特性を取り入れるべきかを設計者に指示する情報は存在しませんでした。
1930 年代までには、飛行機は動的に安定しているべきという一般的な考えが存在したが、航空技術者の中には、安定性と飛行特性の要件の間に矛盾があることを認識し始めた者もいた。この問題を解決するために、ダグラス航空機会社のコンサルタントとして大型の 4 発輸送機 DC-4 の設計に携わっていたエドワード・ワーナーは、米国で初めて、満足のいく飛行特性に関する一連の要件を書き出す努力を行った。NACAの主要委員会のメンバーであったワーナー博士はまた、提案された要件に沿って飛行機の飛行特性を決定するための飛行研究を行うよう要請した。この研究は、ラングレーのハートレー A. スーレによって実施された。「飛行機の飛行特性に関する予備調査」と題されたスーレの報告書は、提案された要件の修正が必要ないくつかの領域を示し、他のタイプの飛行機に関するさらなる研究の必要性を示した。[6]その結果、ロバート・R・ギルルースとメルビン・N・ガフを主任テストパイロットとして迎えたプログラムが開始された。
飛行特性の評価
ギルルースが飛行特性要件の研究に使用した手法は、まず、制御位置と力、飛行機の角速度、直線加速度、対気速度、高度などの関連量を記録する計器を設置するというものでした。次に、指定された飛行条件と操縦のプログラムを、経験豊富なテスト パイロットが飛行させました。飛行後、記録からデータを転記し、結果をパイロットの意見と相関させました。このアプローチは、今日では日常的なものと見なされますが、ラングレーで既に利用可能な飛行記録計器と、同等の条件下でテストできるさまざまな飛行機を活用したギルルースの独自の貢献は注目に値します。
旋回やプルアップ時の飛行特性の測定で重要な量は、飛行方向に対して垂直な加速度の値（g 単位）に対する操縦桿またはホイールの制御力の変化です。この量は通常、g あたりの力と呼ばれます。
宇宙船との関係
NASA が現在開発中の、スペースシャトルに代わる新世代の宇宙船と宇宙飛行士を月に帰還させる計画では、いくつかのミッションタスクを手動で制御する機能が搭載される予定であり、パイロットがこれらのタスクをどれほど簡単に、かつ正確に実行できるかが、パフォーマンス、ミッションリスク、およびトレーニングコストに重要な影響を及ぼすことになる。[要出典]有人宇宙船の飛行特性に関する基準は、現在存在しない。
参照
参考文献
- ^ ハメル、ピーター (2017)。インフライトシミュレーターとフライバイワイヤ/ライトデモンストレーター：国際航空研究の歴史的記録。シュプリンガー。p. 2。ISBN 978-3-319-53996-6。
- ^ Cooper, GE および Harper, RP、「航空機操縦品質の評価におけるパイロット評価の使用」、NASA TN D-5153、1969 年 4 月
- ^ ギルルース、RR、「飛行機の満足な飛行品質の要件」、NACA TR 755、1943
- ^ 「軍事規格、有人航空機の飛行特性」、MIL-STD-1797、1987年3月。
- ^ 航空設計基準、性能仕様：軍用回転翼航空機の操縦品質要件、ADS-33、1996 年 5 月
- ^ マルコム・J・アブズグ、E・ユージン・ララビー（2002年）。飛行機の安定性と制御：航空を可能にした技術の歴史。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-0-521-80992-4。
外部リンク
- ウィリアム・ヒューイット・フィリップス。「飛行の特質」。航空研究の旅: NASA ラングレー研究センターでのキャリア。2010年 7 月 31 日閲覧。
- 飛行機の安定性と制御 (マルコム L. アブズグ著)
- Stengel RF: 飛行力学。プリンストン大学出版局、 2004年、ISBN 0-691-11407-2。