カイト制御システム

凧の種類、凧の係留方法、凧の用途によって、さまざまな凧制御システムが生まれます。現代のメーカー、凧の選手、凧の操縦者、科学者、エンジニアは、その可能性を広げています。

凧制御システムには、さまざまな用途で凧を操縦し、安定させるために使用されるさまざまな方法と技術が含まれます。これらのシステムは、レクリエーション活動から科学研究、エネルギー生成まで、凧の用途の範囲を反映して、単純な手動制御から複雑な自動化および動力構成に進化しました。これらの制御システムの開発と改良により、凧の機能と用途が大幅に拡大し、凧が伝統的なレジャー用品から現代の目的のためのツールに変わることもあります。

高高度凧制御システムは、特に記録的な飛行で顕著であり、搭載された迎角調整装置などの高度なメカニズムを組み込んでいます。これらのシステムは凧糸の張力を管理するように設計されており、破損や制御不能を防ぐために、多くの場合、安全なしきい値に制限されます。これらの高高度凧には、長距離での検出用の無線ビーコンや視認性を高めるストロボ ライトなどの安全および追跡メカニズムが備わっています。これらのシステムの複雑さは、厳しい状況で凧のパフォーマンスと安全性を最大化することを目的とした、多大なエンジニアリングと設計の取り組みを示しています。

凧揚げやレクリエーションでは、単線制御システムが主流で、凧を操作する人間が特定の動きを習得します。これらの動きには、凧を希望のパターンで操縦したり空中戦に参加したりするために不可欠な、引っ張る、急に動かす、放す、方向転換などがあります。この分野での制御システムの進化は、凧揚げにおける技能、伝統、技術革新の融合を際立たせています。ライト兄弟やジョージ A. スプラットによって開発されたものなどの歴史的な制御システムは、航空の幅広い分野で重要な役割を果たし、凧の技術と飛行の発達との相互関係を示しています。

現代の凧制御システムは、中程度の長さのテザー付き動力凧や高高度発電風力凧システムなど、さまざまな専門分野に広がっています。複数のロープで制御される動力凧は、ブレーキを調整したり、特定の機能のために凧の形状を変形したりするために使用されます。これらの凧は、スポーツ、再生可能エネルギー、科学研究に応用されています。制御システムは複雑であることが多く、作用する力を管理するための特許技術が関係しています。凧による空中写真撮影や制御可能な滑空パラシュートは、凧制御システムの多用途性を示しており、伝統的な凧揚げ技術を写真撮影、ペイロードの配送、スポーツパラシュートなどの目的に適応させています。凧制御技術には、宇宙用途のソーラーセイルやプラズマ凧の探究など、継続的な革新が続いています。

2000年の高度記録飛行では、機内に搭載された迎え角機構が使用された。操縦者が設計した調整装置が、凧の翼本体の迎え角を変更することで、凧糸の張力を100ポンド以下に制限した。凧糸には、記録飛行では機能しなかった糸繰り出し計という制御装置があった。しかし、特殊な係留索の下端には、長い係留索への突風の影響を軽減するために、バンジーと滑車の配置が使用されていた。凧の制御には、他の航空機が凧システムをどのように見るかが含まれる。チームは凧に無線ビーコン（50マイル先まで検知可能な2メートルの周波数を使用）を設置した。視認性を確保するため、凧の先端からストロボライトを吊り下げた。張力が高い場合、リールと滑車を使用した制御が重要になるため、チームは飛行セッション中に部品の修理と交換を行わなければならなかった。^[1]

補助装置が発明され、単線凧の制御に使用されています。凧の翼に取り付けられた装置は、凧糸の張力や凧が飛んでいる周囲の気流に対する凧の迎え角に反応します。特殊なリール装置により、凧糸の長さと張力の制御が可能です。凧糸の下端を左または右、風上または反風上に動かすことは、単線凧の制御システムの一部です。凧のブライドルにある装置は、サブブライドル ラインの相対的な長さを変更して凧の姿勢を設定し、凧が潜在的な位置の特定の位置で飛ぶようにすることができます。これは、凧が飛行の準備をしている間に 1 回だけ行うことができますが、Kenneth C. Howard は、飛行セッション中に単線凧で可変設定のために操作できる装置を提案しました。

これは、紐 19 を素早く繰り返し緩めることによって行うことができます。本発明の第 1 の形態では、制御アーム 14 の結果として生じる傾斜運動と、歯 II に対する爪 22 の作用により、アームがプレート 10 の周りを徐々に回転します。したがって、凧 29 を上昇、急降下、または右または左に飛ばすために、アーム 14 の任意の回転位置を実現できます。

—  ^[2]

シングルラインコントロールによる伝統的な戦闘機カイトは凧揚げの主流ですが、マルチラインカイトファイティングはまだマイナーなアクティビティです。シングルラインの人間のオペレーターは、不安定な凧を一時的に一方向または別の方向に動かすための動き（引っ張る、ジャークする、リリースする、方向を変える動き）を習得することを目指します。コントロールの目的は、攻撃と防御、攻撃からの脱出、または攻撃のための位置取りです。凧の人間のオペレーターまたはパイロットの動きが一時的に限られた安定性を可能にするように凧を構築するには、特別な注意が必要です。^{[3] [4] [5] [6] [7] [8]}

翼の反り

ライト兄弟や他の航空の先駆者たちが使用した、翼の形を歪ませる4本のラインと2つのハンドルを備えた凧の制御システム。兄弟はこの制御システムを自分たちの発明であると主張したが、同時代の何人かの人が1868年（兄弟が生まれる前）に発行された欧州特許を含む先行技術を主張し、一連の訴訟に発展したため、ライト兄弟の特許戦争と呼ばれた。

この制御システムは、現在使用されているクワッドライン スポーツ カイトと非常によく似ています。

ジョージ A. スプラット トライアングル コントロール フレーム

牽引式または自由飛行式のカイトシステム用の三角形のコントロールフレーム。 ^{[11] [12]}

パレセフ

凧の操縦者は単一の張力点から凧にぶら下がり、操縦桿から滑車に配線されたケーブルを介して質量を移動します。

ブルーヒル天文台

ピアノ線ベースの凧制御システム。

バリー・ヒル・パーマー

バリー・ヒル・パーマーは、7～8回の実験を経て、1960～1962年に足踏みハンググライダー用の制御システムをいくつか発見した。彼はついに、発明家のジョージ・A・スプラットが航空およびあらゆるハンググライダーに関してすでに発見していたものにたどり着いた。それは、パイロットの前に三角形の制御フレームまたはAフレームがあり、パイロットは座席またはハーネスのいずれかのテザーで吊り下げられ、さまざまな姿勢をとるというものだった。この機械的な配置が、後の同種の発明を妨げた。他の多くの人々も、ロガロ・ハンググライダーとその派生型の質量移動に同じ機械的な配置を発見した。これらの自由飛行する有人凧またはハンググライダーは、フリープやパレセフの凧の翼、またはそれらの派生型の強化フレキシブル翼を使用していた。

パワー カイトは2 ～ 5 本のラインで制御されます。最もシンプルなシステムでは、カイトのどちらかの端を引っ張ることで操縦できます。ラインの数を増やすと、さまざまな機能が提供されます。これらは次のとおりです。

• 迎え角の調整: 凧の前端に取り付けられたラインを引っ張ると迎え角が小さくなり、凧の引っ張りが減ります。
• ブレーキング: 後縁を引き下げるラインはブレーキ効果を生み出し、片側だけに適用すると凧を素早く回転させることができ、対称的に適用すると凧を降ろすことができます。
• カイトを歪める: カイトが水面上にあるときに便利です。5 本目のラインを使用してこれを行うと、再発射がはるかに速く簡単になります。

行は異なるコントローラーに接続されます。

リングまたはリストループ

これらは通常、小さめのホイルに見られます。

2行バー

これらは、 LEI、ターゲットカイト、その他のレクリエーション用および特殊用途のカイトシステムに使用されています。 ^{[13] [14]}バーを放すとカイトが下がるように、ほとんどの場合、ラインの1つにリストリーシュが取り付けられています。

3 行バー

これらは、いくつかのフォイルに見られます。バーの端からのラインはカイトの両側に接続され、3 番目のラインはフォイルの後端に接続されます。このラインはバーを通り、クリートを介してリスト リーシュに接続され、バーが落とされるまでブレーキがロックされます。このバー デザインは、その複雑さのため、大手メーカーによって開発されたことはありませんでしたが、現在では K-trac から高度なモデルが市販されています。

4 行バー

これらは、 LEI、ボウ、および一部のフォイルに見られます。このシステムにより、迎え角を調整できます。通常、チキン ループと呼ばれる半永久的なアタッチメントがあり、フロント ラインを介してカイターのハーネスに固定されます。チキン ループに取り付けられたままの状態でバーを放すと、カイトの迎え角が最小になり、生成される引っ張りが最小限に抑えられます。通常、安全機構があり、ラインの 1 つに取り付けられたリーシュでカイトにぶら下がったままチキン ループから取り外すことで、カイトのパワーを完全にオフにすることができます。このシステムには多くのバリエーションがあります。

5本の線

これらは基本的に 4 本のライン システムと、凧の前縁または後縁のいずれかに取り付けられた 5 本目のラインです。後縁システムにより、凧はパワー ゾーンの中心に移動し、大きなパワーで再発射します。前縁システムは、デパワー デバイスと再発射デバイスの両方として使用されます。デパワーの場合は、迎え角を下げるために使用できます。再発射の場合は、凧を適切な位置に転がすのを補助するために使用できます。

ハンドル

これらは、4 ラインフォイルによく見られます。各ハンドルは、両端にラインが取り付けられたバーで、各ハンドルはカイトの左側または右側を制御します。ハンドルは、パワー ラインが取り付けられている上部で保持されます。ブレーキ ラインは各バーの下部に取り付けられ、カイトの各側面の後端まで伸びます。これらは、迎え角機能ではなく、ブレーキ機能を提供します。

高高度風力発電システムの人間による制御は、テザーの張力が直接手動で操作するには大きすぎるため、通常はサーボ機構を介して行われます。 ^{[15] [16]}

この分野には数多くの特許があります。

• John D. Bellacera による凧制御システム
• ドミニクとブルーノ・ルガイヌーによるいくつかの特許^[17]

その他の概念は次のとおりです。

• ウインチを使ってロープを引っ張る
• ライン接続ポイントを中央のピボットを中心に回転させる。^[18]
• リニアモーターを使用してラインの取り付けポイントを前後（または上下）にシフトする

カイト リグは、ボート、バギー、雪や氷のランナーを備えた車両などの車両を推進するためのシステムです。特殊なスケートボードの上に立って凧を揚げる人のように単純なものもあれば、動力と自動制御を備えた車両に固定された複雑なシステムもあります。マストで支えられず、ロープで揚げられるという点で、従来の帆とは異なります。

船を牽引する凧は数百平方メートルの面積に広がり、特別な取り付けポイント、発射および回収システム、フライ・バイ・ワイヤ制御が必要です。

SkySails船の推進システムは、大型 のフォイル凧、凧の電子制御システム、凧を収納する自動システムで構成されています。

この凧は、カイトサーフィンで使用されるアーク凧と10倍以上大きいが、類似点がある。しかし、この凧はラムエア凧ではなくインフレータブル凧である。^[要出典]さらに、複数の凧の制御ラインに直接張力をかけるのではなく、制御ポッドが使用される。凧から船までの全距離にわたって1本のラインのみが走り、凧から制御ポッドまでブライドルラインが走る。ポッドへの電力はラインに埋め込まれたケーブルによって供給され、同じラインが船から制御ポッドへのコマンドも伝える。^[19]

凧は、凧の先端を掴む動くマストまたはアームによって飛ばされ、回収される。マストは凧を膨らませたり縮めたりもする。使用しないときは、マストと縮んだ凧は折りたたんでしまえる。^[19]

ターゲット カイトという用語は、一般的には戦時中に艦上での対空砲射撃訓練に使用されたカイトを指します。これは、スミソニアン博物館 (航空宇宙コレクションの大半の収集を担当) を休職中に戦争関連の仕事をしていた ポール E. ガーバーが発明したものです。

その凧は、高さ約 5 フィートの、普通の 2 桁のエディ スタイルの凧でした。帆はスカイ ブルーで、日本軍の零戦またはドイツ軍の航空機の輪郭が黒く塗られていました。垂直の桁の下端には、船の舵のような小さな舵が取り付けられていました。舵は、凧揚げにも使用される 2 本の凧糸で制御されます。2 本の糸は地上に降りてきて、フライング バー(両端にスプールがあるバー) または、糸の長さを均等にするラチェット機構を組み込んだ特殊な 2 スプール リールのいずれかで終わります。スプールは、ラインを一定の間隔で保持する木製のバーの中央にありました。

室内凧を誘導するために、先端に紐が付いた棒や棒がよく使われます。

エクストリームカイトスポーツで使用される長いラインのパワーカイトとは異なり、このセクションでは、短いラインのフレームの大きなカイトに焦点を当てます。^{[20] [21] [22] [23]}ハンググライダーカイトの飛行を最適に制御するためのカイトラインまたは「ハングライン」は、慎重に長くする必要があります。その後、ラインは2つ、3つ、または4つのメインテザーに分岐することが多く、吊り下げられたカイトのオペレーターまたはパイロットのハーネスに接続されます。カイトグライダーの著者であるマイク・マイヤーは、「適切な吊り下げ高さを取得する方法」を執筆しました。^{[24] NASAは、補強されたフレームカイトを備えた}パレセフハングパイロット航空機でマスシフトを使用しました。ハングテザーもまた、異なる方法で補強されました。短いハングラインを使用するスポーツハンググライダーカイトシステムでは、ハングループまたは吊り下げられたカイトラインの最初のセクションは柔軟なウェビングで、ハーネスへのメインラインはコードと場合によっては柔軟なウェビングです。凧の翼の姿勢の制御は、多くの場合、操縦士が凧の強化された機体部分（コントロール フレームと呼ばれる）を掴み、凧の機体を左右または前後にさまざまな組み合わせで押したり引いたりすることで実現されます。この制御システムは、一般的に「重量シフト」と呼ばれますが、機械的には、質量の位置を変更して、空気力学的圧力中心に対するシステム全体の重心を変更し、てこ作用モーメントを発生させて飛行を制御します。

凧の機体上でテザーを結ぶ場所は、他の凧と同様に非常に重要です。テザーの接続やつなぎ目は、空気力学的圧力の中心とシステムの重心を考慮に入れます。マイク・マイヤーによる重要な論文「ピッチ安定性と質量中心の 位置」^[25]は、この制御の問題に焦点を当てています。

カイトハンググライダーを飛ばしているとき、飛行指導中にインストラクターが生徒に三角形の操縦フレームから完全に手を離し、ただぶら下がるように指示することがあります。ぶら下がる（重力が生徒の体を下に引っ張り、凧の翼が張力で引っ張られる）ことで、生徒は適切に操縦桿を握りトリムされた翼が安定して飛ぶことを体験します。^[26]生徒は操縦フレームを放すと適切にトリムされた安定した飛行ができることを体験します。しかし、突風が発生するため、生徒は手を離して飛ぶことが通常の状態ではなく、むしろ凧の操縦者がほぼ常に操縦フレームを操作していることを学びます。^{[27] [28]}

ここでは動力のない凧はパイロットに繋がれ、パイロットはハーネスを取り付け、ハーネスに推進力のある主動力エンジンまたはモーターを取り付ける。凧自体は動力がないが、システム全体は動力のある航空機である（エンジンが翼に取り付けられている場合とはまったく異なる）。制御システムには、パイロットがハーネス付きの主動力エンジンまたはモーターによって推進されない類似システムの制御システムが含まれるが、飛行を制御する際には質量中心の調整が尊重される。さらに、パイロットの推進力がオンになっている間、パイロットは凧の凧糸が角度を付けられるよう位置を取り、凧糸が風上から始まり風下に向かって上向きに角度を付けるというおなじみの凧揚げ方法で翼を引っ張る（ここで注意すべき風は相対風である）。^{[29] [30] [31] [32] [33]}

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  カイト ハンググライダーは、2 つの方法でカイトになる準備をします。超軽量の動力ハンググライダートライクによるカイティング タグの間、システムは牽引されている長いラインのカイトです。その後、タグから解放されると、カイト ハンググライダーは、滑空を主な目的とする短いカイト ラインの自由飛行カイトになります。
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  複雑な制御: カイトハンググライダーのパイロットが主な意思決定者であり、超軽量タグのパイロットが制御の任務を担います。ハンググライダーは滑走路上にあり、UL 牽引で出発する準備ができています。カイトハンググライダーは三輪の台車に載っており、トライクのエンジンが始動しています。

ここでは、凧揚げ操作中、凧糸の長さは同じままです。地上車両の運転手は特別な制御義務を負います。凧揚げハンググライダーの操縦者は、他の牽引方法とは異なる方法で凧を操作します。専門的な指導では、慎重な区別を学びます。予期しない事態が発生したときに物事を制御することは、指導の大部分を占めます。

複雑な制御システムには、ウインチのオペレーターも含まれます。ラインの長さは最初は長く、ウインチがタグラインを巻き取るにつれて短くなります。これにより、カイト付きハンググライダーのパイロットによる制御決定が変わります。制御の説明は、新しいウインチ オペレーターと、カイト付きハンググライダーのパイロット向けに用意されています。この方法を、静的ライン (タグラインは牽引中も同じ長さのまま) と区別してください。タグラインを短くするカイト方法の制御システムは異なります。

カイト付きハンググライダーのバンジー ランチ コントロール システムには、独自の特別な詳細があります。タグ カイト ラインは非常に伸縮性があり、張るとラインが長くなりますが、ランチに使用するとカイト ラインは短くなります。カイトの翼の姿勢を制御するのは、短いカイト ラインで吊り下げられながら三角形のコントロール フレームやその他の機体部品、さらには空力面コントロールを操作するパイロットの責任です。専門家の指導を強くお勧めします。バンジー アセンブリの非弾性部分は、バンジーが壊れてパイロットの方に跳ね返った場合に起こり得る事態を防ぐために使用されます。タグ ライン パラシュートを使用すると、解放されたバンジーの落下速度を低下させることができます。バンジー ランチは、フリーフット ランチが容易でない (サイトの構造または脚が使えないパイロット) 斜面からのランチ、または平地での短距離飛行のデモンストレーションに最もよく使用されます。

補強されていないフランシス・ロガロのパラウイング、ドミナ・ジャルバートが設立したパラフォイルの翼、またはその他の改良された完全に柔軟な翼（バリッシュのセイルウイング、カイトシップの翼、パラセイル、改良された円錐形パラシュート）には、主動力エンジンまたはモーターを取り付けることはできません。むしろ、動力のない翼へのカイトラインは、翼の下で静的または可動のアンカーで終わります。そのアンカー自体は、独自のアクティブな推進エンジンまたはモーターを使用するか、アンカー（ペイロード、パイロット、またはペイロードとパイロットの両方）が重力によって単純に落下し、重力によって翼がカイトラインを通って引っ張られる可能性があります。ペイロードまたはパイロットが、主動力エンジンまたはモーターを追加せずに単純に落下する場合、カイト付き柔軟な翼はパラグライダーの翼です。ペイロードまたはパイロットにさらに推進エンジンまたはモーターが配置されている場合、そのような推力ペイロードまたはパイロットを備えたカイト付き非動力柔軟翼は、動力航空機システムまたは動力パラグライダーシステムです。制御システムは、特定の用途（軍事ペイロードの降下、自律型動力パラグライダーまたはドローン、スポーツパラグライダー、スポーツ動力パラグライダー、スケールモデルパラグライダー、スケールモデル動力パラグライダー）に応じて多様化されている。^{[34] [35] [36] [37] [38] [39]}すべてのバリエーションに共通するのは、ペイロードやパイロットが動力を受けているかどうかに関係なく、動力のない凧である。

これらの自由飛行凧は、制御可能なパラシュートであり、ペイロード配送システム、スポーツグライダーパラシュートまたはスカイダイビング、​​ベースジャンプ、スケールモデルパラシュートとして使用されます。敏感なペイロードの配送や人間の輸送に使用する場合、圧縮された形式からの急速な開放は、スライダーの使用によって減衰されます。翼は無動力のままで、手綱の係留ラインによって凧揚げされます。このラインはプラットフォームまたはハーネスに接続されます。凧揚げされた翼のサイズとデザインは、圧縮、開放、および沈下率が重要な機能となる最終的な使用タイプに合わせてカスタマイズされます。制御システムは、特定の用途に特化されています。制御システムには、遠隔地からの無線制御が含まれる場合があります。

凧航空写真 (KAP) で使用される凧は、通常、KAP 以外の凧揚げ機と同じリールとスプールを使用して制御されます。KAP の最高の作業は、予想よりも低い高度 (100 ～ 200 フィート) で行われるため^{、特別な機器は必要ありません。KAP 飛行で最も問題となるのは、最高のカメラ ショットを撮るために凧を背の}高い木や建物の間を飛ばす必要がある場合です。そのため、素早く凧を揚げられることがプラスになります。

カメラ リグ自体は、凧の下の少し離れた位置にある凧糸に取り付けられます。凧の回転に関係なくカメラが水平姿勢で浮くように滑車方式が望ましいです。Picavet システムはそのような方式の 1 つです。

カイト フォトグラフィーのさらなる洗練には、ライブ ビデオと、カメラの向きを制御する無線制御機能があります。これは、数分ごとにカメラを単にクリックし、カメラの向きを変えるために地面に引きずり下ろさなければならない最小限のリグよりも優れています。無線制御リグの欠点は重量で、写真撮影には強い風が必要です。したがって、晴天に加えて強風も必要となり、写真撮影の機会が制限されます。

あるタイプのソーラー凧について、科学者たちは、宇宙空間や地球、月、彗星、その他の太陽系の天体の周りを太陽凧が移動するのを制御する可動部品が最小限であることに誇りを持っています。^[40]科学者とエンジニアの集団が凧の定義を拡大しています。著者の C. ジャックと C. ウェルチによって説明されたソーラー凧は、凧の質量の慣性が光子の流れに対する抵抗を提供します。また、凧を制御して凧の加速を変えることで、凧揚げのシナリオが設定されます。凧を重力の引力からそらして意図した経路で飛ばし続けることは、ソーラーセイルを光子の流れの凧として含めることをサポートします。凧に開始データが入力され、凧は星を追跡し、3 つの要素を操作して姿勢を制御してそらしを行い、地上の凧操作者が望む飛行経路を実現します。ペイロードの位置を変更して、凧の圧力中心と質量中心の相対位置を変更します。これは圧電アクチュエータによって部分的に行われます。また、中心のペイロードを保持する支柱は、異なる加熱が行われます。これにより、支柱の 1 つが冷たい支柱よりも長くなり、凧の圧力中心に対する質量の中心が変わります。さらに、姿勢変更を引き起こすために、小さな光スラスタ (加熱されたワイヤ) が凧の姿勢を微調整します。このようなスラスタは凧を推進するのではなく、凧の帆の姿勢を変更するためにのみ使用されます。これらのメカニズムは、凧に方向を与えるために最小限の電力消費で信頼できる制御を提供することを目指しています。作業中のソーラー凧グループは、ソーラー凧/ソーラーセイルの制御に少なくとも 17 の手段を検討しています。^[41]

• 米国特許 2613894
• 米国特許 4280675 制御可能な凧 Lynn M. Davis 他
• US 特許 3138356 カイトコントロール レイモンド L. マックレイン
• US 特許 2556877 カイトコントロール ケネス C. ハワード
• 米国特許 2613894 カイトコントロール ハワード
• US Patent 4129273 カイト制御機構 ドナルド R. ヒル
• US 特許 3355129 カイト制御アセンブリ EV KINSEY

• 航空機の飛行制御システム
• 防空気球
• 飛行制御面
• 人を持ち上げるための凧
• パラベーン（水凧）
• スピードセーリング
• ウィンドスポーツ

• フェスト スカイライナー
• Target Kite の Web サイト – 凧とフライング バーの構造を詳しく説明した戦時中のマニュアルを含む完全な情報。