マッハタック

マッハタックは、翼の周りの気流が超音速に達すると、航空機の機首が下向きに傾く傾向にある空力効果です。この急降下傾向は、タックアンダーとしても知られています。^{[1]航空機は、}マッハ1を大幅に下回る速度で初めてこの効果を経験します。 ^[2]

マッハタックは通常、2つの原因によって引き起こされます。1つは翼の圧力中心の後方移動、もう1つは尾翼での翼下降流速度の低下です。この2つは両方とも機首下げのピッチングモーメントを引き起こします。 ^{[要出典]特定の航空機設計では、これらのうちの1つだけが}急降下傾向を引き起こす可能性があります。たとえば、前者の場合は前部翼も尾翼も​​ないデルタ翼の航空機、後者の場合はロッキードP-38 ^{[3]です。あるいは、}フォッカーF28フェローシップのように、特定の設計では顕著な傾向がない場合があります。^[4]

揚力を生み出す翼が空中を移動すると、上面を流れる空気は下面を流れる空気よりも局所的に高速に加速します。航空機の速度が臨界マッハ数に達すると、加速された気流は局所的に音速に達し、航空機がまだ音速以下で移動しているにもかかわらず、小さな衝撃波が発生します。^[5]衝撃波の前方の領域で高い揚力が発生します。航空機自体の飛行速度が上がると、翼上の衝撃波が強くなり、後方に移動し、翼に沿って後方に高い揚力が発生します。この揚力の後方への動きにより、航空機が機首を下げたり、機首を下げたりします。

特定の設計におけるマッハタックの程度は、翼の厚さ、翼の後退角、および主翼に対する尾翼の位置によって影響を受けます。

さらに後方に尾翼を配置すると、より大きな安定ピッチアップモーメントが得られます。

翼のキャンバーと厚さは臨界マッハ数に影響し、上面の曲率が大きいほど臨界マッハ数は低くなります。

後退翼では、衝撃波は通常、翼の付け根で最初に形成されます。特に、翼の付け根が翼端よりも反り返っている場合はそうです。速度が増すにつれて、衝撃波とそれに伴う揚力は外側に広がり、翼が後退しているため、後方にも広がります。

翼上の気流の変化により、従来の水平尾翼上のダウンウォッシュが減少し、機首下げピッチングモーメントが強化されます。

独立した水平安定板のもう 1 つの問題は、水平安定板自体の衝撃波によって局所的に超音速流が発生する可能性があることです。これにより、従来の昇降舵制御面の動作に影響を及ぼす可能性があります。

トリムと飛行レベルを維持するのに十分な昇降舵の権限を持たない航空機は、急激な、時には回復不可能な急降下に入る可能性があります。 ^[6] 航空機が超音速になるまでは、より速い上部衝撃波により、昇降舵と水平安定板の権限が低下する可能性があります。^[7]

マッハタックは航空機の設計によって発生する場合と発生しない場合があります。多くの現代の航空機では影響はほとんどないか、まったくありません。^[8]

亜音速の航空機では回復が不可能な場合もありますが、航空機がより低く、暖かく、密度の高い空気中に降下すると、抗力によって航空機が減速する一方で音速と制御力がともに増加するため、制御力 (航空機を制御する能力) が回復することがあります。

マッハ失速の進行を防ぐために、パイロットは推力を減らし、エアブレーキを伸ばし、可能であれば着陸装置を伸ばすことにより、対気速度をその機種の臨界マッハ数以下に保つ必要があります。

マッハタックの影響に対抗するために、さまざまな設計手法が使用されています。

従来の尾翼とカナード前翼の両方の構成では、マッハタックに関連する大きなトリム変化を修正するのに十分な大きさとパワーの水平安定装置を作ることができます。従来のエレベーター制御面の代わりに、安定装置全体を移動可能または「オールフライング」にすることができ、スタビレーターと呼ばれることもあります。これにより、より広い範囲の航空機ピッチに対する安定装置の権限が強化されるだけでなく、独立したエレベーターに関連する制御性の問題も回避されます。^[7]

コンコルドのように、長時間超音速で飛行する航空機は、胴体内のタンク間で燃料を移動させて重心の位置を変え、圧力中心の位置の変化に合わせてマッハタックを補正し、必要な空力トリムの量を最小限に抑えることができます。

マッハトリマーは、マッハ数の関数としてピッチトリムを自動的に変化させ、マッハタックに対抗して水平飛行を維持する装置です。

第二次世界大戦で最速だった戦闘機は、マッハタックを経験した最初の航空機でした。超音速翼の研究が始まったばかりだったため、その翼はマッハタックに対抗するようには設計されていませんでした。翼には超音速流の領域があり、衝撃波と流れの剥離^[9]も発生していました。この状態は当時圧縮性バーブルとして知られており、航空機の高速走行時にプロペラの先端に存在することが知られていました。^[10]

P -38は時速400マイルで飛行できる最初の戦闘機の一つで、通常よりも多くの初期トラブルに見舞われた。^[11] P-38は分厚く揚力の高い主翼、特徴的なツインブーム、コックピットと武装を収納する中央の単一のナセルを備えていた。急降下時には急速に終端速度まで加速した。短くずんぐりとした胴体は、キャノピー上の高速度が翼上面の速度に加わり、厚さ15%の主翼中央部の臨界マッハ数を低下させるという悪影響があった。^[12]マッハ0.65を超える速度でマッハタックが発生し、^[3]主翼中央部上の気流が遷音速になり、揚力が失われた。結果として尾部のダウンウォッシュが変化し、機首下げのピッチングモーメントが発生し、急降下が急になった（マッハタック）。この状態では航空機は非常に安定していたため^[3]、急降下からの回復は非常に困難であった。

急降下回復（補助）^[13]フラップが翼下側（P-38J-LO）に追加され、遷音速急降下からの回復を可能にするために翼の揚力と尾部のダウンウォッシュが増加しました。

 この記事には、米国政府の『飛行機飛行ハンドブック』のパブリック ドメインの資料が組み込まれています。
 この記事には、米国政府の『Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge』のパブリック ドメイン マテリアルが組み込まれています。