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航空学では、航空機の安定性が低い、または負の安定性がある場合、その航空機は緩和安定性を持っていると言われます。[1] [2]
負の安定性を持つ航空機は、ピッチ角とバンク角を自発的に変更する傾向があります。負の安定性を持つ航空機は、特定の姿勢を維持するために調整することができず、ピッチまたはロールが乱されると、乱れの方向にますます大きな速度でピッチまたはロールし続けます。
これは、正の安定性を持つ航空機の挙動とは対照的である。正の安定性を持つ航空機は、特定の姿勢で飛行するように調整することができ、制御入力がない場合にはその姿勢を維持し続け、乱れが生じた場合は、調整された姿勢の周りで単振動して徐々に減少し、最終的には調整された姿勢に戻る。[要出典]正の安定性を持つ航空機は、バンク運動にも抵抗する。セスナ 152は、安定した航空機の例である。同様に、中立安定性を持つ航空機は、制御入力がない場合には元の姿勢に戻らず、一定の（増加も減少もない）速度でロールまたはピッチを継続する。[要出典]
初期の航空機
空気より重い物体による飛行の初期の試みは、現在使用されているものとは異なる安定性の概念を特徴としていた。ほとんどの航空研究者は、飛行は表面が上昇していることを除けば、表面移動とそれほど変わらないと考えていた。彼らは船の舵の観点から方向転換を考え、飛行機は基本的に空中で水平に保たれると考えていた。これは、自動車や船が表面上にあるのと同じである。意図的に片側に傾いたり、横転したりするという考えは、望ましくないと思われたか、彼らの考えには入っていなかった。[3]
ラングレー、シャヌート、そして後にはサントス＝デュモンやヴォワザン兄弟を含む初期の研究者の中には、非常に強い意味で「固有の安定性」の理想を追求し、飛行機はいかなる外乱を受けても自動的に水平（横方向）の位置にロールするように作られるべきだと信じていた者もいた。彼らは、ハーグレイブのセルラー翼（垂直パネルを含む箱型凧構造の翼）と強い上反り翼の助けを借りてこれを達成した。ほとんどの場合、パイロットが航空機のロールを制御する手段は組み込まれていなかった[4] [ページが必要] 。制御できるのは昇降舵と方向舵だけだった。この予期せぬ影響は、ロールせずに航空機を旋回させることが非常に困難だったことだった。[4] [ページが必要] [5]また、着陸時には横風や横風の影響を強く受けた。[出典が必要]
ライト兄弟は1903年に、本質的に不安定な下反角翼 (垂れ下がった翼)を備えた最初の動力飛行機を設計しました。彼らは、パイロットが横方向のロール制御を維持できることを示しました。これは、飛行機が旋回するための優れた方法であり、鳥や自転車に乗る人のように「バンク」または「リーン」して旋回するのと同じでした。 [6] 同様に重要なことは、この方法により、風で飛行機が片側に傾いたときに回復できることです。1903 年に使用されましたが、ヨーロッパで広く知られるようになったのは、ウィルバー ライトがヨーロッパの飛行士に、効果的な旋回を行うために昇降舵、方向舵、ロール制御を協調して使用することが重要であることを実証した 1908 年 8 月になってからでした。 [要出典]
垂直翼位置
翼の垂直位置によって、航空機のロール安定性が変化します。
- 翼の位置が「高い」航空機（つまり、胴体の上部に取り付けられている航空機）は、ロール安定性が高くなります。たとえば、セスナ 152などです。
- 「低い」翼（つまり胴体の下にある）を持つ航空機は、ロール安定性が低くなります。パイパー ポーニーは「低い」翼を使用しています。
不安定な航空機
現代の軍用機、特に低視認性（「ステルス」）設計は、その形状が原因で不安定になることが多い。例えば、ロッキード F-117ナイトホークは、レーダー断面積を減らし、比較的問題なく防空網を突破できるように、非常に非伝統的な胴体と翼の形状を採用している。しかし、設計の平坦な面は安定性を低下させ、飛行するにはコンピューター制御のフライバイワイヤシステムが必要になるほどである。[7]
安定性緩和設計は軍用ジェット機に限ったことではない。マクドネル・ダグラス MD-11は燃料節約のために中立安定性設計を採用している。安全飛行の安定性を確保するため、MD-11 の比較的短い水平安定板を補い、機体の安定性を確保する LSAS (縦方向安定性増強システム) が導入された。[8]しかし、MD-11 の安定性緩和により「飛行中の不調」が引き起こされた事件もあった。[9]
意図的な不安定さ
現代の戦闘機の多くは、操縦性を高めるために安定性を低下させる設計要素を採用しています。安定性が高くなると操縦面の権限は低下するため、安定性の低い設計の方が制御入力に対する応答が速くなります。これは戦闘機の設計で非常に求められています。
安定性の低い航空機では、操縦を開始するために必要な操縦桿の偏向が小さくなります。その結果、抗力と操縦面によるストレスが軽減され、航空機の応答性が向上します。これらの特性により、パイロットによる操縦が困難または不可能になることが多いため、フライバイワイヤ制御システムの一部としてコンピューター、サーボ、センサーを使用して人工的な安定性が確保されます。[引用が必要]
参照
引用
- ^ Nguyen, LT; Ogburn, ME; Gilbert, WP; Kibler, KS; Brown, PW; Deal, PL (1979年12月1日). 「縦方向の静的安定性が緩和された戦闘機の失速/失速後特性のシミュレータ研究。NASA技術論文1538」。NASA技術出版物(19800005879)。NASA: 1 。 2022年7月6日閲覧。
- ^ Wilhelm, Knut; Schafranek, Dieter (1986年10月). 「静的安定性が緩和された輸送機の着陸進入ハンドリング特性」. Journal of Aircraft . 23 (10): 756–762. doi :10.2514/3.45377. ISSN 0021-8669 . 2022年7月6日閲覧。
- ^ クラウチ2003、167-168頁。
- ^ abc ヴィラード、ヘンリー・セラノ（2002年）。コンタクト！：初期の飛行士の物語。ミネオラ、ニューヨーク州：ドーバー出版。pp. 39–53。ISBN 978-0-486-42327-2。
- ^ ab レッチャー、ピアーズ (2003)。 『エキセントリック・フランス：狂気と魔法と驚異のフランスへのブラッドガイド』。イギリス、チャルフォント・セント・ピーター：ブラッド旅行ガイド。pp. 38–39。ISBN 978-1-84162-068-8。
- ^ トービン2004、70ページ。
- ^ アブズグ、マルコム、ララビー、E. ユージーン (2002)。飛行機の安定性と制御：航空を可能にした技術の歴史（第2版）。ケンブリッジ[ua]：ケンブリッジ大学出版局。pp. 335–337。ISBN 978-0-521-80992-4。
- ^ 「高高度と重心が後退翼民間航空機の操縦特性に与える影響」エアロマガジン. 1 (2). ボーイング. 2022年6月29日閲覧。
- ^ パストル、アンディ（2009年3月24日）。「FedExジェット機に管理上の問題」WSJ 。 2015年10月1日閲覧。