グライダーまたはセールプレーンは、グライダー航空機の一種で、レジャー活動やスポーツである滑空(ソアリングとも呼ばれる)で使用されます。[1] [2]この無動力航空機は、大気中の自然に発生する上昇気流を利用して高度を上げることができます。セールプレーンは空気力学的に流線型になっているため、高度を少し下げるだけでかなりの距離を前進することができます。
北米では、このタイプの航空機を表すのに「sailplane」という用語も使用されます。英語圏の他の地域では、「glider」という単語の方が一般的です。
種類

グライダーは、一定の揚力に対して非常に低い抗力を生み出すという利点があり、これは長くて薄い翼、細長い胴体、突起のない滑らかな表面によって最もよく達成されます。これらの特徴を持つ航空機は、上昇気流や丘によって生じる上昇気流の中で、効率的に上昇することができます。静止した空気中では、グライダーは、途中での高度の低下を最小限に抑えながら、高速で長距離を滑空することができます。
グライダーは硬い翼とスキッドまたは着陸装置を備えている。[2]対照的に、ハンググライダーとパラグライダーは、離陸の開始と着陸にパイロットの足を使用する。後者のタイプについては別の記事で説明するが、グライダーとの違いについては以下で説明する。グライダーは通常、ウインチまたはエアロトウによって離陸するが、自動牽引やバンジーなどの他の方法が使用されることもある。
今日ではグライダーのほとんどがグライダーですが、昔はそうでなかったものも多かったです。これらのタイプのグライダーは滑空しませんでした。単にエンジンのない飛行機で、別の飛行機に牽引されて目的地まで行き、そこから離陸して着陸するだけのものでした。滑空しないグライダーの代表的な例は軍用グライダー(第二次世界大戦で使用されたものなど)です。軍用グライダーは一度だけ使用されることが多く、通常は着陸後に役目を終えて放棄されました。
モーターグライダーは、飛行時間を延長したり、場合によっては離陸にも使用できるエンジンを搭載したグライダーです。一部の高性能モーターグライダー(「自立型」グライダーと呼ばれる)には、飛行を維持するために使用できるエンジン駆動の格納式プロペラが搭載されている場合があります。他のモーターグライダーは、エンジンが格納される前に自ら発進できるだけの推力があり、「自走型」グライダーとして知られています。別のタイプは、パイロットがプロペラを格納せずに飛行中にエンジンのオン/オフを切り替えることができる自走式の「ツーリングモーターグライダー」です。[3]
歴史

ジョージ・ケイリー卿のグライダーは1849年頃から翼を使った短いホップ飛行を実現した。[4] 1890年代にはオットー・リリエンタールが体重移動で操縦するグライダーを製作した。1900年代初頭にはライト兄弟が可動面を使って操縦するグライダーを製作した。1903年にはエンジンを搭載することに成功した。
第一次世界大戦後、ドイツではスポーツ目的でグライダーが初めて製造されました。ドイツとグライダーとの強い結びつきは、第一次世界大戦後の規制により、ドイツ国内で動力飛行機の製造と飛行が禁止されたことに大きく起因しており、そのため同国の航空機愛好家はグライダーに目を向けることが多くなり[5] 、特にヴァッサークッペのようなグライダー飛行に適した飛行場ではドイツ政府によって積極的に奨励されました[6]。
グライダーのスポーツ利用は1930年代に急速に発展し、現在ではグライダーの主な用途となっています。性能が向上するにつれて、グライダーはクロスカントリー飛行に使われるようになり、現在では天候が良ければ1日に数百キロ、数千キロも定期的に飛行しています[7] [8]。
デザイン
初期のグライダーにはコックピットがなく、パイロットは翼のすぐ前にある小さな座席に座っていました。これらは「プライマリー グライダー」と呼ばれ、通常は丘の頂上から発進しましたが、車両に牽引されながら地面を短距離飛行することもできます。プライマリー グライダーよりも効率的に飛翔できるように、グライダーの設計では抗力が最小限に抑えられています。現在のグライダーは、非常に滑らかで細い胴体と、アスペクト比が高く、ウィングレットを備えた非常に長く細い翼を備えています。

初期のグライダーは主に木材で作られ、留め具、ステー、操縦ケーブルは金属製でした。後に、軽量で強度のある木製と布張りの主翼に、布張りの鋼管製の胴体が採用されました。それ以来、性能向上のため、コンピュータ支援設計ではカーボンファイバー、グラスファイバー、ケブラーなどの新素材が使用されるようになりました。グラスファイバーを多用した最初のグライダーは、1957年に初飛行したアカフリーク・シュツットガルト FS-24フェニックスでした。この素材は、重量比強度が高く、滑らかな外装仕上げにより抗力を低減できるため、現在でも使用されています。抗力は、より空気力学的な形状と引き込み式着陸装置によっても最小限に抑えられています。一部のグライダーでは、幅広い速度で揚力と抗力を最適化できるよう、翼の後縁にフラップが取り付けられています。
素材の世代が変わるたび、また空気力学が改良されるにつれて、グライダーの性能は向上してきました。性能を測る一つの基準が滑空比です。滑空比が30:1というのは、滑らかな空気中ではグライダーは高度を1メートルしか落とさずに30メートル前進できるということです。グライダークラブの機体群の中に見られる典型的なグライダーを比較すると、 1930年代のGrunau Babyの滑空比はわずか17:1でしたが、1960年代のグラスファイバー製のLibelleではそれが36:1にまで上がり、 ASG29などの現代のフラップ付き18メートルグライダーの滑空比は50:1を超えています。最大のオープンクラスグライダーであるEtaは、翼幅が30.9メートルで、滑空比は70:1を超えています。これを、飛行中に燃料切れとなり滑空比が12:1となったボーイング767のギムリ・グライダーや、滑空比が4.5:1であったスペースシャトルと比較してみましょう。 [9]

優れた滑空性能を達成するには高い空力効率が不可欠であり、そのためグライダーは他の航空機にはほとんど見られない空力特性を備えていることがよくあります。現代のレーシンググライダーの翼は、低抗力の層 流翼型を作成するためにコンピューターによって設計されています。翼の表面は金型によって非常に正確に成形された後、高度に研磨されます。翼端の垂直ウィングレットにより抗力が低減し、翼効率が向上します。エルロン、ラダー、エレベーターには特殊な空力シールが使用され、操縦翼面の隙間からの空気の流れを防ぎます。ジグザグテープの形をしたタービュレーターデバイス、または翼に沿ってスパン方向の線に配置された複数の吹き出し口を使用して、翼の任意の場所で層流の空気を乱流に誘導します。この流れ制御により、層流の泡の形成が防止され、絶対的に最小の抗力が確保されます。飛行中に翼を拭き、翼上のスムーズな空気の流れを妨げる昆虫を除去するために、バグワイパーを取り付けることができます。
現代の競技用グライダーは、投棄可能な水バラストを搭載している(翼と、場合によっては垂直安定板に搭載)。水バラストによってもたらされる余分な重量は、揚力が強くなりそうな場合に有利であり、グライダーの重心を調整するためにも使用できる。垂直安定板に水を搭載して重心を後方に移動すると、水平安定板から必要なダウンフォースと、そのダウンフォースから生じる抗力が減少する。重いグライダーは上昇気流での上昇時に若干不利になるが、任意の滑空角でより高速を達成できる。これは、グライダーが上昇気流で短時間しか上昇しない、強い条件では有利である。パイロットは、弱いサーマル条件で不利になる前に、水バラストを投棄することができる。水バラストのもう 1 つの用途は、リッジソアリング中に遭遇する可能性のある乱気流を緩和することである。機体に過度のストレスがかからないようにするため、グライダーは着陸前に水バラストを投棄しなければならない。
グライダーのほとんどはヨーロッパで製造されており、EASA認証仕様 CS-22 (旧Joint Aviation Requirements -22) に従って設計されています。これらは、操縦性や強度など、幅広い特性における安全性の最低基準を定義しています。たとえば、グライダーは、誤った組み立ての可能性を最小限に抑える設計機能を備えている必要があります (グライダーは、少なくとも翼が取り外された状態で分解された状態で収納されることが多い)。リギング中にコントロールを自動的に接続することが、これを実現するための一般的な方法です。
打ち上げと飛行


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グライダーを発進させる最も一般的な方法は、航空曳航とウインチによる2つである。[10]航空曳航の場合、グライダーは長さ約60メートル(200フィート)のロープを使い、動力飛行機の後ろで曳航される。グライダーのパイロットは、目的の高度に達した後にロープを解放する。しかし、緊急時には、曳航機がロープを解放することもできる。ウインチによる発進では、発進エリアの遠端の地上に設置された強力な固定エンジンを使用する。グライダーは、800~1,200メートル(2,600~3,900フィート)のケーブルの一端に取り付けられ、ウインチがそれを急速に巻き取る。グライダーは、向かい風にもよりますが、ウインチによる発進で約270~910メートル(900~3,000フィート)の高度を獲得できる。頻度は少ないが、自動車を使ってグライダーを空中に引き上げることもある。直接引っ張るか、ウインチで打ち上げるのと同じような方法で逆滑車を使って引き上げる。風が丘を吹き上げている場合には、弾性ロープ(バンジーロープと呼ばれる)を使って斜面からグライダーを打ち上げることもある。バンジーロープによる打ち上げは、初期のグライダー打ち上げの主流だった。現代のグライダーの中には、引き込み式エンジンや引き込み式プロペラだけで自力で打ち上げられるものもある(モーターグライダーを参照)。これらのエンジンは、内燃機関またはバッテリー電源を使用できる。[11]
グライダーは、いったん離陸すると、上昇気流、尾根の揚力、風下波、収束帯を利用して高度を上げようとし、何時間も空中にとどまることができます。これは「ソアリング」として知られています。経験豊富なパイロットは、十分な頻度で揚力を見つけることで、多くの場合、数百キロメートルの事前に宣言されたタスクでクロスカントリー飛行を行い、通常は元の離陸地点に戻ります。クロスカントリー飛行とアクロバット飛行は、競技用グライダーの 2 つの形式です。グライダー飛行の力の詳細については、揚力対抗力比を参照してください。
グライドスロープコントロール
パイロットは、グライダーを着陸させるために、何らかの形で降下傾斜を制御する必要があります。動力飛行機では、これはエンジン推力を減らすことによって行われます。グライダーでは、翼によって生成される揚力を減らすか、グライダー全体の抗力を増やすか、またはその両方を行う他の方法が使用されています。降下傾斜は、高度の単位ごとに移動する距離です。無風の安定した翼水平滑空では、降下傾斜はグライダーの揚力/抗力比 (L/D) と同じで、「L-over-D」と呼ばれます。翼からの揚力を減らしたり、抗力を増やしたりすると、L/D が減り、グライダーは対気速度を上げずに急角度で降下できるようになります。機首を単に下に向けると、高度がより高い対気速度に変換され、総エネルギーの初期減少は最小限になります。グライダーは、翼が長く低いため、地面効果が高く、滑空角度が大幅に増加し、グライダーを短距離で地球に着陸させることが困難になります。
- 横滑り
- スリップは、グライダーが気流に沿って飛行しなくなるように、コントロールを交差させることによって実行されます (たとえば、ラダーを右に、エルロンを左に)。これにより、機体の片側が気流にさらされ、抗力が大幅に増加します。初期のグライダーでは、主にスリップをグライドスロープ制御に使用していました。
- ネタバレ
- スポイラーは、翼の上部にある可動式の操縦翼面で、通常は翼弦の中央または桁の近くにあります。スポイラーは気流の中に持ち上げられ、スポイラーの後ろの翼領域からの揚力を除去(スポイリング)し、翼幅方向の揚力分布を乱して揚力誘導抗力を増加させます。スポイラーは抗力を大幅に増加させます。
- エアブレーキ
- エアブレーキはダイブブレーキとも呼ばれ、抗力を高めることを主な目的とする装置です。グライダーでは、スポイラーがエアブレーキとして機能します。スポイラーは翼の上部と下部に配置されています。上部のブレーキはわずかに開くと揚力を損ないますが、完全に開くと大きな表面積となるため、大きな抗力を生み出すことができます。一部のグライダーには終端速度ダイブブレーキがあり、これにより十分な抗力が得られ、グライダーが真下を向いている場合でも、速度を最大許容速度以下に抑えることができます。この機能は、意図的なスピン以外の代替手段である計器なしで雲の中を降下するより安全な方法と考えられています。
- フラップ
- フラップは、エルロンの内側にある、翼の後縁にある可動面です。フラップの主な目的は、翼のキャンバーを大きくして最大揚力係数を高め、失速速度を下げることです。フラップ付きグライダーの一部が備えているもう 1 つの機能は、後縁をわずかに上方に偏向させることもできるネガティブ フラップです。この機能は、一部の競技用グライダーに搭載されており、翼に作用するピッチング モーメントを減らし、水平安定装置によって提供される下向きの力を減らします。これにより、安定装置に作用する誘導抗力が減ります。一部のタイプでは、フラップとエルロンがリンクされており、「フラッペロン」と呼ばれています。これらを同時に動かすと、ロール率を大きくすることができます。
- パラシュート
- 1960 年代と 1970 年代の高性能グライダーの中には、エアブレーキがあまり効果的でなかったため、小型のドラッグパラシュートを搭載するように設計されたものもありました。これは、飛行中はグライダーのテールコーンに格納されていました。パラシュートを展開すると、抗力が大幅に増加しますが、グライドスロープを制御する他の方法に比べて大きな欠点があります。これは、パラシュートではパイロットがグライドスロープを細かく調整できないためです。その結果、グライダーが目的の着陸エリアに到達しない場合は、パイロットがパラシュートを完全に投棄しなければならない場合があります。
着陸
初期のグライダーの設計では着陸にスキッドが使用されていたが、現代のタイプは一般に車輪付きで着陸する。最初期のグライダーの中には、離陸に車輪付きドリーを使用したものがあり、グライダーが地面を離れるとドリーは切り離され、着陸用にはスキッドだけが残る。グライダーは、重心 (CG) が主輪の後ろになるように設計され、機首が地面に対して高い位置になる。他の設計では、CG が主輪より前にあるため、停止時に機首が前輪またはスキッドに乗る。スキッドは現在、主にシュバイツァー SGS 2–33などの訓練用グライダーでのみ使用されている。スキッドは幅約 100 ミリメートル (4 インチ)、長さ 900 ミリメートル (3 フィート) で、機首から主輪まで伸びている。スキッドは、パイロットが操縦桿を前方に押すことができるようにすることで着陸後のブレーキを助け、スキッドと地面の間に摩擦を生み出す。翼端には地面との接触から翼端を保護するための小さなスキッドまたは車輪も付いています。
高性能グライダーのほとんどでは、飛行中の抗力を減らすために着陸装置を上げ、着陸時には下げることができます。地上で停止できるように車輪ブレーキが備えられています。車輪ブレーキは、スポイラー/エアブレーキを完全に伸ばすか、別のコントロールを使用することで作動します。主車輪は 1 つしかありませんが、飛行コントロールを使用して、グライダーの翼をほぼ静止するまで水平に保つことができます。
パイロットは通常、離陸した飛行場に戻って着陸しますが、長さ約 250 メートルの平坦な飛行場であればどこでも着陸可能です。理想的には、状況が許せば、グライダーは着陸の準備として、通常 300 メートル (1,000 フィート) の高さから出発して標準パターンまたはサーキットを飛行します。次に、グライド スロープ コントロール デバイスを使用して高度を調整し、目的のポイントに着陸できるようにします。理想的な着陸パターンでは、最終進入時にグライダーが位置し、スポイラー/ダイブ ブレーキ/フラップの 30~60% を展開すると目的のタッチダウン ポイントに到達します。このようにして、パイロットはスポイラー/エア ブレーキを開閉して、タッチダウン ポイントに到達するまでの降下を延長または急勾配にすることができます。これにより、予期しないイベントが発生した場合でも、パイロットに広い安全マージンが与えられます。このようなコントロール デバイスが十分でない場合は、パイロットはフォワード スリップなどの操作を使用してグライダーのスロープをさらに急勾配にすることができます。
補助エンジン
ほとんどのグライダーは離陸に補助が必要ですが、補助なしで離陸できるほど強力なエンジンを搭載しているものもあります。また、新しいグライダーの多くは、グライダーを空中に浮かせるには十分なエンジンを搭載していますが、グライダーを離陸させるにはパワーが足りません。自己離陸機と比較すると、これらの低出力エンジンは重量、コスト、パイロット免許の面で有利です。エンジンは、電気、ジェット、または 2 ストローク ガソリンのいずれかです。
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前部電動サステイナのプロペラが見えるグライダー。
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このHPHシャークのようなタイプには、小型の格納式ジェットエンジンが搭載されています。
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格納式ターボ2ストロークサステイナーエンジン
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ターボエンジン格納1
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ターボエンジン格納2
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ターボエンジン格納3
計器類およびその他の技術的補助

ヨーロッパ大陸のグライダーは、対気速度にkm/h、揚力と降下率にm/sなどのメートル法の単位を使用します。米国、英国、オーストラリア、その他の国では、グライダーは世界中の民間航空と共通してノットとフィート/分を使用します。
グライダーには、高度計、コンパス、速度計のほかに、バリオメーターやエアバンド無線(トランシーバー)が装備されていることが多く、国によってはそれぞれが義務付けられている場合があります。グライダーが混雑した空域や管制空域を横切るときに管制官を支援するために、トランスポンダーが搭載されることがあります。これは、ADS-Bによって補完される場合があります。これらの装置がないと、国によっては一部の空域へのアクセスがますます制限される可能性があります。雲上飛行が許可されている国では、視界がゼロのときに人工水平線またはターンアンドスリップ指示器が使用されます。FLARM などの衝突防止警報システムもますます使用されるようになっており、一部のヨーロッパ諸国では義務付けられています。事故が発生した場合の 捜索救助時間を短縮するために、緊急位置指示無線標識(ELT)をグライダーに取り付けることもできます。
他の種類の航空機よりも、グライダーのパイロットは、飛行機の上昇率または下降率を測定するために、非常に感度の高い垂直速度計であるバリオメーターに大きく依存しています。これにより、パイロットは、グライダーが上昇気流または下降気流に入ったときに生じる微細な変化を検知できます。ほとんどの場合、グライダーには電子式「バリオメーター」が取り付けられていますが、機械式バリオメーターがバックアップとして取り付けられていることもよくあります。電子式バリオメーターは、上昇気流または下降気流の強さに応じて、振幅と周波数が変化する変調音を発するため、パイロットは、上昇気流の中心合わせ、他の交通の監視、ナビゲーション、気象状況に集中できます。上昇気流は上昇音でパイロットにアナウンスされ、揚力が増加するにつれてピッチが上がります。逆に、下降気流は下降音でアナウンスされ、パイロットにできるだけ早く下降エリアから脱出するようアドバイスします。(詳細については、 バリオメーターの記事を参照してください)。
バリオメーターには、与えられた条件で飛行するのに最適な速度を示す機械的または電子的な装置が取り付けられていることがあります。マクレディ設定は電子的に入力することも、ダイヤルの周りのリングを使って調整することもできます。これらの装置はポール・マクレディ[12]に帰せられる数学理論に基づいていますが、最初に記述したのは1938年のヴォルフガング・シュペーテです[13]。マクレディ理論は、パイロットが次のサーマル上昇で予想する平均揚力と巡航モードで遭遇する揚力または沈下量の両方が与えられた場合、パイロットがサーマル間を巡航する速度の問題を解きます。電子式バリオメーターは、グライダーの理論上の性能、水バラスト、向かい風/追い風、翼の前縁の昆虫などの要素を考慮した上で、同じ計算を自動的に行います。
特殊なソアリング ソフトウェアを実行するソアリング フライト コンピュータは、グライダーで使用するために設計されています。GPS テクノロジと気圧計を組み合わせて使用するこれらのツールでは、次のことが可能になります。
- 動く地図表示によりグライダーの位置を3次元で表示します
- パイロットに近くの空域制限を警告する
- コース上の位置と残りの距離およびコースの方向を示す
- 理論上の滑空距離内にある空港を表示
- 現在の高度での風向と風速を決定する
- 過去のリフト情報を表示
- コンテストやグライダーバッジの証拠として飛行のGPSログを作成します
- 「最終」滑空情報を提供します(つまり、グライダーが追加の揚力なしでフィニッシュに到達できるかどうかを示します)。
- 現在の状況下で飛行するのに最適な速度を示します
飛行後、GPS データはコンピュータ ソフトウェアで再生され、分析され、地図、航空写真、または空域を背景に 1 機以上のグライダーの軌跡を追跡することができます。
マーキング

地上の観察者が飛行中またはグライダー競技中のグライダーを識別できるように、登録マーク(「記章」または「競技番号」または「コンテストID」)が片方の翼の下側、および垂直尾翼と方向舵に大きな文字で表示されます。登録マークは米国ソアリング協会などのグライダー協会によって割り当てられ、米国連邦航空局などの団体が発行する国家登録とは無関係です。[14]この視覚的なIDの必要性は、GPS位置記録によってある程度置き換えられました。記章は2つの目的で役立ちます。1つは、パイロットが競技番号をコールサインとして使用するため、グライダー間の無線通信に使用されます。2つ目は、グライダーが接近して飛行しているときに、潜在的な危険を警告するために、グライダーのコンテストIDを簡単に見分けることです。たとえば、上昇気流の中で複数のグライダーが集まっているとき(「ギャグル」と呼ばれる)、パイロットの 1 人が「6、7、ロミオ、すぐ下です」と報告することがあります。
グラスファイバー製のグライダーは、日光による表面温度を最小限に抑えるために、必ず白く塗装されている。グラスファイバー樹脂は、暑い日の直射日光下では温度が上昇し、強度が低下する。翼端に小さな明るいパッチをいくつか付ける以外は、色は使用されていない。これらのパッチ(通常はオレンジ色または赤色)は、他の航空機からのグライダーの視認性を向上させる。フランスでは、このようなパッチは山岳飛行に必須である。[15]グラスファイバーを使わず、アルミニウムや木材で作られたグライダーは、高温でもそれほど劣化せず、かなり明るい色で塗装されていることが多い。
タイプの比較
グライダー/グライダー、ハンググライダー、パラグライダーについては、混同されることがあります。特に、パラグライダーとハンググライダーはどちらも足で飛び立ちます。これらのタイプの主な違いは次のとおりです。
競技クラス

FAIによってグライダー の競技クラスが8つ定義されている。[25]
- 標準クラス(フラップなし、翼幅15m、水バラスト可)
- 15メートルクラス(フラップ可、翼幅15メートル、水バラスト可)
- 18メートルクラス(フラップ可、翼幅18メートル、水バラスト可)
- オープンクラス(総重量850kgの制限以外は制限なし)
- 2人乗りクラス(最大翼幅20メートル)、ドイツ語名「ドッペルツィッツァー」としても知られる
- クラブクラス(このクラスでは、さまざまな性能の古い小型グライダーが幅広く参加できるため、ハンディキャップによってスコアを調整する必要があります。水バラストは許可されません)。
- 世界クラス ( FAI の一部であるFAI グライダー委員会と、関連団体であるOrganisation Scientifique et Technique du Vol à Voile (OSTIV) は、1989 年に、中程度の性能を持ち、組み立てと取り扱いが簡単で、飛行時間の少ないパイロットが安全に飛行できる低コストのグライダーのコンテストを開催すると発表しました。優勝したデザインは、1993 年にワルシャワ工科大学 PW-5として発表されました。これにより、1 種類のグライダーのみでコンテストを実施できます。)
- 超軽量クラス、最大質量が 220 kg 未満のグライダー用。
主要メーカー
グライダーの大部分は、このスポーツの発祥の地であるドイツで製造されており、現在も製造されています。ドイツには複数の製造業者がありますが、主な3社は次のとおりです。
ドイツにはStemme AviationとLange Aviationがある。世界の他の地域では、南アフリカのJonker Sailplanes 、リトアニアのSportinė Aviacija 、ポーランドのAllstar PZL、チェコ共和国のLet KunoviceとHpH 、スロベニアのAMS Flightなどのメーカーがある。[27]
参照
- 歴史
- スポーツとしてのグライダー
- その他の無動力航空機
- 動力のない飛行玩具と模型
参考文献
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- ^ 「Gliding Magazine | Features」。2011年7月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年2月23日閲覧。
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外部リンク
- グライダーの種類に関する情報
- Wayback Machineの Sailplane Directory (2016 年 4 月 21 日アーカイブ) – 過去と現在のグライダーのメーカーとモデルをリストした愛好家の Web サイト。
- FAIウェブページ
- FAI 記録 2021 年 10 月 17 日にWayback Machineにアーカイブされました– 距離、速度、ルート、高度における国際的な世界ソアリング記録を掲載したスポーツ航空のページ
- ウェイバックマシンの National Gliding Federations (2010 年 11 月 23 日アーカイブ)
