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V 字編隊は、対称的なV 字型またはシェブロン型の飛行編隊です。自然界では、ガチョウ、白鳥、アヒル、その他の渡り鳥の間で見られ、エネルギー効率が向上しますが、人間の航空では、主に軍用航空、航空ショー、時には商業航空で使用されます。
V字編隊飛行はエネルギー効率を向上させると考えられています。通常、小型の鳥はより複雑な風の流れを作り出し、後部のメンバーがそれを利用するのが難しいため、大型の鳥がこの編隊で飛行します。[1] V字編隊は航空機の燃料効率も向上させます。
空気力学
V字編隊は、特に長い渡りルートにおいて、鳥の飛行効率を向上させる可能性がある。[2]これにより、後続の鳥は先頭の鳥の翼端渦による上昇気流の揚力を利用できるようになる。[ 3 ] [ 1]上昇気流は、グライダーが上昇気流の中で無限に上昇したり高度を維持したりできるのと同じように、飛行中に各鳥が自分の体重を支えるのに役立つ。鳥は視覚または羽で気流を感知することで、上昇気流が最も望ましい場所を見つけることができると科学者は考えている。[1]
これまでの研究で、鳥は20～30%未満のエネルギーしか使用できないことがわかっています。1970年の論文によると、25羽のV編隊では、各鳥の誘導抵抗が低減し、結果として航続距離が71%増加します。[4] 2001年のネイチャー誌の研究では、研究者がペリカンにトラッカーを使用し、単独で飛行するペリカンはV編隊で飛行するペリカンに比べて心拍数が高く、羽ばたく頻度が高いという結果が出ました。[5]
飛行特性
V字編隊では、一部の鳥は左側を飛ぶことを好むが、一部の鳥は右側を飛ぶことを好む。また、一部の鳥は中央を飛ぶことを好む。 [6]先端と前方を飛ぶ鳥は、飛行による疲労を群れのメンバー間で均等に分散させるために、適時に周期的に交代する。カナダガン、アヒル、白鳥は、一般的にV字編隊を形成する。[7]そのため、飛行編隊はV字型の形状を中心に変化し、一定に保たれない。
V字編隊飛行では位置だけでなく羽ばたきのタイミングも重要です。後ろの鳥は先頭の鳥の羽ばたきパターンに同期して、前の鳥が残した吹き上げの跡をたどります。 [1]鳥が他の鳥の真後ろに飛ぶときは、吹き下げの力に対抗するために羽ばたきパターンを反転します。[1]
研究者たちはトキを使った実験を通じて、V字編隊飛行はトキが生まれつき持っている技術ではないことを発見した。[6]トキが最初に一緒に飛んだとき、彼らはV字編隊で飛んでいなかった。しかし、時間が経つにつれて、彼らはまるで独学で学んだか、他のトキを観察して学んだかのように、この編隊飛行の方法を学び始めた。
アプリケーション
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軍用飛行
「V」または「ビック」編隊は、多くの空軍の軍用機の基本的な飛行編隊です。ビック編隊は、式典の飛行や航空ショーの飛行でも一般的です。
同様の空気力学的利点は、エンジニアや研究パイロットによって利用されようとした。航空機の翼端からの気流は、後続の航空機に上向きの揚力を与え、より効率的な飛行を可能にする。NASAのドライデン飛行研究センターは、NASA自律編隊飛行プログラムを開始した。このプログラムには、 GPSを使用して航空機を自動的に正確な編隊位置に配置できるようにする編隊飛行計器システムが含まれていた。[8]このプログラムの目標は、燃料を持続的に10パーセント節約することであり、実験データでは最大15パーセントが達成できることが示唆された。このような燃料削減は、環境に放出される汚染物質の量も減らすことができる。[8]
アメリカ連邦政府の航空燃料使用量の20％を占める航空動司令部も、自動操縦装置の変更を実験し、「渦サーフィン」による抗力の低減と、他の航空機の航跡を飛行することによる「乗り心地」との間の最良のトレードオフを見つけようとしている。 [9] [10]
商業飛行
エアバスは、フェロフライプロジェクト[11]を通じて、民間航空の燃料消費量を削減する取り組みを行ってきました。このプロジェクトでは、2機の民間航空機がV字編隊で飛行します。大型航空機が高速で飛行すると翼に大きな渦が発生するため、2機の航空機は上昇気流の滑らかな流れの近くで約1.5～2マイル離れて飛行します。これにより、乗客の快適性を損なうことなく、燃料を大幅に節約できます。
試験飛行は2機のAS350エキュレイユ ヘリコプターを使用して行われ、その結果、2機目の航空機では1回の飛行につき5～10％の燃料を削減できることが示されました。この1回の飛行あたりの削減率は、数トンのジェット燃料と二酸化炭素排出量を意味します。[11]しかし、航空会社間の運用上および財務上の懸念と節約、および同様のルートを一緒に飛行する飛行機の位置と高度のデータのスケジュールに対処する必要があります。[11]
V字編隊で飛ぶ鳥
このリストはV字編隊で飛ぶすべての鳥を網羅しているわけではないので、包括的なものではない。[12]
過去の研究と調査結果
- ヴィーゼルスベルガー (1914): 編隊飛行が鳥に空気力学的利点を与えるかもしれないと初めて提唱した空気力学者。空気力学の原理から、彼は鳥が翼の端の上昇気流と下降気流によってベルヌーイ揚力を生み出すことを知っていた。彼は、V 編隊飛行する鳥は、隣接する鳥の上昇気流を利用して誘導抗力を減らし、飛行中のエネルギーを節約すると提唱した。[13] [14]
- ハミルトン（1967年）：ずらした編隊は、近隣の鳥との視覚的なコミュニケーションに有利であると主張した。同時に、飛行中に視界が開けるという利点もある。[15] [14]
- リサマンとショレンベルガー（1970年）：節約されるエネルギーの定量的な近似値を計算しました。研究を通じて、25羽の鳥の編隊は、1羽の鳥に比べて鳥の行動範囲を最大71％拡大できると結論付けました。[4]
- ウィリスら（2007年）：隣接する2羽の鳥の位置と羽ばたきの位相関係に関して、飛行中のエネルギー節約を調査することを目指した。結果は、各鳥の最適な羽ばたきが最大20％のエネルギー節約をもたらすことを示しました。[16]
参考文献
- ^ abcde Waldron, Patricia (2014年1月15日). 「鳥がV字編隊で飛ぶ理由」. Science .
- ^ ワトソン、トレイシー（2014年1月15日）。「なぜ鳥はV字編隊で飛ぶのか」USA TODAY。
- ^ 「鳥のように飛ぶ：V字編隊がついに解明」BBCニュース。2014年1月16日。 2021年3月14日閲覧。
- ^ ab Lissaman, PBS; Shollenberger, Carl A. (1970年5月22日). 「鳥の編隊飛行」. Science . 168 (3934): 1003–1005. Bibcode :1970Sci...168.1003L. doi :10.1126/science.168.3934.1003. JSTOR 1729351. PMID 5441020.
- ^ 「ガチョウはなぜV字型に飛ぶのか？」アメリカ議会図書館。 2021年3月14日閲覧。
- ^ ab 「V字編隊で飛ぶ鳥は驚くべきトリックを使う」。サイエンス。2014年1月15日。2021年2月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年3月14日閲覧。
- ^ “Oxford Dictionary: Skein”. 2019年1月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年1月6日閲覧。
- ^ ab 「NASA - ドライデン飛行研究センター - ニュースルーム：ニュースリリース：NASAの自律編隊飛行：先導機に従って燃料を節約」。www.nasa.gov 。 2021年3月14日閲覧。
- ^ ドリノン、ロジャー。「『ボルテックスサーフィン』は革命的かもしれない。」空軍機動軍、2012年10月10日。
- ^ ワーウィック、グラハム。「C-17、燃料節約のためサーフィンへ」Aviation Week、2012年10月12日。
- ^ abc Howard Slutsken (2020年9月15日). 「旅客機がまもなく編隊飛行する可能性がある理由」CNN . 2021年3月14日閲覧。
- ^ ニュートン、イアン (2007)。「渡り飛行」。鳥類の渡り生態学。pp. 45–66。doi :10.1016/ b978-012517367-4.50003-6。ISBN 978-0-12-517367-4。
- ^ カール、ヴィーゼルスベルガー (1914)。 「Beitrag zur Erklarung des Winkelfluges eineger Zugvogel、Z. Flugtechnik &」。モータールフトシファルト。5 : 225–229。NAID 10008221745。
- ^ ab Bajec, Iztok Lebar; Heppner, Frank H. (2009年10月). 「鳥の組織化された飛行」.動物行動. 78 (4): 777–789. doi :10.1016/j.anbehav.2009.07.007. S2CID 53180059.
- ^ Hamilton, WJ (1967)。「鳥の方向感覚メカニズムの社会的側面」。Storm, Robert M. (編)。動物の方向感覚とナビゲーション: 第27回生物学コロキウム議事録、1966年5月6日～7日。オレゴン州立大学出版局。pp. 57～71。OCLC 1148008083 。
- ^ Willis, David; Peraire, Jaime; Breuer, Kenneth (2007). 「バイオインスパイアード編隊飛行と地面効果の計算による調査」第 25 回AIAA応用空気力学会議。doi : 10.2514 /6.2007-4182。ISBN 978-1-62410-006-2。
文献
- ホームズ、トニー。『スピットファイア vs Bf 109: バトル・オブ・ブリテン』オックスフォード、イギリス/ニューヨーク: オスプレイ、2007年。ISBN 1-84603-190-7。
外部リンク
渡り鳥の実際の飛行 V 字編隊の空間構成。北ドイツの渡り鳥の写真からの実際のデータセット。
ウィキメディア・コモンズのV字形に関連するメディア