【 飛 行 機 】

     　「鳥」の翼を真似て、歴史上初めて滑空したのはドイツの「オットー・リリエンタール」と云われていますが、日本でも「浮田幸吉」がその

　　100年も前に「カラス」の姿を真似て滑空機を考案していました。また動力付き飛行機についても、アメリカのライト兄弟に先駆けること数年、

　　「二宮忠吉」が昆虫の「玉虫」を参考にしたゴム動力飛行機を提唱しています。

　　　動力付き飛行機の初飛行（ライト兄弟のフライヤー号）以来110年なり、”最早、研究的要素はない”とまで公言される「飛行機」ですが、“落

　　ちない”、“滑走路のいらない”、“個人の” 飛行機実現にはまだまだ研究開発を必要としていると云えそうです。

                    　　　オットー・リリエンタール       　　　　　　　　浮田幸吉の滑空機の模型                              二宮忠吉の動力付き飛行機

● 降着装置（脚）の苦労

 　軽くて低速のグライダーなどは離着陸に”ソリ”を使っていましたが、機体が大きく重くなり、より高速で飛行するようになると安全な離着陸のための降着装置設計に苦労します。

　一つは脚の長さの課題です。初期のプロペラ機は大口径のプロペラと重いエンジンを機首部分に取付るため、長い主脚によって機首を持ち上げペラと地面とのクリアランスを保つ必要がありました。 中翼の「紫電」では、脚を一旦翼内に引込んで更に折りたたむ二段式の長軸脚を開発しましたが、その複雑な構造のためトラブルが多発しました。そのため、大改造した「紫電改」は低翼となりました。

　また、米軍の艦載機であった「コルセア」は主翼を逆ガル型にまでして脚を短くしています。

　　　　　　　　　　　　「紫電」の脚 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　「コルセア」の脚

　二つ目は高翼機の脚の取り付け位置の問題です。離着陸時の横風による横転を防ぐために主脚の轍間距離（脚幅）を十分にとる必要がありますが、元々水上機の「PS-1」を母体とする「US-1」は高翼なので、主脚は胴体側面に取り付けていますが、胴体幅が狭いため主脚間隔が設計基準に対して不足しています。そこで国内諸空港で発生する横風に対して十分安全に離着陸できることを飛行シミュレータ試験で確認し、狭い轍間距離での水陸両用機の完成にこぎ着けました。

　アメリカの「B-52」爆撃機は同様に胴体幅が狭く、高翼なので、下部胴体にタンデム型に主脚を取り付け、さらに両翼端近くにに補助輪を付けて翼が接地するのを防いでいます。

　　　　　　　　　　　　　　US-1Aの脚 　　　　　　　　　　　　　　　　　　B52の胴体車輪と補助輪

● ジェットエンジンの取付位置

　ジェットエンジンが発明され、より高速を要求された戦闘機等は胴体内に取付け、というよりジェットエンジンと燃料タンクが翼をつけて飛んでいるようなものですが、人間や荷物を胴体に搭載する旅客機、輸送機などは、エンジンを機体のどの位置に取り付けるのが最も効率的か大きな課題でした。しかもジェットエンジンは亜音速で効率の良いバイパスエンジンが主流となり、ピュア―ジェットと比較して直径が大となってきています。旅客機ではは頭初、イギリスの「コメット」に見られるように、エンジンを翼根に埋め込んでいましたが、米国：Boeing707で主翼前縁に吊架する形が確立され、現有の殆どの旅客機のエンジン取付位置はこの形態をとっています。久しぶりの日の丸ジェット：MRJも双発の主翼前縁吊架型です。

　又、「PS-1」がプロペラ後流偏向で低速離着陸性を実現したように、旧NALのSTOL実験機「飛鳥」は主翼上面に４発のジェットエンジンを搭載してUSB（Upper Surface Blowing）による短距離離着陸を実証しました。

　　　　　　　　　　　　コメット（ジェットエンジンは翼根埋込み　　　　　　　　　　　　　　　 Boeing707（ 翼下吊架型の始まり 

　　　　　　　　　　　　　　　　　（　空気入れ口が見えます　)

　　　　　　　　　　　　　　　飛 鳥（USBによるSTOL機）　　　　　　　　　　　　　　　　　　MRJ （ 久しぶりの日の丸ジェット  ）  

●飛行艇とその用途

　飛行艇は飛行機の胴体を”船”にしただけではありません。 「ステップ」とその後部の艇体が重要です。「ステップ」より前方の艇体が水面を切り分けて進み、「ステップ」で艇低を離れた水面が再び盛り上がってきて後部艇体を叩くことにより、水面上で安定して高速直進でき、揚力の増加と共にやがて方向舵、昇降舵が効いてきて離水できるのです。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ステップ

　そこで飛行艇の艇底に給水のスクープを設ければ、容易に消火用水を艇内に取り

込むことができ、なおかつ、即、災害地に向けて離水し飛行できるわけです。

 よって空中消防は飛行艇にとって打って付けの任務でしょう。

　しかしながら空中からの放水による消火、延焼阻止には種々の課題があるようで

す。「消防飛行艇」には兎に角、大量放水能力が要求されますし、火災場上空の気

象環境（煙、熱、旋風等）に耐え、安全確保の緊急回避のできる運動性も持ち合わ

せていなければなりません。また緊急の出動要請に、即刻対応できる運用体制と

機動力を維持しておく必要があります。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　PS-1による空中消火実験

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（昭和52年頃 ８tonの放水）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　飛行艇の水上滑走

● 飛行船の課題

　ドイツでは1900年から1930年代にかけて、旅客用の巨大な飛行船が建造されてきましました。「ツェッペリン伯号」、「ヒンデンブルグ号」です。 空気より軽い気体として「水素」を利用せざるを得なかっため、「ヒンデンブルグ号」が大事故を起こしたことは余りにも有名です。

　日本でも近年、巨大飛行船を成層圏に浮かべて通信・放送に活用しようという計画、「成層圏プラットフォームプロジェクト」がありました。 成層圏という空気の薄いところまで上昇させるための胴体構造や膜材料、そして浮力制御等の研究開発と、その実証実験が行われましたが、長期間成層圏に滞空指せるための肝心の「再生型燃料電池」の開発目途が立たず、中断となった経緯があります。研究が継続されていれば、「ヒンデンブルグ号」のような全長200ｍを超す巨大飛行船を国内でも見ることができたかもしれません。

　　                    ヒンデンブルグ号（LZ129)の事故 　　                                                      JAXA「成層圏プラットフォーム」

　　　　　　　　　　　　　　　　　                                                                            　 　　　　定点滞空飛行船（全長45m）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　地上の建物は管制棟格納庫（右）と格納庫（右）

● VTOL機と無人機

　人間社会に貢献する飛行機の将来技術コンセプを挙げるとすれば、まず”落ちない飛行機（安全・安心）”でしょう。但し、地球に引力がある限り空に浮かんでいるものは落下する事は避けられません。飛行機は万が一にも墜落、不時着した場合でも、最低限地上の人・物には影響がないように飛行空域や経路をきめて運用しているのが現状です。”落ちない飛行機”は究極の夢でしょうか？

　滑走路のいらない飛行機（VTOL）は長年の夢でした。過去に幾多の試験機、実験機が研究開発されてきましたが、「V-22」は複合材料による構造軽量化と大出力エンジン、そして先進的なディジタル飛行制御（勿論コンピュータの驚異的進歩を含む）によって、ティルトロータ技術が実用の日の目を見たわけです。軍用とはいえ日本の中でVTOL機が実運用に供されることは革新的な出来事です。

　　　                V-22 オスプレイの離陸 　　　　　　　　　エンジンとローターを傾けて遷移飛行　　　　　　　　　 巡航形態での水平飛行 

　そしてもう一つのコンセプトは「無人機」です。ラジコン模型機から発達した小型の「ドローン」が地上空撮や小荷物運送などに使われ出しています。やがて予めスケジューリングされた運行計画に基づき、離陸から目的地でのミッション遂行、そして帰投・着地まで安全を評価しながら自律飛行する「UAV」も実用化されるかもしれません。最早技術的には夢の段階を超えていますが、行政や法規の観点からなかなか進捗しないところがあります。

　　　　　　軍用UAV「グローバルホーク」　　　　　　　　　　　　　JAXA UAV試験機　　　　　　　　　　　　　　　最近のドローン　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2012年「災害監視用無人機の研究」より　　　　　　　　　宅急便の荷物を空輸

● 音速を超えて

　飛行機が亜音速飛行から超音速飛行に移行する場合、まず、課題となるのが遷音速

飛行時の空気の造波抵抗の発生です。旧形態の戦闘機では飛行速度が音速に近づくと造

波抵抗が急激に増加し、なかなか音速を超えられなかったのです。

　これを解決したのが機体の断面面積変化を滑らかにする「エリアルール」とい

う理論で、昭和45年頃には米国の論文に造波抵抗を最低にする胴体断面積分布形

状の理論式が発表されていました。

　但し、当時まだジェットエンジンの吸い込み空気量の影響や胴体中心からどれだけ離

れていれば影響がないか等、実際の機体設計に供しえる論文はまだなかったようです。

実際にアメリカの戦闘爆撃機「Ｆ105：サンダーチーフ」の胴体を見ると、“マリリン

モンローの胴” や “コカコーラ ボトル” と称されるように主翼の取り付いているあたり

の胴が細くなっているのが判ります。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　「F105:サンダーチーフ」平面図の胴体形状に注目！

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　超音速飛行になると主翼の空力中心が後方へ移動するのでトリム修正や機体の重

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　心移動等の対策が必要です。世界初の超音速旅客機「コンコルド」ではこの対策

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　を胴体内燃料の移動で行っていました。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　また超音速機の発生する「衝撃波」は地上にびっくりするような大音響をもたら

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　します。「コンコルド」が普及しなかったのもこの衝撃波公害の影響が大きかった

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　かもしれません。日本においては、この「衝撃波」の発生を軽減する機体形状の研

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　究も進められており、再度「超音速旅客機」の登場も期待出来そうです。

　　　　　　「コンコルド」大迎角での離陸　　　　　　　

● ロケット、人工衛星、宇宙ステーション

　”蛸”や”烏賊”に ロケットの推進原理を見ることができますが、甲子園球場でよく飛ぶの”ゴム風船”も同じ原理です。

　初期のロケットでは空中を飛行する時間帯が長く、安定飛行のためにも胴体後部にフィンを取り付けていましたが、推力を直接的に偏向することで姿勢制御できるのでフィンは小さくなっています。又、宇宙においては”空気”や”水”が存在しないので、人工衛星や宇宙ステーションの外形形状には何らの制約もなく”流線型”など論外です。その代り、流星、宇宙塵、太陽輻射、放射線、内圧等々、地球上自然界では経験できない環境に対応する「物つくり、形」が必要となります。

　　　　Ｖ２（ドイツ） 　　　　　　　　　カッパー型ロケット 　　　　　　イプシロン・ロケット 　　　　　　　　　国際宇宙ステーション

　　　　　巨大なフィン 　　　　　　　　　　小さめのフィンです 　　　　　　　　フィンは無し 　　　　　　　　　　　　流線型とは無縁！

　　【 ロ ボ ッ ト 】

　「自動車」は日本の経済成長に最も寄与した「ものづくり」の一つであることは間違いありません。最近では自動運転の研究開発が進み、人間が運転しないで市街地を安全に走らせるロボット化が叫ばれています。しかし、「自動車」は平坦な地上面の走行を前提として造られているので。急坂や段差、階段の存在、未整備地とか災害地等での走行には全く無力です。前述した「キャタピラ車」や「ねじ者」、「ホバークラフト」など、考案されてきましたが、「車」から離れた自然動物の移動手段を参照して、４足歩行ロボットや多足ロボットの研究開発も進んできていますし、２足歩行のヒューマノイドの開発は介護現場の援助ツールを実現し、飛行ロボットの研究開発は人の近づけない場所や災害地の情報提供ツールの実現をもたらします。コンピュータの驚異的発達は「ものつくり」と連携して、社会に「安全・安心」と「介護・福祉」のためのツールつくりにも貢献していくでしょう

　　　　　次回は 「　　　　　　　　　　　　　　　　」と称して、図面つくりに関して記述します。