§理想はオーバル(翼の平面形)



 主翼の形というとほとんどの人が水平面の形状を思い浮かべると思います。
 よく出てくる、縦横比(アスペクト比)が代表的なパラメータです。大きなアスペクト比を持った横長の翼がいいのは、翼端効果を極力小さくするのに具合がいいためであると述べました。固定翼機でもパラグライダーでも、構造や重量や強度など、他の要因が満足できる範囲で細長くしようと考えます。滑空比が50近くのソアラーや、無着陸世界一周機の細長さはもう限界でしょう。鳥人間コンテストでは限界を超えて、飛行中に捩れてしまうものが少なくありません。  

 翼の外形は楕円形(オーバル)が一番理想に近いのだそうです。実在する楕円翼機は第2次大戦中に作られた英国のスピットファイアー戦闘機が有名です。しかし楕円翼は製作がむづかしく、材料の無駄が多い、可動部の構造が複雑になる、修理が大変、というように実用性で問題があり、米国では、そんなデリケートなこだわりより、一クラス大きなエンジンでぶっ飛ばすという考え方で、無骨な戦闘機になったのだそうです。完全な楕円でなくても、テーパ翼といって付け根より先端を細くして、楕円に近い空力性能と、根元の強度と、重量の中央集中を狙った翼がほとんどです。安全のための性能犠牲の固まりみたいなパラグライダーですが、この点だけはかなり理想に近い楕円をしているように思います。

 パラでも論じられますが、前進翼、後退翼という変形翼があります。音速で飛ぶ飛行機では必ず翼の中心線(厳密には幾何学的中心ではなく空力的中心というのだそうです。)が後ろへ下がっていて、これが後退翼です。音速以上では翼の前縁に空気が固まって、これがはがれるとき衝撃波が発生し、ひどいときには地上の民家のガラスが割れたりすることがあり、この衝撃波を軽減するために後退角をつけます。後退角をつけると低速時に翼端から失速が始まる癖が強まり、左右アンバランスに失速するとひっくり返る恐れがあるため、極端な後退角はできるだけ避けます。狭い航空母艦で使われる戦闘機には離着陸時だけ主翼を前へせり出して、後退角をなくすようにしたのまであります。軽飛行機やパラのような遅い飛行機にはまったく必要のないものです。

 逆に付け根より翼端が前へ出ている翼があります。楕円翼やテーパ翼で、前縁が後縁より直線に近い場合、弱い前進角がついていることになります。日本の大戦中の戦闘機はほとんど前進翼です。前進角は、ローリング安定性をキャンセルしたい場合、積極的に使用します。
 この理由を説明するには後退角の効果を考えたほうが分かりやすいと思います。後退角は音速機のものだと前述しましたが、実はもうひとつ面白い効果があります。後退角付の飛行機が左にバンクしたとします。すると前進しながらも左へ横滑りをはじめ、左斜め前方へ進みます。と、左斜め前方から風を受けることになります。このとき風に対する翼の幅が左翼のほうが右翼より長く見えます。つまり左翼のほうが揚力が増加して機体を右へ復元させようという力になります。
 これはローリングに対する復元力であり、横滑りを伴いますが上半角による効果と同じ結果を生みます。

 前進翼はその逆で復元力を打ち消す効果になります。では前進翼を持った戦闘機が上半角を持たないかといえば、ほとんど上半角もついています。その理由は、後退角の復元力、前進角の復元キャンセル力は、速度が速いほど効き、上半角は速度とは関係なく効く。つまり、ユックり飛ぶ離着陸時は、復元力が強く、高速の戦闘態勢では運動性がいい。ということを狙ったのではないかと考えています。

 いずれにせよパラではあまりこだわったって仕方のない、見た目の美しさを最優先に決められたものと思って差し支えない範囲でしょう。

 チョウゲンボウという鳥がいます。トンビや鷹の仲間だと思うのですが、アスペクトの小さいテーパの強い前進翼と長めの胴に小さな水平尾翼のシルエットが、なぜかとても好きです。

 

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