ライト兄弟に捧ぐ


<2008/03/13追記>  しばらく更新をサボっていたので、その後の様子をまとめて報告します。
 2007年8月に手を入れたのは、主翼の着脱化です。この機体は550mmと比較的大きな翼幅の主翼を一体製作したため搬送がしにくく、毎回かなり大きな箱に1機だけ詰め込んで運ばなければならないので、効率の点でいまいちでした。これを解決するため、主翼翼端部を上下一体で取り外す方式に改めました。
 接合部は一方から突き出すハードバルサのカンザシを、反対側の紙パイプで受ける形にしました。前後縁・上下翼で片側4対・両側合計8対のの接合部を作るのは結構手間でしたが、写真の通りほぼ思惑通りに着脱が可能になり、持ち運びがかなりコンパクトになりました。
 この状態での飛行にも問題はなく、またゴムの選択や巻数もかなりベストマッチ近づけることができたと見えて、「つくばカピオ」の天井近くまで上昇し、安定した旋回を見せるようになりました。

 飛行性能としては、ほぼ満足いく状態になったのではないかと思っています。
<2007/04/21追記>

 進化はまだまだ続いています。
 2006年12月、次の段階へのステップのつもりでさらに改修を施しました。改修箇所は、まず先尾翼の位置を主翼に近づけ、また主翼を実機形状のものに付け替え、また被覆もフィルムだったものを紙貼りとしました(写真)。

 これは、実際の「フライヤー1号」の主翼平面型と主・尾翼の位置関係ををほぼそのまま再現(つまりモーメントアームやアスペクト比が同じ)したもの。もちろん翼断面・リブ数・支柱位置などは正確ではありませんが、これでも以前とはだいぶ感じが違い、より実機に似て見えるのではと思います。
 この状態で、同年12月17日(!まさにフライヤー1号の初飛行の日付です!)のテストフライトに臨んだのですが、今までに比べロールの復元性が明らかに悪化し、傾きが回復せずまともな飛行になりませんでした。
 写真でわかるように、この時は主翼の上反角を付けず上下翼とも完全直線としていました。実機は下反角のため、これでもスケールに忠実ではないのですが、せめてイメージだけでもそれに近づけたかったためです。おそらく、主翼の形状、特にアスペクトレシオが大きく変わったため、それまで相対的に低かった重心位置が上がり、不安定になってしまったのではと考えます。

 このため、2007になってからさらに改修を施したのが下の写真です。スケール感は損なうのですが、やむを得ず上反角を付けることで妥協しました。



(クリックで2007年4月のテスト飛行 パラパラアニメへ)

 上反角を付けたと言っても約2゜で、真横から見ない限りわかるかわからないか程度のわずかなものなのですが、上記の飛行シーン分解写真でわかる通り効果はてきめんでした。2006年12月のテストと比べ、明らかにロール復元性が向上し、安定した飛行となっています。
 ただし、このときの飛行は以前に比べて上昇力が鈍り、飛行時間も最大約40秒程度にとどまりました。観察した限りでは、飛行前半の、パワーが十分あるはずの状態があまり上昇に結びつかず、どちらかというと頭下げ(パワーダイブ)になっているように見えました。これは、やはり主翼形状の変更による微妙なセッティングの狂いと考えられ、おそらくプロペラ推力線を少し変えてやることで解決するのではないかと考えています。
 というわけで、まだ次のレポートがありそうです。おつきあいいただければ幸いです。


<2006/10/29追記>
 進化はまだ続きます。
 前段の最後のところで“原型機としてのこの機体の役割はほぼ終わり”と書いたのですが、実際にはまだ「フライヤー1号」の重要な要素が一つ、実現できていませんでした。それはプロペラの双発プッシャー化です。
 このため、2006年の8月〜10月にかけ「プッシャー式ながら単発」だった2006年1月版の改造を試みました。
 実は8月の双発化改造の際、はじめプロペラの回転方向を左右同一にしたのです。ところがトルク反動が強すぎ、ゴムの反対方向へのロールでまともな飛行になりません。左右が同一方向の回転でも、回転軸が違うのだから、ある程度打ち消しあってトルク反動は消えるだろうと高をくくっていたのですがそうでもないようです。




 このため、10月の再改修で、一方のプロペラを逆ピッチにし、左右を反転させるようにしました。これにより、ゴム巻きの際は左と右で巻き方向を逆にしなければならず、ヘタをすると巻くべき方向を間違えるという危険性が生じたのですが、飛行はようやく再び安定するようになりました。

【クリックで動画 】



 この日、最終的にはゴム(FAI TAN-II)を2006年1月の2.4mmから2.1mm×1ループ(2条)の2本に変更し、巻数1350回でついに1分以上の飛行に成功しました。




 ライト兄弟の実機も、一方はチェーンをひねって反転させていましたね。彼らはその機構を実際に飛ばす前にあらかじめ考えて作り込んでおいたわけですから、今さらながらその先見性には驚くばかりです。



<2006/01/18追記>
 「フライヤー1号」は'06.1月にさらに改造した結果、より安定して上昇と旋回飛行をするようになりました。
 '05年末からの改修点は、後述の宣言通りに前縁を竹ひご製とした水平前翼への交換と、その前翼の取り付け角度を'05.12月より若干増やし8度としたこと。
 この日はゴムをはじめFAI TAN-IIの2.2mm×1ループ(2条)で試し、若干パワー不足気味の水平飛行を見せたため、その後2.4mm×1ループに変更しました。

 ゴム交換後の飛行がこちらの映像です。

 手を離れ、緩やかな左旋回をしながら上昇、高度4m前後まで達して安定飛行を続け、ゴムが解けてからは緩やかに滑空し接地しました。(クリックで動画へ 約3.2MB)


 このときのゴム巻き数は約600回、飛行時間約40秒でした。このゴムはだいたい1000回ぐらいまで巻けるはずなので、このままでもおそらく1分前後の飛行は可能だと思います。
 不安だった上反角ゼロですが、実際には画像の通りある程度のロール安定性がありました。




 参考までに、機体の要目を示します。
  機体重量      約8g(ゴム除く)
  主翼寸法      翼弦長90mm×翼幅550mm×2枚=面積約9.9dm^2
  重心位置      -10%(主翼前縁からさらに前方へ約10mm程度)
  水平前翼寸法    翼弦長50mm×翼幅130mm+翼端部×2枚=面積約1.5dm^2
  有効翼面積     11.4dm^2(主翼約9.9+水平前翼約1.5)
  翼面荷重      0.15g/dm^2(ゴム除く)
  モーメント長    215mm(重心位置より水平前翼の中央部まで)
  水平前翼迎角    主翼に対し約8度 上向き
  プロペラ推力線   主翼に対し約5度 下向き
  ゴム        FAI TAN-II 2.4mm×250mm 1ループ(2条)
  


 まともに飛ぶことがわかったので、これで原型機としてのこの機体の役割はほぼ終わり。今後はこのデータを元に、よりスケール感を高めた弐号機の製作を試みたいと思います。



<2005/12/31追記>


 その後、下記の室内模型飛行機「フライヤー1号」はしばらく放置していたのですが、2005年の12月に改造して再飛行を試み、いちおう何とか飛行らしき状態に至りました。


 写真がその時の様子で、クリックすると動画が表示されます(Quicktime movie)


 この際に行なった改造は、後述の原型機からモーメントを数センチ延長し、これに伴い先尾翼の取付角を見直した点です。これで、動画が示すようになんとか水平飛行らしいことをしてくれました。


 残念なことに、この日の飛行はこれ1回で、このあと体育館壁面にぶつかった際に先尾翼が破損してしまいました。この部分の破損は先尾翼機の宿命です。

 ともあれ、少々希望が湧いてきました。次に試すときには先尾翼前縁を竹ひご化などで強化したうえ、ゴムやペラのセッティングも見直し、もっと長い飛行に挑戦したいと思います。


<2003/12/31記>

 アメリカでライト兄弟が人類初の動力飛行に成功してから100年が経ちました。
 この100年間が、人類と世界にとって疾風怒濤の激動であったことは論を待ちませんが、そこに飛行機が果たした役割もまた少なからぬものがあります。二度の世界大戦と数々の戦争と紛争、そして2001年のニューヨークWTCに代表される様々なテロリズムの舞台装置として。一方、毎日世界中で何十万という人々を乗せて飛び回る日常の足として。大陸を渡り海を飛び越し、果ては宇宙空間までを活動範囲に収めた人類にとり、飛行機は(好むと好まざるを問わず)単なる乗り物を超え、我々の思考様式や世界観にまで影響を与える興味深い道具であったと言えます。
 そしてそれらすべての事象が、1903年12月17日、寒風吹きすさぶキティホークの丘から始まったことを考えるとき、いまさらながらアメリカとアメリカ人という存在の大きさに考え込んでしまいます。


 ライト兄弟の成功はまさに驚異と言えます。飛行機は古来からの人類の夢であり、それを夢想した者は世界中にいくらでもいたはずですし、これを一歩進めて技術的可能性までを検討した先人も各国に少なからずいました。例えばロシアではモジャイスキーが、日本では二宮忠八が、当のアメリカでもラングレーらがこのレベルに達してはいました。しかし、あえて言えば「技術的可能性」と現実の技術との間には大きな距離があります。その谷間に落ち込むことなく、それを飛び越え得たのはまさにライト兄弟だけだったわけです。

(↓「フライヤー1号」の復元飛行を伝える新聞記事)

 2003年12月、アメリカで「フライヤー1号」が当時のままに再現され飛行実験されたことが新聞等で報じられました。飛行は案の定(後述)、失敗したようですが、仮に成功していたとしても、今回の実験がライト兄弟の偉業の万分の一ほどの意味も持たないことは言うまでもありません。いくらネジ1本に至るまで正確に再現したと言っても、我々は既に「それが飛行可能な飛行機であること」を知っています。まして、機体は当時のままであっても、それに乗った今回のパイロットは(まず間違いなく)飛行経験者ですが、ライト兄弟以前には「パイロット」と呼ばれる人間は地球上に存在しなかったのです。

 しかし、ライト兄弟について私が絶句するのは、そうした技術的到達点の高さや洞察力の確かさだけではなく、それを可能にした彼らの禁欲的なまでの勤勉性とでも言うべき態度です。生業の自転車屋を営むことを含め、生活のすべてを飛行機のために注ぎ込み、世間的な遊びに無縁で生涯結婚もせず、およそ怠惰などという言葉が入り込む余地のないほどに緻密に組み上げられたのが彼らの日々であったようです。特に動力飛行の具体化に着手してからの数年間、彼らは生地デイトンから遙か900kmも離れたキティホークで、隣人すらいない掘っ立て小屋に籠もっては実験を繰り返したのです。


 奇しくも2003年、説得力なき大義名分と強引な正当化でアメリカによるイラク戦争が引き起こされました。アメリカ近代史を振り返れば幾度となく現われる、このような尊大な傲慢さはその特質なのでしょう。しかしその一方、この国とその人々は、かつてライト兄弟が示したような、ストイックな勤勉性も同居させていることになります。

 それやこれやを考えたとき、私はその極端なコントラストにめまいさえ覚えてしまうのです。


 閑話休題。ライト兄弟に敬意を表し、模型だけでもなんとか自前で「フライヤー1号」を飛ばせないかと四苦八苦しています。

 もともとフライヤー1号は、今日で言う水平尾翼が先尾翼となり、主翼の後方に位置したプロペラが双発で反転し、垂直尾翼がさらに後端にある、という特異な形状をしています。加えて、翼のすべてが複葉、しかも安定性に多大な影響を及ぼす主尾翼距離(テールモーメントアーム)は極端に短く、極めつけに主翼の上反角がマイナスであるという四重苦・五重苦のような機体です。実機もおそらく過激にトリッキーな操縦特性を持ったと考えられ、兄弟以外は操縦できなかったと伝えられることも納得がいきます。
 このように過激で先鋭なシロモノではありますが、やはりこの時代の飛行機はゆっくり飛ばなければイメージに合いません。となるとスローな室内機で再現したくなります。そう考えてとにかく作ってみたのが写真の機体です。

 しかしこれまた案の定、実機の復元機と同様、苦しんでいます。とにかく自律安定に乏しいの一言なのです。
 ロール方向の復元性がないのは上反角がないのでまあ想像がつき、構造重量で重心位置を下げることでなんとかなるのではと目論んだのですが、タテ安定のなさは想像を超えていました。なにせ、頭上げも頭下げも、わずかでも始まるともはや全く減衰せず、増幅する一方となります。結果として機首から床に激突するか、失速してゆらゆらと落ちるのどちらか。重心位置も尾翼取り付け角も、いろいろいじってみたのですがどうにもなりません。
 本来なら、最終形としては動力部を実機通りの双発反転プロペラとしたく、写真の機体はそのためのテスト機のつもりなのですが、このテスト機がいまだにまともな滑空にすらならないため、ゴムによる動力飛行などそれこそまだ夢想の段階となっています。
 どうやら、少しでも実機に近づけようと踏襲したスケールサイズのモーメントアームに、やはり無理があったようです。それと、回復不能時は先尾翼が失速を起こしているように感じられます。
 このような現状からの推論として、「テールモーメントの延長」「先尾翼(水平尾翼)の面積拡大」「(失速を避けるための)ある程度の高速化」が必要ではと考えていますが、これらはスタイルとイメージの変化に直結するため、スケールモデルとしてはあまり進められません。従って、主翼自体にタテ安定を持たせるため、翼型をリフレックス型(全翼機に見られる形状)にしてみようかとも考えています。


先尾翼を軽量の骨組みとし、重心位置を変えたがダメ

 ともかく、想像以上の難物です。

 これを12秒も飛ばしたライト兄弟は本当に偉大です。

(ここまで 2004/01/04記)