航空機: 現代の戦争における優位性

By Fouad Sabry

航空機とは

航空機は、空気からの支持を得て飛行できる乗り物です。航空機は、静的揚力または翼の動的揚力、あるいは場合によってはエンジンからの直接的な下向きの推力を使用して、重力に対抗します。航空機の一般的な例としては、飛行機、ヘリコプター、飛行船、グライダー、パラモーター、熱気球などがあります。

メリット

(I) 次のトピックに関する洞察と検証:

第 1 章: 航空機

第 2 章: VTOL

第 3 章: 翼

第 4 章: 無動力航空機

第 5 章: 固定翼航空機

第 6 章: 飛行

第 7 章: 航空の歴史

第 8 章: ダクテッド ファン

第 9 章: 実験航空機の一覧

第 10 章: 飛行機

(II) 航空機に関する一般のよくある質問への回答。

この本の対象読者対象者

専門家、学部生および大学院生、愛好家、趣味人、あらゆる種類の航空機に関する基本的な知識や情報を超えたい人。

 

• Language: 日本語
• Publisher: 10億人の知識があります [Japanese]
• Release date: Jun 18, 2024

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第1章 航空機

周囲の空中からの支援を受けて飛行できる車両または機器は、航空機と呼ばれます。これは、状況に応じて、静的揚力を使用するか、翼が提供する動的揚力を利用することによって行われます。

航空とは、飛行機を中心とした人間の活動のすべてを指す用語です。航空学は、航空機の計画と製造を含む飛行の科学的研究に付けられた名前です。有人航空機は、実際に機内にいるパイロットが操縦しますが、無人航空機は、遠隔操作で指揮するか、搭載されたコンピューターを使用して自分で飛行することができます。航空機の分類には、リフトの種類、航空機の推進力、用途など、さまざまなカテゴリがあります。

しかし、近代における一人称の昇天と安全な降下は、18世紀に建造されたより大きな熱気球によって行われました。空飛ぶ模型や有人飛行の記録は、何世紀にもわたってさかのぼります。2つの世界大戦は、技術開発の面で大きな飛躍をもたらしました。この結果、航空機の発展は、次の5つの時代に分けられます。

最初の試みから1914年までの飛行の発展に尽力した人々。

第一次世界大戦は1914年から1918年まで続きました。

1918年から1939年にかけての戦争から、航空ブームが起こりました。

第二次世界大戦は1939年から1945年まで続きました。

1945年から現在までの年は、一般にジェット時代として知られる戦後を構成しています。

船が浮力を利用して水に浮かぶのと同じように、エアロスタットはこの特性を利用して空中に浮かぶようにします。それらは、ヘリウム、水素、熱風などの比較的低い密度のガスで満たされた1つ以上の巨大なセルまたはキャノピーを持ち、周囲の空気よりも密度が低いことで区別されます。この重量を航空機構造の重量に追加すると、航空機とそのコンポーネントの総重量は、航空機によって変位する空気の重量に等しくなります。

スカイランタンとしても知られる小型の熱気球は、紀元前3世紀以前の古代中国で最初に発明され、主に文化的なお祝いに使用されていました。凧は2000年以上前に古代中国で発明された凧で、2番目に飛行した航空機です。スカイランタンは、2番目に飛行したタイプの航空機でした。(漢王朝を参照)

「気球」という言葉は当初、あらゆるエアロスタットを指していましたが、「飛行船」という用語は、当時は製造されていなかったにもかかわらず、大型の動力航空機、多くの場合固定翼機を指していました。飛行船気球として知られる電動気球の導入と、その後の、サイズの大幅な拡大を可能にする頑丈な船体の導入は、これらのフレーズが一般的な用語で使用される方法に影響を与え始めました。ツェッペリンは、作成された動力付きエアロスタットの中で最大かつ最もよく知られていました。これらのエアロスタットは、頑丈な外装構造と、ガスバッグを囲む明確な空力スキンによって区別されました。飛行船と呼べるほど大きな固定翼や非硬質気球を持つ航空機がまだ存在しなかったため、「飛行船」という用語は問題の航空機と同義語になりました。これらの飛行船の使用は、1937年のヒンデンブルク号の沈没など、多くの事件の結果として最終的に時代遅れになりました。最近では、動力のないエアロスタットは「気球」と呼ばれ、動力のあるエアロスタットは「飛行船」と呼ばれます。

「飛行船」という用語は、推進および操縦できるエアロスタットを指します。このフレーズは、非硬質気球に関してのみ使用される場合もあれば、飛行可能な気球が飛行船と見なされる場合もあります(この場合、硬質または非剛体である可能性があります)。非剛性タイプの飛行船には、やや空力的なガスバッグがあり、機体の後部に安定フィンがあります。これらはすぐに業界で飛行船として認識されるようになりました。この形式は、第二次世界大戦中に係留気球に一般的に使用されていましたが、これは、テザーにかかる圧力の量を軽減し、風の強い条件にさらされたときに気球を安定させる能力があるためです。デザインの発展に伴い、「飛行船」という名称が使われるようになりました。飛行船は、動力のない飛行船、動力のない飛行船、または今日の現代では飛行船のいずれかです。それにもかかわらず、「飛行船」という用語は、小さな飛行船または飛行船を指します。

飛行機など空気より重い航空機では、ニュートンの運動方程式に従って航空機を高く推進する応答を引き起こすために、空気またはガスを下に押し下げる方法を考案する必要があります。このフレーズの起源は、この空中での急速な動きにまでさかのぼることができます。動的揚力の生成は、空力揚力またはエンジン推力の形での動力揚力のいずれかを使用して、2つの方法のいずれかで達成できます。

最も一般的な種類の揚力は、翼の使用を伴う空力揚力です。固定翼機は翼を前方に動かすことで高度を維持しますが、回転翼機は回転翼と呼ばれる翼型のローターを回転させることで高度を維持します。翼は平面的な水平面で、断面から見ると翼のように形作られることがよくあります。揚力を生み出して飛行を可能にするためには、空気が翼の上を通過する必要があります。布やその他の薄い素材のシートは、柔軟な翼を構築するためによく使用され、硬い構造の上に引き伸ばされます。凧の動きは、翼の上を通過する風の速度によって決定され、柔軟性のあるものや硬いもの、固定されたものや回転したものなどがあります。凧は地面に固定されています。

航空機が動力揚力を達成するためには、エンジン推力を垂直に下向きに向ける必要があります。ハリアージャンプジェットやロッキード・マーティンF-35BなどのV/STOL航空機は、パワードリフトを使用して垂直に離着陸し、空力リフトを使用して安定した飛行に移行することができます。

ロケット自体は揚力を空気に頼らない(宇宙空間に飛ぶことさえある)ため、エアロダインと見なされることはあまりないが、いくつかの空力リフトビークルはロケットエンジンによって推進または支援されている。ロケット自体はエアロダインとは見なされません。ロケットを動力源とするミサイルは、体上を気流することで超高速で空力的に揚力を得ることができる。

凧は、固定翼を持つ飛行機の祖先であると考えられています。固定翼機は前進速度を利用して翼に空気の流れを作りますが、凧は地面に固定され、翼に吹く風に依存して揚力を与えます。これは、前進速度を利用する可動翼を持つ航空機とは対照的です。凧は、これまでに飛行した最古の航空機であると信じられており、その発明は紀元前500年頃の中国にまでさかのぼることができます。試験機、風洞、コンピューターモデリングプログラムが利用可能になる前は、凧を使用して空気力学に関するかなりの量の研究が行われていました。

グライダーは、制御された、束縛されていない飛行を行うことができた最初の空気よりも重い航空機でした。1853年、ジョージ・ケイリーのグライダーは、真に人間的な操縦飛行を初めて成し遂げました。ケイリーはグライダーの設計者でした。

ウィルバー・ライトとオーヴィル・ライトは、飛行機または飛行機として知られる、最初の実用的な動力付き固定翼機を発明したとされています。推進モードに加えて、固定翼航空機の翼の構成は、この種の航空機の決定的な特徴であると見なされることがよくあります。以下は、翼の最も重要な側面です。

単葉機、複葉機など、航空機が持つ翼の量。

翼の支持は、ブレースまたは片持ち梁で、硬いものも柔軟なものでもよい。

アスペクト比、掃引角、および翼のスパン全体にわたる変化を含む翼平面形(デルタ翼の重要なクラスを含む)。

水平尾翼がある場合は、その位置。

二面角 - 正、ゼロ、または負(無面体)。

飛行中、可変ジオメトリー航空機の翼は、さまざまな方法で構成できます。

小さな水ぶくれやポッドがいくつもあっても、全翼機には胴体がありません。これの反対はリフティングボディで、翼はありませんが、適度な安定面と操縦面がある場合があります。この例はヘリコプターです。

ほとんどの場合、地球を揚力源として使用して飛行する車両は航空機として分類されません。離陸時には、従来の飛行機と同じように、地表や水面のすぐ近くを効率的に「飛行」します。その一例が、「カスピ海の怪物」として知られるロシアのエクラノプランです。ただし、これは主に、人力航空機が非常にパワー不足であるという事実によるものです。実際には、機体は現在よりも高く飛ぶことができます。

回転翼機として知られる回転翼航空機は、翼型断面ブレード(回転翼)を備えた回転ローターの助けを借りて揚力を発生させます。ヘリコプターやオートジャイロなどのタイプに加えて、ジャイロダインや複合回転翼航空機などのさまざまなハイブリッドタイプがあります。

ヘリコプターのローターは、エンジンを動力源とするシャフトによって回転します。揚力を発生させるために、ローターは空気を下向きに押し出します。ローターが前方に傾くと、下向きの流れが後方に傾き、機体が前進できるプッシュが発生します。一部のヘリコプターには複数のローターがあり、一部のヘリコプターには、ブレードの先端にあるガスジェットによって回転するローターがあります。

オートジャイロのローターは動力源ではなく、別の発電所で推力を発生させています。ローターは後方に角度がついています。オートジャイロが前方に移動すると、空気がローターの上を上向きに押し上げられ、ローターが回転します。この回転により、ローターを横切る気流の速度が上昇し、揚力が発生します。ローターカイトは、基本的に動力のないオートジャイロであり、前進運動を達成するために牽引するか、強風でカイト飛行を達成するために静的アンカーに取り付けられます。

サイクロジャイロは、軸を中心に水平に回転する翼を持っているのが特徴です。

複合回転翼航空機の翼は、0%から100%まで、あらゆる量で前方飛行揚力に寄与する可能性があります。この種の航空機は、もはや回転翼航空機ではなく、動力揚力機に分類されています。ティルトローター機、ティルトウィング機、テールシッター機、および鞘翅機は、垂直飛行中は水平、前進飛行中は垂直のローターまたはプロペラを備えています。ティルトローター機の例としては、ベルボーイングV-22オスプレイなどがあります。

リフティングボディは、揚力を提供するために設計された特定の種類の航空機ボディです。翼があったとしても、かなりの揚力を生み出すには小さすぎるため、制御と安定性の目的でのみ使用されます。リフティングボディは、抵抗や抗力が大きく、飛行するのに十分な揚力を生み出すために非常に速く動く必要があるため、非効率的です。スペースシャトルにはリフティングボディはありませんが、マーティン・マリエッタX-24など、スペースシャトルに至るまでの研究プロトタイプの大半はリフティングボディを持っていました。さらに、いくつかの超音速ミサイルは、管状の物体の上を通過する気流から揚力を得ます。

動力付きリフトタイプの垂直離着陸能力は、エンジン由来揚力(VTOL)に依存します。水平飛行の場合、ほとんどの品種は固定翼によって提供される揚力の使用に切り替わります。電動リフトの種類にはいくつかの異なるクラスがあり、ハリアー ジャンプ ジェットなどの垂直離着陸ジェット機や、ベル ボーイング V-22 オスプレイなどのティルトローターなどがあります。個人用ファンリフトホバープラットフォームやジェットパックなど、飛行中ずっとエンジンの力に完全に依存して揚力を生み出す実験的な設計がいくつかあります。垂直離着陸機の研究コンセプトには、ロールスロイス推力測定装置が含まれます。

揚力は、従来の固定翼の代わりに回転シリンダーを持つフレットナーが設計した航空機にマグナス効果によって提供されます。

オーニソプターは、鳥のように翼を羽ばたかせることで前進運動を実現します。

玩具やレジャー製品、ナノ航空機は、最も小さなタイプの航空機の例です。

報告によると、ブリティッシュ・エアランダー10はヘリコプターと固定翼機を備えたハイブリッド飛行船で、最高速度90 mph (140 km/h; 78 kn)と2週間の空中耐久性、最大22,050ポンドのペイロードが可能であると報告されている。長さは302フィート(92メートル)です。2016年現在、ブリティッシュ・エアランダー10は、寸法と体積(10,000 kg)の両方で最大の航空機です。

NASAのX-43Aペガサスは、スクラムジェットを動力源とする極超音速のリフティングボディ実験研究機で、マッハ9.6、正確に3,292.8 m/s (11,854 km/h; 6,400.7 kn; 7,366 mph)で、記録された動力航空機の最速記録飛行と空気呼吸動力航空機の最速記録飛行を達成しました。この飛行は正確に3,292.8 m/sで記録されました。2004年11月16日に行われた3回目の飛行で、X-43Aはこの新しいベンチマークを達成し、2004年3月に樹立したマッハ6.3の世界記録であるマッハ2,160.9 m/s (7,779 km/h; 4,200.5 kn; 4,834 mph)を破った。

2016年現在、現在運用されている、または現在運用されている5つの最速の量産航空機(ロケットとミサイルを除く)のリストは次のとおりです。

スペースシャトルはロケットとグライダーのハイブリッドで、マッハ25以上の速度で大気圏に再突入し、秒速8,575メートル(時速30,870キロメートル、時速19,180マイル)に相当します。最速のグライダーであり、最速の固定翼機です。

ロッキードSR-71ブラックバードは、米軍が使用する偵察ジェット固定翼機で、マッハ3.3(秒速1,131.9メートル、時速4,075キロメートル、時速2,200.2ノット、時速2,532マイル)よりも速く飛ぶことが知られています。1976年7月28日、SR-71は2,193 mph (3,529 km/h; 1,906 kn; 980 m/s)の絶対速度記録と85,068フィートの絶対高度記録で、最速かつ最高飛行の運用航空機の記録を樹立した。これらの記録はどちらも絶対記録(25,929 m)です。1990年1月に退役したとき、世界最速の空気呼吸機と世界最速のジェット機としての記録を保持していました。この記録は2016年8月現在も保持されています。

ツポレフTu-144超音速ジェット機(マッハ2.35、時速1,600マイル、時速2,587km)は、約マッハ2.2で巡航すると推定され、これまでに製造された最速の旅客機であり、これまでに製造された最速の民間航空機であり、これまでに製造された最速の旅客機でした。それは一瞬飛ばされた。Tu-144は、マッハ2.02(巡航高度で時速1.450マイル、時速2,333km)で巡航することが知られているフランスとイギリスの超音速旅客機であるコンコルド(マッハ2.23)に長生きし、1976年から2000年代初頭に墜落したコンコルドの小型機が2003年に永久に停止するまで運用されました。Tu-144は1968年から1978年まで公式に運用され、小型艦隊の2回の墜落後に終了しました。

アメリカのビジネスジェット機であるセスナサイテーションXは、現在、世界最速の民間航空機であり、最高速度はマッハ0.935、または毎秒320.705メートル(時速1,154.54キロメートル、623.401ノット、時速717.40マイル)です。その競争相手であるアメリカのガルフストリームG650ビジネスジェット機は、マッハ0.925に達することができ、これは毎秒317.275メートル(時速1,142.19キロメートル、616.733ノット、時速709.72マイル)に相当します。

現在就航しているボーイング747型機は、マッハ0.885、秒速303.555メートル(時速1,092.80キロメートル、590.064ノット、時速679.03マイル)以上の速度で巡航できるといわれています。過去には、最速の記録を保持していた航空機は、問題を抱えた短命のロシア(ソビエト連邦)ツポレフTu-144SST(マッハ2.35、806.05 m / sに等しい、2,901.8 km / h、1,566.84 kn、1,803.1 mph)と、最高速度マッハ2.23または686 m / s(2,470 km / h、1,333 k)の最高速度を持っていたフランス/イギリスのコンコルドでした 1960年代のコンベア990コロナドジェット機は、より速く飛ぶために最初にあった時速 600 マイル (時速 970 キロメートル、520 ノット、秒速 270 メートル)。

空中に浮かぶと、グライダーは空気よりも重い航空機であり、推進力は一切使用しません。離陸は、高いところから前方や下方に離陸するか、地上のウインチやトラック、または「タグボート」として機能する動力機によって牽引索で空中に引き寄せられることによって可能です。これらの方法はどちらも離陸の例です。グライダーは、前方対気速度と揚力の両方を維持するために、空気に比例して降下する必要があります(ただし、必ずしも地面に対して降下する必要はありません)。「ソア」という用語は、多くのグライダーが熱流などの上昇気流を利用して高度を獲得する能力を指します。多くの人々は、英国の科学者でありパイオニアであるジョージ・ケイリーを最初の航空エンジニアと見なしています。ケイリーは、制御可能で実用的な最初のプロトタイプの設計と製造を担当しました。グライダー、ハンググライダー、パラグライダーは、多くの種類のグライダーのほんの一例です。

パイロットは通常、空気を加熱するかバラストを放出することで気球の高さを制御できますが、気球は依然として風で漂うため、パイロットの方向制御は非常に限られています(風向きは高度によって変化するため)。翼の形をしたハイブリッドバルーンは、上昇中も下降もどの方向にも滑空できますが、球体の形をしたバルーンには、このレベルの方向制御がありません。

凧は、テザーまたはカイトラインの張力を維持する地面または別の物体(静止または可動)に結び付けられている航空機の一種です。凧は、シミュレートされた風または実際の風を使用して、凧の上と下を吹き飛ばすことで揚力と抗力を生み出します。Kytoonsは、風船と凧のハイブリッドであり、凧揚げのたわみを達成するために形作られ、結ばれています。Kytoonsは、設計方法に応じて、空気よりも軽い、中性浮力、または空気よりも重い場合があります。

動力航空機とは、1つ以上の機械動力源を搭載する航空機です。これらの機内動力源は、主に航空機エンジンです。しかし、ゴムや人力も使われています。航空機の発電所の大部分は、ガスタービンまたは軽量のレシプロエンジンです。タンクはエンジンガソリンを貯蔵するために使用されます。これらのタンクは通常、航空機の翼に配置されています。ただし、大型の航空機では、胴体に追加の燃料タンクがある場合があります。

前方に動力を生成するために、プロペラ機はエアスクリューとも呼ばれる 1 つまたは複数のプロペラを使用します。トラクターの配置では、プロペラは通常、電源の前に配置されます。但し、プッシャー形態では、プロペラが動力源の後ろに配置されてもよい。プロペラには、逆回転プロペラやダクト付きファンなど、さまざまな構成があります。