1313フライトパターン⑥

1313フライトパターン⑥：趣味際人

機体の飛行速度を推測してみると、以下のようになります。

仕様を再掲すると、
合計翼面積94平方インチ（約6.1平方dm）、全重5オンス（約142ｇ）、ゴム重量1.5オンス（約43ｇ）、1/8インチ（3.2mm）ゴム14条×2で、10インチ（254ｍｍ）プロペラを駆動。

合計翼面積を主翼と尾翼に分解する場合、経験則として主翼面積は75％くらいです。従って主翼面積は6.1平方dm×0.75＝4.6平方dm、尾翼面積＝6.1－4.6＝1.5平方dm
エンテ（先尾翼）型の場合、先尾翼は主翼よりも取り付け角が大きく、揚力係数も大きくなります。しかしながら、主翼は尾翼よりも取り付け角が小さく、揚力係数が低くなります。通常の揚力尾翼形式に比べて、主・尾翼を加重平均した揚力係数がどれ位になるか難しいところです。

仮に、加重平均揚力係数を0.5とすれば、飛行速度は
　　V＝1.26×（全重量／（有効翼面積×揚力係数））＾0.5
　　　＝1.26×（142ｇ／（6.1平方ｄｍ×0.5））＾0.5
　　　≒8.6ｍ／秒
従って、飛行距離290ｍの飛行時間は
　　　290ｍ／8.6ｍ/秒≒34秒

（続）

1312フライトパターン⑤

1312フライトパターン⑤：趣味際人

（承前）
ストップウオッチが高価であった故に、それを使わないで済む距離競技が多く行なわれたと思います。記録を見るとゴルフのドラコンと大差は無く、ドッグレッグしていないロングホールならば模型飛行機の距離競技が出来たはずです。
記録の測定については、ゴルフボールよりも大きく、飛行速度も遅い模型飛行機ですから、ドラコンと同様にコースに競技役員を配置しておけば、容易に着地点を判別して距離を記録できます。

当時の機体設計を見ると、翼面荷重の大きい「距離競技機」と、翼面荷重が小さい（翼が大きい）「滞空競技機」に分かれていました。
AEROMODELLER　ANNUAL(アエロモデラー-年鑑)の1976－77年版に1910年ころの模型飛行機とその競技状況について記載があります。（THE　PIONEER　MODEL　AEROPLANEG,　THE　TWIN－PUSHERS　BY　R.F.I. GOSLING、F.S.M.A.E.）
著者は、この時代の飛行を現実に行なっていた人で、貴重な記録です。

それによると1912年の記録は、以下のとおりです（共に手投げ発航：HL）
滞空時間が60.4秒、（C.R.FAIREY:フェアリー社の創立者？）
飛行距離320ヤード（約290ｍ）（ですR.F.MANN）
機体の仕様も以下のように残っていますが、同じA字型ツイン・プッシャーでも滞空・距離の目的によって設計が分化しているのがわかります。

滞空機
合計翼面積132平方インチ（約8.5平方dm）、全重4オンス（約114ｇ）、1/8インチ（3.2ｍｍ）ゴム8条×2で直径9インチ（229ｍｍ）プロペラ×2を駆動。

距離機
合計翼面積94平方インチ（約6.1平方dm）、全重5オンス（約142ｇ）、ゴム重量1.5オンス（約43ｇ）、1/8インチ（3.2mm）ゴム14条×2で、10インチ（254ｍｍ）プロペラを駆動。（続）

1311フライトパターン④

1311フライトパターン④：趣味際人

（承前）
A字型ゴム動力機は、結果的には直進性に優れた設計であったようです。普通の形式だと、まずプロペラのトルクで左に傾き、左旋回する癖が出ます。それから、プロペラの後流はプロペラの回転方向に螺旋を描いて流れますから、胴体の上側に付いた垂直尾翼には左から当たり、尾部を右に振るために、これも左旋回の要因になります。
A字型にすると、プロペラのトルクは二分されるので、少なくとも弱くなります。そして、機体の最後尾にプロペラが付くわけですから、その後流にさらされる機体部分は無いわけで、垂直尾翼に起因する旋回癖は生じません。特に、両方のプロペラの回転方向を互いに反対にした場合は、トルクや後流が完全に対称になりますから、旋回癖はまったく出ないわけで、文句の無い直線飛行になったはずです。

昔のワインダーには、ゴムをかけるフックが2つあって、逆に回転する形式のものがありましたから、逆回転する双発は多く使われていた形式のようです。当然、プロペラも捩れが逆になりますが、直進のためには必要な手間であったのでしょう。

草創期の模型飛行機競技は、滞空よりも距離が盛んであったようです。これは、交通手段であった実機の評価法に倣ったこともあるのでしょうが、当時のストップウオッチはものすごく高価であり、手軽に使えなかったと考えられるからです。
当時（明治40年、1907年）の服部時計店のカタログをみると、ストップウオッチは数10円～100円超で、高級官僚の俸給に相当する金額です。ちなみに、物理学校卒業の超エリートであった「坊ちゃん」の初任給が40円でした。
現在は簡単なストップウオッチが100円ショップにもあるとか言われ、モデラー全員が持てる値段ですが、1台100万円だったとしたらそれを使わない競技法が使われて当然です。
私事ながら、東京オリンピック（1964）のとき制式の1/10秒計を購入しましたが、大卒初任給に近い金額で、一大決心を必要としたことを覚えています。

この値段を考えると、当時のストップウオッチの用途は、軍事や海事などの業務用を除くと、私的に利用されたのは競馬の馬主（一般的にはカネモチです）くらいではなかったかと思います。

1310フライトパターン③

1310フライトパターン③：趣味際人

模型飛行機の競技は、第1次世界大戦の直前の1910年前後のイギリスで始まったといわれます。同時に、これが最初の模型飛行機ブームであったようです。
競技が成立するためには、ある程度の模型人口が必要です。当時のエンジン機は実機並みの費用や手数が必要であったようで、競技種目はゴム動力機に限られました。模型グライダーの登場も、第1次世界大戦が終わり、敗戦したドイツが実記のグライダーと一緒に、本腰を入れて研究を始めるまで、マイナーな存在でした。

草創期のゴム動力機の形式は、いわゆる「A字型」（Aタイプ・ツインプッシャー）です。これは、胴体を上から見たときに文字通りの「A」型をしていて、「A」の左右の斜め棒の下に2束の動力ゴムが搭載され、それぞれが斜め棒の下端のプロペラを駆動する形式です。飛行方向はA字の上方向で、双発推進式（ツイン・プッシャー）になります。このレイアウトだと、機体の後ろ側にプロペラや横棒が付き、重くなるので、主翼も後ろ側に付けて先尾翼（エンテ、カナード）にしないと、モーメントアームが十分に取れません。
主翼が前に着く普通の形もありましたが、主翼の取り付け位置が胴体の中央より後ろになり、プロペラの直前の胴体の間に水平尾翼が付くわけで、モーメントアームが短く、やたらと機首の長い設計になります。

ツイン・プッシャーは現在の常識から見ればおかしな形ですが、A字型はライト兄弟の飛行機と同じ形式です。ライト兄弟のフライヤー機は、複葉で、主・尾翼の間隔が極めて狭い形であり、A字型は単葉で、動力ゴムが付く胴体が長いため、一見別物に見えますが、機能的に観察すればいずれも「ツイン・プッシャー」です。
現在の目では異常な形の飛行機ですが、ライトの初飛行から10年足らずで、「飛行機」の形式の定番が決まっていなかったわけですから、最初の成功型であるライト式が採用されたのだと思います。

1309フライトパターン②

1309フライトパターン②：趣味際人

現在を分析する前に歴史を振り返ると、草創期の模型飛行機（もちろん、ゴム動力）の競技は直線飛行だったようです。そもそも、上昇して高度を取り、高空から滑空して滞空時間を稼ぐという発想は、1930年くらいまで無かったようで、「飛行する」ということは、比較的低空をプロペラに推進されて直線飛行するという、実物飛行機に倣ったパターンだったようなのです。発生としてはあくまで実機があっての「模型」であって、現在のように「そういう飛び道具」で、「どんな飛び方をしても、ソレデヨイノダ！」ということではなかったのです。

歴史的に言えば、最初の模型飛行機のフライトパターンは直線水平飛行であったと思います。アルフォンソ・ぺノーの、初めてのゴム動力模型機の飛行も、直線飛行距離で記録されています。理論的に考えても、もっとも少ないエネルギーで飛行する方法は、地面効果を利用した、低空・直線・水平飛行であり、初期の人力飛行機はもっぱらこのやり方で辛うじて飛行していたわけです。
また、実物の、人やものを搭載する飛行機の用途は、交通機関・移動手段ですから、2点間を直線で飛ぶのが合理的であり、それが定常状態になるのが当然です。方向転換（旋回）は、離着陸などそれが必要になるときだけ行なわれる特殊な飛行法といえます。
加えて旋回飛行は、直線飛行に比べると複雑な釣り合いで、複雑な操作を必要として難度も高く、飛行エネルギーも多く必要とします。だから、直線飛行が出来ない状態で旋回飛行を試みることは無理がありました。

1308フライとパターン

1308フライとパターン：趣味際人

フリーフライトの世界では、「フライトパターン」は上昇と滑空の飛び方、具体的にはそれぞれの旋回方向を指します。一番基本的な飛ばし方は、右旋回で上昇し、左旋回で滑空降下するパターンで、これを「右（上昇）―左（滑空）」と呼びます。

論理的には、旋回飛行ならば回る向きは右と左がありますから、上昇・滑空の2モードの場合は、右―右、右―左、左―右、左―左の４種類が存在するわけです。理論的には、それぞれの飛び方全部があるはずなのですが、野外のフリーフライト機（滞空競技）では、はじめの２つ以外はほとんど見られません。例外として、室内機やスケール機では、それ以外も使われるようですがここでは除外しておきます。

ゴム動力機に限れば、最近は動力飛行を「バースト」と「クルーズ」に分けて考える傾向が有ります。さらにDRPを使って、動力入力前の手投げエネルギーによる上昇過程が出来ました。
そうなると、上昇過程は2～3区分され、フライトパターンの理論的な組み合わせは増えます。また、オートラダーと多機能タイマーによって、飛行状態は細かく（「直線」モードも可能になる）制御され、パターンの組み合わせは複雑化して種類はさらに増えます。
これらについては後で詳しく分析しますが、要するに、制御技術が進歩して飛行を細かく管理するならば、フライトパターンも複雑化して、種類も増えることになります。

草創期の模型飛行機はどのようなパターンで飛んでいたか？　それが、どのようなニーズによって、現在の定番パターンに収斂したか？　将来のフライトパターンは、どのように変化・展開されるだろうか？
フライトパターンについて愚考してみます。

1307「発航」について⑩

1307「発航」について⑩：趣味際人

HLに特化した結果、ジャベリン・スタートが開発され、その延長上にDRP（ディレード・レリーズ・プロペラ：遅延解放式プロペラ）が生まれました。
DRPを使えば、翼端を持って振り回して投げ上げるUHL（アンダーハンドHL：円盤投げ式HL）が可能なはずで、HLによる飛行エネルギー投入のウエイトはさらに大きくなりそうです。

ROGからHLに変わってからの50余年の流れをまとめてみると、競技運営を円滑化するために、競技法の簡略化・明確化が行なわれ、紛らわしいトラブルが無くなった代わりに、「自力飛行」の純粋さが薄まってきたように感じます。「フリーフライト」は、飛行中の「操作」に関する、情報授受の縛りですが、拡張して考えると飛行エネルギーの授受も広義のFFにとっては排除されるべきものと感じます。
フリーフライト模型航空機の滞空競技というものが、何を競うものであるべきなのか、特にゴム動力機の場合、性能・滞空時間の決め手になる要因は何であるべきなのか。

世界選手権大会のような、多数の、言語や思考方法が多様な選手たちを、能率よく裁くためには、簡単で明快な枠組みが必要であるとは思います。そのザルの目が、自ら搭載する動力のほかに、発航時にかなりの割合のエネルギーを選手の筋肉から付加できることを許容し、拡大しつつあるように見えます
今後、ザルの目を小さくするような努力が払われるのかどうか、何らかの歯止めが必要とは思います。

1306「発航」について⑨

1306「発航」について⑨：趣味際人

このように、HLとROGのプロペラは、最適ピッチが異なり、HLのほうが大きいことになります。
ROGのプロペラがピッチを低めにせざるを得ない理由は、前述のように離陸のときに静止状態（飛行速度ゼロ）から効果的に加速するためです。しかしながら、離陸して定常飛行速度で推力を発揮する状態では、過度に低ピッチには出来ません。後述しますが、HLの場合はピッチに対してこのような矛盾した要求は生じません。

離陸と定常飛行の2状態に対応するために、ブレードの迎え角に対する翼型の空力特性の変化率を小さくする方法も採られました。縦横比の小さな翼、つまり幅の広いプロペラブレードは、迎え角1度に対する揚力係数の変化が小さく、揚力係数曲線は寝ます。
ROG時代のウエークフィールド級（現F1B級）のプロペラは、直径450～500mmくらいでブレード幅は15％近くありました。縦横比ならば7くらいです。現在のプロペラは直径が600～650mmくらい、ブレード幅は40～45mmくらいで、縦横比は15くらいになります。つまり、縦横比が2倍くらいに増大しているわけです。
したがって、昔の太いプロペラのほうが、より広い飛行速度変化に対して、一定水準の性能を保てるわけです。現在の細長いプロペラに馴染んでいると、昔の広幅ペラは鈍重に見えますが、「離陸加速」という理由を考えると合理性があります。
加えて、プロペラが小さければ機首をそれだけ低く出来ますから、脚は短くなり、重量・抗力ともに削減できます。

現在のような細長いプロペラは、高性能である反面、高性能を発揮する飛行速度の範囲が狭く、静止状態よりの加速には問題がありそうです。加えて、一定の飛行速度を想定した高いピッチですから、余計に静止状態からの加速が悪くなります。
HLを前提としており、その条件に最適化されているので、このような短所は当然です。問題点は、発航方法を変えただけでプロペラ設計に大幅な変化が生じ、設計としてより面白そうなテーマは、制約条件の多いROGのプロペラではないかというところです。

1305「発航」について⑧

1305「発航」について⑧：趣味際人

プロペラも翼の一種で、断面は翼型をしています。迎え角によって、揚力係数・抗力係数が変化して、ある迎え角で「揚抗比が最大」というようなおいしい状態になります。
プロペラブレード、つまりねじれて回転する翼の迎え角は、（ピッチ×回転数）と飛行速度の比率で決まり、前者が大きいほど迎え角家が大きくなります。プロペラのピッチを決めるときに、（飛行速度×1.3／回転数）という経験式を使いますが、ピッチ×回転数が飛行速度よりも30％くらい大きい状態だと、プロペラブレードの翼断面が上記のような効率の高い迎え角になるからです。

ROGが始まる静止状態とは、飛行速度がゼロの状態ですから、プロペラの迎え角は非常に大きくなります。ちなみに、プロペラで一番働くとされる半径の75％位置のブレードのねじれ（回転面に対する角度）は25度くらいですから、失速角の2倍くらいです。これより中心よりの部分の角度はさらに大きく、失速角の何倍にも達します。
したがって静止状態でのプロペラのブレードの大半が失速状態に近いわけで、効率は低く、初期加速は遅々としたものになるでしょう。それでも、速度が付くにつれて、プロペラは外側から適正な迎え角に近づき、急速に推力を増やして効率の高い状態にはなるでしょう。

定性的には、いずれは適正迎え角・高効率になるにしても、競技となれば1秒でも早くその状態に達したいわけで、そのためにはピッチを小さくして必要飛行速度を低くするほうが有利です。そのために、ROGのプロペラは、HLの場合よりも低ピッチが選好されます。

これに対して、HLの場合はいわゆるジャベリン・スタートによって大きな初速で発航されます。飛行者の身体条件にもよりますが、投げる初速は通常の滑空速度の2倍前後です。
ゴム動力機の場合、動力ゴムの初期トルクは平均トルクの4倍くらいで、プロペラ回転数はその平方根の2倍になります。だから、飛行速度が滑空速度に近いクルーズ状態が（飛行速度×1.3／回転数）になっていれば、発航直後はその分子／分母ともに2倍になるわけで、比率は変わりません。つまり、ジャベリン・スタートされた瞬間のプロペラブレードの]迎え角は、おおむね理想状態で、プロペラ効率は高いわけです。

1304「発航」について⑦

1304「発航」について⑦：趣味際人

ROGがHLに変更されて、選手（設計者・飛行者）とその機体にとってどのような変化が生じた、考えて見ます。
皮相的にいえば、「脚（降着装置）」が無くなったことになりますが、筆者は動力関係（プロペラ）の設計と、HL独特の発航技術の発達だと思います。
ROGの時代には、速度がゼロの状態から自力で加速するプロペラが要求され、安定した離陸滑走に誘導する機体保持法と、ジャッジにわからないように押す「ウラワザ」が開発されました。
HLになると、プロペラの設計はある初速を前提として最適化され、初速を向上させる発航テクニックが開発されました。

先に発航テクニックについて考えて見ます。
ROG時代もHLは、強風・荒天時や初心者用の補助的な発航法として行なわれていました。このときのプロペラは、静止状態よりの加速を行なう仕様（ピッチ）でした。後で詳しく分析しますが、このような目的のプロペラはHL用と比べて低ピッチです。
低ピッチのプロペラが付いた機体を、大きな初速で発航させた場合、プロペラの迎え角はマイナスになり、推力を出さないブレーキになります。だから、ROG～HLの過渡期のHLは、加速をしない「手はなし」でした。
HLグライダーのような、手投げのエネルギーだけを使って1分くらい滞空する機種が存在し、理論的にも発航のエネルギーの効果が明らかでしたから、手投げの初速を有効に利用しようというアイデアはすぐに生まれたと思います。F1B級の競技がHLになってからすぐに、「ジャベリン（投槍）・スタート」という言葉が出てきて、そのような発航法も行なわれるようになりました。

筆者は、ROG～HLの過渡期を経験し、いち早くジャベリン・スタートも取り入れましたが、当時の周囲の目は批判的でした。いま考えると、高初速で発航する条件に合わせてプロペラ仕様を決めていなかったので、力いっぱい投げ上げた効果が十分に滞空時間に反映していなかった可能性はあるのです。