旅客機の強度について

Question

先日、ハドソン川に旅客機が不時着しましたが、疑問に思ったことがあります。
なぜ、主翼が折れていないかです。
主翼の付け根は、上下方向に働く重力と揚力、着陸の際の衝撃力に耐えられるように上下方向は頑丈に設計されていると思うんですが、前後方向は空気抵抗が働くぐらいなので、そんなに頑丈に設計されていないと思います。
しかし、川に不時着した際に働くものすごい水の抵抗に主翼は絶えたようです。このような場合も考えて設計したのでしょうか？それとも考えてはいなかったが、偶然水の抵抗にも耐えられる設計になったのでしょうか？もしくは、不時着した時、しばらく水面に主翼がつくことなく、水面を滑走して、十分に速度が落ちたとこで主翼が水面についたのでしょうか？

jason999 · Accepted Answer

私もこの点が気になって色々調べていました。
今回不時着した機体はエアバスA-320、二基のエンジンが主翼下についているタイプですね。　MD-11等と違い不時着水時には、翼下のエンジンが最初に水面に着くために水の抵抗をモロに受け、機体の損傷は免れないと言われていました。　実際、アフリカのどこかリゾート沖で墜落したケースでは、左翼が先に着水してバラバラになり多数の死傷者を出しています。
今回着水時の速度は100-120ノットと推定されていますので、時速200キロ前後と思われます。　フルフラップで限界まで速度を落とし、且つ地上効果を生かし、最大限スムーズかつフラットに着水できたことが、翼・胴体共損傷なく着水できた主因と思われます。　また当時の気温が氷点下で空気密度が高かったことも、機体を最後までフラットに維持できた要因と思われます。
あと、翼下エンジンは過大な負荷がかかった際に、「もげる」ように作られています。　実際、回収された機体も左エンジンが脱落しています。　これも翼の損傷を免れた大きな要因の一つと推測されます。
まあ、後はNTSBの報告を待つしかありませんね。
着水の瞬間の写真がありましたのでリンク貼っておきます。　ご参照ください。
それと、「ハドソン河着水ゲーム」なるものが人気だそうで。　私もやってみましたが、1回しか無事に着水できませんでした。　こちらもリンク貼っときます。　c")

参考URL：http://www.nytimes.com/2009/01/18/nyregion/18plane.html?fta=y, http://www.playgameland.com/hero-on-the-hudson.html

Yosha · Answer

>最後の文章は、NO.5さんへのお礼に対するコメントだと思いますが、自分が考えているものは、エンジンに作用する空気抵抗ではなく、エンジンによる推力です。

最後の文章は、着水時エンジンが水没するとき、あるいは、したときに水から受ける抵抗が、エンジンの外観から推測される抵抗より少ないことを言っているのです。

プロペラにしろジェットにしろ、空気を相手として推力を得ているため、例えばMT車でクラッチを急激に離した時に受けるようなショックは、ありません。　したがって、旅客機の場合、エンジンの推力が機体との取り付け部に与える応力は、一般の人が考えられているほどではありません。　実際に、旅客機のエンジン取り付け部を見たほとんどの人が　「こんなもんで大丈夫なのか」　という印象を持たれるようです。

したがって、エンジンが何らかの力で外れたとしても、そのために主翼が大破するような取り付け方法ではないのです。　ちなみに、旅客機の場合、垂直方向の耐Ｇは、２.５Ｇ　まで保障されています。　もちろん、２.５Ｇ　に対する安全係数は掛けて設計・製造されております。

以前、あるエアラインの飛行訓練で４発機が誤ってスピンに入り、なんとかリカバリーをしたものの、スピンによる遠心力で外側のエンジンが翼からもぎ取られました。　主翼そのものには致命的な損傷はなく、エンジン脱落のまま基地に帰還したケースがありました。　力の受ける方向が違うので一概には言えませんが、エンジンの取り付けがどの程度かは推測できるのではないかと思います。

>専門家が推測であれこれ言うのは問題があると思いますが、

その通りです。　ここでの意見表示は、多くの人の目に触れるため、事故対策の専門家ではありませんが航空関係の者であるとして、自分なりに気をつけて発言しているつもりです。

>素人が推測で物事を考えて、それが合っているかどうかを質問してはいけませんか。ここはそういうことなどに使う場所じゃないですか。

これも、おっしゃる通りです。　どしどし質問してください。　

私は回答する立場に立ったときは、質問者様に可能な限り正しいと思われることをお伝えしようと心がけていますので、質問内容に対して云々する気はありませんが、質問文の中に、断定的な表現がある場合で大きな誤解があり、他に影響が及ぶ可能性があると判断したときには、一応訂正しておこうというのが私の意見です。

本質的には、質問者様や、ここを訪れた人が回答を見てその内容の良し悪しを判断されることなので、どんな回答内容でもよいと言えなくはありませんが、このサイトには約137万の人がつながっているとのことなので、このことも頭に入れて置くべきと考えております。

また、他の回答者様の発言に対しても、なるべく関与したり、否定したりしないでおこうというのが私のスタンスですが、こと人命にかかわることを明らかに間違いであり、そのまま鵜呑みをされると大変なことになるであろうと予想されるものについては、現時点で正しいいと思われることを述べておくべきと思量します。

Yosha · Answer

>水の抵抗は空気の抵抗より14.2倍の大きさ

空気と水との単純な比較は、数式を使わなくてもだれでも分かることです。　私の言っていることは、　着水の状態その時にどの部分がどういう風な形で抵抗となるかということです。

要は、単純に水は抵抗が大きいということで、壊れるとか壊れないとかは一概に言えないということです。　
着水の条件は千差万別なため専門的に言ってもそれを解明することは非常に難しいことです。　世界中の知恵が集まる航空界において、出来るのであればすでに解決されているはずですが、これまでになかなかこれという答えは出せてないのが現状ではないでしょうか。　
航空会社内の教育・訓練でも、いろいろなケースについて検討された結論に基ずいたカリキュラムで行われていますが、これで良いというのはありませんし、まかり間違って、事故が起きたとしても過去の状態と同じだということはありえません。

これを踏まえて、「ものすごい水の抵抗に主翼は耐えたようです」に対して、憶測という表現を用いました。

それから、エンジンを正面から見ると大きな板のように感じますが、実際には、正面の面積の半分以上は、ファンであり、ファンには隙間がたくさんありフ、ァンの後ろ何もありません。　受ける抵抗は見た感じよりかなり少ないものになります。　ファンが空転していればより少なくなります。

Yosha · Answer

>川に不時着した際に働くものすごい水の抵抗に主翼は絶えたようです。

「ものすごい水の抵抗」って、どういう条件と計算方法で出したのですか？　たぶん憶測でしょう？

>このような場合も考えて設計したのでしょうか？

絶対にしません。

>不時着した時、しばらく水面に主翼がつくことなく、水面を滑走して、十分に速度が落ちたとこで主翼が水面についたのでしょうか？

こちらの方が、正しい考え方です。　＃２の　jason999　さんが、かなり的確な意見を述べられています。


不時着水時は、通常の着陸と同じ方法を取るのがよいといわれています。
主車輪が水面に接するときに、上下方向のショックを少し緩和してくれます。　機体は必ず水平に保ちます。

エンジンは主翼が壊れるほど硬く取り付けられていませんので、着水の抵抗でエンジンが主翼から外れても主翼には大したダメージは与えません。　主翼が壊れるほどの不時着水の場合は、機体全体が壊れます。

ちなみに、確かにエンジンの推力で機体を引っ張っていますが、旅客機の推力はファイターほど強くないのと、主翼にショックを与えるような出力の急激な変化はないために、一般の人が考えている程がっちりと取り付けられてはいません。　

主翼には上反角ついています。　主翼の付け根は応力が集中するためにかなり丈夫な作りになっています。　航空機は水上に浮くように作られています。　大きな波がない限り、着水後、翼端は水面には接触しないで、胴体と主翼の付け根付近で水上を滑走します。　滑走中、逆に車輪やエンジンが抵抗となり速度は急激に低下しダメージを大きくしない方向に作用します。　主翼の下面は丸くなっていますから速度がかなり落ちるまで水中に没することはないと思います。

速度が落ちる最終段階で、エンジンの抵抗などで、機首が水中に突っ込むこともあるようですが、壊れることはなく、再び水上に頭を出し機はほぼ水平になり浮き上がります。　

機が完全に停止しても、機は５～１５分程度は浮いていますので、救助が来るまで、翼上に避難したり、各ドアに取り付けられているシューターを救命ボートの代わりに使います。　避難するときに、救命ジャケットを着けている場合、必要ならば慌てずに機外に出てから膨らますことが大事です。　機内で膨らますと脱出の妨げになり、下手をすると命を危険にさらすことにもなりかねません。

航空界では、この他にも、過去の事例を参考にして、いろいろ研究、教育、訓練が行われています。

野次馬的にいろいろ推測しながら意見を述べるのも結構ですが、質問者のみならず多くの人が見ています。　こと命に関係するような問題には、私（この件については一般人としての意見です）を含み、慎重に意見を述べることが大切ではないでしょうか。

jason999 · Answer

#3さんお詳しいですね！　失礼しました。　私の言いたかったのMD-80です。
コレです。

参考URL：http://www.surclaro.com/photo3940.html

anachronism · Answer

> 前後方向は空気抵抗が働くぐらいなので、そんなに頑丈に設計されていないと思います。

ジェット機のエンジンは翼についています。それで機体を推進できるということは、大雑把に言えば、翼の付け根には、エンジンの推力をすべて受けることができるくらいの強度があるわけです。決してそんなの弱いものではないはずです。
エンジンが胴体にある機体だと少々違うかもしれませんが、今回の旅客機についてはそれでご納得いただけるのではないでしょうか。

waosamu · Answer

推測ですが、着水の際にメチャメチャ機首を上げたとか・・・
＃２さんも回答してますが、A320は車輪を下ろした状態を除けば
一番低いところはエンジンです。
　ですから、着水の際エンジンに衝撃がかかりそれで主翼が折れます。

　＃２さんのアフリカの例は、たしかＢ７６７でハイジャック犯が馬鹿でエチオピアあたりからオーストラリアまで飛べと命令した事例ですね。犯人は路線が短い場合は燃料をフルに入れるわけではないことを知らずにＢ７６７の最高航続距離がオーストラリアまで飛べるからジャックしたってヤツです。
　４時間分くらいの燃料しかないのでマダガスカルあたりで墜落したって例です。エンジンから突っ込んでバラバラでしたね。

　あと細かいことですが＃２さんの指摘してるMD11はＤＣ１０の進化系ですがリアエンジンタイプではないですよね。３発機で主翼の２機のエンジンは低いとこにありますね。
　日本の航空機で言えばＤＣ９０とかそういうタイプですよね。
リアエンジンタイプだとエンジンのみに力がかかりずらいので着水しやすい？かもしれません。

jason999 · Answer

↓ご免なさい。　リンク上は引き上げられた機体の写真でした。　こっちが着水時の写真です。

参考URL：http://www.nytimes.com/slideshow/2009/01/15/nyregion/20090115_plane_readers_slideshow_6.html

Thriller · Answer

加藤寛一郎さんの本に書かれていたような気がします。

今その本が手元にないので、その内容を書くことはできません・・・。

しかし、主翼は胴体の下面で左右結合されていたはずです。

旅客機の強度について

私もこの点が気になって色々調べていました。

>最後の文章は、NO.5さんへのお礼に対するコメントだと思いますが、自分が考えているものは、エンジンに作用する空気抵抗ではなく、エンジンによる推力です。

>水の抵抗は空気の抵抗より14.2倍の大きさ

>川に不時着した際に働くものすごい水の抵抗に主翼は絶えたようです。

#3さんお詳しいですね！ 失礼しました。

> 前後方向は空気抵抗が働くぐらいなので、そんなに頑丈に設計されていないと思います。

推測ですが、着水の際にメチャメチャ機首を上げたとか・・・

↓ご免なさい。

加藤寛一郎さんの本に書かれていたような気がします。

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#3さんお詳しいですね！　失礼しました。