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 航空力学の勉強中で、航空機のロール軸安定をもたらす上反角効果について知りました。
そこで質問なのですが、上反角のない高翼機の場合ではロール軸の安定性はどのようにもたらされているのでしょうか?
様々なサイトや文献を見ましたが、どれも『高翼の場合上反角と似たような効果となる』とか、『高翼の場合復元力が過剰となるため上反角は少なめもしくは下反角がつく』などの説明のみで、高翼の場合は力学的に上反角とどのように似ているのか、違いがあるとすればなどの詳しい説明はありませんでした。
先生に聞いてみたところ、「簡単な力学の問題」と言われましたが、それでもよく分かりませんでした。揚力の作用点と重心位置の関係がかかわってくるのだとは思いますが自分では解決できそうにありません。
高翼で、上反角=0°のとき、重心位置が揚力作用点より下にある場合、航空機が傾いた時復元力はどのように働くのか?初めての質問で長文で少々失礼な物言いになってしまいましたが、力学的な観点からの解答・ヒントなどお願いいたします。
(よろしければ、揚力作用点が翼中央の場合と左右翼の場合とでお願いいたします)

gooドクター

A 回答 (3件)

>上反角のない高翼機の場合ではロール軸の安定性はどのようにもたらされている


>のでしょうか?
一つは上下方向の重心より高いところに揚力が作用することによって振り子のように
水平に復元されることです。これはパラグライダーを想像すればいいでしょう。
中央の高い弓形に反った布製の翼にはロール安定は望めませんが、無操作でも常に
人間が下になります。
もう一つは胴体との干渉です。横滑りが生じると横風(斜めからの相対風)を受ける
方向の主翼の下の圧力が増し、反対に風の影になる側の圧力は減ります。これがロール
モーメントを発生し、結果として復元します。実機飛行機の様に、重心位置と上下の
揚力作用点が近い場合は、上記のパラグライダーのような振り子安定よりこの効果に
よって安定しています。
このことは、例えば模型の風洞実験では、胴体があって高翼配置で安定する機体の
主翼が上半角ゼロであったとした場合、この胴体をなくすと上反角は5°必要で、
同じ胴体で低翼配置にすると9°つけないと同じ復元モーメントは得られないと
いうこと、また模型ライトプレーン(ゴム動力機)のように胴体側面積が無いに
等しいものでは位置的に高翼配置でも「主翼だけ」でロール回復モーメントを
発生させるだけの上反角が必要ということが解っています。

>どれも『高翼の場合上反角と似たような効果となる』とか、(略)高翼の場合は力学的
>に上反角とどのように似ているのか、
上反角ゼロの高翼の場合のロール復元は上反角と効果は同等で力学的には似ているかも
しれませんが原理は違います。多分勉強されたように、上反角では横滑りで相対風に対
する左右の迎え角が変わることによっています。この意味では「>「簡単な力学の
問題」」と言ってしまってはいけない気がします。

>(よろしければ、揚力作用点が翼中央の場合と左右翼の場合とでお願いいたします)
この意味は解りませんでした。左右で揚力差が出来れば、作用点が左右方向で中央
と考えることはもう出来ないのではありませんか?
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この回答へのお礼

詳しい解答本当にありがとうございます(^^)
振り子やパラグライダーのお話でより理解が出来そうです。
揚力作用点のことですが、揚力作用点が翼中央にある場合と、左右の翼それぞれから揚力が出ている場合という意味です。要はベクトルの矢印が一本のときと二本のときとで、復元力の表し方は異なるのかな?という意味でした。ややこしい聞き方をしてしまい申し訳ありません。

お礼日時:2012/07/24 19:46

No.2です。

お礼に書かれた内容について、多分正確に理解出来てませんが。
>揚力作用点のことですが、揚力作用点が翼中央にある場合と、左右の翼それぞれから
>揚力が出ている場合という意味です。要はベクトルの矢印が一本のときと二本のとき
>とで、復元力の表し方は異なるのかな?という意味でした。
もともとベクトルは「力とその方向」しか表していませんので、「力x距離」である
復元モーメントを図示することは出来ないと思います。

傾いた状態の飛行機を考えたとき、全て重心を始点にしたベクトル図を描いてみると
揚力Lは主翼に直角で、Lcosθ=WであればLsinθの横への分力はあっても、復元力と
しては空力的には「何も起きない」ということになります。発生した横の分力によって
「横滑り」が生じ、高翼機の胴体干渉による左右の揚力差、または上反角による揚力差で
ここで初めて空力的復元モーメントが発生しますが、これを重心始点のベクトル図では
表すことは出来ません。

左右の主翼の片翼半分位置を始点とした2本のベクトルなら、左右差を長さの違う
ベクトルで表すので直感的に片側が持ち上がる図になりますが、復元モーメントは
この主翼幅の1/4の長さと揚力の代表点における大きさの積の差でないと表したこと
にはなりません。 
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この回答へのお礼

詳しい解説本当にありがとうございます(^^)

お礼日時:2012/07/24 23:06

揚力をもたらす翼に対して胴体が錘の役目を果たしているので、翼自体に復元力を持たせる必要が無いと言う話です。

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この回答へのお礼

早い解答ありがとうございます(^^)
できれば、モーメントがどのように働くかもご教示頂きたいのですが……。

お礼日時:2012/07/24 17:11

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