垂直尾翼の役割？

Question

一般的に航空機には全て垂直尾翼がついてますよね
あれの機能はなんとなくわかりますが、絶対必要なんでしょうか
例えばアメリカの爆撃機「B-2」にはレーダーに映りにくくするためか垂直尾翼がありませんよね

こっちの方がコストも安くなりそうだし、空力的にもなんだか効率良さそうなんですが

こういうのに詳しい方、ご意見よろしくお願いします

phj · Accepted Answer

＃１の書いていることをえらい簡単に言っています。

「水平尾翼があれば簡単に横揺れを抑えられるので、設計しやすく使いやすい。だから水平尾翼がついた機体が多い」

Ｂ－２のような全翼機は、中に人を乗せたり荷物を載せたりするスペースを確保するのが難しい、もし無理してそういう場所を確保しようとすれば、全翼の意味がなくなってしまう。

ざっくり簡単に言ってみました。

質問者様の言っていること「水平尾翼はいらない」というのは、自動車に置き換えると「４っつもタイヤいらないでしょ」っていうことなんです。

たしかに３つでも車は走りますし、人も乗れますし、前部投影面積も小さくできますから空力もよくなり、タイヤがひとつ少ない分燃費もよくなるでしょう。
でも人が乗る場所が少なくなりますし、４輪にくらべて安定性が減ってしまいます。

自動車にしても飛行機にしても「空力」とか「コスト」とかだけでなく、「使用目的」とそのためのデザインとコストが重要なのです。

で、飛行機の場合空を飛ぶので、＃１さんが言うように、ピッチとヨーとローをうまくコントロールしないといけません。うまくコントロールしながら「荷物をいっぱいつめる」とか「早く飛べる」などの使用目的にあった機体をデザインしないといけないのです。

Ｂ－２に関して言えば、戦闘機なんかに比べて大きな爆撃機なのに、戦闘機と同じぐらいのステルス性を持たせたい、そのためにはＢ－５２みたいな大量に爆薬を積むのはあきらめるけど、可能な限り大きくしたい、というバランスであの大きさ・形にデザインされているわけです。

通常の飛行機についてはとにかく「いっぱい荷物を積むか・人を乗せる」という用途がほとんどですから、まず高高度で与圧可能な丸いペイロードがあって、そこに飛行できる翼をつけていくと尾翼が簡単で安くて、使いやすい、デザインになってしまうのです。

ということで「絶対必要」かといわれるとそうでもないですが「経済的にもっとよい方法」がないかぎり、尾翼をやめることはできない、ということです。

ultraCS · Answer

通常の航空機は胴体、主翼、水平と垂直の尾翼(安定板と舵面で構成、無尾翼機の場合は垂直尾翼のみ)、前翼(カナード、エンテ翼以外では無い場合がほとんど)、追加の安定板で構成されています。
無尾翼機というのがありますが、デルタ翼等で水平尾翼が省略された機体で、垂直尾翼(安定板のみの場合も)は存在します。

航空機は飛行中、重心回りの三軸でピッチング(上下に首を振る運動)、ヨーイング(左右に首を振る運動)、ローリング(軸回りに回転する運動)を起こしており、これを安定するために、それぞれ、水平安定版、垂直安定板、主翼などが機能します。で、それを制御するために、昇降舵、方向舵、補助翼(無尾翼の場合、昇降舵と補助翼は一体となってエレボン)が使われます。これらは、重心位置から離れた場所に設置することにより、より大きなモーメントを持つことにより、小さい舵面で大きな効果を得るようになっています。

以上が通常の飛行機の話で、ヨーイングを制御するには垂直尾翼以上に簡単な方法はありませんから、今でも多くの航空機が垂直尾翼を持っているのでしょう。簡単に推力偏向できるようなエンジン(RRペガサスを凌ぐような)を採用すれば不可能ではないかも知れませんが、機構の質量などを考えると期待薄ではあります。

B-2は全翼機であり、通常期とは異なった力学的特性を持っており、大きな垂直安定板や尾翼を釣れても効果が期待できません。その為、コンピュータによって翼端のエレボンをアクティブ制御して姿勢をコントロールしています。全翼機については、ペイロードの確保が困難(積載場所となる胴体がないため)で、通常期と同等の積載能力を確保すると抑圧が増加して重量増、抵抗増を招くなど有利な面をスポイルしてしまうなどの問題があり、B-2以外には実用化成功例がありません。
さらに、全翼機は「横幅が広い形状であれば揚抗比が大きくなる亜音速領域に最適化している」という特性があり、戦闘機などには適していないという面もあります。

垂直尾翼の役割？

＃１の書いていることをえらい簡単に言っています。

通常の航空機は胴体、主翼、水平と垂直の尾翼(安定板と舵面で構成、無尾翼機の場合は垂直尾翼のみ)、前翼(カナード、エンテ翼以外では無い場合がほとんど)、追加の安定板で構成されています。

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