最も遅く飛ぶ飛行機は？ F1Dの極限低速飛行アートを公開

F1はスピードを追求しますが、F1Dが何を追求しているかご存知ですか？スピードの対極であるスローを追求します。そしてゆっくりと空を飛びます。しかし、速度がなければ飛行機はどうやって飛ぶのでしょうか?今日は、世界で最も遅い飛行機を例に、なぜそうなるのかを説明します。

理論的な部分に入る前に、まずは今日の主役である F1D 航空機について少し理解を深めましょう。 F1D 航空機は、非常に軽量で低速の屋内自由滑空モデル航空機です。これらは屋内環境での長時間飛行用に設計されており、フリーグライダー模型飛行機競技でよく使用されます。フリーグライダー模型飛行機レースとは？模型飛行機が風の方向に沿って上昇気流に乗って飛行する特殊な飛行競技です。模型飛行機は地上からの制御なしに独自のルートを自由に飛行できます。折り紙飛行機や店で買ったバルサ材のグライダーを投げたことがあるなら、最も基本的な形の自由滑空モデルを体験したことになります。

フリーグライダーモデルには、屋内で飛行するものと屋外で飛行するものの 2 つの主なタイプがあります。屋内用モデルは非常に軽く、飛行速度が非常に遅く、通常はゴムバンドをねじって大きなプロペラを駆動します。手投げグライダーや輪ゴムで飛ばすグライダーは室内でも飛ばすことができます。学校の体育館や講堂、その他同様の広い広場で飛んでいるのがよく見られます。屋内モデリングは、模型作りを始めるための最も安価で簡単な方法の 1 つであり、ほとんどの場所に適切な飛行場所が見つかります。屋外モデルは通常、屋内モデルよりも大きくて重いです。上級タイプモデルのパフォーマンスは非常に高いです。理想的な条件下では、一部のモデルは一度に 1 時間近く空中に留まることができます。モデルによっては、熱気流によって数十キロメートル運ばれてから地面に戻るものもあります。最も先進的なタイプは、わずか 5 秒間の動力飛行の後、10 分以上滑空することができます。モデルの紛失を防ぐため、ほとんどの屋外フリーフライトモデルには、エンジンの動作時間を制限するタイマー装置が装備されています。その他のタイマー作動装置は、モデルが上昇気流に流される前に安全に地面に戻します。しかし、屋内モデルであろうと屋外モデルであろうと、例外なく、すべては遅いことで勝利します。

これは揚力が発生する理由に反しているように思われます。なぜなら、常識によれば、飛行機の翼は揚力を発生させて飛行機を浮かせるのに十分な速度で空中を移動する必要があるからです。復習しましょう: 揚力生成の基本原理は、ベルヌーイの原理とニュートンの運動の第 3 法則によって説明できます。ベルヌーイの定理は、空気などの流体の速度が増加すると、その圧力が減少することを述べています。飛行機の翼は、上面が湾曲し、下面が比較的まっすぐになるように設計されています。このデザインは翼型と呼ばれます。空気が翼の上を流れるとき、空気の速度は翼の上部表面では速く、下部表面では遅くなります。ベルヌーイの原理によれば、この速度差により上面の圧力は低下し、下面の圧力は上昇し、上向きの揚力が発生します。ベルヌーイの原理に加えて、ニュートンの第 3 法則を使って揚力を説明することもできます。ニュートンの運動の第三法則によれば、あらゆる作用には等しく反対の反作用があるということです。空気が一定の傾斜角で翼の上を流れるとき、翼は空気を押し下げ、空気は翼を押し上げます。この反力も揚力の一部に寄与します。上記の説明だけを見ると、スピードは勝つための魔法の武器だと思うでしょうが、揚力の発生におけるもう一つの重要な要素である翼の設計を無視しないでください。実際、大きな翼幅と適切な翼型設計により、低速でも十分な揚力を発生させることができ、航空機はホバリングして低速で飛行することができます。具体的には、次のように機能します。翼幅は、翼の一方の端からもう一方の端までの距離です。翼幅が大きいということは翼面積が大きいことを意味し、航空機の重量を分散し、より大きな揚力を生み出すのに役立ちます。揚力は翼面積に比例するため、翼幅の大きい飛行機は低速でも十分な揚力を生み出すことができます。航空機の翼の翼型、つまり翼の断面形状は、空気の流れの速度と圧力差に直接影響します。特殊な湾曲設計により、上面の空気の流れが速くなり、圧力が低下します。一方、下面の比較的直線的な設計により、空気の流れが遅くなり、圧力が高まります。この大きな圧力差により、低速でも大きな揚力を発生させることができます。

したがって、F1D 航空機がシンプルまたは粗雑に見えるという事実に騙されないでください。実際、その設計は非常に洗練されています。大きな翼幅と高揚力の翼形状に加えて、この飛行機は簡単に離陸し、長時間空中に留まることができるいくつかの重要な要素を備えています。まず、非常に軽量です。 F1D 航空機の重量は通常約 1.4 グラムです。このような軽量化を実現するには、カーボンファイバーの骨格、極薄のプラスチックフィルム、極軽量のゴムバンドなど、超軽量の材料を製造工程で使用する必要があります。これにより、わずかな揚力しか発生しない場合でも航空機は自ら浮上することができます。 2つ目は、高性能な輪ゴムです。 F1D 航空機は、ゴムバンドのねじり力を動力源として使用します。ゴムバンドはねじることでエネルギーを蓄え、解放されるとプロペラを回転させ、航空機に前進する推進力を与えます。推力は小さかったものの、軽量のF1D航空機を飛行させるには十分でした。 3つ目は、優れた空力設計です。 F1D 航空機の翼と尾翼は精巧に設計されており、揚力と抗力のバランスを最適化し、飛行速度を効果的に低減します。その結果、航空機のエネルギー消費も削減され、ゴムバンドのパワーをより長い時間維持できるようになります。 4番目に、安定した飛行を確保するために、F1D機体の各部品を正確に調整する必要があります。飛行中の航空機の安定性とバランスを確保するには、翼の角度、プロペラの推力軸、重心の位置をすべて正確に調整する必要があります。

どうですか？上記の知識を理解すると、なぜそれが世界で最も遅い飛行機なのかがわかるでしょう。さて、この飛行機は、聞いたこともないかもしれないフリーグライダー模型飛行機の競技に参加したり、ストレスを解消したりする以外に、何に使えるのでしょうか?実際、そのデザインとテクノロジーには一定の実用価値もあり、それは教育とトレーニング、イノベーションと研究、娯楽と趣味の 3 つにまとめることができます。 F1D 航空機の設計および製造プロセスには、空気力学、材料科学、機械工学などの多分野の知識が関わってきます。これらは、空気力学と工学の原理を学習および指導するための優れたツールであり、学生や愛好家が飛行と製造プロセスの原理を理解するのに役立ちます。同時に、F1D 航空機の軽量かつ効率的な設計は、マイクロ UAV やその他の小型航空機の研究開発に刺激を与えています。 F1D 航空機の技術を研究し、改善することで、より軽量で効率的な無人航空機の設計の参考となる可能性があります。模型飛行機愛好家にとって、F1D 飛行機の組み立てと飛行は非常にやりがいがあり楽しいアクティビティです。設計とチューニングを継続的に最適化することで、愛好家は大きな達成感を味わうことができます。これは人間と自然とのもう一つの戦いであり、釣り、セーリング、狩猟などの他のアウトドアスポーツと同様に、他の分野で成功するための要素でもある、ある程度の観察力、忍耐力、判断力が必要です。

この記事は、中国科学普及・創造育成プログラムの支援を受けた作品です。著者: アンクルロケット

査読者: 北京航空航天大学航空学部教授 戴玉亭

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司