🐅　リフティング・ボディの考察　コスモタイガーを確実に飛ばす方法

●　アニメ戦闘機を作って飛ばすのが、動画サイトでは流行っているみたいですなあ・・・。でも・・・作って飛ばせるモデラーと、作っても飛ばせないモデラーがいるみたいですなあ・・・。作って飛ばせるモデラーと、作っても飛ばせないモデラーとには、作る技術の差なんて殆ど無いんですよ。

●　はっきり言ってしまえば・・・作っても飛ばせないアニメ戦闘機は・・・最初から飛ばない戦闘機に作ってしまったから飛びません。しかし・・・同じアニメ戦闘機を作ってガンガン飛ばしてるモデラーも居るでしょう・・・。この違いに気づいているモデラーは、必ず飛ばせるアニメ戦闘機が作れます。

●　海外のモデラーが作ったアウトラインが完全スケールのブラックタイガーは、投げても投げても飛びません。日本のモデラーが作ったデコパネのコスモタイガーは、離陸させても手で投げても飛びません。これは、スケール重視で作ってしまったから飛ばない理由と、揚力を産まない形状の機体にしちゃったから、飛ばないだけなんです。この宇宙戦艦ヤマトに登場する艦載機は、無重力状態と真空の宇宙で飛んでる架空戦闘機ですので、この艦載機を大気のある地球上で飛ばす為には、セミスケール機にする必要があるんです。

●　動画サイトにおいて、ギンギンに飛んでるコスモゼロなんですが、この機体を飛ばせる架空戦闘機に出来たのは製作したモデラーさんが、真空宇宙戦闘機を大気圏戦闘機にモデルチェンジしたから見事に飛びました。このモデラーさん・・・アニメの架空戦闘機が実際問題として、完全スケールで再現しても飛ばない事を知っています。動画サイトで普通にアニメの飛翔物体が飛んでるので・・・其れが完全スケールなのか、セミスケールなのか・・・気づいていないモデラーさんの完全スケールは永遠に飛びません。

●　動画サイトに登場したコスモゼロの形状は、アニメのコスモゼロとほぼ同じ形状をしているので、誰もが勘違いしてますが・・・。このモデラーさんのコスモゼロのボディは、航空力学に沿った揚力を充分出せるリフティング・ボディです。胴体後部の申し訳程度の主翼は、単なるロール軸の安定板に過ぎません。機体速度は、マッハに近い架空のアニメ機と違って、スケールスピードは亜音速にも満たないので、垂直尾翼面積を増やしています。ですから・・・機体本体が空力的に飛ぶ状態のセミスケール設定に成ったと言えます。だから飛ぶんですよ。
　　　　　　　　　　
●　空気抵抗の存在しない宇宙空間ならば、画像の様な形状でも普通に飛べる・・・訳ないですよ。コクピット横の胴体端の段差付近には、左右方向の姿勢制御のスラスターが付いています。画像では見えませんが、コクピット後方と胴体下部のリトラクトカバー後方に其々、上下の姿勢制御用スラスターを搭載しています。

●　この装備のまま、惑星の大気圏飛行をする場合は、ボディ横のロール軸安定板とヨー軸のバーチカル（垂直尾翼）とスラスターを使って飛行するのだろうと推測します。ただ・・・この場合は、この大きい胴体が揚力自体を生まないのが条件となりますまあ、見るからに揚力が生み出せる形状でもありませんね。では！・・・動画サイトのコスモゼロはどうして普通に飛んだのか？・・・。胴体をセミスケール設定として、リフティングボディに改造したからでしょうね。
　　　　　　　　　　
●　今さら翼型の説明かよおおお！っと思ってるモデラーさんも多いかと・・・。ただ・・・ハンドランチの翼型って、画像の様なフラットボトム型が多いですよね。飛行中のハンドランチ機がどうして上昇するのかを、初心者レベルで記載しますね。この翼型の翼弦は３００ｍｍです。主翼の下面は平らなので翼弦は３００ｍｍです。しかし・・・上面は盛り上がっているので、翼弦は下面よりも若干長いです。其れが何やねん！・・・。揚力を生んで上昇させるのに必要だから・・・。

●　別にフラットなデコパネ主翼でも、エレベータを引けば上昇するやんかあ！・・・。ご最もですなあ・・・。ただし・・・推力が動力として備わっているので、前進しますが揚力自体は発生してません。よって、エレベータを主翼上面に向けると抵抗が増え、機首が上を向くから上昇するだけです。もし・・・推力が無く成って、失速したら・・・制御不能で落ちて来ますよ。もし・・・滑空させたかったら、急角度で降下させて、抵抗板の利きを良くするしかありません。飛行機自体には揚力を発生出来る翼型がありませんから・・・。言わば・・・アニメの架空戦闘機の完全スケールと同じ設定ですからね。

●　ⒶとⒸの空域の流れは同じスピードなんですが、Ⓑの主翼の上面のみは翼弦が下面よりも長いので早く流れないと成りません。よって空気を切り裂いて飛ぶので、渦が発生し主翼の上面と下面では圧力の差が生まれてしまいます。主翼の翼型自体は、何とかしてこの圧力を均等にしようと動いた結果が、上に持ち上げるしかありませんでした。翼型が前方に進む限り、この持ち上げ効果は生まれますので、揚力が発生し続けます。

●　更に前進する推力を上げると・・・この持ち上げる効果は大きくなります。この状態でエレベータを引いて、機首を上に向けると飛行機は上昇します。エレベータを引き続けると・・・揚力は主翼上面を持ち上げ続けるので、結果的に宙返りをする事に成ります。この翼型の下面も膨らませるとどうなるのか・・・。今度は下向きの揚力も発生するので、エレベータを押し続けると、逆宙返りと成ります。意外と何で飛行機は飛ぶのか・・・モデラーさんには知らずに飛ばしてる人って多いんですよ。

●　知らない人は知らなくても良い事なんですが、実機のファントムのあの下反角の付いたスタビレーターは、下向きに多くの揚力が生まれる翼型に成ってます。模型でファントムのスケール機を作るモデラーでも、此処まで再現する人っていませんし、まあ気づいていても・・・実行する人は、まず居ませんよ・・・。じゃあ・・・何故にこんな翼型なんでしょうなあ・・・。まあ・・・このファントムは、ベトナム戦争時代の物量作戦をコンセプトに設計された、艦載機だったからでしょうなあ・・・。

●　爆撃機としての爆装も当時の機体の中では、破格の重装備が可能でしたし・・・全部落として身軽に成れば、今度は空中戦にも耐えられる・・・。例えば敵基地のせん滅の場合、地上からの対空砲火を避けるなら・・・急降下して爆弾投下！・・・投下後は急上昇して地上攻撃から早く逃げる・・・。このエレベータは、下向き揚力の反応が早いので、ピッチ軸の安定性は大変機敏です。まあ艦載仕様機ですから、着艦と発艦の機首上げに機敏性を持たせる工夫とも言えますかなァ・・・。
　　　　　　　　　　
●　実は・・・地上を走行する自動車でも同じ事が言えます。自動車の場合は、完全なるリフティングボディにした方が、車内の積載スペースと燃費の向上に役立つ場合が多いからです。まあ・・・飛行機みたいな何百キロものスピードで走行すると、この形状では操縦不能に成ります。ただ・・・一般道の制限速度内での燃費よりも高速道路の方が燃費が向上するのは、タイヤに掛かる荷重が減るからです。理由は、翼型の説明のまんまです。車体を僅かに持ち上げる揚力が増え、サスペンションに掛かる荷重が減り、結局の所・・・タイヤに掛かる負担も減るので、エンジンの負担も減る・・・。事に成ります。

●　ところが・・・一般の公道で、高速道路並みのスピードを出すと、基本的にはタイヤに掛かる荷重は減っています。しかし・・・カーブは高速道路よりも半径が小さい・・・。タイヤの荷重が減ったスピードで進入すると、路面を捉えるグリップ力が足らずに、姿勢制御が利かなくなります。時速３００キロ出してもコースアウトしないレーシングドライバーさんでも、一般公道は制限速度を守ります。違反をするとライセンスをはく奪されて、レーシング生命を奪われるから仕方なく・・・じゃ無いんですよ。一般国道を走る前提で作られた車は、レーシング仕様では無いので絶対事故しないとは言い切れないからです。要するに・・・信用してないんですよ。民間パイロットも自衛隊のパイロットも・・・まあ・・・航空理論を知ってる人、航空産業に従事してる人も・・・一般国道では、制限速度を守ります。そう！・・・私自身も、自分の車の限界を知っていたから・・・。
　　　　　　　　　　
●　１９７０年代から、盛んに研究されていたリフティングボディの航空機です。当時はラジコン技術でも詳しく紹介されていましたよ。こういう形状の航空機って・・・現在でも研究されてますわな！・・・。胴体自体に揚力を発生出来る形状を持ち、最大積載量と推力を搭載すると・・・必然的に・・・サンダーバード２号みたいな形状に成ります。それでいて、応力外皮構造に向いていますので、言わば・・・宇宙船向き・・・言い換えると、宇宙空間と地球の大気圏を両方飛べる機体形状です。よって、搭載した推進エンジンで、陸上から飛行機みたいに飛び立ち、そのまま宇宙空間へ・・・。帰投する時もそのまま大気圏に突入し、グライディングしながら滑空して着陸です。

●　上記の説明でリフティングボディの概要は、素人レベルで説明しました。もっと高度な解説の出来るモデラーさんは、ご自分のブログで存分にお願いします。よって、このリフティングボディを組み込んだ、アニメ世界の架空戦闘機にすれば、まあ・・・其れなりに飛ぶ事は可能でしょう。一発狙いのお褒めパチパチの動画投稿を狙うから、動画投稿前に挫折します。プラモデルを元に、なるべく実物に近いギャンブルみたいな飛翔体からスタートするので・・・結果的に遠回りしてしまいます。

●　一つだけ・・・救いの手を差し伸べるとしたら・・・、人間の目ん玉はいい加減ですので、少々形状を変更したセミスケール機でも飛ぶアニメ戦闘機なら、誰も気づきませんよ？。投げた瞬間の画像だけを上手く処理して掲載し・・・「大変良く飛びました！。」の記事程・・・初心者のアニメヲタクのモデラーさんです。こういう人は、飛ばなくても飛ばせなくても良いんですよ。手っ取り早く有名人に成りたいだけの初心者もでらーさんですから・・・。飛ばして楽しむ世界のモデラ―とは別世界の人なので、ライバル視する必要はありません。

●　それとですね・・・動画サイトで見た、外人さんの作ったブラックタイガーは、手投げ発進後の機体は方向安定性が良くありませんでした。要するに・・・垂直尾翼の効果が全然ないので、真っ直ぐ飛びません。もし・・・もっと方向安定性を良くするなら、推力は現在の倍以上・・・垂直尾翼は４０％増し・・・もしくは、主翼上下に高さ２０ｍｍ程度の境界層隔板を数か所追加設置してやれば、直進性は向上します。

●　動画サイトの日本人のモデラーさんのコスモタイガーも同様なんですが、スチレン胴体でも揚力を生む形状に変えて、推力は今の倍以上・・・。主翼に境界層隔板の追加・・・そして、コクピット後方の胴体上下に直径３０mmのダクテッドスラスターを追加して、エレベータと連動するとピッチ軸の反応は凄く良くなります。（続く）
　
●　実際にプラモデルを作ってみると形状が見て取れます。胴体の平面積が広く・・・側面積が薄い・・・見事な無尾翼機の様相・・・。理想的なリフティングボディですね。ただ・・・カンバ―が上下逆転してますので、大気圏内なら下向き揚力が多大に発生します。画像から推測できる推力装置は、センター一基のロケットエンジンと左右二基のスクラムジェットエンジン・・・。宇宙空間用がロケットエンジン・・・大気圏用がスクラムエンジン・・・といった扱いでしょうか。

●　大気圏内の飛行では下向き揚力重視の胴体なので、無尾翼機で多く見られる高出力推進時の極端なノーズアップを押さえる目的なのかも知れませんなあ・・・。コクピット横には左右スラスターが二門・・・下部センターにスラスターが一門・・・。スクラムジェットのエグゾースト付近のボディ上部にはアップスラストのみの抵抗板が付いていますが、これと胴体下部のスラスターを使ってピッチ軸の姿勢制御を行っているとすれば、模型機でも有効に成るダクテッドスラスターが重要に成るでしょう。
　
●　メインストラットギアの位置がかなり後方なので・・・多くのスチレン世代のモデラー諸氏を勘違いさせてしまいました。基本・・・メインギアの前方に重心位置が無いと、機体は尻もちを突いてしまいます。よってメインギヤより少し前方に重心を設定し、ブラシレスモーターをMAXでぶん回し手投げ・・・。機体はとんぼ返りで墜落ううううう！・・・。近代ジェット戦闘機と同じ設定とするならば、機速がMAXパワーに成るまでランウェイを滑走させるという事でしょうね。よって重心位置はもっともっと・・・前方に有ります。

●　普通に考えれば解りそうな事なんですが・・・垂直尾翼の中に重心位置を設定してしまったら、ヨー軸の方向安定は殆ど利いていない事に成ります。垂直尾翼の目的はヨー軸の安定・・・直進性を良くする為の機能なんですから、重心位置は離れれば離れる程利きは良くなります。多分・・・このコスモゼロの重心位置は、ノーズギヤ後方のスラスター噴射孔とメインギヤの中間位にありますので、もっと前方に重心位置を作る必要がありますね。

●　もしも・・・普通に離陸をさせたいのならば、もっと前方にメインギヤを移動させる必要が有りますなあ・・・。でも、スチレン世代のモデラーさんはスケール感に拘りますので其れが許せない・・・。ならばどうするか・・・。確実性は薄いんですが、実機の滑走路並みの凹凸の無いきめ細かい滑走路を、通常の十倍位の距離で滑走させ・・・もうこれ以上スピードが上がらないって感じに成ったら、メインギヤ後方のスラスターを噴射して強引に機首上げをすれば離陸するんじゃないかと思いますよ。確実性は薄いんですけどね（笑）・・・。
　
●　ヤマトの艦載機コスモタイガーほどスマートじゃないんですが、模型機でセミスケール化するならこの辺りからスタートするのが現実味が有るかも知れませんね。まずは重心位置探しの為には、一発勝負でラジコン搭載するのではなく・・・フリーで飛ばせる小型のスチレン機を作って、何度も手投げをして安定良く放物線を描いて頭から地面に突っ込む様になったら、第一関門クリアです。もし・・・水平姿勢を保ちながら滑空し、そのまま地面に着陸したら若干ですがテールヘビーです。この状態でラジコン化する為の大型化をした場合・・・無風状態ならば推力装置が備わっていれば其れなりに飛びますが、風の吹いている状態ならば追い風では舵が利かず・・・向かい風なら煽られて前に進めない・・・。重心が合っている滑空状態ならば、適正角度でノーズから突っ込むのが普通です。
　
●　画像は２００３年のラジコン技術誌に掲載された松田恒久氏のスカイマンタです。この項に限らず・・・当ページの色んな記事中で登場する（境界層隔板）について記載します。画像を見て貰えば一目瞭然！・・・主翼の翼弦に合わせて各サイズで付けてあるフィンが境界層隔板です。見りゃ解るでしょう？・・・、無尾翼機に有る筈の垂直尾翼が無い・・・。辛うじて尾ひれを模した垂直面は有りますが、方向安定を司る為の機能とは言えません。

●　右側の画像はテスト飛行なんですが、この時点ではまだ主翼に隔板が付いていません。このテストでは・・・手投げ直後に左へ傾き、当て舵も利かぬまま墜落したと記載してありました。その後・・・数回の改造を繰り返して最終的に、画像の様な隔板を主翼上面に取り付けた所・・・今度は普通に飛行出来る様に成ったそうです。

●　主翼の形状を見る限り・・・前縁側も流線形、後縁側も流線形・・・ディティールに拘ると何かを犠牲にしなければ成りませんが、基本的にはストレートなテーパー翼なので、ヨー軸を安定させる為には其れなりの高さのある垂直面が無ければ、直進性が損なわれる見本みたいな形状です。この機体の改良点から言える様に・・・面積は大きいけど高さの低い垂直尾翼は、方向安定性が悪いって事ですので、スケール感満点のコスモタイガーの垂直尾翼では・・・直進性が悪いのは当たり前って事に成ります。よって松田氏のスカイマンタ同様の、境界層隔板を主翼に数本付けると直進性能が向上する証明とも言えます。完全スケールの架空世界の宇宙戦闘機を、引力の有る大気圏内の空中で飛ばそうと思ったら・・・其れなりの追加装備は必要だって事ですね。引力の有る地上から離陸する飛行物体は・・・常に上下・左右・前後・・・の影響を受けるので当然って言えば当然なんですが・・・、無重力状態の宇宙空間ではこの法則が通用しませんので、常に目視判断での姿勢制御をしなければなりません。格好良い宇宙戦闘機は、宇宙と大気圏内の両方を飛行する前提なので、こういった形状ですが・・・宇宙空間のみの飛行なら、球体だろうが直方体だろうが何でも良いんですよ。航空力学なんて必要無いですもんねえ（笑）・・・。

●　歴代のエンタープライズ号は、トウモロコシ畑だらけの広大なアイオア州の地上で建造されました。地上から宇宙空間への脱出には、核融合エンジンで生み出された強力な電力で磁場を発生させ・・・反重力航行で地球の引力から離脱、上昇して行きます。この宇宙船には空気抵抗に寄る姿勢制御の動翼が一切付いていません。全てがスラスターによる姿勢制御なので、Mrスルー（ヒカル・カトー）操舵手の前に操縦桿は有りません。タッチパネル型の液晶ディスプレイが有るだけです・・・。あれ？・・・良く似たモンが既に有りますわなあ・・・。スマホの画像を親指の先で操作するクワッドローター機が・・・。
　
●　しかし・・・このコスモゼロは・・・、罪な形状してますなァ・・・。ネット物知り博士にスチレンペーパーで作らせて、プッシャーブラシレス・・・エレボンオンリー・ファンクションで～・・・って、制作意欲を沸かせるカタチをしています。ただし・・・かなりの手抜きスケールの度合いなんですがね（笑）・・・。でも・・・手抜きした簡素化された機体でも満足に飛ばない・・・。Youtube のガンガン飛んでるコスモゼロが別物に見える位の好い加減さ・・・。博士なんだから、もちっと博士らしく流暢な口で飛ばさず手で飛ばしてくれい！・・・。

●　プラモデルフリークから見たら・・・いやあ！アンタの作りも手抜き捲ってるやんかァ！って怒られそうですが、私のはあくまでも形状確認のレベルなんで・・・。定規を充てて・・・ノギスで測って・・・の資料に過ぎません。其れが済んだら、隙間はパテ埋め・・・プラカラーである程度の色付けして・・・の仕上げをやって、仏間の仏壇にでも飾っときます（笑）・・・。親父はプラモ好きだったし・・・。親戚が来た時に、仏壇にお参りに・・・と、親父の遺影の隣に戦車のプラモが・・・。一瞬！固まってたなあ・・・。