山飛びテクニック

密度高度とレイノルズ数、そして翼面荷重について

密度高度について分りやすく説明をします。

暖かい日に、海抜の高いところで離陸しようとすると、なかなか離陸しません。気温が高い日、海抜が高い所は空気密度が膨らんでいて空気密度が低いのです。

冬になると空気密度が上がりわずかな風でソアリングができます。冬のモーターパラは、あまり走らなくても離陸するのが分かります。

レイノルズ数について分りやすく説明をします。

滑空性能５０対１のセールプレーンと同じデザインで模型グライダーを作っても、空気密度に対して、翼の長さと面積が小さいせいで、まったく同じ滑空性能にはなりません。
翼の大きいタンデム機は、レイノルズ数が有利ですから、二人分の重さの面積は必要ないのです。

まとめ

富士山の山頂から何時ものように離陸しようとすると失敗します。

富士山山頂は気温が低いので空気密度が高いのですが、高度３，７７０ｍ位からの離陸は空気密度が地上の半分くらいですから、走っても走ってもなかなか離陸しないのです。

富士山から最初にハンググライダーで飛ぼうとした田中さんは、向かい風が無かったために走っただけでは離陸速度を超えられないと判断し、スキーをはいて離陸しようとしていました。

キャノピーの中の空気

キャノピーの中に重もたい空気が入っています。
空気は１㎥あたり１．２Ｋｇの重さが有り、ふくらんだキャノピーの中に入り込んでいます。
キャノピーの大きさによって違いますが、５Ｋｇから１０Ｋｇ空気がキャノピーの中に入っています。
動きの無い時には関係ない重さなのですが、キャノピーが動くと、遠心力や慣性の法則に伴う重さが現れて、サットやスティーブルスパイラル（バーチカルスピン）の時にキャノピーの重さに加えてキャノピーの中の空気の重さによって、その理論が成り立ち、旋回の中心がパイロットとキャノピーの内側になるのです。

強風のライズアップの時にはキャノピーの揚力の他にキャノピーの中の重い空気が急激に持ち上がるので、慣性の法則でパイロットが持ち上げられているのです。

僕らはキャノピーの重さに加えて、その空気の重さを含めて、キャノピーをコントロールしているのです。

知識がなかったことによる事故

それはリリエンタールの昔から、空を飛ぼうとする事において、幾度となく「知識が無かったことによる事故」が繰り返されてきました。

その残念な過去をふまえて、パラグライダーからジェットエンジンで飛ぶ飛行機まで、より安全な性能や対策が行われてきています。

僕がパラグライダーを始めたころは、初級機なのに日常的にキャノピーが潰れ、回復操作をしなければならない時代から飛び始めています。デザイナーが翼の理論や知識を持っていないし､スカイダイビングのパラシュートをもう少し改良した程度の翼であった時代からこれまで改良がくわえられて、近年の初級機の絶対的な安全性能は、素晴らしいものです。

空を飛ぶために、コリオリの力を含めあらかじめの知識を持っている事で、不意に遭遇する魅力的な上昇気流を最大限に利用することが出来ます。そしてその風を幾度も体験する事で技術が磨かれ、対流する気流の奥深さにとらわれてしまいます。

失速について

僕はハンググライダーを始めてから４２年ほど空を飛び続けていますが、パラグライダーは失速に至る飛行速度範囲がきわめて狭い乗り物です。初級機は失速しにくく穏やかな失速特性と回復特性で設計されていますが、ハイエンドＢクラスあたりからは、くれぐれも飛行速度を保って離着陸をしてください。

とくにブレークコードの引きすぎの状態では失速に近いのでとても危険です。離陸直後に失速して林の中に降りしまったり､気流が不安定なのにブレークコードを引きながら進入し、ふいに失速して激しく着地するのを何度か見ています。そしてブレークコードを引きすぎていると速度が無いので、フルブレークをしてもドスンと着陸します。

翼で飛行するすべてに言えることは、失速すると墜落します。くれぐれもポーラーカーブをイメージして､最少沈下速度よりも速度を保って安全飛行してください。

1　パラグライダーの始まり

３０年前、まだハンググライダーの時代にパラグライダーが突然現れたのですが、それはまだセルがせいぜい１０セルくらいのスカイダイビングのキャノピーで、着陸場までは滑空できないものでパラシュートと言っていました。でもその３年目にはまっすぐ飛べば着陸場まで滑空するものが出てきましたが、ソアリングが出来る性能ではありません。

パラグライダー開発の初期は、前縁がとがっているもの多く、フロントライザーを強く引いてライズアップをしていました。ピッチ安定も良くないので、潰れやすかったのですが、現在のパラグライダーの前縁は､翼弦長の２パーセントを超えて大きなＲになりリフレックス翼になっているので、ピッチ安定がとてもよくなり、地面に置かれた時のライズアップの揚力が大きいせいで、フロントライザーを持たなくても簡単にライズアップができる時代が始まっています。

今は翼端そのものが真下にまでカーブしているドロップチップデザインが主流になっています。飛行中のヨー方向の安定性をもたらしています。
航空機のウイングレットのような役目も少しありますが、翼のつぶれにくさに大きく貢献していることと、直進安定性や素早い回復のための設計です。 
一方、アクロバット用キャノピーは運動性能重視ですから、翼端をドロップチップにしないことで、サットやマックツイストに入れやすい設計です。 

僕は、ここ１０年くらいＡクラスＢクラスのキャノピーしか販売していません。６０％の肩翼潰しをしても自然回復する安全性の高いキャノピーに乗ってほしいのです。

開発が進み滑空性能が良くなる一方、初級機なのに日常的にキャノピーが潰れていましたし、スパイラル操作をするとキャノピーだけがプロペラのように回転して、目の前で左右のライザーがねじれるようなキャノピーも販売されていました。

セル数が増えていき初級機でもラインの総延長は７００ｍ～８００ｍにもなっていく中で（最近はライン長がとても短いと言われるノバ社のキャノピーは、ライン総長が２５０ｍ以下だと聞いています。）ラインの抵抗を減らすことで飛行速度が上がり揚力が増大して滑空性能が上がります。

２０年以上前、ライン本数を減らす技術でＶリブが表れましたが、一方、世界選手権にはインテークがとても細く、翼厚が８パーセントの薄翼設計の危険な物まで出てきた時代が有りました。

僕はパラグライダーは超低速なので、もっと厚みのある翼形で、ピッチ安定の良いリフレックス翼で設計するべきだと思っていました。

そんな折、アエロタクトの扇沢さんに「これからのパラグライダーは厚翼設計になっていきます・・・」と僕から提案をしていますが、１年後には扇沢さんがイーデル社（ジングライダーの前身）で設計開発した、翼厚２０％近いクワントムとエナジーが完成しています。
その後には世界中が厚翼のキャノピーしか作らなくなり、世界中の初級機や中級機のキャノピーのリブ翼形が、ほぼ同じの設計になった時代もありました。（２０年も前のお話です）
 
今は、メンターのように素晴らしい性能で、キャノピーをわざと半分以上潰しても、すぐに回復する安全性能な時代です。
最近はファントムのような画期的な設計、優れた性能と安全性能には驚かされます。

でも正直、僕の理論ではシングルサーフェスのキャノピーが出てくるとは驚きです。最近は、シャークノーズデザインが出たように、インテークから入るキャノピーの内圧がとても大事で、潰れにくいうえ潰れても回復が早い安全性能になったと思っていたのです。

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２　美しい物は良く飛ぶ

航空業界に昔からある言葉です。ファントムのキャノピーのような美しい翼は、翼のアッパーサーフェースに乱れの少ない風が流れて気流の剥離が少ないことで大きな揚力を発生しています。（翼の揚力は、一般的にアッパーサーフェースを流れる風が７０％、アンダーサーフェースに当たる風圧で３０％の揚力割合だと言われています）
ファントムの特殊なＶリブ構造によって、ラインの本数をできるだけ少なくすることも滑空性能の向上につながっています。

イメージしてみてください。総長２００ｍ以上の１本のラインを小山の上と下で引っ張るように持ち上げておいて、飛行速度に匹敵する８ｍの風の中でラインを持っていたとしたらどうでしょうか。（ラインに及ぼす風の効力を実感し、イメージできます）

さらにポッドハーネスにこだわるのも、少しでも抗力を小さくする意味で有効なのです。
たとえばですが翼厚が２０㎝の翼（流線形）と、太さ２㎝のパイプの空気抵抗が同じくらいだと言われていますから、流線形の空気抵抗がいかに小さいかが分ります。
航空機では、胴体の翼の取り付け部を曲線的に膨らませている事や、ウイングレット取り付けも、ウイングチップブォルテックス抗力を少なくする処理です。

美しいものは良く飛ぶと言えばセールプレーングライダーは、究極の流線型です。
たとえば胴体を主翼のすぐ後ろで絞り込んだエップラー翼のような胴体は、抗力が小さいのです。加えて翼長が１５ｍを超える高性能機はレイノルズ数が有利ですから、わずかな高度差の位置エネルギーで滑空比が５０対１を超えて滑空しています。

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３　デザイナーの考え方

僕の個人的な感想ですが、オゾンのように巡航速度を早く設定しているメーカーが有ります。パラグライダーの飛行は、おおむね向かい風の中の飛行なので、その方が理論的な設計だというデザイナーの考え方です。
Ｕターンのような最少沈下速度寄りの設計で、いわゆる浮が良い設定のデザイナーや、アドバンスのキャノピー上面にウイングレットのような突起をつけているデザイナーが居ます。
開発した新しいキャノピーとそれまでのキャノピーとで並んでテストパイロットが滑空して、その性能の違いを確認しますが、ウイングレットは翼の片方に取り付けて飛行し、ウイングレット側の翼が持ち上げられることを確認して採用するようです。
僕は、デザイナーのどの考え方も良い意味で「なるほど」と思っています。

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４　翼について

翼の資料を読んでいると、翼を設計するにあたって、厚さは翼弦長の１０パーセントくらいが良いことが分かります。前縁の丸み半径は翼弦長の２パーセントくらいが良いことが分かります。揚力係数やピッチ安定、失速特性などが良いのです。その他、翼はキャンバーの曲線も色々です。（パラグライダーは骨組みが無く、インテークから入る内圧とアッパーサーフェースの揚力によってその形を維持していて、更に無尾翼の理論で設計されています）

エップラー翼、ゲッチンゲン翼、ライプチヒ翼などは開発されたドイツの地名にちなんで研究された翼形で実験データが数多くＵＰされています。一方アメリカの翼の研究は、ＮＡＣＡ（ＮＡＳＡの前身）の名前で型番がＵＰされています。

無尾翼の翼はドイツのホルテンと言う機体で実験が行われていて、その翼形がハンググライダーやパラグライダーのピッチ安定にも貢献しています。
ライプチヒ翼は無尾翼機として有名ですが、パラグライダーには採用できないと思います。

自慢話になりますが、３５年も前、滝川スカイパークでセールプレーンの体験飛行では、Ｈ２３Ｃの後部座席に乗った時、僕の両脇に主翼の断面が有りました。「この翼形はゲッチンゲン５３５ですか？」とたずねると「そうです」との答えでした。ちなみにその時のパイロットは尊敬する丸伊満氏でした。

僕がパラを始めたころは、ライズアップをしたキャノピーが頭上で止まるキャノピーは無かったですが、イーデルのジンがデザインしたコルベットと言うリフレックス翼の初級機が頭上で止まってくれる最初のキャノピーでした。その後は後発メーカーのノバやアドバンス、スイング、などの優れたデザイナーによって開発が進んでいきました。