対爆撃機への攻撃を想定して、おもにアプローチの方法を解説しています。

対爆撃機の射撃術

U.S.NAVY AIR COMBAT TRAINING FILM BY WALT DISNEY FIXED GUNNERY APPROACHES 33014

米海軍監修でウォルトディズニーが制作しているようです。

動画のタイトルどおり射撃のために敵機へどうアプローチするかに的を絞った内容です。

対戦闘機戦というよりは、爆撃機や輸送機のように基本的に直線飛行する標的に対するベーシックなアプローチ方法を紹介しています。

アプローチの種類

• サイドアプローチ（左右からの高度バリエーション）

  • ハイサイド（40°上方）

  • フラットサイド（10°上方）

  • ローサイド（20°下方）

• オーバーヘッドアプローチ（後方または前方から）

• ヘッドオンアプローチ（上方から／下方から）

• スターンアプローチ（上方から／下方から）

動画をひととおり見て、とくに目に付いたところをピックアップしてみます。

• タイミングと射撃角度、射撃距離が重要

• ハイサイドアプローチでは敵機下方へ離脱してから12時へ上昇離脱して次の攻撃に備える

• アングルオフは30°～45°のほうが横からのアプローチより射撃機会が多い

• サイドアプローチでは同方向に飛行しながら敵機を目視して接近するためにS字型のアプローチを行い、アングルオフを小さくして背後をとる

• ローサイドアプローチも敵機よりやや上からアプローチを開始するが、いちど機首を下げたあとで下から接近する。

• ローサイドアプローチでは、S字を描いていったん接近（射撃）したあと、ブレイクアウェイ～リカバリーを繰り返して（全体としては）標的と平行するように飛ぶことで繰り返し攻撃ができる。

• ローサイドアプローチでは上昇接近時に速度が落ちるのでタイミングが重要。

• ヘッドオンアプローチは完全に真正面ではなくオフセットする

ガンファイト時代はアプローチが命

第二次大戦中の戦術なのでミサイルはなく、接近してから射撃を繰り返す必要があります。

射撃の機会を増やすためにも、また爆撃機の回転銃座からの被弾を避けるためにもアプローチが非常に重要だったのがよくわかります。

離脱するときも、敵機の後方へ向かったのでは距離が離れすぎて反復攻撃に時間がかかるので基本的に同方向になります。

また、射撃に必要なリードアングルをとるためにはアプローチに入るタイミングが特に大事なので、模型やアニメーションを使って詳しく紹介しています。

ローサイドアプローチでも初期ポジションは敵機よりやや高い位置をとるようですが、アプローチ中の旋回で速度が落ちるのを見越して運動エネルギーを確保するためでしょうか。

特にオーバーヘッドアプローチでは、スプリットSをきれいに描ける必要がありますね。

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対爆撃機への攻撃や逆にエスコートする際の編隊での機動について解説する動画があったので紹介します。

爆撃機のエスコートと攻撃

WW2 Fighter Combat Formations : Attack & Escort w Ronald Reagan – 1943 – Restored

出典がわかりませんが映画仕立てのような演出です。

教官を演じているのはどうやら、のちの合衆国大統領 ロナルド・レーガンのもよう。

冒頭は上官から指導を命じられているようなシーンから始まるので意表を突かれますが、3分19秒あたりからフォーメーションの解説が始まります。

紹介されている主な内容からなんとなく理解できたところだけピックアップしてみます。

• フィンガー4では、注意の30%は編隊の維持に、残りは敵機のフォーメーションに向けること

• フィンガー4での第2エレメントウィングマンについて

• ラインアブレストの場合は注意の5%を編隊の維持、残りは敵機のフォーメーションに向けること

• 後方に敵機を発見した場合の対処（編隊の分け方）

• ラインアブレストでのタクティカルターン

• ラインアブレスト3編隊でのタクティカルターン

• ヘッドオンからの対爆撃機戦闘と各編隊のポジショニング

• 太陽を利用した死角からの攻撃

• 各編隊の役割分担

WWIIならではの大規模空中戦

この動画でおもしろかったのは、爆撃機、戦闘機双方とも数が多く、複数の編隊どうしでの連携について説明しているところです。

現代ではおそらく起こらない、第二次大戦当時ならではの大編隊での戦闘がどのようにおこなわれているのかわかる貴重な内容でした。

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戦闘機パイロットに必須の基本的なマニューバーを非常に分かりやすく解説しています。

基本的なアクロバティックス

動画のタイトルは”Acrobatics for World War 2 Fighter Pilots with the Fairchild PT-19 – 1943″。

タイトルからみて1943年の制作で、フェアチャイルドPT-19という固定脚の単葉機を使っているようです。

この動画でおもしろいのは、いっしょに飛んでいる機体から撮影した映像で機体の姿勢などを客観的に把握できることと、スティックやラダーペダルなどコクピット内の操作を別撮りで見せてくれるところ。

スティックとラダーの操作はおそらく、地上での撮影でしょう。

飛行中に目標としているポイントなどには解説のナレーションが入ることや、マニューバーの途中でどんな姿勢になっているかわかるので、マニューバー全体のイメージがしやすくなっています。

また、各マニューバーには空撮映像とは別に解説図がインサートされ、失敗しやすいポイントを解説してくれます。

登場するマニューバー

紹介されているマニューバーは6種類です。

ループ

機首下げから入るところが、エンジンパワーがなかったのだろうと伺わせます。

スローロール

ロールに入るときかなり機首上げしています。パイロット視点でも見せてくれるのでよくわかります。

バンク中トップラダーを踏んで機首を上げると解説されています。

背面状態のときは、ラダーをニュートラルにしてスティックはプッシュオーバー。機体姿勢はパイロットから見て機首下げです。

スナップロール

急激なピッチアップからフルラダーを踏み込んでいるのがわかります。

エナジーのロスが大きいので、終了後にはアンロードで降下してスピードを回復させています。

ハーフロール アンド リバース

スローロールのように機首上げから180°バンクして背面に入ったところで一瞬姿勢を維持したあと、逆の動作でノーマルフライトへ戻ります。

ロールしているときはトップラダーです。

バーティカルリバース

急激なバンクで旋回を開始したあと、機首を上げてから、逆側へバンクを切り返して元の位置へ戻ります。

後方から見ると振り子運動に近い動きに見えるのではないでしょうか。

ナレーションによると、銃撃されたときの回避に使っていたようです。

インメルマンターン

おなじみインメルマンターンです。これもループ同様にまずダイブから入ります。

ハーフループの頂点ではスローロールで水平飛行に戻しています。

米国のゆとりが感じられる映像

この動画でいちばん印象的だったのは、訓練用にわざわざカメラ機を飛ばして収録しているところです。

そのおかげで、実際にどのような動きをしているか客観的に理解できました。

さらに一人称視点での映像とコックピット内の操作映像もあるので、操作とマニューバーの対応関係がとてもイメージしやすくなっています。

こういった映像を作成できるところは、さすが米軍、余裕があるなぁと感心しました。

これならパイロットの育成も効率的だったでしょうね。

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Four Fundamentals of Flightでは飛行の基本となる4つのマニューバー、すなわち直線水平飛行、上昇、下降、旋回について解説しています。航空機に働くリフト、ウェイト、スラスト、ドラッグの4つの力を実際にどのようにコントロールするかを解説しています。

すべてのマニューバーは、基礎であれ上級であれ、すべてこの4つのマニューバーの組み合わせなので、しっかり身につけておきましょう。

直線水平飛行

水平線の確認を怠らない

一定の方向に、一定の高度を保って飛行することだが「手放し」でできるわけではない。

パイロットは、一定しない風によって起きる、高度や方角のデビエーション（偏差・ずれ）や無意識な上昇／下降、旋回に対して常に細かい修正を加えていかなければならない。

パイロットにとっていちばん重要なのは、常に外を見て水平線に注意を払うこと。それに対して計器は一瞬だけ見る程度となる。

FAAでは機体の外に対して90%の注意を払い、機内については10%にするように推奨している。

注意力の9割は機体の外の確認に向ける

ピッチを確認する

機体のピッチを確認する場合は、水平線に対する機首の見え方を参考にする。

機体が上昇し始めているときは水平線より機首が上に見えるので、機首を下げる必要がある。

逆に機体が降下し始めていると機首が水平線より下がって見えるので、機首を上げる。

方角を維持する

方向を維持してまっすぐに飛ぶには、機体が横方向に対して水平になるようにすればいい。

それには機体の外をチェックして、主翼の翼端が水平線に対してどのように見えているかを確認する。

両方の翼端がどちらも水平線から同じ距離に見えれば水平。どちらか一方がもう一方よりも高く見えるなら、飛行機は旋回している。

翼端と地平線の見え方からバンクを確認する

ピッチは速度によって変わる

対気速度と迎角によって揚力をコントロールするが、直線水平飛行においてはおもにスロットルによって対気速度を調整し、エレベーターで高度を調整する。

水平飛行を維持するといっても、ピッチが常に同じというわけではない。対気速度が上がれば揚力が増加するという関係にあるため、対気速度が下がれば高度を維持するためにピッチをより大きくしなければならないからだ。

速度によって必要な迎角が変化する

加減速とピッチの修正

通常の巡航飛行では一定の速度を保って飛行しているため、スラストとドラッグは釣り合っている。

パイロットがスロットルを操作してエンジン出力を上げると、プロペラの回転数が上昇し推力があがることで航空機は加速する。このときスラストがドラッグを上回っている。

航空機が加速したことでドラッグが増加し、最終的にはスラストとドラッグが釣り合って新たな速度で安定する（加速が終わり一定速度になる）。

対気速度が上昇したことで揚力が増加しているためピッチを下げる必要があり、もしピッチを下げない場合は機体が上昇しはじめる。

減速する場合、パイロットはまずスロットル開度を下げる。その結果、スラストが低下し、ドラッグがスラストを上回ることで対気速度が下がる。

対気速度が下がるのに対し高度を維持するために、パイロットは滑らかにピッチを上げる。

対気速度が下がったことでやがてドラッグは減少し、最終的にはスラストと釣り合って減速が終了する。

上昇

航空機を上昇させるため、パイロットはピッチを上げると同時にパワーを加えて、リフトがウェイトを上回るようにする。

機体が上昇に入るとフライトパスが水平から上昇姿勢に転じる。

ウェイトは当然真下（地球の中心）に向かって働くが、フライトパスに対しては直交していない。

これにより後ろ向きの力が働くためトータルドラッグが増加するので、バランスさせるためにより多くのスラストが必要となる。

ドラッグが増加する分スラストを増やしてバランスをとる

上昇から水平飛行への復帰

上昇から水平飛行に戻るには、およそ上昇率の10%をめやすとしてレベルオフを開始する。

もし毎分500フィートで上昇している場合、希望した高度で水平飛行に入るためにはその50フィート手前からレベルオフを行う。

希望した高度で水平飛行に移ることができたら、上昇してきたときのエンジンパワーをしばらく保ち、巡航に移るために必要な加速を得る。

希望の巡航速度に達したら出力を下げる。

水平飛行に移ったのちも加速するようであれば、機体は上昇しようとしている。その場合、パイロットは機体が安定するまでピッチを下げて高度を維持する必要がある。

降下

リフトの量がウェイトを下回ると降下が発生する。

パイロットはピッチダウンで迎角を減らすか、エンジン出力を下げて対気速度を低下させることで降下を行う。どちらを使うかは状況によって異なる。

上昇時とは逆にウェイトのうち前方に向かう成分はスラストを増加させる。

降下によってスラストが増加する

降下から水平飛行への復帰

上昇時と同じように降下からのレベルオフも降下速度の10%をめやすとする。

旋回

旋回は、旋回したい方向に機体をバンクさせることで行う。

旋回は一見エルロンを使うだけに見えるが、実際にはもう少し複雑な操作を行う。

左旋回を例にとって解説する。

バンクはエルロンによって行う。右のエルロンが下がると、反対に左のエルロンが上がる。この動きによって右主翼のリフトが増加し、左主翼のリフトは減少するため、機体は左へロールする。

エルロン操作によってリフト量に差が生じる

航空機が直線水平飛行しているとき、リフトの100%がウェイトとは逆方向の力として使われる。

しかし、いったんバンクするとリフトの方向はウェイトの反対方向ではなく機体に対しての上に向かって働く。

リフトの垂直成分は依然としてウェイトに対する反対の力として航空機を支えているが、そのほかに水平方向の力が発生しており、これが旋回を起こす力となる。

リフトの方向が変わることで旋回力が生まれる

リフトの一部が旋回に使われると言うことは、ウェイトに対して機体を支えている力が減ることになるので、旋回を行うと高度が下がる。

したがって旋回で使用した分のリフトを鉛直方向に補うことでウェイトと釣り合いをとる必要がある。

高度を維持するためにリフトを増やすには、わずかにピッチアップする。

アドバースヨー

左旋回中の場合、右主翼のほうがより多くのリフトを発生しているが、それは同時に右主翼がより多くのドラッグを発生しているということでもある。

このドラッグによって機首は右へ引っ張られる。この動きをアドバースヨーという。

リフトの変化によるドラッグの増加がアドバースヨーを生む

アドバースヨーを補正するには、旋回方向（左）のラダーペダルを踏む必要がある。

3舵の使い方

機首を正しい方向に向けるためには、1)エルロンを左へ切り、2)左のラダーを踏み、3)わずかに操縦桿を引いてエレベーターをアップする。

この3つのフライトコントロールを同時に操作する必要がある。

バンク角が異なると3つの舵に必要な操舵量も異なるが、これは訓練によって習得する必要がある。

ロールアウト

旋回から水平直進飛行に戻す操作（ロールバック）では、パイロットは狙った方位に達する前からロールアウト操作を行う。

主翼がバンクしている間は旋回を続けようとするので、ロールアウトの操作中も旋回は続いている。

一般的なルールとして、バンク角の半分をめやすにロールアウトを開始する。

たとえばバンク角30°で旋回している場合、狙った方位の15°手前でロールアウトを行う。

ロールアウトを行うことで、旋回に使っていたリフトが鉛直方向に働くようになるため、ウェイトに対してリフトの量が勝るようになる。さらに高度を維持するためにピッチアップしていた分も鉛直方向へのリフトとして働くようになるので、スムーズにバックプレッシャーを緩めてリフトの量を調節する。

バンク角の半分をめやすにロールアウト

基本となる4つのマニューバー – まとめ

水平直進飛行、上昇、降下、旋回の4つの基本的な操縦操作はすべてのマニューバーの基本となります。

紹介されたポイントをまとめてみました。

狙ったとおりの高度や方位へキレイにあわせるためには、レベルオフやロールアウトのタイミングと、リフトやスラストの調整についてしっかり身につける必要があります。

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まずは基本となる揚力・重力・推力・抗力の4つについての基本から。

飛行中の航空機に働く4つの力

飛行している航空機に働く4つの基本的な力について紹介。

• リフト

• ウエイト

• スラスト

• ドラッグ

リフト

リフト（揚力）は空気が主翼の周りを流れることで作り出す上向きの力で、飛行機を空中で支える。

ウェイト

重力により、地球の中心に向かって働く下向きの力で、リフトとは反対。

スラスト

スラスト（推力）は飛行機を前方に押す力。一般的には飛行機のプロペラやタービンエンジンによって作り出され、プロペラの場合は飛行機を引っ張り、タービンエンジンの場合は飛行機を推す。

ドラッグ

スラスト（推力）と反対方向に働く力で、飛行機の性能の上限はドラッグに影響される。

水平・直進・一定速での飛行

飛行機が飛行の方向、高度、対気速度の3つをすべて維持して安定した状態で飛んでいるとき、ストレート（直進）、レベル（水平）、一定速（アンアクセラレーテッド）である。

水平直線飛行で、加速も減速もない状態

このとき、リフトとウェイトの値が等しく、スラストとドラッグの値が等しく、釣り合っている。

推力と抗力、揚力と重力がそれぞれ釣り合っている

リフトを詳しく理解する

エアロフォイル（翼型）

続いて翼の構造を元にリフトを解説。

主翼はエアロフォイル（翼型）によってリフトを発生する。

翼型によって揚力が発生する

物体の表面を流体（飛行機の場合は空気）が移動するとき、空気力学的な力が発生する。流体は液体とイコールではなく、ガスやプラズマなどもすべて流体であると見なされる。

翼についている操縦装置（エルロン、ラダー、エレベーター）やプロペラも、エアロフォイルとなっている。

また、飛行機の胴体そのものもエアロフォイルである。ただし、胴体はリフトを生み出すための翼型としては好ましい形ではない。

翼に関する用語

エアロフォイルの中でもいちばん最初に空気に触れる先端部分をリーディングエッジといい、逆に後端部分をトレーリングエッジという。

リーディングエッジとトレーリングエッジを結ぶ仮想の線をコードライン（翼弦）という。

翼に関する用語

飛行機が空気の中を移動するときに通過する経路をフライトパスという。

それに対し飛行機の周りを流れる空気の方向をリラティブウインド（相対風）という。

リラティブウインドはフライトパスに対して平行で、かつ逆向きとなる。

フライトパスと相対風

迎角（むかえかく）Angle of Attack

フライトパスに対するコードラインの角度を迎角(Angle of Attack)という。

迎角は翼が発生する揚力に大きく影響する。

迎角(Angle of Attack)

ニュートンの運動の法則

続いてニュートンの運動の法則を紹介し、特に作用・反作用の法則と揚力の発生について説明。

1. 慣性の法則

2. 運動の法則

3. 作用・反作用の法則

作用・反作用の法則

通常の非行では、翼の周囲の空気が下向きの流れを造り、それが主翼を持ち上げるリフトを産む。

反作用によって翼を押し上げる力が発生する

ベルヌーイの定理

流体の速度が増加すると圧力が低下する。

ヴェンチュリ管を使って、流速と内部圧力の関係を説明。

さらにヴェンチュリ管の絞り込んだ形を想定し、その部分がエアロフォイルに近いことを示す。

ベンチュリ管内と翼断面型の空気の流れは類似している

エアロフォイルに近いヴェンチュリ管の内部でも流速が上がると同時に圧力がさがり、揚力と同様の力が発生しているという説明。

エアロフォイルの場合、上側はヴェンチュリに近い形状のため流速アップ・圧力低下が発生するのに対し下側は平面に近いため、流速・圧力の変化はないため、相対的に翼の下側が高圧、上側が低圧となる。

翼はこのようなプレッシャーグラディエント(圧力勾配）を発生させる。この、上面と下面の圧力の不均衡がリフト（揚力）を発生させる。

翼の下が高圧、上が定圧で圧力勾配が発生する

Lift Equation

揚力＝1/2×空気密度(ρ)×翼面積(S)×速度(v)の自乗×揚力係数(CL)

揚力係数は迎角に寄って変化する。

パイロットは一般的に対気速度と迎角によって揚力の大きさを制御する。

飛行速度が速いほど、また迎角が大きいほど大きな揚力を発生する。

しかし、迎角には上限がある。

迎角と揚力係数の関係

迎角が大きくなるにつれて揚力係数も大きくなるが、クリティカルアングルオブアタック（失速迎角）を越えると逆に揚力係数は低下する。つまり揚力自体は発生しているが、その量は減少していく。

この領域がストール（失速）。

迎角と揚力係数、ストールの関係

翼の形状と揚力の関係

対気速度と迎角以外にも、揚力の大きさに影響する要素がある。

それが翼の形状であり、これはパイロットが操作できない。

翼の形状には4つの要素がある。

• プランフォーム（翼平面形）

• キャンバー

• アスペクトレシオ

• 翼面積

プランフォーム（翼平面形）

機体上面から見た翼の平面形。

翼平面形が揚力に影響する

キャンバー

翼の曲率。コードラインを基準にした対称性が考慮され、揚力係数が最大になるように、そしてストール速度が最小になるように設計される。

揚力最大、ストール速度最小になる翼型が選ばれる

アスペクトレシオ

翼の長さ（横方向）と幅（前後方向）の比率。アスペクトレシオが大きい（横幅が長い）翼ほど、大きな揚力を発生する。

たとえばグライダーはセスナ172に比べると翼が長く、大きなアスペクトレシオを持っている。

翌朝が長いほど揚力を効率よく発生させる

翼面積

翼の表面積が大きいほど、大きな揚力を発生する。

翼面積が大きいほど揚力を発生する

高揚力装置

一般的な航空機は、速度と迎角以外に揚力を調節する装置を備えている。

高揚力装置でもっとも一般的なのは、トレーリングエッジに設置されているフラップである。

フラップは低速での飛行中、特にアプローチから着陸において揚力とドラッグが増加するように翼の形を変化させる。

着陸中にフラップを使うことで、パイロットは機体の速度を上げずに急角度での降下が可能になり、より低速での接地を可能にする。

フラップは高揚力装置の一種

フラップは一般的には、段階的に少しずつ下げていくことで、角度を細かく調節する。

フラップを少し展開することでリフトはかなり増加するのに対し、ドラッグはわずかしか増加しない。

フラップを半分以上展開するとリフトの増加量は少なくなるが、ドラッグは大幅に大きくなる。

揚力以外の力

ウエイト

重力により飛行機を地球の中心に向かって引っ張る力。ウエイトは航空機の姿勢にかかわらず、重心(Center of Gravity)に対して働く。

航空機の重心は、搭乗する人数や貨物の数、燃料の搭載量などによって常に変化する。

飛行の間、エンジンパワーを生み出すために燃料を消費していくので、ウエイトそのものもだんだんと減少していく。

重力は姿勢に関係なく重心に働く

スラスト

スラスト(推力)は前向きに航空機を推す力で、ドラッグとは反対方向に働く。

ジェネラルエイビエイション用航空機の多くは、プロペラによって推力を発生する。

より大型のジェット機ではタービンエンジンによってスラストを発生させる。

スラストもリフトと同じ原理によって発生するが、力の方向が水平になる。

プロペラもエアロフォイルの一種であり、ブレードが回転することで周囲の空気を機体の後方へと加速させる。

そしてニュートンの作用・反作用の法則により、反対方向（前方）に飛行機を押し出す。

ドラッグ

パラサイトドラッグ（有害抗力）

航空機が大気中を飛行することによって直接的に生じる抗力で、次の3つに分けられる。

• Form Drag

• Interference Drag

• Skin Friction Drag

有害抗力は3つに分けられる

パラサイトドラッグは航空機の速度によって変化する。

航空機の速度が増すとパラサイトドラッグは、速度の自乗に比例して増加する。

120ノットで飛行中の機体は60ノットで飛行中のときより、4倍のパラサイトドラッグを発生している（同高度の場合）。

速度の2乗に比例して抗力が増える

インデュースドドラッグ（誘導抗力）

リフト-インデュースドドラッグとも言われる。

主翼が揚力を発生しているとき、主翼より後ろでは下向きの空気の流れ（ダウンウォッシュ）が発生している。

また翼端では、ヴォーテックス（渦）が発生する。ヴォーテックスは主翼の下側から上側へ螺旋状に流れている。

翼端の渦がダウンウォッシュを発生させ抗力となる

ヴォーテックスは主翼翼面上を流れる空気の角度を変えることで、揚力の方向を（鉛直上ではなく）やや後ろ向きに傾ける。

これがインデュースドドラッグの原因になる。

インデュースドドラッグは、低速飛行時に大きく、高速では小さくなる。また、インデュースドドラッグは迎角が大きいほど増加する。

低速時ほど誘導抗力が大きい

迎角が大きいと誘導抵抗は増える

パイロットがインデュースドドラッグの低下を体感するのがグラウンドエフェクトで、翼面上を流れる空気が変化してリフトの方向を前方に変化させるためインデュースドドラッグは低下する。

パイロットはソフトフィールドでの離陸においてグラウンドエフェクトのアドバンテージを利用できる。

グラウンドエフェクトで誘導抗力が減少する

ソフトフィールドでの離陸では、通常のリフトオフ速度よりも手前でリフトオフが可能になる。

しかし、上昇を開始する前にスピードが上がるまで数秒間待たなければならない。

トータルドラッグ

パラサイトドラッグとインデュースドドラッグをグラフにプロットすると、ふたつを合成したトータルドラッグという新しいカーブが得られる。

トータルドラッグが最低となるポイントは、リフトが最大かつドラッグが最小となる速度を表している。

揚力最大、抗力最小のポイント

ベストグライドスピード

この速度をL/D MAXといい、別名ベストグライドスピード(Best Glide Speed)ともいわれる。

パイロットは、突然のエンジン不調が発生したとき滑空で地上に戻るために、この数字をしっかり把握しておかなければならない。

無風コンディションではベストグライドスピードがベストグライドレシオとなり、緊急着陸時にインテンデッドフィールドまでたどり着くためにもっとも長く空中にとどまることを可能にする。

トータルドラッグカーブのグラフの左側は、低速になるほどドラッグが増加する。この領域はバックサイド オブ パワーカーブ(Backside of Power Curve)と呼ばれる。

バックサイド オブ パワーカーブ

特に低空、低速、高迎角での飛行中はより多くの推力が必要で、ときにはフルパワーを出さなければならないこともある。

一方低速では翼面を流れる気流が少ないので、操縦操作に対する反応が遅くなる。そのため操縦に手応えがなく、実際に機体からの反応が返ってくる前に、操作量をより大きくしなければならないかもしれない。

低速時には舵の反応が悪くなる

4つのちからのまとめ

以上、揚力、重力、推力、抗力の4つの力についての基本的な原理の解説でした。

特に誘導抗力がどのように発生しているかや、ベストグライドスピードについてはよく知らなかったのでたいへん勉強になりました。

むかし本で読んだ知識で、基本的な用語はある程度知っているつもりですが、原理をきちんと理解するところまではいっていなかったのがわかります。

英語の説明を丹念に追って繰り返し見ることになるので、さらに理解が深くなっていくようです。

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CEM(Complex Engine Management)第5回は定速プロペラの働きと操作の解説です。

定速プロペラという名前から、ほっといても完全自動調整してくれるお気楽なものを想像していましたが、実際はそれなりの知識を必要とするようです。

定速プロペラがどのような仕組みなのかというところは触れず、基本的な働きと操縦に関する重要な注意事項の説明になっているので、その点は注意してください。

定速プロペラとは

定速プロペラの特徴は、エンジン回転数が常に一定になるように、プロペラピッチを自動的に調節すること。

このピッチ調整機構は油圧によって動作し、ガバナーという部品によって制御される。

プロペラピッチの変化によってどのような効果があるかについては、可変ピッチプロペラの動画を参照のこと。

定速プロペラはピッチを自動制御して回転数を保つ

定速プロペラの制御方法

定速プロペラを搭載した機体では、エンジン出力を調整する方法として2つの操作がある。

1. 回転数コントロールレバーによる回転数の調整

2. スロットルによるマニホールドプレッシャー（吸気圧）の調整

調整するのは回転数とマニホールドプレッシャーのふたつであり、プロペラピッチを直接操作するわけではない。

エンジン回転数とMPでピッチを制御する

定速プロペラでのデモフライト

定速プロペラの動作は3つに分類される。

• オンスピード

• アンダースピード

• オーバースピード

ピッチ制御の範囲に応じて3つの速度域に分けられる

オンスピード

飛行機が降下に入ると対気速度が増し、同時にプロペラの回転数も上昇する。

しかし、ガバナーが働いて自動的にピッチをコース側に調整するため、回転数の上昇が抑えられる。

逆に上昇する場合は対気速度が下がりプロペラの回転数も低下するので、ガバナーの働きでピッチファイン側に調整することで回転数が下がり過ぎるのを防ぐ。

ガバナーによるピッチの制御範囲は、プロペラピッチの可動範囲によって制限される。

このようにプロペラピッチの上限と下限の間で制御可能な速度域のことをオンスピードという。

ピッチ制御が可能な速度域がオンスピード

アンダースピード

回転数の低下に対応してプロペラピッチを小さくしていった結果、可動範囲の下限にまで達したばあい、もうそれ以上ピッチを小さくすることができない。この状態がアンダースピード

対気速度が低い状態でスロットルをアイドルに絞りさらにピッチアップ姿勢にすると、さらに対気速度が低下しそれに応じてエンジン回転数も下降する。

この場合、定速プロペラのガバナーは、プロペラピッチを小さくすることで回転数を上げようと働く。しかしピッチの下限に達してそれ以上ピッチを小さくできなるともはやガバナーでは制御できないので、固定ピッチプロペラと変わりなくなってしまう。この状態がアンダースピード。

アンダースピードに陥った場合は、降下するかスロットルを開くことでオンスピードの状態に戻すことができる。

アンダースピードはピッチの下限を下回る領域

オーバースピード

逆にスピードが速すぎてピッチをそれ以上大きくできない状態がオーバースピード。

動画では、ピッチが大きな状態にするために意図的にエンジン回転数を落としてからデモを行っている。

ピッチが大きな状態から降下にはいると、対気速度が上昇。最初はガバナー（によるピッチの調整）のおかげでエンジン回転数が安定した状態に保たれているが、ピッチが上限に達してしまうとその後はエンジン回転数が上昇していく。

水平飛行に戻ると定速プロペラのガバナーがエンジン回転を制御しているのがわかる。

オーバースピードはピッチ制御の上限を超える領域

エンジン出力の調整

出力を下げるときの手順

エンジン出力を下げるプロセスは次の3つ

1. マニホールドプレッシャーを下げる

2. エンジン回転数を下げる

3. ミクスチャーをリーンにする

出力を下げるときの手順

出力を上げるときの手順

エンジン出力を上げるプロセスは次の3つ

1. ミクスチャーをリッチにする

2. エンジン回転数を上げる

3. マニホールドプレッシャーを上げる

出力を上げるときの手順

出力調整のコツ

出力を調整するときはこれらの変更をスムーズに行い、プロペラの回転がオーバースピードにならないようにする。

エンジン回転数の調整は、ガバナーによるピッチの修正が可能なように、急激すぎたり逆にゆっくり過ぎたりしないように心がける。

オーバーブーストに注意

エンジン回転数が低い状態でマニホールドプレッシャーを高くすると、エンジンに損傷を与える。　

低回転での高いMPはエンジンを損傷する

定速プロペラ – まとめ

定速プロペラに関する説明をWebなどで探してみるとだいたいは制御機構について触れているだけです。

プロペラピッチを調整する必要がないということから、とても簡単で手軽な機構だと思い込んでいましたが、この動画を見ると、ピッチの調整幅に応じてオーバースピードやアンダースピードという限界領域があり、それに応じた操作が必要なことがわかりました。

メカニズムの勉強という単なる座学でなく、ゲームの中とはいえ実用的な使い方がわかる、貴重で有益な内容だと思います。

また、出力の調整も単にスロットルの開閉だけでなく、ミクスチャーの調整まで必要だというのも初めて知りました。

実機の操縦装置で、スロットル、ミクスチャー、ピッチの3つがなぜ1ヶ所にまとめられているのかもよくわかります。

定速プロペラの操作に関する注意

• • 定速プロペラではピッチの調整はしない

  • 回転数とマニホールドプレッシャーの関係でピッチを自動的に調整する

  • ピッチの上限／下限に注意する

  • 出力の調整は3つの操作を滑らかに

  • オーバーブーストに注意

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CEM(Complex Engine Management)第4回は吸気圧（マニホールドプレッシャー）と過給（スーパーチャージング）の効果について。

マニホールドプレッシャー（MP＝吸気圧）

マニホールドプレッシャーはエンジンのインテークマニホールド内の圧力で、計器板のゲージで測定する。

MPゲージは、エンジンの燃焼に必要な空気を吸い込むための圧力を測定する。

吸気圧はエンジンが空気を吸い込む力

吸気圧に関する3つのファクター

1.大気圧

大気圧はエンジンが利用可能な空気の量を決定する。

2.スロットル開度

スロットル開度は吸気圧に比例する（フルスロットル時＝吸気圧最大）

3.エンジン回転数

エンジン回転数は吸気圧に反比例する。ただし過給器付きエンジンは除く。

吸気圧には3つの要素が関係する

過給機付きエンジンでの吸気圧

自然吸気エンジンの場合、吸気圧は大気圧の値を超えることはない。

しかし過給機付きエンジンでは、吸気圧を大気圧以上に高めることができる。これは同じ体積の中により多くの空気を押し込むことができるため。

これにより、空気が薄い（大気圧が低い）高空では特に、エンジン出力を高める。

過給機付きエンジンでの吸気圧について

吸気圧計の見かた

デモ動画を元に吸気圧計の読み方を解説。

エンジン停止時

エンジン停止 地表（海抜150m）のとき吸気圧は746mm Hg（大気圧と同じ）。

エンジン停止時の地表での吸気圧

同じくエンジン停止でも、上空5300m（海抜5450m）では吸気圧は365 mm Hgに下がる（大気圧と同じ）。

大気圧が低い上空では吸気圧も低下

どちらも大気圧と同じだが、高度が違うため大気圧が異なる。上空のほうが吸気圧は低くなるため、エンジン出力は低下する。

エンジン始動スロットル＝アイドル時

エンジンを始動してスロットルをアイドルにすると、吸気圧は急激に下がりほぼゼロになる。

エンジン始動時の吸気圧

始動直後吸気圧は急激に下がる

吸気圧計はインテークマニホールドに高い負圧がかかっていることを示す。

これはピストンが吸気しようとしているのに対して、スロットルが開いていないので吸入が妨げられているから。

この吸い込もうとする力がマニホールドプレッシャー。

喩えていうと、掃除機のホースに手を当てているときの吸い込まれる感じがマニホールドプレッシャー。

掃除機に手を当てて吸い込まれている状態

エンジンはスロットルがアイドルに絞られていることで、空気の吸入を妨げられている。

スロットルが絞られているため、吸気を妨げている

飛行中

飛行中でもスロットルがアイドルだと吸気圧は低いまま。

スロットルをアイドルから開いていくとより多くの空気がエンジンに送られる。吸気圧計のゲージは低い状態から大気圧と同じところまで上昇していく。

スロットルを開くことで吸気圧は大気圧に近づいていく

自然吸気エンジンの場合、吸気圧の上昇はスロットル最大のところで上限となる。このときの吸気圧は海面高度での大気圧と同じ。

しかし過給エンジンでは空気を圧縮して押し込むことができる。

圧縮された空気は容積が小さくなり、それによってエンジンはより多くの空気を吸い込める。

さらにミクスチャーを高くしてより多くの燃料を送ることで、より大きなパワーを出せる。

過給器によってエンジン出力が増加する理由

エンジン回転数と吸気圧の関係

吸気量は、ピストンがどれだけ速く動いているかに左右される。この速度がRPM。

エンジン回転数が高くなれば、吸気量は増大する一方で吸気圧は低下する。

回転数が上がると吸気圧は低下する

過給機付きエンジンは空気を圧縮することでこの問題を補うことができる。

エンジン回転数がある程度高くなると結局吸気を補えなくなり、最終的には吸気圧が低下する。

過給器により吸気圧の低下をある程度補える

エンジン回転数を下げると吸気は減り、吸気圧は上昇する。

吸気圧と過給　まとめ

今回はちょっと聴き取りが心許なく、特に最後の過給のところは勘違いしている可能性があるのでその点はご自分で補ってください。

とにかくスロットル開度によって吸気圧が変化するということろだけはわかりました。

ところで、固定ピッチプロペラ、可変ピッチプロペラと続いて、次は定速プロペラの解説が来るかと思いきや、今回は吸気圧の説明になっています。これは次回定速プロペラの理解に吸気圧の知識が必要だからのようです。

次回の動画を見るとわかります。

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CEM(Complex Engine Management)第3回は可変ピッチプロペラの特徴と実際の操作についての解説です。

可変ピッチプロペラ

飛行中に手動操作でプロペラピッチを変えられるタイプ。

ピッチは車のギアボックスのように数段階を切り替えるものと自由に変更できるものがあり、どちらのタイプかは機体によって異なる。

可変ピッチプロペラは飛行中にピッチを変更できる。

ピッチはファインとコースの間で変更する。

ピッチの役割そのものは固定ピッチと同じ

動作は固定ピッチプロペラ同様で、ピッチとスロットル開度によってエンジンの回転数を制御することで、対気速度の変化に応じてエンジンの回転をパワーバンド内に保つ。

ピッチの変化を動画で確認

メッサーシュミットBf109を例に、プロペラピッチがどのように変化するかを確認する。

最初はピッチがコース（最大）の状態。ピッチを表すダイヤルは8時30分の位置にある。

Bf109の最大ピッチ

ピッチを下げていくとブレードアングルが小さくなり、ピッチがファインになっていく。

ピッチが下がることでブレードが「空気を掻く」量が少なくなり、エンジン回転数は増加する。

ピッチには下限（ピッチストップ）と上限（コースストップ）がある。

最大ピッチと最小ピッチ

ピッチを大きくするとブレードアングルが大きく「空気を掻く」量も大きくなるため、エンジン回転数は低くなる。

Bf109のような機体ではプロペラピッチは無段階に調整できるが、段階的にしか変更できない機体もある。

ピッチは無段階に変えられるものとそうでないものがある

ピッチを段階的にしか変更できない機体では、ピッチを表すダイヤルは時計の針の9時～12時で表される。

デモフライトで実際の操作を学ぶ

固定ピッチプロペラの原理をBf109を使って解説。

ピッチコントロールはオートマチック。

ピッチを自動制御に設定

上昇

エンジン回転数を2500～2600rpmに保ってマニューバーに入る。

上昇することで対気速度が低下する

操縦桿を引いてピッチアップすると対気速度が下がって、エンジン回転数も低下する。

ピッチを小さくして回転数を保つ

プロペラピッチをファインに設定すると、回転数は増加する。

下降

ロールから背面に入って下降に移ると対気速度が上昇し始める。

降下することで速度が上昇

そこでふたたびプロペラピッチを調整する。

ピッチを大きくして回転数を抑える

対気速度があがるとエンジン回転数もあがるので、プロペラピッチをコースにすることで回転数を下げて2500～2600rpmを保つ。

旋回

旋回のためにバンクしてバックプレッシャーを掛けることで対気速度は低下する。

旋回により速度が低下

すると回転数が下がるので、推力を維持するためにピッチをコースに調整する。

機首が下がって降下するのを防ぐためピッチを調整する

ピッチを調整しないと旋回で予想以上に高度を失ってしまう。

固定ピッチプロペラ　まとめ

速度が変化することでエンジン回転数まで変わってしまうので、プロペラピッチを調整することでエンジンの回転数をパワーバンドから外れないように維持するということのようです。

上昇旋回や下降旋回のときは操作がたいへんそうなので、ピッチを自動調整できるほうがいいですね。

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今回からCEM(Complex Engine Management)第2回はプロペラピッチの概要と固定ピッチプロペラの特性について解説されています。

プロペラピッチの基礎

プロペラピッチは、プロペラが一回転する間に進む距離。

ブレードアングルは、プロペラの回転方向とブレード（羽根）の角度で、プロペラがどれだけ空気を掻くかを表す。

プロペラピッチを調整することでブレードアングルが変わり、エンジン回転数とプロペラによる推力を制御する。

プロペラピッチとブレード角度

プロペラピッチは3つに大別される

ファインとコース

プロペラピッチにはファイン（細かい）からコース（粗い）までいろいろな種類がある。

ピッチが小さいファインピッチプロペラは、抵抗が大きく高回転。

ピッチが大きいコースピッチプロペラは、抵抗が小さく低回転。

ファインピッチとコースピッチ

3タイプのプロペラピッチ

プロペラピッチには以下の3タイプがある。

1. Fixed Pitch（固定ピッチプロペラ）
2. Variable Pitch（可変ピッチプロペラ）
3. Constant Speed（定速プロペラ）

プロペラピッチが一定で変更できないものを固定ピッチプロペラという。

可変ピッチプロペラはピッチ（ブレードアングル）を変更できるもの。定速プロペラはエンジン回転数を制御するものを指す。

この動画では1.の固定ピッチプロペラについて紹介。

固定ピッチプロペラの特性

固定ピッチプロペラはプロペラピッチが一種類しかない（固定）もの。

エンジン回転数はスロットルと対気速度に応じて変化する。

このため固定ピッチプロペラは特定の条件のときのみ最大の効率を発揮する。

固定ピッチプロペラの特性

ゲーム内で見る固定ピッチプロペラ

ここからは、IL-2シュトルモビクのデモフライトによる解説。

まず、スロットルポジションを一定にして、エンジン回転数と対気速度をコンスタントに保ちながら飛ぶ。

そこからスロットルを絞るとエンジン回転数は上昇し、スロットルを開くとエンジン回転数は下がる。

回転数があがると対気速度は上昇する。

スロットル、速度、回転数の関係を理解する

水平飛行中にフルスロットルにすれば回転数と対気速度は安定する。

エンジンの回転数(rpm)は、最高のパフォーマンスを得るために、フライト中ずっと維持しなければならない。

最高のパフォーマンスが得られる狭い領域のことをパワーバンドという。

パワーバンドについては、可変ピッチプロペラの解説動画内でも説明する。

パワーバンドについて

降下による速度上昇と回転数の関係

ここで、フルスロットルから機首を下げて降下すると対気速度があがり、それにつれてエンジン回転数(rpm)も上昇するのがわかる。

降下してスピードをあげる

速度が上がることによってプロペラに当たる気流が増加し、その力がプロペラをより速く回転させる。その結果エンジン回転数も上昇する。

徐々に回転数が上がってくる

水平飛行に戻し対気速度が下がるとプロペラに当たる気流が減ることで、エンジン回転数は最適の状態に戻る。

対気速度とスロットル開度によるエンジン回転数に対する影響は、プロペラピッチが固定されている場合にのみ起きる。

対気速度の上昇またはスロットルを開くことでエンジン回転数があがる。

スロットルと速度に応じて回転数が変化する

固定プロペラピッチのまとめ

自動車などの経験からスロットル（アクセル）を開けるとエンジン回転数があがるのは感覚的にもわかりますが、固定ピッチプロペラの場合は飛行速度があがることでも回転数があがるわけですね。

ピッチには、ファインとコースの間でいろいろなバリエーションがあるらしきことが書かれています。エンジンの出力や機体の特徴に合わせてプロペラを選択するのでしょうか。

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今回からCEM(Complex Engine Management)というシリーズです。第1回はエンジン制御の基本となるミクスチャーとラジエーターの使い方について。

高度に応じてミクスチャーを調整する

ミクスチャーはエンジンの燃焼に必要となる、燃料と空気の混合比率（空燃比）。

ミクスチャーは空気と燃料の比率

ミクスチャーの調整パターン

空気に対する燃料の比率を増やす。＞エンリッチミクスチャー

空気に対する燃料の比率を減らす。＞リーンミクスチャー

高度とミクスチャーの関係

空気の密度は飛行高度によって変わるため、上昇や降下に合わせてミクスチャーを調整する。

高度が下がったばあい（大気密度が濃くなる）＞エンリッチ方向に調整

高度が上がったばあい（大気密度が薄くなる）＞リーン方向に調整

ミクスチャーは高度に応じて調整する

ミクスチャーの3タイプ

ミクスチャーはおよそ次の3タイプに分けられる。

1. Enriched

2. Best Power

3. Best Economy

排気炎の色によって状態を見分けることができる。

ミクスチャーはおおよそ3つに分けられる

離陸と上昇時はEnriched

空燃比が非常に大きく、燃料による冷却が行われている状態。

排気炎の色は黄色～オレンジに見える。

離陸および上昇時に使用する。

エンリッチは離陸や上昇時に使用

空戦中は最大出力が出せるBest Power

可変ピッチプロペラのばあいは、最高速度が出せる状態。

固定ピッチプロペラのばあいは、最大回転数になる状態。

戦闘時に使用する。

ベストパワーは空戦時に使用

経済的に巡航できるBest Economy

出力を抑えて長時間飛行するためのセッティング。

ベストパワーより僅かにリーン寄りの設定。

排気炎は青白い。

巡航時に使用する。

ベストエコノミーは巡航時に使用

空燃比が低すぎるとエンジンを損傷する

ミクスチャーがリーンすぎるとエンジンが過熱し、点火タイミングが早くなるため異常燃焼が発生する（デトネーション)。

デトネーションはエンジンを損傷させる。

リーンになりすぎないようにする。

空燃比が低すぎるとエンジンにダメージを与える

高度に応じてミクスチャーを調整する

高度が異なると大気密度が変化するため、ミクスチャーを調整する。

上昇することによって大気密度がさがるため、空燃比は自動的にリッチ寄りになる（ので調整が必要）。

上昇時には自然にエンリッチになっていく

降下時には自然にリーン寄りになっていく

高度に応じてミクスチャーを調整する

ラジエーターの使い方

ラジエーターはエンジンの熱を放出する機構で、速度とトレードオフの関係にある。

冷却と抵抗（速度）はトレードオフ

ラジエーターによる速度への影響

ラジエーターを開く > 温度が下がり、速度は低下、抵抗が増える

ラジエーターを閉じる ＞ 温度は上がり、速度は上昇、抵抗は減る

ラジエーターを開くと速度は低下する

ラジエーターにはウォーターラジエーターとオイルラジエーターのふたつがあり、別々に操作できる。

両方のラジエーターを開くと速度は低下し、両方のラジエーターを閉じると速度があがる。

オイルとウォーターどちらも開いている状態

オイルラジエーターだけ開いている

ふたつのラジエーターとも閉じている

ウォーターラジエーターだけ開いている

ミクスチャーとラジエーターのまとめ

今回の内容はわかりやすいですね。

上昇すると空気が薄くなるので、そのままほっとくと燃料が濃くなり過ぎるからミクスチャーはリーン方向へ調整。逆に降下すると空気が濃くなって燃料が少なくなりすぎるからリッチ方向へ調整です。

特にリーンバーンになりすぎると、エンジンが過熱してデトネーション（ノッキング）で壊れてしまうので、着陸前に高度を下げるときは注意です。

それからリッチにしすぎると燃料のムダなので上昇時にも調整が必要です。

動画のベースになっている空戦シミュレーター”IL-2シュトルモビク”では、エンジンの排気炎が見えるので、ミクスチャーの状態を目で確認できるというのもおもしろいし、説明する文字の色を排気炎の色に合わせてイメージしやすくしているのも、理解の助けになりました。

余談になりますが、一時期ウッドガスストーブの自作にはまっていたときは、完全燃焼をめざしてブルーフレームになるように工夫していました（可燃性ガスが多すぎるエンリッチ状態だと、ススが多いので）。

ラジエーターの話も明快です。空ければ冷えるけど速度は低下、閉じると熱が籠もる代わりに速度はアップするという単純な話でした。

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