トットさんの航空力学教室
8.エンジン出力と安定性
(1)縦の静安定とプロペラ
大きな迎え角の姿勢で飛行しているときは、プロペラの回転面を通過する気流は回転面のところで急に方向を変え、さらに加速されるためにプロペラ回転軸に直角な力が作用するようになり、迎え角をさらに大きくしようとするモーメントを生じて安定性を低下させる。
最近の高バイパス比を有する大口径ターボファンエンジンでも同様の機種上げモーメントが発生する。ポッド形式で翼の前に突き出す形式では、この傾向は更に強まる。
(2)エンジン出力と安定性(1/3)
プロペラの軸線、つまり推力線および機体の抗力線は、実際は重心を通っていないのが普通
推力線が重心より上にある場合、エンジン推力は重心周りに頭下げのモーメントを生ずる。(下にある場合は頭上げモーメント)
一般に、推力アップすると速度アップ→揚力増加→頭上げモーメント発生となるから、どちらかと言えば『推力線が重心より上にある場合』のほうが『頭下げのモーメントを生ずる』ため両者がキャンセルされて操縦しやすい(安定側)となる。
いずれにしても、エンジンの出力変化によって縦揺れモーメントが変化し、安定性に影響を及ぼす。
しかし超小型機BD−5では、推力線が重心から極端に上に存在するため、縦の静安定そのものは本来『安定』方向の筈だが、ピッチトリムで頭上げにしてエンジン推力の作成する大きな頭下げをキャンセルして飛行することになる。
そのため、例えばフルパワー時にエンジンフェイルすると、2秒以内にパイロットが頭下げ動作しないと、あらかじめ設定していた「ピッチトリムによる急激な頭上げモーメント』のため、迎角過大となり、即座に失速してスナップロール→墜落してしまうといった致命的な欠陥が生ずることになる。超小型機の設計時にはモーメントの釣り合いが極端に敏感であることを考慮すること。
(3)エンジン出力と安定性(2/3)
大型ジェット旅客機の翼の前縁下方にエンジンをつり下げて取り付ける翼ポッド方式は、この影響が大きい
例えば上記のDC−10の場合、No1&3エンジンの推力を上げると頭上げモーメント、N02エンジンでは頭下げモーメントを発生する。このことを使って、ピッチコントロール系統が破損しても不時着に成功したことすら存在する
どちらにしても、推力線と重心が離れているほど推力の増減によるモーメント変化は著しい
出力変化の安定性に与える影響は、一般的に言われていたのは『ジェット機ではプロペラ機ほどではない』だったが、低燃費を重視した大きなファンカウルを有している機体では、大きなプロペラに似た『回転軸に直角な力』が作用するため縦揺れモーメントの変化には十分な配慮が必要(B737MAX機事故参照)
(4)エンジン出力と安定性(3/3)
プロペラ機の場合はプロペラ後流の中に翼、胴体、水平尾翼などが入っているため、エンジン出力や姿勢の変化に伴って流れが変わり、主翼や水平尾翼の揚力が変化するため安定性に影響を及ぼす
参考文献 (1)日本航空技術協会 航空力学 (2)航空情報別冊 軽飛行機の操縦 入門編
- 続く -