航空機時代の到来

ケイリーの研究から、世界各地で航空機の開発が盛んに行われ始め
た。中でも、気球や飛行船に関して世界一の先進国であったフラン
スでは、1890年、97年の２回にわたって蒸気エンジンを搭載した飛
行機の実験が行われた。しかし、このエンジンの形式では十分な推
力と揚力を得ることができなかった。

浮くための揚力は、飛行機の速度の２乗に比例する。つまり、エン
ジンのパワーが上がれば上がるほど飛行機も飛びやすくなるわけだ
が、もちろん速度が上がればその分だけ空気抵抗が増大する。

空気抵抗を減らすには機体をコンパクトにすればよいが、今度は主
翼の翼面積に比例する揚力が減少してしまい、機体にかかる重力を
支える力が得られない。このジレンマを打ち破ったのが、アメリカ
の建築家オクターヴ・シャヌートである。

彼は橋の構造をヒントに複葉式のグライダーを作り上げた。主翼を
２つに分けて上下に配置することで翼面積を拡大させたのだ。この
方式は、自然界には見られない形である。揚力を保ったまま空気抵
抗を減らすコンパクトな機体が完成したのだ。そして、こうした成
果がライト兄弟の開発した｢フライヤー｣に収斂してゆくのである。

1903年12月17日。アメリカ・ノースカロライナ州キティホークにお
いてライト兄弟の｢フライヤー｣は４回の飛行実験を成功させた。ち
ょうど100年前である。４回目には兄のウィルバーによって､飛行距
離260ｍ､滞空時間59秒の記録を作る。この時彼らは、離陸予定地点
に世紀の瞬間を撮らせるためにカメラまで配置していたという。い
ったい何が彼らにそこまでの自信を持たせたのであろうか。

今日、｢フライヤー｣が評価されているのは、ただ単に世界で初めて
動力飛行を行ったからだけではない。この飛行機には現在の飛行機
にまで至る原理のほとんどが内包されているゆえである。

例えば、｢フライヤー｣の主な構造は、軽い針樅(はりもみ)材の木製
翼に布を張っただけの簡単なものだった。しかしその構造は、自ら
作った風洞装置を用いて２年にわたる綿密な科学的研究を行った成
果だった。現在でも十分な揚力と小さな空気抵抗を実現させるため
の翼研究には風洞実験を欠かすことができない。

また操縦性も彼らにとっては大きな課題のひとつであった。同時代
の研究者たちが飛行機を浮かせることに躍起になっているころ、彼
らはすでに飛行中の姿勢維持や旋回についての研究を行っていた。

ライト兄弟以前の飛行機実験で特に多かった失敗は、飛行姿勢が上
を向きすぎて失速してしまうことだった。前述のリリエンタールも
これが原因で事故を起こしている。この操縦性と安全性の実現こそ
が飛行機実用化への鍵であるとライト兄弟は考えていた。

そこで彼らは｢フライヤー｣に上下運動を司る昇降舵(しょうこうだ)
と、尾翼を制御し左右に向きを変える方向舵を取り付けた。旋回に
ついては、元々自転車屋だったライト兄弟にとって原理は身体的に
わかっていたことだったのである。

自転車がある程度のスピードにある場合、曲がるためにはただハン
ドルを切っただけではうまくいかない。例えば、右にハンドルを切
っても左側に遠心力が働いて大きく膨らんでしまうため、曲がる方
向に体重をかけてバランスを取る必要がある。

空中でも同じことがいえる。方向舵を切れば空中を一周できるよう
に思われるが、実際に右旋回する時には、左向きの遠心力に対抗す
るため、機体を傾けて揚力の一部でバランスを取らねばならない。
そのため、旋回時には速度を上げて翼にかかる揚力を増やさなけれ
ば高度を失ってしまうことになる。

そこでライト兄弟は、旋回時に両翼を反らせるとともに操縦者が重
心を移動させることで機体を内側に傾ける方式をとった。自転車屋
ならではのユニークな方法といえるが、完全に旋回を行えるように
なるには２年間もかかったという。

現在の機種では、機体も大きくなっているため、主翼の両端に補助
翼を取り付け、旋回時には左右で逆方向にその補助翼を動かすこと
によって機体を傾ける工夫がなされているが原理は同じである。

ライト兄弟は「フライヤー」によって、操縦方法をはじめ原理的に
は現在の飛行機とほぼ同じものを開発したのである。この成功こそ
が｢飛行機の世紀｣と呼ばれる20世紀の幕開けを告げるものだった。

[3]へ続く