タンデム翼機

概要

タンデム翼機（タンデムよくき、Tandem wing aircraft）とは、固定翼機の構造様式の一つで、機体の前後両方に揚力を生み出すための主翼を備えた形態を指します。一般的な飛行機が胴体中央に主翼を配置し、後方に尾翼を持つ構成であるのに対し、タンデム翼機では前後の翼がそれぞれ機体の総揚力の一部を分担します。この構造は「串型機（くしがたき）」とも呼ばれます。

歴史的背景

この独特な翼配置は、重航空機による動力飛行がまだ確立されていなかった黎明期、特に20世紀初頭までは比較的見られました。飛行機の形態が模索されていた時代において、様々な試みの一つとして設計、あるいは実際に製造されました。しかし、ライト兄弟が成功させ、その後の改良を経て確立された現代的な飛行機の基本形態（機体中央の主翼と後方の尾翼）が主流となるにつれて、タンデム翼機は急速に廃れていきました。現代においては、特に実用機として採用される例は極めて稀です。

分類

タンデム翼機として分類されるのは、文字通り機体前後に揚力を担う主翼を持つ機体です。前後の主翼に加えて、さらに安定性向上のための尾翼を備えている機体も、前後の翼が揚力を担うという要件を満たしていればタンデム翼機に含まれます。例えば、航空黎明期に活躍したサミュエル・ラングレーのエアロドローム系列がこれにあたります。

一方、機体前方に小さなカナード（先尾翼）を備えている機体は、そのカナードが常時揚力を発生させる設計であっても、通常は後方の主翼が揚力の大半を担うため、タンデム翼機とは区別されます。タンデム翼機は、前後の翼が比較的同等の面積を持ち、それぞれが相応の揚力を分担するという点が特徴です。

構造上の特徴と設計思想

タンデム翼機の典型的な構造は、機体の前方に一枚、後方に一枚の主翼（あるいは複数枚の翼列）を備え、これらの翼の面積がほぼ等しいことが多いです。そして、これらの前後の翼が、機体の総揚力のうちほぼ同じ割合を分担するように設計されます。安定性や操縦性をより確実にするために、別途尾翼が追加される場合もあります。

かつて、タンデム翼構造には以下のような利点があると考えられていました。

大きな翼面積の確保: 全体の翼面積を容易に大きくすることができ、これにより翼面荷重（単位面積あたりの重量）を小さく保てました。これは、エンジンの出力が非力であった時代には有利な特性でした。
翼の強度の向上: 全体の翼面積が同じ単葉機と比べると、一枚あたりの翼を小さくできるため、構造的に強く設計しやすいと考えられました。
ピッチ安定性の向上: 機体の前後に大きな翼面があることで、機体の縦揺れ（ピッチング）方向の安定性が自然に高まると期待されていました。

実際の性能と課題

しかし、理論上の利点とは異なり、実際のタンデム翼機にはいくつかの課題が存在することが明らかになりました。

後翼の効率低下と不安定性: 最も大きな問題の一つは、前方の翼が作り出す気流の乱れが、後方の翼に悪影響を与えることでした。これにより、後翼の揚力発生効率が低下し、期待したほどの揚力が得られにくくなる上、前の翼の乱流によって後ろの翼が揺すられ、ダッチロールと呼ばれる不安定な横揺れが発生することがありました。近年のタンデム翼機では、この干渉を避けるため、前後の翼の縦方向の配置をずらすといった工夫がなされています。
代替手段の優位性: 大きな翼面積や翼の強度を確保したいという目的であれば、主翼を上下に重ねた複葉機や三葉機という選択肢があり、これらは構造的な結合（桁など）によって強度を高めることが容易でした。また、ピッチ方向の安定性や操縦性は、機体後方の尾翼や機体前方のカナード翼（先尾翼）によって十分確保できることが分かりました。
誘導抗力の増加: 揚力を発生させる翼の端からは「翼端渦」と呼ばれる渦が発生し、これが誘導抗力と呼ばれる抵抗の主要因の一つとなります。タンデム翼機は、主翼の翼端が単葉機よりも多くなるため、翼端渦による誘導抗力が増加しやすく、これが燃費や最高速度性能に不利に働く要因となります。

歴史上のタンデム翼機

動力飛行の黎明期には、タンデム翼機は実験的な機体として複数登場しました。1830年代にはトーマス・ウォーカーがタンデム翼機の設計を行い、1870年代にはD・S・ブラウンが模型でのテストを行っています。

D・S・ブラウンの影響を受けたサミュエル・ラングレーは、1890年代に「エアロドローム」と名付けた動力つき大型模型機シリーズを開発しました。これは複数の翼列を持つタンデム翼に近い構造で、1896年には蒸気機関を搭載した4号機が数百メートルの飛行に成功し、動力模型機としては画期的な成果を収めました。しかし、ラングレーが開発した有人フルサイズ機「エアロドロームA」は、1903年10月に二度の離陸失敗を喫します。そのわずか2ヶ月後、ライト兄弟が世界初の有人動力飛行に成功し、航空機の歴史は新たな段階に入りました。

ライト兄弟のフライヤー号は前翼（カナード配置に近い）を持っていましたが、その後の航空機の発展においては、胴体中央の主翼と後方の尾翼を持つ構成が標準となりました。第一次世界大戦頃にはこの形態が確立され、以降はジェット化による後退翼の採用など部分的な変更はありましたが、基本的な配置は現在まで続いています。このような流れの中で、タンデム翼構造は、プッシャー式（推進式）などと同様に、特定の目的や実験的な設計を除けば、ほとんど見られないマイナーな形式となっていきました。

現代においても、特定の設計思想や目的からタンデム翼が採用される例は存在します。著名な航空機設計者であるバート・ルータンが設計したQuickieシリーズや、スケールド・コンポジッツ社の高高度長時間滞空機であるプロテウス、ホームビルト機として知られるプー・ド・シェルなどが挙げられます。また、グライダーの分野では、1905年にジョン・ジョセフ・モンゴメリーが製作した機体がタンデム翼構造を採用していました。非常に特異な例としては、1920年代にイタリアで試作された巨大飛行艇カプロニ Ca.60があり、これは機体前後にそれぞれ3段の三葉翼を持つ、合計9枚もの主翼を備えたタンデム三葉構造でした。

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