翼桁

固定翼機の翼桁

固定翼機における翼桁は、主翼の基本的な構造要素であり、飛行中の荷重を支える役割を果たします。翼桁は、機体の胴体に対して直角に配置され、翼幅に沿って伸びています。また、後退翼を持つ機体の場合は、その角度に応じた配置がなされます。翼桁は、主翼の重量を支えるだけでなく、他の構造部材と組み合わせて全体の剛性を確保します。複数の翼桁が使われたり、場合によっては翼桁が存在しない設計もあります。しかし、最も荷重を負担する単一の翼桁は「主桁」と呼ばれ、主翼の中心的な構造として重要です。

応力と荷重

翼桁には、飛行中や地上にいるときにさまざまな形で応力が作用します。主翼から発生する揚力が上向きの応力を生じさせ、逆に地上では主翼や燃料、エンジンの重量が下向きの曲げ荷重を引き起こします。また、対気速度や慣性により抗力荷重が生じ、さらに慣性モーメントによる荷重や操縦時のひねりが加わります。特に、急激な飛行状況においては、これらの荷重が整数倍に増幅されることがあります。

飛行機の設計においては、これらの荷重に対して耐えられる翼桁が求められ、特に曲技飛行を行う機体では、設計者は安全に耐えられる強度を確保するための工夫を行っています。

構造と材料

木製翼桁

初期の航空機では、スプルースやセイヨウトネリコなどの無垢材が翼桁に使われてきました。これらの翼桁は、さまざまな断面形状で加工され、主に上半角を保つための加工や積層構造が用いられました。木材の欠点としては気候条件や虫害、生物的要因による劣化が挙げられ、定期的な検査が必要です。

金属製翼桁

ゼネラル・アビエーション機などでは、金属製の翼桁が主に使用されます。この場合、アルミニウムのシートから作られたスパーウェブが一般的で、躯体強度を確保するため、リベットや溶接によりスパーキャップが取り付けられています。金属疲労は航空事故につながることがあり、特に古い機体での問題が指摘されています。

管状金属翼桁

ユンカース J.Iなどの歴史的機体は、管状の翼桁構造を持ち、その構造の複雑性と強度が向上しました。このような設計は今でも多くの航空機で採用されており、効果的な負荷分散が可能です。

複合材料

現代の航空機では、炭素繊維やケブラーといった高性能な複合材料が使われています。これにより、強度を維持しながら軽量化を図ることができ、特に高性能のグライダーなどにおいて有効です。

多桁構造

3本以上の翼桁を持つ機体は「多桁機」とされ、複数の小さな翼桁を使用することで主翼の薄型化が実現されます。これにより、航空機の抗力が軽減され、特に高速飛行に適した設計が可能です。

補助桁

補助桁とは、胴体に接合されていないが荷重を受ける構造部材であり、主にエルロンなどの動翼を支持するために使用されます。航空機の設計では、これらの部材が効果的に荷重を分散し、操縦性を向上させます。

このように、翼桁は固定翼機における重要な構造要素であり、その設計と材料の選定は飛行機の性能や安全性に直結しています。

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