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羽ばたく翼をもった飛行機は実用的な意味はない？
飛行機の開発初期には羽ばたく翼をもった飛行機が試作されていたようですが、気候的にはともかく、羽が羽ばたいても役に立つ用途が見つからないのでしょうか。うまく飛べても、現在のヘリコプターの受け持ち範囲と変わらないのかとも思いますが・・・
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「実用的」の意味が「人間や荷物を運ぶ」という用途についてのみ考えるなら、お考えの通り羽ばたき方式は全く非実用的です。 しかし、飛翔体のサイズが数センチ程度以下になってくると、飛行機のような固定翼式やヘリコプターなどの回転翼式よりも、逆に羽ばたき式の方が運動性能や効率が良くなることが知られています。 これは空気の流体力学的性質によるもので、簡単に言えば、飛翔体サイズが小さくなるほど空気は相対的に「ねっとり」してくるからです。 現在でもハト～カモメサイズならば羽ばたき飛行機は（オモチャとしてですが）実用化されています。 https://www.youtube.com/watch?v=nnR8fDW3Ilo 近い将来に動力機構や動力源や制御の方法が改良されれば、数センチ～数ミリの超小型の非常に「実用的」な羽ばたき式飛翔体が作られることでしょう（それが軍事用でないことを祈りますが）。
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- foomufoomu
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すでにほとんど答えが出ていますが、 自然界を見ても、小型の鳥ほど速く羽ばたき、ワシのような大型の鳥は羽ばたきせずに滑空で飛ぶ時間が多いです。 さらに大きな飛行機では、羽ばたきは効率の悪い飛び方になります。
お礼
ご回答ありがとうございました。
- SPROCKETER
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羽ばたき機は実際に作って飛ばした事があります。数十cmの大きさの模型飛行機でゴム動力で飛ぶものでした。翼はセロファンを木製の機材に貼り付けたものでしたが、あまり良く飛ばなかった記憶があります。 羽ばたき機は大型化するよりも小型化に適した構造の航空機で、顕微鏡サイズの小さなものが作れれば、かなり飛ぶはずです。 羽ばたき機を最新の技術で作るのであれば、細くてワイヤーのような軽くて丈夫な構造材、非常に薄くて軽く丈夫な薄膜フィルム、超小型で軽く長時間使える動力装置が必要です。 昔の羽ばたき機の１０分の１から１００分の１の重さで製作出来れば、かなり飛ぶと思います。 羽ばたき機の弱点は、上下振動しながら波打つように飛ぶので、有人機には適さないのと、回転系では動力の変換効率が低いので、人工筋肉のような動力の方が適していることでしょうか。 電流を通したり、切ったりすると、伸び縮みする形状記憶素材があれば、羽ばたき機の動力に使えるかもしれません。
お礼
小さな虫のほうがよく飛べるということと共通のことなのでしょうか。比較的大きな体をしている鳥があれだけ飛ぶことをほめるべきなのか、いろいろ考えさせられました。模型の羽ばたき機は、これはこれでぎりぎりの制約の中で作られているのでしょうね。勉強になりました。
有人機の試作はされた事がありますが、振動がすごくて乗り物としては成り立たないようです。 回転運動と違って往復運動ですのでその振動を消すのが大変だろうと思います。 まあ、無人機で超小型のドローンなどには適してるかも知れませんけど。
お礼
振動はゼロ戦の開発時にも大きな問題となっていたとどこかで読んだ記憶がありますが、よほどの利点がない限り羽ばたかす意味が出てこないのでしょうね。ご教示ありがとうございます。
- QCD2001
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新しい装置を「開発」するときは、新装置に欲しい機能があるかどうかを考えますが、これを実用化しようとするときには、故障しないかどうか、を考えます。機械で壊れやすいのは可動部分です。羽ばたき飛行機は、羽が羽ばたくときのちょうつがいの部分が一番壊れやすい部分になります。そして、その部分は飛行機の全重量を支える部分ですから、もっとも大きな力が加わる部分になります。 つまり、最も壊れやすくて力を加えたくない部分に、最大の力が加わるような構造になるわけです。従って、実験でならともかく、実用としてはすぐに故障するので無理、という結論になります。 ところで、他の回答者が超小型の羽ばたき飛行機の話題を挙げてくれました。超小型機であるなら可動部の強度の問題は小さいことによって解決されるので、可能かもしれません。 サイズを2分の1にすると、ヒンジの断面積は4分の1になり、強度も4分の1になりますが、重量は3乗で効いてくるので8分の1になります。強度が4分の1で重量が8分の1であるなら、強度を2倍にしたのと同じことになります。振動をどうにかできれば、超小型の羽ばたき飛行機は面白いと思います。
お礼
いろいろな見方があることを教えていただきました。大変為になりました。どうもありがとうございます。
- tetsumyi
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皆さんは羽ばたきが効率が悪いと考えているようですが、自然界の作りはもっとも効率が良い手段を使っています。 翼そのものが自重を支えエンジンであり推力を発生するのですから、全く無駄がありません。 今の飛行物体は回転エンジンを使う為に、これを羽ばたきに変えようとするから複雑で効率が落ちることになります。 エネルギーを直接効率良く伸縮運動に変えるような機構が発明され、空気抵抗を極限まで減らすことができる鳥の羽のような物ができるなら、羽ばたきは非常に効率が良くなるはずです。 グライダーはエンジン無しで長距離飛行可能ですから、飛び立つ時だけ力いっぱい羽ばたけば上昇したなら軽いゆっくりとした羽ばたきで飛び続けることができるはずです。 このようなゆっくりとした羽ばたきは、乗っている人にとってはうるさいエンジン音のない気持ち良く快適な乗り心地になると思います。 ただ、風や雨に対しては弱いので気象条件を考えて飛行しないと危険かもしれません。
お礼
船でいえば帆船のようなものに相当するでしょうか。新しい素材で、適したものがいつ出てくるるか、わかりませんね。ご教示ありがとうございます。
- Sasakik
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因みに・・・ アメリカでは数センチ程度という超小型のMUAV（Micro Unmanned Aerial Vehicle：超小型無人航空機・・・流行の言葉で言うと超小型ドローン）を開発中だけど、小型化を追求した結果、プロペラ、ローターやジェットによる固定翼、回転翼では、あまりに非効率になるため、ごく近い将来「羽ばたき型」の飛行体として実用化できるらしい（軍事機密レベルだから、性能の詳細は明らかになっていない）。 小型＝軽量ということで、もともと振動も少ないし、何よりも「無人」だから・・・因みに、羽（推進翼）の動力源は電動モーターで、小型のキャパシター（コンデンサー）搭載で、主電源は、指令（要するに”ラジコン”の）電波に乗せた”非接触電力伝送”によるとのこと。 ついでに言うと、素材や構造（強度）の問題があるので「小さいのが出来たから、拡大すれば良いだけ」なんて単純な発想も通用しないのが現実。
お礼
機構のほかにサイズという問題もあるのですね。ご教示ありがとうございます。
- Mokuzo100nenn
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鳥などの生物は回転機構を持てない為、往復運動で推進するしかできません。 ところが、機械は、プロペラであれ、タービンであれ、回転機構が実現できます。 往復運動と比較すると、回転運動は質量の加速・減速が不要なので、効率が良いのです。 回転運動が可能な機械が往復運動で推進するメリットは無いということになります。
お礼
回転運動も往復運動も復元するというところは同じでも効率が違うのですね。ドローンでも蜂鳥と同じような運動性を持てるというのは人間の想像力（創造力）の優れた面の表れでしょうか。ご教示ありがとうございました。
- trytobe
- ベストアンサー率36% (3457/9591)
鳥のように、胴体の重量が非常に軽い（翼以外の部分の重量の比率が小さい）構造体でないと、翼の上下動で空気を動かして持ち上げる、というパワーを生み出せない、 という壁が、 「胴体に人間や貨物を乗せている」目的には合致しない、ということでしょう。 翼を上下させて空気を後ろ後方に押して、「空気の中を泳いで浮かび上がるような」ことができる翼の大きさを動作幅を確保すると、空気を押しのける力に耐えうる強度と剛性がある素材でなくてはならず、その素材としての強度的ハードルも、胴体部の重量に比例して厳しくなりますから。
お礼
ご教示をうかがって、人間が作った道具は、目的は自然に対する模倣でも仕組みは全く関係がないということなのかもしれないと思いました。アリの巣と都市のように、しかしいったん作られると、はじめは自然のまねだったことを忘れさせるほど別のものになってくるのが怖いというか不思議とも言えるように思います。貨幣や、原発だっておそらくはじめは自然を真似したものが変化してきたはずだと思うようになりました。
開発の初期ということは、それなりに昔のこと。 当時は飛ぶ=鳥 という考えだったのでは？ そもそも黎明期、鳥の羽ばたきの仕組みも解明されていない時代の構想なので、取り上げ鳥類を真似てみよう案だと思いますが
お礼
鳥のまねをして空を飛ぼうとしたならば当然だったのでしょうね。ムササビのようなものからだったら固定された翼をもって滑空するような飛行機が考えられたかもしれません。
トンボをベースに開発アイデアはあるらしいです。 ローター音を響かせることなく、ヘリコプターと同等の機動が出来るらしい。 ただ、エンジンや燃料、機体構造の重さが・・・ それらを支えるだけの羽根の構造・構造重量、羽根自体の強度など、現在の材料では難しいみたい。 とっても複雑な動きをしますから、それらをどう動かすかも問題ですし。
お礼
機構的には実に難しいのでしょうね。アリなどに食われて、４枚の翅だけになったとんぼの体は高く持ち上げて手を離すとグライダーのように水平に滑空していきます。トンボも飛ぶためには羽ばたいているはずですが基本的には固定翼的なのかもしれません。曲芸的な飛行もこなしますからトンボはすごいものだと思います。
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お礼
ご教示ありがとうございます。素人には名も知れない小さなハエのような生き物は無数に生息していますね。バイオミメティクスというのでしょうか、機構にしても素材にしても研究がずいぶん進んでいることが想像されます。残念なことにこれは極秘の軍事研究ではないかと思われます。嫌われ者のゴキブリだって見方によっては格好の羽ばたき飛行機のモデルなのでしょうね。