トンボの形をした紙飛行機の安定性について

質問

ストローを胴体にしてＸ型の４枚の主翼を持った紙飛行機は頭に適当な重りを付けると尾翼がなくてもよく飛びますが、普通の紙飛行機のように決まった飛び方はせず、投げるたびに違った飛び方をします。どこか本物のトンボのように思えるのですがどのように理解したらよいのでしょうか。

回答No.1

mazeran · ベストアンサー

トンボのような４枚の羽根を持つ昆虫の飛翔理論は、現時点での現代科学ではまだ解明されていません。
ですので、単に「Ｘ型の４枚の主翼を持った飛翔体」と考えて、簡単に教示させていただきます。

Ｘ型の４枚の主翼を持った紙飛行機は、翼の幅に対して長さが長いですよね。もちろん普通の紙飛行機と比べてです。
翼の材質にもよりますが、一般的に幅に対して長さが長い翼には、「フラッタ」と言う「振動」が発生し易いです。
毎年、琵琶湖で行なわれるあるコンテストでも、プラットホームから飛び出してすぐに翼が空中分解する機体には、「捻り折られる」現象が確認できると思います。
捻りに対して構造の強度が弱いと折れてしまい、強いと振動してしまう可能性があります。
細長い板状のものに風（空気）を当てると、風の力で翼が捻られ、飛翔体の進行方向に対しての「迎え角」が変化するわけです。
その変化が極微小であっても、ストローを胴体にしたような軽い機体にとっては、非常に大きな変化を与えるものとなり、投げるたびに微妙な初速の変化や上下方向に対しての加速度の違いで、Ｘ翼に「撓り」が発生して「迎え角」に変化を与えます。
恐らくその影響で投げるたびに一定の飛び方をしないものと思われます。

そしてＸ翼は、見かけ上、翼の幅が広くなるので、「ピッチング」（左右の翼の先端を結ぶ線を軸として、機体が回転すること）対して、尾翼（水平安定板）が不要になる場合があります。

昆虫の専門家ではありませんが、トンボは４枚の羽根を独立して羽ばたかせて飛んでいるようです。と言うことは、４枚の羽根の揚力はバラバラだと言うことです。
今回のＸ翼の紙飛行機も、どちらかと言えば翼が捻られることで４枚の翼も揚力はバラバラなのでしょう。
そう言う見方をすると、一見、トンボのように見えるのだと思います。

お礼

御懇切な御回答をありがとうございました。以前本物のトンボの４枚の羽が胴体の部分は失われた形で道に落ちていました。この羽を拾って高い所から落としてみましたら文字どおり滑るように滑空していきました。何度やっても実に安定して（言い方に矛盾がありますが）これはトンボのようにスイスイという感じではなく性能のよいグライダーを見ているような感じでした。これは重たい胴体がないこととためと推進力ががないためとではないかと漠然と思っていました。このことに感激して紙で作ってみたのですが、今回のご教示内容は実に腑に落ちる内容でした。再度お礼申し上げます。

回答No.2

mazeran

大変ご丁寧なお礼をいただき、こちらこそありがとうごさいます。
少し追加情報としてアドバイスさせてください。

質問内容と言い、お礼の中に書かれていた内容と言い、なかなか好奇心旺盛な方なのか、はたまたその筋の専門家なのか、いずれにしても失礼な言い方にるかも知れませんが、凡人ではなさそうですね。

トンボの羽に目を付けられ実験までされるとは、すばらしい探究心だと思います。
実はトンボの羽に学んで、今、専門の方々はいろいろな解析を試みて実験されているようです。
しなやかでありながら、先にも言いましたが「フラッタ現象」が決して悪い方向へ行かない。羽の幅に対して長さ（アスペクト比と言います）が長いのに、羽を動かす筋肉の動きで忠実に操作して思い通りに飛ぶことができる。
今の人類の飛翔理論ではまったく解明できない、未知の飛翔理論の可能性が高いのです。
この研究を進めれば、今現在研究されている「斜め翼」や「Ｘ翼」の研究の成果に繋がるのだと思います。
ただ悲しいことに、これらはまず軍事目的に開発が進められているので、辛いところもあります。

＞適当な重りを付けると尾翼がなくてもよく飛びますが・・・
トンボからこの発想・発見する力はすばらしいと思います。

お礼

ご丁寧にお話しいただき感謝いたします。なるべく勉強してゆきたいと考えております。