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「地球は丸かった」…準軌道飛行の眺め

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なし 「地球は丸かった」…準軌道飛行の眺め

msg# 1.6.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1
depth:
27
前の投稿 - 次の投稿 | 親投稿 - 子投稿.1 | 投稿日時 2015-2-1 13:10 | 最終変更
hide  長老 居住地: 兵庫県  投稿数: 650
hideです、どうも大変長らくご無沙汰しました。
　「手探り航法・旅日記」に書かせて戴くのは昨年9月、富士山頂にヘリでレドーム骨格を空輸して以来ですね。FlightGearがv3.2に移行してからも、幾つか新しい試みを思いついたのですが、残念ながら多くは技術の壁に突き当たり、成果をお見せできませんでした。
　しかし、仮想世界を飛んでいないわけではありませんので、ここ数カ月のメモを読み返して、比較的うまく行った事例を拾い出し、久しぶりに近況報告をさせて戴こうと思います。

●●天に矢を放つ…NF104Aで高高度へ：
　もうすぐv3.4が出るというのに、今ごろv3.2のお話も恥ずかしいですが(^^;)、このバージョンになってから新たに、Earthview orbital rendering という機能が加わりましたね。ほぼ宇宙空間の高さから、非常に広範囲の地表が見える仕掛けで、FlightGearとしては初の、大地を球体として画面表示する機能です（ふだん見えている地表は平面）。すでにUFOで試された方も多いことでしょう。画像が粗くてボケボケではありますが、高度によっては日本列島の大部分を含む巨大視野が得られ、しかもグラフィックの負荷が、比較的軽いのはありがたいです（v3.2は全般的に、画面表示が多少は軽くなった気がします）。天球が壊れたり大地が白くなったりせずに、世界が正常に表示される最大高度は100キロ（約30万ft）です。

　高度100キロは、FAIの定義では大気圏と宇宙空間を分ける仮想の境界線で、「カーマン・ライン」と呼ぶそうです。トム・ウルフの名著「ザ・ライト・スタッフ」では、宇宙空間の定義を高度80キロ以上としており、従来のFlightGearでも80キロが、正常な天球表示の限界だったことから、すっかり80キロ説を信じていたのですが、実際は高度100キロが正しかったのですね(^^;)。いずれにせよ、この巨大視野はUFOから眺めるだけでは面白くありません。まともな航空機で、宇宙とまでは行かなくても…せめて半分程度の高さまで、久しぶりに上がってみたくなりました。

　まずX-15を起動しましたが、私の環境ではコクピットが表示されず断念。お馴染みの、helijahさんの格納庫サイトから NF-104A をダウンロードしました。本機は、F-104の垂直尾翼付け根に推力6000ポンドの液体燃料ロケットを追加し、主翼をやや延長して、高度12万5000ftを狙った実験機です。翼端や機首などに宇宙船並みの過酸化水素スラスターを12基設け、舵の利かない超高空で姿勢制御する仕組みでした。アメリカは一時期、X-15など有翼ロケット機による軌道飛行を計画しており、NF104Aはスラスターの実証試験と、パイロットの訓練用だったようです。
　「ザ・ライト・スタッフ」によりますと、あのチャック・イェーガーも、本機で高度世界記録に挑戦しています。しかし予備テスト中に、弾道飛行の頂点（10万4000ft）で機首を下げようとしたところ、スラスターがうまく利かず、機首上げ姿勢のまま落下してフラットスピンに入りました。主エンジンはすでに上昇中、過熱のため止めており、再点火するには機首を下げて、風圧で回転を上げる必要があります。しかし水平尾翼が上昇トリムのまま固着しており、機首は下がりません。機首を下げるには、まずエンジンを回して油圧を上げ、水平尾翼を動かす必要があります…。
　…手詰まり状態でスピンが続き、2万1000ftまで落下。イェーガーはドラグシュートを開いて機首を下げましたが、エンジンは再始動できず、万策尽きてベイルアウトしました。降下中に大やけどを負った場面は、確か映画の「ライトスタッフ」にも、簡略ながら描かれていました。

●●癖の強い操縦性：
　FlightGearのNF-104AはYASim機で、パネルのスイッチで補助ロケットのオンオフが可能です。ジェットエンジンと併用して上昇すると、離陸後たった数分で高度6万ftを超えますが、この辺が上昇の限界で、実機の半分くらいの性能しかありません。また操縦性が難物で、舵の動きにタイムラグが作ってあり、操舵時も中立に戻す時も、常に遅れてジワリと舵面が動きます。たぶん実機もそうなのでしょうね。
　特にヨー軸の制御が困難で、うっかり大バンクを掛けると、水平に戻すのが大変です。空気の希薄な高空では一層、ヨー方向の安定が失われ、不規則なロールが止められず、機首も下がって一時操縦不能になる癖があります。昔のロケット実験機は、超高空でしばしばイナーシャー・カップリング（3軸すべてが絡む複雑な自転）を起こし、文字通り空中を転げ回ったそうですので、リアルと言えばリアルなのかも。スピードブレーキが省略されているのも不便で、私は最初のテストで羽田へ戻る際、高度と速度の処理に苦労して、とうとう東京湾を一周してしまいました。
　Ｂ滑走路上空を行って戻って、まだグライドパスよりずっと高いので、私は苛立ってバレルロールで減速・降下しましたが、今度はロールが止まらなくなってしまい、滑走路寸前にハードランディング…と言いますか、要するに墜落。まことに残念無念です。

　同じロッキードのSR-71（YASim版の方）も試しましたが、こちらもよく似た操縦性で、3万ftくらいまで上がるとロールが制御困難になって高度を失います。いっぽう、同じSR-71でも akakim さんが言及されていた JSBsim 版の方は、なかなか見事な出来映えですね。今回の書き込みのため、初めて飛ばしてみました。本機の上昇力は3万4000ft付近で、いったん頭打ちとなります。helpによりますと、ここからは30000ftまで降下して加速し、抵抗の大きい遷音速域を乗り越えて、超音速で上昇を再開することになっています。非常に面白い飛び方ですが、私は何度試しても音速突破に手間取り、結局は推力を２割増やしたうえで、8万3600ftまで上昇することが出来ました。

●●JSBsimのＦ104を、NF104に仕立て直す：
　お話を104に戻しますが…当サイトの「機体データV3.0.0」コーナーには、「NF104A」の他にも「NF104」と表記された機体がもう一機あり、実は中身は普通のF104です。こちらはJSBsim機で操縦性はずっと良好。コクピットもはるかに丁寧に作り込まれています。そこで、この機体に補助ロケットエンジンを追加して、NF104風に改造してみることにしました。

　まず、JSBsim機の３Ｄデータから、標準の短い主翼とチップタンク、空中給油プローブを取り去り、NF104の長い主翼とロケットエンジンの外形を移植。軽く飛行テストを行うと、アプローチ時にかなり機首下げの癖があったので、重心位置を微調整。地面にお尻を着かないよう、タイヤの接地位置も調整して、ひとまず快調に飛べるようになりました。
　いよいよエンジン関係のファイルを改造しようと思ったのですが、私の手には負えませんでした。X-15を参考にしたところ、JSBのロケット推力に関する記述はなかなか本格的で、比推力とノズル断面積、ノズル圧を決めて間接的に定義するようになっています。つまり、推力欄に「6000Lbs」と記入するだけじゃダメなのです。
　このあたりの計算は、今から少々勉強しても追いつかないと思い、代用品としてジェットエンジンを１基増やすことにしました。気圧変化を再現するテーブル数値を、１グループまるごと1.0000に書き換えたので、高空でも推力が低下せず、ロケット的に振る舞ってくれるはずです。
　キー操作で任意にエンジンをオンオフするのは、残念ながら無理でした。何とかスターターを回すところまでは行きましたが、点火できませんでした。やむを得ず現在は、起動時からロケットエンジンを作動させておき、フルスロットルで何分か使うと、専用タンクが空になって停止し、あとは正規のジェットエンジンだけで帰還する方式です。この作戦は一応うまく行きました。

　私はこの改造機で、最終的には高度10万ftを少し超え、Earthview orbital rendering のお陰で日本海と太平洋、琵琶湖に大阪湾などを一望する視界を楽しみ、大いに満足しました。
　ただし本機は高高度への上昇時に、仰角を60度以上くらいに取っておかないと、加速に従って機首が下がり続け、引き起こし不能になる癖があります。スロットルを閉じてもブレーキを掛けても、真っ逆さまに加速を続け、気速計が700KIASを越えて仰天しましたが、チャック・イェーガーの故事を思い出してドラグシュートを開いたところ、幸い急減速に成功。300KIASでドラグシュートを捨てて機首を引き起こした時は、まことにホッとしました。

●●成層圏のトンビ、U-2と出会う：
　NF104改は、まさに天を射る矢のような飛行機です。推力さえ増やせば、宇宙空間とされる高度に軽く届くでしょう（2009年4月25日の『手探り航法・旅日記（その２）』では、すでにT-38改造機による35万5130ft達成をご報告しました）。しかしFlightGearでは、第一宇宙速度（軌道に乗る最低速度＝7.9km/s＝約1万5400Kt）の数倍までUFOを水平加速しても、軌道飛行はしない（経度で120度近く飛んでも、地球の裏の遠地点に向けて上昇する気配がまったくない）ので、ロケット機がどんな高速で上昇しても、結局は弾道飛行をするだけで、あまり意味がない気もします。
　そこで趣向を変えて、超高空をふんわり長時間・長距離飛行できる機体はないかと探し、昨年の暮れごろにU-2に行き着きました。ご存じ冷戦のさなかに、7万ftの超高空を巡航した戦略偵察機で、ロッキードP38やエレクトラ、コンステレーション、F104などを設計した鬼才、ケリー・ジョンソンの作品。1955年に初飛行し、翌1956年にはソ連偵察を開始しています。

　7万ftは、当時としては撃墜不能の高度で、ロッキード社とCIAはソ連のミサイルが届くようになるまで、少なくとも2年は大丈夫と踏んでいました。実際は、1960年5月にゲリー・パワーズが初めて撃墜されるまで、本機はたっぷり４年間、ソ連主要部を自在に飛び回りました。ジョンソンの後継者、ベン・リッチが書いた「ステルス戦闘機―スカンク・ワークスの秘密」（講談社、1997年）には、U-2開発の苦心談や、パイロットたちの手記が紹介されています。ソ連の新たな核実験場を見つけて真上を飛んだら、たまたま原爆の起爆寸前で肝を冷やしたり、単機で飛ぶU-2のはるか下から数十機のミグが追いすがり、必死にズーム上昇を掛けては失速して墜ちていくエピソードなど、まさに体験者でなくては語れない、迫真の物語を堪能しました。

　U-2は低い翼面荷重（１sqftあたり４Lbs＝通常の旅客機の３分の１）を持った、一種のジェット版モーターグライダーで、低空では極めて失速しにくく、実機は滑走テスト中、わずか70KIASで勝手に離陸したそうです。ただし空気が非常に薄い作戦高度では、フライト・エンベロープ（縦軸に高度、横軸に速度を取った、飛行可能範囲を示すグラフ）の狭い頂点へスッポリ入って飛ぶことになりますので、これ以上加速できないが、わずかでも減速すれば失速するという、難しいフライトが当たり前でした。うかつに旋回すると内側の翼は失速してバフェット（振動）を起こし、同時に外側の翼は高速バフェットを起こしたそうです。

　　　　　○

　FlightGearの機体も大変軽く、満タンでも60Kt未満で離陸してしまいます。翼幅が非常に大きいため、舵の反応は鈍いですが素直で、失速特性もよく、操縦性は優秀。もちろん滑走距離は短いです。離陸時に両翼の補助輪を自動的に切り捨てて飛行し、着陸後は不安定なタンデム2輪となりますが、練習を重ねると完全停止するまで、対気速度がせいぜい10Kt近くあれば、ちゃんとエルロンで水平を保つことが出来ます。このあたり、機体を風に正対させてバランスを取る、グライダーの初級訓練みたいですね。ちなみにフラップは4段、スポイラー連動のスピードブレーキは５段階に作動し、いずれも利きは十分です。

　最大の欠点は、前後輪とも向きが固定されており、ラダーだけでは地上でうまく向きを変えられず、滑走路から飛び出すこと。一時は、似通った胴体を持つF104（U-2試作機は実際に、XF104の機首を転用）から脚を移植しようかと思いましたが、これもなかなか面倒です。そこでデフォルト車輪の改造に取り組んで試行錯誤の末、後輪より前輪をステアした方が利きがいいことが分かりました。車輪の抵抗を調整すると、一応曲がるのですが、舵を切ると機首がつんのめって地面を打ちますので、主タイヤの接地点を1.5mだけ前にずらしています。これでようやく、誘導路のセンターライン上を、思い通り走れるようになりました。飛行機って不思議なもので、苦心していじっていると、毎度ながらだんだん可愛くなります…。

　FlightGearのU-2も実機同様、ゆとりを持って7万ftを超えることが出来ますが、もう少し下の高度を取ると極めて燃費が良く、オートパイロットの作動も良好ですので、実際に長距離機として大きな可能性を秘めていると思います。計器が三つしか無いなど未完成ですが、肝心な部分は良くできています。両翼と背中の電子偵察ポッドや、30個近いアンテナ類は、いかにも「スパイ機」じみて陰気なので取り外し、ただいま少しずつ、改造プランを温めています。いずれ固まりましたら、またご紹介させて戴くつもりです。

●●謎の空中衝突…高度100ftの罠：
　NF104やU-2で羽田＝伊丹間を何度か飛んでいる間に、奇妙な現象に出会いました。伊丹の32Rに進入したところ、スレッシホールドの真上付近で突然、機体が空中停止したのです。v3.0では画像処理が非常に重く、かなり頻繁に数秒から1分あまり、画面が停止していたので、今度もそれかと思ってしばらく待っていました。しかしABNは正常に回り続けており、なんだか様子が変です。まるで何かに衝突し、事故判定を食らったみたいに見えますが、空中には何もない…。
　日を改めて34Lに降りたところ、同様に「空中停止」が発生。同じ場所でヘリを飛ばすと、高度約100ftでローターが激しく振動を始め、慌てて不時着しました。これも何かに接触した時の現象です。さらにピラタスPC-9M改で、32L南東端の高度100ftをゆっくり通過したところ、ドカーンと空中で炎上。やっぱり見えない障害物があります。困ったことになりました。
　伊丹空港は数年来、FlightGearの母港に使っています。昨年からはヘリ操縦練習の関係で、ヘリポートがどっさりある東京に移っていますけれど、「本宅」の伊丹が使えなくなってしまうのは、やはり残念です。ある日、軽飛行機で羽田のＤ滑走路から離陸し、故障を想定してエンジンをアイドルまで絞り、Ａ滑走路へ緊急着陸を試みたところ、ターミナルビル横を通過中、やはり何かに衝突しました。ちょうどABNの真横です。もしや…ABNのライトコーン（円錐形の光ビーム）では!?

、ライトコーンに飛行機が衝突する問題は、以前もありました。調べてみますと2011年6月15日、toshiさんからファイルの書き換え方を教えて戴き、いったんは解決しました。私のABNは現在も、このときの改造方法を適用済みです。
　しかし。v3.2からは、確か「海面がハードではなくなった。着陸すると長くは浮いていられない」と、チェンジログか何かに書いてありました。ひょっとするとv3.2から、ライトコーンは逆に「ハードになった」のでしょうか。結局ABNの各種ファイルから、ライトコーンに関する部分をすべて削除しました。もともと昼間に見えては不自然ですし、夜だって霧がなければほとんど見えないのですから、最近は透明にしていたくらいです。しつこく飛行テストをしましたが、これで「空中の罠」は完全に消え去りました。ささやかですが、勝利の味は格別です(^^)。

●●木々の樹高を調整する：
　お話は変わりますが、FlightGearがランダムに発生する樹木が最近、かなり改良されました。以前は世界中どこへ行っても（たぶん）同じ針葉樹ばかりで、サハラ砂漠の滑走路脇にも、巨大なヒマラヤ杉（？）が密生していて、がっかりしたものです。現在は高木から低木、草むらまで、熱帯樹を含む数十種の植物がモデル化されており、木々が風にそよぐ機能も加わって、箱根あたりでボーッと森を眺めていると、つくづくきれいだなと思います。

　ただ残念なのは、ランダムに生えてくる樹木が、やたらに大きく見えること。アルプスなら巨木も結構ですが、東京や大阪の市街地に紛れて、小型のビルより高い木が生えていたり、羽田の滑走路脇に樹高100ftくらいの鬱蒼とした森が現れたりすると、正直かなり違和感があります。伊丹の近くにランドマークを増やそうと思って、私は宝塚歌劇場の位置に代用品のホテルを置いているのですが…樹木の密度を中程度（4.0）にセットしたら即、大森林に埋もれて消えました。しかも樹木の方が建物より、極端に背が高いのです。こりゃ少々発育が良すぎますね。
　機上からはっきり木々を見るのは、たいてい空港の近く、つまり都市近郊の場合が多いのですから、本当は街路樹くらいの大きさの方が、よく似合うのではないでしょうか。そこで乱暴ながら、試しに最大樹高を12m程度に抑える改造を行いました。

　フォルダを調べると、FlightGear 3.2.0/data/Models/Treesの中に、各種の木々のacファイルやテクスチャー、視認距離などを定義したxmlファイルが見つかりました。一部の高すぎる木のacファイルを、３Ｄモデリングソフトで縮小すれば楽勝と思ったのですが、この方法では効果が無く。試行錯誤の末、FlightGear 3.2.0/data/Materials/default/materials.xml の中に、木のサイズが多数書き込まれているのを発見しました。樹高の種類と記載頻度は、次の通りです。
　　25m　11例
　　20m　16例
　　15m　２例
　　８m　１例
　　２m　２例
　…FlightGearが自動生成する樹木は、やはり圧倒的に背の高い木が多いのです。
ランダム樹木の発生機能は、先ほどのModels フォルダのデータではなく、実際は data/Textures.high/Treesにある８枚の画像から、樹木64種×四季分のテクスチャーを読んでいるようです。そこでmaterials.xmlを編集し、樹高20ｍ以上の木だけを選んで、高さ設定を半分にしてみました。これで絶対当たりだと思ったのに、また効果がなくてがっかり。data/Materials/dds フォルダの中にも materials.xml があるので、同じ加工を行ったのですが、それでもダメでした。

　…意気消沈していたところ、起動画面の「advanced..」ボタンからRenderingオプションを開いて、ふと右下のMaterials file という欄を見たとたん、霊感が湧きました。
　ここに「Materials/default/materials.xml」というパスを書き込んでみたら、大正解。先ほどのファイル書き換えが初めて有効になりまして、大森林が一気に「日本の里山」の雰囲気に変わりました。うれしいです！　もちろんカナダやシベリア、アンデス山脈などのフライトをする時は、設定を戻した方が良さそうですけれども…。それではまた。
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