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無着陸で1万卞庸

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なし 無着陸で1万卞庸

msg# 1.6.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1
depth:
28
前の投稿 - 次の投稿 | 親投稿 - 子投稿なし | 投稿日時 2015-3-8 13:11 | 最終変更
hide  長老 居住地: 兵庫県  投稿数: 634
hideです。
 ロッキードU-2Sで先日、周回航続距離の記録飛行に挑戦しました。東京=高知間に設定した1周1000nmの8の字コースを、無着陸で15時間33分掛けて5周半飛び、5514.1nm(1万212.11辧砲鮹成。飛行距離、滞空時間ともに自己新記録です。

 U-2Sは外観を少々改造し、大幅に計器を追加したものの、エンジン推力と燃料搭載量、機体の空力関係や自重はデフォルトのまま。にも関わらず記録達成時に、燃料はなお3分の2も残っていました。順調に周回を続ければ、更に途方もない記録が出たはずなのですが、何度試みてもFlightGearが十数時間で停止してしまい、パソコンの能力の限界に突き当たっている模様です。残念無念ですが、以下に経緯をご報告します。
(久しぶりに大長文になりましたことを、あらかじめお詫び致します)

●●「現代の航研機」をめざして:
 私は前回、Earthview orbital rendering で衛星軌道並みの広い視界を楽しんでいるうちに、U-2Sの燃料消費量が異様に少ないことに気付きました。高度7万ft台の高高度飛行ですと、伊丹から羽田まで1時間半も掛けて帰ってきて、まだ燃料は9割以上残っています。こんなジェット機は初めてです。うまく使いこなしたら、ことによると無給油で地球半周、いや大改造すれば一周も夢ではないのでは…。

 などと考えながらU-2Sの平面図を眺めると、今更ながら「単座にしては、でっかい飛行機だなあ」と感心します。長大な主翼は約30mもあり、B-17やYS-11とほぼ同じ。主翼のアスペクト比が高く、強めのテーパーが付いている点や、細く短い胴体との組み合わせは、いかにも長距離機のプロポーションで、戦前に東大航空研究所が作った実験機「航研機」の平面形に、意外なほどよく似ています。航研機はご存じの通り、1938年に関東平野の特設コースを29周し、約62時間かけて周回航続距離1万1651.011劼魑録しました。国産機が、FAI公認記録の中で最も値打ちのある「世界記録」を作ったのは、後にも先にもこれ1回です。
 同じころ、米ソ間の北極横断に初めて成功したANT-25(ツポレフ設計)も、平面形が航研機と非常によく似ており。不時着時に目立つよう、主翼を真っ赤に塗っていた点もそっくりです。試しにU-2Sから電子偵察ポッドとアンテナ群を外して、航研機風の赤い主翼とベアメタルの胴体に塗り替えたところ、これがなかなか似合うのです。黒一色の「成層圏の忍者」スタイルもそれなりに精悍ですが、いかにも平和な赤い翼の方が、やはり私は好きです。よーし、この機体で久しぶりに、大飛行に挑戦してみよう。

 しかしFlightGearのU-2Sは、計器がろくに付いていないなど、未完成でもあります。あれこれ改造を加えることになるので、当面は海外へ飛び出したりせず、航研機と同様に周回コースを飛んで、じっくり各種のテストを兼ねて記録に挑むのがベターだろうと思いました。そこでフライトプラン作成サイト「SkyVector」を使って、以下のコースを作りました。実機では地上に計時員を配置する必要もあり、一般的には三角コースにするようですが、私は全長をキリのいい1000ノーティカル・マイル(nm)にしたかったので、試行錯誤の末に、以下のような8の字コースにしました。(針路は磁気方位。どうか投稿画像もご覧下さい)
RJTT羽田空港 
   ▼315度171.8nm
RJNW能登空港
   ▼215度167.5nm
RJOO伊丹空港 
   ▼233度172.3nm
SUC清水VOR
   ▼009度164.4nm
RJOH美保飛行場(米子空港)
   ▼103度185.8nm
NG愛知NDB
   ▼086度138.8nm
RJTT羽田空港
--------------------
   合計 1000.5nm

●●どんな飛び方をするか:
 FlightGearのU-2Sの燃料搭載量は、満タンで3520Lbs(ポンド)つまり586.7gal(ガロン)です。ジェット機の巡航高度は地上との気温差が大きく、燃料が膨張・収縮するため、本来は容積ではなく重量で搭載量を計るべきなのですが、本機の internal properties では なぜかポンド/毎時の流量表示が機能せず、ガロン/毎時しか得られないため、以下の燃料計算に関しては、すべてガロンを使います。
 試しに地上で燃料流量を計ってみると、毎時234galも消費しており、満タンで1時間半保たない計算です。実際の飛行結果と合わないので、取りあえず高度別にエンジン全開時の流量を計ってみました。
  海面高度 234gal/h
  10000ft 175gal/h
  20000ft 130gal/h
  30000ft 87.19gal/h
  40000ft 54.8823Lbs/h
  50000ft 35.195gal/h
  55000ft 29.1989gal/h
  60000ft 22.3851gal/h
  65000ft 16.8085gal/h
  70000ft 13.4700gal/h
  75000ft 10.7006gal/h
…というわけで、高度を上げると劇的に流量が減り、7万5000ftでは地上の4.6%になります。酸素濃度が下がった分、燃やせる燃料が減るからでしょうね。internal properties で計ってみると、高度7万7000ftの推力は701Lbsで、定格推力1万9000Lbsの3.7%しか出ていませんでした(初期の実機も7%だったそうです)。ただし高空では、推力減少による指示対気速度の低下より、空気抵抗の減少による真対気速度の増加の方がかなり多いので、やはり出来るだけ高度を上げて飛んだ方が良さそうです。(後の話ですが、最終的には燃料搭載量が100〜75%程度の場合、高度7万7000ftから7万7500ftあたりがベストに思えました)
 本機の性能ファイルを開いてみますと、エンジンの項目に「tsfc="0.073"」と書いてあります。これは1時間あたりの燃料消費量(kg/h)を推力(kgf)で割った燃料消費率(と言ってもマイレージではなく、エンジン単体のエネルギー効率)を表す数値で、FlightGearの他機と比べますと次の通りです。
・軍用機
  F-104 0.95
  F-14 0.55
  U-2S 0.073■
・旅客機
  707 0.7〜0.8
  CRJ700 0.394
  A380  0.2
 機体の用途や開発時期によって、ジェットエンジンの効率には大きな差がありますが、U-2Sの驚異的な航続力の一番の要因は、エンジンの性能と考えてもよさそうです。

 航続力を最大にするには、本当は高度と迎角(速度)別の揚抗比について十分理解しなくてはならないようですが、大づかみには燃料消費に従って高度を上げると、距離が伸びるとされます。そこでRoute Manager とエディタを使って、先ほどの1000nm周回コースを1周するたびに3000ftずつ高度を上げる、10周分のフライトプランを書きました。地球半周に近い距離のため、当然GPS航法で自動操縦になりますが、1周ごとに高度が変われば周回数を間違う恐れもなく、我ながらいいアイディアだと思いました。
 ところが、このスクリプトにはウェイポイントが63個もあり、サイズは17KB(449行)です。FlightGearにロードすると異常終了してしまうため、結局は高度固定で4周分に変更しました。これでも12時間近くノータッチで飛べますから、寝たり起きたり働いたりの合間に、「Jump to」機能を使って出発地点近くのウェイポイントに目標を設定変更すれば、連続して何周でも飛べるはずです。

●●長距離実験機に改造する:
 機体の改造にも着手し、まず後席を設けて副操縦士を乗せました。昔はひたすら「単独飛行が偉い!」と思っていましたが、ちと心境が変化しまして、近年はボイジャー号のディック・ルータンとジーナ・イェーガーや、ロッキード・シリウス水上機のリンドバーグ夫妻のように、長距離は交代で操縦した方が自然だし楽しかろう、と思うようになった次第です。
 書店で見つけた「航空ファン」の一昨年5月号に、アメリカ空軍が5機保有する複座練習機TU-2Sが紹介されていました。正規のコクピットの直後に、ラクダのコブみたいに1段高くなった教官席を設けた、極めて視界が良さそうな構造です。最初はこれを真似たのですが、胴体の成型が相当やっかいなのと、かなり抵抗が大きく見えるスタイルですので、途中から後席を胴体埋め込み式に変更しました。これも開閉式風防の改造などに手間取りましたが、機体工作のノウハウを学ぶ貴重なチャンスになりました。

 続いて計器類を追加します。デフォルトでは姿勢・速度・高度の3個しかありませんので、ピラタスPC-9M改をベースに、航法計器やエンジン関係、無線パネル、ギアやフラップ指示器などを大幅に移植。このうち姿勢計に組み込まれたグライドパス指針は、なぜかU-2Sでは作動しませんでしたので、新たにクロスポインタ指示器(針が十文字に付いている、旧式のILS指示器)を設けました。
 苦心したのはデジタル計器類です。以前から使っているセスナ172用DMEは3ケタですので、本来、近距離では小数点以下1ケタまで表示し、100nmを超すと整数部のみに切り替わるはずですが、FlightGearのものは浮動小数点ではなく、単に100nmのケタが非表示のため、例えば123nmと23nmの区別が付かず、極めて不便でした。今回は懸案の4ケタ表示への改造に成功した上、ホットスポット(クリッカブル・ポイント)の作り方も分かったため、無効になっていたチャンネル切り替え機能を復活し、ぐっと実用的になりました。さらに計器盤の頂点に、無線パネルの液晶表示部を流用したデジタル表示部を設け、トータライザ(燃料総量計)と燃料流量計、磁気方位並びに真方位のコンパスとして利用。これも非常に便利です。

 細かいところでは、フラップ指示器を改造してスポイラー指示器も新設。U-2Sは空気抵抗が小さく、アプローチ中はフラップとスポイラーを細かく調節する必要がありますが、作動段数が多いこともあって、今どういう状態なのか時々分からなくなるため、常に監視できるようにしました。3車輪用のギアポジション表示器も、タンデム2輪式に合わせて改造。これら補助的な機器を含め、計器類は視点の移動操作なしに確認できるよう、すべてデフォルトのコクピット正面視界内に配置してあります。つまりジョイスティックのグリップ中央ボタン(視界中央に設定)を親指で押せば、いつでも瞬時に全計器が見えるわけです。

●●天測にも対応し、「信天翁」号は準備万端:
 最後の最後に、機首に半透明のドームを設けてフライト・コードラント(自作の航空四分儀。現在は偏流計機能も合体)を搭載し、toshiさんに教わったカーソル微動用のmice.xmlを組み込みました。これでいざとなれば天文航法も可能です。まぁ使う機会は正直、あまり無いかも知れませんが…初期のU-2実機だって偏流計と六分儀を装備して、せっせと天測していたんですから、私が搭載しない手はありません(^^;)。

 あとは電子偵察ポッドを外した分、自重を若干減らすべきかと思いましたが、これは後回し。一応長距離が飛べる機体になったので、熟成テストを兼ねた周回記録飛行に取り掛かることにしました。しかしその前に…夜間着陸に備えて着陸灯を強化すべきかな。せめて、ILS進入のリフレッシュ訓練をやっておかないと。まてよ、シーナリー2.0のデータを混在させて以来、チャート代わりのAtlasは、標準倍率以上にズームアップ出来ないんだった。ILS周波数や滑走路の方位は読めないから、Atlas画面表示専用に、完全デフォルトの旧版シーナリーフォルダも全世界分、複写して作り直さなきゃ。
 …などと思わぬ雑用がドタバタ降り掛かった末、ようやくフライトの運びになりました。ご紹介を忘れておりましたが、改造U-2Sの機首には「信天翁」という愛称を記入しました。この機体は、偉大なる航続力と上昇力を持っていますが、地上に戻った時は両翼のポゴ(補助輪)が外れているため、タキシングは非常に不器用です。かの長大な翼を持つアホウドリもまた、偉大なる海洋飛行家であると同時に地上滑走が下手くそで、どことなく本機に似ていることから、ご尊名を(ただし漢字で)拝借することにしました。

●●未知の滞空時間と航続距離に挑む:
 この時点でv3.4が出ましたので、慌ただしくインストールして動作確認。3.2に比べても、ますます軽くなった感があり、ありがたい限りです。さっそく羽田でU-2S改の簡単なテスト飛行。オートパイロットはスムーズに作動し、久しぶりのILS進入もうまく行きまして、強い西風の中を34Lに着陸。すぐ右折してJAL格納庫前に停めました。この機体は60ノット前後で接地するため、ごく短距離で停止します。まずは快調です。

 最初の挑戦は休日前夜の夜中に、リアルタイム設定で雨の羽田を出発しました。燃料は満タン3520Lbs、つまり586.7galを搭載。地表190度16ノットの風、30000ftは225度22ノットです。
 フライトプランをロードしてエンジン始動。JSTの0143時に離陸し、いったん空港から6nm南下して反転して飛行コースに乗り、手動操縦のままぐんぐん上昇に移ります。U-2Sの上昇力は強力で、昇降計に感度4分の1の自作指針を追加したのですが、低空では短時間ならフルスケール(1万6000ft/min)を振り切るほどです。2万2000ftからオートパイロットを使い、毎分5000ftで上昇を続けました。
 この上昇率のままうっかり放置したところ、離陸から9分経った時点で高度4万4000ftを通過中、緩やかに失速を起こしましたが、ごくわずかに機首を下げて再加速しました。ウィングスパンが長いためでしょうか、実にありがたい飛行特性です。さっそく上昇率を2000ftに落としておきました。0151時、離陸後13分で早くも5万ft突破。燃料消費率は毎時38galまで低下し、残量は567.2gal。ただいま149KIAS(358KTAS)で快翔しており、第一旋回点・能登半島への半分まで来ました。外は星空です…。

 …こんな調子で順調に1周目を終了。この日使っていたフライトプランは、高度指定が7万2000ftだったのですが、手動で7万7000ftまで上昇すると目に見えて燃料流量が改善したため、新たに7万7000ft指定のフライトプランを書き、2周目に入る地点で切り替えました。ところが大事件発生。ロードしたとたん画面が真っ暗になり、FlightGearが異常終了したのです。3時間9分のフライトが水の泡、茫然自失でした。

●●再挑戦・再失敗・でも新記録:
 クソッと思って、直ちに7万7000ftのフライトプランを読み込み、やり直し。現実世界の0521時に、暗い羽田から再離陸して、仮眠を交えながら正午過ぎまで快調に列島を周回飛行。3周目に能登半島の第一旋回点を通過する時、あと何分か経てば、航続距離の自己記録を更新することに気が付きました。あれは2010年1月、西回り世界一周の終盤で、カリフォルニア州オークランド=ホノルル間の2208nmを、ピラタスPC7改に増槽を追加して飛んだ時のこと。速度は遅く上昇力も少なく、パソコンも不安定でしたが、自分で編み出した地磁気俯角航法を使った挑戦は、ロマンたっぷりでした。しかし今回も、ここに来てちょっとパソコンが重い感じです…なぜだろう。
 夕刻、離陸から順調に12時間が経過。4周目の米子空港の手前で、重大決心をしました。そろそろ準備した全ウェイポイントを使い切るため、フライトプランの「巻き戻し」が必要です。具体的には「Jump to」キーを使って、針路ターゲットを1周目の同じウェイポイントに戻してやるのです。前日の異常終了が頭にあるのでハラハラしましたが、見事に成功。よかったよかった!

 しかし5周目に、思わぬ異常を発見。Cドライブには少なくとも、まだ20GBは空きがあったはずなのに、「残りわずか」の警告が出ました。残量グラフが赤に変わり、いつの間にか1.5GBまで減っています。さらに6周目の20時過ぎ、今度はメモリー不足の警告が出たため、残念ですがAtlasを停止。FlightGearの設定も変えて負荷を減らし、外付け画面にしている32インチテレビを消して、内蔵液晶のみに切り替えました。何が起きているのか分からないまま、ともかく続航。2054時、土佐清水のVORを通過時に念のため、燃料残量や速度その他、詳しい記録を取っておき、食事のため小一時間席を空けたところ、その間にFlightGearは異常終了してしまいました。ああ、絶句!!

 少なくとも、羽田〜6周目の土佐清水までの15時間33分に5514.1nm飛んだ、と言うことだけは確認できました。最低目標だった、戦前の航研機のレコードにも及びませんでしたが、一方ではともかく航続1万劼鯑庸砲靴董飛行時間でも過去の経験を超えたわけです。悔しくてたまりませんが、さほど空しくはなく。ちょっと胸を張れる気もする、複雑な気分でした。このままでは、終わらないぞ…。

●●いったい何が、メモリーを食っているのか:
 toshiさんのご指摘により、FlightGearがtempファイル設定なしで起動可能になり、しかもログファイル一新で非常に軽くなったので、3度目の周回飛行に挑戦しました。しかしこの時は、なぜか Route Managerにフライトプランをロード、或いはセーブしようとすると異常終了したため、やむを得ず全コースを4周分、手動入力して離陸。Atlasもリアルウエザーも使わずメモリー節約に努め、しばらくは快調でした。
 ところが、離陸20分後には物理メモリー使用45%、コミットチャージ30%だったのに、2時間後の松山上空では、物理メモリー使用72%、コミットチャージ46%くらいまで悪化。Cドライブの容量もいつの間にか、テンポラリー・ファイルか何かに7GBも食われていました。これでは距離が伸びないと判断し、計画を放棄して広島に緊急着陸。大容量の外付けHDDに、tempファイルを作るよう設定しました。ところが実験してみると、tempは起動ドライブ以外には置くことが出来ませんでした。残念です。
 こうなるとCドライブ自体を大きくするしか、方法はなさそうです。幸いDドライブには、シーナリー2.0の全世界展開済みバックアップ(!)が置いてあったので、さっそく消して80GBあまり確保し、残るコンテンツを一度、すべて外付けHDDに待避。パーティションを変更して、Cドライブを約160GBに設定しました。これで空きスペースは一気に100GB程度まで増えたことになります。

 それにしても一体どんなデータが、大量のメモリーやHDDを食っているのでしょう。飛行ログでしょうか。しかし設定を調べたところ、フライトリコーダーは全項目でオフになっています。ただしInstant Replay は有効ですので、FlightGearが勝手に一定の記録を取っており、飛行時間が長くなるとともに、常識外れのサイズを持った一時ファイルに成長している、とも考えることが出来ます。もしそうであるなら、私は動画を再生することはほとんど無く、画面コピーと自分のメモがあれば十分ですので、記録の書き込みを停止したいところですが、方法が分かりません。
 あれこれ調べた末、C:/FlightGear 3.4.0/data/Aircraft/Generic/flightrecorder というフォルダを発見したので、思い切って無効にしようと思いリネームしましたが、果たして結果は!?

 3回目の挑戦では、Route Managerのロード/セーブ機能が正常に戻っており、幸先がいいなと思ったのも空しく、結論から言えばやはり異常終了をしました。またHDDやメモリーの使用量も減りませんでした。
 夜半に離陸して高度を取ってから仮眠し、翌日午前中に様子を見ると、最初は物理メモリーがほぼ満杯で非常に重かったのですが、画面表示を保存(私は常にプリントスクリーン機能を使用)したところ、スワップが利いたようでHDDが動き、物理メモリー使用量が80%まで減って、正常に操作できるようになりました。メモリーは再び減り続けましたが、どうやらパソコンに操作を加えるたびにスワップが利くようです。しかし長時間放置したままですと、果たしてどうなるのでしょうか。
 各種の記録を取って、フライトプランの「書き戻し」も無事に終え、仕事に出かけた時は、かなり希望が持てると思いました。しかし夜中に帰宅してみると、何とパソコンが休止状態になっており仰天。スイッチを入れると、一応は飛行中のFlightGear画面を再現しましたが、やはりメモリー不足の警告が出ていて、操作不能のまま間もなく異常終了してしまいました。Cドライブの空き領域は今回、92.7GBも残されており、オートパイロット任せで放置した場合は、うまくスワップに利用されないようです。ちなみに私のパソコンの仕様では、確かメモリー搭載量は現在の8GBが最大値です。
     ●
 とまあ、こういう次第なのですが。長時間飛行に伴い、メモリーが一杯になる危機をクリアする方法は無いものでしょうか。もし解決法が見つかれば、U-2S改の滞空時間が伸びるだけでなく、ボイジャーやグローバルフライヤーの数日に及ぶ飛行を再現したり、成層圏気球を使いジェット気流に乗って太平洋横断を企てるなど、FlightGearの持つ潜在的な可能性が、ますます大きく広がると思うのです。
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