月刊ポピュラーサイエンス/第28巻/1885年11月号/飛行機械


飛行機械
T.W.メイザー著
編集

私の論文の主題である飛行機械は、一般的には誰もが興味を持つものである。しかし,このテーマに特別な関心を寄せている人々にとっては,興味深いだけでなく,魅力的であり,少々危険でもある。この道は残骸で覆われており、結局のところ、孤児院や精神病院に行くのでなければ、どこにもつながっていないという感覚が蔓延しているのではないかと心配している。

しかし、鳥たちの素晴らしい力を心から羨ましく思うこともある。ウォレス氏のアマゾン諸島に関する本を読んでいて思い出したのであるが、彼はかつて大河の岸辺に立っていた。そこには、きっと数え切れないほどの新しい植物や甲虫を隠しているであろう、不可解な緑の壁が立ちはだかっていた。

ここでは、過去に行われた、あるいは現在行われている飛行の試みのいくつかを説明し、それに関連する原理と、なぜ成功しないのかを説明しようと思う。

昔のギリシャ人やローマ人は、神々や鳥や蝶に空を独占させることに満足していたようだ。ダイダロスとイカルスの話を除いて、古典的な作家は空を飛ぼうとする試みや空飛ぶ機械についてほとんど言及していない。

アテネで人を殺したダイダロスは、不幸な息子を連れてクレタ島に逃げ込み、ミノス王に厳重に拘束されたが、脱出を決意した彼は、羽を蝋で固めて翼を作り、イカルスに高すぎず低すぎず、自分の後を追いかけるように指示して、空に飛び立ち、ギリシャに向かって一直線に進んだという。しかし、イカルスは野心的で、太陽に近づきすぎたため、蝋が溶けて海に沈み、後世の人々への警告となったのである。

ダイダロスの次は、紀元前400年頃に生きた有名な幾何学者、シチリア島のタレントゥラのアルキュタスの話である。彼は木で作った鳩を作ったとされているが、その鳩は「ある機械的な技術と力で飛ぶように作られていた。この数少ない言葉が、どれほどの話題と憶測を呼んだかに驚かされる。鳩が空気を含んで動いていたとすれば、おそらく気球の原理で作られたのだろう。そうだとすれば、当然、空気は加熱されたに違いない。もっと言えば、木は熱でひび割れたり反ったりするので、軽い気体が使われた可能性は低くない。水素は軽いので、おそらく水素だろう。また、木製の鳩がこのような方法で支えられるはずがない、必ず大きく重くなりすぎるし、素材が負担に耐えられない、などと言って、この事件全体を嘲笑しようとする人もいる。

しかし、私自身は、ローレトゥス・ローラス氏の説が正しいと思っている。彼は、「鶏の卵の殻は、適切に充填され、空気の侵入を防ぎ、太陽の光にさらされれば、空に向かって上昇し、時には自然な変化を遂げる。また、白鳥の大型の卵や、細い紐で縫われた革製のボールに、熱エネルギーで希薄化する硝石、純粋な硫黄、流石などの同種の物質を充填し、外見が鳩に似ていれば、空を飛ぶ動物と容易に間違われるだろう」と述べている。

"木造で重たい機械にërial motionを与えようと思えば、火を使わなければならない。鳩が燃やされてしまうのではないかという心配があるならば、不燃性のコーティングで覆い、錫のチューブを導入することで、鳩を傷つけることなく、胸の中で火を灯し続けることができるのだ。. . . 炎のパチパチ音や火花の発生を防ぐために、黄土色とバターの混合物によって火薬の力を奪うことができる。. . . 炎のパチパチ音を鳩の鳴き声の真似に変えるために、人工的な喉を作ることもできる。チューブは簡単に作ることができただろう」(そしておそらくそうしただろう)「適当な間隔で次々と上昇するように作られたので、鳥は明らかに命を吹き込まれたことになる」。

アルキュタスの後、中世までは空飛ぶ機械の話はほとんど聞かれない。その後、占星術師、錬金術師、魔女たちが、一方では悪人と手を組み、他方では善霊に助けられた修道士や僧侶たちが、多くの素晴らしいことを行った。競争は激しかった。単に空を飛ぶことは、単なるバガテルであり、罪深い目的や善良な目的を達成するための手段に過ぎなかった。箒は空を飛ぶ機械として卓越した地位を占めていた。私たちの祖先が、これほどまでに執拗にホウキと戦い、ついにはホウキを抑制することに成功したのは、何と残念なことだろう。これ以上に単純で効果的なものがあるだろうか?もしかしたら、適切な処置をすれば、魔女たちは世界の人々にホウキの使い方を教えるように説得できたかもしれない。当時は、ドラゴンや魔術師、善玉や悪玉の霊が夜の外出を危険にさらしていたので、善良な人々は家に留まり、緊急時に備えて聖水を用意していた。レミギウスの例を見てみよう。彼は言う。"次のような話は、誰もが信じられず、多くの人が馬鹿げていると考えるのは間違いないが、私は200人の人がその真実を証言したことを断言できる。決まった日に、これらの人々は群集となって、通行人の目に触れない湖や川のほとりに集まり、そこで悪魔から受け取った杖で水を叩く習慣があり、蒸気や霧が大量に発生するまで、それを使って高く舞い上がるのが常であった。このようにして引き起こされた呼気は、凝縮して厚く暗い雲となり、天を揺さぶり、掃き寄せ、彼らがひだに包んだ悪霊たちが大気中の戦争を助け、ついには雹の嵐となってその怒りで大地を叩きました。しかし、サロメとドミニカ・ザベラは、このように水を撹拌する前に、少し前に悪魔が入っていた土鍋と、あられにしたい大きさの石を水に投げ入れていたと付け加えている。...デッカー・メイゲスによると、彼と彼の共犯者たちは、蒼い色をした悪魔からロウソクを受け取り、それを持って湖の縁から少し離れたところを航行し、光を下向きにして水の中に自由に落とし、その後、薬の粉を水面に撒き散らし、悪魔から授かった黒い棒を使って、最も激しく水を叩き、望む結果をもたらす呪文を繰り返し唱えたという。すると、空は雲で覆われ、彼らが指摘した場所に大雨と雹が降ってきました。この呪文は、ロミギウスは「現代の発明ではない。悪魔に精神力を奪われたり、幻や夢に惑わされたりした老婆の発明でもない。鋭敏な知性と鋭い洞察力を持ち、注意深く観察し、批判的に検討し、慎重に自分の信念を採用した人々によって実践されたのである。"

これはキルヒャーによると、教父の一人が発明した飛行機械の説明である。インドの教父の何人かが「牢屋に入れられ、解放する手段を知らずにいたところ、他の者よりも狡猾な者がいて、とんでもない機械を発明し、仲間を解放しなければ、すぐに素晴らしい予兆を見て、神々の目に見える怒りを経験することになると蛮族を脅した。野蛮人はその脅しを笑った。そこで彼は、最も揮発性の高い紙で竜を作り、その中に硫黄、ピッチ、ワックスの混合物を入れ、点火すると機械が照らされ、「神の怒り」という伝説を示すように、すべての材料を芸術的に配置した。胴体を作り、材料を準備し、長い尾を付けて、機械を天に委ねたのである。風を受けて、雲に向かって上昇していく。その光景はとても素晴らしいものだった。それを見た野蛮人たちは、この上ない驚きと恐怖に襲われた。. . . そこでキルヒャーは、「彼らは遅れることなく城門を開き、囚人たちを平和に解放した」と述べている。

中世においては、科学の知識を持つ優れた人物は誰でも飛行技術を持っていると信じられており、実際に多くの場合、それを主張することをためらわなかった。アルベルトゥス・マグヌスもその一人であったが、その詳細を世間に伝えることを拒んだ。しかし、彼は我々に雷の作り方を教えてくれた。彼は言う。"大理石の乳鉢で細かく砕いた硫黄1ポンド、柳の炭素2ポンド、岩塩6ポンドを用意し、雷を発生させるためのフライング・パピルスで作った覆いを好きな場所に置く。上昇して浮き上がるためには、覆いは長く優美で、この粉末を十分に含んでいなければならない。しかし、雷を発生させるためには、覆いは短くて厚く、半分ほどにしなければならない。"

13世紀の著名な哲学者であるロジャー・ベーコンも、飛行技術に関する知識を持っていると主張していたが、詳細については沈黙の知恵を信じていた。しかし、彼の著書には、本当の意味での光明がある。彼は、陸と海を横断するための大きな力のエンジンを作る可能性について語っており、気球の製造に関わる原理について、かなり明確な考えを持った最初の人物であると思われる。彼は、銅やその他の適切な金属を非常に薄く加工した大きな中空の球体について述べている。彼は、銅やその他の適切な金属を非常に薄く加工した大きな中空の球体を説明し、「空気や液体の火を入れて、どこか高いところから大気中に発射し、水の上に船のように浮かべる」必要があると述べている。

彼の時代には、空気は水のように明確な上限があると考えられていた。

ベーコン修道士は、火薬の発明にも貢献したとされている。もちろん、彼は悪魔と交信していると非難された。善良な教皇ニコラスは、彼の著作を禁止し、彼の翼を効果的に切り取った。

彼の時代から間もなく、幼児期の子供たちに空を飛べるように訓練するというプロジェクトが注目を集めたが、記録を信じることができるならば、かなりの進歩があったと思われる。

有名な数学者であるレジオモンタヌスは、アルキュタスと同様に人工的な鳩を作り、皇帝シャルル5世がニュルンベルクに公の場で入場する際に飛び立ったと言われている。しかし、これが事実だとすれば、この鳩は少なくとも20年は発明者から生き延びたはずである。また、スペインの塔の上から翼を持って飛ぼうとした僧侶の話もある。彼は足を折ってしまい、後に魔術師として焼かれた。ヴェネツィアのサン・マルコの塔からも同様の試みが行われ、ニュルンベルクでも同様の試みが行われた。16世紀には、あるイタリア人がスコットランドのジェームズ4世の宮廷に赴き、スターリング城の城壁からフランスに飛ぼうとしたという話がある。彼は大腿部を骨折したが、失敗の理由として、翼を作るのに使われた羽毛の一部が納屋の家禽のもので、自然と糞の山に親和性があると主張した。しかし、彼はこの実験をさらに進めることはなかったようだ。

他にも同じような実験が数多く行われている。しかし、空を飛ぶ技術よりもはるかに重要でないものを手に入れるために、命や手足を危険にさらそうとする人間はいつでも見つけることができる。原理を知らず、大気の性質を知らず、機械も動力もなく、教会以外の学問はすべて暗黒世界の王子から来ているとみなす迷信に縛られて、それは暗黒の中での闘いであり、勇敢だが絶望的であった。

しかし、当時の発明家たちは、現在の多くの発明家たちと同じように、合理的な試みをしていた。特許庁の報告書を見ると、500年前に試みられたものと細部がわずかに異なるだけの装置を見つけることができる。

私たちの図版の一つは、暗黒時代にRétif de la Bretonneが提案した計画を示しており、もう一つは1872年にこの国で特許を取得した装置である。これは同種の装置の一つに過ぎない。Rétifには、弁当箱と傘を持っていたので、多くのロープやスパーを必要としなかったという利点があったが、それ以外では、後の方法も同様に良いと思われる。

1783年、モンゴルフィ兄弟が気球を発明した。先に見たように、ベーコン修道士はそのような構造の可能性を推測していた。1670年にはイエズス会のフランシス・ラナがある装置を紹介しているが、これは作ることができないほど現実的ではないものの、原理的には正しいものであった。同じ考えを持つ人は他にもいたし、実際に登ったという証言も影ながらある。しかし、実際に気球を作り、完成した事実として世間に知らしめた栄誉は、間違いなくモンゴルフィエにある。彼らは熱気だけを使用していたが、チャールズ教授が水素気体を代用したことで、数年後には細部を除いて現在と同様に完璧な気球が完成した。

この発明の後の興奮は、言葉では言い表せないほどである。最も贅沢な希望と期待が寄せられた。問題が解決されたのだ。鳥や昆虫が独占することはもはやない。すべての紳士は気球を家の門柱につないだり、夏の風に流されたりして、哀れな怠け者たちを贅沢に憐れむことになるだろう。船のように帆や舵を使って航路を誘導する。空中の旅客や郵便馬車の定期路線が確立される予定だった。可能な速度には限界がないように思えた。ローマやサンクトペテルブルク、さらにはアメリカにも数時間で到着するかもしれない。旅行者の快適さを考えれば、提案されている仕組みは、私たちの宮殿の車よりもはるかに進んでいる。浮遊病院が建設され、戦争方法は全面的に再編成される必要があり、イギリスが誇る海上での優位性も、空中での優位性を維持しなければ意味がない。

もちろん、このような重要な発明を非難することはできない。風船は明らかに神の摂理に反していた。もし人間が空を飛ぶことを意図していたならば、人間に翼が与えられていたはずだからだ。また、飛行士が庭園やバルコニーに降りることを許可することで、美徳や道徳の壁が取り払われ、何よりも帝国の境界が実質的に消滅し、その結果、各国は絶え間ない戦争に巻き込まれることになるだろう。

気球があまり大きな成功を収めていないのは、人類にとって好都合である。多くの大航海と多くの興味深い観測が行われてきたが、飛行機械としては気球の出番はない。気球は空気の下僕であって、主人ではない。気球は、情け容赦なく、気まぐれで、時には親切だが、決して信頼できない意志に従わなければならない。帆や舵を使って風に逆らって前進できるという期待は、健全な理論や感覚に基づくものではないだった。帆船は、密度が大きく異なる2つの流体に浸されており、帆が有効なのは、水に支えられていると同時に、ある方向への移動が他の方向よりも容易になっているからである。

一方、気球は空気の海に完全に浸されており、同じ重さで外力を受けないため、わずかな流れにも従わざるを得ないのである。風も櫂もないのに、大河に流されている船を操縦しようとするのと同じことだ。それは流れそのものと一体化している。それは、秋の強風に吹かれたアザミの羽毛である。

もちろん、気球に翼やプロペラをつけて、鳥が飛ぶように飛ぶこともできる。これは昔も今も、発明家たちのお気に入りの組み合わせである。ここでは、1880年に米国で特許を取得したものを例示す。長方形の気球は、安全のためにいくつかの区画に分けられており、推進装置を搭載した車と、水素の損失を補うための気体発生装置を支えている。2つの巨大な舵が気球を操縦する。4つのパドルホイールは、水の中に完全に浸された状態では、川の汽船の車輪と同じような働きをすると考えられ、気球を前進させるのと同様に後退させる可能性もある。

しかし、一般的にこの分野の機械では、プロペラは1つの巨大な推進器、またはいくつかの推進器であり、気球の形や集まり方は驚くほど多様である。

気球のように大きくて軽いものは、比較的低速の風圧に耐えるだけの強度と耐久性を持たせることができないことに、人々が気づかないのは不思議なことである。流れに沿って浮かんでいれば、その速度は破壊的な影響を及ぼさないだろうが、この流れに逆らったり、空気中を速い速度で進んだりすると、その抵抗は絹の袋が安全に耐えられるよりもはるかに大きくなるだろう。

ここで、実験的に決定され、何度も検証された、空気の速度に対する圧力の関係を示す表を参照するとよいだろう。

さて、直径わずか40フィートの気球が、1時間に20マイルの速度で吹く風の圧力に抵抗すると仮定しよう。風にさらされる面は約1,200平方フィートで、1平方フィートあたりの圧力は表から1~9ポンド、合計では1トン以上になるだろうとのこと。計算するまでもなく、このような圧力が常に絹に作用すると、絹が破れる可能性が高くなる。また、突然の突風で圧力が5倍になることを考えると、刺激が少ないとはいえ、地上の方が断然安全であることは認められるだろう。

何よりも、これまでの気球は、せいぜい一時的なもので、すぐに気体や浮力を失い、高価で扱いにくく、ある種の仕事には有効でも、空を飛ぶ機械ではなく、単に浮いているだけのものと考えなければならない。鳥や蝶に尊敬されようと思ったら、もっと不器用な方法で仕事をしなくてはならない。

モンゴルフィエの発明の後の興奮の中で、単純な飛行機械はほとんど姿を消してしまい、昔のアイデアが再び表面に出てきたのは、長い間の残念な試みの後だった。しかし、気球のブームは、一般的な航空工学のより慎重な研究をもたらしたが、同時に、特に特許庁の報告書に見られるように、誤った考えや発明の強い流れがあり、現在も続いている。

飛行機械の発明者は、一般的にはどちらかというと低級な部類に属する。永久機関を作るための新旧の仕組みがいまだに見つかっているように、空を飛ぼうとする試みでも昔の話が繰り返されているのだ。永久運動をする人は、空飛ぶ機械を成功させる方法も知っているだろうが、手段がないだけだ。しかし、特にイギリスや大陸では、多くの有能な人々が知的に、忍耐強く、静かに仕事をしている。彼らは、飛行機械を作る前に、自然が提供してくれた例を研究するのが最善だと考えている。必ずしもメカニズムを真似る必要はないが、こうすることで、関係する原理や作用についてより良いアイデアを得ることができると考えているのだ。

自然の飛行も人工的な飛行も、大まかな原理は非常に単純であるが、それを応用することは非常に困難である。そもそも我々の飛行機械は、空気よりもはるかに重く、完全に自分の力に頼っているものであるが、空気に働きかけることで自らを持ち上げ、任意の高さに位置を維持しながら、前方に推進することができなければならない。また、空気の流れに遭遇し、それを利用し、克服する準備ができていなければならない。空気の流れは、ときにはほとんど気づかないほど、ときには轟音を立てているほどであり、方向も速度も突然変化する可能性は低い。長時間連続して飛ぶことができ、かなり安全でなければならない。

水の上では、機械が故障しても浮くか泳ぐかすることができるが、空の上ではそのようなちょっとした困難があっても、不幸な結末を迎えることになるだろう。また、パラシュートのように機械をゆっくりと落下させることができたとしても、風が強ければ最終的な着地点はしばらくの間、不安な推測の域を出ないだろう。

しかし、例えば、汽船の後を追うカモメの群れの飛行を見ている人にとっては、その動きの絶妙な容易さと優雅さ、そして見かけ上の単純さが非常に印象的であることは容易に理解できるだろう。円を描くように旋回しながら、ときには数回の羽ばたきで体を起こし、何の努力もせずに空中の傾斜を滑空したり上昇したりする。しかし、よく観察してみると、旋回のたびに翼の傾斜角度が新しい条件に合わせて変更されていることがわかる。鳥の場合は本能的に、我々の機械の場合は十分に指導されていない心に従うメカニズムによって、力を使った継続的な運動が行われているのである。

近年、鳥や昆虫の飛行に関する研究は非常に注目されており、一般的な方法で、翼の動きはかなりよく理解されている。私たちもこれらの動きを非常によく模倣することができるだろうが、そうすることで私たちの力を最も効果的な方法で適用することができるだろうか、という疑問がすぐに生じる。空を飛ぶ生き物の翼は、似ているようでいて、その動きや構造はかなり異なっている。翼の短い重い体に最適なものが、翼の長い軽い体に最適なわけではないし、常に翼を広げている海鳥が、ハトやハチドリと同じように飛ぶわけではない。また、どのような場合でも、自然が最も効率的な装置を提供したとは限らず、言い換えれば、鳥が持つ力をより効果的に利用できなかったとも限らない。自然は必ずしも信頼できるものではない。自然の法則を研究して理解することはできても、それを経済原理に基づいて適用しようとはしません。魚や海獣は実に様々な方法で泳ぎ、あらゆる種類の推進装置を持っているが、推進器プロペラがそれらのどれよりもはるかに効率的であることは間違いない。いずれにしても、その動きは非常に複雑であり、それを真似した機械は複雑で故障しやすいものになるだろう。また、鳥の動きを真似て実用的な飛行機械を作るのと同様に、馬の動きを真似て蒸気機関車を作るのは無理だろうと考えざるを得ない。望む結果は、おそらくもっとシンプルで効果的な方法で得られるだろう。

しかし、空を飛ぶ生物の研究は、多くの興味深い、示唆に富む事実をもたらし、私たちにもいくつかの励ましを与えてくれました。

まず第一に、すべての鳥類は体重が重く、一般的に体重の増加に比例して翼の広がりが小さくなることに気づく。次の表は、M・ルーシーが作成したもので、このことがよくわかる。

昆虫の中で最も軽いものの一つであるブヨは、1ポンドの重さに対して48-9平方フィート以上の翼の広がりを持っているのに対し、重いコガネムシは1ポンドに対して5-1平方フィートしかないことがわかる。鳥類では、スズメは1ポンドの重さに対して2~7平方フィートの翼面を持っているのに対し、オーストラリアの大きな鶴は0~41平方フィートしかないが、この鳥は遠くまで旅をし、鷲を除いて、すべての旅行者の中で最も高い位置で最も長く翼を広げている。

つまり、私たちの飛行機械は、重量があるとはいえ、必ずしも広い飛行面を持つ必要はないということである。逆説的に見えるかもしれないが、重量は本質的な特徴である。翼の下降ストロークで力を蓄え、上昇ストロークで再び力を発揮するのである。注目すべきは、タカやハゲタカと同様に、すべての帆走鳥類が比較的重い体を持っていることだ。雄大なアホウドリは、水から上がってくるときには勢いよく空中を舞うと言われているが、勢いのある強風の中で十分に発進した後は、何時間も大回りをして、ほとんど羽ばたくこともない。ダーウィンは「ビーグル号航海記」の中で、コンドルが同じように高所を航行しているのを見たと語っているが、彼が見た限りでは、羽ばたく動作は一切なかったようだ。

同時に、このような状況がどのようにして存在するのかを理解するのは困難である。風に傾いたコンドルの翼は凧に例えられるが、もし鳥からどこかの定点に伸びる糸があれば、全体が明らかになる。しかし、糸が滑ったり切れたりすると、凧はすぐに他の支持点-おそらく電信線-を探すことは、少年なら誰でも知っていることである。しかし、ペティグリュー教授は、糸は目に見えない引力を表すものであり、「凧にとっての糸と手は、空を飛ぶ生物の重さがその翼によって形成される傾斜面に相当する」と提案している。重力は垂直方向に作用し、凧が真上を飛んでいる垂直な凧糸は、少年が見たことのないものだと言ってもいいだろう。重力に打ち勝ったり、落ちないようにするために筋肉を使わなければ、鳥は風に乗って漂うことができない。

いったん上昇すると、自分の体重をさまざまな方法で利用することができる。翼の前端をわずかに下向きにすると、鳥は落下しながら前方に滑空し、速度と勢いを得ることができる。その後、翼の傾きを逆にすると、蓄積されたエネルギーがなくなるまで、再び空中の傾斜を滑空することができる。しかし、空気の抵抗に打ち勝たなければならず、翼の不完全な維持力による損失が続くことになる。

これらの損失を補うために、風の力をある程度利用できることはすぐにわかるだろうが、それでもある程度の筋肉の努力は必要である。ハゲタカやアホウドリがたまに羽ばたいてくれれば万事解決なのだが。彼の頑固さは非常に不可解である。

このような鳥たちの奇妙な行動はさておき、空飛ぶ機械を作るためにはどのような原理が必要かを考えてみよう。

第一に、空気に働きかけることによって、機械は自分自身を地面から持ち上げることができなければならない。小型の模型は別として、これは今のところ誰も成功していない前段階である。空飛ぶ機械が帆を張って空を飛び、乗客は明らかに幸せそうで、穏やかに煙草を吸っている人もいれば、通常の方法で甲板を散歩している人もいて、おそらく操舵室の後ろにはカップルがいるだろう、という絵画はたくさん見られるが、出発寸前の機械を表現したものは見当たらない。

上向きの圧力や反応を起こすためには、空気に作用する翼やプロペラが空気を下向きにしなければならないのは明らかだ。仮に、この機械の重量が600ポンドで、オーストラリアのクレーンと同じ重量比の推進面を持っているとすると、約246平方フィートが必要となり、1平方フィートあたり2~4ポンドの圧力が上向きに作用すれば、地面から持ち上がることになる。

風速と圧力の関係を示した表をもう一度見てみると、時速約22マイルで2~4ポンドの圧力が発生することがわかる。

もし、私たちがプロペラ(推進器でも翼でも、その他の形式でもよい)にこの速度で空気の流れを下向きに駆動させたとすると、流れの断面または面積は246平方フィートとなり、全体の上向きの反応は機械を上昇させるのに十分な大きさとなる。

もちろん、重量に対する翼面の割合が他にもあれば、この表は別の結果を示すだろうし、空気がすでに動いている場合には、望ましい圧力を生み出すためにどの程度速度を上げればよいかを教えてくれる。

表に示された結果は、純粋に理論的な方法でもすぐに見つけることができ、非常に重要であると思われるので、研究者がほとんど、あるいは全く注意を払わなかったのは不思議である。

重さを持つ機械は、空気に何かをすることによってのみ飛ぶことができる。空気を運動させなければならないが、この運動量が仕事をして得た反応の尺度になることが示される。

空気がすでに動いている場合、その力を利用することはできず、その速度を何らかの方法で変化させる以外には、漂流したくない。

これらすべてを認めると、私たちの表や公式は、望ましい反応や運動を得るためにどのくらいの量の空気を使用しなければならないかだけでなく、必要な最小の力も教えてくれる。空気の重さと、下向きやその他の方向にかかる速度がわかれば、動力を決めるのは簡単である。

例えば、先ほどの実用例では、機械を地面から持ち上げるためには、少なくとも18馬力の消費が必要である。これは仕事をするのに必要な最低限の出力で、実際の出力はプロペラの効率に完全に依存する。

ようやく地上から離れることに成功したので、今度はどんな方向にでも飛んでいきたい。

ここでも、先ほどの原則を適用しなければならない。前進するためには、空気を後ろに追いやらなければならない。提案されている速度を知ると、表から1平方フィートあたりの抵抗がすぐにわかる。また、機械のサイズや大きさを知ると、必要なパワーを容易に見積もることができる。

風の処理は、飛行機械を作る上で非常に重要な要素であることは間違いないが、実際には最も厄介な部分であると考えられる。風を適切に扱えば、有用な使用人になるかもしれないが、そうでなければ危険な主人になるかもしれない。

唯一の案は、傾斜面を利用することである。ここでは、とにかく鳥の真似をしなければならない。

少し前に、1878年のニュージーランド研究所の議事録に掲載されていたëronauticsの記事に注目した。その中には、スカイ氏の実験による表が掲載されており、面積1平方フィートの平面を様々な角度に傾けて、時速23マイルで吹く風の揚力が示されていた。この数値は、非常に驚くべき興味深い結果をもたらす。

2列目からわかるように、最大の揚力は約40°の角度で生じるが、5°という小さな角度でもかなりの揚力があることがわかる。3列目は、対応する水平方向の圧力の値を示している。つまり、風の方向に飛行機を移動させようとする力である。4列目は2つの圧力の比を示している。

飛行機の傾斜角が小さくなると、漂流力は揚力よりもはるかに速い速度で減少することがわかる。

もう一度、重さ600ポンドの飛行機械を考えてみよう。プロペラに加えて、同じ面積の傾斜面を用意するか、あるいは鳥のようにプロペラにも傾斜面としての役割を持たせるとす。そして、それを5度傾け、時速23マイルの風が吹いているとす。表を見ると、風による総持ち上げ力は278ポンドで、322ポンドは他の方法で支える必要がある。また、水平方向の力、つまり漂流力は、1平方フィートあたり023ポンド、つまり全部で56ポンドしかない。これに対抗するために、プロペラを凧糸のようにして、空気を高速で後方に送り出してみよう。別の表によると、この速度はどのくらいにすべきかが示されており、必要な動力は約半分の馬力にしかならない。重さのバランスをとるためには、下向きに空気を送る必要があるが、これには約7馬力の追加消費が必要である。

この2つを組み合わせると、この機械を地面から持ち上げるためには19馬力近くが必要であるのに対し、時速23マイルの風の中では、わずか7.5馬力の消費で持ちこたえることができるという、驚くべき結果が得られるのである。

鳥や機械の胴体など、死角になる面に吹く風については考慮されていない。これはもちろん、その形状による。鳥の体は細長く、大きな抵抗を受けずに空気を切り裂くことができるが、飛行機械も同様に設計されているはずだ。

他の損失は考慮されていないが、大まかな結果は、このようにして風に蓄えられたエネルギーの一部を利用することが可能であるということである。この結果の正確さは、スカイ氏の表に依存するが、将来の実験で検証されれば、アホウドリや野鴨などの重い鳥が、上昇するのは非常に困難なのに、いったん上昇すると明らかに楽に翼を維持できる理由がわかる。

とはいえ、やはり何らかの凧糸が必要である。風に乗って鳥を運ぼうとする力があり、それをどうにかして克服しなければならない。私は未だに、アホウドリが筋肉の努力なしに無限に空中を航行できることが理解できない。

スカイ氏の表からは、他の表と関連して、実用上重要な結果が得られる。適切に構築された飛行機械に必要な最大の力は、地上から持ち上げるのに必要な力であり、いったん離陸すると、ある限界までは、風が硬い方が良いということだ。

あらゆる種類のプロペラの効率は、その面積だけでなく、空気を平行に送り出す能力にも左右される。前進したければ、空気を船尾に送り込まなければならず、それ以外の方向に強制的に流れを作っても、せいぜいそのエネルギーのほんの一部しか戻ってきません。通常の推進器プロペラはあまり効果的ではないが、その理由はおそらく、高速で回転すると大量の空気を接線方向に送り出してしまうからである。 さて、成功する飛行機械の機械構造はどうあるべきだろうか?どのように作られるべきか?力はどのようにして発揮されるべきか。私は、関連する原理と思われるものを明らかにしようとしたが、それを適用するための最良の方法は、忍耐強く知的な研究と実験によってのみ見つけることができる。多くの人がこの問題に取り組んできたし、現在も取り組んでいるが、最終的に解決されることは間違いないだろう。鳥の筋肉は強いといっても鋼ほどではないし、体重に比例した鳥の力は大きいが、我々はそれを超えることができるし、それを応用する際の鳥の知性には及ばないことを認めてはならない。

図の一つは、1842年にイギリスのヘンソン氏が発明した飛行機械で、筋肉の力を使わずに飛ぶことができる初めての重要な機械として注目に値す。最大の特徴は、他の鳥類に比べて重量に比例して大きくなった維持面の広がりである。機械は前縁を少し持ち上げて進み、適切な速度に達したときに下面に作用する空気が機械を持ち上げて維持すると考えられている。発進時の速度は、傾斜面や丘を駆け下りることで得られるもので、推進器プロペラの目的は単にその動きを維持することにある。この機械が動かなかったことは言うまでもないが、ヘンソンは何が必要かをわずかに理解していたようである。彼は、傾斜面とプロペラを紹介しているが、実用的な方法ではない。このような機械は、もちろん風に完全に翻弄され、必要な速度を得るために転がり落ちるのに便利な丘を見つけることはできても、再び地球に戻ってくるときに問題が発生する可能性がある。

1863年に発明されたランデルの空飛ぶ機械も、大規模な翼面を備えているが、機械を前進させるための推進器に加えて、機械を支えるための垂直方向に作用する推進器を備えている点が異なる。頂上には2つのパラシュートがあり、事故の際に開いて突然の落下を防ぐようになっている。各垂直推進器の軸には4組の回転翼があり、1組で良いものなら4組で4倍良いものになるという原則に基づいている。これは海の汽船の4つの推進器プロペラのような役割を果たすだろう。この機構は蒸気機関で駆動されることになっている。下に吊るされた暗い物体は、蒸気の余分なエネルギーを打ち消すためのバラストかもしれない。

1868年、ストリングフェロー氏は空飛ぶ機械の模型を作り、ロンドンの水晶宮で展示し、賞を獲得した。3つの翼面があり、1つは他の翼面の上にあり、後ろには広い尾翼がある。ヘンソンの機械のように、地面から持ち上げるための装置はなく、動力は単に水平方向の速度を出す、あるいは維持するために使われ、傾斜面に対する空気の反作用が重量を支える役割を果たしている。

展示会では、この模型は傾斜したワイヤーを駆け下りたが、空中に上がることはできなかった。模型の重さはわずか12ポンドで、3分の1馬力のエンジン、ボイラー、水、その他すべてを含んでいる。もちろん、この模型が成功したとしても、このような方法で作られた大型機械に実用的な価値はない。

1874年にモイ氏が設計した機械は、ヘンソン氏やストリングフェロー氏のものとやや似ている。2つの傾斜面と2つの水平ねじがある。機械を持ち上げるのに必要な速度は、下の車輪で地面に沿って予備的に走ることで得られることになっている。地球に戻ってくるときには、どこか有利な場所を探して、接線方向に打てば、石や柵などを越える車輪の抵抗で、すぐに静止することができるのだ。

これらは、この分野のより重要な発明である。すなわち、自力で上昇し、自力で推進する機械であるが、正直言って、その結果はあまり期待できない。ペノー氏や他の人たちは飛行モデルを作ったが、規模が小さすぎて実用的な重要性はあまりない。

しかし、そこには鳥がいて、「成功する飛行機械を作るのは不可能だ」と言う人たちの議論を完全に否定している。

脚注編集

 

原文の著作権・ライセンスは別添タグの通りですが、訳文はクリエイティブ・コモンズ 表示-継承ライセンスのもとで利用できます。追加の条件が適用される場合があります。詳細については利用規約を参照してください。