飛行機

飛行機の車輪。ランディングギアの構造と仕組みについて解説!~メインランディングギア編~

こんにちは。ころすけです。

飛行機の車輪というと何を思い浮かべますか?

飛行機の車輪は飛行中は引っ込んでいて、着陸間際に「ゴトゴトっ」という音と共に展開されるという機構はよく知られているかもしれません。

ではその時、車輪は一体どのような動きをしているのか、ちょっと気になりませんか?

その他にも、飛行機の車輪にはブレーキ機構や衝撃緩衝のためのダンパー機構など、興味深い仕組みがたくさんあるのです。

今回はそんな飛行機の車輪(脚)について、その仕組みを解説したいと思います。

飛行機の脚は前脚と主脚とありますが、今回は主脚についての解説です。

さあ、それでは始めましょう。

飛行機の車輪(脚)はランディングギアと呼ばれる

飛行機の車輪(脚)はLanding Gear(ランディングギア)と呼ばれ、タイヤやホイールから力を支える構造部材まで含めた部分を指します。

前脚はNose Landing Gear(ノーズランディングギア)と呼ばれ、表記する際は多くの場合NLGと書かれます。

一方で主脚はMain Landing Gear(メインランディングギア)と呼ばれ、MLGと表記することが一般的です。

今回はメインランディングギアに焦点を当てて解説しますが、まずはメインランディングギアがどこに取り付けられているのか確認しておきましょう。

下の図の右側のイラストは飛行機の翼の構造を表しています。

メインランディングギアの取り付け位置

メインランディングギアはRear Sparと呼ばれる翼の後ろ側の骨組みと、ランディングギア取り付け用のSupport Beamに跨るようにして取り付けられています。

ランディングギアが果たす役割は、地上走行時の車輪の役割も含めて他に以下のものがあります。

・地上走行時の車輪の役割

・地上にいる時に機体重量を支える役割

・地上走行中における減速時のブレーキの役割

・着陸時の衝撃を緩衝する役割

ランディングギアの基本構造と格納・展開する機構

下の図はメインランディングギアを飛行機の機体正面から見た図です。

メインランディングギアの構造

図に描かれているように、メインランディングギアには軸脚を斜め方向に支えるSide Stayがついており、これによって荷重を分散させています。

Side Stayは機種によってDrag Braceなどと呼ばれたりもします。

Side Stayと軸脚に跨るように取り付けられているのはLocking Stayと呼ばれる部材です。

Side Stayはギアの格納(ギアアップ)時に内側に折れ曲がるように可動するのですが、Locking Stayが突っ張り棒の役割をすることによって、展開(ギアダウン)した際にSide Stayがロックされた状態になるのです。

下の図はさらにランディングギアを横から見た図と上から見た図になります。

メインランディングギアの別角度からの図

横から見た図では正面からは隠れていたTorsion Linkと呼ばれる部材が見えます。

上から見た図の赤矢印のように、ランディングギアは軸脚を中心にホイールの付いた台車が回転するようにできています。

この回転する力を台車と軸脚の間で伝達するのがTorsion Linkの役割です。

Torsion Linkは機種によってはTorque Linkなどとも呼ばれます。

また機種にもよりますが、B787やB767など2軸(タイヤが4つ)以上のランディングギアではSide StayとLocking Stayの機構は2組あって、それぞれが胴体に接続して荷重を支える構造になっています。

それではここからは、ランディングギアが格納/展開(ギアアップ/ダウン)される際の機構について見てみましょう。

メインランディングギアのギアアップ

ここでは図示していませんが、ギアのアップ/ダウンは油圧の力で伸縮するギアに取り付けられたアクチュエーターによって行われます。

ギアアップ/ダウン時の詳細な動きを簡単に説明すると、2つのアクチュエーターの動きが連動しています。

以下はギアがアップする時の動きです。

① 始めにLocking Stayを上向きに持ち上げるアクチュエーターがStayの突っ張りを解除する。

② 次に軸脚の回転軸よりやや下側に取り付けられたアクチュエーターがギア全体を内側に引っ張ることで、Side Stayが折り曲げられ、ギア全体が内側に回転して格納される。

展開(ダウン)する時はこの逆の動きをするというわけです。

どうでしょう?なかなかテクニカルな機構になっていると思いませんか?

着陸時の衝撃緩衝機構はどうなっている?オレオ式ショックストラットについて

次は、ランディングギアの着陸時の衝撃緩衝装置としての働きを見ていきましょう。

ランディングギアの衝撃緩衝機構

ランディングギアの軸脚は、アウターシリンダーとスライディングチューブの二重構造になっていて、スライディングチューブから下側が上下に伸び縮みできる構造になっています。

オレオ式ショックストラットのイメージ

ここでポイントになるのが、アウターシリンダーとスライディングチューブの中に充填された、N2(窒素ガス)作動OILです。

N2とOILにはそれぞれ異なった役割があるのですが、まずN2伸縮時に衝撃を和らげるバネの役割を果たしています。

いわゆる空気バネの役割を果たしているのです。

しかし、実はバネが入っているだけでは緩衝装置としては不十分なのです。

バネは上下に伸び縮みすることで衝撃を和らげてくれますが、これだけではバネの伸縮が減衰せずに、ボヨンボヨンと弾みつづけてしまいます。

この伸縮を減衰させる役割を果たすのが、N2と共に充填された作動OILです。

OILはスライディングチューブが伸び縮みする際、アウターシリンダーとスライディングチューブの間を行ったり来たりします。

スライディングチューブの上部にはオリフィスと呼ばれる穴が開いており、行ったり来たりする際にOILはオリフィスを通過することになります。

このオリフィスを通過する際に発生するOILとチューブ間の摩擦力が、バネの振動を徐々に減衰させる効果を生み出すのです。

このように飛行機の衝撃緩衝装置は、N2によるバネの効果OILによる振動の減衰効果を組み合わせた機構になっているのですが、このタイプの装置は「オレオ式ショックストラット」と呼ばれています。

飛行機の車輪ブレーキの仕組みは?Carbon Disc Brakeについて

続いてはランディングギアのブレーキ機構について見てみましょう。

ランディングギアのブレーキはカーボン素材を用いたディスクブレーキ構造が主流です。

ホイールの構造

上の図のようにホイールアセンブリの中心に、ブレーキアセンブリが挿入される構造になっています。

ブレーキシステムの仕組み

ブレーキアセンブリはローターディスクステーターディスクの2種類のディスクから構成されていて、ローターディスクはホイールと共に回転するようになっています。

ここでブレーキを掛けると油圧の力でピストンが動き、ステーターディスクを押し込むように力が働きます。

これによりステーターディスクがローターディスクに接着し、2種類のディスク間の摩擦力がブレーキ力となって働くというわけです。

ディスク素材であるカーボンは、当然ブレーキを使用するたびに徐々にすり減っていきます。

飛行機のブレーキアセンブリにはこの摩耗具合を知らせるウェアーピンと呼ばれるピンが付いており、このピンの長さを見ることでディスクのすり減り具合を確認できるようになっています。

もしもディスクの摩耗が制限を超えていることが確認されれば、ブレーキアセンブリを交換するのです。

いろいろな飛行機のランディングギア。タイヤ数の違いに注目しよう!

ここまでは題材として2軸(タイヤ4つ)のランディングギアについて見てきましたが、実は機種によって軸(タイヤ)の数が異なることをご存知でしょうか?

タイヤの数は機種を見分ける際の大きなヒントにもなるので、知っておくと飛行機を見る楽しさもアップするかもしれません。

まずは題材と同じ2軸タイプのメインランディングギアを持つ機種です。

2軸タイプのランディングギア

2軸の機種ではB787やA350など、中型以上の機種でよく見られます。

またA380は主翼下に2組、胴体にさらに2組のランディングギアを備えていますが、主翼下のランディングギアは2軸タイプです。

さらに上の図ではSide Stayが2本になっていますが、A330やA340などはSide Stayが1本の構造になっているようです。

A330のランディングギアA330

続いては3軸タイプの機種です。

3軸タイプのランディングギア

3軸タイプと言えばトリプルセブンことB777のメインランディングギアになります。

3軸のギアはB777の大きな特徴なので、機種を見分ける際の目印としている方も多いのではないでしょうか?

タイヤが6つも並んでいると、さすがに重厚感が感じられますね。

B777のランディングギアB777

A380の胴体下のメインランディングギアも3軸タイプが使用されていますが、外からは主翼下の2軸タイプに隠れてしまうので、見るのはなかなか難しいかもしれません。

A380のランディングギアA380
A380のランディングギア拡大A380拡大

最後は1軸タイプです。

1軸タイプのランディングギア

1軸タイプはB737やA320など150席前後の機種や、E170やE175などのリージョナルジェットも該当します。

E175のランディングギアE175

終わりに

いかがでしたか?

離着陸を繰り返す飛行機にとって、ランディングギアは非常に重要なシステムの1つですから、やはりそれだけの工夫が随所に見られたのではと思います。

飛行機を見る際にランディングギアは陰に隠れがちですが、ちょっと注目してみてはいかがでしょうか?

今回はメインランディングギアについてでしたが、ノーズランディングギアについてもいずれ紹介したいと思います。

 

以上!

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